JPH03504073A - 駆動モータ - 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】 駆動モータ 本発明は、請求の範囲第１項の前提概念に記載の駆動モータに関するものである 。

この種の駆動モータは、西ドイツ特許公開第１９４７７２１号公報から知られて いる。三相短絡式回転子モータのモータ軸には、電機子円板回転子が相対回転不 能に取付けられている。電機子円板回転子は、カーボンブラシを介して直流電流 を供給され、第２の固定子の軸方向に指向する磁場の作用を受けている。この電 機子円板回転子により、制動時にモータ軸が調整可能な限界回転数を下回ったと きに位置決めが行なわれる。

この種の駆動モータの欠点は、連続作動または位置決め作動のように作動状態が 代わるたびに異なる固定子を必要とすることである。従ってコスト高となる。ま た付加的な固定子は重量を重くする。

Ｈ，Ｌｉｎ５ｅ著“機械設計者のための電子技術”（ＴｅｕｅｒＶｅｒｌａｇ、 　Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ、第６版）の第３０３頁及び第３０４頁には、自己誘導さ れるトランスバータの構造と作用が説明されている。このトランスバータは、第 ３０３゜１図によれば、非同期三相短絡回転子モータの制御部分として図示され ている。三相網に接続されている整流器を介して直流電圧中間回路に一定電圧が 印加される。この中間回路には三相のパルス逆変換器が接続されている。

パルス逆変換器によって必要な任意の周波数の交流電圧を生じさせるため、例え ばアンダースウィング方法（Ｕｎｔｅｒｓｃｈｗｉｎｇｕｎｇｓｖｅｒｆａｈｒ ｅｎ　）が適用される。コノ場合、取り出された直流電圧はパルス時間が異なり 且つ極性が異なる矩形パルスとして固定子巻線部に印加され、その結果所望の周 波数と振幅の正弦曲線状の振動がアンダースウィングとして生じる。

この種のパルス逆変換器を用いると、三相短絡回転子モータの回転数を比較的広 い範囲で変えることができる。

西ドイツ特許公開第２５４２３９５号公報には、固定子が等しい巻線間隔で極を 有しているステッピングモータが開示されている。各巻線はコイルで巻き付けら れている。コイルは、隣接する２つのコイルが回転子に作用するように切り換え られる０回転子の磁軸は、永久磁石または可変な磁場抵抗の回転子本体によって 設定されている。従ってこの回転子は、２つのコイル場の合成作用によって決ま る係止位置で位置決めされる０回転子の所定の目標回転方向で順次別のコイルが 制御されると１回転子はコイルの間隔によって決まる角度だけ回転する。

この種のステッピングモータは位置決めに適しているが、連続作動のためのそれ ぞれ２つの係止位置の間での加速過程及び制動過程が不具合になる。また構造が 複雑であるのでコストがかかり、一定の出力限界以上では不経済である。

請求の範囲第１項に記載の発明の課題は、駆動モータを次のように構成し制御で きるようにすること、即ち構造が簡単で軽量であり、種々の作動状態に適してお り。

回転数が停止状態まで調整可能であり、モータ軸が予め決定可能な位置で位置決 め可能であるように構成し制御できるようにすることである。

上記の課題は１本発明による構成では、請求の範囲第１項に記載の特徴部分によ って解決される。

主回転子を駆動させる固定子の作用範囲内に付加回転子を収容させることにより 、主回転子と付加回転子とは１つの固定子だけで駆動可能である。主回転子と付 加回転子とがその構造上の違いにより種々の態様で作用可能であるので、固定子 巻線部の各束はその都度駆動されるべき回転子に応じて制御される。

連続作動のためには１例えば主回転子を継続駆動させる固定子巻線部が必要であ り、一方位置決め作動のためには、付加回転子を整向させる固定子場が必要であ る。

これに応じて連続作動のために個々の束が順次固定子場の所望の回転方向で通電 され、一方位置決め作動のためにはただ１つの、または最大で２つの隣合う束が 制御される９個々の束は、所定の時点で所定の時間だけ固定子場を生じさせる電 流で給電されるように制御装置によす制御される。連続作動のために束に順次供 給される電流の周波数は固定子場の回転数を決定し、従って回転子の回転数を決 定する０束に流れる電流の量は、回転子に作用するトルクを決定する６さらに回 転子は、束が制御される順番に依存して２つの回転方向で制御可能である。

