JP2007236179A - モータ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ブラシレスモータの、回転速度対トルクの静特性は、ほぼ直線特性を示す。これに対して、使用されるモータは、起動時は回転速度は停止または低速であるものの、大きなトルクを必要とし、その後、定常回転に達すると低トルクでよいが、高速回転を求められる場合が多い。すなわち、直線特性ではなく、両軸に漸近する双曲線に近い特性が求められる。
【解決手段】ブラシレスモータにおいて、直列接続された複数のステータ巻線をもち、各相の複数巻線の接続点にタップを設け、全相一括でタップを切り換えるか、もしくは複数の駆動装置の複数の駆動出力で各タップを一括で切り替えて、ステータ巻線をドライブすることにより、出力トルクの適当な値の前後において、巻線の巻数を変更する効果が得られる。これにより、変速機構を追加する場合に比べ、総合効率の低下やコスト増などを最小限に抑えたうえで、前述の実用上の要求を満たすことができる。
【選択図】図1
【解決手段】ブラシレスモータにおいて、直列接続された複数のステータ巻線をもち、各相の複数巻線の接続点にタップを設け、全相一括でタップを切り換えるか、もしくは複数の駆動装置の複数の駆動出力で各タップを一括で切り替えて、ステータ巻線をドライブすることにより、出力トルクの適当な値の前後において、巻線の巻数を変更する効果が得られる。これにより、変速機構を追加する場合に比べ、総合効率の低下やコスト増などを最小限に抑えたうえで、前述の実用上の要求を満たすことができる。
【選択図】図1
Description
本発明は、各相ごとに、直列接続された複数の巻線を有し、各相の複数巻線の接続点にタップを設け、全相一括でタップを切り換えるか、もしくは複数の駆動装置の複数の駆動出力で各タップを一括で切り替えて、ドライブすることができるブラシレスモータと駆動装置に関する。
ブラシレスモータの回転速度対トルクの静特性は、一般に、無負荷回転速度と呼ばれる最大回転速度値で回転速度軸と交わり、起動トルクと呼ばれる最大トルク値でトルク軸と交わる、ほぼ直線特性を示す。
これに対して、各種動力源として使用されるモータは、起動時は回転速度は停止または低速領域であるものの、モータ負荷を起動するための大きなトルクを必要とし、その後、定常回転に近づくにしたがって、モータ負荷の慣性モーメントにより、低トルクでよいが高速回転を求められる場合が多い。すなわち、直線特性ではなく、両軸に漸近する双曲線に近い特性が求められる。
従来、この要求を満たすために、ギアやベルトなどによる変速機構を用いることがあった。
前記、変速機構の採用は、総合効率の低下やコスト増、さらに、システムの大型化や重量増などのマイナス面を伴う。
本発明においては、ステータ各相巻線に中間タップを設け、高トルク領域では巻線全域を使用し、低トルク領域では電流供給を中間タップに切り替え、巻線の巻数を減じたと同様の効果を与え、その結果、低トルク領域の回転速度を増大させることができる。
低トルク領域において中間タップを使用し、巻数を減じると、巻線電流は増大するが、タップ切り替えを適当なトルク値に選ぶことにより、トルク全域で巻線全域を使用する場合に比べ、最大電流が大きくならないようにすることができる。
中間タップを切り替えるためにはスイッチが必要であるが、機械接点によるスイッチを用いると、切り替え時の接点間のアーク放電により、スイッチ接点が磨耗する可能性があるが、その対策を以下に述べる。
駆動装置内のモータ駆動用半導体スイッチング回路の全スイッチをOFFとして、巻線電流を遮断後に、中間タップ切り替え用のスイッチを切り替え、さらにタップ切り替え後に、半導体スイッチング回路の動作を復帰させることにより、前記接点の磨耗を低減することができる。
前記のように、半導体スイッチング回路の動作を一時的に停止させることになるが、タップ切り替えスイッチの切り替えを、リレーなどと同様の電磁方式で行なえば、動作停止時間を短時間とすることができるので、モータ動作に与える影響は最小限にとどまる。
このような切換を行なうことにより、タップ切り替え接点は、巻線電流を通電するのみであるので、巻線電流を開閉しなければならない場合に比べ小型化が可能である。
