KR101504856B1

KR101504856B1 - 고정자 티스, 고정자, 회전 전기자, 및 회전 전기자의 제어 방법

Info

Publication number: KR101504856B1
Application number: KR1020137019712A
Authority: KR
Inventors: 간 아카츠; 히로키 히지카타
Original assignee: 가꼬우호진 시바우라 고교 다이가꾸
Priority date: 2011-01-27
Filing date: 2012-01-27
Publication date: 2015-03-20
Also published as: CN103339835A; KR20130118929A; EP2670028A1; CN103339835B; JPWO2012102400A1; WO2012102400A1; US9287745B2; JP5725572B2; EP2670028B1; US20130307455A1; EP2670028A4

Abstract

하나의 모터로 복수의 구동 특성을 발휘하고, 출력 범위의 확대를 도모할 수가 있는 모터를 제공하는 것이다.　각 고정자 티스(A~F)에 각각 3개의 코일을 권회하고, 각 고정자 티스(A~F)에 있어서 3개의 권선을 직렬접속하여 집중권 상태를 가능하게 하는 스위치와, 인접하는 고정자 티스(A~F) 사이에서 어느 것인가의 조의 권선을 직렬접속하여 분포권 상태를 가능하게 하는 스위치를 설치한다. 회전속도나 토크 등에 따라 코일의 집중권 상태와 분포권 상태를 전환한다.

Description

고정자 티스, 고정자, 회전 전기자, 및 회전 전기자의 제어 방법{STATOR TEETH, STATOR, ROTATING ELECTRIC MACHINE, AND METHOD FOR CONTROLLING ROTATING ELECTRIC MACHINE}

본 발명은 고정자 티스와, 고정자와, 그 고정자를 구비한 회전 전기자와, 그 회전 전기자의 제어 방법에 관한 것이다.

영구자석 동기 모터는 회전자에 영구자석을 사용하기 때문에 유도기나 다른 모터와 비교하여 고출력, 고효율인 모터이다. 고정자에는 타발(打拔)한 규소강판이 적층되어 이용되고 규소강판에는 코일이 권회(winding)된다. 회전자의 영구자석으로부터 발생한 자속이 코일에 쇄교함으로써, 코일에는 유기 전압이 발생하고, 코일에 접속된 인버터(inverter)로부터 유기 전압보다 높은 전압을 걸고, 회전에 동기한 전류를 코일에 통류(通流)함으로써 회전자는 토크(torque)를 발생시킨다.

이 때에 유기 전압은 회전속도에 비례하여 커지기 때문에, 인버터의 전압보다 유기 전압이 높아져 버리면 코일에 전류를 흐르게 할 수 없게 되기 때문에, 모터는 토크를 발생시킬 수가 없어, 회전속도 상한이 정해져 버린다. 그래서, 회전속도 상한을 증가시키기 위해서는 자석의 자속을 약하게 한다, 또는 코일에 쇄교(鎖交)하는 자속을 줄이는 이하와 같은 종래 기술이 알려져 있다.

일반적으로, 약계자 제어로 불리는 제어는, 자석의 발생하는 자속에 대향한 자속을 코일로부터 발생시키고, 자석의 자속이 코일에 쇄교하지 않도록 하는 제어이다. 약계자 제어에 의하면, 자석의 자속이 약해진 것처럼 보이기 때문에, 유도기 전압이 낮아지고, 회전속도가 증가한다.

가변계자 구조라고 일컬어지는 구조는, 자석의 자속을 보유하는 힘(보자력)이 다른 2종류의 자석을 회전자에 배치하여 보자력이 약한 자석의 자속 방향을 외부로부터의 전류로 보자력이 강한 자석과 역방향으로 하는 구조이다. 이러한 구조로 함으로써 보자력이 약한 자석의 극성이 반전하고, 보자력이 강한 자석으로부터 나온 자속이 보자력이 약한 자석으로 들어감으로써 코일에 쇄교하는 자속을 줄인다.

특허 문헌 1, 특허 문헌 2에는 고정자에 권회하는 코일을 2개로 분리하고, 회전속도가 늦을 때는 2개를 직렬접속하여 이용하고, 회전속도가 빠를 때는 2개의 코일을 분단하여 반만 이용함으로써 코일에 쇄교하는 자속을 반으로 저하시킬 수가 있다.

특허 문헌 3에는 고정자에 권회하는 코일을 2개로 분리하고, 회전속도가 빠를 때, 또한 저토크(low torque)일 때에는 권선(卷線)을 병렬접속으로 하고, 회전속도가 늦을 때, 또한 고토크(high torque)일 때에는 권선을 직렬접속으로 함으로써 코일에 쇄교하는 자속을 반으로 저하시키는 기술이 개시되어 있다.

특허 문헌 4에는 회전자에 배치되는 자석을 회전 가능하게 함으로써, 회전속도가 늦을 때에는 코일에 대향한 방향으로 자석을 배치하고, 회전속도가 빠를 때에는 코일과 평행한 방향으로 자석을 배치하는 기술이 개시되어 있다. 코일에 평행한 방향으로 배치된 자석은 코일로부터 보아 자석의 면적이 적기 때문에, 코일에 쇄교하는 자속을 줄일 수가 있다.

일본국 특허 제3596711호 일본국 특허 제3968673호 일본국 특허공개 2005-354807호 공보 일본국 특허 제3695344호

그렇지만, 약계자 제어에서는, 약계자 전류를 흐르게 하기 때문에, 통전 전류치가 증가하고, 동손(銅損)이 발생하여 효율이 저하한다고 하는 문제가 있다. 또, 자석의 자속을 없애는 자계는 자석에 있어서는 반자계로 되기 때문에, 자석의 동작점이 저하하여 열감자(熱減磁)하기 쉬워진다고 하는 문제가 있다.

