JPS63161860A - ブラシレスモ−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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ブラシレスモータに関する。

［従来の技術］ 現在の航空機の操舵用アクチュエータは油圧式のものが
主流を占めているが、将来はこれを電動化することも考
えられている。

そして、その場合、応答性に優れていることや保守点検
が容易であることなどの理由から、アクチュエータとし
ては、ＤＣブラシレスモータが使用される。

ところで、かかるＤＣブラシレスモータとしては、第５
図に示すようなものがあり、モータケーシング（ハウジ
ング）２内に、回転子としての４極マグネツトロータ８
が回転自在に支承されている。すなわちこのマグネット
ロータ８はその回転軸７がボールベアリング５，６を介
してモータケーシング２内に支持されているのである。

また、モータケーシング２側のステータコア３のスロッ
ト３ａ（第６図参照）内には、マグネットロー９８を囲
繞するように三相スター結線で巻かれた電機子巻線４が
設けられている。

さらに、マグネットロータ８の回転軸７には、マグネッ
トロータ８と同極、即ち４極の位置検出用マグネットロ
ータ９がマグネットロータ８と同相状態で取り付けられ
ており、この位置検出用マグネットロータ９の対向する
モータケーシング２側部分には、電機子巻線４の相数に
対応した数の位置検出素子（ホール素子）１０が配設さ
れている。

制御装置１２からの制御信号により電機子巻線４の電流
方向が切り替えられ、これにより直流機のブラシと整流
子との役割を果たすようになっている。

なお、第５図中の符号１はモータケーシング２付きの取
付フランジ、１１はエンドベル、１３は電源であり、第
６図中の符号１４は電機子巻線４のための絶縁部材、１
５はスロット３ａの出口開口に設けられるウェッジであ
る。

このような構成により、位置検出用マグネットロータ９
の回転に基づき位置検出素子１０によって検出されたマ
グネットロータ８の位置信号を制御装置１２が受けて、
この制御装置１２が電機子巻線４の電流方向を切り替え
てコミチージョンを行ない、モータを回転駆動すること
が行なわれる。

そして、このＤＣブラシレスモータは、磁石モータであ
るため、磁束量が一定であり、これにより電機子巻線４
に流れる電流と出力トルクとの関係は第８図に示すごと
く比例関係となっている。

ここでこの特性の傾きをトルク定数といい、その単位は
眩・ａｎ　／　Ａなどの単位で表わされる。

そしてこのような従来のブラシレスモータにおいて、電
機子巻線４の抵抗値Ｒを例えば４Ωとすると、定格点は
第７図に符号Ａで示すごとく、１０ｋｇ・ｃＩｌｌ、５
０００ＲＰＭの点となり、これは効率の良いトルクスピ
ードカーブの左寄りの部分となっている。このように定
格電圧（例えばＤＣ２７０Ｖ）で定格トルク（１０ｋｇ
−ｃｍ）を負荷した時にある回転数（５０００ＲＰＭ）
を保持しなければならないとすると、自然に上記トルク
定数が決定されるのである。

［発明が解決しようとする問題点コ ところで、モータストール時の要求として、定格運転時
の数倍のトルク（例えば５０ｋｇ−ｃｍ）を長時間（例
えば１０分以上）保持する必要があるが、かかるモータ
ストール時は、第７図に符号Ｂで示すごとく、回転数は
０であるため出力も０となるので、電機子巻線４での損
失はこのときの入力電流をＩｓとすればＩ　ｓ２Ｒであ
るから、Ｉｓが大きい（例えばｌ０Ａ）ｅｔ＝ｔ＝＝に
とにより、電機子巻線４の温度が急上昇する。上記の数
字を用いた例では、定格点（第７図のＡ点）では出力５
００Ｗにて巻線損失が１６Ｗであるのに対し、ストール
点（第７図のＢ点）では出力ｏＷにて巻線損失が４００
Ｗにもなる。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたも
ので、モータストール時の電機子巻線の損失を減少させ
て、全体としての消費電力の低減をはかるとともに、モ
ータの平均温度上昇を抑制できるようにしたブラシレス
モータを提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ このため、本発明のブラシレスモータは、電機子巻線を
抵抗値の異なった２組の電機子巻線で構成し、これらの
電機子巻線を同一スロット内に重合するように収納し、
且つ、これらの電機子巻線のいずれかを選択して切り替
える巻線切替スイッチを設けたものである。

