JPH087839Y2 - Variable air gap motor device - Google Patents

Variable air gap motor device

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JPH087839Y2
JPH087839Y2 JP1987146471U JP14647187U JPH087839Y2 JP H087839 Y2 JPH087839 Y2 JP H087839Y2 JP 1987146471 U JP1987146471 U JP 1987146471U JP 14647187 U JP14647187 U JP 14647187U JP H087839 Y2 JPH087839 Y2 JP H087839Y2
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rotor
coil
excitation
stator
air gap
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正之 寺嶋
正 足利
充孝 堀
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Meidensha Corp
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Meidensha Corp
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Description

【考案の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本考案は可変空隙モータ装置に関し、効率良く低速・
高トルク出力が得られるよう企図したものである。
[Detailed description of the device] A. Industrial field of application
It is intended to obtain a high torque output.

B.考案の概要 本考案は、可変空隙モータのロータの公転位置を検出
し、各公転位置で最大のトルクが得られるようにステー
タのコイルを励磁することにより、ロータをコイル励磁
位置に常に同期させて「すべり」なく回転させる可変空
隙モータ装置である。
B. Outline of the Invention The present invention detects the revolution position of the rotor of the variable air gap motor and excites the stator coil so that the maximum torque is obtained at each revolution position, so that the rotor is always synchronized with the coil excitation position. It is a variable air gap motor device that allows it to rotate without "slip".

C.従来の技術 近年、ロボットが普及している。ロボットは、人間の
腕や手の動作と同程度に複雑で且つ精度良く動くことが
要求される。このようなロボット等の駆動装置として
は、低速・高トルク出力が得られるものが用いられる。
C. Conventional Technology Robots have become popular in recent years. The robot is required to move as accurately and as complicatedly as a human arm or hand. As a drive device for such a robot or the like, one that can obtain a low speed and high torque output is used.

現在、低速・高トルク出力を得る装置としては、通常
のモータと減速ギヤとを組み合せたギアモータ駆動装置
がある。しかし、このギアモータ駆動装置では、モータ
とギアを組み合せるため小型化が難かしく、また減速ギ
ヤのバックラッシュがあるため精度向上に限界がある。
Currently, as a device for obtaining a low speed / high torque output, there is a gear motor drive device in which an ordinary motor and a reduction gear are combined. However, in this gear motor driving device, it is difficult to reduce the size because the motor and the gear are combined, and there is a limit to the improvement in accuracy due to the backlash of the reduction gear.

低速・高トルク出力を得る他の装置としては、かって
開発された可変空隙モータがある。現在普通に用いられ
ているモータは、ロータとステータとの間隙は一定な固
定空隙型であり、磁界中に位置するロータコイルに電流
を流してフレミングの左手の法則により発生する電磁力
を回転力として出力するものである。これに対し、詳細
は後述するが、可変空隙モータでは、ロータがステータ
の内周面に沿いころがって公転しつつロータ自体は公転
方向とは逆方向にゆっくりと自転するためロータ−ステ
ータ間隙は変化していき、しかもその回転力は、ステー
タのコイルが電磁石となって、磁性材料で形成したロー
タを吸引することにより発生する。
Another device that obtains low-speed and high-torque output is a variable air gap motor that was previously developed. Motors that are commonly used today are of the fixed air gap type in which the gap between the rotor and the stator is constant, and an electric current is passed through the rotor coil located in the magnetic field to generate an electromagnetic force generated by Fleming's left-hand rule. Is output as. On the other hand, as will be described later in detail, in the variable air gap motor, the rotor rolls along the inner peripheral surface of the stator and revolves around the rotor, while the rotor itself slowly rotates in the opposite direction to the revolution direction, so that the rotor-stator gap changes. Further, the rotational force is generated when the coil of the stator serves as an electromagnet and attracts the rotor made of a magnetic material.

