JPH02502239A - 電気モータ - 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】 電気モータ 本発明は、ロータ、ステータ及び少なくとも２つの磁極対より成る電気モータに 係る０本発明による電気モータの１つの特定の好ましい用途は５大容量の小型で 高精度のサーボモータである。

現在、サーボモータによって必要とされるフィードバック情報は、光学又は磁気 ロータや、タコジェネレータや、リゾルバのようなモータに取り付けられた少な くとも部分的に別々のトランスジューサ手段から一般的に得ることができる。こ れらの既知の解決手段の欠点は、モータの大きさ及び重量が大きいことである。

更に、調整システムは、カップリングの間隙及び撓み性により乱れを受けやすい ことである。

そこで１本発明の目的は、上記の欠点を解消することである０本発明によれば、 モータにおける磁極対の数がリゾルバに比して少なくとも２倍である場合に、リ ゾルバをモータの基本構造に一体化できることが分かった。この形式のモータで は、一体的なリゾルパを設けて、リゾルバの一次巻線をモータのロータに配置し そしてリゾルバの二次巻線をモータのステータに巻き付けて１巻線ワイヤが交互 にステータの内側及び外側に延びるようにすることにより、公知技術の上記欠点 が解消される。

従って、良く知られたように、ロータの絶対角度位置、速度及び方向は、リゾル パの二次巻線に発生された信号に基づいて決定することができる。これらは、更 に、モータの整流、速度及び停止を制御するように用いることができる。

本発明によれば、もし所望ならば１回転変成器を有する形式のシンクロ又は他の トランスジューサ手段をモータの基本的な構造に一体化することができる。然し 乍ら、これらの中でも。

例えば、サーボモータの制御について考えれば、リゾルバは最も有用なものであ り、従って、この特定の場合にリゾルバを使用するものとする。しかし、ここで 使用する「リゾルバ」という用語は、上記したように広い意味を有するものと考 えねばならない。

本発明によるモータは、フィードバック情報を得るために個別のリゾルバを含む 公知モータよりも明らかに小型で且つ軽量である。従って、モータについて設定 される基本的な要求の中でも小型軽量であることが要求される用途に特に適して いる。

このような用途には１例えば、航空機が含まれる。更に、本発明による構造では 、撓み性及び間隙によって乱れが生じるおそれが排除される。１つの重要な効果 は、モータがこれまでよりも安価になることである。

以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。

第１図は、リゾルバの磁極対の数が１であるときのプラスレス永久磁石モータの 長手方向部分断面図。

第２図は、第１図のモータのＡ−Ａ線の方向に見た断面図。

第３ａ図及び第３ｂ図は、第１図及び第２図に示されたモータにおいてリゾルパ の二次巻線を巻く１つの方法を示す図。

第３ｃ図及び第３ｄ図は、第３ａ図及び第３ｂ図の巻き方とは別の巻き方を示す 図。

第４図は、ノイズ電圧を示すためにリゾルバの二次巻線を平面図で簡単に示した 図、 第５図は、４！極モータの場合にリゾルバの二次巻線に生じるノイズ電圧を示す 図、そして 第６図は、２１ｉ１極モータの場合にリゾルバの二次巻線に生じるノイズ電圧を 示す図である。

第１図及び第２図は６極のブラシレス永久磁石モータを示しており、そのロータ 及びステータは各々参照番号１及び２で示されている。ロータの周囲部は６個の 磁極Ｎ１ないしＮ６で形成され、第２図の断面図にはそのうちの３つの上部磁極 Ｎ１ないしＮ３が見える。リゾルパの一次巻線すなわちロータ巻線は２つの巻線 ４ａ及び４ｂによって形成され、これらの巻線は、図示された特定のモータにお いては、互いに１８０＠の角度に配置された磁極の周りに巻かれる。従って、第 １図及び第２図では上部の巻線４ａＬか見えないが、明瞭化のために、この巻線 ４ａに対して１８０°の角度で配置されている下部巻線４ｂにそれ自身の参照番 号が付けられている。リゾルパの交流基準電圧は誘導性カップリングによって巻 ＄１４ａ及び４ｂに印加される。この特定のモータにおいては、ロータの両端に 配置された誘導性スイッチ（巻ｍ）　　５によってこれが同時に行なわれる。