［作　用］ 上述の本発明のブラシレスモータでは、例えば定格運転
時には２組の電機子巻線のうち一方が使用され、この電
機子巻線の電流方向が順次切り替えられることによりモ
ータが回転駆動される。次にモータストール時には、高
抵抗値を有する他方の電機子巻線が選択されるように巻
線切替スイッチにより切り替えられ、この他方の電機子
巻線の電流の状態が制御される。

［発明の実施例コ 以下、図示する実施例につき本発明を具体的に説明する
。第１図は本発明の一実施例としてのブラシレスモータ
を示す全体構成図であり、この実施例においても、モー
タケーシング（ハウジング）２内に、回転子としての４
極マグネツトロータ８が回転自在に支承されている。す
なわちこのマグネットロータ８はその回転軸７がボール
ベアリング５，６を介してモータケーシング２内に支持
されているのである。

また、モータケーシング２側のステータコア３のスロッ
ト３ａ（第２図参照）内には、マグネットロータ８を囲
繞するようにそれぞれ三相スター結線で巻かれた電機子
巻線４Ａ、４Ｂが重合するように設けられている。

ここで、一方の電機子巻線４Ａは定格運転用に適した抵
抗値Ｒ１をもち、他方の電機子巻線４Ｂはモータストー
ル運転用に適した抵抗値Ｒ２をもっているが、電機子巻
線４Ｂの抵抗値Ｒ２は電機子巻線４Ａの抵抗値Ｒ１より
も高抵抗値となっている。例えば電機子巻線４Ｂの抵抗
値Ｒ２は電機子巻線４Ａの抵抗値Ｒ１の５０倍程度に設
定されている。また他方の電機子巻線４Ｂは電機子巻線
４Ａに比ベトルク定数が１０倍、ストールトルクに対す
る電流が１／１０程度に設定されている。

これにより巻線損失は電機予巻８４Ａに比べ電機子巻線
４Ｂでは（１／１０）”Ｘ５０＝０．５となって、半分
の消費電力ですむようになっている。

なお、電機子巻線４Ａによる回転数−出力トルク特性お
よび入力電流−出力トルク特性はそれぞれ第４図に符号
４Ａ−Ｉ、４Ａ−Ｎのようになり、電機子巻線４Ｂによ
る回転数−出力トルク特性および入力電流−出力トルク
特性はそれぞれ第４図に符号４Ｂ−Ｉ、４Ｂ−Ｎのよう
になる。

また、第１図に示すごとく、マグネットロータ８の回転
軸７には、マグネットロータ８と同極、即ち４極の位置
検出用マグネットロータ９がマグネットロータ８と同相
状態で取り付けられており、この位置検出用マグネット
ロータ９の対向するモータケーシング２側部分には、電
機子巻線４の相数に対応した数の位置検出素子（ホール
素子）　１０が配設されていて、この位置検出素子１０
からのン 検出信号はトラジ゛スタ等を含む制御装置１２へ出力さ
れるようになっている。

ところで、制御装置１２からの制御信号は巻線切替スイ
ッチ１６を介して電機子巻線４Ａ、４Ｂのいずれか一方
に出力されるようになっている。

この巻線切替スイッチ１６としては第３図に示すように
巻線三相分を一挙に連動して切り替える三相リレーや半
導体スイッチが使用され、この巻線切替スイッチ１６の
切替は自動あるいは手動により切替制御部１７（第１図
参照）からの信号によって実行されるようになっている
。