ここで可変空隙ロータを図面を参照しつつ説明する。
第5図に示すようにステータ1内には磁性材で形成した
ロータ2が配置されている。ロータ2の両端は特殊な軸
受で支持されており、ロータ2がステータ1の内周面上
を矢印I方向にころがって自転することにより矢印II方
向に公転できるようにしている。ステータ1には6組の
コイルC1,C2,C3,C4,C5,C6が備えられており、これ
らコイルC1,C2,C3,C4,C5,C6はダイオードD1,D2
D3,D4,D5,D6を介して三相商用電源に接続されてい
る。そこで第6図のt0の位相のときには電流はコイル
C6,C1,C2に流れコイルC3,C4,C5には流れない。この
ためロータ2は電磁力によりステータ1のうちコイル
C6,C1,C2側に吸引される。このような吸引状態が時間
とともに回転するので回転吸引力が得られ、その同期速
度は三相2極巻線と同じである。かくてロータ2は矢印
II方向に公転しつつ公転方向と逆方向に自転する。この
場合、ステータ1の内径とロータ2の径の差が小さいほ
ど、ロータ2の自転速度が小さくなり、公転速度に対す
る自転速度の比(減速比)は大きな値が得られる。
The variable gap rotor will now be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 5, a rotor 2 made of a magnetic material is arranged inside the stator 1. Both ends of the rotor 2 are supported by special bearings, and the rotor 2 rolls on the inner peripheral surface of the stator 1 in the direction of arrow I to rotate about its axis so that the rotor 2 can revolve in the direction of arrow II. The stator 1 is provided with six sets of coils C 1 , C 2 , C 3 , C 4 , C 5 , C 6 , and these coils C 1 , C 2 , C 3 , C 4 , C 5 , C 6 Is the diode D 1 , D 2 ,
It is connected to the three-phase commercial power supply via D 3 , D 4 , D 5 , and D 6 . Therefore, when the phase is t 0 in FIG.
It flows into C 6 , C 1 and C 2 and does not flow into coils C 3 , C 4 and C 5 . For this reason, the rotor 2 is made to coil the stator 1 by the electromagnetic force.
Suctioned to the C 6 , C 1 , and C 2 sides. Since such a suction state rotates with time, a rotary suction force is obtained, and its synchronous speed is the same as that of the three-phase two-pole winding. Thus the rotor 2 is an arrow
It revolves in the direction opposite to the revolving direction while revolving in the II direction. In this case, the smaller the difference between the inner diameter of the stator 1 and the diameter of the rotor 2, the smaller the rotation speed of the rotor 2, and the larger the ratio of the rotation speed to the revolution speed (reduction ratio).

次に、このような可変空隙モータの各種特性を説明す
る。
Next, various characteristics of such a variable air gap motor will be described.

可変空隙モータのサイクロ運動について: 第7図に概略図で示すように、ロータ2(その半径
r)がステータ1(その半径R)に添って動くとき、ロ
ータ2の中心の軌跡は半径が(R−r)でステータ1と
同心の円となる。ロータ2がn回転だけ自転すると、ロ
ータ2、ステータ1間のすべりが無いとすると、ロータ
2の中心は2πr・nだけ動く。またm回転だけ公転し
たときのロータ2の中心の移動距離は2π(R−r)・
mである。両者は等しいから、 2πrn=2π(R−r)m …(1) となる。故に公転と自転の速度比は次のようになる。
Regarding Cyclo Motion of Variable Air Gap Motor: As shown in the schematic diagram of FIG. 7, when the rotor 2 (its radius r) moves along with the stator 1 (its radius R), the center locus of the rotor 2 has a radius ( R-r) makes a circle concentric with the stator 1. When the rotor 2 rotates by n rotations, assuming that there is no slip between the rotor 2 and the stator 1, the center of the rotor 2 moves by 2πr · n. Further, the moving distance of the center of the rotor 2 when revolving only m rotations is 2π (R−r) ·
m. Since both are equal, 2πrn = 2π (R−r) m (1) Therefore, the speed ratio of revolution and rotation is as follows.

公転力T1と自転力T2の関係は仕事率Pが一定であるか
ら、 となる。
Since the power P is constant in the relationship between the revolution force T 1 and the rotation force T 2 , Becomes

可変空隙モータのトルクについて: 第8図のロータ位置において、磁極P1を励磁した時に
発生するトルクを計算する。第9図は動きを判り易くす
るために角度αを大きくして描いたものである。第9図
において歯とロータ間に力Fが働いているとすると、ロ
ータに働く接線力Frは、同図の三角形の相似の関係から
次式となる。
Regarding the torque of the variable air gap motor: At the rotor position shown in FIG. 8, the torque generated when the magnetic pole P 1 is excited is calculated. FIG. 9 is drawn with a large angle α in order to make the movement easy to understand. Assuming that the force F acts between the teeth and the rotor in FIG. 9, the tangential force F r acting on the rotor is given by the following equation from the similar relationship of the triangles in the figure.

Fは次式となる。 F becomes the following formula.

lは第9図より (5),(6)式を(4)式に代入し 自転力トルクT2となる。 l is from Fig. 9 Substituting equations (5) and (6) into equation (4) The rotation torque T 2 is Becomes

磁束密度を基準にしてトルクを表わすと次のようにな
る。自転力T2=r・Frであり、(4),(5)式を代入
することにより、 公転力T1は上式と(3)より となる。
The torque is expressed based on the magnetic flux density as follows. The rotation force T 2 = r · F r , and by substituting equations (4) and (5), The revolution force T 1 can be calculated from the above equation and (3). Becomes

上に述べたことから、可変空隙モータのトルクは、極
めて大きいことがわかる。
From the above, it can be seen that the torque of the variable air gap motor is extremely large.

D.考案が解決しようとする問題点 ところで従来の可変空隙モータでは、三相商用電源に
よる回転磁界を利用して駆動しているため、ロータ2は
スリップしながら回転する。このようなスリップが生ず
ると、回転位置精度を向上することが難かしく、また、
トルク特性は第10図に示すように回転とともに減少し高
トルク特性という長所を削減してしまう。更にスリップ
により騒音が大きくなる。
D. Problems to be Solved by the Invention In the conventional variable air gap motor, the rotor 2 rotates while slipping because it is driven by using the rotating magnetic field from the three-phase commercial power source. When such a slip occurs, it is difficult to improve the rotational position accuracy, and
The torque characteristics decrease with rotation as shown in Fig. 10, and the advantage of high torque characteristics is reduced. Further, the noise is increased due to the slip.