これらの誘導性スイッチから、ロータの両端に配置された巻線７に基準電圧が誘 起され、これら巻！７は次いでリゾルバの２つのロータ巻線４ａ及び４ｂと直列 に接続される。この特定のモータにおいては、誘導性カップリングは、モータの シャフト８を磁路の１部分として用いるように設計される。これにより。

シャフトは特殊な構造のものでなければならなくなる。即ち。

ロータの領域内では強磁性でなければならず、そして好ましくは非強磁性である シャフト端の領域内では磁気的に柔軟なものでなければならない、もちろん、誘 導性カップリングを得るための他の手段も考えられそしてリゾルバのロータ巻線 ４ａ及び４ｂに基準電圧を印加する他の方法、例えばスリップリングも考えられ る。誘導性カップリングは、ブラシなしで機能し、これはブラシレスモータの全 ての部分について望ましいことである。

ステータ巻線１０は、良く知られたやり方でステータ２に形成された巻線スロッ トに配置される。リゾルバの二次巻線。

即ちステータ巻線はステータ２の周りに巻かれ、この二次巻線は互いに９０°の 角度で配置された２つの巻線１１ａ及び１１ｂによって形成される。第２図の断 面図においては、これらの巻線は対にされていることが明らかであり、一方の巻 線は巻線１１ａに属しそして他方の巻線は巻線１１ｂに属するようになっている ０両方の巻線の巻線ワイヤはステータ２及び巻線スロット９に交互に延びている 。第１図は、モータ断面の上半分においてリゾルバの二次巻線の２つのワイヤ対 を示しており、これらが斜めに延びていることが示されている。

第３ａ図及び第３ｂ図はこの特定の歯形モータにおけるリゾルバの二次巻線１１ ａ及びｌｌｂの巻型を詳細に示しており、ここでは１巻線スロット９が１つの間 隔にわたって長手方向に傾斜されている。第３ａ図は巻線１１ａを示しそして第 ３ｂ図は巻線１１ｂを示している。これら両方の巻線は平面図で示されでおり、 そして巻線は真中でカットされていて、これらの半部分は一方の半部分における カップリングが他方の半部分の逆になるようにカップリングされている０巻線ス ロット９内に配置された巻線のワイヤ部分は破線で示されておりそしてステータ ２に配置された巻線部分は連続線で示されている。第３ａ図から明らかなように 、巻線１１ａの巻線ワイヤは先ず１つおきの巻線スロット９において１８０°に わたって延び、その後、スタート点へ戻りそして１つおきの巻線スロット９に延 び、その後、同様に１８０°の他の半部分にわたって延びる。第３ｂ図に示され た巻ｍ１１　ａの巻線ワイヤも対応的に延びるが、巻線１１ａに対して９０°ず らされている。上記したように巻線が巻かれるときには、巻線スロットが１つの 間隔にわたって傾斜されたこの特定の直流モータにおいて巻線が均一に分布され る。原理的には、リゾルバの信号を得るのに第３ａ図及び第３ｂ図に示された１ ８０”の１つの巻線の単一巻回で充分であり。