가변계자 구조에서는, 보자력이 약한 자석의 극성을 유지하기 위해서, 연속적인 전류를 흐르게 할 필요가 있어 효율이 저하한다고 하는 문제가 있다. 또, 보자력이 약한 자석을 배치하는 공간이 회전자 상에 필요하게 되어, 모두 보자력이 강한 자석의 모터와 비교하여 출력이 저하한다고 하는 문제가 있다. 또, 보자력이 약한 자석의 극성을 반전시키기 위해서 순간적으로 대전류를 흘릴 필요가 있어, 인버터 용량이 커지고 코일의 절연 내력을 올릴 필요가 있다고 하는 문제가 있다.

특허 문헌 1, 특허 문헌 2, 특허 문헌 3에 개시된 기술에서는 코일을 반만 이용하고 있을 때에, 전류를 증가시킬 수가 없기 때문에, 2개의 코일을 접속하여 이용할 때보다 토크가 반으로 된다고 하는 문제가 있다.

특허 문헌 4에 개시된 기술에서는 자석을 회전시키기 위한 외부 기구가 필요하게 되어 장치의 대형화로 연결된다고 하는 문제가 있다.

본 발명은 상술한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 영구자석 동기 모터의 기술 분야에 있어서, 장치를 대형화하는 일 없이, 하나의 모터로 복수의 구동 특성을 발휘하고, 출력 범위의 확대를 도모하는 것을 해결 과제로 한다.

(과제의 해결 수단 및 발명의 효과)

이상의 과제를 해결하기 위해, 본 발명과 관련되는 고정자 티스는, 고정자 요크에 장착되는 고정자 티스(teeth)로서, 상기 고정자 티스의 주위에 권회된 적어도 2개의 권선과, 상기 2개의 권선 중의 일방의 권선의 단부, 및 타방의 권선의 단부에 접속된 적어도 하나의 스위치를 구비하고, 상기 스위치는, 다른 고정자 티스의 주위에 권회되는 다른 권선과의 사이에서 접속 및 분리 가능한 것을 특징으로 한다(제1 태양).

또, 본 발명과 관련되는 고정자는, 고정자 요크와, 상기 고정자 요크와 일체로 형성되거나, 또는 상기 고정자 요크에 장착되는 고정자 티스를 구비한 고정자로서, 상기 고정자 티스의 주위에 권회된 적어도 2개의 권선과, 상기 2개의 권선 중의 일방의 권선의 단부, 및 타방의 권선의 단부에 접속된 적어도 하나의 스위치를 구비하고, 상기 스위치는, 다른 고정자 티스의 주위에 권회되는 다른 권선과의 사이에서 접속 및 분리 가능한 것을 특징으로 한다(제2 태양).

또, 본 발명과 관련되는 회전 전기자는, 영구자석을 가지는 회전자와, 고정자 요크와 일체로 형성되거나, 또는 상기 고정자 요크에 장착되는 고정자 티스로서, 상기 영구자석의 1극쌍에 대해서 적어도 3개 이상 설치된 고정자 티스와, 상기 고정자 티스의 각각의 주위에 적어도 2개씩 권회된 권선과, 상기 각 2개 권선 중의 일방의 권선의 단부, 및 타방의 권선의 단부에 접속되고, 상기 고정자 티스의 각각에 적어도 1개 설치된 스위치를 구비하고, 상기 스위치는, 상기 적어도 3개 이상 설치된 고정자 티스 중 자신이 설치된 고정자 티스 이외의 다른 고정자 티스의 주위에 권회된 다른 권선의 단부에도 접속되어 있는 것을 특징으로 한다(제3 태양).

또한, 본 발명과 관련되는 회전 전기자의 제어 방법에 의하면, 영구자석을 가지는 회전자와, 고정자 요크와 일체로 형성되거나, 또는 상기 고정자 요크에 장착되는 고정자 티스로서, 상기 영구자석의 1극쌍에 대해서 적어도 3개 이상 설치된 고정자 티스와, 상기 고정자 티스의 각각의 주위에 적어도 2개씩 권회된 권선과, 상기 각 2개의 권선 중의 일방의 권선의 단부, 및 타방의 권선의 단부에 접속되고, 상기 고정자 티스의 각각에 적어도 1개 설치된 스위치를 구비하고, 상기 스위치는, 상기 적어도 3개 이상 설치된 고정자 티스 중 자신이 설치된 고정자 티스 이외의 다른 고정자 티스의 주위에 권회된 다른 권선의 단부에도 접속되어 있는 회전 전기자의 제어 방법으로서, 상기 회전 전기자에 필요한 회전속도가 소정의 기준 속도보다 낮은 경우에는, 상기 스위치를 상기 각 2개의 권선 중의 일방의 권선의 단부와 타방의 권선의 단부가 접속되도록 전환하고, 상기 회전 전기자에 필요한 회전속도가 소정의 기준 속도보다 높은 경우에는, 상기 스위치를 상기 각 2개의 권선 중의 일방의 권선의 단부와 상기 다른 고정자 티스의 주위에 권회된 다른 권선의 단부가 접속되도록 전환하는 것을 특징으로 한다(제4 태양).

제1 태양의 고정자 티스, 제2 태양의 고정자, 제3 태양의 회전 전기자, 제4 태양의 회전 전기자의 제어 방법에 의하면, 스위치의 전환에 의해, 고정자 티스의 주위에 권회된 코일의 접속 상태를 회전속도에 따라 집중권과 분포권으로 자유롭게 바꿀 수가 있으므로, 장치를 대형화하는 일 없이, 하나의 모터로 복수의 구동 특성을 발휘하고, 출력 범위의 확대를 도모할 수가 있다.

제4 태양의 회전 전기자의 제어 방법에 있어서, 회전속도 대신에 토크에 응하여 집중권(concentrated winding)과 분포권(distributed winding)으로 자유롭게 바꾸도록 해도 좋다(제5 태양).

이 경우에서도, 장치를 대형화하는 일 없이, 하나의 모터로 복수의 구동 특성을 발휘하고, 출력 범위의 확대를 도모할 수가 있다.

