JPS63500910A

JPS63500910A - 直流モ−タ

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Publication number: JPS63500910A
Application number: JP61504586A
Authority: JP
Inventors: ジヨ−ンズ　ガレス
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-08-22
Filing date: 1986-08-22
Publication date: 1988-03-31
Also published as: WO1987001247A1; EP0232402B1; US5001375A; EP0232402A1; KR880700519A; US4873463A; KR950000625B1; GB8521009D0

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】直流モータ本発明は直流モータに関する。

直流モータは整流、すなわち各電機子コイルの電流の反転プロセスを必要とする。これは、コイルが接続されている整流子セグメントがブラシで短絡される時に行われる。非常に高速の電流変化が伴い、この変化には通常の直流モータではコイルに誘起される起電力が対抗する。短絡が解消される時間までに反転が完了しないと、火花が生じてブラシ及び整流子自体を破損する。

固定子の主極間に予備極（補極）を設けて整流を助けることが知られている。補極は誘起起電力に対抗する、従って中和する方向に働（起動力を短絡コイルに誘起するように配置されている。このよ５な補極の助けを借りても、誘起起電力がコイル当りおよそ１０ｖに制限され隣接整流子セグメント間の平均電圧がおよそ２０　を越えない限り、従来の直流モ、−夕では無火花整流は達成できない。これらの要因により、従来の直流モータの設計は着しく制約される。

分巻直流モータは比較的低いトルクを発生し、直巻直流モータは高トルクに使用される。しかしながら、直列界磁コイルの工２Ｒ損失が増大するため、直巻モータは速度調整が極めて困難で効率が低い。

本発明の目的は整流に伴う前記問題を克服し且つ良好な速度調整により高トルクを発生する直流モータを提供することである。

一局面から見た本発明に従って、円筒状固定子とＮ軸上に軸支され固定子との間に均一な間隙を有して固定子内を回転する回転子と、固定子と回転子の一方の円筒面内の溝内に挿入され且つ軸の周りに互いに間隔をとった類似コイルに分割されている電機子巻線と、前記固定子と回転子の他方に配置され軸の周りに互いに間隔をとった極を形成する界磁発生手段と、各電機子コイルへの直流電源の切替えはそのコイルの発生する極が反対極性の回転子（もしくは固定子）極と実質的に一致する時に生じ且つ切替直前にその電機子コイル中に誘起される起電力は最大値に近すいていて印加起電力に対抗しており切替直後にはこれらの極は同極性となって誘起起電力が印加起電力を助けるように回転子の回転と同期したタイミングで前記電機子コイルを直流源に接続するようにされたスイッチング手段を具備する直流モータが提供される。

別の局面から見た本発明に従って、円筒状固定子と、軸上に軸支され固定子との間に均一な間隙を有して固定子内を回転する回転子と、固定子の円筒面内の溝に挿入され且つ軸の周りに互いに間隔をとった類似コイルに分割されている電機子巻線と、回転子上に配置され軸の周りに互いに間隔をとった極を形成する界磁発生手段と、回転子の回転と同期したタイミングで前記電機子コイルを直流源に接続して回転子磁界に遅れて対抗する回転する磁界を発生し回転子磁極に反発力を加えるようにされたスイッチング手段を具備する直流モータが提供される。

切替巻線は固定子もしくは回転子上に設けることができる、すなわち固定子もしくは回転子が電機子を形成する。界磁発生手段は（固定子が電機子の場合には）回転子の周りに、（回転子が１！磯子の場合には）固定子の周りに互いに間隔をとった界磁極を形成する類似コイルに分割された巻線を具備することができる。

また、界磁発生手段は永久磁石を具備することができる。

本発明に従ったモータにおいて、界磁の相対運動により誘起される起電力は整流を助けて整流直前に誘起起電力が電流を最小値に低減しく例えば、数１００ｖ程度の）高い値の印加起電力と（例えば、数１００ｖの）高い値の整流子セグメント間電圧であっても無火花整流が得られるように使用することができる。

さらに、整流直後には誘起起電力が印加起電力を助けて電流増加速度、従って磁束を高め、それにより大きいトルクを発生するため、誘起起電力はモータの発生トルクを増大するように働（。