本考案は、上記従来技術に鑑み、可変空隙モータを、
すべりが無くて出力トルクの効率が良くしかも精度良く
運転することのできる可変空隙モータ装置を提供するも
のである。
In view of the above-mentioned conventional technique, the present invention provides a variable air gap motor,
(EN) Provided is a variable air gap motor device which is free from slippage, has high output torque efficiency, and can be operated with high precision.

E.問題点を解決するための手段 上記問題点を解決する本考案の構成は、 通電することにより電磁吸引力を発生する独立したコ
イルが周方向に亘り多数設置されたステータ内に、磁性
材で形成されておりステータの内周面上をころがって自
転することによりステータの周方向に沿い自転とは逆方
向に公転するロータを配した可変空隙モータと、 可変空隙モータのロータの公転位置を検出して公転位
置信号を出力する位置検出器と、 ステータのコイルによるロータの電磁吸引が最大とな
るように、ロータがステータに接している接触点からロ
ータの公転方向に沿う複数本のコイルを励磁し且つ各コ
イルの励磁力は前記接触点から公転方向に進むにつれて
段階状に増加した後に段階状に減少するコイル励磁パタ
ーンが、それぞれロータの各公転位置に対応してあらか
じめ記憶されており、前記公転位置信号が入力されると
そのときのロータ公転位置に応じたコイル励磁パターン
で特定されるコイル及び各コイルの励磁値を情報として
含む励磁指令を出力するメモリ装置と、 メモリ装置から入力される励磁指令の励磁値に、外部
から入力されるトルク指令を乗算し、乗算して得た乗算
励磁値と励磁すべき特定のコイルとを情報として含む乗
算励磁指令を出力する乗算器と、 乗算器から入力される乗算励磁指令で示されるステー
タの特定のコイルを個別にそれぞれ乗算励磁値に応じて
励磁するよう通電制御するドライバ回路と、 を有することを特徴とする。
E. Means for Solving Problems The configuration of the present invention for solving the above problems is such that a magnetic material is provided in a stator in which a number of independent coils that generate an electromagnetic attraction force when energized are installed in the circumferential direction. The variable gap motor with the rotor that revolves in the direction opposite to the rotation along the circumferential direction of the stator by rolling on the inner peripheral surface of the stator and rotating around it, and the revolution position of the rotor of the variable gap motor. A position detector that detects and outputs a revolution position signal and a plurality of coils along the revolution direction of the rotor from the contact point where the rotor is in contact with the stator to maximize electromagnetic attraction of the rotor by the stator coil. The coil excitation patterns that are excited and that the exciting force of each coil increases stepwise from the contact point in the direction of revolution and then decreases stepwise, respectively, are the respective public shifts of the rotor. When the revolution position signal is input, a coil specified by the coil excitation pattern corresponding to the rotor revolution position at that time and an excitation command including the excitation value of each coil as information are output. The memory device and the excitation value of the excitation command input from the memory device are multiplied by the torque command input from the outside, and the multiplication including the multiplication excitation value obtained by the multiplication and the specific coil to be excited as information. A multiplier that outputs an excitation command, and a driver circuit that controls energization so that specific coils of the stator indicated by the multiplication excitation command input from the multiplier are individually excited according to the multiplication excitation value are provided. Characterize.

F.実施例 以下に本考案の実施例を図面に基づき詳細に説明す
る。
F. Embodiment An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

第1図は実施例に用いる可変空隙モータ10であり、ス
テータ11内に磁性材で形成したロータ12が配置されてい
る。ステータ11内には多数のコイルC0,C1,C2,C3
C4,…Cn-1,Cnが設置されており、各コイルC0〜Cnには
独立して電流が流される。各コイルC0〜Cnを通電すると
磁極P0,P1,P2,P3,…Pn-1,Pnが磁化されロータ12を
吸引する。励磁されている磁極が順次反時計方向にずれ
ていくと、ロータ12は矢印I方向に自転しつつ矢印II方
向に公転していく。この可変空隙ロータ10ではロータ12
の自転力を外部出力として取り出し負荷に作用させる。
FIG. 1 shows a variable air gap motor 10 used in the embodiment, in which a rotor 12 made of a magnetic material is arranged in a stator 11. In the stator 11, a large number of coils C 0 , C 1 , C 2 , C 3 ,
C 4 , ... C n-1 , C n are installed, and current is independently applied to each coil C 0 to C n . Pole P 0 is energized the coils C 0 ~C n, P 1, P 2, P 3, ... P n-1, P n sucks rotor 12 are magnetized. When the excited magnetic poles sequentially shift counterclockwise, the rotor 12 revolves in the direction of arrow II while rotating in the direction of arrow I. In this variable air gap rotor 10, the rotor 12
The rotation force of is taken out as an external output and applied to the load.