小型化とともに、回転式とするなどにより薄型化をはかり、タップ切り替えスイッチをモータに内蔵することも可能となる。
小型化とともに、回転式とするなどにより薄型化をはかり、タップ切り替えスイッチをモータに内蔵することも可能となる。
本発明の、上記とは別の方式を以下に述べる。ステータ各相巻線に中間タップを設け、モータ駆動装置を2台設置する。駆動装置のうちの1台は各相巻線の全域を駆動し、他の1台は各相の中間タップを駆動する。この方式では前記方式で必要であった、タップ切り替えスイッチは不要である。
前記駆動装置のうちの前者は、高トルク領域で巻線を駆動し、後者は全スイッチをオフとし動作を停止する。駆動装置の後者は、低トルク領域で中間タップを通じて巻線を駆動し、前者は動作を停止する。適当なトルク値の前後で両者は動作、停止を交代する。
また、前記2台の駆動装置の出力電圧・電流定格を同一とせず、それぞれのトルク領域に、より適した定格とすれば、より望ましい全体特性を得ることができる。
以上述べたモータは、各相巻線が直列接続された二つの部分からなり、その接続点に一つの中間タップを設けたものである。
これに対し、各相巻線を直列接続された三つ以上の部分とし、各接続点から複数の中間タップを設け、より特性変化を滑らかにすることも可能である。
本発明は、以上に説明したように構成されているので、以下に記すような効果を奏する。
本発明によれば、低トルク領域では高回転速度、また、高トルク領域では低回転速度となる特性のモータが得られる。
電動自動車、電動運搬車または電動バイクなどの電動車両に使用されるモータに対しては、車両の起動時には低速回転ではあるが高トルクが、起動後の定常運転時には低トルクでよいが高速回転が必要であり、この両方を兼ね備えたモータが要求される。
また、負荷の慣性モーメントが大きい、車両用以外の動力用モータにおいても同様の特性が要求される。
本発明によるモータは、上記要求を満たすものであり、これらの用途に広く利用できる。
本発明によるモータの基本構成要素は、ブラシレスモータとこれを駆動するための3相インバータを含む駆動装置であり、これら基本構成要素は、文献1に示すような従来技術がそのまま適用できる。
本発明の第1の実施例を図1を参照して説明する。
1は3相ブラシレスモータであり、各相はそれぞれ直列接続された2巻線からなる。11a、11bはU相巻線、12a、12bはV相巻線、13a、13bはW相巻線であり、添え字aの付く3巻線および添え字bの付く3巻線は、各3巻線どうしはそれぞれ巻数、巻線径などは同一である。
1は3相ブラシレスモータであり、各相はそれぞれ直列接続された2巻線からなる。11a、11bはU相巻線、12a、12bはV相巻線、13a、13bはW相巻線であり、添え字aの付く3巻線および添え字bの付く3巻線は、各3巻線どうしはそれぞれ巻数、巻線径などは同一である。
モータ1は、回転式の切り替えスイッチをもち、図1に示すように、接続を切り替えることができる。
切り替えスイッチを構成する、101a、101b〜103a、103bは接点であり、104はこれらの接点と図示のように接続される回転片である。105は回転片を回転させるための励磁コイルであり、一般のメカニカル電磁リレーのコイルに相当する。
切り替えスイッチを構成する、101a、101b〜103a、103bは接点であり、104はこれらの接点と図示のように接続される回転片である。105は回転片を回転させるための励磁コイルであり、一般のメカニカル電磁リレーのコイルに相当する。
励磁コイル105が非励磁の場合は、回転片104は、図1のA方向に回転し、接点101a、102a、103aと接続し、各相2巻線、計6巻線は3相Y接続される(Aポジション)。
励磁コイル105が励磁されると、回転片104は、図1のB方向に回転し、接点101b、102b、103bと接続し、各相巻線11b、12b、13bを3相Y接続する。
このとき、巻線11a、12a、13aの端子はオープンとなる(Bポジション)。
このとき、巻線11a、12a、13aの端子はオープンとなる(Bポジション)。
2は駆動装置であり、DC電源装置21aとU1、V1、W1の3相出力をもつ3相ブリッジインバータ22aおよび制御装置23aからなる。
