JPH011498A - モータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分！］ 本発明は高速位置決めに適したモータに関し、更に詳細
には、高速回転させるときには交流で駆動し、低速回転
させるときには直流でステップ駆動するモータに関する
。

［従来の技術とその問題点コ 位置決めサーボモータには次の性能が要求されろ。

（１）　高速運転が可能なこと。

（２）　制御運転が可能なこと。

（３）　低速なめらか駆動ができること。

（４）　拘束トルクが大きいこと。

従来から使用されているステップモータは、上記（３）
（４）項に関しては優れた性能を有しているが、（１）
項の高速運転に関しては必ずしも十分でない。

そこで、本発明の冒的は高速駆動が可能で有ると共に低
速駆動も可能なモータを提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決し、上記目的を達成するための本発明
は、回転子と、回転磁界を発生させることができるよう
に配置された複数の固定子巻線を有する固定子とを備え
たモータであって、前記固定子巻線に交流電圧を印加し
て交流モータとして駆動することができると共に、前記
、複数の固定子巻線に直流電流を選択的に流すことによ
ってステップモータとして駆動することができるように
したことを特徴とするモータに係わるものである。

［作用コ 本発明の固定子は、交流駆動時には交流モータの固定子
として機能する。一方、直流駆動時には、固定子は■定
（静止）磁界ベクトルを発生するのみであるが、複数の
固定子巻線が異なる角度位置に配置されているので、時
間差を有して駆動すると磁界ベクトルを移動させること
が可能になり、パルスモータと同様な動作が生じる。

［実施例コ 次に、本発明の実施例に係わる交流及び直流駆動可能な
モータを第１図〜第８図によって説明する。

第１図に原理的に示す如く、このモータは、惟−の共通
回転子１と、第１、第２及び第３の固定子２．３．４と
、これ等に接続された制御駆動回路５とから成る。

回転子１は誘導モータの態形回転子と同一であって、鉄
心即ち回転子コア６に所定角度間隔て溝７を設け、この
溝７に導体８を挿入し、端絡環９で複数の導体８を短絡
したものである。第２図〜第４図に原理的に示されてい
る回転子１は、所定角度間隔で配置されている渭７の相
互間にコア６の歯即ち凸部９を有する。第２図〜第４図
では渭７を基準にして各固定子２．３．４と回転子１と
の角度位置関係を示す代わりに、理解を容易にするため
に渭７に対応する凸部９を基準にして角度位置関係が示
されている。

各固定子２．３．４は固定子鉄心即ち固定子コア１０．
１１．１２を有する。第１の固定子コア１０は第１、第
２及び第３の歯即ち凸部１０ａ、１０ｂ、ＩＯＣを所定
角度間隔で繰返して有し、第２の固定子コア１１も第１
、第２及び第３の歯即ち凸部１１ａ、１１ｂ、１１ｃを
所定角度間隔で繰返し有し、第３の固定子コア１２も第
１、第２及び第３の歯即ち凸部１２ａ　、１２ｂ　、１
２ｃを所定角度間隔で繰返し有している。各固定子コア
１０．１１．１２の凸部１０ａ〜１０ｃ、１１ａ　〜ｌ
ｌｃ　、１２ａ　〜１２ｃ間の渭（スロット）には第１
、第２及び第３相巻線が順次に設けられている。即ち、
第１の固定子コア１０の第１、第２及び第３の凸部１０
ａ　、１０ｂ　、１０ｃの相互間には第１、第２及び第
３相巻線１３ａ、１３ｂ、１３ｃが順次に配置され、第
２の固定子コア１１の第１、第２及び第３の凸部１１ａ
、１１ｂ、１１Ｃの相互間には第１、第２及び第３相巻
線１４ａ　、１４ｂ　、１４ｃが配置され、第３の固定
子コア１２の第１、第２及び第３の凸部１２ａ、１２ｂ
、１２ｃの相互間には第１、第２及び第３相巻線１５ａ
　、１５ｂ　、１５ｃが配置されている。なお、第１、
第２及び第３の固定子２．３．４の各巻線１３ａ〜１３
Ｃ１１４ａ〜１４ｃ、１５ａ〜１５Ｃは本発明の第１、
第２及び第３の固定子巻線に対応している。

