JP3425369B2 - ３相モータ - Google Patents
３相モータInfo
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- JP3425369B2 JP3425369B2 JP19715998A JP19715998A JP3425369B2 JP 3425369 B2 JP3425369 B2 JP 3425369B2 JP 19715998 A JP19715998 A JP 19715998A JP 19715998 A JP19715998 A JP 19715998A JP 3425369 B2 JP3425369 B2 JP 3425369B2
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
- H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
- H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
- H02K21/16—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures having annular armature cores with salient poles
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K19/00—Synchronous motors or generators
- H02K19/02—Synchronous motors
- H02K19/10—Synchronous motors for multi-phase current
- H02K19/103—Motors having windings on the stator and a variable reluctance soft-iron rotor without windings
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、凸極ロータを備え
た３相モータに関する。
た３相モータに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、３相モータ、例えば、可変リラク
タンス形３相モータとしては、特開平８−１１６６５１
号公報に示すものが知られている。これは、図２５に示
すように、６ポールの磁極を有するステータ１内に、４
極の歯を設けた軟質磁性材料からなるロータ２を回転軸
３により回転自在に設け、ステータ１の各磁極を周回す
るようにＡ相、Ｂ相、Ｃ相の巻線４を集中巻きし、ロー
タ２を挟んで向かい合う極歯に巻装した２つの巻線を直
列に接続して１相の巻線を形成した構成になっている。
タンス形３相モータとしては、特開平８−１１６６５１
号公報に示すものが知られている。これは、図２５に示
すように、６ポールの磁極を有するステータ１内に、４
極の歯を設けた軟質磁性材料からなるロータ２を回転軸
３により回転自在に設け、ステータ１の各磁極を周回す
るようにＡ相、Ｂ相、Ｃ相の巻線４を集中巻きし、ロー
タ２を挟んで向かい合う極歯に巻装した２つの巻線を直
列に接続して１相の巻線を形成した構成になっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような構
成の３相モータでは、電流スイッチング時の過渡現象に
よる電流と無励磁磁極への漏洩磁束による制動トルクが
発生し、これが出力トルクの低下をもたらし、高速回転
を困難にさせるとともに効率を低下させる原因になって
いた。
成の３相モータでは、電流スイッチング時の過渡現象に
よる電流と無励磁磁極への漏洩磁束による制動トルクが
発生し、これが出力トルクの低下をもたらし、高速回転
を困難にさせるとともに効率を低下させる原因になって
いた。
【０００４】そこで、図２６に示すように、ロータ２の
各凸極部にスリット状の穴を開け、この穴にプラスチッ
ク磁石５を成形し、隣接した２相コイルを励磁して回転
させることが考えられる。しかしながら、単に従来構成
のロータ２の各凸極部に磁石５を取付けるのみでは、磁
極幅が狭すぎるため大きいトルクが得られる回転角度範
囲が狭められ、ロータ２の外径に見合った充分なトルク
が得られない問題がある。
各凸極部にスリット状の穴を開け、この穴にプラスチッ
ク磁石５を成形し、隣接した２相コイルを励磁して回転
させることが考えられる。しかしながら、単に従来構成
のロータ２の各凸極部に磁石５を取付けるのみでは、磁
極幅が狭すぎるため大きいトルクが得られる回転角度範
囲が狭められ、ロータ２の外径に見合った充分なトルク
が得られない問題がある。
【０００５】そこで請求項１乃至８記載の発明は、高効
率で高トルクが得られ、これにより回転速度の高速化を
図ることができる３相モータを提供する。また、請求項
２、３、４、７及び８記載の発明は、さらに、高速回転
時における脱調を防止して高速回転の安定化を図ること
ができる３相モータを提供する。また、請求項５乃至８
記載の発明は、さらに、凸極ロータのポールの幅を小さ
くでき、小形軽量化を図ることができる３相モータを提
供する。
率で高トルクが得られ、これにより回転速度の高速化を
図ることができる３相モータを提供する。また、請求項
２、３、４、７及び８記載の発明は、さらに、高速回転
時における脱調を防止して高速回転の安定化を図ること
ができる３相モータを提供する。また、請求項５乃至８
記載の発明は、さらに、凸極ロータのポールの幅を小さ
くでき、小形軽量化を図ることができる３相モータを提
供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
複数ポールのステータと複数ポールの凸極ロータを有す
る３相モータにおいて、凸極ロータはマグネットを備
え、このマグネットにより各ポールがＮ、Ｓ極に交互に
励磁されており、凸極ロータが２相励磁状態において平
衡状態を保持している位置にあるとき、この凸極ロータ
のポールの片側端部が、ステータの次に励磁しようとす
るポールの片側端部に対して、この次に励磁しようとす
るポールを凸極ロータのポールと異なる極に励磁すると
ともに対向しているポールを無励磁にしたとき、励磁し
たポールのロータ吸引力が無励磁にした対向ポールのロ
ータ吸引力よりも大きくなるような近傍に位置するよう
にステータ及び凸極ロータにおける各ポールの幅を設定
し、回転速度を制御する速度指令パルスにより順次励磁
相切替えを行って凸極ロータを回転駆動するものであ
る。
複数ポールのステータと複数ポールの凸極ロータを有す
る３相モータにおいて、凸極ロータはマグネットを備
え、このマグネットにより各ポールがＮ、Ｓ極に交互に
励磁されており、凸極ロータが２相励磁状態において平
衡状態を保持している位置にあるとき、この凸極ロータ
のポールの片側端部が、ステータの次に励磁しようとす
るポールの片側端部に対して、この次に励磁しようとす
るポールを凸極ロータのポールと異なる極に励磁すると
ともに対向しているポールを無励磁にしたとき、励磁し
たポールのロータ吸引力が無励磁にした対向ポールのロ
ータ吸引力よりも大きくなるような近傍に位置するよう
にステータ及び凸極ロータにおける各ポールの幅を設定
し、回転速度を制御する速度指令パルスにより順次励磁
相切替えを行って凸極ロータを回転駆動するものであ
る。
【０００７】請求項２記載の発明は、６ポールのステー
タと４ポールの凸極ロータを有する３相モータにおい
て、凸極ロータはマグネットを備え、このマグネットに
より各ポールがＮ、Ｓ極に交互に励磁されており、凸極
ロータが２相励磁状態において平衡状態を保持している
位置にあるとき、この凸極ロータのポールの片側端部
が、ステータの次に励磁しようとするポールの片側端部
に対して、この次に励磁しようとするポールを凸極ロー
タのポールと異なる極に励磁するとともに対向している
ポールを無励磁にしたとき、励磁したポールのロータ吸
引力が無励磁にした対向ポールのロータ吸引力よりも大
きくなるような近傍に位置するようにステータ及び凸極
ロータにおける各ポールの幅を設定するとともに、凸極
ロータの回転位置を３０度毎に検出して回転位置検出信
号を発生する信号発生手段を設け、回転速度を制御する
速度指令パルスと信号発生手段からの回転位置検出信号
との論理積出力により順次励磁相切替えを行って凸極ロ
ータを回転駆動するものである。
タと４ポールの凸極ロータを有する３相モータにおい
て、凸極ロータはマグネットを備え、このマグネットに
より各ポールがＮ、Ｓ極に交互に励磁されており、凸極
ロータが２相励磁状態において平衡状態を保持している
位置にあるとき、この凸極ロータのポールの片側端部
が、ステータの次に励磁しようとするポールの片側端部
に対して、この次に励磁しようとするポールを凸極ロー
タのポールと異なる極に励磁するとともに対向している
ポールを無励磁にしたとき、励磁したポールのロータ吸
引力が無励磁にした対向ポールのロータ吸引力よりも大
きくなるような近傍に位置するようにステータ及び凸極