3相ブリッジインバータ22aのS1a〜S6aは、パワーMOS FETまたはバイポーラトランジスタなどの半導体スイッチ素子であり、DC電源装置21aから電源入力端子+、−を経て供給される直流電力を3相交流電力に変換し、モータ1の3相各相の巻線に、駆動電力を供給する。ダイオードD1a〜D6aはモータ巻線が発生する逆起電圧により導通し、巻線のインダクタンスに充電されたエネルギをDC電源装置21aに回生する。
制御装置23aは、3相ブリッジインバータ22aの半導体スイッチS1a〜S6aの開閉制御および励磁コイル105を通じて、切り替えスイッチを制御する。
制御装置23aの3相ブリッジインバータ22aに対する制御は、文献1に記載されている「3相120°通電矩形波駆動」や「3相正弦波駆動」などの従来技術がそのまま適用できる。
図5は、モータ1の静特性を表わす。横軸はモータの出力トルクT、縦軸はモータの回転速度N、および巻線電流Iである。モータ1の切り替えスイッチの回転片104が、図1のAまたはBポジションにあるときの特性は、それぞれ図5の特性AまたはBとなる。
制御装置23aは、モータの出力トルクが、図5のトルクTcより大きい場合は、切り替えスイッチをAポジションに、トルクTcより小さい場合は、Bポジションに設定する。すなわち、トルクTcにおいて、切り替えスイッチを切り替える。
この結果、第1の実施例の特性は、図5の実線で示すとおりとなる。すなわち、モータ起動時においては、回転数は停止もしくは低速でかつ大きなトルクが得られる特性となり、起動後の定常回転時には低トルクではあるが、高速回転が得られる特性となる。
前記モータ1内の切り替えスイッチは、半導体スイッチを使用してもよいし、またモータ1の外部に設置してもよいことは、いうまでもない。
また、本実施例においては、各相それぞれ2巻線であるが、3巻線以上とし、特性をより滑らかにすることも可能である。
また、本実施例においては、各相それぞれ2巻線であるが、3巻線以上とし、特性をより滑らかにすることも可能である。
切り替えスイッチの切り替え直前から切り替え直後までの短時間、3相ブリッジインバータ22aの半導体スイッチS1a〜S6aをすべてOFFとすることにより、切り替えスイッチの接点のアーク放電を防止し、接点の磨耗を低減することができる。
本発明の第2の実施例を図2を参照して説明する。
1は3相ブラシレスモータであり、各相はそれぞれ直列接続された2巻線からなる。11a、11bはU相巻線、12a、12bはV相巻線、13a、13bはW相巻線であり、添え字aの付く3巻線および添え字bの付く3巻線は各3巻線どうしは、それぞれ巻数、巻線径などは同一である。
1は3相ブラシレスモータであり、各相はそれぞれ直列接続された2巻線からなる。11a、11bはU相巻線、12a、12bはV相巻線、13a、13bはW相巻線であり、添え字aの付く3巻線および添え字bの付く3巻線は各3巻線どうしは、それぞれ巻数、巻線径などは同一である。
直列接続された各相の2巻線は3相Y接続され、図2に示すように、U1、V1、W1およびU2、V2、W2の2組の端子が外部に引き出されている。
2は駆動装置であり、DC電源装置21aとU1、V1、W1の3相出力をもつ3相ブリッジインバータ22a、U2、V2、W2の3相出力をもつ3相ブリッジインバータ22b、およびインバータ22a、22bをそれぞれ制御する、制御装置23a、23bからなる。
駆動装置2の各部の動作は、前述の第1の実施例と同様であり、従来技術がそのまま適用できる点についても同様である。
図5は、前述の第1の実施例と同様、モータ1の静特性を表わす。
モータの出力トルクが、図5のトルクTcより大きい場合は、3相ブリッジインバータ22aの3相出力U1、V1、W1からモータ1が駆動され、3相ブリッジインバータ22bの半導体スイッチS1b〜S6bはすべてOFFとなり、3相出力U2、V2、W2の各端子はオープンとなる。
モータの出力トルクが、図5のトルクTcより小さい場合は、3相ブリッジインバータ22bの3相出力U2、V2、W2からモータ1が駆動され、3相ブリッジインバータ22aの半導体スイッチS1a〜S6aはすべてOFFとなり、3相出力U1、V1、W1の各端子はオープンとなる。
以上により、トルクTcにおいて、駆動出力がU1、V1、W1およびU2、V2、W2間で切り替わることになる。