回転子コア６の渭７及び凸部９の数及び角度間漸と各固
定子コア１０．１１．１２の消及び凸部１０ａ〜１０Ｃ
１１１ａ〜１１Ｃ１１２ａ〜１２Ｃの数及び角度間隔と
は同一である。第２国に示す如く第１の固定子２におけ
る第１相巻線１３ａに隣接する第１の凸部１０ａを基準
にして次の第２の凸部１０ｂまでの電気角を３６０°と
すれば、第３図から明らかな如く第２の固定子３の第１
相巻線１４ａに隣接する第１の凸部１１ａは第１の固定
子２の第１の凸部１０ａから電気角で１２０ずれた位置
に配置され、第４図から明らかな如く第３の固定子４の
第１相巻線１５ａに隣接する第１の凸部１２ａは第１の
固定子２の第１の凸部１０ａから電気角で２４０°ずれ
た位置に配置されている。なお、第１、第２及び第３の
固定子２．３．４は普通の３相誘導電動機と同一に構成
されている。

第５図は第１図〜第４図に示すモータ及び制御駆動回路
５の電気的接続を示す、第６図は第５図の回路でモータ
を交流駆動する時の等価回路を示し、第７図は第５図の
回路でモータを直流駆動する時の等価回路を示す。

モータを交流及び直流駆動するために、直流電源１６と
各固定子２．３．４との間にインバータ回路が接続され
ている。このインバータ回路は第１、第２、第３、第４
、第５及び第６のトランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４
、Ｑ５及びＱ６をブリッジ接続した３相ＰＷＭインバー
タから成る。

各トランジスタＱ　　−Ｑ６には逆並列にダイオ−ドＤ
１〜Ｄ６が接続されている。

モータを交流駆動する場合にはトランジスタＱ１〜Ｑ６
をインバータ制御し、第１、第２及び第３の出力ライン
１７．１８．１９に３相交流を発生させる。一方、モー
タを直流駆動する場合には、第１、第３及び第５のトラ
ンジスタＱ１、Ｑ３、Ｑ５をオフ制御し、第２、第４及
び第６のトランジスタＱ２、Ｑ４、Ｑ６を時間差を有し
てオン制御する。この際、なめらか駆動するために各ト
ランジスタＱ、Ｑ、Ｑ６をＰＷＭ制御する。

第６図及び第７図の回路を選択的に形成するなめに、イ
ンバータ回路と第１、第２及び第３の固定子２．３．４
との間にスイッチＳ　　””Ｓｉａが設置 けられている、各固定子２．３．４はＹ結線された第１
、第２及び第３相巻Ｉｌｌ　３ａ　〜１３ｃ　、　１４
８〜１４Ｃ１１５ａ〜１５ｃ即ち第１、第２及び第３の
固定子巻線を有し、３つの第１相巻線１３ａ、１４ａ、
１うａは共通に接続され、第１のスイッチＳ１を介して
第１の出力ライン１７に接続され、３つの第２相巻線１
３ｂ、１４ｂ、１５ｂは第４、第５、第６のスイッチｓ
　　、ｓ４　５・ Ｓ６を介して共通に接続され、この共通接続ラインが第
２のスイッチＳ２を介して第２の出力ライン１８に接続
され、３つの第３相巻線１３Ｃ１１４ｃ、１５Ｃは第７
、第８、第９のスイッチＳ７、Ｓ８、Ｓ９を介して共通
に接続され、この共通ラインが第３のスイッチＳ３を介
して第３の出力ライン１９に接続されている。

固定子２．３．４に直流電圧を供給するなめに、各固定
子２．３．４の第１相巻線１３ａ、１４ａ、１５ａの共
通接続ラインは第１０のスイッチＳ１゜を介して直流電
源１６の正端子に接続されている。

また、第１、第２及び第３の固定子２．３．４の３つの
相の巻線１３ａ　〜１３ｃ　、１４ａ　〜１４ｃ、１５
ａ〜１５Ｃ−を同時に駆動するために、第２相巻線１３
ｂ、１４ｂ、１５ｂと第３相巻線１３Ｃ１１４ｃ、１５
ｃとの間に第１１、第１２、第１３のスイッチＳ　　、
Ｓ　　、Ｓ　　がそれぞれ接続されている、各第３相巻
線１３ｃ　、１４ｃ　、１５Ｃの一端は第１４、第１５
、第１６のスイッチＳ１４、Ｓ　、Ｓ　を介して第１、
第２、第３の出力ライン１７．１８．１９に接続されて
いる。

