JP2022132841A - モータ - Google Patents
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Abstract
Description
まず、図1から図3を参照して、本実施形態に係るモータ10の基本構成について説明する。本実施形態に係るモータ10は、ハウジング12と、回転軸14、ステータコイル18、ロータ16、及びコイル切替基板24を基本として構成される、いわゆるコアレスモータである。ハウジング12は、外殻を構成する要素であり内部空間に回転軸14やステータコイル18、ロータ16、及びコイル切替基板24を収容している。回転軸14は、ハウジング12の内部に設けられたステータ13を基点として、ハウジング12の外部に突出部を有するように配置され、ステータ13とハウジング12との交点にそれぞれ備えられた軸受13a,12aにより、回転自在に支持されている。
このような基本構成を有するモータ10では、図5、図6に示すように、ステータコイル18を構成する各相を2つのコイル(第1コイルU1、第2コイルU2、第1コイルV1、第2コイルV2、第1コイルW1、第2コイルW2)により構成している。本実施形態に係る入出力コイル18は、3相のコイルで構成されている。尚、これは例示であり、コイルの形態が極数を決めるものではない。例えば12極の場合、U1、U2、V1、V2、W1、W2の各相の夫々が全て6コイル直列のコイル体であったり、8極の場合、U1、U2、V1、V2、W1、W2の各相の夫々が全て4コイル直列のコイル体であったりしても良い。このように入出力コイル18の形態から極数を決定することはできず、極数が偶数であれば何極でも構わない。各相を構成するコイル(第1コイルU1と第2コイルU2、第1コイルV1と第2コイルV2、第1コイルW1と第2コイルW2)の間には、切り替えスイッチを構成する回路部20(20U、20V、20W)が備えられている。
上記のような特徴を有するモータ10によれば、消費電力の向上に伴い、高回転域においても所定のトルク(第1コイルU1、V1、W1と第2コイルU2、V2、W2を直列接続したシステム(第1システム)の高回転域と比べて高い回転数であっても高いトルクを得る事ができるという意味)を得る事ができる。
次に、図10から図12を参照して、第2実施形態に係るモータ10の構成について説明する。本実施形態に係るモータ10は、ステータコイル18の構成を、第1実施形態に係るモータ10と異ならせている。なお、モータ10の構成について、その作用を同様とする箇所については、図1を援用して説明するものとする。
このような構成のモータ10であっても、第1実施形態に係るモータ10と同様に、高回転域においても所定のトルクを得る事ができる。
さらに、コイルと回路部の数を増やす事により、特性の切り替えの自由度を向上させることができる。
本実施形態に係るモータ10を電動車に適用した場合における運転切替の具体例について、図14から図16を参照して説明する。なお、本実施例は、車椅子、バイク、電動自転車、所謂シニアカー、自動車、AGV(自動搬送手段)などの電動車両全般における運転切替の実施例に該当すると共に、回転刃を備えた電動芝刈り機等における回転速度と負荷の変化にも共通視することができる。
上記実施形態ではいずれも、単一のコイル単位に回路部を備える構成としていた。しかしながら、回路部間に配置するコイルの数は、1つに限るものでは無い。例えば、回路部間に配置するコイルの数に変化を持たせると共に回路部の配置を工夫することで、コイルを並列接続する際に、直列接続されるコイルの数を等分化することが可能となり、直列接続するコイルと並列接続するコイルの組み合わせによる特性変化の幅を広げることができる。
なお、図18においてはU相のコイル配置を示しているが、V相やW相においても同様である。
以上の実施形態では、ステータコイル18をU、V、Wの3相で構成するように示し、その旨説明してきた。しかしながら、本発明に係るモータ10は、直列と並列による複数段の回路切替を可能とする点を特徴とする。よって、ステータコイル18は、複数の相により構成されていれば、3相に限定されるものではない。
直列と並列の切替は機械的な選択動作によるものであるならショートは起きない。しかしながら、機械的選択機構によらずスイッチング素子などを利用した場合には、そのタイミング次第で瞬時のショートが起きる可能性があるため、対策を講じる必要がある。その対策の1つとして、クロックを用いる方法がある。具体的には、直列のゲートと並列のゲートが同時にON(Hi)にならないようにすれば良い。
また、上記のような特徴を有するモータにおいて前記ステータコイルは、耐変形層を備えるようにすると良い。
Claims (8)
- ハウジングと、円環状を成す非回転のステータコイルと、前記ステータコイルと離間して前記ステータコイルの対向面に位置する永久磁石を備えたロータと、を有するコアレス回転電気機械であって、
前記ステータコイルは複数の相から成り、各相が複数のコイルから構成され、各相を構成するコイルの接続形式を直列形式と1又は複数の並列形式に切り替え可能な回路部を備え、
前記回路部は、前記ステータコイルの円状端部に近接すると共に、前記円状端部に実質的に平行に配置されたコイル切替基板に搭載されていることを特徴とする回転電気機械。 - 請求項1に記載の回転電気機械であって、
前記コイル切替基板が円盤状であることを特徴とする回転電気機械。 - 請求項1に記載の回転電気機械であって、
前記コイル切替基板がリング状であることを特徴とする回転電気機械。 - 請求項3に記載の回転電気機械であって、
前記コイル切替基板を前記ステータコイルの端部に配置したことを特徴とする回転電気機械。 - 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の回転電気機械であって、
前記回路部を1つまたは複数の半導体素子により構成したことを特徴とする回転電気機械。 - 請求項5に記載の回転電気機械であって、
前記半導体素子は、コイル切替の前後のどちらもOFFとなる期間が設定されていることを特徴とする回転電気機械。 - 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の回転電気機械であって、
前記ロータに同期して回転する回転軸を備え、
前記回転軸には、前記ハウジング内に位置する部位に羽根が備えられていることを特徴とする回転電気機械。 - 請求項5または6に記載の回転電気機械を水没させて使用し、
前記ステータコイルや前記ロータは、推進方向が定められたケーシングに収められ、前記回転軸の延設部を前記推進方向と反対側から、前記ケーシングの外部に突出させていることを特徴とする回転電気機械。
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