固定子及び回転子磁界は電流変化により切替巻線に誘起される起電力が巻線を交鎖する磁束の反対方向に等しい変化により巻線に誘起される起電力により中和されるように互いに反対に維持される。従って、切替巻線の正規の誘導特性は除去され、本質的に抵抗特注を示″ｆ。

英国特許第２０２８５９８Ａ号には、（回転時に回転子と均一な間隙を形成する円筒状回転子とは対照的に）２対の突極を有する固定子を具備する直流モータが開示されており、これらの固定子突極は直流給電に接続され？Ｊ、　Ｎ、　Ｓ、　Ｂの定極注シーケンスを維持するように切り替えられ、それは回転軸の回転に同期して極の周りを前進する。このモータの動作は２対の突極を設け、前記隣接極間に空隙を設は回転子の回転に同期してＮ、　Ｎ、　Ｓ、　Ｓシーケンスを維持することに依存している。

英国特許第２０２８５９８Ａ号のモータは本発明に従ったモータの前記特徴を有しておらず、その速度は回転子の発生する一方向磁束と固定子の発生する交番磁束の和に比例するが、本発明に従ったモータでは速度は回転子磁束と固定子磁束の積に比例する。

公知のブラフレス直流モータでは、固定子には三相巻線が設けられ制御器により直流給電から給電されて回転子よりも先に回転する磁界を発生し回転子を“引張り”廻す、例えばこの磁界の北極は回転子の南極よりも先に回転して回転子南極に吸引力を８口える。従って、固定子及び回転子の発生する回転磁界は互いに助は合う。対照的に、本発明に従ったモータでは、（電機子である場合に）固定子に発生する磁界は回転子に遅れて回転して回転子を゛押し”廻す、例えば、固定子磁界の北極は回転子の北極に遅れて回転して回転子の北極に反発力を加える。

従って、固定子及び回転゛子磁界の発生する回転磁界は互いに対抗する。（磁界が互いに助は合う）ブラシレス直流モータの巻線を励起して回転子に所与の力を発生するのに必要なエネルギは、（磁界が互いに対抗する）本発明に従ったモータの巻線を励起するのに必要なエネルギよりも遥かに太きい。また、三相固定子巻線を有するブラシレス直流モータでは、常に２つの巻線のみが励起されて第６の巻線は給電から切り離し整流の目的で消散回路に接続しなければならず、本発明に従ったモータでは、被整流巻線を消勢する必要はな（全巻線を常に励起することができ、同サイズのブラシレス直流モータに較べてモータの利用可能トルクをさらに増大することができる。本発明に従ったモータのもう一つの利点は、負荷が増大して回転子が遅くなると、回転する固定子磁界は回転子磁界に接近して ”押す”力を増大することであり、ブラシレス直流モータの場合には、負荷が増大してモータが遅（なると磁界はさらに離・″れて”押す”力が低減する。

本発明に従ったモータでは、電機子コイルを直流源に接続する手段は電気式もしくは機械式とすることができる。固定子が電機子を形成する場合には、モータは機械的整流子及び固定子コイルと直流源との間に直列接続されたスリップリングを含むことができる。また、電子的手段を使用する場合には、整流子、ブラシ及び固定子、スリップリングはホール効果やホトダイオード等の回転子位置感知装置で置換される。機械的整流子を使用する場合、整流子及びスリップリング組立体は機械の外側に収納してギアやタイミングベルトで駆動するか、もしくは容易に−取り外せるようにして軸に取りつけることができる。いずれの場合にも、整流子とスリップリングは２つの方法のいずれかにより接続することができる、すなわち、固定子コイルはブラシを介してスリップリングに接続し整流子はブラシを介して直光源に接続することができ、あるいは固定子コイルはブラシを介して整流子に接続しスリップリングはブラシを介して直流源に接続することができる。

後者の場合、整流子は回転子極数と同数のセグメントに分割され、交互にセグメントが２つのスリップリングに接続され、それはブラシを介して直流源に接続されている。

固定子巻線は並列、直列もしくは直並列組合せで接続することができ、端子はブラシに均一に接続されて整流子の周りに順次に分布されている。この手段により、所望の磁極シーケンスが確立され、回転子の回転と同期して順次維持される。