第2図は、前述した可変空隙モータ10を用いた第1の
実施例を示す。同図において、位置検出器20は、レゾル
バ等により形成されており、可変空隙モータ10のロータ
12の公転位置を検出してその検出値である公転位置信号
aを出力する。メモリ装置30はメモリ(ROM)31とアド
レス変換器32とで構成されている。メモリ31には、ロー
タ12の公転位置ごとに、その公転位置においてロータ12
を電磁吸引するのが最大になるようにするために通電す
る特定のコイル及び各コイルに流す電流値の比がコイル
励磁パターンとして記憶されている。例えば第1図に示
す公転位置、即ちロータ12が磁極P0に接しているときに
は、コイルC0,C1,C2,C3,C4,C5に通電し他のコイル
には電流を流さず、しかもコイルC0,C1,C2,C3,C4
C5に流す電流値の比はC0:C1:C2:C3:C4:C5=0.2:0.
4:0.8:1.0:0.4:0.2としている。ロータ12の公転位置が
ずれたときにも同様な励磁パターンが記憶されている。
つまりロータ12が接触している磁極から公転方向前方に
沿い6つのコイルのみに通電をし、各コイルの電流値の
比は、接触した磁極に近い方から順に0.2:0.4:0.8:1.0:
0.4:0.2となるようにしている。一方、アドレス変換器3
2は、公転位置信号aをアドレス変換しこの公転位置の
コイル励磁パターンを記憶しているメモリ31上のアドレ
スを示すリードアドレスbを出力する。メモリ31はリー
ドアドレスbが入力されるとリードアドレスbで示すア
ドレスの励磁パターンを読み出して励磁指令dを出力す
る。よって励磁指令dは、励磁すべき特定のコイルを示
す特定コイル情報d1(第1図の公転位置ではコイルC0
C1,C2,C3,C4,C5)と各コイルの電流値の比を示す電
流値比情報d2(この実施例ではC0:C1:C2:C3:C4:C5
=0.2:0.4:0.8:1.0:0.4:0.2)を有することとなる。
FIG. 2 shows a first embodiment using the variable air gap motor 10 described above. In the figure, the position detector 20 is formed of a resolver or the like, and is a rotor of the variable air gap motor 10.
The 12 revolution positions are detected and a revolution position signal a which is the detected value is output. The memory device 30 is composed of a memory (ROM) 31 and an address converter 32. The memory 31 stores, for each revolution position of the rotor 12, the rotor 12 at the revolution position.
Is stored as a coil excitation pattern, which is a specific coil to be energized to maximize electromagnetic attraction and a ratio of current values passed through the coils. For example, in the revolution position shown in FIG. 1, that is, when the rotor 12 is in contact with the magnetic pole P 0 , the coils C 0 , C 1 , C 2 , C 3 , C 4 and C 5 are energized and the other coils are energized. Not flowing, and the coils C 0 , C 1 , C 2 , C 3 , C 4 ,
The ratio of the currents flowing through C 5 is C 0 : C 1 : C 2 : C 3 : C 4 : C 5 = 0.2: 0.
It is set to 4: 0.8: 1.0: 0.4: 0.2. Similar excitation patterns are stored even when the revolution position of the rotor 12 is deviated.
That is, only the six coils are energized forward from the magnetic poles in contact with the rotor 12 in the direction of revolution, and the ratio of the current values of the coils is 0.2: 0.4: 0.8: 1.0: in order from the one closer to the magnetic poles in contact.
It is set to 0.4: 0.2. On the other hand, address translator 3
2 converts the revolution position signal a into an address and outputs a read address b indicating an address on the memory 31 which stores the coil excitation pattern of this revolution position. When the read address b is input, the memory 31 reads the excitation pattern of the address indicated by the read address b and outputs the excitation command d. Therefore, the excitation command d is the specific coil information d 1 indicating the specific coil to be excited (the coil C 0 ,
C 1, C 2, C 3 , C 4, C 5) and the current value ratio indicating the ratio of the current values of the respective coil Information d 2 (in this example C 0: C 1: C 2 : C 3: C 4 : C 5
= 0.2: 0.4: 0.8: 1.0: 0.4: 0.2).

乗算器40には、励磁指令dとトルク指令tが入力され
る。トルク指令tの値は、可変空隙モータ10の負荷の大
きさに応じて増減する。そして乗算器40では、電流値比
情報d2とトルク指令tとを乗算する。トルク指令tの値
が3であるときには、本実施例では、乗算電流値比情報
d2′はC0:C1:C2:C3:C4:C5=0.6:1.2:2.4:3.0:1.2:
0.6となる。そして乗算器40は、励磁すべき特定のコイ
ルを示す特定コイル情報d1と乗算電流値比情報d2′を含
む乗算励磁指令d′を出力する。
The excitation command d and the torque command t are input to the multiplier 40. The value of the torque command t increases or decreases according to the load of the variable air gap motor 10. Then, the multiplier 40 multiplies the current value ratio information d 2 by the torque command t. When the value of the torque command t is 3, in the present embodiment, the multiplication current value ratio information
d 2 ′ is C 0 : C 1 : C 2 : C 3 : C 4 : C 5 = 0.6: 1.2: 2.4: 3.0: 1.2:
It becomes 0.6. Then, the multiplier 40 outputs the multiplication excitation command d ′ including the specific coil information d 1 indicating the specific coil to be excited and the multiplication current value ratio information d 2 ′.