［交流動作コ 第１、第２、第３の固定子２．３．４を交流駆動する場
合には、第１〜第９のスイッチ８１〜Ｓ９をオン制御し
、第１０〜第１６のスイッチＳ−８１６をオフ制御し、
トランジスタＱ１〜Ｑ６を３相インバータ駆動する。こ
れにより、各固定子２．３．４の各相巻線１３ａ〜１３
Ｃ１１４ａ〜１４Ｃ１１５ａ〜１５Ｃは、第６図に示す
如くインバータ回路に接続され、第１、第２、第３の出
力ライン１７．１８．１９から３相交流電圧の供給を受
ける。回転子１は普通の誘導電動機の態形回転子と同一
に構成されているので、普通の誘導電動機と全く同じ原
理で回転子１が回転する。即ち、各固定子２．３．４の
各相巻ｉｌｌ　３ａ〜１３ｃ　、１４８〜１４Ｃ，１５
ａ　−’−１５Ｃに電流を流すと、電磁誘導作用によっ
て回転子１の導体８に電流が流れ、回転トルクが発生す
る。第６図の交流モータ回路は第１、第２及び第３の固
定子２．３．４から成る３つの単位交流モータの縦続構
成に相当する。上述の如くモータを誘導電動機として駆
動すると、回転子１を高速回転させることができる。

［直流動作］ モータを直流駆動する場合には、第１〜第９のスイッチ
Ｓ　　−Ｓ９をオフ制御し、第１０〜第１６のスイッチ
５１０−８１６をオン駆動する。また、第１、第３及び
第５のトランジスタＱ１、Ｑ３、Ｑ５をオフ駆動し、第
２、第４及び第６のトランジスタＱ２、Ｑ４、Ｑ６は順
次にオン・オフ制御する。これにより、第７図に示す等
価回路が成立する。各固定子２．３．４の各相巻線１３
８〜１３Ｃ，１４ａ　〜１４ｃ　、１５ａ　〜１５Ｃは
出力ライン１７．１８．１９を介してトランジスタＱ２
　、Ｑ　　、Ｑ　　に接続され、トランジスタＱ２、Ｑ
４．Ｑ６は時間差を有してｐ　Ｗ　Ｍ　ＩＩ御されるの
で、第８図に原理的に示すように位相差を有する近似正
弦波の直流電流Ｉａ、Ｉｂ、ＩＣを各固定子２．３．４
に供給することができる。各固定子２．３．４の第１相
巻線１３ａ　、１４ａ　、１５ａに流れた電流は、第２
相巻線１３ｂ、１４ｂ、１５ｂと第３相巻線１３ｃ　、
１４ｃ　、１５ｃとに分割され、再び合成される。第２
及び第３相巻線１３ｂ、１４呻、１５ｂ　、１３ｃ　、
１４ｃ　、１５ｃに流れる電流は第１相巻線１３ａ　、
１４ａ　、１５ａに流れる電流の半分であるので、これ
によって生じる磁界ベクトルの長さは第１相のそれの半
分であり、第１、第２及び第３相の合成磁界ベクトルは
零にならない。各固定子２．３．４は互いに向きの異な
る磁界ベクトルを発生する。第２図〜第４図に示す如く
各固定子２．３．４の歯即ち凸部１０ａ〜１０Ｃ１１１
ａ〜１１Ｃ１１２ａ〜１２Ｃは順次に１２０°の位相差
を有して配置されているので、七１で第１の固定子２の
電流Ｉａが最大になり、ｔ２で第２の固定子３の電流Ｉ
ｂが最大になり、ｔ３で第３の固定子４の電流ＩＣが最
大になるように駆動すると、ステップモータにおける励
磁相の切換えと同様な動作となり、ステップモータと同
じ原理で回転子１が回転する。即ち、この場合は第１の
固定子２の各巻線１３８〜１３Ｃ１第２の固定子３の各
巻線１４８〜１４Ｃ１第３の固定子４の各巻線１５ａ〜
１５Ｃは３相ステツプモータの第１相、第２相、第３相
巻線と等価に働く、そして、第８図のｔ０〜ｔ４までの
１サイクルで回転子１は１スロット分だけ回転する。な
お、正弦波状の直流電流１ａ、Ｉｂ、Ｉｃを流す代わり
に、３相ステツプモータの駆動と同様に、例えば第８図
のｔ　で第１の固定子２、ｔ２で第２の固定子３、ｔ３
で第３の固定子４に矩形波ステップパルスを供給しても
回転子１を回転させることができる。しかし、回転子１
をなめらか駆動するためには、トランジスタＱ２、Ｑ４
、Ｑ６をｐｗＭ制御して第８図に示す如く正弦波状の電
流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃを順次に流すことが望ましい。