本発明に従ったモータは公知の設計では見られぬ特徴を有している。例えば、速度及びトルクは界磁電流に直接比例するが、公知の設計では速度は界磁電流に逆比例する。

モータは本質的に給電に対して抵抗負荷を呈し、これにより多数の小さな巻線を有する従来の直流電機子とは対照的に従来交流機で使用されるような少数の大きな巻線を有する電機子を使用することができる。このようにして、従来の廉価な交流素子、特に交流型電機子を使用して直流モータな設計することができる。

三相同期発電機、同期電動機及びブラシレス直流モータ等の二重励磁交流機を本発明に従って容易に直流モータに変換することができる。

三相電機子の場合に３個である低減された数の電機子巻線により回転界磁直流モータを設計することができる。また、低減された数の電機子巻線により、従来のブラシ及び多セグメント整流子の替りに固体スイッチング装置を使用することができる。

本発明に従い永久磁界を荷する直流モータは従来のブラシレス直流モータと類似の再造的特徴を有している。しかしながら、電機子巻線が大結線であれば、全サイクルの各相に電流が加えられ、一方従来のブラシレス直流モータの場合には電流は１サイクルの２７３にしか加えられない。電流が全サイクルに加わるため、本発明に従って構成された所与の機械の出力電力は匹敵する従来の直流モータと同様であり、従来の方法で作動するブラシレス直流モータの１．５倍程度である。

図面の簡単な説明次に、本発明の実施例を単なる例として添付図を参照として説明し、ここに、第１図は本発明に従った直流モータの実施例の縦断面図、第２図は第１図のモータの電気接続図、第６図、第６図及び第９図は３つの異なる位置における回転子を示す第１図のＡ−Ａ線上の断面図、第４図、第７囚及び第１０図はそれぞれ第３図、第５図及び第７図の回転子位置に対応する第１図のＢ−Ｂ線上の断面図、第５図、第８図及び第１１図はそれぞれ第６図、第５図及び第７図の回転子位置に対応する電機子巻線の略電気的接続図、第１２図は第１図〜第１１図に示すモータの電機子及びブラシ組立体と置換されるトランジスタインバータの略図、第１３ａ図は第１２図のインバータと共に使用される回転子位置センサのディスクコンポーネントの端面図、第１３ｂ図はＬＥＤ及びホトダイオード対を示すディ第１４図はインバータの出力端子における波形グラフ− チシーケンス表、第１６図はモータの制御に可変パルス幅を使用した場合のインバータ出力のグラフ第１図及び第６図を参照として、巻線を収容すル半密閉スロットを有し鋼板をリベットもしくはシーム溶接して形成した積層円筒状固定子鉄心１を具備する直流モータを示す。突極回転子３が軸５に軸支されていて円筒状固定子内で回転し、回転子３は（第６図に誇張して示す）固定子よりも幾分小さい直径の弓状端３ａ、３ｂを臀している。回転子はまた平行な平胆面３ｃ、３ｄを有し、その周りに回転子巻線を巻回して回転子にその長い横軸に沿って磁極性を与えることができる。

第６図に示す回転子は２極を写するが、モータは任意所望の極数を有して構成することができ、この場合には回転子は回転子巻線を収容するスロットを有する円筒状構成とすることができる。さまざまな回転子構造には”（まで”型が含まれ、回転子は永久磁石とすることができる。

−“固定子は電機子を形成し、固定子局りに均一に分布された類似の磁極すなわち位相を形成するように固定子鉄心のスロットに挿入されている。第３図の例において、１２スロツト固定子に２スロット／糧／位相の２個のツルリッチコイルからなる６つの単層巻機が巻回されている。

これまでに説明した構造は原理的に従来の又流同期発電機と同じであることをお判り願いたい。

電機子巻線の端子はブラシ７ａ、７ｂ及び７９に接続されており、巻き始め２仝はシラシフ三に接続され、巻き始め２竺はブラシ７１２に接続され巻き始め２兄はブラシ７．２に接続されている。巻き終りは一緒に大構成されているが、巻線はΔ構成とすることもできる。