ドライバ回路50は、アンプA0,A1,A2,…An-1,A
n(一部のみ図示している)と電流検出器CT0,CT1,C
T2,…CTn-1,CTn(一部の図示している)と直流電源51
とを有している。各アンプA0〜Anは、可変空隙モータ10
のコイルC0〜Cnのうち、同じ添数字のものに個別に電流
を供給する。このドライバ回路50に乗算励磁指令d′が
入力されると、特定コイル情報d1で示すコイルに通電を
するアンプが作動状態となり、しかも作動状態にある各
アンプの出力電流値の比は乗算電流値比情報d2′で示す
ものとなるようフィードバック制御がかかる。したがっ
て第1図の公転位置にあるときには、アンプA0,A1
A2,A3,A4,A5によりコイルC0,C1,C2,C3,C4,C5
通電がなされ、トルク指令tの値が「3」であると、各
電流の比はC0から順に0.6:1.2:2.4:3.0:1.2:0.6とな
る。かくて、ロータ12は各公転位置において、すべり無
くしかも最大の電磁吸引力が生ずる方向に吸引されて回
転(自転及び公転)することとなる。なお本実施例では
コイルC0,C1,C2,C3,C4,C5に流す電流値の比(コイ
ル励磁パターン)を、C0:C1:C2:C3:C4:C5=0.2:0.
4:0.8:1.0:0.4:0.2として、ステータ11のコイルC0〜C5
によるロータ12の電磁吸引力が最大になるようにしてい
るが、コイル励磁パターンは上述した例に限定されるも
のではない。要は、ロータ12がステータ11に接している
接触点からロータ12の公転方向に沿う複数のコイルの励
磁パターンが、接触点から公転方向に進むにつれて段階
状に増加した後に段階状に減少するようになっていれば
よい。
The driver circuit 50 includes amplifiers A 0 , A 1 , A 2 , ... A n-1 , A
n (only a part is shown) and current detectors CT 0 , CT 1 , C
T 2 , ... CT n-1 , CT n (some figures are shown) and DC power supply 51
And have. Each amplifier A 0 -A n is a variable air gap motor 10
The currents are individually supplied to the coils C 0 to C n having the same subscript. When the multiplication excitation command d'is input to the driver circuit 50, the amplifier energizing the coil indicated by the specific coil information d 1 is in the operating state, and the ratio of the output current value of each amplifier in the operating state is the multiplication current. Feedback control is performed so that the value ratio information is as indicated by d 2 ′. Therefore, in the revolution position shown in FIG. 1, the amplifiers A 0 , A 1 ,
When the coils C 0 , C 1 , C 2 , C 3 , C 4 , C 5 are energized by A 2 , A 3 , A 4 , A 5 , and the value of the torque command t is “3”, each current The ratio of is 0.6: 1.2: 2.4: 3.0: 1.2: 0.6 in order from C 0 . Thus, at each revolution position, the rotor 12 is attracted and rotates (rotates and revolves) in the direction in which the maximum electromagnetic attraction force is generated without slipping. In the present embodiment, the ratio of the current values flowing in the coils C 0 , C 1 , C 2 , C 3 , C 4 , C 5 (coil excitation pattern) is C 0 : C 1 : C 2 : C 3 : C 4 : C 5 = 0.2: 0.
4: 0.8: 1.0: 0.4: 0.2, coil C 0 ~ C 5 of stator 11
However, the coil excitation pattern is not limited to the above example. The point is that the excitation patterns of the plurality of coils along the revolution direction of the rotor 12 from the contact point where the rotor 12 is in contact with the stator 11 increase stepwise as the contact point advances in the revolution direction, and then decrease stepwise. It should be.

段階状に増加する割合及び段階状に減少する割合は、
各モータの特性に応じて決める。このようにモータ特性
により励磁パターンを決めることができるので、最大ト
ルクを発生するよう運転ができるのである。
The rate of gradual increase and the rate of gradual decrease are
Determine according to the characteristics of each motor. Since the excitation pattern can be determined by the motor characteristics in this way, the operation can be performed so as to generate the maximum torque.

なお、励磁パターンを規定の関数(一次式や二次式や
サイン関数)に応じて決めたのでは、モータ特性に応じ
て最大トルクを発生させることはできない。
Note that if the excitation pattern is determined according to a prescribed function (linear equation, quadratic equation, sine function), maximum torque cannot be generated according to the motor characteristics.