請求の範囲第２項に記載の構成は、その都度必要な数のコイルを制御装置によっ て作動させるようにすれば。

駆動モータの固定子を選、択的に直流源、交流源、三相交流源に接続するために 有利である。これにより固定子は、固定子の作用範囲内に収容された回転子の駆 動に適している。

請求の範囲第３項に記載された構成には、主回転子及びこれとともにモータ軸に 設けられた付加回転子を備えた駆動モータの場合、付加的な課題がある。即ち連 続作動の際に主回転子を駆動させる固定子巻線部の束に位置決め作動のために電 流を供給し１位置決め作動の際に付加回転子が所定の位置で止められるように該 付加回転子を構成するというのがそれである。

この付加的な課題は１本発明による駆動モータの場合、請求の範囲第３項の特徴 部分によって解決される。

固定子巻線部の束を制御装置に接続するという構成により、束は所定の順番で電 源に接続可能である。固定子巻線部の他の作動状態に対しては制御装置の調整だ けが変えられ、従って新たな調整に基づく順番で束が通電可能である。

１つの束だけを長時間にわたって通電させることにより、付加回転子がこの束に 指向し、２つの束が通電されている場合にはそれらの中間に指向し、その位置で 保持される。その都度１つの束または一対の束（その組合せは他の束対の組合せ とは異なる）が通電され、且つ付加回転子が最大で２つのリングセグメントを有 しているので、２つの束以上を有している固定子巻線部の場合には。

予め決定可能な多数の位置が得られ、これらの位置で付加回転子を位置決め可能 である。

２つの作動状態（連続作動と位置決め作動）との間の切り換えは、請求の範囲第 ４項によれば、電源への束の接続の頻度によって調整される０位置決め作動への 切り換えは、束の接続頻度を回転場の停止直前で、従って回転子の停止直前でゼ ロにすると有利に行なうことができる。その結果残っている回転エネルギーは１ 回転子を駆動せずに止め位置までさらに回転させ、この止め位置で回転子を接続 された束の作用により固持するのに十分である。

請求の範囲第５項は、固定子巻線部の束を技術的に簡単にその都度必要な順番で 制御するための有利な回路を提供するものである。

固定子巻線部によって種々の付加回転子を駆動させることができる０例えば請求 の範囲第６項に記載の付加回転子は磁気抵抗回転子として、請求の範囲第７項に 記載の付加回転子は永久磁石回転子として構成されている。

このような付加回転子により、構成を簡潔にして正確な位置決めが可能になる。

この場合請求の範囲第６項に記載の付加回転子の指向位置は回転子の形状によっ て決定され、請求の範囲第７項に記載の付加回転子の指向位置は回転子本体での 磁石の配置によって決定される。

次に、図面に図示した本発明の詳細な説明する。

第１図は　　駆動モータの部分断面図、第２図は　　第１図の固定子の断面図、 第３図は　　第１図の回転子の断面図、第４図は　　駆動モータのための回路図 、第５図は　　第４図の一点鎖線で示した部分の回路図、第６図は　　付加回転 子の例えばの実施例を示す図である。

第１図に図示した駆動モータ１のケーシングには固定子２が収納されている。固 定子２は渦電流を防止するため多数の電気鉄板から成り、その内径部に沿って溝 ３を有している。溝３には２固定子巻線部５の束Ｗ１．Ｗ２゜Ｗ３　（第２図） のコイル４が埋設されている。各束（Ｗｌ乃至Ｗ３）のコイル４は直列に接続さ れている。

固定子２は主回転子６を取り囲んでいる。主回転子６はかご形回転子７（第３図 ）として構成されている６かご形回転子７のコア８は電気鉄板から成り、かご９ はリング１１を介して結合されている捧１０によって形成されている。棒１０は コア８の外周に軸方向に形成した溝１２に配置され、リング１１はその端面に配 置されている。