実施例の固定子巻線は三相を生じるが、他の実施例では任意数の位相を使用することができる。また、６個の巻線から三相を発生して同じ結果を得ることができる。モータに使用できる分布（正弦状）もしくは集中（台形）型の公知の数種の大接続三相巻線も何種かある。

回転子巻線４は一対のスリップリング１２及び１３（第１図及び第２図）に接続されており、それらは使用上磁界を与える直流源に接続されるブラシ１４．１５に接続されている。

また、整流子６（第１図及び第２図）は軸５に固定され、第２のスリップリング対８．９が直流源に接続されたブラシｉ　ｏ、　ｉ　１に接続されている。実施例における整流子は２つのセグメント（ｉ３，５ｂに分割されており、セグメント６ユはスリップリング８に接続いる。固定子ブラシ７ａ、７ｂ及び７旦はブラシが固定子極とほぼ一致して整流子周りに均一に分布されるように配置された絶縁支持板１６（第１図）に固定されており、ブラシ支持板は整流子周りで限定運動を行って整流位置の最終調整を行えるように固定子に関して角調整可能とされている。

実施例において、整流子は回転子種と同数のセグメントに分割されている。また、整流子及びスリップリングは直流源と固定子巻線間で直列であるため、後者の巻線はブラシを介して６個のスリップリングと接続することができ、この場合には整流子は実施例では６である位相数に分割される。

整流子及びスリップリングは回転子種の回転と同期して同相で給電からの直流入力を有効に交流に変換する。このタスクは電子的手段でも同等に実施できることをお判り願いたい。

動　作図示するモータの基本動作は次のようである。第３図の回転子の右側極３旦が北極となり左側極３！が南極となるように回転子巻線４（第６図）を直流源に接続するものとすれば、整流子セグメン）−６ａ、６ｂ（第４図）はセグメント６色が正端子に永久接続されセグメント６亘が負端子に永久接続されるように直流源に接続される。

ブラシ７△、７！＋７＝はそれぞれ固定子巻線２ｋ。

２ｂ、？の実質的に中央位置に配置されている。後者の巻線は大構成とされ、巻き始め２生はブラシ７ユに接続され、巻き始め２互はブラシ７ｂＫ接続され、巻き始め２旦はブラシ７ｃに接続され３つ全部の巻き終りは一緒に接続されている。

第３図及び第４図に示す時点において、巻き始め２易はブラシ７旦を介して正セグメント６易に接続され、巻き始め２旦はブラシ７ｑを介して負セグメント６μ に接続されている。従って、第５図に示すよ５に、巻線２ａ、２ｃは直流給電の両端間に直列接続されている。同様に、巻き始め２！２はブラシ７１を介して正セグメント６易に接続され、従って巻線２ｐも直流給電の置端間で巻線２ｓと直列接続されている。

この時固定子局りに生じる電流分布を第６図に示す。

スロット１，２内の巻線２且の導体は紙面へ電流を運び、戻り導体はスロット７．８円にある。スロット９゜１０内の巻線２！２の導体は紙面へ電流を運び、戻り導体はスロット３．４内にある。巻線２ｃの電流方向が他の２つの巻線と較べて逆となり紙面に電流を運ぶ巻線２９の導体がスロワ）１１．１２円にあり戻り導体がスロット５．６内にあるように巻き始め２９は給電の負端子へ接続される。

従って、ここで固定子の一方の半分の導体は一方向に電流を運び他方の半分の導体は反対方向に電流を運び、それによって２つの固定子磁極が形成され、それはスロット２．３間の領域の北極とスロット８，９間の領域の南極であり、これらはスロット２．３間の基準Ｎ及びスロット８，９間の基準Ｓで示されている。

第３図及び第４図に時点において、回転子種は固定子極力らおよそ１２Ｄ０逸れており、従って界磁のアラインメント、すなわち回転子の南極と一致した固定子の北極及び回転子の北極と一致した固定子の南極１を生じる方向に回転子上に回転トルクが存在する。従って、この時点において、固定子北極は回転子の北極に反発力を与えて回転子に時計方向トルクを生じ、同様に固定子南極は回転子の南極に反発力を加えて回転子に反時計方向トルクを生じる。