第3図は、前述した可変空隙モータ10を用いた第2の
実施例を示す。同図において、位置検出器120は、レゾ
ルバ等により形成されており、可変空隙モータ10のロー
タ12の公転位置を検出してその検出値である公転位置信
号Aを出力する。メモリ装置130はメモリ(ROM)131と
アドレス変換器132とで構成されている。メモリ131に
は、ロータ12の公転位置ごとに、その公転位置において
ロータ12を電磁吸引するのが最大になるようにするため
に通電する特定のコイル及び各コイルに印加する電圧値
の比がコイル励磁パターンとして記憶されている。例え
ば第1図に示す公転位置、即ちロータ12が磁極P0に接し
ているときには、コイルC0,C1,C2,C3,C4,C5に通電
し他のコイルには通電をせず、しかもコイルC0,C1
C2,C3,C4,C5に印加する電圧値の比はC0:C1:C2
C3:C4:C5=0.2:0.4:0.8:1.0:0.4:0.2としている。ロ
ータ12の公転位置がずれたときにも同様な励磁パターン
が記憶されている。つまりロータ12が接触している磁極
から公転方向前方に沿い6つのコイルのみに通電をし、
各コイルの印加電圧値の比は、接触した磁極に近い方か
ら順に0.2:0.4:0.8:1.0:0.4:0.2となるようにしてい
る。一方、アドレス変換器132は、公転位置信号Aをア
ドレス変換しこの公転位置のコイル励磁パターンを記憶
しているメモリ131上のアドレスを示すリードアドレス
Bを出力する。メモリ131はリードアドレスBが入力さ
れるとリードアドレスBで示すアドレスの励磁パターン
を読み出して励磁指令Dを出力する。よって励磁指令D
は、励磁すべき特定のコイルを示す特定コイル情報D
1(第1図の公転位置ではコイルC0,C1,C2,C3,C4,C
5)と各コイルの印加電圧値の比を示す電圧値比情報d2
(この実施例ではC0:C1:C2:C3:C4:C5=0.2:0.4:0.
8:1.0:0.4:0.2)を有することとなる。
FIG. 3 shows a second embodiment using the variable air gap motor 10 described above. In the figure, a position detector 120, which is formed by a resolver or the like, detects the revolution position of the rotor 12 of the variable air gap motor 10 and outputs a revolution position signal A which is the detected value. The memory device 130 is composed of a memory (ROM) 131 and an address converter 132. In the memory 131, for each revolution position of the rotor 12, a specific coil that is energized to maximize the electromagnetic attraction of the rotor 12 at the revolution position and the ratio of the voltage value applied to each coil are stored in the coil. It is stored as an excitation pattern. For example, when the rotor 12 is in contact with the magnetic pole P 0 in the revolution position shown in FIG. 1, the coils C 0 , C 1 , C 2 , C 3 , C 4 , C 5 are energized and the other coils are energized. And the coils C 0 , C 1 ,
C 2, C 3, C 4 , C ratio of voltage applied to 5 C 0: C 1: C 2 :
C 3: C 4: C 5 = 0.2: 0.4: 0.8: 1.0: 0.4: is 0.2. Similar excitation patterns are stored even when the revolution position of the rotor 12 is deviated. In other words, from the magnetic poles that the rotor 12 is in contact with, only six coils are energized along the front in the direction of revolution,
The ratio of the applied voltage value of each coil is set to 0.2: 0.4: 0.8: 1.0: 0.4: 0.2 in order from the one closer to the contacted magnetic pole. On the other hand, the address converter 132 converts the revolution position signal A into an address and outputs a read address B indicating an address on the memory 131 which stores the coil excitation pattern of this revolution position. When the read address B is input, the memory 131 reads the excitation pattern at the address indicated by the read address B and outputs the excitation command D. Therefore, excitation command D
Is the specific coil information D indicating the specific coil to be excited.
1 (coils C 0 , C 1 , C 2 , C 3 , C 4 , C at the revolution position in Fig. 1 )
5 ) and voltage value ratio information d 2 that indicates the ratio of the voltage applied to each coil
(In this example C 0: C 1: C 2 : C 3: C 4: C 5 = 0.2: 0.4: 0.
8: 1.0: 0.4: 0.2).

乗算器140には、励磁指令Dとトルク指令Tが入力さ
れる。トルク指令Tの値は、可変空隙モータ10の負荷の
大きさに応じて増減する。そして乗算器140では、電圧
値比情報D2とトルク指令Tとを乗算する。トルク指令T
の値が3であえるときには、本実施例では、乗算電圧値
比情報D2′はC0:C1:C2:C3:C4:C5=0.6:1.2:2.4:3.
0:1.2:0.6となる。そして乗算器140は、励磁すべき特定
のコイルを示す特定コイル情報D2と乗算電圧値比情報
D2′を含む乗算励磁指令D′を出力する。
The excitation command D and the torque command T are input to the multiplier 140. The value of the torque command T increases / decreases according to the magnitude of the load on the variable air gap motor 10. Then, the multiplier 140 multiplies the voltage value ratio information D 2 by the torque command T. Torque command T
When the value of 3 can be 3, the multiplication voltage value ratio information D 2 ′ in this embodiment is C 0 : C 1 : C 2 : C 3 : C 4 : C 5 = 0.6: 1.2: 2.4: 3.
It will be 0: 1.2: 0.6. Then, the multiplier 140 determines the specific coil information D 2 indicating the specific coil to be excited and the multiplication voltage value ratio information.
The multiplication excitation command D'including D 2 'is output.

