JP2006521781A - 各速度範囲に対して異なる巻線構成を有する多相モータ - Google Patents

Abstract

多相モータの各相の固定子巻線区分の再構成は、モータが動作すると予想できる次々の速度範囲に対して、動作範囲全体にわたり最適な動作効率を得るように制御される。固定子エレメントの全ての巻線区分は、モータの動作速度範囲全体にわたり付勢されるが、適切なスイッチを経て、各々の速度範囲部分に対して異なる回路構成で接続される。スイッチは、感知されたモータ速度信号に応答して、コントローラにより作動される。固定子巻線区分の再構成は、モータ制御システム内に合体することができ、このシステムは、感知された状態及びユーザ入力コマンドに応答して種々のモータパラメータを制御するように適応される。

Description

本発明は、多相モータの制御に係り、より詳細には、各固定子位相巻線を再構成して、モータ動作速度範囲の各部分で付勢するために巻線区分に異なる回路接続を与え、これにより、最適効率の範囲を拡張することに係る。

関連出願：本出願は、全て本出願と共に共通に譲渡された２００１年４月５日に出願されたボリス・マスロフ氏等の出願中の米国特許出願第０９／８２６，４２３号、２００１年４月５日に出願されたボリス・マスロフ氏等の出願中の米国特許出願第０９／８２６，４２２号、２００２年６月１９日に出願されたボリス・マスロフ氏等の出願中の米国特許出願第１０／１７３，６１０号、２００２年１１月８日に出願されたボリス・マスロフ氏等の米国特許出願第１０／２９０，５０５号、２００３年１月２９日に出願されたアレキサンダー・グラドコフ氏の米国特許出願第１０／３５２，８９７号、及び２００３年１月２９日に出願されたアレキサンダー・グラドコフ氏の米国特許出願第１０／３５２，８９６号に関連した要旨を包含する。これら特許出願の開示を参考としてここに援用する。

モータ制御用のマイクロコントローラ及びマイクロプロセッサベースの用途のような電子システムが次々に改良されると共に、改良型ポータブル電源が入手できるようになったことにより、やむにやまれぬ挑戦である燃焼エンジンに対する実現可能な代案として乗物用の効率的な電気モータ駆動装置が開発された。モータの巻線を電子的に制御してパルス付勢すると、モータ特性を更に柔軟に管理できることが期待される。パルス巾、デューティサイクルの制御、及び適当な固定子巻線へのバッテリ電源の切り換え適用により、高い機能的多様性を得ることができる。

上述したマスロフ氏等の出願中の関連米国特許出願第０９／８２６，４２３号は、簡単に製造できると共に、効率的で且つ柔軟性のある動作特性をもつことのできる改良型モータの必要性を示し且つそれに向けられている。乗物運転環境では、最低限の電力消費で高トルク出力能力を維持しながら、広い速度範囲にわたって滑らかな運転を得ることが強く望まれる。この出願中の関連米国特許出願は、電磁石の磁極を、半径方向に比較的薄い環状リングのセグメントとして構成された分離された磁気透過構造体として合体し、効果的な作用を発揮するものである。前記マスロフ氏等の出願は、電磁石セグメントの分離により各磁気コアセグメントに磁束を個々に集中させることができ、従来の実施形態に比して、他のコアセグメントとの磁束相互作用による磁束ロスや有害な変圧器干渉作用が実質上ないことを確認している。単一磁極対を自律的電磁石として構成することにより動作上の効果を得ることができる。個々の磁極対を他の磁極対から磁路分離することで、磁極対巻線の付勢を切り換えたときの隣接グループに対する磁束変圧器作用が排除される。

上述した出願中の米国特許出願第１０／１７３，６１０号は、これらの構造的特徴を有する多相モータ用の制御システムに向けられる。そこには、個々の位相回路特性を補償し、そして各位相制御ループがそれに対応する巻線及び構造体に厳密にマッチングされた状態で高度な正確な制御を与える制御戦略が説明されている。各々の固定子位相の特性と共に制御パラメータが特に示される。各位相巻線の次々の切り換え付勢は、付勢される位相巻線に対する固定子位相成分に関連したパラメータに基づいて信号を発生するコントローラにより支配される。