以上により、トルクTcにおいて、駆動出力がU1、V1、W1およびU2、V2、W2間で切り替わることになる。
この結果、第2の実施例の特性は、図5の実線で示すとおりとなり、第1の実施例と同様の効果を得ることができる。
本実施例においても、第1の実施例同様、各相それぞれ3巻線以上とし、3相ブリッジインバータを各相巻線数分設置し、特性をより滑らかにすることも可能である。
本実施例においても、第1の実施例同様、各相それぞれ3巻線以上とし、3相ブリッジインバータを各相巻線数分設置し、特性をより滑らかにすることも可能である。
本発明の第3の実施例を図3を参照して説明する。
第3の実施例が、第2の実施例に対して異なる点は、2台の3相ブリッジインバータ22a、22bにそれぞれDC電源装置21a、21bが設置されていることである。
第3の実施例が、第2の実施例に対して異なる点は、2台の3相ブリッジインバータ22a、22bにそれぞれDC電源装置21a、21bが設置されていることである。
これにより、2台のDC電源の電圧や最大電流を異なる値にすることができるため、図5の特性A,Bをより最適化することができる。
「モータ技術実用ハンドブック(ISBN4−526−04715−5)」(2001年3月23日、日刊工業新聞社)第3章3.2.2項。
本発明は、1台のモータの各相に複数の巻線を設け、特定のトルク値の前後において、巻数を変える効果を得ることによって、低トルク領域では高回転速度、また、高トルク領域では低回転速度となる特性のモータが得られる。
上記特性はたとえば、電動自動車、電動運搬車または電動バイクなどの電動車両に使用されるモータが、車両の起動時には低速回転ではあるが高トルクを、起動後の定常運転時には低トルクでよいが高速回転を必要とすることから、この両方を兼ね備えた本件モータが、これらの用途に好適に利用可能である。
1:モータ装置
11a、11b〜13a、13b:ステータ巻線
101a、101b〜103a、103b:切り替えスイッチの固定側接点
104:切り替えスイッチの回転片(可動側接点)
105:切り替えスイッチの励磁コイル
2:駆動装置
21a、21b:DC電源装置
22a、22b:3相ブリッジインバータ
D1a、D1b〜D6a、D6b:ダイオード
S1a、S1b〜S6a、S6b:半導体スイッチ素子
23a、23b:制御装置
11a、11b〜13a、13b:ステータ巻線
101a、101b〜103a、103b:切り替えスイッチの固定側接点
104:切り替えスイッチの回転片(可動側接点)
105:切り替えスイッチの励磁コイル
2:駆動装置
21a、21b:DC電源装置
22a、22b:3相ブリッジインバータ
D1a、D1b〜D6a、D6b:ダイオード
S1a、S1b〜S6a、S6b:半導体スイッチ素子
23a、23b:制御装置
Claims (2)
- 直列に接続された複数個のステータ巻線を各相に有し、各相巻線を3相接続し、複数個のステータ巻線の接続点にタップを設けた、3相ブラシレスモータと、複数個のステータ巻線の接続端子およびタップを選択切り替えするための機構と、該モータを駆動する駆動装置とからなり、動作特性を改善できることを特徴とするモータ装置。
- 直列に接続された複数個のステータ巻線を各相に有し、各相巻線を3相接続し、複数個のステータ巻線の接続点にタップを設けた、3相ブラシレスモータと、複数個のステータ巻線の接続端子およびタップに、駆動電力を選択供給するための複数の駆動装置とからなり、動作特性を改善できることを特徴とするモータ装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2006095689A Pending JP2007236179A (ja) | 2006-03-02 | 2006-03-02 | モータ装置 |
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Cited By (6)
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---|---|---|---|---|
WO2009084354A1 (ja) * | 2007-12-27 | 2009-07-09 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | 3相交流電動機の巻線切替装置 |