ロータにおける各ポールの幅を設定するとともに、凸極
ロータの回転位置を３０度毎に検出して回転位置検出信
号を発生する信号発生手段を設け、回転速度を制御する
速度指令パルスと信号発生手段からの回転位置検出信号
との論理積出力により順次励磁相切替えを行って凸極ロ
ータを回転駆動するものである。
【０００８】請求項３記載の発明は、１２ポールのステ
ータと８ポールの凸極ロータを有する３相モータにおい
て、凸極ロータはマグネットを備え、このマグネットに
より各ポールがＮ、Ｓ極に交互に励磁されており、凸極
ロータが２相励磁状態において平衡状態を保持している
位置にあるとき、この凸極ロータのポールの片側端部
が、ステータの次に励磁しようとするポールの片側端部
に対して、この次に励磁しようとするポールを凸極ロー
タのポールと異なる極に励磁するとともに対向している
ポールを無励磁にしたとき、励磁したポールのロータ吸
引力が無励磁にした対向ポールのロータ吸引力よりも大
きくなるような近傍に位置するようにステータ及び凸極
ロータにおける各ポールの幅を設定するとともに、凸極
ロータの回転位置を１５度毎に検出して回転位置検出信
号を発生する信号発生手段を設け、回転速度を制御する
速度指令パルスと信号発生手段からの回転位置検出信号
との論理積出力により順次励磁相切替えを行って凸極ロ
ータを回転駆動するものである。
ータと８ポールの凸極ロータを有する３相モータにおい
て、凸極ロータはマグネットを備え、このマグネットに
より各ポールがＮ、Ｓ極に交互に励磁されており、凸極
ロータが２相励磁状態において平衡状態を保持している
位置にあるとき、この凸極ロータのポールの片側端部
が、ステータの次に励磁しようとするポールの片側端部
に対して、この次に励磁しようとするポールを凸極ロー
タのポールと異なる極に励磁するとともに対向している
ポールを無励磁にしたとき、励磁したポールのロータ吸
引力が無励磁にした対向ポールのロータ吸引力よりも大
きくなるような近傍に位置するようにステータ及び凸極
ロータにおける各ポールの幅を設定するとともに、凸極
ロータの回転位置を１５度毎に検出して回転位置検出信
号を発生する信号発生手段を設け、回転速度を制御する
速度指令パルスと信号発生手段からの回転位置検出信号
との論理積出力により順次励磁相切替えを行って凸極ロ
ータを回転駆動するものである。
【０００９】請求項４記載の発明は、請求項２又は３記
載の３相モータにおいて、回転速度に応じて信号発生手
段から発生した回転位置検出信号のタイミングを調整す
るタイミング調整手段を設け、このタイミング調整手段
にて調整した回転位置検出信号と速度指令パルスとの論
理積出力により順次励磁相切替えを行って凸極ロータを
回転駆動するものである。
載の３相モータにおいて、回転速度に応じて信号発生手
段から発生した回転位置検出信号のタイミングを調整す
るタイミング調整手段を設け、このタイミング調整手段
にて調整した回転位置検出信号と速度指令パルスとの論
理積出力により順次励磁相切替えを行って凸極ロータを
回転駆動するものである。
【００１０】請求項５記載の発明は、６ポールのステー
タと４ポールの凸極ロータを有する３相モータにおい
て、凸極ロータはマグネットを備え、このマグネットに
より各ポールがＮ、Ｓ極に交互に励磁されており、凸極
ロータのポールのＮ極とＳ極の為す角度を６０度〜７６
度の範囲に設定し、回転速度を制御する速度指令パルス
により順次励磁相切替えを行って凸極ロータを回転駆動
するものである。
タと４ポールの凸極ロータを有する３相モータにおい
て、凸極ロータはマグネットを備え、このマグネットに
より各ポールがＮ、Ｓ極に交互に励磁されており、凸極
ロータのポールのＮ極とＳ極の為す角度を６０度〜７６
度の範囲に設定し、回転速度を制御する速度指令パルス
により順次励磁相切替えを行って凸極ロータを回転駆動
するものである。
【００１１】請求項６記載の発明は、１２ポールのステ
ータと８ポールの凸極ロータを有する３相モータにおい
て、凸極ロータはマグネットを備え、このマグネットに
より各ポールがＮ、Ｓ極に交互に励磁されており、凸極
ロータのポールのＮ極とＳ極の為す角度を３０度〜３８
度の範囲に設定し、回転速度を制御する速度指令パルス
により順次励磁相切替えを行って凸極ロータを回転駆動
するものである。
ータと８ポールの凸極ロータを有する３相モータにおい
て、凸極ロータはマグネットを備え、このマグネットに
より各ポールがＮ、Ｓ極に交互に励磁されており、凸極
ロータのポールのＮ極とＳ極の為す角度を３０度〜３８
度の範囲に設定し、回転速度を制御する速度指令パルス
により順次励磁相切替えを行って凸極ロータを回転駆動
するものである。
【００１２】請求項７記載の発明は、６ポールのステー
タと４ポールの凸極ロータを有する３相モータにおい
て、凸極ロータはマグネットを備え、このマグネットに
より各ポールがＮ、Ｓ極に交互に励磁されており、凸極
ロータのポールのＮ極とＳ極の為す角度を６０度〜７６
度の範囲に設定するとともに、凸極ロータの回転位置を
３０度毎に検出して回転位置検出信号を発生する信号発
生手段を設け、回転速度を制御する速度指令パルスと信
号発生手段からの回転位置検出信号との論理積出力によ
り順次励磁相切替えを行って凸極ロータを回転駆動する
ものである。
タと４ポールの凸極ロータを有する３相モータにおい
て、凸極ロータはマグネットを備え、このマグネットに
より各ポールがＮ、Ｓ極に交互に励磁されており、凸極
ロータのポールのＮ極とＳ極の為す角度を６０度〜７６
度の範囲に設定するとともに、凸極ロータの回転位置を
３０度毎に検出して回転位置検出信号を発生する信号発
生手段を設け、回転速度を制御する速度指令パルスと信
号発生手段からの回転位置検出信号との論理積出力によ
り順次励磁相切替えを行って凸極ロータを回転駆動する
ものである。
【００１３】請求項８記載の発明は、１２ポールのステ
ータと８ポールの凸極ロータを有する３相モータにおい
て、凸極ロータはマグネットを備え、このマグネットに
より各ポールがＮ、Ｓ極に交互に励磁されており、凸極
ロータのポールのＮ極とＳ極の為す角度を３０度〜３８
度の範囲に設定するとともに、凸極ロータの回転位置を
１５度毎に検出して回転位置検出信号を発生する信号発
生手段を設け、回転速度を制御する速度指令パルスと信
号発生手段からの回転位置検出信号との論理積出力によ
り順次励磁相切替えを行って凸極ロータを回転駆動する
ものである。
ータと８ポールの凸極ロータを有する３相モータにおい
て、凸極ロータはマグネットを備え、このマグネットに
より各ポールがＮ、Ｓ極に交互に励磁されており、凸極
ロータのポールのＮ極とＳ極の為す角度を３０度〜３８
度の範囲に設定するとともに、凸極ロータの回転位置を
１５度毎に検出して回転位置検出信号を発生する信号発
生手段を設け、回転速度を制御する速度指令パルスと信
号発生手段からの回転位置検出信号との論理積出力によ
り順次励磁相切替えを行って凸極ロータを回転駆動する
ものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照
して説明する。図１乃至図３は３相モータの構成を示す
もので、１１は、６ポールの磁極を６０度間隔に配置
し、各ポールにそれぞれ巻線を集中巻きし、反時計方向
にＡ相、Ｂ相、Ｃ相、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相を形成したステ
ータで、このステータ１１内に４ポールの凸極ロータ１
２を回転軸１３に固定して回転自在に配置している。
して説明する。図１乃至図３は３相モータの構成を示す
もので、１１は、６ポールの磁極を６０度間隔に配置
し、各ポールにそれぞれ巻線を集中巻きし、反時計方向
にＡ相、Ｂ相、Ｃ相、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相を形成したステ
ータで、このステータ１１内に４ポールの凸極ロータ１
２を回転軸１３に固定して回転自在に配置している。
【００１５】前記凸極ロータ１２は、１対のＩ形積層コ
ア１４，１５を間に軸方向に着磁した円形のサマリウム
・コバルト磁石などの希土類のマグネット１６を十字形
状に重ねて回転軸１３と一体に形成したもので、上側の
Ｉ形コア１４はＮ極のポールを形成し、下側のＩ形コア
１５はＳ極のポールを形成している。なお、凸極ロータ
としては、図４に示すように、凸極部にスリット状の穴
を開け、この穴にナオジウム・ボロンなどのプラスチッ
ク磁石１７を成形し、径方向にＮ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極
と交互に着磁した十字形状のコア１８で形成したもので
あってもよい。
ア１４，１５を間に軸方向に着磁した円形のサマリウム
・コバルト磁石などの希土類のマグネット１６を十字形
状に重ねて回転軸１３と一体に形成したもので、上側の
Ｉ形コア１４はＮ極のポールを形成し、下側のＩ形コア
１５はＳ極のポールを形成している。なお、凸極ロータ
としては、図４に示すように、凸極部にスリット状の穴
を開け、この穴にナオジウム・ボロンなどのプラスチッ