その残り部分は単に信号を増幅するだけである。

第３Ｃ図は、第３ａ図に示された巻き方に対する別のやり方を示している。この 場合１巻線はまず１つおきの巻線スロット９において１８０１にわたって延び１ 次いで、１８０°の他の半部分へ延び、そして１つおきの巻線スロット９にもう １度延び、その後１８０＠の最初の半部分へ戻りそして１つおきの巻線スロット ９に延びる。第３ｂ図の巻き方に対応する別のやり方が第３ｄ図に示されている 。第３ｄ図に示された巻線１２ｂの巻線ワイヤは、第３ｃ図の巻線１２ａのワイ ヤと同様に延びるが、それに対して９０°ずらされている。第３８図ないし第３ ｄ図に示された巻線の場合と同様に、それらのスタート点はステータの周囲に沿 って任意に配置することができ、これにより巻き方を対応的に変えられることに 注意されたい、更に。

巻き方に関わりなく、巻線ワイヤを何回も巻くことができ、即ち単一の巻線ワイ ヤに代わって多数のワイヤよりなる束を使用できることにも注意されたい。

以下の説明では、考えら九るノイズ電圧及びモータに対して設定される条件につ いて述べる。ノイズ電圧は、（ｉ）ステータ２内の永久磁界の回転と、（五）ス テータ電流により生じる交番磁界とによって、リゾルバの２次巻線１１ａ、ｌｌ ｂ又は１２ａ、１２ｂに生じることがある。リゾルバの二次巻線に対するそれら の影響は、第４図に示すように直列に接続された各巻線半部分（ａ及びｂ）の１ つの典型的な巻線に巻線を簡単化することにより、第４図に示されたリゾルバの 二次巻線の仮想平面図に示されている。良く知られているように、巻線に誘起さ れる電磁力Ｅは次の式によって計算することができる。

ｔ ただし、Ｎは巻線の巻回数でありモしてｐは磁束である０巻線の巻回がステータ に均一に配置されているときには、磁界の変化を示すグラフの領域が範囲ａ及び ｂ内の全誘起電圧を示している。上記したように巻線半部分が接続されるとき、 磁極電圧の値ゼロに対する条件は、範囲す内の磁界の全変化と共に減少される範 りａ内の磁界の全変化がゼロに等しくなるようなものである。この条件の特殊な 場合として、範囲ａ及び範囲す内の磁界の全変化がゼロに等しくなる。

ケース（１）、即ち、ステータ内を回転する永久磁界によってリゾルパの２次巻 線に誘起されるノイズ電圧について最初に述べる。磁極によって生じる磁界は正 弦波的であり、従って。

磁界の変化も９０’位相がずれた状態で正弦波的であると仮定する。従って、磁 界の変化（ｄｐ／ｄｔ）の値は、磁極間のシフト点において交互に最少及び最大 となり、これらの点においては磁界の値（ρ）がゼロ交差する。第５図は、所与 の時間に４極永久磁界がステータ２内を回転する時の状態を示している。

従って、曲線は磁界の変化ｄρ／ｄｔの値を示しており、明瞭化のために、この 曲線は正弦波の形態で示されておらず、直線部分によって形成されている。とい うのは、この場合に、磁界の形状が最終的な結果に影響を及ぼさないからである 。然し乍ら、磁界は容積（Ｎ１．Ｎ２・・・）において等しい形状を有していな ければならない、第５図の横軸はステータの周囲の長さを示しており、各磁極の 区分は各参照文字Ｎ１ないしＮ４で示されている０図から明らかなように、グラ フの変化領域は範囲ａ及び範囲す内の両方において互いに別々に補償し合い、こ れにより誘起された磁極電圧がゼロとなる。これは、磁極の数が偶数で、少なく とも４であるときに生じる。

ケース（ｉｆ）においては、ステータ電流により生じる磁界が上記の永久磁界と 同様であり、従って同様に変化する。ケース（ｉ）に比べて、唯一の相違は、モ ータが理想的に動作するときに位相差が９０°あることである。従って、ステー タ電流によって生じる磁界は、磁極の数が偶数で、少なくとも４であるときには 、リゾルバの二次巻線に付加的な電圧を生じること図に対応する状態を更に示し ている。第６図から明らかなように、グラフの変化領域は、範囲ａ及びｂに対す る磁極の位置に基づいて、範囲ａ及び範囲す内の測定された全値（陰影づけされ ない領域）を有している。従って、リゾルバの二次巻線に電圧が誘起される。こ れに対応して、偶数の磁極を有する磁界がステータ内で交番する場合にはリゾル バの二次巻線に電圧が誘起されることが明らかであろう０本発明のモータにとっ て絶対的に必要なことは、少なくとも４つの偶数の磁極を備えていることである 。