第７図に示すように、時計方向の回転後、ブラシ７ｐは正セグメント５ａとの接触を断ち正セグメント６′！２と接触する。従って、第６図及び第７図に示す時点において、巻き始め２回は第８図に示すようにブラシ７ｋを介して給電の負端子へ接続され、巻線２田を収容するスロット内の電流方向は反転してスロット３゜４内の導体が紙面に電流を運び、スロワ）９．１０が戻り導体を運ぶよ５にする。残りのスロット内の電流方向は変らない。

固定子周りの電流分布は再び次のよ５になる、すなわち半分の導体が一方向に電流を運び他の半分の導体は反対方向に電流を運び、こうして２つの磁極が形成されるが、第６図に示すようにこの時点で固定子北極はスロット４．５間の領域に配置され固定子南極はスロワ）１０．１１間の領域に配置される。従って、固定子界磁は時計方向に進んで回転子種は再び固定子極からおよそ１２０°逸れ、固定子北極は再び反発力を回転子の北極へ加えて時計方向にトルクを生じ、同様に固定予肉１は反発力を回転子の南極に加えて再び時計方向にトルクを生じる。

さらに時計方向に回転すると、第１０図に示すように、ブラシ７Ｓは負セグメント６亘との接触を断ち正セグメント６旦と接触する。従って、第１０図に示す時点において、巻き始め２とは第１１図に示すようにブラシ７Ｓを介して給電の正端子へ接続され、巻線２９を収容するスロット内の電流方向が父転してスロワ）５．６（第９図）内の導体が紙面に電流を運びスロット１１．１２が戻り導体を収容する。

固定子周りの電流分布は再び次のようになる、すなわち半分の導体が一方向に電流を運び他の半分の導体が反対方向に電流を運んで２つの磁極を形成するが、第９図及び第１０図に示す時点で、固定子北極はスロット６．７間の領域に配置され固定子南極はスロット１．２間の領域に配置される。従って、固定子暴磁はさらに時計方向に進んで回転子種は再び固定子極から１２０°逸れ、再び固定子化南極は回転子のそれぞれ北南極へ反発力を７ＪＯえて時計方向にトルクを生じる。

時計方向に回転を続けると、ブラシ７！！は正セグメントユと接触を断って負セグメント６互と接触し上記サイクルが繰り返されるが反対極性で行われる。

従って、２つの磁界間の反発力からトルクが生じ、固定子に回転磁界が生じて回転子を”押し”廻すのに使用される。この効果は２つの磁界間の吸引力からトルクが生じ、回転子は回転固定子界磁により１引き”廻されるブラシレス直流モータと対照的である。

特に、２つの界磁は常に互いに反対に維持される、すなわち位相差が９０°と１８００間に維持され−これによりモータの独特な性能特性が得られる。２つの界磁が常に反対であるため、一方の変化には他方の反対方向に等しい変化が伴い、一方の界磁が拡張する時は他方は収縮しなければならず、逆に一方の界磁が収縮する時は他方は拡張しなければならない。

巻線の発生磁界が拡張すると誘起起動力は印７１０起動線の発生磁界の増大をもたらす固定子電流の増大には固定子巻線と交鎖する回転子磁束の同等の低減が伴い、同様に固定子電流の低減により固定子磁束の減少及び固定子巻線と交鎖する回転子磁束の増大が生じる。

従って、固定子磁束の変化により固定子巻線に誘起される起動力はその巻線と交鎖する回転子磁束の変化により巻線に誘起される起電力と反対方向に等しく、固定子電流の変化による誘起起電力の代数和は０となリ、モータは給電に対して本質的に抵抗負荷を示す。

モータのこの特性により、大きなインダクタの切替時に通常化じる高い誘起起電力を生じることなく、サイクルの任意の点で固定子巻線電流を切り替えることができる。

回転子の運動により固定子巻線に誘起される起電力は同様には中和されない。巻線２ユの整流直後を第３図に示し、固定子巻線２旦により生じる磁界のみがスロット４．５間に北極を有し且つスコツト１０．１１間に南極を有する、すなわちその時点で回転子種から１８０°位相変移しており、回転子位置の変化による誘起起電力は印加起電力を助ける方向に最大となる。