前記特許出願に説明されたモータは、動作上の効果を与えるが、これらモータ及び従来のモータは、非可変負荷であっても、広い動作速度範囲内の全ての速度において均一に高い効率を示すものではない。固定のモータトポロジーの場合には、使用可能な起磁力（ＭＭＦ）は、巻線の巻回数及び付勢電流に依存する。ここで使用する「モータトポロジー」という語は、固定子コアの寸法及び磁気特性、固定子巻線のコイルの数、ワイヤ直径（ゲージ）等の物理的なモータ特性を指す。使用可能な起磁力は、動作範囲にわたりトルクと速度との間に可変の、一般的に逆の関係を指令する。印加された付勢電流は、モータを公称動作速度へ駆動することができる。モータがその速度に向かって加速するにつれて、トルクが減少し、モータを駆動するために引き出される電流がそれに応じて減少し、従って、効率が最大レベルへ増加する。速度が公称速度を越えて増加すると、付加的な駆動電流が必要となり、その後、効率を犠牲にする。従って、効率は、速度範囲全体にわたって可変であり、最大速度の充分下の速度においてピークに近づく。

トポロジーの異なるモータは、図１に示すように、異なる速度においてピーク効率を得る。この図は、トポロジーの異なるモータに対して広い速度範囲にわたりモータ効率対動作速度をプロットしたものである。この図に表わされたトポロジーは、固定子巻線の巻回数だけが相違する。各効率曲線は、速度がゼロから特定速度へと増加するときにピーク値に近付き、次いで、ゼロ効率に向かって減少する。巻線の巻回数が最大のモータを表わす曲線Ａは、最も早期の速度Ｖ２においてピーク効率に到達する最も急な傾斜を示す。しかしながら、この速度を越えると、曲線は、同様に急な負の傾斜を示す。従って、このモータは、動作範囲が限定される。このモータが許容効率レベル又はその上で動作するところの速度範囲のウインドウ、図１にＸ％と示す、は比較的狭い。

曲線ＢからＥは、巻線の巻回が次第に少なくなるモータを表わしている。巻線の巻回数が減少するにつれて、最大効率に対するモータ動作速度が高くなる。曲線Ｂは、速度Ｖ３においてピーク効率に達し、曲線Ｃは、Ｖ４において、曲線Ｄは、Ｖ５において、そして曲線Ｅは、Ｖ６において、ピーク効率に達する。各モータは、異なるモータ動作速度においてピーク効率を有し、モータ動作速度の全範囲にわたって受け容れられる効率を有するものは皆無である。

乗物運転環境のように、広い速度範囲にわたってモータを駆動すべきモータ用途では、図１に示すように、全速度範囲にわたって均一な高い動作効率を与える理想的な単一のモータトポロジーはない。例えば、Ｖ６より上の速度では、曲線Ａ及びＢは、ゼロ効率を示す。例えば、Ｖ２までの、速度範囲の下端では、曲線ＣからＥは、曲線Ａ及びＢより著しく低い効率を示す。

モータ乗物の運転については、バッテリ寿命、ひいては、搭載バッテリの再充電又は交換が必要となるまでの期間を延長することが望まれるので、動作効率が特に重要である。従って、現在使用されているものより広い速度範囲にわたり、より均一な高い効率で動作できるモータが要望される。この要望は、前記マスロフ氏等の特許出願（‘０３０号）において対処されている。そこでとられている解決策は、始動時と、モータが動作すると予想できる最大速度との間の複数の相互に排他的な速度範囲の各々に対して各固定子巻線のアクティブなコイルの数を動的なベースで変更することである。速度範囲は、図１に示すものと同様に識別され、そして複数の動作速度範囲の各々に対して最大効率を得るために、付勢されるべき異なる数のモータ固定子巻線コイルが各速度範囲に対して指定される。付勢されるコイルの数は、速度が隣接速度範囲間のスレッシュホールドに交差するときに変更される。各巻線は、複数の個々の直列接続されたコイルセットがタップ接続で分離されたもので構成される。各々のタップは、単一の対応速度範囲の間にスイッチにより付勢源に接続される。従って、巻線は、各速度範囲に対して異なる数の付勢コイルをもつことになる。