上記と同様に、磁界及びその変化のグラフの形状が非対称的であるときには、磁 界内の磁極の数が少なくとも２つである場合、リゾルパの二次巻線に付加的な電 圧が生じないことを証明することができる。この場合の必須条件は、全ての磁界 が同様に非対称的であることである。

又、ロータ位置の基準電流と回転運動との合成作用により、ロータの回転速度に 比例するノイズ信号がリゾルバの二次巻線１１ａ及びｌｌｂ又は１２ａ及び１２ ｂに生じる。これは望ましいことではない、というのは、リゾルパの信号の振幅 が回転数に依存してはならないからである。然し乍ら、このノイズ信号は著しく 小さなものであり、その影響を既知のやり方で補償できる（もしそれが必要であ ると考えられるならば）ことが分かっている。

次の理由で乱れが生じることがある。

Ａ、永久磁極（Ｎ１．Ｎ２・・・）は互いに異なる磁束の値を有し、それらの間 に不平衡が生じる。異なる磁束値は１例えば磁石の磁化強度が若干異なることに よるものである。

Ｂ、ロータの取り付けは偏心的でありそしてエアギャップのサイズは製造裕度に よって異なる。

Ｃ，Ｉ、ｌゾルパの二次ａ線はステータの周りに非常に均一に分布されるのでは ない。

然し乍ら、上記した乱れの原因は、それらがレゾルバの二次巻線の出力信号を著 しく歪めるならば、適当なやり方で減少させることができる。このような減少は １例えば、ロータを磁気的にバランスさせると共に乱れを電子的に補償すること によって達成できる。

巻線の電流及び磁界がリゾルパの基準電圧の誘導的カップリングに作用するとき にはノイズ電圧も生じる。上記のカップリングは第１図に参照番号５及び７で示 されている。然し乍ら、ステータ巻８１０の電流の作用は、第１図に示すように 、ロータの両端に基準電圧を同時に印加することによって補償できる。

従って、電流の方向は、ステータ電流が１端において基準電圧を増幅しそして他 端においてそれを弱めるように選択しなければならない、ステータ巻線の形状及 び寸法は両端において等しくしなければならない。

原理的には、外部磁界がリゾルバの一次巻１１４ａ及び４ｂに対して動く場合に これら巻線にノイズ電圧が誘起されると考えられる。然し乍ら、永久磁石によっ て形成される磁界は、リゾルバの一次巻線に電圧を誘起することはない、という のは。

−次巻線に対するそれらの位置が固定されているからである。

一方、ステータ巻線１０によってリゾルバの一次巻１１４ａ及び４ｂに誘起され る全電圧は、巻線４ａ及び４ｂが直列に接続されている場合にゼロとなることが 分かっている。

ノイズ電圧に対する上記の説明を要約すると、モータの磁界が原理的にはリゾル バの信号に影響しないことが明らかである。然し乍ら、製造上の不正確さによっ て乱れが生じるが、これらは入念な設計によって排除できる。それに加えて、他 のリゾルパの場合と同様に、モータの回転速度に比例する著しく大きくない付加 的な信号が形成される。

上記説明は、モータの基本構造に組み込まれて１つの磁極対を有するリゾルパに 関するものであった。これより多数の磁極対を有するリゾルバが次のように得ら れる。すなわち、１つの磁極対のリゾルパとモータとの組合せ体をその片側で分 割し。