ク磁石１７を成形し、径方向にＮ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極
と交互に着磁した十字形状のコア１８で形成したもので
あってもよい。
【００１６】この３相モータは、構造上から分類すると
一種の３相ハイブリッド形ステッピングモータと見なす
ことができ、図５に示すようにＡ相、Ｂ相、Ｃ相の各巻
線１９Ａ，１９Ｂ，１９ＣはＹ結線され、表１に示すシ
ーケンスに従って２相励磁制御するようになっている。
なお、この励磁順序を逆にすればモータを逆回転するこ
とができる。
一種の３相ハイブリッド形ステッピングモータと見なす
ことができ、図５に示すようにＡ相、Ｂ相、Ｃ相の各巻
線１９Ａ，１９Ｂ，１９ＣはＹ結線され、表１に示すシ
ーケンスに従って２相励磁制御するようになっている。
なお、この励磁順序を逆にすればモータを逆回転するこ
とができる。
【００１７】表１の励磁シーケンスを示すと図６に実線
波形で示す矩形波電圧となる。ここではこの矩形波電圧
による励磁相切替えによって高トルクが得られる場合に
ついて述べるが、図６に点線波形で示すような矩形波の
基本波形である３相交流波形電圧による励磁相切替えを
行っても同様の作用効果が得られるものである。
波形で示す矩形波電圧となる。ここではこの矩形波電圧
による励磁相切替えによって高トルクが得られる場合に
ついて述べるが、図６に点線波形で示すような矩形波の
基本波形である３相交流波形電圧による励磁相切替えを
行っても同様の作用効果が得られるものである。
【００１８】
【表１】
【００１９】図７は、この３相モータにおいて、Ａ相を
無励磁、Ｂ相をＮ極、Ｃ相をＳ極に２相励磁したときの
凸極ロータ１２の平衡状態を示している。これは表１に
おけるステップ０又は６の状態で、凸極ロータ１２に
は、図中矢印で示すように、一方のＣ相のステータポー
ルと対向するＮ極に時計方向のトルクＴn1が発生し、一
方のＢ相のステータポールと対向するＳ極に反時計方向
のトルクＴs1が発生し、また、他方のＣ相のステータポ
ールと対向するＮ極に反時計方向のトルクＴn2が発生
し、他方のＢ相のステータポールと対向するＳ極に時計
方向のトルクＴs2が発生して平衡状態を保っている。
無励磁、Ｂ相をＮ極、Ｃ相をＳ極に２相励磁したときの
凸極ロータ１２の平衡状態を示している。これは表１に
おけるステップ０又は６の状態で、凸極ロータ１２に
は、図中矢印で示すように、一方のＣ相のステータポー
ルと対向するＮ極に時計方向のトルクＴn1が発生し、一
方のＢ相のステータポールと対向するＳ極に反時計方向
のトルクＴs1が発生し、また、他方のＣ相のステータポ
ールと対向するＮ極に反時計方向のトルクＴn2が発生
し、他方のＢ相のステータポールと対向するＳ極に時計
方向のトルクＴs2が発生して平衡状態を保っている。
【００２０】このとき、凸極ロータ１２のＮ極のポール
の片側端部がステータ１１の次に励磁しようとするＡ相
のポールの片側端部近傍に位置するように前記ステータ
１１の各ポールの幅及び前記凸極ロータ１２の各ポール
の幅を適正幅に設定している。この場合の近傍位置と
は、次に励磁しようとするＡ相のポールを凸極ロータ１
２のＮ極ポールに対して異極のＳ極に励磁するとともに
現在Ｓ極に励磁しているＣ相ポールを無励磁にしたと
き、Ａ相ポールと凸極ロータ１２のＮ極ポールとの吸引
力が現在対向しているＣ相ポールとの吸引力よりも大き
くなるような近傍位置である。
の片側端部がステータ１１の次に励磁しようとするＡ相
のポールの片側端部近傍に位置するように前記ステータ
１１の各ポールの幅及び前記凸極ロータ１２の各ポール
の幅を適正幅に設定している。この場合の近傍位置と
は、次に励磁しようとするＡ相のポールを凸極ロータ１
２のＮ極ポールに対して異極のＳ極に励磁するとともに
現在Ｓ極に励磁しているＣ相ポールを無励磁にしたと
き、Ａ相ポールと凸極ロータ１２のＮ極ポールとの吸引
力が現在対向しているＣ相ポールとの吸引力よりも大き
くなるような近傍位置である。
【００２１】また、このとき、Ａ相ポールの片側端部と
凸極ロータ１２のＮ極ポールの片側端部が対向する場合
には、その対向重複範囲が図中点線の矢印Ｆで示すよう
なＡ相ポールの片側端部から他方の片側端部を介して凸
極ロータ１２のＮ極ポールからＳ極ポールに抜ける漏洩
磁束によるマグネット起磁力の損失が無視できる範囲に
なるようにステータ１１のＡ相ポールと凸極ロータ１２
のＮ極ポールの幅を設定する。なお、ここではステータ
１１のＡ相ポールについて述べたが、Ｂ相ポール、Ｃ相
ポールについても同様である。
凸極ロータ１２のＮ極ポールの片側端部が対向する場合
には、その対向重複範囲が図中点線の矢印Ｆで示すよう
なＡ相ポールの片側端部から他方の片側端部を介して凸
極ロータ１２のＮ極ポールからＳ極ポールに抜ける漏洩
磁束によるマグネット起磁力の損失が無視できる範囲に
なるようにステータ１１のＡ相ポールと凸極ロータ１２
のＮ極ポールの幅を設定する。なお、ここではステータ
１１のＡ相ポールについて述べたが、Ｂ相ポール、Ｃ相
ポールについても同様である。
【００２２】図７の平衡状態において、２相励磁の状態
を表１のステップ１の状態、すなわち、Ｂ相をＮ極のま
ま、Ａ相をＳ極、Ｃ相を無励磁に切替えると、図８に示
すように、凸極ロータ１２のＮ極に発生するトルクＴn
1、Ｔn2の向きが反転し、凸極ロータ１２を反時計方向
に回転させるトルクが発生する。このとき最も大きなト
ルクはＥ点近傍で発生する。こうして、凸極ロータ１２
が回転し、３０度近くまで回転すると、今度は凸極ロー
タ１２のＳ極に発生するトルクＴs1、Ｔs2の向きが反転
し、Ｎ極に発生するトルクＴn1、Ｔn2と大きさが等しく
向きが反対になり、凸極ロータ１２は平衡状態を保持す
るようになる。
を表１のステップ１の状態、すなわち、Ｂ相をＮ極のま
ま、Ａ相をＳ極、Ｃ相を無励磁に切替えると、図８に示
すように、凸極ロータ１２のＮ極に発生するトルクＴn
1、Ｔn2の向きが反転し、凸極ロータ１２を反時計方向
に回転させるトルクが発生する。このとき最も大きなト
ルクはＥ点近傍で発生する。こうして、凸極ロータ１２
が回転し、３０度近くまで回転すると、今度は凸極ロー
タ１２のＳ極に発生するトルクＴs1、Ｔs2の向きが反転
し、Ｎ極に発生するトルクＴn1、Ｔn2と大きさが等しく
向きが反対になり、凸極ロータ１２は平衡状態を保持す
るようになる。
【００２３】このような凸極ロータ１２が平衡状態にあ
る平衡点から次の平衡点までの角度、すなわち変位角θ
と、発生トルクの関係はスティッフネス特性と呼ばれる
もので、このモータの場合には図９のグラフｇ１に示す
ようになり、全体として高トルクが得られ、しかも、変
位角θが６０度のとき最も大きなトルクが得られること
になる。
る平衡点から次の平衡点までの角度、すなわち変位角θ
と、発生トルクの関係はスティッフネス特性と呼ばれる
もので、このモータの場合には図９のグラフｇ１に示す
ようになり、全体として高トルクが得られ、しかも、変
位角θが６０度のとき最も大きなトルクが得られること
になる。
【００２４】このように、このモータにおいては、凸極
ロータ１２のポールの片側端部がステータ１１の次に励
磁しようとするポールの片側端部近傍に位置するように
ステータ１１の各ポールの幅及び凸極ロータ１２の各ポ
ールの幅を設定することで高トルクが得られる。すなわ
ち、次に励磁するポールをロータ磁極と異なる極にした
ときの吸引力が現在対向しているポールによる吸引力よ
りも大きくなるような近傍としているので、高効率で高
トルクを得ることができ、回転速度の高速化を図ること
ができる。
ロータ１２のポールの片側端部がステータ１１の次に励
磁しようとするポールの片側端部近傍に位置するように
ステータ１１の各ポールの幅及び凸極ロータ１２の各ポ
ールの幅を設定することで高トルクが得られる。すなわ
ち、次に励磁するポールをロータ磁極と異なる極にした
ときの吸引力が現在対向しているポールによる吸引力よ
りも大きくなるような近傍としているので、高効率で高
トルクを得ることができ、回転速度の高速化を図ること
ができる。
【００２５】また、ステータ１１のポールの片側端部と
凸極ロータ１２のポールの片側端部が対向する場合は、
その対向重複による漏洩磁束のために生じるマグネット
起磁力の減少が無視できる範囲に対向重複の範囲を設定
することで、さらに高効率で高トルクが得られる。
凸極ロータ１２のポールの片側端部が対向する場合は、
その対向重複による漏洩磁束のために生じるマグネット
起磁力の減少が無視できる範囲に対向重複の範囲を設定
することで、さらに高効率で高トルクが得られる。
【００２６】また、ロータとして１対のＩ形積層コア１
４，１５の間にマグネット１６を挟んで十字形状に重ね
て形成したものや凸極部にマグネット１７ａ〜１７ｄを
埋設した十字形状のコア１８で形成したものを使用して
いるので、高速回転時の遠心力にマグネットが十分に耐
えられ、例えば、５０，０００ｒｐｍ以上の高速回転に
も対応でき、この点においても回転速度の高速化を図る
ことができる。
４，１５の間にマグネット１６を挟んで十字形状に重ね
て形成したものや凸極部にマグネット１７ａ〜１７ｄを