回転子が半回転を完了するまで巻始め２龜は給電の正端子に接続されたままであり、その時点で回転子種は巻線２旦のみが生じる固定子用北極と再び一致し、固定子巻線２旦に誘起される起電力は印加起電力と反対方向で最大となる。

従って、回転子の運動により固定子巻線に誘起される起電力はサイクル開始時には電流を助ける方向に最大となり、サイクルの終りには電流の反対方向に最大の成長は誘起起電力により助けられ、サイクルの終りには誘起起電力は印加起電力に対抗して電流を低減し転流を助ける。従って、数百ボルトの誘起起電力及びセグメント間の数百ボルトにより無火花整流を達成できる０２つの反対磁界間の反応からトルクを発生すると別の効果が得られる。界磁電流従って回転子磁束の増大について考えると、固定子界磁の収縮により固定子電流が低減するが、付７１０回転子磁束により界磁に加わる力は大きくなる。従って、固定子電流が減少し、さらに力を加えた場合トルクを一定に維持すると速度が増加し、速度を一定に維持するとトルクが増大する。従って、モータは速度及びトルクが共に界磁電流に比例する特性となる。しかしながら、固定子入力電流は界磁電流に逆比例するため、効率も界磁電流に比例するようになる。

サイクルの終りに回転子位置の変化により固定子巻線に誘起される起電力は印ｖ口起電力に対抗し、このサイクル部分において界磁電流の増大により起電力も増大する。界磁電流をさらに増大すると、固定子巻線の誘起起電力がサイクルの一部にわたって印加起電力を越える点に達し、機械は発電機として挙動してこの効果がモータ速度を制限する。しかしながら、回転子位置の変化により誘起される起電力は負荷を増大し速度従って回転子の運動を行う巻線の誘起起電力を低減することにより低減することができる。

電子整流これまで説明したモータの整流子及びブラシは直流給電を回転子の回転と同期した同相の交番給電に変換し、整流子ブラシ７’＋　７ｂ、７ｃに生じる波形をそれぞれ第１４図にＶａ、Ｖｌ）、Ｖｃで示す。同じ波形を電子装置で作り出すこともでき、次にその例について説明する。

第１２図及び第１６図を参照として、整流子及びブラシ組立体は軸５に固定されたディスク２３を具備する回転子位置感知トランスジューサ２２で置換されている。ディスクは固定子巻線が発生する磁極に対応する３つのスロット２３ａ、２３ｂｌ　２３０を有している。実施例では、三相に対応する３列のスロットがあり、１行当り１スロツトが回転子極対数に対応している。各スロットは１８０° スパンを有し、それは再び固定子極対数で決定される。例えば、４極モータは夫々が９０°スパンを有する２スロット／行ケ有している。

トランスジューサ２２はさらに発光ダイオード（ＬＥＤ　）及びホトダイオード対２４二と２５生、２４互と２５互、２４立と２５生（第１６図）を具備し、それらはＬＥＤ　２４色、２４田、２４立から発生する党がディスク２３のスロットを通過してそれぞれホトダイオード２５免、２５田、２５９を照光するように配置されている。別の配置では、整流子周りのブラシ１も７に、１９位置に対応するディスク周りの位置に発光及びホトダイオード対を分布しており、この場合にはホトダイオードからの信号は第１２図の電子回路２６により処理され、モータ電機子巻線を直流源の端子へ接続する６個の固体電力スイッチ装置２０互。

２０ｂ、２０（！、２０東、２０旦、２０里を切り替えるのに使用される。電機子巻線２旦の巻始めはトランジスタ対２０ａ、２０ｂと接続された端子３０生に接続され、電機子巻線２淵はトランジスタ対２０旦。

２０へに接続された端子３ｏｂに接続され、電機子巻線２旦はトランジスタ対２０ｅ、２０ｆに接続された端子３０旦に接続されている。

実施例において、任意所与のホトダイオードに光がそそぐと、給電の正端子に接続された関連する電力トランジスタがオンとされ負端子に接続されたトランジスタがオフとされ、さもなくば、給電の負端子に接続されたトランジスタがオンとされ正端子に接続されたトランジスタがオフとされる。

