JPH02228234A

JPH02228234A - 電動機装置

Info

Publication number: JPH02228234A
Application number: JP4887489A
Authority: JP
Inventors: Tetsuhiko Ono; 大野　哲彦; Isao Takahashi; 勲高橋
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd
Current assignee: Sanken Electric Co Ltd
Priority date: 1989-02-28
Filing date: 1989-02-28
Publication date: 1990-09-11
Anticipated expiration: 2013-06-04
Also published as: JP2762100B2

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】り産業上の利用分野〕本発明は高速位置決めに適した電動機装置に関し、更に
詳細には、誘導電動機として動作させることができると
共に、ステップモータ的動作もさせることができる電動
機装置に関する。

〔従来の技術と発明が解決しようとする課題〕位置決め
モータシステムには次の性能が要求される。

（１）高速運転が可能な事。

（２１制御運転が可能な事。

（３）低速なめらか駆動ができる事。

（４）拘束トルクが大きい事。

従来から使用されているステップモータは簡単な制御回
路構成にて位置決めを行なうことができ、且つ上記（３
）、（４）項に関しては優れた性能を有しているが、１
１１項の高速運転に関しては必ずしも十分ではない。

ま友、誘導電動機は電動機としては構造的に単純であり
、且つ、堅牢であり、また中速から高速運転に関して高
効率な運転が行なえる。しかしながら（２１〜１４１項
に関してはその能力を有していない。

また、直流電動機全使用したＤＣサーボモータシステム
や、同期モータを使用したＡＣＣサーモータシステムは
上記（１１〜（４）の性能を−通り有しているが、シス
テムが複雑であると共に精密な回転速度センサや位置セ
ンサが必要となる。

そこで、本発明の目的は、高速回転状態と低速回転状態
とを簡単な構成で得ることが可能な電動機装置を提供す
ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するための本発明は、中心軸に対して直
交するように配置されている一対の主面のそれぞれの中
心部からそれぞれの外周部に向つ℃延びている複数個の
ｍｔそれぞれ有している回転子磁心と、前記回転子磁心
の一方の主面の中心部から他方の主面の中心部に至るよ
うに形成され且つ前記溝に挿入されている複数の導体又
は巻線と、前記複数の導体又は巻線を短絡する手段と。

前記回転子磁心の一方の主面に対向する第１の固定子主
面を有し、且つこの第１の固定子主面の中心が前記回転
子磁心の中心て一致するように配置され、且つ前記第１
の固定子主面の中心部から外周縁に向って延びる複数の
突出部及び溝を有し、この突出部及び溝の数が前記回転
子磁心の一方の主面の溝の数と相違するように決定され
ている第１の固定子磁心と、前記回転子°磁心の他方の
主面に対向する第２の固定子主面′ｔ−有し、且つこの
第２の固定子主面の中心が前記回転子磁心の中心に一致
°するように配置され、且つ前記第２の固定子主面の中
心部から外周縁に向って延びる突出部及び溝を前記第１
の固定子磁心の突出部及び溝の数と同一数有している第
２の固定子磁心と、前記第１の固定子磁心の前記第１の
固定子主面と前記回転子磁心の一方の主面との対向間隙
ヲ介して回転磁界が前記回転子に作用するように前記第
１の固定子主面に配設され次第１の固定子巻線と、前記
第２の固定子磁心の前記第２の固定子主面と前記回転子
磁心の他方り主面との対向間隙を介して回転磁界が前記
回転子に作用するよ５に前記第２の固定子主面に配設さ
ｎた第２の固定子巻線と、前記８ｇ１及び第２の固定子
巻線□に互いに同相の電圧を選択的に印加することがで
きると共に互いに逆相の゛電圧を選択的に印加すること
ができる駆動回路とから成る電動機装置に係わるもので
ある。

し作　用〕不発明にνいて、第１及び第２の固定子巻線に同相の電
圧を供給すると、誘導電動機として回転する。−万、第
１及び第２の固定子巻線に逆相の電圧を供給すると、回
転子の導体に誘起電圧が発注しなくなる。しかし１回転
子の突出部（歯）の数と固定子の突出部（歯〕の数が相
違するので、リラクタンス型ステップモータとして動作
する。