駆動モータ１のモータ軸１３には、同様に固定子１２によって囲まれるようにし て付加回転子１４が相対回転不能に収納されている。付加回転子１４は磁気抵抗 回転子１５として構成されている。磁気抵抗回転子１５は円板１６の形状を有し 、該円板１６はその外径部に一体成形され互いに１８０＠ずらして設けられた２ つのリングセグメント１７と１８を備えている。磁気抵抗回転子１５の外径は、 リングセグメント１７．１８の領域でコア８の外径に適合している。渦電流を防 止するため、磁気抵抗回転子１５も電子鉄板から構成されている。

磁気抵抗回転子］、５は、位置決めを確実にするため、光電子式の監視装置１９ によって走査される。監視装置１９は、発光素子２１と受光素子２２とを備えた フォトセル２０を有している。このため磁気抵抗回転子１５は、雨リングセグメ ント１７．１８の間の中心線までの手部分２３をつや消しされ、−力値の手部分 ２４では光を反射するように形成されている。

第４図は、駆動モータ１の作動に必要な回路２５の構成要素の構成図である。駆 動モータ１は、かご形回転子７の回転数を調整するトランスバータ２６を介して 回転電流源２７に接続されている。

トランジスタ２６は整流器２８を備えている。整流器２８は、直流中間回路２９ の導線Ｕ１とＵ２を介してインバータ３０に接続されている。整流器２８とイン バータ３０に並列に、直流電圧を平滑にするためのコンデンサ３１が中間回路２ ９に接続されている。インバータ３０は制御源！Ｓｌ乃至Ｓ６を介して制御装置 ３２に接続されている。制御装置３２は、導線り、Ｆ、Ｐを介して制御盤３３に 接続されている。

第５図には、制御回路２５の一点鎖線で示した部分が拡大して図示されている。

インバータ３０に案内されている導！ＵｌとＵ２にはトランジスタＴ１乃至Ｔ６ とフリーランニングダイオードＤ１乃至Ｄ６が接続されている。この場合それぞ れ２個のトランジスタＴ１乃至Ｔ６とこれに並列な２個のフリーランニングダイ オードＤ１乃至Ｄ６とは直列に接続され、それぞれ回路に１乃至に３を構成して いる。回路に１乃至に３は互いに並列に導線Ｕ１とＵ２に接続されている。

トランジスタＴ１乃至Ｔ６のベースＢ　］、乃至Ｂ６は。

制御導線Ｓｌ乃至Ｓ６を介して制御装置！３２に接続されている。トランジスタ Ｔ１乃至Ｔ６の制御過程によって生じる固定子巻線部５での電圧ピークは、フリ ーランニングダイオードＤ１乃至Ｄ６によって防止される。

制御装置３２はマイクロプロセッサ３４を備えている。

マイクロプロセッサ３４は、ＲＡＭメモリ３５とＲＯＭメモリ３６とを有してい る。マイクロプロセッサ３４は、否定素子３７とＮＯＲ素子３８とを介して導線 Ｆからの信号を入力Ｅ１で、導線りからの信号を入力Ｅ２で受ける。

ＮＯＲ素子３８には、第２の接続として導線Ｐの分岐が接続されている。この分 岐は、マイクロプロセッサ３４の出力Ａとともにアンド素子３９に接続されてい る。

アンド素子３９の出力導線Ｂは、Ｊ−にフリップフロップメモリ４０のセット入 力ＣＬＲと入力Ｊとに接続されている。Ｊ−にフリップフロップメモリ４０の第 ２のセット入力ＰＲと第２の入力には、リセット信号を伝送する導線Ｘに接続さ れている。フォトセル２０の導線２はメモリ４０のサイクル入力ＣＬに接続され 、メモリ４０の出力Ｑは導線Ｖに接続されている。

導線Ｖの１つの分岐がマイクロプロセッサ３４の入力Ｅ３に接続されているのに 対し、他の分岐はマイクロプロセッサ３４の出力Ａ１とＡ２とともにオア素子４ １と４２に接続され、且つ中間接続された否定素子４３を介してマイクロプロセ ッサ３４の出力Ａ３乃至Ａ６とともにアンド素子４４乃至４７に接続されている 。オア素子４１．４２及びアンド素子４４乃至４７の出力は制御導線Ｓ１乃至Ｓ ６に接続されている。