埋設した十字形状のコア１８で形成したものを使用して
いるので、高速回転時の遠心力にマグネットが十分に耐
えられ、例えば、５０，０００ｒｐｍ以上の高速回転に
も対応でき、この点においても回転速度の高速化を図る
ことができる。
【００２７】図１０はこのモータの回転動作に伴うステ
ータ１１と凸極ロータ１２との対向位置関係を示す図
で、図１０の(a) は表１のステップ５の２相励磁状態に
おけるステータ１１と凸極ロータ１２との平衡状態を示
している。すなわち、ステータ１１のＡ相がＮ極、Ｃ相
がＳ極に励磁され、Ｂ相が無励磁相になっている。
ータ１１と凸極ロータ１２との対向位置関係を示す図
で、図１０の(a) は表１のステップ５の２相励磁状態に
おけるステータ１１と凸極ロータ１２との平衡状態を示
している。すなわち、ステータ１１のＡ相がＮ極、Ｃ相
がＳ極に励磁され、Ｂ相が無励磁相になっている。
【００２８】この状態で、励磁相をステップ５からステ
ップ４に切替えると、すなわち、Ａ相のＮ極をそのまま
にしてＢ相をＳ極、Ｃ相を無励磁相に切替えると、凸極
ロータ１２は図１０の(b) に示すように時計方向に３０
度回転して次の平衡点に移動する。さらに、励磁相をス
テップ４からステップ３に切替えると、すなわち、Ｂ相
のＳ極をそのままにしてＣ相をＮ極、Ａ相を無励磁相に
切替えると、凸極ロータ１２は図１０の(c) に示すよう
に時計方向にさらに３０度回転して次の平衡点に移動す
る。さらに、励磁相をステップ３からステップ２に切替
えると、すなわち、Ｃ相のＮ極をそのままにしてＡ相を
Ｓ極、Ｂ相を無励磁相に切替えると、凸極ロータ１２は
図１０の(d) に示すように時計方向にさらに３０度回転
して次の平衡点に移動する。このようにしてステップ５
〜ステップ０の励磁切替えを順次繰返すことで凸極ロー
タ１２は時計方向に回転することになる。また、逆に、
ステップ０〜ステップ５の励磁切替えを順次繰返すこと
で凸極ロータ１２は反時計方向に回転することになる。
ップ４に切替えると、すなわち、Ａ相のＮ極をそのまま
にしてＢ相をＳ極、Ｃ相を無励磁相に切替えると、凸極
ロータ１２は図１０の(b) に示すように時計方向に３０
度回転して次の平衡点に移動する。さらに、励磁相をス
テップ４からステップ３に切替えると、すなわち、Ｂ相
のＳ極をそのままにしてＣ相をＮ極、Ａ相を無励磁相に
切替えると、凸極ロータ１２は図１０の(c) に示すよう
に時計方向にさらに３０度回転して次の平衡点に移動す
る。さらに、励磁相をステップ３からステップ２に切替
えると、すなわち、Ｃ相のＮ極をそのままにしてＡ相を
Ｓ極、Ｂ相を無励磁相に切替えると、凸極ロータ１２は
図１０の(d) に示すように時計方向にさらに３０度回転
して次の平衡点に移動する。このようにしてステップ５
〜ステップ０の励磁切替えを順次繰返すことで凸極ロー
タ１２は時計方向に回転することになる。また、逆に、
ステップ０〜ステップ５の励磁切替えを順次繰返すこと
で凸極ロータ１２は反時計方向に回転することになる。
【００２９】次に、ステータ１１の各ポールの幅及び凸
極ロータ１２の各ポールの幅を変化させた場合のスティ
ッフネス特性について述べる。図１１及び図１２はステ
ータ１１の各ポールの幅を適正幅にした状態で凸極ロー
タ１２の各ポールの幅を小さくした場合で、図１１はス
テータ１１のＢ相をＮ極、Ｃ相をＳ極に励磁し、Ａ相を
無励磁相としたときの平衡状態と発生するトルクＴn1、
Ｔs1、Ｔn2、Ｔs2の向きを示している。また、図１２は
この平衡状態からＢ相のＮ極をそのままにしてＡ相をＳ
極、Ｃ相を無励磁相に切替えたときに発生するトルクを
示している。
極ロータ１２の各ポールの幅を変化させた場合のスティ
ッフネス特性について述べる。図１１及び図１２はステ
ータ１１の各ポールの幅を適正幅にした状態で凸極ロー
タ１２の各ポールの幅を小さくした場合で、図１１はス
テータ１１のＢ相をＮ極、Ｃ相をＳ極に励磁し、Ａ相を
無励磁相としたときの平衡状態と発生するトルクＴn1、
Ｔs1、Ｔn2、Ｔs2の向きを示している。また、図１２は
この平衡状態からＢ相のＮ極をそのままにしてＡ相をＳ
極、Ｃ相を無励磁相に切替えたときに発生するトルクを
示している。
【００３０】この相切替えを行うと、凸極ロータ１２の
Ｎ極のポールに発生するトルクＴn1、Ｔn2の方向が反転
し、凸極ロータ１２を反時計方向に回転する。しかし、
凸極ロータ１２のＮ極とステータ１１のＡ相のポールの
Ｓ極とは距離が離れているため、両者の吸引力は非常に
小さくなり、しかも、このＮ極のポールとステータ１１
のＣ相のポールとの間には逆方向のトルクが発生し、Ｎ
極のポールに発生するトルクＴn1、Ｔn2はきわめて小さ
くゼロに近くなる。従って、回転に寄与するトルクが小
さくなる。このモータの場合のスティッフネス特性を示
すと、図９のグラフｇ２に示すようになる。
Ｎ極のポールに発生するトルクＴn1、Ｔn2の方向が反転
し、凸極ロータ１２を反時計方向に回転する。しかし、
凸極ロータ１２のＮ極とステータ１１のＡ相のポールの
Ｓ極とは距離が離れているため、両者の吸引力は非常に
小さくなり、しかも、このＮ極のポールとステータ１１
のＣ相のポールとの間には逆方向のトルクが発生し、Ｎ
極のポールに発生するトルクＴn1、Ｔn2はきわめて小さ
くゼロに近くなる。従って、回転に寄与するトルクが小
さくなる。このモータの場合のスティッフネス特性を示
すと、図９のグラフｇ２に示すようになる。
【００３１】図１３及び図１４は凸極ロータ１２の各ポ
ールの幅とステータ１１の各ポールの幅の両方を小さく
した場合で、図１３はステータ１１のＢ相をＮ極、Ｃ相
をＳ極に励磁し、Ａ相を無励磁相としたときの平衡状態
と発生するトルクＴn1、Ｔs1、Ｔn2、Ｔs2の向きを示し
ている。また、図１４はこの平衡状態からＢ相のＮ極を
そのままにしてＡ相をＳ極、Ｃ相を無励磁相に切替えた
ときに発生するトルクを示している。
ールの幅とステータ１１の各ポールの幅の両方を小さく
した場合で、図１３はステータ１１のＢ相をＮ極、Ｃ相
をＳ極に励磁し、Ａ相を無励磁相としたときの平衡状態
と発生するトルクＴn1、Ｔs1、Ｔn2、Ｔs2の向きを示し
ている。また、図１４はこの平衡状態からＢ相のＮ極を
そのままにしてＡ相をＳ極、Ｃ相を無励磁相に切替えた
ときに発生するトルクを示している。
【００３２】この相切替えを行うと、凸極ロータ１２の
Ｎ極のポールには回転を引き戻すような引き戻しトルク
が発生し、Ｓ極のポールに発生するトルクＴs1、Ｔs2を
減少させる。従って、回転に寄与するトルクはさらに小
さくなる。このモータの場合のスティッフネス特性を示
すと、図９のグラフｇ３に示すようになる。
Ｎ極のポールには回転を引き戻すような引き戻しトルク
が発生し、Ｓ極のポールに発生するトルクＴs1、Ｔs2を
減少させる。従って、回転に寄与するトルクはさらに小
さくなる。このモータの場合のスティッフネス特性を示
すと、図９のグラフｇ３に示すようになる。
【００３３】図１５及び図１６は凸極ロータ１２の各ポ
ールの幅を大きくし、ステータ１１の各ポールの幅を小
さくした場合で、図１５はステータ１１のＢ相をＮ極、
Ｃ相をＳ極に励磁し、Ａ相を無励磁相としたときの平衡
状態と発生するトルクＴn1、Ｔs1、Ｔn2、Ｔs2の向きを
示している。また、図１６はこの平衡状態からＢ相のＮ
極をそのままにしてＡ相をＳ極、Ｃ相を無励磁相に切替
えたときに発生するトルクを示している。
ールの幅を大きくし、ステータ１１の各ポールの幅を小
さくした場合で、図１５はステータ１１のＢ相をＮ極、
Ｃ相をＳ極に励磁し、Ａ相を無励磁相としたときの平衡
状態と発生するトルクＴn1、Ｔs1、Ｔn2、Ｔs2の向きを
示している。また、図１６はこの平衡状態からＢ相のＮ
極をそのままにしてＡ相をＳ極、Ｃ相を無励磁相に切替
えたときに発生するトルクを示している。
【００３４】この相切替えを行うと、凸極ロータ１２の
Ｎ極のポールに発生するトルクＴn1、Ｔn2の方向が反転
し、凸極ロータ１２を反時計方向に回転する。この場
合、凸極ロータ１２のＮ極とステータ１１のＡ相のポー
ルのＳ極との間に発生するトルクＴn1及びＴn2は大きく
なり、凸極ロータ１２は大きなトルクで回転する。この
モータの場合のスティッフネス特性を示すと、図９のグ
ラフｇ４に示すようにグラフｇ１に近似した特性にな
る。
Ｎ極のポールに発生するトルクＴn1、Ｔn2の方向が反転
し、凸極ロータ１２を反時計方向に回転する。この場
合、凸極ロータ１２のＮ極とステータ１１のＡ相のポー
ルのＳ極との間に発生するトルクＴn1及びＴn2は大きく
なり、凸極ロータ１２は大きなトルクで回転する。この
モータの場合のスティッフネス特性を示すと、図９のグ
ラフｇ４に示すようにグラフｇ１に近似した特性にな
る。
【００３５】図１７及び図１８はステータ１１の各ポー
ルの幅を適正幅にした状態で凸極ロータ１２の各ポール
の幅を大きくした場合で、図１７はステータ１１のＢ相
をＮ極、Ｃ相をＳ極に励磁し、Ａ相を無励磁相としたと
きの平衡状態と発生するトルクＴn1、Ｔs1、Ｔn2、Ｔs2
の向きを示している。また、図１８はこの平衡状態から
Ｂ相のＮ極をそのままにしてＡ相をＳ極、Ｃ相を無励磁