〔実施例〕

次に、第１−〜第１３図を参照して本発明の実施例に係
わる電動機装置を説明する。

この電動機装置は第１図に示すように、１つの回転子１
と第１及び第２の固定子２．３とを有する。回転子１は
回転軸４に固定されている。なお、回転軸４は軸受５に
支持されている。第１の固定子２は回転子１の一方の主
面に対向配置され、第２の固定子３は回転子１の他方の
主面に対向配置されている。

回転子１は第２図及び第３図に示すように回転子磁心６
と導体７とから成る。回転子磁心６は、中心孔８を有し
、この中心孔８の近傍から外周縁に向って放射状に延び
る多数の溝９を有する。溝９は回転子磁心６の一方の主
面１０と他方の主面１１との両方に形成されている。溝
９の相互間の放射状突出部１２はステップモータにおけ
る歯に相当する機能を有し、３相４極構成の場合には、
例えば１２　ｎ　＋１個（但しｎは整数〕に決定される
。

導体７はコ字状に形成され、一方の主面１０から他方の
主面１１にまたがって配設されている。

複数の導体７の一端及び他端は、短絡環１３．１４で相
互に接続されている。要するに、導体７は誘導電動機の
籠形と同一原理に構成されている。

第１の固定子２は第１の固定子磁心１５と第１の固定予
巻［１６とから成る。第１の固定子磁心１５は第４図及
び第５図に原理的に示すように、中心孔１７の近傍から
外周縁に向って放射状に延びる多数の溝１８を有し、且
つこの溝１８の相互間に突出部１９を有する。この突出
部１９はステップモータに２ける歯と同等の機能を有す
るものであり、３相４極の場合には、１２ｎ個に決定さ
れ、回転子１の突出部１２と異なる個数を有する。

第１の固定子巻線１６は突出部１９を利用して第１の固
定子２の主面２０上に配設される。第６因は３相４極構
成の場合のＵ、■、Ｗ相巻線Ｕ１〜Ｕ４゜■１〜ｖ４、
Ｗ、−Ｗ、の配置を説明的に示す。第７図には１極１相
当り４スロツトの巻線１６の巻き方が原理的に示されて
いる。

第２の固定子３は磁心２１と巻線（第１図では図示せず
］とから成ジ、第１の固定子２と同一に構成されている
。即ち、第２の固定子乙の第２の固定子主面２２に第１
の固定子主面２０と同一の溝及び突出部が設けられ、こ
の主面２２が回転子１の主面１１に対向している。また
、第１及び第２の固定子２，３の巻線の配置角度位置は
全く同一である。な２、軸受５Ｆｉ第１及び第２の固定
子磁心１５．２１の中心孔１７．２３の中に配置されて
いる。

第１０図は第１及び第２の固定子２．３の各３相巻線２
Ｕ、２Ｖ、２Ｗ、３Ｕ、３ｖ、３Ｗと、：の駆動回路を
示す。駆動回路は直流電源３０とインバータ３１と切換
回路３２とから成る。インバータ３１は６個のトランジ
スタＱ１〜Ｑ６と６個のダイオードＤｌ−Ｄ、とを一対
の直流電源ライン３０ａ、３０ｂ間にブリッジ接続した
３相ブリツジインバータである。このインバータ３１の
第１．第２及び第３相出カライン３３．３４．３５は第
２の固定子巻線３Ｕ、３Ｖ、３Ｗに対してスイッチを介
さずに接続されている。なお、第２の固定子巻線５Ｕ、
３Ｖ、３ＷけＹ結線され、この中点はスイッチＳｓを介
して一方の直流電源ライン３０ａに選択的に接続される
。

第１の固定子巻線２Ｕ、２Ｖ、２Ｗの一端はスイッチＳ
、、Ｓ、、Ｓ３の接点ａを介して誘導電動機用Ｙ結線形
成回路６６に選択的に接続されると共に、スイッチＳ＋
、　Ｓｚ、Ｓ３の接点すを介してインバータ出力ライン
３３．３４．３５に選択的に接続される。また、第１の
同定子巻線２Ｕ、２Ｖ、２Ｗの他端は、スイッチＳ４、
Ｓｓ、Ｓｓの接点ａを介してステップモータ用Ｙ結線形
底回路３７に選択的に接続されると共に、スイッチＳ４
．　Ｓ５．　Ｓ６の接点すを介してインバータ出力ライ
ン３３，３４．３５に選択的に接続される。ステップモ
ータ用Ｙ結線形成回路３７はスイッチＳ７を介して直流
電源ライン３［Ｊａに選択的に接続される。