駆動モータ１は次のように作動する。

回転駆動のため、ポテンシャルＨの信号（以下では信号Ｈと呼ぶ）が制御盤３３ から導線Ｆに送られる。ポテンシャルＬの信号（以下では信号りと呼ぶ）は否定 素子３７を通ってＮＯＲ素子３８の入力に達し、マイクロプロセッサ３４の入力 Ｅ１に信号Ｈが達する。これによってマイクロプロセッサ３４は、制御盤３３で 調整された回転数に対応する。入力Ｅ２に達した信号を受は入れる準備を完了す る。この信号によりマイクロプロセッサ３４はこの信号に関係づけられる制御プ ログラムをＲＡＭメモリ３５から呼び出す。この制御プログラムは、出力Ａ１乃 至八６の３種類の連続的に制御される２つのグループから信号Ｈをどの程度の時 間間隔で発するかを決定する。個々の２つのグループの組合せとその順番も前記 制御プログラムによって決定される。

否定素子４３の前のＪ−にフリップフロップメモリ４０の出力導線Ｖに信号りが 達し、この後に信号Ｈが達するので、オア素子４１と４２及びアンド素子４４乃 至４７に信号Ｈが送られ、その結果出力Ａ１乃至八６にも信号Ｈが送られる。こ れらの信号は制御導線Ｓ１乃至Ｓ６を介してトランジスタのベースＢ１乃至Ｂ６ に送られる。

例えばこの種の信号がベースＢ１と８２に達すると、それまで遮断されていたト ランジスタＴ１とＴ２は短時間通過に設定され、その結果電流がプラス極を形成 する導線Ｕ１からトランジスタＴ１と束Ｗ１とＷ２及びトランジスタＴ２を介し てマイナス極を形成する導線Ｕ２に流れる。次にベースＢ３とＢ４が制御され、 その後ベースＢ５と８６が制御される。これに対してかご形回転子７を逆方向に 回転させるためには、トランジスタＴ１乃至Ｔ６が、従って束Ｗｌ乃至Ｗ３が逆 の順序で制御される。

位置決め作動のため、信号Ｈが導線Ｐに入力される。

その結果マイクロプロセッサ３４の入力Ｅ１に信号りが達する。マイクロプロセ ッサ３４は、回転作動を決定する制御プログラムのＲＡＭメモリ３５からの呼び 出しを停止し、ＲＯＭメモリ３６に記憶されたプログラムをスタートさせる。こ のプログラムによって、出力Ａ１乃至Ａ６から出力される信号が、プログラムに よって予め設定された周波数ランプに応じて、信号が生じなくなるまで減少せし められる。

出力Ａ１乃至Ａ６を離れる連続信号がマイクロプロセッサ３４に記憶された限界 周波数を下回ると、マイクロプロセッサ３４はその出力Ａから信号Ｈをアンド素 子３９に送る。アンド素子３９の第２の入力にはすでに信号Ｈが達しているので 、この信号はメモリ４０の入力（ＣＬＲとＪ）に送られる。

メモリ４０はスライド式の入力ＣＬを有しているので。

号がＬからＨに変わったときにだけ受けいられ、出力Ｑから導線Ｖに送られる。

このＬからＨへの変化は、磁気回転子１５の光反射性の半部分２４がフォトセル ２９の監視範囲に回動したときに生じる。

メモリ４０は、導線Ｘを介して入力ＰＲとＫに送られる信号Ｈによってリセット 可能である。

磁気抵抗回転子１５を一定の位置で（以下では係止位置と呼ぶことにする）止め るには、メモリ４０を導線Ｚを介して制御することが必要である０次に、磁気回 転子１５の２つの係止位置に関して説明することにする。