본 발명의 제6 태양으로서, 각 상에 있어서 정(正)의 전압을 인가해야 할 권선간의 접속을 소정의 비율로 단속적으로 전환하는 경우에는, 부(負)의 전압을 인가해야 할 권선간의 접속을 상시 접속으로 하고, 각 상에 있어서 부의 전압을 인가해야 할 권선간의 접속을 소정의 비율로 단속적으로 전환하는 경우에는, 정의 전압을 인가해야 할 권선간의 접속을 상시 접속으로 하여 권선에 인가하는 전압을 직류 전압으로부터 교류 전압으로 해도 좋다(제6 태양).

제6 태양의 제어 방법에 의하면, 인버터를 외부에 접속할 필요가 없이 시스템의 소형화가 실현 가능하다.

본 발명의 제7 태양으로서, 각 상에 있어서의 코일의 접속 상태를, 상기 2개의 권선 중의 일방의 권선의 단부와 타방의 권선의 단부가 접속되는 집중권 상태, 또는 2개의 권선 중의 일방의 권선의 단부와 상기 다른 고정자 티스의 주위에 권회된 다른 권선의 단부가 접속되는 분포권 상태의 2개 상태로, 전압 목표치에 따라 시간적으로 세세하게 전환하도록 상기 스위치를 전환하여 유기 전압을 정현파로 하도록 해도 좋다(제7 태양).

제7 태양의 제어 방법에 의하면, 토크 리플(torque ripple)을 감소시킬 수가 있어 철손(鐵損)의 감소를 달성할 수가 있다.

본 발명의 제8 태양으로서, 상기 스위치는, 다른 고정자 티스의 주위에 권회된 다른 권선의 단부에도 접속되어 있는 회전 전기자의 제어 방법으로서, 상기 스위치를 상기 2개의 권선 중의 일방의 권선의 단부와 상기 다른 고정자 티스의 주위에 권회된 다른 권선의 단부가 접속되도록 전환하는 경우에는, 각 고정자 티스에 있어서 다른 권선과 접속되도록 상기 스위치를 전환함과 아울러, 각 상에 포함되는 각 권선의 수가 동일하게 되도록 상기 스위치를 전환하도록 해도 좋다(제8 태양).

제8 태양의 제어 방법에 의하면, 회전자측의 코일 수와 요크측의 코일 수를 동일하게 함으로써 각 상 사이의 불균형(unbalance)을 해소할 수가 있다.

본 발명의 제9 태양으로서는, 상기 제3 태양에 있어서, 상기 고정자 티스는, 상기 영구자석의 1극쌍에 대해서 적어도 6개 이상 설치되어 있고, 상기 권선은, 상기 고정자 티스의 각각의 주위에 적어도 3개씩 권회되어 있고, 상기 스위치는, 상기 적어도 3개씩 권회된 권선을 직렬로 접속하거나, 또는 분리하는 스위치와, 하나의 고정자 티스에 권회된 하나의 권선과, 상기 적어도 6개 이상 설치된 고정자 티스 중 자신이 설치된 고정자 티스 이외의 다른 고정자 티스에 권회된 하나의 권선을 접속하고, 또는 분리하는 스위치를 구비하고, 각 고정자 티스에 권회된 권선 중, 전류 공급단에 접속되는 단부의 권선과는 반대측의 단부의 권선은, 쌍으로 되는 고정자 티스에 있어서의 전류 공급단에 접속되는 단부의 권선과는 반대측의 단부의 권선과 접속되어 있고, 각 고정자 티스의 전류 공급단과 접속되는 단부의 권선과, 쌍으로 되는 고정자 티스에 있어서의 전류 공급단에 접속되는 단부의 권선을 접속하고, 또는 분리하는 스위치를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다(제9 태양).

본 발명의 제10 태양으로서는, 본 발명의 회전 전기자의 제어 방법에 있어서, 영구자석을 가지는 회전자와, 고정자 요크와 일체로 형성되거나, 또는 상기 고정자 요크에 장착되는 고정자 티스로서, 상기 영구자석의 1극쌍에 대해서 적어도 6개 이상 설치된 고정자 티스와, 상기 고정자 티스의 각각의 주위에 적어도 3개씩 권회된 권선과, 상기 적어도 3개씩 권회된 권선을 직렬로 접속하고, 또는 분리하는 제1의 스위치와, 하나의 고정자 티스에 권회된 하나의 권선과, 상기 적어도 6개 이상 설치된 고정자 티스 중 자신이 설치된 고정자 티스 이외의 다른 고정자 티스에 권회된 하나의 권선을 접속하고, 또는 분리하는 제2의 스위치를 구비하고, 각 고정자 티스에 권회된 권선 중, 전류 공급단에 접속되는 단부의 권선과는 반대측의 단부의 권선은, 쌍으로 되는 고정자 티스에 있어서의 전류 공급단에 접속되는 단부의 권선과는 반대측의 단부의 권선과 접속되어 있고, 각 고정자 티스의 전류 공급단과 접속되는 단부의 권선과, 쌍으로 되는 고정자 티스에 있어서의 전류 공급단에 접속되는 단부의 권선을 접속하고, 또는 분리하는 제3의 스위치를 구비하고 있는 회전 전기자에, 3상 교류 전류를 공급하는 회전 전기자의 제어 방법으로서, 상기 회전 전기자에 필요한 회전속도가 소정의 기준 속도보다 낮은 경우에는, 상기 제1의 스위치를 상기 적어도 3개씩 권회된 권선을 직렬로 접속하도록 전환하는 제1의 접속 태양과, 상기 회전 전기자에 필요한 회전속도가 소정의 기준 속도보다 높은 경우에는, 상기 제1의 스위치를 분리하고, 상기 제2의 스위치를 하나의 고정자 티스의 권선과, 상기 다른 고정자 티스를 접속하도록 전환하는 제2의 접속 태양을 구비하고, 상기 제1의 접속 태양으로부터 상기 제2의 접속 태양으로의 전환은, 어느 상의 교류 전류치가 0으로 된 것을 검지했을 때에, 상기 제3의 스위치에 의해, 그 상의 교류 전류가 공급되는 고정자 티스에 있어서의 전류 공급단과 접속되는 단부의 권선과, 쌍으로 되는 고정자 티스에 있어서의 전류 공급단에 접속되는 단부의 권선을 접속하는 1단계와, 상기 제1의 스위치에 의해, 그 상의 교류 전류가 공급되는 고정자 티스의 상기 적어도 3개씩 권회된 권선을 각각 분리하는 2단계와, 상기 어느 상의 교류 전류치가 다음에 0으로 된 것을 검지했을 때에, 상기 제2의 스위치에 의해, 그 상의 고정자 티스에 권회된 하나의 권선과, 그 상에 있어서 상기 다른 고정자 티스에 권회된 하나의 권선을 접속하고, 또한 다른 복수의 고정자 티스에 대해서도, 각 고정자 티스에 권회된 하나의 권선과, 그 상에 있어서 상기 다른 고정자 티스에 권회된 하나의 권선을 접속하는 3단계와, 상기 제3의 스위치에 의해, 그 상의 교류 전류가 공급되는 고정자 티스에 있어서의 전류 공급단과 접속되는 단부의 권선과, 쌍으로 되는 고정자 티스에 있어서의 전류 공급단에 접속되는 단부의 권선을 분리하는 4단계를 포함하고, 상기 제2의 접속 태양으로부터 상기 제1의 접속 태양으로의 전환은, 어느 상의 교류 전류치가 0으로 된 것을 검지했을 때에, 상기의 1단계 내지 4단계의 순서와는 역의 순서에 의해 각 권선의 접속과 분리를 행하는 것을 특징으로 한다(제10 태양).