リゾルバにおける磁極対の所望数で３６０°を割った角度を有するセクタにステ ータ及びロータを広げ、そして同様に得られたセクタにこれを取り付けることが 考えられる。これら巻線間のカップリングは、１つの磁極対を含むリゾルバのカ ップリングについて上記したものと同じ原理で行なわれる０以上の説明から、多 数の磁極対を含むリゾルパをモータの基本的な構造に組み込むための必須条件は 、モータにおける磁極対の数をリゾルバにおける磁極対の数に対して少なくとも ２倍にしなければならないということになるということである。

本発明によるモータは、容量の高い小型で高精度のサーボモータに特に適応する ことができる。というのは、このようなモータのフィードバックトランスデユー サ手段の大きさ及び重量がモータ全体の実質的な部分を形成するからである。異 なった形式のモータについては１次のことがいえる。原理的には。

この特定の構造は、それらが歯形のステータを有するか歯なしのステータを有す るかに関わりなく、同期及び非同期モータの開方に適している。ロータは、シリ ンダ型、リング型又はディスク型のいずれであってもよいが、シリンダ型及びリ ング型のロータがこの点で最も実際的なものであろう。

その１つの応用例はステップモータ型の突極モータである。

但し、これは、次々の磁界が別々の方向をもたねばならないことを除いて少なく とも４つの磁極が同時に且つ同様に磁化されるよう構成された場合である。

以上、好ましい実施例について本発明を説明したが、本発明はこれに限定される ものではなく、特許請求の範囲内で種々の変更や修正がなされえることが当業者 に明らかであろう。

Ｆｌ（３，３ａ ＦＩＧ、　３ｃ Ｆｌ（］、　４ ＦＩＧ、　５ 国際調査報告

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．ロータ（１）と、ステータ（２）と、少なくとも２つの磁極対とを有する電 気モータにおいて、回転変成器を有する形式の一体的なリゾルバ又は同様のトラ ンスジューサ手段を具備し、上記リゾルバの一次巻線（４ａ，４ｂ）は、上記モ ータのロータ（１）に配置され、そして上記リゾルバの二次巻線（１１ａ，１１ ｂ；１２ａ，１２ｂ）は、その巻線ワイヤが交互に上記モータのステータ（２） の内側及び外側に延びるよう上記ステータに巻かれることを特徴とする電気モー タ。
2. ２．上記リソルバの一次巻線（４ａ，４ｂ）は、ロータの周囲に配置された磁石 の磁極（Ｎ１，Ｎ２・・・）間に配置される請求項１に記載の永久磁石モータ。
3. ３．上記リゾルバの一次巻線（４ａ，４ｂ）は，ロータ（１）の周囲に配置され る請求項１に記載の誘導モータ。
4. ４．上記リゾルバの一次巻線は、互いに１８０°の角度に配置されて互いに直列 に接続された２つの巻線（４ａ，４ｂ）で形成される請求項２又は３に記載のモ ータ。
5. ５．上記リソルバの二次巻線（１１ａ，１１ｂ；１２ａ，１２ｂ）は、その巻線 ワイヤがステータ（２）の巻線スロット（９）とステータ（２）とに交互に延び るように配置される請求項１又は４に記載のモータ。
6. ６．上記リゾルバの二次巻線（１１ａ，１１ｂ；１２ａ，１２ｂ）の巻線ワイヤ は、１８０°の角度にわたってステータに延びて１つおきの巻線スロット（９） に延びるよう配置される請求項５に記載のモータ。
7. ７．上記二次巻線（１１ａ，１１ｂ；１２ａ，１２ｂ）の巻線ワイヤは、同じ１ ８０°にわたって二回延びるように配置され、これにより、第１及び第２の巻線 巻回の巻線スロット（９）は異なったスロットである請求項６に記載のモータ。
8. ８．上記リソルバの両方の二次巻線（１ａ８，１１ｂ；１２ａ，１２ｂ）は、１ ８０°にわたって全ステータ（２）に延びる２つの半部分により形成される請求 項６に記載のモータ。