相に切替えたときに発生するトルクを示している。この
相切替えを行うと、凸極ロータ１２のＮ極のポールに発
生するトルクＴn1、Ｔn2の方向が反転するが、全体とし
て大きなトルクが得られない。このモータの場合のステ
ィッフネス特性を示すと、図９のグラフｇ４に近似の曲
線でピーク値のやや低い特性になる。
ルの幅を適正幅にした状態で凸極ロータ１２の各ポール
の幅を大きくした場合で、図１７はステータ１１のＢ相
をＮ極、Ｃ相をＳ極に励磁し、Ａ相を無励磁相としたと
きの平衡状態と発生するトルクＴn1、Ｔs1、Ｔn2、Ｔs2
の向きを示している。また、図１８はこの平衡状態から
Ｂ相のＮ極をそのままにしてＡ相をＳ極、Ｃ相を無励磁
相に切替えたときに発生するトルクを示している。この
相切替えを行うと、凸極ロータ１２のＮ極のポールに発
生するトルクＴn1、Ｔn2の方向が反転するが、全体とし
て大きなトルクが得られない。このモータの場合のステ
ィッフネス特性を示すと、図９のグラフｇ４に近似の曲
線でピーク値のやや低い特性になる。
【００３６】図１９及び図２０はステータ１１の各ポー
ルの幅を適正幅にした状態で凸極ロータ１２の各ポール
の幅をさらに大きく特大にした場合で、図１９はステー
タ１１のＢ相をＮ極、Ｃ相をＳ極に励磁し、Ａ相を無励
磁相としたときの平衡状態と発生するトルクＴn1、Ｔs
1、Ｔn2、Ｔs2の向きを示している。また、図２０はこ
の平衡状態からＢ相のＮ極をそのままにしてＡ相をＳ
極、Ｃ相を無励磁相に切替えたときに発生するトルクを
示している。この相切替えを行うと、凸極ロータ１２の
Ｎ極のポールに発生するトルクＴn1、Ｔn2の方向が反転
するが、全体として大きなトルクが得られない。このモ
ータの場合のスティッフネス特性を示すと、図９のグラ
フｇ５に示す特性になる。
ルの幅を適正幅にした状態で凸極ロータ１２の各ポール
の幅をさらに大きく特大にした場合で、図１９はステー
タ１１のＢ相をＮ極、Ｃ相をＳ極に励磁し、Ａ相を無励
磁相としたときの平衡状態と発生するトルクＴn1、Ｔs
1、Ｔn2、Ｔs2の向きを示している。また、図２０はこ
の平衡状態からＢ相のＮ極をそのままにしてＡ相をＳ
極、Ｃ相を無励磁相に切替えたときに発生するトルクを
示している。この相切替えを行うと、凸極ロータ１２の
Ｎ極のポールに発生するトルクＴn1、Ｔn2の方向が反転
するが、全体として大きなトルクが得られない。このモ
ータの場合のスティッフネス特性を示すと、図９のグラ
フｇ５に示す特性になる。
【００３７】図２４は凸極ロータ１２の各ポールの幅を
小さくし、かつ、Ｎ極のポールとＳ極のポールとの為す
角度を９０度から６０度に変更した場合で、ステータ１
１のＢ相をＮ極、Ｃ相をＳ極に励磁し、Ａ相を無励磁相
としたときの平衡状態を示している。例えば、Ｎ極のポ
ールとＳ極のポールとの為す角度を６８度にした場合の
スティッフネス特性を示すと、図９のグラフｇ６に示す
ようになり、大きなトルクが得られる。また、為す角度
が６０度の場合は、これよりも極わずかトルクが大きく
なり、為す角度が７６度の場合は逆に若干低下する。何
れにしても大きなトルクを得るにはＮ極のポールとＳ極
のポールとの為す角度が６０度〜７６度の範囲が望まし
い。
小さくし、かつ、Ｎ極のポールとＳ極のポールとの為す
角度を９０度から６０度に変更した場合で、ステータ１
１のＢ相をＮ極、Ｃ相をＳ極に励磁し、Ａ相を無励磁相
としたときの平衡状態を示している。例えば、Ｎ極のポ
ールとＳ極のポールとの為す角度を６８度にした場合の
スティッフネス特性を示すと、図９のグラフｇ６に示す
ようになり、大きなトルクが得られる。また、為す角度
が６０度の場合は、これよりも極わずかトルクが大きく
なり、為す角度が７６度の場合は逆に若干低下する。何
れにしても大きなトルクを得るにはＮ極のポールとＳ極
のポールとの為す角度が６０度〜７６度の範囲が望まし
い。
【００３８】このように、Ｎ極のポールとＳ極のポール
との為す角度を６０度〜７６度の範囲にすることで、た
とえ凸極ロータ１２の各ポールの幅を小さくしても適正
ポール幅の場合と同等の大きなトルクが得られる。この
ときのピーク値は図９のグラフｇ６からもわかるように
変位角θが６０度から４５度に移動する。しかも、この
場合は凸極ロータ１２のポール幅を小さくできるので、
ロータの小形軽量化を図ることができ、モータの小形軽
量化を実現できる。そして、ロータの小形軽量化により
より高速運転が可能になる。また、ロータを小型化でき
るので、このモータをポンプモータに適用した場合、ロ
ータとステータとの間に流体の通過スペースを十分に確
保でき、動翼や流路の形成の自由度を高めることができ
る。
との為す角度を６０度〜７６度の範囲にすることで、た
とえ凸極ロータ１２の各ポールの幅を小さくしても適正
ポール幅の場合と同等の大きなトルクが得られる。この
ときのピーク値は図９のグラフｇ６からもわかるように
変位角θが６０度から４５度に移動する。しかも、この
場合は凸極ロータ１２のポール幅を小さくできるので、
ロータの小形軽量化を図ることができ、モータの小形軽
量化を実現できる。そして、ロータの小形軽量化により
より高速運転が可能になる。また、ロータを小型化でき
るので、このモータをポンプモータに適用した場合、ロ
ータとステータとの間に流体の通過スペースを十分に確
保でき、動翼や流路の形成の自由度を高めることができ
る。
【００３９】表２は実際に試作した６種類のモータの例
を示すもので、凸極ロータ１２は外径が全て４１ｍｍ、
積厚がＮ極のコアもＳ極のコアも全て８ｍｍのものを使
用し、ポール幅のみを２２ｍｍ、１８ｍｍ、１４ｍｍ、
９ｍｍの４種類のものを使用した。また、ステータ１１
は外径が全て７２ｍｍ、内径が全て４２ｍｍ、積厚が全
て２０ｍｍのものを使用し、ポール幅のみを１８ｍｍと
１２ｍｍの２種類のものを使用した。なお、マグネット
１６は径が２０ｍｍのものを使用した。
を示すもので、凸極ロータ１２は外径が全て４１ｍｍ、
積厚がＮ極のコアもＳ極のコアも全て８ｍｍのものを使
用し、ポール幅のみを２２ｍｍ、１８ｍｍ、１４ｍｍ、
９ｍｍの４種類のものを使用した。また、ステータ１１
は外径が全て７２ｍｍ、内径が全て４２ｍｍ、積厚が全
て２０ｍｍのものを使用し、ポール幅のみを１８ｍｍと
１２ｍｍの２種類のものを使用した。なお、マグネット
１６は径が２０ｍｍのものを使用した。
【００４０】
【表２】
【００４１】Ｎｏ．１は凸極ロータのポール幅が２２ｍ
ｍ、ステータのポール幅が１８ｍｍで、これは図１９の
モータに相当する。Ｎｏ．２は凸極ロータのポール幅が
１８ｍｍ、ステータのポール幅が１８ｍｍで、これは図
１７のモータに相当する。Ｎｏ．３は凸極ロータのポー
ル幅が１４ｍｍ、ステータのポール幅が１８ｍｍで、こ
れは適正幅である図７のモータに相当する。Ｎｏ．４は
凸極ロータのポール幅が９ｍｍ、ステータのポール幅が
１８ｍｍで、これは図１１のモータに相当する。Ｎｏ．
５は凸極ロータのポール幅が９ｍｍ、ステータのポール
幅が１２ｍｍで、これは図１３のモータに相当する。Ｎ
ｏ．６は凸極ロータのポール幅が１８ｍｍ、ステータの
ポール幅が１２ｍｍで、これは図１５のモータに相当す
る。
ｍ、ステータのポール幅が１８ｍｍで、これは図１９の
モータに相当する。Ｎｏ．２は凸極ロータのポール幅が
１８ｍｍ、ステータのポール幅が１８ｍｍで、これは図
１７のモータに相当する。Ｎｏ．３は凸極ロータのポー
ル幅が１４ｍｍ、ステータのポール幅が１８ｍｍで、こ
れは適正幅である図７のモータに相当する。Ｎｏ．４は
凸極ロータのポール幅が９ｍｍ、ステータのポール幅が
１８ｍｍで、これは図１１のモータに相当する。Ｎｏ．
５は凸極ロータのポール幅が９ｍｍ、ステータのポール
幅が１２ｍｍで、これは図１３のモータに相当する。Ｎ
ｏ．６は凸極ロータのポール幅が１８ｍｍ、ステータの
ポール幅が１２ｍｍで、これは図１５のモータに相当す
る。
【００４２】次に、これらのモータを駆動する駆動回路
について述べる。図２１に示すように、＋Ｅ端子と接地
間に２個のＮＰＮ形トランジスタ２２，２３の直列回
路、２個のＮＰＮ形トランジスタ２４，２５の直列回路
及び２個のＮＰＮ形トランジスタ２６，２７の直列回路
をそれぞれ接続し、前記トランジスタ２２，２３の接続
点、前記トランジスタ２４，２５の接続点及び前記トラ
ンジスタ２６，２７の接続点にそれぞれモータ２１の各
相の巻線を接続している。
について述べる。図２１に示すように、＋Ｅ端子と接地
間に２個のＮＰＮ形トランジスタ２２，２３の直列回
路、２個のＮＰＮ形トランジスタ２４，２５の直列回路
及び２個のＮＰＮ形トランジスタ２６，２７の直列回路
をそれぞれ接続し、前記トランジスタ２２，２３の接続
点、前記トランジスタ２４，２５の接続点及び前記トラ
ンジスタ２６，２７の接続点にそれぞれモータ２１の各
相の巻線を接続している。
【００４３】また、マイクロコンピュータ２８から回転
速度を制御する速度指令パルスを２入力アンドゲート回
路２９に入力している。また、前記モータ２１の回転位
置を信号発生手段としての位置検出信号発生回路３０に
より検出している。
速度を制御する速度指令パルスを２入力アンドゲート回
路２９に入力している。また、前記モータ２１の回転位