なお、第２図中の符号１４Ａ、１４Ｂは電機子巻線４Ａ
、４Ｂのための絶縁部材である。

上述の構成により、定格運転時には、電機子巻線４Ａが
使用されるように巻線切替スイッチ１６が切り替わって
おり、これにより位置検出素子１０からの検出信号を受
けた制御装置１２が電機子巻線４Ａの電流方向を順次切
り替えて、モータを回転駆動させている。

一方、モータストール時になると、高抵抗値を有する電
機子巻線４Ｂが選択されるように、切替制御部１７から
の信号を受けた巻線切替スイッチ１６が切り替わり、こ
れにより今度は電機子巻線４Ｂの電流状態が制御される
。このときこの電機子巻線４Ｂは前述のごとく電機子巻
線４Ａに比ベトルク定数が１０倍、ストロークトルクに
対する電流が１／１０．巻線抵抗値が５０倍となるよう
に設定されているので、かかるモータスト−ル時におけ
る消費電力が従来のものに比べ半減され、これによりモ
ータストール時の巻線温度の上昇を抑制できる。

なお、この実施例にかかるブラシレスモータではスロッ
ト３ａ内の巻線配設スペースがやや増大するが、最大発
熱が従来の約１７２になることで、モータ全体のヒート
マスが減少でき、これによりモータケーシングの大きさ
は従来品と比べ大きくならないのに加え、モータストー
ル時の消費電力が半分になることから、全周期に亘るモ
ータ効率が１０〜２０％向上するほか、最大負荷電流が
大幅に下がるため、電源への負担が少なくなって、電源
部を小型化できるという利点もある。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明のブラシレスモータによれ
ば、電機子巻線を抵抗値の異なった２組の電機子巻線で
構成し、これらの電機子巻線を同一スロット内に重合す
るように収納し、且つ、これらの電機子巻線のいずれか
を選択して切り替える巻線切替スイッチを設けるという
簡素な構成で、モータストール時の電機子巻線の損失を
減少させて、全体としての消費電力の低減をはかるとと
もに、モータの平均温度上昇を抑制できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１〜４図は本発明の一実施例としてのブラシレスモー
タを示すもので、第１図はその全体構成図、第２図はそ
の２組の電機子巻線をスロット内に収納している様子を
模式的に示す断面図、第３図はその電機子巻線と巻線切
替スイッチとの接続関係を示す電機回路図、第４図はそ
の作用を説明するためのグラフであり、第５〜８図は従
来のブラシレスモータを示すもので、第５図はその全体
構成図、第６図はその電機子巻線をスロット内に収納し
ている様子を模式的に示す断面図、第７゜８図はその作
用を説明するためのグラフである。 図において、１−取付フランジ、２−・モータケーシン
グ、３−ステータコア、３ａ−スロット。 ４Ａ、４Ｂ・−電機子巻線、５．６−・−ボールベアリ
ング、７−回転軸、８・・−マグネットロータ、９−位
置検出用マグネットロータ、１０−・−位置検出素子、
１１・−エンドベル、１２・−制御装置、１３・−・電
源、１４Ａ、１４Ｂ・・−絶縁部材、１５−ウェッジ、
１６・・−巻線切替スイッチ、１７−・−切替制御部。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）モータケーシング内で回転自在に支承されるマグ
   ネツトロータと、上記モータケーシング側で上記マグネ
   ツトロータを囲繞するように多相に巻かれた電機子巻線
   とをそなえ、上記マグネツトロータの位置を検出して上
   記電機子巻線の電流方向を順次切り替えてゆくブラシレ
   スモータにおいて、上記電機子巻線が抵抗値の異なつた
   ２組の電機子巻線から成り、これらの電機子巻線が同一
   スロツト内に重合するように収納され、且つ、これらの
   電機子巻線のいずれかを選択して切り替える巻線切替ス
   イツチが設けられたことを特徴とするブラシレスモータ
   。
2. （２）上記２組の電機子巻線のうち一方が定格運転用に
   適した抵抗値をもち、他方がストール運転用に適した高
   抵抗値をもつように構成された特許請求の範囲第１項記
   載のブラシレスモータ。