前記グラドコフ氏の出願中の特許出願（‘０５３号及び‘０５８号）には、別の解決策が説明されている。各固定子位相巻線は、他の位相巻線の各々のトポロジーとは異なるトポロジーで構成される。巻線のトポロジーは、各位相巻線における全コイル巻回数と、各位相巻線におけるコイルのワイヤゲージとによって特徴付けられる。各位相巻線は、他の位相巻線の各々から、全コイル巻回数又はワイヤゲージだけ異なり、好ましくは、両方の観点で異なる。位相巻線のゲージサイズ及び全コイル巻回数が互いに逆の関係にある状態では、全ての位相巻線に実質的に同じ全コイル質量が与えられる。位相巻線の付勢は、始動時から、モータが動作すると予想できる最大速度まで、多数の動作速度範囲の各々において最大効率を得るように仕立てることができる。非常に多数の相を受け容れるマシン構造の場合には、各速度範囲に対して、どの位相巻線に電圧を印加しないか予め定めると共に、残りの位相巻線の各々にどんな所定の大きさの電圧を印加すべきか識別することが必要となる。付勢されるべき位相巻線の数及び識別、並びに個々に印加される所定電圧の大きさは、各速度範囲に対して異なってもよい。所定の最適な電圧は、モータの感知された速度に基づいて動的なベースで印加されねばならない。位相巻線に対する所定電圧は、所与のトルクに対して全モータ動作速度範囲にわたり最適な効率を与えるように導出できるが、モータ乗物のように、可変モータ速度のための制御を必要とする多数のモータ用途が存在する。モータの出力トルクは、希望の速度に関連したユーザの入力コマンドに基づいて調整されねばならない。

従って、動作速度範囲全体にわたり効率を最適化すると共に、ユーザのコマンドに基づく可変速度及びトルクにおける位相巻線の電圧の制御を簡単化することが要望され続けている。

本発明は、複数の動作速度範囲を介して、多相モータを、動作範囲全体にわたり最適な動作効率で制御するという前記要望を満足させる。本発明は、前記マスロフ氏等の特許出願の分離された個々の固定子コアセグメント構造体を含む全てのモータ構造構成に適用されたときに有効である。各固定子セグメント巻線を複数の巻線区分に分割し、それらを、スイッチを経て互いに結合することにより、効果が、少なくとも一部分、得られる。全ての巻線区分は、モータ動作速度範囲全体にわたり付勢されるが、適当なスイッチを経て、速度範囲の各部分に対する異なる回路構成で接続される。スイッチは、感知されたモータ速度信号に応答してコントローラにより作動され、感知されたモータ速度に対応するモータ速度範囲部分に適したスイッチが作動される。従って、始動と、モータが動作すると予想できる最大速度との間の複数の相互に排他的なサブ速度範囲が識別され、そしてサブ速度範囲ごとに、全ての固定子巻線区分の回路接続に対する異なる構成が指定されて付勢される。

本発明の更に別の効果は、サブ速度範囲ごとに最大効率で動作するようにモータを適応させるために、モータの巻線構成を動的なベースで変更できることである。各々の速度範囲において巻線区分を再構成するのに加えて、コントローラは、可変ユーザ入力信号を入力ポートに受け取るように準備でき、これに応答して、コントローラは、電源により巻線区分に印加される電圧の大きさを調整することができる。

本発明の別の効果は、電気回路における巻線の各巻線区分の一端を、少なくとも１つのスイッチを経て、同じ巻線の他の巻線区分の各々に結合することにより、複数の巻線区分構成を実施できることである。例えば、各巻線は、モータ速度範囲の３つの部分において３つの異なる回路構成で各々接続された４つの巻線区分を備えてもよい。４つの巻線区分は、速度範囲の最低部分では直列に接続でき、速度範囲の中間部分では２つの並列接続された巻線区分の直列接続であり、そして速度範囲の最高部分では並列に接続できる。

コアセグメントの各々は、一対の固定子磁極を構成するように形成される強磁性材料を含んでもよい。各固定子コアセグメントは、他のコアセグメントのいずれかとの直接接触から分離されてもよく、又、コアセグメントは、回転軸の周りに実質的に均一に離間される。コアセグメントに対する複数の巻線区分の各々は、コアセグメントの両突極に形成されてもよいし、又は突極の１つのみに形成されてもよい。