ドライバ回路150は、トランジスタTr0,Tr1,Tr2,…
Trn-1,Trn(一部のみ図示)と、比較器CP0,CP1,C
P2,…CPn-1,CPn(一部のみ図示)と、直流電源151と
三角波発生器152とを有している。ドライブ用の各トラ
ンジスタTr0〜Trnは導通状態になると、可変空隙モータ
10のコイルのうち、同じ添数字のものを個別に給電す
る。このドライバ回路150に乗算励磁指令D′が入力さ
れると、特定コイル情報D1で示すコイルに給電をするト
ランジスタが作動状態となり、しかも作動状態にある各
トランジスタTrの出力電圧の平均値の比は乗算電圧値比
情報D2′で示すものとなるようPWM(パルス周波数変
調)制御される。
The driver circuit 150 includes transistors Tr 0 , Tr 1 , Tr 2 , ...
Tr n-1 , Tr n (only part of which is shown) and comparators CP 0 , CP 1 , C
It has P 2 , ... CP n-1 , CP n (only a part is shown), a DC power supply 151 and a triangular wave generator 152. When the drive transistors Tr 0 to Tr n become conductive, the variable air gap motor
Of the 10 coils, the ones with the same suffix are individually fed. When the multiplication excitation command D'is input to the driver circuit 150, the transistor that supplies power to the coil indicated by the specific coil information D 1 is activated, and the ratio of the average value of the output voltage of each transistor Tr in the activated state is Is subjected to PWM (pulse frequency modulation) control so that it becomes as shown by the multiplication voltage value ratio information D 2 ′.

ここでこのPWM制御について第3図及び第4図を参照
して説明する。三角波発生器152は、第4図(a)に示
すような三角波信号Eを出力する。そこで乗算電圧値比
情報D2′のレベルがL1であるとコンパレータCPのコンパ
レータ出力Fは第4図(b)のようになり、レベルがL2
であるとコンパレータ出力Fは第4図(c)のようにな
り、レベルL3であるとコンパレータ出力Fは第4図
(d)のようになる。トランジスタTrはコンパレータ出
力Fがハイレベルのときのみに導通状態となって可変空
隙モータ10のコイルCに給電をする。よって、乗算電圧
値比情報D2′のレベルに応じてトランジスタTrのON時間
が決まりPWM制御が行なわれるのである。
Here, this PWM control will be described with reference to FIG. 3 and FIG. The triangular wave generator 152 outputs a triangular wave signal E as shown in FIG. Therefore, if the level of the multiplication voltage value ratio information D 2 ′ is L 1 , the comparator output F of the comparator CP becomes as shown in FIG. 4 (b), and the level is L 2
The comparator output F as it looks like FIG. 4 (c), there the comparator output F level L 3 is as Fig. 4 (d). The transistor Tr becomes conductive only when the comparator output F is at high level, and supplies power to the coil C of the variable air gap motor 10. Therefore, the ON time of the transistor Tr is determined according to the level of the multiplication voltage value ratio information D 2 ′, and the PWM control is performed.

したがって第1図の公転位置にあるときには、トラン
ジスタTr0,Tr1,Tr2,Tr3,Tr4,Tr5によりコイルC0
C1,C2,C3,C4,C5に給電がなされ、トルク指令Tの値
が「3」であると、各電圧の平均値の比はC0から順に0.
6:1.2:2.4:3.0:1.2:0.6となる。かくて、ロータ12は各
公転位置において、すべり無くしかも最大の電磁吸引力
が生ずる方向に吸引されて回転(自転及び公転)するこ
ととなる。
Thus when in the revolving position of the first figure, transistors Tr 0, Tr 1, Tr 2 , Tr 3, Tr 4, Tr coils C 0 by 5,
When power is supplied to C 1 , C 2 , C 3 , C 4 , and C 5 and the value of the torque command T is “3”, the ratio of the average value of each voltage is 0 in order from C 0.
It will be 6: 1.2: 2.4: 3.0: 1.2: 0.6. Thus, at each revolution position, the rotor 12 is attracted and rotates (rotates and revolves) in the direction in which the maximum electromagnetic attraction force is generated without slipping.

G.考案の効果 以上実施例に基づき説明したように本考案によれば、
次のような効果を得る。
G. Effect of the Invention According to the present invention as described based on the above-mentioned embodiment,
It has the following effects.

(イ)ロータの電磁吸引力が最大となるようにステータ
のコイルを励磁するので出力トルクが大きい。
(A) The output torque is large because the stator coil is excited so that the electromagnetic attraction of the rotor is maximized.

(ロ)ロータが常に回転吸引磁界に同期して回転するの
で効率良く、しかも、回転位置精度が向上する。
(B) Since the rotor always rotates in synchronization with the rotation attracting magnetic field, the rotation position accuracy is improved and the rotation position accuracy is improved.