본 발명의 제11 태양으로서는, 본 발명의 회전 전기자의 제어 방법에 있어서, 영구자석을 가지는 회전자와, 고정자 요크와 일체로 형성되거나, 또는 상기 고정자 요크에 장착되는 고정자 티스로서, 상기 영구자석의 1극쌍에 대해서 적어도 6개 이상 설치된 고정자 티스(teeth)와, 상기 고정자 티스의 각각의 주위에 적어도 3개씩 권회된 권선과, 상기 적어도 3개씩 권회된 권선을 직렬로 접속하고, 또는 분리하는 제1의 스위치와, 하나의 고정자 티스에 권회된 하나의 권선과, 상기 적어도 6개 이상 설치된 고정자 티스 중 자신이 설치된 고정자 티스 이외의 다른 고정자 티스에 권회된 하나의 권선을 접속하고, 또는 분리하는 제2의 스위치를 구비하고, 각 고정자 티스에 권회된 권선 중, 전류 공급단에 접속되는 단부의 권선과는 반대측의 단부의 권선은, 쌍으로 되는 고정자 티스에 있어서의 전류 공급단에 접속되는 단부의 권선과는 반대측의 단부의 권선과 접속되어 있고, 각 고정자 티스의 전류 공급단과 접속되는 단부의 권선과, 쌍으로 되는 고정자 티스에 있어서의 전류 공급단에 접속되는 단부의 권선을 접속하고, 또는 분리하는 제3의 스위치를 구비하고 있는 회전 전기자에, 3상 교류 전류를 공급하는 회전 전기자의 제어 방법으로서, 상기 회전 전기자에 필요한 토크가 소정의 기준 토크보다 높은 경우에는, 상기 제1의 스위치를 상기 적어도 3개씩 권회된 권선을 직렬로 접속하도록 전환하는 제1의 접속 태양과, 상기 회전 전기자에 필요한 토크가 소정의 기준 토크보다 낮은 경우에는, 상기 제1의 스위치를 분리하고, 상기 제2의 스위치를 하나의 고정자 티스의 권선과, 상기 다른 고정자 티스를 접속하도록 전환하는 제2의 접속 태양을 구비하고, 상기 제1의 접속 태양으로부터 상기 제2의 접속 태양으로의 전환은, 어느 상의 교류 전류치가 0으로 된 것을 검지했을 때에, 상기 제3의 스위치에 의해, 그 상의 교류 전류가 공급되는 고정자 티스에 있어서의 전류 공급단과 접속되는 단부의 권선과, 쌍으로 되는 고정자 티스에 있어서의 전류 공급단에 접속되는 단부의 권선을 접속하는 1단계와, 상기 제1의 스위치에 의해, 그 상의 교류 전류가 공급되는 고정자 티스의 상기 적어도 3개씩 권회된 권선을 각각 분리하는 2단계와, 상기 어느 상의 교류 전류치가 다음에 0으로 된 것을 검지했을 때에, 상기 제2의 스위치에 의해, 그 상의 고정자 티스에 권회된 하나의 권선과, 그 상에 있어서 상기 다른 고정자 티스에 권회된 하나의 권선을 접속하고, 또한 다른 복수의 고정자 티스에 대해서도, 각 고정자 티스에 권회된 하나의 권선과, 그 상에 있어서 상기 다른 고정자 티스에 권회된 하나의 권선을 접속하는 3단계와, 상기 제3의 스위치에 의해, 그 상의 교류 전류가 공급되는 고정자 티스에 있어서의 전류 공급단과 접속되는 단부의 권선과, 쌍으로 되는 고정자 티스에 있어서의 전류 공급단에 접속되는 단부의 권선을 분리하는 4단계를 포함하고, 상기 제2의 접속 태양으로부터 상기 제1의 접속 태양으로의 전환은, 어느 상의 교류 전류치가 0으로 된 것을 검지했을 때에, 상기의 1단계 내지 4단계의 순서와는 역의 순서에 의해 각 권선의 접속과 분리를 행하는 것을 특징으로 한다(제11 태양).