固定子巻線部５によって生じる磁場は、該固定子巻線部５のコイル４と磁気抵抗 回転子１５との間の空気間隙を介して拡がり１回転子本体で終わっている。磁束 密度は空気間隙が最小になる位置で最大値を占めるので、リングセグメント１７ と１８が固定子２によって生じる磁場の北極または南極に境を接するように磁気 抵抗回転子１５は方向づけられる。磁気抵抗回転子１５自体は固有の磁場を生じ ないので、その２つのリングセグメント１７と１８によって１８ｏ°ずれた２つ の係止位置が可能である。

メモリ４０の出力Ｑにおける信号のＬからＨへの変化は、入力Ｅ３を介してマイ クロプロセッサ３４に知らそれる。マイクロプロセッサ３４は出力Ａ３乃至Ａ６ への信号の放出を終了させ、出力Ａ１とＡ２に継続信号Ｈを送る。この継続信号 Ｈはオア素子４１と４２からベースＢ１とＢ２に送られる。これによってトラン ジスタＴ１とＴ２が一定の通過に切り換えられる。従って束Ｗ１とＷ２だけに電 流が流れ１束Ｗ１とＷ２は磁気抵抗回転子１５を位置決めするための磁場を生じ させる。

付加回転子１４は、第６図に図示した永久磁石回転子４８としても構成すること ができる。永久磁石回転子４８の形状は磁気抵抗回転子１５の形状に対応してい るが、リングセグメント１７と１８の代わりに永久磁石４９と５０が使用される 。永久磁石４９と５０もかご形回転子７のコア８の外径に適合している。

位置決め作動の場合にトランジスタＴ１とＴ２だけが通過に切り換えられている と、永久磁石回転子４８は巻線部Ｗ１とＷ２によって形成される磁場に応じて方 向づけられる。この場合位置決めされた位置においては、回転子２の磁場及び永 久磁石４９と５０の磁場とはそれぞれ逆の極が対向する。

永久磁石回転子４８が一定の位置で位置決め可能であるので、監視装置１９とメ モリ４ｏを省略することができる。この場合アンド素子３９の出力には導線Ｖが 接続される。

Ｆｉｇ、　５ 補正書の写しく翻訳文）提出書く特許法第１８４条の７第】項）差出書 平成　２年　５月３１日 特許庁長官　　吉　１）文　毅　　殿 １、国際出願番号 ＰＣＴ／ＥＰ８８１０１．０６６ ２、発明の名称 駆動モータ ３、特許出願人 住　所　ドイツ連邦共和国　Ｄ−６７５０カイザースラウテルンケーニヒシニト ラーセ　１５４ 名　称　パフ　インドウストリーマシーネン　ゲゼルシャフト　ミットベシ′コ 、レン′クテル　ハフラング 代表者　　タライン　フリードリヒ 同　　　ティルマンス　ベーター 国　籍　　ドイツ連邦共和国 ５、補正書の僑出年月日 １９８９年　３月１７日 ６、添付書類の目録 （１）補正書の写しく翻訳文）　　　　　　１通請求の範囲を別紙のように補正 します。

請求の範囲 １、回転作動から停止作動へ切り　火口　で〜数の束から　っている　　子の岑 　１］５回蜆１丸恋た艶立工具亙ユ上工ｊ　　動のための・　■回転　とを　し 、虻±Ｌ厘」し輯ｊ−がよ−よ４回転子と　にモータ　に　　され。

１し１子！し覧９２ζ土−鰐」こ置Ｊしへユコエ邊−郭動モータにおいて、 ａ　固　　゛線部　５　が、　の束（ＷｌないしＷ３を有し、これらの束　Ｗｌ ないしＷ３　が、回転動中に　回　　によって回転　と回転　向を・　ヒさせる ための制御装置　３２　にして、寸加回転子によ１二ｌえ１え【１見位１°めさ せるためのル３２　と　　されていることと。

」転　　１４　が、それ　れ１つの　　１源ａ　−）　＞ないしＷ３　のコイル 　４　から労　されているリングセグメント　１７　１８；Ａ」ユ」■リ　　え 、　　リングセグメント　１７１８；４９．５化）の　　とその　　位が、１− めの際にＸ：電“によって・　される束（ＷｌないしＷ３）しこ工°〔いる− ことを特徴とする駆動モータ。