置を信号発生手段としての位置検出信号発生回路３０に
より検出している。
【００４４】前記位置検出信号発生回路３０は、図２２
及び図２３に示すように、凸極ロータ１２を支持する回
転軸１３にそのロータ１２の上方に位置して円板状の２
４極マグネット３１を固定し、そのマグネット３１の各
磁極の通過をホール素子３２によって検出する構成のも
ので、例えば、Ｎ極が通過する毎にホール素子３２から
パルス信号が発生する場合にはホール素子３２からのパ
ルス信号は凸極ロータ１２が３０度回転する毎に発生す
る。そして、このパルス信号を波形整形して位置検出信
号として遅延回路３３に供給している。
及び図２３に示すように、凸極ロータ１２を支持する回
転軸１３にそのロータ１２の上方に位置して円板状の２
４極マグネット３１を固定し、そのマグネット３１の各
磁極の通過をホール素子３２によって検出する構成のも
ので、例えば、Ｎ極が通過する毎にホール素子３２から
パルス信号が発生する場合にはホール素子３２からのパ
ルス信号は凸極ロータ１２が３０度回転する毎に発生す
る。そして、このパルス信号を波形整形して位置検出信
号として遅延回路３３に供給している。
【００４５】前記遅延回路３３は、位置検出信号を遅延
制御して前記アンドゲート回路２９にその位置検出信号
を供給するタイミングを調整するもので、その遅延量は
前記マイクロコンピュータ２８が負荷状態や加速状態に
より制御するようになっている。
制御して前記アンドゲート回路２９にその位置検出信号
を供給するタイミングを調整するもので、その遅延量は
前記マイクロコンピュータ２８が負荷状態や加速状態に
より制御するようになっている。
【００４６】前記アンドゲート回路２９は、マイクロコ
ンピュータ２８からの速度指令パルスと前記遅延回路３
３からの位置検出信号との論理積を取り、その論理積出
力を６ステップリングカウンタ３４に出力している。前
記リングカウンタ３４はアンドゲート回路２９からの論
理積出力の入力に応じて６本の出力ラインへの出力を順
次変化させ、これを繰返すもので、その出力をインバー
タＩＣ３５に供給している。
ンピュータ２８からの速度指令パルスと前記遅延回路３
３からの位置検出信号との論理積を取り、その論理積出
力を６ステップリングカウンタ３４に出力している。前
記リングカウンタ３４はアンドゲート回路２９からの論
理積出力の入力に応じて６本の出力ラインへの出力を順
次変化させ、これを繰返すもので、その出力をインバー
タＩＣ３５に供給している。
【００４７】前記インバータＩＣ３５は、リングカウン
タ３４からの出力を取込んで前記各トランジスタ２２〜
２７をモータ２１が前述した表１に示す２相励磁のステ
ップ順序、又は逆のステップ順序に従って動作するよう
にスイッチング制御するようになっている。
タ３４からの出力を取込んで前記各トランジスタ２２〜
２７をモータ２１が前述した表１に示す２相励磁のステ
ップ順序、又は逆のステップ順序に従って動作するよう
にスイッチング制御するようになっている。
【００４８】このような駆動回路を使用すればモータ２
１の凸極ロータの回転位置と速度指令パルスとの同期を
アンドゲート回路２９で取ることができるので、２相励
磁の切替えを常に凸極ロータの設定した回転位置で行う
ことができ、脱調を防止して安定した高速回転を維持で
きる。すなわち、負荷トルクが軽く励磁切替えの周波数
が比較的低い場合は凸極ロータ１２のポールとステータ
１１のポールとの遅れ角度、すなわち、変位角θは小さ
いが、負荷トルクが大きくなったり、励磁切替えの周波
数が高くなると、変位角θが大きくなり、この変位角θ
が９０度を越えると脱調する。この点、この駆動回路で
は変位角θを位置検出信号発生回路３０が検出しアンド
ゲート回路２９で速度指令パルスとの論理積を取ってリ
ングカウンタ３４に入力することで２相励磁の切替えを
タイミングよく行うことができ、脱調を防止できること
になる。
１の凸極ロータの回転位置と速度指令パルスとの同期を
アンドゲート回路２９で取ることができるので、２相励
磁の切替えを常に凸極ロータの設定した回転位置で行う
ことができ、脱調を防止して安定した高速回転を維持で
きる。すなわち、負荷トルクが軽く励磁切替えの周波数
が比較的低い場合は凸極ロータ１２のポールとステータ
１１のポールとの遅れ角度、すなわち、変位角θは小さ
いが、負荷トルクが大きくなったり、励磁切替えの周波
数が高くなると、変位角θが大きくなり、この変位角θ
が９０度を越えると脱調する。この点、この駆動回路で
は変位角θを位置検出信号発生回路３０が検出しアンド
ゲート回路２９で速度指令パルスとの論理積を取ってリ
ングカウンタ３４に入力することで２相励磁の切替えを
タイミングよく行うことができ、脱調を防止できること
になる。
【００４９】また、速度指令パルスを増加させると、逆
起電力のために相電流が減少して発生トルクが低下し、
ロータ速度が追従できなくなるおそれがあるので、この
ようなときには＋Ｅの電圧を高くして回転速度を増加さ
せることで対応できる。
起電力のために相電流が減少して発生トルクが低下し、
ロータ速度が追従できなくなるおそれがあるので、この
ようなときには＋Ｅの電圧を高くして回転速度を増加さ
せることで対応できる。
【００５０】また、検出する変位角θはスティッフネス
特性のピーク値に近い６０度前後にすることが望まし
く、回転速度と負荷状態によって任意に調整できる。す
なわち、軽負荷時には遅延回路３３の遅延量を大きくし
て位置検出信号発生回路３０からの位置検出信号を比較
的大きく遅延して変位角θを小さくし発生トルクを下
げ、高負荷時や加速時には遅延回路３３の遅延量を小さ
くして位置検出信号発生回路３０からの位置検出信号を
比較的小さく遅延して変位角θを大きくし発生トルクを
上げることで安定した高速回転を維持できる。
特性のピーク値に近い６０度前後にすることが望まし
く、回転速度と負荷状態によって任意に調整できる。す
なわち、軽負荷時には遅延回路３３の遅延量を大きくし
て位置検出信号発生回路３０からの位置検出信号を比較
的大きく遅延して変位角θを小さくし発生トルクを下
げ、高負荷時や加速時には遅延回路３３の遅延量を小さ
くして位置検出信号発生回路３０からの位置検出信号を
比較的小さく遅延して変位角θを大きくし発生トルクを
上げることで安定した高速回転を維持できる。
【００５１】なお、この実施の形態ではステータと凸極
ロータのポール数がそれぞれ６個と４個の場合について
述べたが、必ずしもこれに限定するものではなく、それ
ぞれ倍の１２個と８個の場合も同様に適用できる。但
し、この場合において１ステップの角度は１５度とな
り、また、図２４に示すように凸極ロータのポールの幅
を小さくしても大きなトルクが得られるときのステータ
のポールと凸極ロータのポールの為す角度は３０度〜３
８度の範囲になる。
ロータのポール数がそれぞれ６個と４個の場合について
述べたが、必ずしもこれに限定するものではなく、それ
ぞれ倍の１２個と８個の場合も同様に適用できる。但
し、この場合において１ステップの角度は１５度とな
り、また、図２４に示すように凸極ロータのポールの幅
を小さくしても大きなトルクが得られるときのステータ
のポールと凸極ロータのポールの為す角度は３０度〜３
８度の範囲になる。
【００５２】
【発明の効果】請求項１乃至８記載の発明によれば、高
効率で高トルクが得られ、これにより、回転速度の高速
化を図ることができる。また、請求項２、３、４、７及
び８記載の発明によれば、さらに、高速回転時における
脱調を防止して高速回転の安定化を図ることができる。
また、請求項５乃至８記載の発明によれば、さらに、凸
極ロータのポールの幅を小さくでき、小形軽量化を図る
ことができる。
効率で高トルクが得られ、これにより、回転速度の高速
化を図ることができる。また、請求項２、３、４、７及
び８記載の発明によれば、さらに、高速回転時における
脱調を防止して高速回転の安定化を図ることができる。
また、請求項５乃至８記載の発明によれば、さらに、凸
極ロータのポールの幅を小さくでき、小形軽量化を図る
ことができる。
【図１】本発明の実施の形態におけるステータと凸極ロ
ータの構成を示す平面図。
ータの構成を示す平面図。
【図２】同実施の形態におけるステータと凸極ロータの
構成を示す縦断面図。
構成を示す縦断面図。
【図３】同実施の形態におけるステータと凸極ロータの
構成を示す縦断面斜視図。
構成を示す縦断面斜視図。
【図４】同実施の形態における凸極ロータの他の実施例
を示す図。
を示す図。
【図５】同実施の形態における巻線の結線状態を示す
図。
図。
【図６】同実施の形態における励磁電圧波形を示す図。
【図７】同実施の形態において凸極ロータのポール幅を
適正幅にしたときの一励磁条件の基でのロータの平衡状
態を示す図。
適正幅にしたときの一励磁条件の基でのロータの平衡状
態を示す図。
【図８】図７の平衡状態から１ステップ励磁相を切替え
たときの発生トルクを説明するための図。
たときの発生トルクを説明するための図。
【図９】同実施の形態においてステータ及び凸極ロータ
のポール幅を適正幅にした場合や大小変化させた場合の
スティッフネス特性を示すグラフ。