본 발명의 제9 태양의 회전 전기자, 제10 태양 및 제11 태양의 회전 전기자의 제어 방법에 의하면, 각 상의 전류가 0으로 된 타이밍에서 각 상의 권선을 집중권으로부터 공통 권선의 2직렬로 전환함으로써, 각 상의 전류의 0으로 되는 기간으로부터 다음에의 0으로 되는 기간까지의 기간에, 공통 권선에는 그 이전의 3배의 전류가 흐르게 되고, 각 상의 합계의 전류로서는, 공통 권선의 접속전과 변함없는 전류가 흐르므로 토크 리플을 발생시키는 일이 없다. 또, 각 상의 전류가 0일 때에 2직렬로부터 분포권으로의 전환을 행함으로써, 전환시에 전압 스파이크가 발생하지 않고 손실이 없이 권선의 전환이 가능하다.

본 발명의 제12 태양으로서는, 상기 제10 태양 및 제11 태양의 회전 전기자의 제어 방법에 있어서, 상기 제1의 접속 태양과 상기 제2의 접속 태양을 전압 목표치에 따라 시간적으로 세세하게 전환하도록 상기 스위치를 전환하여 유기 전압을 정현파로 하는 것을 특징으로 한다(제12 태양).

제12 태양에 의하면, 각 상의 전류가 0으로 된 타이밍에서 상기 제1의 접속 태양과 상기 제2의 접속 태양을 전환하므로 토크 리플(torque ripple)을 발생시키는 일이 없다. 또, 전환시에 전압 스파이크(spike)가 발생하지 않고 손실이 없이 권선의 전환이 가능하다.

본 발명의 제13 태양으로서는, 상기 제1 태양의 고정자 티스에 있어서, 상기 스위치는, MOSFET의 소스(source) 단자끼리, 또는 드레인(drain) 단자끼리를 접속한 쌍방향 스위치인 것을 특징으로 한다(제13 태양).

본 발명의 제14 태양으로서는, 상기 제2 태양의 고정자에 있어서, 상기 스위치는, MOSFET의 소스 단자끼리, 또는 드레인 단자끼리를 접속한 쌍방향 스위치인 것을 특징으로 한다(제14 태양).

본 발명의 제15 태양으로서는, 상기 제3 태양 또는 제5 태양의 회전 전기자에 있어서, 상기 스위치(switch)는, MOSFET의 소스 단자끼리, 또는 드레인 단자끼리를 접속한 쌍방향 스위치인 것을 특징으로 한다(제15 태양).

본 발명의 제16 태양으로서는, 상기 제4 태양, 제6 태양, 또는 제7 태양의 회전 전기자의 제어 방법에 있어서, 상기 스위치는, MOSFET의 소스 단자끼리, 또는 드레인 단자끼리를 접속한 쌍방향 스위치인 것을 특징으로 한다(제16 태양).

본 발명의 제13 태양의 고정자 티스, 제14 태양의 고정자, 제15 태양의 회전 전기자, 제16 태양의 회전 전기자의 제어 방법에 의하면, 쌍방향 스위치를 이용하므로 분리해야 할 권선간의 접속을 확실하게 분리할 수가 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태와 관련되는 영구자석 동기 모터(1)의 구성을 나타내는 도이다.
도 2는 영구자석 동기 모터(1)의 고정자 티스(A)의 구성을 나타내는 도이다.
도 3은 고정자 티스(A~F)의 각 조의 코일과 스위치의 접속 상태를 나타내는 도이다.
도 4는 고정자 티스(A~F)의 각 코일을 집중권으로 한 경우의 코일과 스위치의 접속 상태를 나타내는 도이다.
도 5는 고정자 티스(A~F)의 각 코일이 집중권으로 되어 있는 것을 설명하는 도이다.
도 6은 고정자 티스(A~F)의 각 코일을 분포권으로 한 경우의 코일과 스위치의 접속 상태를 나타내는 도이다.
도 7은 고정자 티스(A~F)의 각 코일이 분포권으로 되어 있는 것을 설명하는 도이다.
도 8은 영구자석 동기 모터(1)의 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 9는 고정자 티스(A~F)의 각 코일을 집중권으로 한 경우의 특성을 나타내는 도이다.
도 10은 고정자 티스(A~F)의 각 코일을 분포권(distributed winding)으로 한 경우의 특성을 나타내는 도이다.
도 11은 영구자석 동기 모터(1)의 회전중에 코일을 집중권으로부터 분포권으로 전환한 경우의 유기 전압의 변화를 나타내는 도이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시 형태와 관련되는 집중권(concentrated winding) 병렬접속시의 접속도이다.
도 13은 본 발명의 제3 실시 형태에 있어서 모터 구동용 3상 인버터를 설명하기 위한 도이다.
도 14는 인버터(inverter)의 구동예를 나타내는 도이다.
도 15는 본 발명의 제3 실시 형태와 관련되는 동기 모터(1)의 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 16은 본 발명의 제3 실시 형태와 관련되는 코일과 스위치의 접속 상태를 나타내는 도이다.
도 17은 본 발명의 제4 실시 형태와 관련되는 코일과 스위치의 접속 상태를 나타내는 도이다.
도 18은 본 발명의 제5 실시 형태와 관련되는 구동 범위에 따른 코일 접속 상태의 전환을 나타내는 도이다.
도 19는 본 발명의 제6 실시 형태와 관련되는 코일과 스위치의 접속 상태를 나타내는 도이다.
도 20은 각 상에 포함되는 각 조의 코일 수가 동일하게 되지 않도록 한 접속 상태를 나타내는 도이다.
도 21은 도 20과 같이 접속한 경우의 고정자 티스의 회전자측에 권회된 코일과 고정자 요크측에 권회된 코일의 누설 자속의 영향의 차이를 나타내는 도이다.
도 22는 본 발명의 제7 실시 형태에 있어서의 코일과 스위치를 나타내는 도이다.
도 23은 본 발명의 제7 실시 형태에 있어서의 쌍방향 스위치를 나타내는 도이다.
도 24는 본 발명의 제7 실시 형태에 있어서의 쌍방향 스위치의 제어 회로를 나타내는 도이다.
도 25는 본 발명의 제8 실시 형태에 있어서의 회전 전기자에 공급되는 3상 교류 전류의 파형을 나타내는 도이다.
도 26은 본 발명의 제8 실시 형태에 있어서의 회전 전기자의 회로도이다.
도 27은 본 발명의 제8 실시 형태에 있어서의 집중권 구동시의 각 상의 코일의 접속 상태를 나타내는 도이다.
도 28은 본 발명의 제8 실시 형태에 있어서의 W상의 전류가 0일 때에 W상의 권선을 집중권 구동으로부터 공통 권선의 2직렬로 전환한 상태를 나타내는 도이다.
도 29는 본 발명의 제8 실시 형태에 있어서의 V상의 전류가 0일 때에 V상의 권선을 집중권 구동으로부터 공통 권선의 2직렬로 전환한 상태를 나타내는 도이다.
도 30은 본 발명의 제8 실시 형태에 있어서의 U상의 전류가 0일 때에 U상의 권선을 집중권 구동으로부터 공통 권선의 2직렬로 전환한 상태를 나타내는 도이다.
도 31은 본 발명의 제8 실시 형태에 있어서의 W상의 전류가 0일 때에 W상의 권선을 공통 권선의 2직렬로부터 분포권 구동으로 전환한 상태를 나타내는 도이다.
도 32는 본 발명의 제8 실시 형태에 있어서의 V상의 전류가 0일 때에 V상의 권선을 공통 권선의 2직렬로부터 분포권 구동으로 전환한 상태를 나타내는 도이다.
도 33은 본 발명의 제8 실시 형태에 있어서의 U상의 전류가 0일 때에 U상의 권선을 공통 권선의 2직렬로부터 분포권 구동으로 전환한 상태를 나타내는 도이다.
도 34는 본 발명의 제8 실시 형태에 있어서의 각 상의 권선을 집중권 구동으로부터 공통 권선의 2직렬로 전환할 때까지의 처리를 나타내는 흐름도이다.
도 35는 본 발명의 제8 실시 형태에 있어서의 각 상의 권선을 공통 권선의 2직렬로부터 분포권 구동으로 전환할 때까지의 처리를 나타내는 흐름도이다.