(ニ)すべり無く回転駆動できるので、電磁吸引力を利
用してトルクが大きいという可変空隙モータの長所を最
大限に発揮することができる。
(D) Since it can be rotationally driven without slippage, the advantage of the variable air gap motor that the torque is large can be maximized by utilizing the electromagnetic attraction force.

(ホ)すべりが無いので騒音が低減する。(E) Since there is no slip, noise is reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本考案の実施例に用いる可変空隙モータを示す
概略構成図、第2図は本考案の第1の実施例を示す回路
図、第3図は本考案の第2の実施例を示す回路図、第4
図はPWM制御を説明するための波形図、第5図は従来の
可変空隙モータを示す概略構成図、第6図は従来の可変
空隙モータに入力する三相交流電流を示す波形図、第7
図〜第9図は可変空隙モータの特性を説明するための説
明図、第10図は従来の可変空隙モータのトルク特性を示
す特性図である。 図面中、 10は可変空隙モータ、11はステータ、12はロータ、20,1
20は位置検出器、30,130はメモリ装置、40,140は乗算
器、50,150はドライバ回路、C0,C1,C2…Cnはコイル、
a,Aは公転位置信号、d,Dは励磁指令、t,Tはトルク指
令、d′,D′は乗算励磁指令である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a variable air gap motor used in an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram showing a first embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a second embodiment of the present invention. Circuit diagram shown, fourth
FIG. 5 is a waveform diagram for explaining PWM control. FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a conventional variable gap motor. FIG. 6 is a waveform diagram showing a three-phase alternating current input to the conventional variable gap motor.
9 to 9 are explanatory views for explaining the characteristics of the variable air gap motor, and FIG. 10 is a characteristic diagram showing the torque characteristics of the conventional variable air gap motor. In the drawing, 10 is a variable air gap motor, 11 is a stator, 12 is a rotor, 20,1
20 is a position detector, 30 and 130 are memory devices, 40 and 140 are multipliers, 50 and 150 are driver circuits, C 0 , C 1 , C 2 ... C n are coils,
a and A are revolution position signals, d and D are excitation commands, t and T are torque commands, and d'and D'are multiplication excitation commands.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 【請求項1】通電することにより電磁吸引力を発生する
独立したコイルが周方向に亘り多数設置されたステータ
内に、磁性材で形成されておりステータの内周面上をこ
ろがって自転することによりステータの周方向に沿い自
転とは逆方向に公転するロータを配した可変空隙モータ
と、 可変空隙モータのロータの公転位置を検出して公転位置
信号を出力する位置検出器と、 ステータのコイルによるロータの電磁吸引が最大となる
ように、ロータがステータに接している接触点からロー
タの公転方向に沿う複数本のコイルを励磁し且つ各コイ
ルの励磁力は前記接触点から公転方向に進むにつれて段
階状に増加した後に段階状に減少するコイル励磁パター
ンが、それぞれロータの各公転位置に対応してあらかじ
め記憶されており、前記公転位置信号が入力されるとそ
のときのロータ公転位置に応じたコイル励磁パターンで
特定されるコイル及び各コイルの励磁値を情報として含
む励磁指令を出力するメモリ装置と、 メモリ装置から入力される励磁指令の励磁値に、外部か
ら入力されるトルク指令を乗算し、乗算して得た乗算励
磁値と励磁すべき特定のコイルとを情報として含む乗算
励磁指令を出力する乗算器と、 乗算器から入力される乗算励磁指令で示されるステータ
の特定のコイルを個別にそれぞれ乗算励磁値に応じて励
磁するよう通電制御するドライバ回路と、 を有することを特徴とする可変空隙モータ装置。
1. A stator, which is provided with a large number of independent coils that generate an electromagnetic attraction force when energized in a circumferential direction, is made of a magnetic material and rolls on the inner peripheral surface of the stator to rotate. The variable air gap motor has a rotor that revolves around the circumference of the stator in the opposite direction of rotation, a position detector that detects the revolution position of the rotor of the variable air gap motor, and outputs a revolution position signal, and a stator coil. In order to maximize the electromagnetic attraction of the rotor by the rotor, a plurality of coils are excited along the revolution direction of the rotor from the contact point where the rotor is in contact with the stator, and the exciting force of each coil advances from the contact point in the revolution direction. A coil excitation pattern that gradually increases and then gradually decreases is stored in advance for each revolution position of the rotor. Is input, a coil device specified by the coil excitation pattern corresponding to the rotor revolution position at that time and a memory device that outputs an excitation command including the excitation value of each coil as information, and the excitation command input from the memory device. Multiply the excitation value by the externally input torque command, and output the multiplication excitation command that contains the multiplication excitation value obtained by multiplication and the specific coil to be excited as information, and the input from the multiplier. A variable air gap motor device, comprising: a driver circuit that controls energization so that a specific coil of the stator indicated by the multiplication excitation command is individually excited according to the multiplication excitation value.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS6070994A (en) * 1983-09-27 1985-04-22 Fujitsu Ltd Exciting method of rotating motor

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