〔誘導電動機動作〕

高速回転状態を得るために誘導電動機として動作させる
時には、第８図のスイッチ５ｔ−８ｓを接点ａに投入し
、スイッチＳ７、Ｓｓをオフに操作する。

なお、スイッチ８１〜Ｓ８は連動するように構成されて
いる。これにより、第９図に示す回路が成型する。第１
及び第２の固定予巻！２Ｕ、２Ｖ、２Ｗ、３Ｕ、３Ｖ、
３Ｗは同相駆動されるので、各固定子２．３のある一瞬
の磁極を模式的に示すと第１０図になる。第１及び第２
の固定子巻線２Ｕ、２Ｖ、２Ｗ、３Ｕ、３Ｖ、３Ｗは同
相駆動されるので、同一角度位置に同一の磁極が生じる
。各巻線には３相交流が供給されているので、第１及び
第２の固定子２．３は第１０図のような磁極配置を保っ
て回転磁界を発生する。第１の回転子２に基づく磁束は
鎖線３８で示す経路で回転子１の導体７に鎖交し、フレ
ミングの右手の法則に従って導体７に誘起起電力が生じ
、電流が流れる。電流が流れている導体７が磁束を切る
と、フレミングの左手の法則に従って回転子１が回転す
る。

第２の固定子６に基づく磁束は鎖線３９に示す経路で回
転子１の導体７に鎖交する。これによって導体７に生じ
る電流の向きは第１の固定子２の場合と同一であるので
、回転子１に第１の固定子２の場合と同一方向のトルク
が生じる。結局、誘導電動機と同一原理で回転子１が回
転する。

［ステップモータ動作〕ステップモータ動作の場合には、第８−のスイッチＳ１
〜Ｓｓを接点すにそれぞれ投入する。また、インバータ
３１の上側の３個のトランジスタＱ１、Ｑｌ、Ｑ、をオ
フ制御し、下側の６個のトランジスタＱ２．　Ｑ４、Ｑ
ｓを正弦波を発生させるようにパルス幅変調スる。ステ
ップモータ動作時の回路を示す第１１図から明らかなよ
うに、第１の固定子巻線２Ｕ、２ｖ、２Ｗには第２の固
定予巻１１ｊ　３　Ｕ、３ｖ、３Ｗと逆相（１８０度位
相差）の電流が流れる。

インバータ３１のトランジスタＱｓ、　Ｑｓ、　Ｑｓを
オフ制御し、Ｑ２、Ｑ４、Ｑｓのみをパルス幅変調制御
すると、第５図に示すように直流バイアスを加えた電流
ＩＵ、Ｉ、、ＩＷを流すことができる。これにより、回
転磁界の起磁力のピーク値が増加し、リラクタンス力及
び回転力が増加する。

第１３肉はステップモータ動作時の第１及び第２の固定
子２，３の一瞬の磁極の状態を模式的に示す。第１の固
定子２には第２の固定子３と逆の方向の磁極が生じてい
る。この結果、２つの固定子２，３の磁束は鎖線４０で
示すように、２つの固定子２．３間を往復し、回転子１
を貫通してしまい、回転子１の導体７に鎖交しない。換
言すれば、第１及び第２の回転子２．３の磁束に基づい
て導体７に誘起される電圧及び電流の打ち消し合いが生
じ、誘導電動機としての回転トルクは生じない。しかし
ながら、回転子磁心６が突出部１２を有し、これに対向
する固定子磁心１５も突出部１９を有するので、リラク
タンス〔磁気抵抗〕が最小になるように回転子２が回転
する。即ち、第１及び第２の固定子２．３が作る回転磁
界の移動に追従して回転子１がリラクタンスモータの原
理で回転する。この時、固定子２、乙の突出部１９の数
と回転子１の突出部１２の数との差がもし１であれば、
回転磁界の１回転に対して回転子１は突出部１２の１ピ
ッチ分だけ移動することになる。