이하, 이 발명의 매우 적합한 실시의 형태를 첨부 도면 등을 참조하면서 상세하게 설명한다. 다만, 각 도에 있어서 각 부의 치수 및 축척은 실제의 것과 적당하게 다르게 하고 있다. 또, 이하에 말하는 실시의 형태는, 본 발명의 매우 적합한 구체적인 예이기 때문에 기술적으로 바람직한 여러 가지의 한정이 첨부되어 있지만, 본 발명의 범위는 이하의 설명에 있어서 특히 본 발명을 한정하는 취지의 기재가 없는 한 이러한 형태에 한정되는 것은 아니다.

<제1 실시 형태>

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태와 관련되는 2극(1극쌍) 6슬롯(고정자 티스 수 : 6개)의 영구자석 동기 모터의 구성을 나타내는 도이다. 도 1에 나타내듯이, 영구자석 동기 모터(1)는 규소강판 등으로 형성된 고정자 요크(2)와, 마찬가지의 규소강판 등으로 형성되고, 고정자 요크(2)와 일체로, 또는 고정자 요크(2)에 고정 가능하게 구성된 6개의 고정자 티스(A, B, C, D, E, F)로 이루어지는 고정자(4)를 구비하고 있다. 또, 6개의 고정자 티스(A~F)의 내측에는 N극(5)과 S극(6)의 영구자석을 외주부에 구비한 회전자(7)가 회전 가능하게 설치되어 있다.

6개의 고정자 티스(A~F)에는 각각 3개의 코일(3)이 권회되어 있다. 도 2는 1개의 고정자 티스(A)의 구성을 나타내는 도이다. 도 2에 나타내듯이, 1개의 고정자 티스(A)에는 코일(3)이 1개당 소정 횟수씩 권회되고, 각 코일(3)은 스위치(8)를 통해 접속되어 있다.

스위치(8)는 파워트랜지스터(power transistor), 솔리드 스테이트 릴레이(solid state relay) 등의 반도체 스위칭 소자를 이용할 수가 있다. 또, 반도체 스위칭 소자 이외의 스위치를 이용해도 좋다. 또한, 도 2의 예에서는, 스위치(8)를 고정자 티스 상에 설치하고 있지만, 본 발명은 이 예에 한정되는 것은 아니고, 동기 모터(1)의 외부에 스위치(8)를 설치하도록 해도 좋다.

또, 본 실시 형태에서는, 1개의 고정자 티스의 하나의 코일(3)이 인접하는 1개의 고정자 티스의 어느 하나의 코일(3)과 스위치(8)를 통해 접속되어 있다. 도 3은 본 실시 형태에 있어서의 각 고정자 티스(A~F)의 각 코일(3)과 스위치(8)의 접속 상태를 나타내는 도이다.

도 3에 나타내듯이, 본 실시 형태에서는, 각 고정자 티스의 제1의(도 3에 있어서 최상부) 코일의 단부에 2개의 스위치가 접속되어 있다. 또, 제2의(도 3에 있어서 최상부로부터 2번째)의 코일의 단부에 2개의 스위치가 접속되어 있다. 즉, 하나의 고정자 티스의 코일에 대해 합계 4개 스위치가 접속되어 있다. 도 2에 있어서 스위치(8)가 4개 나타나 있는 것은, 이 접속 상태에 대응시킨 것이다. 단, 상술한 것처럼, 스위치(8)의 설치 위치는 도 2에 나타난 위치에 한정되는 것은 아니다.