のポール幅を適正幅にした場合や大小変化させた場合の
スティッフネス特性を示すグラフ。
【図１０】同実施の形態における３相モータの回転動作
を説明するための図、
を説明するための図、
【図１１】同実施の形態においてステータのポール幅を
適正幅にし、凸極ロータのポール幅を小さくしたときの
一励磁条件の基でのロータの平衡状態を示す図。
適正幅にし、凸極ロータのポール幅を小さくしたときの
一励磁条件の基でのロータの平衡状態を示す図。
【図１２】図１１の平衡状態から１ステップ励磁相を切
替えたときの発生トルクを説明するための図。
替えたときの発生トルクを説明するための図。
【図１３】同実施の形態においてステータ及び凸極ロー
タのポール幅を小さくしたときの一励磁条件の基でのロ
ータの平衡状態を示す図。
タのポール幅を小さくしたときの一励磁条件の基でのロ
ータの平衡状態を示す図。
【図１４】図１３の平衡状態から１ステップ励磁相を切
替えたときの発生トルクを説明するための図。
替えたときの発生トルクを説明するための図。
【図１５】同実施の形態においてステータのポール幅を
小さくし、かつ、凸極ロータのポール幅を大きくしたと
きの一励磁条件の基でのロータの平衡状態を示す図。
小さくし、かつ、凸極ロータのポール幅を大きくしたと
きの一励磁条件の基でのロータの平衡状態を示す図。
【図１６】図１５の平衡状態から１ステップ励磁相を切
替えたときの発生トルクを説明するための図。
替えたときの発生トルクを説明するための図。
【図１７】同実施の形態においてステータのポール幅を
適正幅にし、凸極ロータのポール幅を大きくしたときの
一励磁条件の基でのロータの平衡状態を示す図。
適正幅にし、凸極ロータのポール幅を大きくしたときの
一励磁条件の基でのロータの平衡状態を示す図。
【図１８】図１７の平衡状態から１ステップ励磁相を切
替えたときの発生トルクを説明するための図。
替えたときの発生トルクを説明するための図。
【図１９】同実施の形態においてステータのポール幅を
適正幅にし、凸極ロータのポール幅を特大にしたときの
一励磁条件の基でのロータの平衡状態を示す図。
適正幅にし、凸極ロータのポール幅を特大にしたときの
一励磁条件の基でのロータの平衡状態を示す図。
【図２０】図１９の平衡状態から１ステップ励磁相を切
替えたときの発生トルクを説明するための図。
替えたときの発生トルクを説明するための図。
【図２１】同実施の形態におけるモータ駆動回路の構成
を示す図。
を示す図。
【図２２】同実施の形態における回転位置を検出する機
構部の構成を示す平面図。
構部の構成を示す平面図。
【図２３】同実施の形態における回転位置を検出する機
構部の構成を示す側面図。
構部の構成を示す側面図。
【図２４】同実施の形態においてステータのポールと凸
極ロータのポールとの為す角度を６０度にしたときの一
励磁条件の基でのロータの平衡状態を示す図。
極ロータのポールとの為す角度を６０度にしたときの一
励磁条件の基でのロータの平衡状態を示す図。
【図２５】従来の３相モータ構成を示す図。
【図２６】課題を説明するための３相モータ構成を示す
図。
図。
１１…ステータ
１２…凸極ロータ
１３…回転軸
１６…マグネット
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平８−251899（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−331883（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−209552（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−67306（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−38184（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−116651（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−143694（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H02K 21/00
H02K 19/00
H02K 37/00
H02P 6/00
H02P 8/00
Claims (8)
- 【請求項１】 複数ポールのステータと複数ポールの凸
極ロータを有する３相モータにおいて、前記凸極ロータ
はマグネットを備え、このマグネットにより各ポールが
Ｎ、Ｓ極に交互に励磁されており、前記凸極ロータが２
相励磁状態において平衡状態を保持している位置にある
とき、この凸極ロータのポールの片側端部が、前記ステ
ータの次に励磁しようとするポールの片側端部に対し
て、この次に励磁しようとするポールを前記凸極ロータ
のポールと異なる極に励磁するとともに対向しているポ
ールを無励磁にしたとき、前記凸極ロータの片側端部が
前記ステータの片側端部の近傍に位置するように前記ス
テータ及び凸極ロータにおける各ポールの幅を設定し、
回転速度を制御する速度指令パルスにより順次励磁相切
替えを行って前記凸極ロータを回転駆動することを特徴
とする３相モータ。 - 【請求項２】 ６ポールのステータと４ポールの凸極ロ
ータを有する３相モータにおいて、前記凸極ロータはマ
グネットを備え、このマグネットにより各ポールがＮ、
Ｓ極に交互に励磁されており、前記凸極ロータが２相励
磁状態において平衡状態を保持している位置にあると
き、この凸極ロータのポールの片側端部が、前記ステー
タの次に励磁しようとするポールの片側端部に対して、
この次に励磁しようとするポールを前記凸極ロータのポ
ールと異なる極に励磁するとともに対向しているポール
を無励磁にしたとき、前記凸極ロータの片側端部が前記
ステータの片側端部の近傍に位置するように前記ステー
タ及び凸極ロータにおける各ポールの幅を設定するとと
もに、前記凸極ロータの回転位置を３０度毎に検出して
回転位置検出信号を発生する信号発生手段を設け、回転
速度を制御する速度指令パルスと前記信号発生手段から
の回転位置検出信号との論理積出力により順次励磁相切
替えを行って前記凸極ロータを回転駆動することを特徴
とする３相モータ。 - 【請求項３】 １２ポールのステータと８ポールの凸極
ロータを有する３相モータにおいて、前記凸極ロータは
マグネットを備え、このマグネットにより各ポールが
Ｎ、Ｓ極に交互に励磁されており、前記凸極ロータが２
相励磁状態において平衡状態を保持している位置にある
とき、この凸極ロータのポールの片側端部が、前記ステ
ータの次に励磁しようとするポールの片側端部に対し
て、この次に励磁しようとするポールを前記凸極ロータ
のポールと異なる極に励磁するとともに対向しているポ
ールを無励磁にしたとき、前記凸極ロータの片側端部が
前記ステータの片側端部の近傍に位置するように前記ス
テータ及び凸極ロータにおける各ポールの幅を設定する
とともに、前記凸極ロータの回転位置を１５度毎に検出
して回転位置検出信号を発生する信号発生手段を設け、
回転速度を制御する速度指令パルスと前記信号発生手段
からの回転位置検出信号との論理積出力により順次励磁
相切替えを行って前記凸極ロータを回転駆動することを
特徴とする３相モータ。 - 【請求項４】 回転速度に応じて信号発生手段から発生
した回転位置検出信号のタイミングを調整するタイミン
グ調整手段を設け、このタイミング調整手段にて調整し
た回転位置検出信号と速度指令パルスとの論理積出力に
より順次励磁相切替えを行って前記凸極ロータを回転駆
動することを特徴とする請求項２又は３記載の３相モー
タ。 - 【請求項５】 ステータを６ポール、凸極ロータを４ポ
ールとした場合に、前記凸極ロータのポールのＮ極とＳ
極の為す角度を６０度〜７６度の範囲に設定することを
特徴とする請求項１記載の３相モータ。 - 【請求項６】 ステータを１２ポール、凸極ロータを８
ポールとした場合に、前記凸極ロータのポールのＮ極と
Ｓ極の為す角度を３０度〜３８度の範囲に設定すること
を特徴とする請求項１記載の３相モータ。 - 【請求項７】 凸極ロータのポールのＮ極とＳ極の為す
角度を６０度〜７６度の範囲に設定することを特徴とす
る請求項２記載の３相モータ。 - 【請求項８】 凸極ロータのポールのＮ極とＳ極の為す
角度を３０度〜３８度の範囲に設定することを特徴とす
る請求項３記載の３相モータ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19715998A JP3425369B2 (ja) | 1997-09-24 | 1998-07-13 | ３相モータ |
| US09/158,363 US6097126A (en) | 1997-09-24 | 1998-09-22 | Three-phrase reluctance motor |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9-258368 | 1997-09-24 | ||
| JP25836897 | 1997-09-24 | ||