本発明の付加的な効果は、当業者であれば、本発明を実施するよう意図された最良の態様を単に例示することにより本発明の好ましい実施形態のみを図示して述べた以下の詳細な説明から容易に明らかとなろう。又、明らかなように、本発明は、他の異なる実施形態も受け容れることができ、そしてその多数の細部は、本発明から逸脱せずに、種々の明らかな観点において変更が可能である。従って、添付図面及び説明は、単なる例示に過ぎず、本発明を限定するものではない。

以下、同様の要素が同じ参照番号で示された添付図面を参照して、本発明を一例として詳細に説明する。
図２は、本発明に使用できる回転子及び固定子要素の構成例を示す図である。ここに例示するモータの詳細な説明については、前記マスロフ氏等の出願中の米国特許出願第０９／８２６，４２２号を参照されたい。回転子部材２０は、永久磁石２１が円筒状バックプレート２５に沿って互いに離間され且つ実質的に均一に分散された環状リング構造である。永久磁石は、環状リングの内周に沿って磁気極性が交番する回転子磁極である。回転子は、固定子部材３０を取り巻き、回転子及び固定子部材は、環状のラジアルエアギャップにより分離されている。固定子３０は、エアギャップに沿って均一に分散された均一構造の複数の電磁石コアセグメントを備えている。

固定子は、７つのコアセグメントを備え、各コアセグメントは、２つの磁極の表面３２がエアギャップを向いた一般的にＵ字型の磁気構造体３６として形成される。磁極対のレッグには、巻線３８が巻かれるが、コアセグメントは、磁極対をリンクする部分に形成された単一巻線を受け入れるように構成されてもよい。各固定子電磁石コア構造体は、隣接する固定子コアエレメントとは個別であって且つそこから磁気的に分離される。固定子エレメント３６は、非磁気透過支持構造体に固定されて、環状リング構成体を形成する。この構成体は、隣接する固定子磁極グループからの漂遊変圧器磁束放射作用を排除する。アクティブなモータ要素が明確に見えるようにするためにここに示されていない適当な固定子支持構造体は、前記特許出願から明らかであろう。モータは、ここに示すものとは異なる数のコアセグメント、各コアセグメントにおける異なる数の磁極、及び／又は異なる数の回転子磁石を備えることができるので、この図面の特定構造は単なる例示に過ぎないことを理解されたい。

図３Ａ及び３Ｂは、図２に示すような２磁極コア区分における別々の巻線編成を示す。各図には単一のコアセグメントしか示されていないが、固定子コアセグメントは、全て、同様に形成される。好ましくは、各コアセグメントの巻線は、３８Ａ−３８Ｄとして識別された４つの区分を備えている。各区分の２つの端は、以下に述べるように、種々の回路構成において他の区分の端に接続されてもよい。図３Ａに示す編成では、各巻線区分は、両突極３２に巻かれたコイルを備えている。従って、各区分は、磁極対の各磁極３２においてアクセスできる接続エンドポイントを有する。図３Ａは、各磁極に接続エンドポイント３８Ａ−３８Ｄを示している。図３Ｂに示す編成では、各巻線区分は、突極３２の１つだけに巻かれたコイルを備えている。図示されたように、巻線区分３８Ａ及び３８Ｂは、一方の磁極に形成され、そして巻線区分３８Ｃ及び３８Ｄは、他方の磁極に形成される。

図４Ａ−４Ｃは、図３Ａ及び３Ｂの固定子の各々に適用できる各動作速度範囲に対して各コアセグメントの巻線区分３８Ａ−３８Ｄの異なる回路構成を示すもので、これにより、図５に示すように、各速度範囲においてモータの最適な効率が得られる。モータ動作の開始及び最低速度の動作範囲の間に、４つの巻線区分は、図４Ａに示すように、直列に接続される。この構成での動作は、図１の曲線Ａと同様の効率特性を生じる。この曲線に対する効率は、速度Ｖ２においてピーク値に到達し、その後、効率曲線は、急激な負の傾斜を示す。速度が高くなるにつれて、巻線区分３８Ａ−３８Ｄが図４Ｂの構成に再接続されるような範囲に近付き、ここでは、巻線区分３８Ａ及び３８Ｂの並列接続体が、巻線区分３８Ｃ及び３８Ｄの並列接続体に直列に接続される。この構成の効率特性は、図１の曲線Ｂと同様の曲線を示す。この曲線は、最初の速度曲線より高い、図５にＶ３と示す速度において、ピーク効率に到達し、そしてそれより勾配が急でない。好ましくは、図４Ａの構成から図４Ｂの構成への移行は、各々の効率曲線が交差する速度において生じる。モータ速度が図４Ｂの構成のピーク効率を越えて増加し続ける場合には、巻線区分３８Ａ−３８Ｄが図４Ｃの構成へと再接続され、ここでは、全ての巻線区分が並列に接続される。この構成に対する効率特性は、図１の曲線Ｃと同様の曲線を示す。この曲線は、より穏やかな勾配を有し、図５にＶ４と示された更に高い速度においてピーク効率に到達する。図４Ｃの構成への移行は、その移行の２つの構成に対する効率曲線が交差するところの速度で生じるのが好ましい。