１、固定子巻線部（５）は、　位　　　たり　′３２　によって電される」二 Ｍｉｌｌ’）、０？、ｌニー最小値に達するまで回転作動に切り換えられており 、この最小値を下回ったときに位置決め作動に切り換えられることを特徴とする 。１麦し迫」２に記載の駆動モータヨ 立、制御装置！（３２）と固定子巻線部（５）の束（Ｗｌ乃至Ｗ３）との間にト ランジスタ（Ｔｌ乃至Ｔ６）が配置され、該トランジスタ（Ｔｌ乃至’ｒ　６　 ）は。

束（Ｗｌ乃至Ｗ３）に給電するため、信号継続のための制御装置（３２）により 通電に切り換え可能であることを特徴とする、朋］Ｋ項」２に記載の叩勤モーて 構成されていることを特徴とする、１工盪工に記載の駆動モータ。

旦、付加回転子（１４）が永久磁石回転子（４８）として構成されていることを 特徴とする、１工夙よに記載の腫勤モータ。

国際調査報告 国際調査報告 ＥＰ　８８０１０６６ ＳＡ　　　　２５３０５

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．固定子と、該固定子によって駆動可能で連続作動のために構成された主回転 子とを有し、該主回転子が、位置決め作動のために設けられる付加回転子と共に モータ軸に相対回転不能に取付けられている駆動モータにおいて、付加回転子（ １４）が固定子（１２）の場の範囲内に配置されし、且つ主回転子（６）と共に 、制御装置（３２）によって制御可能な固定子巻線部（５）を介して所定の作動 態様及び駆動モータ（１）の回転数に応じて駆動可能であることを特徴とする駆 動モータ。
2. ２．固定子巻線部（５）が束（Ｗ１乃至Ｗ３）を備え、各束（Ｗ１乃至Ｗ３）が 前記制御装置（３２）によって個別にオンオフ可能であり、且つ少なくとも１つ のコイル（４）を有していることを特徴とする、請求項１に記載の駆動モータ。
3. ３．固定子が多数の束の巻線部を有している請求項１に記載の駆動モータにおい て、固定子巻線部（５）が、制御装置（３２）に接続されている多数の束（Ｗ１ 乃至Ｗ３）を有し、制御装置（３２）が、束（Ｗ１乃至Ｗ３）の通電のために回 転数と回転方向とを決定する連続通電を主回転子（６）に生じさせ、或いは少な くとも１つの所定の位置に付加回転子（１４）を位置決めするために、束（Ｗ１ 乃至Ｗ３）の少なくとも１つを直流電流に切り換え、同時に残りの束（Ｗ１乃至 Ｗ３）をオフにし、この場合付加回転子（１４）が、それそれ１つの空気間線に よつて束（Ｗ１乃至Ｗ３）のコイル（４）から仕切られるリングセグメント（１ ７，１８；４９，５０）を備え、該リングセグメント（１７，１８；４９，５０ ）の数量と角度のずれが、位置決めの際に直流電流で負荷される束（Ｗ１乃至Ｗ ３）に対応していることを特徴とする駆動モータ。
4. ４．固定子巻線部（５）は、制御装置（３２）によって通電される束（Ｗ１乃至 Ｗ３）が単位時間当たりの所定の最小値に達するまで回転作動に切り換えられて おり、この値を下回ったときに位置決め作動に切り換えられることを特徴とする ．請求項１から３までのいずれか１つに記載の駆動モータ。
5. ５．制御装置（３２）と固定子巻線部（５）の束（Ｗ１乃至Ｗ３）との間にトラ ンジスタ（Ｔ１乃至Ｔ６）が配置され、該トランジスタ（Ｔ１乃至Ｔ６）は、束 （Ｗ１乃至Ｗ３）に給電するため、信号継続のための制御装置（３２）により通 電に切り換え可能であることを特徴とする、請求項１から３までのいすれか１つ に記載の廃駆モータ。
6. ６．付加回転子（１４）が磁気抵抗回転子（１５）として構成されていることを 特徴とする、請求項１または３に記載の駆動モータ。
7. ７．付加回転子（１４）が永久磁石回転子（４８）として構成されていることを 特徴とする、請求項１または３に記載の駆動モータ。