예를 들면, 도 4와 같이 각 고정자 티스(A~F)의 제1의 코일(3)과 제2의 코일(3)과의 사이의 스위치(8)를 온 상태로 하고, 각 고정자 티스(A~F)의 제2의 코일(3)과 제3의 코일(3)과의 사이의 스위치(8)를 온 상태로 한다. 다른 스위치(8)는 오프 상태로 한다. 이 경우에는, 도 5에 나타내듯이, 코일(3)이 집중권(concentrated winding)으로 권회된 상태로 된다.

또, 도 6과 같이 각 고정자 티스(A~F)의 제2의 코일(3)과 반시계방향으로 인접하는 고정자 티스의 제1의 코일(3)과의 사이의 스위치(8)를 온 상태로 하고, 각 고정자 티스(A~F)의 제3의 코일(3)과 반시계방향으로 인접하는 고정자 티스의 제2의 코일(3)과의 사이의 스위치(8)를 온 상태로 한다. 다른 스위치(8)는 오프 상태로 한다. 이 경우에는, 도 7에 나타내듯이, 코일(3)이 분포권(distributed winding)으로 권회된 상태로 된다.

이상과 같이 본 실시 형태의 동기 모터(1)는, 스위치(8)의 온(on)/오프(off)의 전환에 의해, 각 고정자 티스(A~F)의 코일(3)의 접속 상태를 제어할 수가 있다. 본 실시 형태에서는, 도 8에 나타내는 것 같은 제어 장치에 의해, 코일(3)의 접속 상태를 제어하고 있다.

도 8에 나타내듯이, 각 스위치(8)에는 스위치 제어 장치(9)가 접속되어 있고, 스위치 제어 장치(9)에는 모터 제어 장치(10)가 접속되어 있다. 모터 제어 장치(10)는 각 스위치(8)의 온/오프의 패턴에 따른 데이터를 스위치 제어 장치(9)에 출력하고, 스위치 제어 장치(9)는 그 데이터에 기초하여 각 스위치(8)의 온/오프의 전환을 행한다.

또, 모터 제어 장치(10)에는 인버터(11)가 접속되어 있고, 인버터(11)의 출력은 각 고정자 티스(A~F)의 코일(3)의 입력단에 접속되어 있다. 본 실시 형태의 인버터(11)는 스위칭 소자 6개를 이용한 3상 출력 인버터이다. 인버터(11)는 모터 제어 장치(10)로부터의 제어 신호에 기초하여 PWM 스위칭을 행하고, 배터리(12)로부터 공급되는 직류 전류를 3상 교류로 변환하여 코일(3)에 공급한다. 그 결과, 동기 모터(1)의 회전속도의 조정이나 출력 토크의 조정을 하게 된다.

또한, 본 실시 형태에서는, 3상의 동기 모터(1)를 이용하고 있기 때문에, 인버터(11)에 대해서도 3상 출력의 것을 이용하고 있지만, 본 발명은 이 예에 한정되는 것은 아니다. 3상 이상의 모터를 이용한 경우에는, 적당한 인버터를 이용하면 좋다.

예로서 각 고정자 티스(A~F)의 코일(3)의 접속 상태를 집중권과 분포권으로 전환하면서, 동기 모터(1)의 회전속도의 조정이나 출력 토크의 조정을 행하는 경우에 대해 설명한다. 우선, 모터 제어 장치(10)로부터 스위치 제어 장치(9)로 데이터를 출력하여, 각 고정자 티스(A~F)에 있어서의 각 코일(3) 사이에 접속된 스위치(8)를 모두 온으로 하고, 각 고정자 티스(A~F)에 있어서의 각 조의 코일(3)을 도 4에 나타내듯이 모두 직렬로 접속한다. 다른 스위치(8)는 오프로 한다.

이 경우에는, 각 고정자 티스(A~F)에 있어서의 3개의 코일(3)이 직렬로 접속된 집중권 상태로 되기 때문에, 쇄교자속이 1개의 코일의 3배로 되고, 도 9에 나타내듯이 고토크(high torque)를 실현할 수 있다. 그러나, 유기 전압도 커지기 때문에 회전속도에 제한이 걸린다.

다음에, 모터 제어 장치(10)로부터 스위치 제어 장치(9)로 데이터를 출력하여, 도 6에 나타내듯이, 인접하는 고정자 티스에 있어서의 코일(3) 사이의 스위치(8)를 온으로 하고, 인접하는 고정자 티스에 있어서의 코일(3)을 직렬로 접속한다. 각 고정자 티스(A~F)에 있어서의 각 코일(3) 사이에 접속된 스위치(8)는 모두 오프로 한다.

이 경우에는, 분포권 상태로 되어, 예를 들면 U상에 있어서는, 고정자 티스(A)와 고정자 티스(B)와 고정자 티스(C)의 코일(3)을 각각 한개씩 직렬로 접속하므로, U상의 자속은 고정자 티스(A)와 고정자 티스(B)와 고정자 티스(C)의 자속의 합으로 된다.

그 결과, 1개의 코일이 서로 근처의 고정자 티스의 코일과 접속되어 있기 때문에, 도 4의 경우에 비해 권선 수는 1/3이지만, 권선의 이용율(권선 계수)이 향상되어 이용율이 2배로 된다. 그 때문에, 도 10에 나타내듯이 집중권의 2/3배의 토크로 되고, 또한 유기 전압이 감소하기 때문에 속도 상한을 올릴 수가 있다. 도 11은 회전중에 코일의 접속 상태를 집중권으로부터 분포권으로 전환했을 때에 유기 전압이 감소하는 상태를 나타내는 그래프이다.