| JP19715998A JP3425369B2 (ja) | 1997-09-24 | 1998-07-13 | ３相モータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11164591A JPH11164591A (ja) | 1999-06-18 |
| JP3425369B2 true JP3425369B2 (ja) | 2003-07-14 |
Family
ID=26510203
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19715998A Expired - Fee Related JP3425369B2 (ja) | 1997-09-24 | 1998-07-13 | ３相モータ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6097126A (ja) |
| JP (1) | JP3425369B2 (ja) |
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| JP2001050161A (ja) * | 1999-08-05 | 2001-02-23 | Ebara Corp | 気体移送機 |
| US6388417B1 (en) * | 1999-12-06 | 2002-05-14 | Macrosonix Corporation | High stability dynamic force motor |
| US6570278B1 (en) * | 2000-01-24 | 2003-05-27 | Salvatore Falanga | Electromagnetic integrated driver alternator |
| US6664704B2 (en) | 2001-11-23 | 2003-12-16 | David Gregory Calley | Electrical machine |
| JP2004172353A (ja) * | 2002-11-20 | 2004-06-17 | Minebea Co Ltd | ロータリソレノイド |
| DE10337916A1 (de) * | 2003-08-18 | 2005-03-17 | Vorwerk & Co. Interholding Gmbh | Reluktanzmotor und Verfahren zum Wickeln eines Reluktanzmotors |
| US20050275303A1 (en) * | 2004-06-09 | 2005-12-15 | Tetmeyer Michael E | Differential flux permanent magnet machine |
| US7411388B2 (en) * | 2005-08-30 | 2008-08-12 | Baker Hughes Incorporated | Rotary position sensor and method for determining a position of a rotating body |
| JP2007116767A (ja) * | 2005-10-18 | 2007-05-10 | Denso Corp | 燃料ポンプ |
| DE102006020965B3 (de) * | 2006-05-05 | 2007-06-21 | Hans Hermann Rottmerhusen | Elektromotorische Hilfskraftlenkung |
| JP5130679B2 (ja) * | 2006-09-07 | 2013-01-30 | 株式会社明電舎 | 順突極モータ |
| DE102007028347A1 (de) * | 2006-12-19 | 2008-06-26 | Robert Bosch Gmbh | Elektrische Maschine |
| US20080303355A1 (en) * | 2007-03-16 | 2008-12-11 | Orlo James Fiske | Rail motor system and method |
| EP2151039A1 (en) | 2007-05-09 | 2010-02-10 | Motor Excellence, LLC | Generators using electromagnetic rotors |
| US7868511B2 (en) | 2007-05-09 | 2011-01-11 | Motor Excellence, Llc | Electrical devices using disk and non-disk shaped rotors |
| WO2009128268A1 (en) * | 2008-04-18 | 2009-10-22 | Panasonic Corporation | Inverter controller, compressor, and electric home appliance |
| WO2010062766A2 (en) | 2008-11-03 | 2010-06-03 | Motor Excellence, Llc | Polyphase transverse and/or commutated flux systems |
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| EP2548288A1 (en) * | 2010-03-15 | 2013-01-23 | Motor Excellence, LLC | Transverse and/or commutated flux systems configured to provide reduced flux leakage, hysteresis loss reduction, and phase matching |
| WO2012067893A2 (en) | 2010-11-17 | 2012-05-24 | Motor Excellence, Llc | Transverse and/or commutated flux systems having segmented stator laminations |
| US8952590B2 (en) | 2010-11-17 | 2015-02-10 | Electric Torque Machines Inc | Transverse and/or commutated flux systems having laminated and powdered metal portions |
| US8854171B2 (en) | 2010-11-17 | 2014-10-07 | Electric Torque Machines Inc. | Transverse and/or commutated flux system coil concepts |
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| US10608489B2 (en) * | 2012-12-11 | 2020-03-31 | Enedym Inc. | Switched reluctance machine with rotor excitation using permanent magnets |
| US10666097B2 (en) * | 2017-12-12 | 2020-05-26 | Hamilton Sundstrand Corporation | Switched reluctance electric machine including pole flux barriers |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| EP0558746B1 (en) * | 1990-11-20 | 1996-11-06 | Seiko Epson Corporation | Rotor of brushless motor |
| US5148070A (en) * | 1991-08-30 | 1992-09-15 | Platt Saco Lowell Corporation | Apparatus for commutation of an electric motor |
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-
1998
- 1998-07-13 JP JP19715998A patent/JP3425369B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1998-09-22 US US09/158,363 patent/US6097126A/en not_active Expired - Fee Related
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