従って、低速回転が可能になる。ステップ動作のための
電流の供給及び停止の制御はトランジスタＱ２、Ｑ４、
Ｑｓのオン・オフで達成することができる。

また、ステップ動作時において、特定の固定子巻線に電
流を流し続けることによって回転子１を所望位置に拘束
することができ、位置決めを容易且つ確実に行うことが
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）第１及び第２の固定子２．３の巻線２Ｕ、２Ｖ、
２Ｗ、３Ｕ、３ｖ、３Ｗをステ・ンブモータ駆動する場
合の駆動回路を第１４図に示すように、第１．第２及び
第３の交流電源４１Ｕ、４１Ｖ、４１ＷをＹｉ線した３
相電源４１の出力ライン４２．４３．４４にダイオード
４５．４６．４７から成る牛波整流回路を介して各相巻
ａ２Ｕ、２Ｖ、２Ｗ、３Ｕ、３Ｖ、３ｗを接ａＬ、ｑｈ
巻ｍｔｖ中性点を３相電源４１の中性点に接続した構成
にしてもよい。この場合は印加電源の交流１周期で１ス
ロットピッチ進むステップ動作となる。なお、ステップ
数は通電周期により制御する。また、誘導電動機な゛駆
動する場合には、第９図と同様に３相交流を各相巻線に
供給する。

（２）　　ステップモータ駆動の時に、第１の固定子２
と第２の固定子３とに互いに逆相の３相又は多相交流を
併給してもよい。

（３）３相以外の構成にすることができる。

（４）回転子１を巻線型回転子に構成することができる
。

（５１回転子１の突出部１２の数と固定子２．３の突出
部１９の数との差を１以上の種々の値にすることができ
る。

〔発明の効果〕

上述のように本発明によれば、１台の装置で誘導電動機
動作とステップモータ動作との両方が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は不発明の実施例に係わる電動機装置を示すＭ断
面図。第２図は回転子の一部省略斜視図。第３図は回転子磁心の一部省略正面図、第４崗は固定子
磁心の一部省略正面図、第５図は第４囚の固定子磁心の
一部省略左側面図、第６図は固定子における巻線の配置を示す図。第７図は固定子における巻線の巻き方を示す図、第８図
は第１図の電動機装置における駆動回路を示す回路図、第９図は誘導電動機動作させた場合の駆動回路を示す回
路図、第１０図は誘導電動機動作時の回転子と固定子との関係
を模式的に示す斜視図、第１１図はステップモータ動作させた場合の駆動回路を
示す回路図、第１２図はステップモータ動作時の各相巻線の電流を示
す波形図、第１３図はステップモータ動作時の回転子と固定子との
関係を模式的に示す斜視図、第１４図は変形例のステップモータ動作時の駆動回路を
示す回路図である。１・・・回転子、２・・・第１の固定子、３・・・第２
の固定子、６・・・回転子磁心、７・・・導体、９・・
・溝、１２・・・突出部、１５・・・第１の固定子磁心
、１６・・・第１の固定子巻線。代　　理　　人　　　高　　野　　則　　次第１図第４図第５図第６図第７図笥２図第３図

Claims

【特許請求の範囲】中心軸に対して直交するように配置されている一対の主
面のそれぞれの中心部からそれぞれの外周部に向つて延
びている複数個の溝をそれぞれ有している回転子磁心と
、前記回転子磁心の一方の主面の中心部から他方の主面の
中心部に至るように形成され且つ前記溝に挿入されてい
る複数の導体又は巻線と、前記複数の導体又は巻線を短絡する手段と、前記回転子
磁心の一方の主面に対向する第１の固定子主面を有し、
且つこの第１の固定子主面の中心が前記回転子磁心の中
心に一致するように配置され、且つ前記第１の固定子主
面の中心部から外周縁に向つて延びる複数の突出部及び
溝を有し、この突出部及び溝の数が前記回転子磁心の一
方の主面の溝の数と相違するように決定されている第１
の固定子磁心と、前記回転子磁心の他方の主面に対向する第２の固定子主
面を有し、且つこの第２の固定子主面の中心が前記回転
子磁心の中心に一致するように配置され、且つ前記第２
の固定子主面の中心部から外周縁に向つて延びる突出部
及び溝を前記第１の固定子磁心の突出部及び溝の数と同
一数有している第２の固定子磁心と、前記第１の固定子磁心の前記第１の固定子主面と前記回
転子磁心の一方の主面との対向間隙を有して回転磁界が
前記回転子に作用するように前記第１の固定子主面に配
設された第１の固定子巻線と、前記第２の固定子磁心の前記第２の固定子主面と前記回
転子磁心の他方の主面との対向間隙を介して回転磁界が
前記回転子に作用するように前記第２の固定子主面に配
設された第２の固定子巻線と、前記第１及び第２の固定子巻線に互いに同相の電圧を選
択的に印加することができると共に互いに逆相の電圧を
選択的に印加することができる駆動回路とから成る電動機装置。