第１３図に示す時点で、ＬＥＤ２４ａからの光はスロット２３旦を通過してホトダイオード２５旦を照光し、その結果ホトダイオードから生じる信号を使用してトランジスタ２０ａをオンとし、固定子巻線２旦の巻始めを給電の正端子へ接続する。同様に、ＬＫＤ２４夏からの光はスロット２３力を通過してホトダイオード２５瞑を照光しトランジスタ２０９をオンとして固定子巻線２臣の巻始めを給電の正端子へ接続する。郁Ｄ２４９からの光はスロツ）２３　Ｃが一致していないためディスクにより阻止され、従って、トランジスタ２０１がスイッチされて巻線２９の巻始めを給電の負端子に接続する。従って、第１３図に示す時点は第３．４及び５図に示す°もσと等価となり、回転子の時計方向の回転により第１５図の表に示す整流子及びブラシト同シスイツチングシーケンスを生成する。

モータは給電に対して本質的に抵抗性負荷を示し、電子整流装置ではこの特徴を利用して改良されたモータ制御方式を提供することができる。直流モータの速度を広範囲にわたって変えるには供給電圧を＾える必要があり、最も効率的な電圧制御方法はパルス技術を使用することであり、こうして制御素子はオンもしくはオフ状態となり、例えば抵抗とは異って、スイッチング装置の消失電力は最小となり平均出力電圧はマーク／スペース比に比例する。従来のブラシレス直流モータ及び同期モータ制御方式では、マーク／スペース比は１サイクルにわたって変調されて擬似正弦波形（パルス幅変調−ｐ、　ｗ、　ｍ、　）を生じる。しかしながら、ここに記載するモータでは、サイクル始めの低電圧値により電流の増ｉｏ率、尖頭電流値及びモータから発生する平均トルク値が低減するため、このような波形は非効率的であり著しく性能を劣化させる。

ここに記載するモータの直流給電制御方法はスイッチモード方式を使用することであり、電力切替装置への信号は整流時点の両側に４パルスを示す第１６図の可変マークスペース比を有する一連のパルスからなっている。サイクル当りのパルス数が多いほど制御度合いが精密（（なることをお判り願いたい。高度の制御を行う従来のｐ、　ｗ、　ｍ方式では、変調周波数は好ましくない可聴範囲にあり、１サイクルにわたって変調を変える必要があるため高い周波数を使用することは複雑で高価となる。第１２図に示すモータ制御方式ではマークスペース比制御器２７の所与の調整に対して、マークスペース比は全サイクルにわたって一足であり、そのため好ましくは超音波範囲の遥かに高い周波数を使用することができ、従来のｐ、　ｗ、　ｍ、方式で発生する不快なノイズが克服される。

性　能同期発電機、ブラシレス直流モータ及び同期モータ等の従来の三相二重励磁機は本発明に従って容易に直流モータに変換することができ、この特徴は一つの機械の性能を別の機械の性能と比較するのに有用である。

従来の直流モータでは、磁気エネルギに変換される電力は次式で与えられ、ＰＦｉＬＥＯ＝　ＥＩ　ワット　・・・（１）ここに、Ｅは所与の速度における回路起電力であり、工は電機子電流である。三相機械の場合、これは次のようになる。

ＰＥＬＥＯ＝　Ｋ工３’／２　ワット　・・・（２）速度に比例し、速度を２７７７７秒（Ｗ）で表わすと、所与の機械に対して有用な定数（ＫＦ、）が引き出される。

Ｋ　：Ｅ／Ｗ　ｖ／ｒａｄ−１ｓｅｃ−１・、（３）（２）式にＥを代入すると、ＰＥＬＥＣ−（Ｋｅｙ）工３１／２　ワット　、、−（４）機械的出力は次式で与えられ、ＰＭＥＯＨ＝　ＷＴ　ワット　・・・（５）ここに、Ｔはトルクであり、損失を無視すると、機械力は電力に等しいため次のようになる。