３個の固定子２．３．４に対して共通の回転子１を設け
ることによって応答が良くなり、且つダンパ作用（Ｍ押
作用）も有することになる。

モータを直流駆動する場合には、ステップモータ動作と
なるので、低速駆動が可能になるのみでなく、特定の固
定子巻線に電流を流し続けることにより、回転子１を所
望位置に拘束（保持）することができる、従って位Ｗ訣
めを容易且つ確実に達成することができる。

［変形例］ 本発明は上述の実施例に限定されるものでなく、例えば
次の変形が可能なものである。

（１）　３相以外の構成にすることもできる。

（２）　回転子１を巻線型に構成してもよい。

従って、特許請求の範囲の導体には巻線も含まれる。ま
た、回転子１を複数の磁極を有する永久磁石又は電磁石
構成とし、交流駆動時は同期モータと同様に動作させ、
直流駆動時にはステップモータとして動作させてもよい
。

（３）　実施例では固定子が第１、第２及び第３の固定
子２．３．４から成るが、この代りに例えば第９図に示
す如く第１の固定子２のみとし、第２及び第３の固定子
３．４は省き、この１つの固定子２の３相の固定予巻１
ｉ１３ａ　、１３ｂ、１３Ｃで回転磁界を発生させて交
流モータとして駆動するように構成すると共に、第９図
に示す如く固定子２の歯数と回転子１の歯数とを異なら
せることによって可変リラクタンス形のステップモータ
のような駆動が可能な構造とし、交流駆動時に回転磁界
を発生させるなめに第１０図に示す如く３相の固定予巻
１１１３ａ　、１３ｂ　、１３ｃをスイッチＳ　　、Ｓ
　　、Ｓ　　によって交流電源回Ｈ（ＰＷｌ　　２　３ Ｍインバータ）に接続し、ステップモータとして駆動す
るときにはスイッチＳ　、Ｓ２、Ｓ３を第フにして、ス
イッチＳａ　、Ｓｂ　、Ｓｃ　、Ｓｇをオンにして各相
の固定子巻線１３ａ　、１３ｂ　、１３Ｃにステップパ
ルスに対応した直流励磁電流を流ずようにしてもよい。

なお３相交流の供給及びステップ駆動は第５図と同一の
３相ＰＷＭインバータによっておこなう。

（４）　回転子１も固定子２．３．４に合せて３分割に
構成し、同時に回転するように３分割された回転子を相
互に機械的に結合してもよい。

［発明の効果コ 上述から明らかな如く、本発明によれば、交流駆動で高
速回転させ、直流駆動で低速回転させることが可能にな
る。従って、高速位置決めに好適なモータを提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係わるモータを示す正面図、 第２図、第３図及び第４図は第１図の■、■、ＩＶ線に
相当する部分を原理的に示す断面図、第５図は第１図の
モータの電気回路図、第６図は第１図のモータの交流駆
動時の等価回路図、 第７図は第１図のモータの直流駆動時の等価回路図、 第８図は直流駆動時の電流を示す波形図、第９図は変形
例のモータを示す断面図、第１０図は変形例のモータの
回路図である。 １・・・回転子、２・・・第１の固定子、３・・・第２
の固定子、４・・・第３の固定子、５・・・制御駆動回
路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 回転子と、回転磁界を発生させることができるように配
   置された複数の固定子巻線を有する固定子とを備えたモ
   ータであって、 前記固定子巻線に交流電圧を印加して交流モータとして
   駆動することができると共に、前記複数の固定子巻線に
   直流電流を選択的に流すことによつてステップモータと
   して駆動することができるようにしたことを特徴とする
   モータ。