これらの巻線区分再構成でのモータ動作に対する効率特性が図５に太線の曲線で示されている。この曲線は、３つの個々の曲線の複合で、拡張された速度範囲にわたり高効率動作を示し、これは、１つの構成だけでは得られないものである。

図４Ａ−４Ｃの巻線区分構成を実施するための制御回路が図６に示されている。巻線区分３８Ａ−３８Ｄは、制御可能なスイッチ５１−５９を経て電源端子５０間に結合され、これらスイッチは、ＭＯＳＦＥＴ又は他の適当な電子デバイスで構成できる。スイッチ５１−５９は、コントローラ４４によりリード４３を経て選択的に作動される。コントローラは、モータ速度フィードバック入力（図示せず）を有する。単一の固定子コアエレメントに対する巻線しか示されていないが、固定子は、いかなる数のコアエレメントを含んでもよく、又、図示された回路は各コアエレメントに適用できることを理解されたい。

巻線区分３８Ａの第１端は、第１の電源端子５０に直結される。巻線区分３８Ａの第２端は、スイッチ５１に接続され、該スイッチは、巻線区分３８Ｂの第１端にも接続される。スイッチ５５は、巻線区分３８Ａの第２端と、巻線区分３８Ｂの第２端との間に接続される。スイッチ５４は、巻線区分３８Ａの第１端と、巻線区分３８Ｂの第１端との間に接続される。スイッチ５２は、巻線区分３８Ｂの第２端と、巻線区分３８Ｃの第１端との間に接続される。スイッチ５７は、巻線区分３８Ｂの第２端と、巻線区分３８Ｃの第２端との間に接続される。スイッチ５６は、巻線区分３８Ｂの第１端と、巻線区分３８Ｃの第１端との間に接続される。スイッチ５３は、巻線区分３８Ｃの第２端と、巻線区分３８Ｄの第１端との間に接続される。スイッチ５９は、巻線区分３８Ｃの第２端と、巻線区分３８Ｄの第２端との間に接続される。スイッチ５８は、巻線区分３８Ｃの第１端と、巻線区分３８Ｄの第１端との間に接続される。巻線区分３８Ｄの第２端は、他方の電源端子５０に接続される。

動作中、モータ始動時に、コントローラは、スイッチ５１、５２及び５３の制御端子に接続されたリード４３に制御信号を出力し、これにより、巻線区分３８Ａ−３８Ｄを電源端子５０間に直列に接続する。電源は、以下に述べるような適応制御システムにより調整されてもよいし、或いは従来の制御型又は非調整のモータ電源でもよい。モータが、図５に例示された効率曲線に基づいて予め決定された第１の速度移行ポイントに到達すると、コントローラは、出力制御信号の印加を、スイッチ５２、５４、５５、５８及び５９の制御端子に接続されたリード４３へ変更する。これらのスイッチが作動されると、巻線区分３８Ａ及び３８Ｂが並列に接続され、その結合体が、巻線区分３８Ｃ及び３８Ｄの並列接続体と直列に接続される。モータが、図５の効率曲線で予め決定された次の速度移行ポイントに到達すると、コントローラは、出力制御信号の印加を、スイッチ５４、５５、５６、５７、５８及び５９の制御端子に接続されたリード４３へ変更する。これらのスイッチが作動されると、巻線区分３８Ａ−３８Ｄの全てが電源端子間に並列に接続される。