これをＷで除算すると、（６）式から電気係数ＫＦ、は機械的単位を有することができ、しばしばトルク係数もしくはトルク感度と呼ばれ、三相機では係数は関連しているため、となり、直流機ではＫＥ−ＫＴであるため、いずれの場合にもトルクＴ−ＫＴ工　Ｎｍ　・・・（８）となる。

従って、本発明に従ったモータの性能特注は、電機子巻線をλ構成とした場合、従来の直流モータに匹敵するが、インバータ駆動同期モータ及びブラシレス直流モータの場合には、電流は２／３サイクルしか加えらさらに、本発明に従ったモータの性能特性は、速度及びトルクが共に界磁電流に直接比例するが従来の直流モータでは速度は界磁電流に逆比例するという点を除けば従来の直流モータと同じである。

本発明のモータは車の操舵方式で有用であり、小型モータユニットで高トルク出力を得る可能性があるためにこのような用途において有利であると考へられる。

操舵装置に直流モータを組み込む方法を示す車の操舵装置の例はＥＰＯ１０１５７９に開示されて（・る。

２ａ　２ａＦＩＧ、１２手続補正書（自発）昭和６２年乙月２日

Claims

【特許請求の範囲】

１．円筒状固定子と、軸支され回転時に固定子に対して均一な間隙を介して固定子内で回転する回転子と、固定子及び回転子の一方の円筒面内のスロット内に挿入され軸の周りに互いに間隔をとつて類似のコイルに分割されている電機子巻線と、前記固定子及び回転子の他方に配置され軸の周りに互いに間隔をとつた極を形成する界磁発生手段と、回転子の回転と同期したタイミングで前記電機子コイルを直流源へ接続するようにされたスイッチング手段を具備し、そのコイルの発生する極が反対極性の回転子（もしくは固定子）極と実質的に一致する時に直流源の各電機子コイルヘのスイッチングが行われ、スイッチング直前にはその電機子コイルの誘起起電力は最大値に近く印加起電力に対抗し、スイッチング直後にはこれらの極は同極性で誘起起電力は印加起電力を助ける直流モータ。
２．請求の範囲第１項において、電機子巻線は固定子上に設けられ、スイッチング手段は電機子巻線が回転子界磁と反対の遅れた回転磁界を発生して回転子極に反発力を加えるように構成されている直流モータ。
３．請求の範囲第１項もしくは第２項において、界磁発生手段は回転子（もしくは固定子）上の巻線及びこれらの巻線に直流を供給する手段を具備する直流モータ。
４．請求の範囲第１項もしくは第２項において、界磁発生手段は永久磁石を具備する直流モータ。
５．前記請求の範囲いずれか一項において、固定子は電機子を形成し前記スイッチング手段は電機子巻線と直流源間に直列接続された機械的整流子及びスリツプリングを含む直流モータ。
６．請求の範囲第１項から第５項のいずれか一項において、スイッチング装置は回転子位置を感知して直流源を電機子巻線に切り替える電子的手段を制御する装置を具備する直流モータ。
７．請求の範囲第６項において、電子的制御手段はパルス制御下電力スイッチング装置を含み、マーク／スペース比は可調整ではあるが所与の調整に対しては全サイクルにわたつて一定である直流モータ。
８．円筒状固定子と、軸支され回転時に固定子に対して均一な間隙を介して固定子内で回転する回転子と、固定子の円筒面内のスロット内に挿入され軸の周りに互いに間隔をとつた類似コイルに分割されている電機子巻線と、回転子上に配置され軸の周りに互いに間隔をとつて極を形成する界磁発生手段と、回転子の回転と同期したタイミングで前記電機子コイルを直流源に接続し回転子界磁に遅れて対抗する回転界磁を発生して回転子極に反発力を加えるようにされたスイッチング手段とを具備する直流モータ。
９．請求の範囲第９項において、そのコイルの発生する極が反対極性の回転子極と実質的に一致する時に直流源の各電機子コイルヘのスイッチングが行われ、スイッチング直前にはその電機子コイルの誘起起電力は最大値に近くて印加起電力に対応し、スイッチング直後にはこれらの極は同極性で誘起起電力が印加起電力を助けるように前記スイッチング手段が構成されている直流モータ。
１０．前記いずれかの請求範囲においで、電機子巻線はλ結線である直流モータ。