JP2013121222A (ja) * | 2011-12-07 | 2013-06-17 | Hitachi Appliances Inc | モータ駆動装置、およびこれを用いた機器 |
CN106992620A (zh) * | 2017-06-09 | 2017-07-28 | 罗寿元 | 电动车用多绕组多速永磁电机 |
CN108501730A (zh) * | 2018-05-28 | 2018-09-07 | 广东电网有限责任公司 | 一种制动能量回收系统及节能汽车 |
KR20180119883A (ko) * | 2017-04-26 | 2018-11-05 | 경북대학교 산학협력단 | 권선 절체 제어 장치 및 방법, 그리고 그를 이용한 3상 교류 전동기 |
JP2020503824A (ja) * | 2016-10-28 | 2020-01-30 | ウェイモ エルエルシー | ロータリープラットフォームを駆動するための装置および方法 |
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- 2006-03-02 JP JP2006095689A patent/JP2007236179A/ja active Pending
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009084354A1 (ja) * | 2007-12-27 | 2009-07-09 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | 3相交流電動機の巻線切替装置 |
JP4662316B2 (ja) * | 2007-12-27 | 2011-03-30 | 株式会社安川電機 | 交流電動機の巻線切替装置およびその巻線切替システム |
US8183817B2 (en) | 2007-12-27 | 2012-05-22 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Apparatus for switching windings of AC three-phase motor |
US8269450B2 (en) | 2007-12-27 | 2012-09-18 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Winding switching apparatus and winding switching system |
JP2013121222A (ja) * | 2011-12-07 | 2013-06-17 | Hitachi Appliances Inc | モータ駆動装置、およびこれを用いた機器 |
JP2020503824A (ja) * | 2016-10-28 | 2020-01-30 | ウェイモ エルエルシー | ロータリープラットフォームを駆動するための装置および方法 |
KR20180119883A (ko) * | 2017-04-26 | 2018-11-05 | 경북대학교 산학협력단 | 권선 절체 제어 장치 및 방법, 그리고 그를 이용한 3상 교류 전동기 |
KR101979428B1 (ko) * | 2017-04-26 | 2019-05-16 | 경북대학교 산학협력단 | 권선 절체 제어 장치 및 방법, 그리고 그를 이용한 3상 교류 전동기 |
CN106992620A (zh) * | 2017-06-09 | 2017-07-28 | 罗寿元 | 电动车用多绕组多速永磁电机 |
CN108501730A (zh) * | 2018-05-28 | 2018-09-07 | 广东电网有限责任公司 | 一种制动能量回收系统及节能汽车 |
CN108501730B (zh) * | 2018-05-28 | 2024-06-11 | 广东电网有限责任公司 | 一种制动能量回收系统及节能汽车 |
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