上述したように、固定子巻線区分の再構成は、モータ制御システム内に合体することができ、このシステムは、感知された状態及びユーザ入力コマンドに応答して種々のモータパラメータを制御するように適応される。例えば、乗物運転用途では、このシステムは、ユーザ入力コマンドに応答してモータ速度を適宜に調整することができる。前記出願中のマスロフ氏等の特許出願第１０／１７３，６１０号に開示されたこのようなシステムは、図６の電源端子５０に印加される電圧及び電流プロフィールを指令する。

図７は、前記出願中の特許出願第１０／１７３，６１０号に開示されたようなモータ制御システムであって、更に、本発明により固定子巻線区分を動的に再構成するために図３及び６に示された固定子巻線特徴及び制御要素を備えたモータ制御システムを示すブロック図である。多相モータ１０は、回転子２０及び固定子３０を備え、これらは全てブロックとして示されている。ブロック３０は、各固定子コアエレメントとして図６の巻線区分３８Ａ−３８Ｄ及びスイッチ５１−５９を含むことができる。多相モータの各相は、単一コアエレメントに対応してもよいし、又は複数のコアエレメントに対応してもよい。全ての固定子コアエレメントの全ての巻線区分は、各速度範囲において同じ構成でスイッチ５１−５９により接続されるのが好ましい。これらの概念は、特定の意図された運転用途に対して目標を達成するのに適したいかなる相数にも適用できる。

固定子巻線の端子５０に供給される付勢電流は、電子スイッチセット４２を経て直流電源４０から導出される。スイッチセットは、ゲートドライバ４６を経てコントローラ４４に結合される。これらのスイッチセットを制御する仕方は、本発明にとって特に焦点ではない。出願中の特許出願第１０／１７３，６１０号に詳しく説明されたように、コントローラ４４は、１つ以上のユーザ入力と、動作中に感知されたモータ状態に対する複数の入力とをもつことができる。各位相巻線の電流は、複数の電流センサ４８の各々により感知でき、センサの出力は、コントローラ４４へ供給される。コントローラは、この目的で複数の入力を有してもよいし、或いは電流センサからの信号をマルチプレクスして、単一のコントローラ入力に接続してもよい。回転子位置センサ４７は、コントローラ４４の別の入力に接続され、そこに位置信号を与える。又、位置センサの出力は、速度近似装置５０にも印加され、該装置は、位置信号を、コントローラ４４の別の入力に印加されるべき速度信号に変換する。或いは又、従来のモータ速度フィードバック手段を使用して、適当なモータ速度フィードバック信号をコントローラへ供給してもよい。前記出願中の特許出願は、図示されたこれら要素の各々に適した共通に入手できる製品を特に示している。この図のライン４３は、コントローラと、固定子の端接続のためのスイッチ５１−５９の各々との間の複数の接続を表わしている。

動作中、コントローラ４４は、モータ速度を含む種々の入力に応答して、スイッチセット４２を経て各固定子コアエレメント又は位相の端子５０へ適切な波形を供給する。又、コントローラは、モータ速度に応答して、ライン４３を経て、スイッチ５１−５９のうちの適切なスイッチを作動し、感知されたモータ速度を含む各速度範囲に対応するように巻線区分の接続を構成する。この動作は、動作可能なモータ速度範囲を拡張すると共に、速度範囲全体にわたり最適な値へ動作効率を高めるという利益を与える。

この開示では、本発明の好ましい実施形態であるが、その多様性の幾つかの例だけを図示して説明した。本発明は、種々の他の組合せ及び環境に使用することもできるし、ここに述べる本発明の概念の範囲内で変更や修正が可能であることを理解されたい。例えば、固定子コアエレメントの巻線は、これを異なる数の区分に分割し、そして異なる数の移行を定義する各サブ速度範囲に対して他の回路構成で再構成されるように設計することもできる。更に、固定子巻線区分の再構成は、連続的な磁気固定子コアを有するモータに対しても同様の利益を与えることができる。

異なる巻線巻回数を有する異なる従来型モータに対して広い速度範囲にわたってモータの効率対モータの動作速度をプロットしたグラフである。 本発明に使用できる回転子及び固定子要素の構成例を示す図である。 本発明により構成された巻線区分を有する固定子コアセグメントを示す図である。 本発明により構成された巻線区分を有する別の固定子コアセグメントを示す図である。 第１の動作速度範囲中のコアセグメントの巻線区分の回路接続を示す図である。 第２の動作速度範囲中のコアセグメントの巻線区分の回路接続を示す図である。 第３の動作速度範囲中のコアセグメントの巻線区分の回路接続を示す図である。 巻線区分が図４Ａ−４Ｃに示すように接続された状態で、拡張された動作速度範囲に対してモータの効率対モータの動作速度をプロットしたグラフである。 図４Ａ−４Ｃに示す配列においてコアエレメントの巻線区分を構成するための回路図である。 本発明に適用できるモータ制御システムのブロック図である。

Claims (13)

1. 一対の突極が各々形成された複数の電気モータ固定子コアセグメントと、
   複数のスイッチと、
   前記固定子の各コアセグメントに形成された巻線であって、前記スイッチを経て互いに結合される複数の巻線区分へと分割されるような巻線と、
   を備え、全ての巻線区分が、電気回路における前記スイッチのうちの選択されたスイッチを経て電源に接続されて、モータ動作速度範囲全体にわたり前記モータの全ての巻線区分を付勢し、そして前記動作速度範囲の異なる部分中には、前記巻線区分が、異なる各回路構成で接続されるようにした装置。
2. 各々の前記スイッチに結合されたコントローラと、
   感知されたモータ速度信号を前記コントローラへ供給するためのモータ速度センサと、
   を更に備え、前記コントローラは、前記感知されたモータ速度信号に応答して、前記感知されたモータ速度に対応するモータ速度範囲部分に対して前記スイッチの各々を作動する、請求項１に記載の装置。
3. 巻線の各巻線区分の一端は、電気回路において前記スイッチの少なくとも１つを通して同じ巻線の他の巻線区分の各々に結合される、請求項１に記載の装置。
4. 各々の巻線は、前記モータ速度範囲の３つの部分の各々において３つの異なる回路構成で接続される４つの巻線区分を含む、請求項３に記載の装置。
5. 前記４つの巻線区分は、前記速度範囲の最低部分では直列に接続され、前記速度範囲の中間部分では２つの並列接続された巻線区分の直列接続となり、そして前記速度範囲の最高部分では並列に接続される、請求項４に記載の装置。
6. 前記コントローラは、可変入力信号を受信するユーザ入力ポートを備え、そして、
   前記コントローラは、前記ユーザ入力ポートに受信されたユーザコマンド信号に応答して、前記電源により前記巻線区分に印加される電圧の大きさを調整する、請求項３に記載の装置。
7. 前記コアセグメントの各々は、他のコアセグメントのいずれかとの直接接触から分離された強磁性材料で構成され、そして前記コアセグメントは、回転軸の周りに実質的に均一に離間される、請求項１に記載の装置。
8. 前記複数の巻線区分の各々は、各コアセグメントの両突極に形成される、請求項１に記載の装置。
9. 前記複数の巻線区分の各々は、各コアセグメントの突極の１つのみに形成される、請求項１に記載の装置。
10. 複数の固定子コアセグメントを備え、各コアセグメントは、複数の巻線区分が形成された一対の突極を有するようなモータにおいて、
    各々のコアセグメントの巻線区分を第１の回路構成で接続するステップと、
    前記第１の回路構成で接続されている間に全ての前記巻線区分に付勢を加えるステップと、
    前記モータの速度を感知するステップと、
    前記モータの速度が所定のモータ動作範囲内にあるときに各々のコアセグメントの巻線区分を第２の回路構成で再接続するステップと、
    前記第２の回路構成で接続されている間に全ての巻線区分を付勢するステップと、
    を備えた方法。
11. 希望のモータトルク出力を表す信号を入力するステップと、
    各構成において前記巻線区分に印加される電圧の大きさを、前記入力ステップで入力される信号に基づいて調整するステップと、
    を更に備えた請求項１０に記載の方法。
12. 前記モータ速度が別の所定のモータ動作範囲内にあるときに、各々のコアセグメントの巻線区分を第３の回路構成で再接続するステップと、
    前記第３の回路構成で接続されている間に全ての前記巻線区分を付勢するステップと、
    を更に備えた請求項１０に記載の方法。
13. 各々のコアセグメントの全ての巻線は、前記第１の回路構成では直列に接続され、そして前記第３の回路構成では並列に接続される、請求項１２に記載の方法。

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