이상으로부터, 본 실시 형태의 모터 제어 장치에 있어서는, 코일의 권회 상태를, 도 4에 나타내는 집중권 상태와 도 6에 나타내는 분포권 상태로 전환함으로써, 도 9에 나타내는 특성과 도 10에 나타내는 특성의 양방의 특성을 이용할 수가 있다. 즉, 하나의 모터이면서 복수의 구동 특성을 갖고, 출력 범위를 향상시키는 것이 가능하다. 또, 양자가 커버(cover) 가능한 운전 영역에서는 효율이 좋은 구동 방법을 선택함으로써 효율을 향상시키는 것이 가능하다.

실제의 제어를 행하는 경우에는, 모터 등의 특성에 따라 회전속도 또는 토크에 소정의 기준치를 설정하고, 그 기준치를 문턱값(threshold value)으로 하여 코일의 권회 상태를 집중권 상태와 분포권 상태로 전환하도록 하면 좋다.

또한, 본 실시 형태에서는, 각 고정자 티스에 있어서의 제1의 코일과 제2의 코일의 일방의 단부에 각각 2개의 스위치를 설치하는 예에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이 예에 한정되는 것은 아니다. 각 조의 양단에 각각 스위치를 설치해도 좋고, 제1의 코일과 제2의 코일의 상기 일방의 단부에 1개의 스위치를 설치하고, 제2의 코일의 타방의 단부와 제3의 코일의 단부에도 1개의 스위치를 설치해도 좋다. 즉, 상술한 것 같은 코일의 접속 상태의 전환을 실현할 수 있으면 좋고, 스위치의 개수나 설치 위치에는 한정되는 일은 없다.

<제2 실시 형태>

도 12는 본 발명의 제2 실시 형태와 관련되는 집중권 병렬접속시의 접속도이다. 일례로서 U상만의 접속을 나타내고 있다. 이 예에서는, 각 고정자 티스(A~F)에 있어서의 3개의 코일(3)의 양단부에 스위치(8)를 설치하고, 3개의 코일(3)의 양단부를 모두 접속한다. 그 결과, 코일(3)은 병렬접속의 집중권 상태로 된다.

이와 같이 코일(3)을 병렬접속의 집중권 상태로 한 경우에는, 도 4에 나타내는 직렬접속의 집중권의 경우와 비교하여, 유기 전압은 1/6로 되어, 보다 고속 운전이 가능하게 된다. 또, 코일에 흘리는 전류는 코일의 직경으로 결정되지만, 이 경우는, 도 4에 나타내는 직렬접속의 집중권의 6배의 전류를 흘릴 수가 있기 때문에, 특허 문헌 1, 특허 문헌 2와 같이 쓸데없는 코일이 없고, 토크의 저하가 없다. 또한, 도 4에 나타내는 직렬접속의 집중권의 경우와 비교하여, 저항값도 1/6로 되기 때문에, 동손의 저감이 가능하여 효율이 향상된다.

또한, 본 실시 형태의 코일의 접속 상태를 실현하기 위해서는, 각 고정자 티스의 권선의 양단에 각각 2개의 스위치를 설치해도 좋고, 제1의 실시 형태의 스위치의 각 코일에 대한 접속 상태를 변경하여 병렬접속이 가능하게 되도록 해도 좋다. 이 경우에는, 도 3에 있어서 스위치와 접속되어 있지 않은 코일의 단부에 새롭게 설치한 스위치를 접속할 필요가 있다.

<제3 실시 형태>

도 13에 모터 구동용 3상 인버터의 구성을 나타내고, 도 14에 이 인버터의 간단한 구동예로서 120° 통전 방식의 스위칭 패턴을 나타낸다. 본 발명의 제3의 실시 형태는, 도 15에 나타내듯이, 동기 모터(1)의 외부에 인버터를 설치하는 일 없이, 스위치(8)의 온/오프에 의해 이 인버터의 기능을 실현하는 실시 형태이다.

구체적으로는, 도 16에 나타내듯이, 고정자 티스(A)의 제3의 코일(3)과, 고정자 티스(B)의 제2의 코일(3)과, 고정자 티스(C)의 제1의 코일(3)로 형성되는 U상의 일단을 플러스 단자에 접속한다. 또, 고정자 티스(C)의 제1의 코일(3)의 타단을 중성점에 접속한다. 또한, 고정자 티스(E)의 제3의 코일(3)과, 고정자 티스(F)의 제2의 코일(3)과, 고정자 티스(A)의 제1의 코일(3)로 형성되는 V상의 일단을 마이너스 단자에 접속한다.

이러한 접속 상태로, 도 14에 나타내는 60° 내지 120°의 구간에서는, 도 12의 스위치 U＋에 상당하는 스위치(8)의 온/오프를 어떤 비율로 반복하여 PWM 스위칭을 행한다. 또, 도 13의 스위치 V-에 상당하는 스위치(8)는 온으로 한다.

즉, 고정자 티스(A)의 제3의 코일(3)과 고정자 티스(B)의 제2의 코일(3)을 접속하는 스위치(8), 및 고정자 티스(B)의 제2의 코일(3)과 고정자 티스(C)의 제1의 코일(3)을 접속하는 스위치(8)의 온/오프를 어떤 비율로 반복하여 PWM 스위칭을 행한다.

고정자 티스(E)의 제3의 코일(3)과 고정자 티스(F)의 제2의 코일(3)을 접속하는 스위치(8), 및 고정자 티스(F)의 제2의 코일(3)과 고정자 티스(A)의 제1의 코일(3)을 접속하는 스위치(8)는 온으로 한다.

이러한 제어를 행함으로써, 도 14에 나타내는 60° 내지 120°의 구간에서는, 전류는 직류 전원 플러스 단자로부터 U＋, 고정자 티스(A)의 제3의 코일(3), 고정자 티스(B)의 제2의 코일(3), 고정자 티스(C)의 제1의 코일(3), 중성점, 고정자 티스(A)의 제1의 코일(3), 고정자 티스(F)의 제2의 코일(3), 고정자 티스(E)의 제3의 코일(3), V-, 마이너스 단자의 순서로 흐르게 된다.

이와 같이 본 실시 형태에 의하면, 동기 모터(1)의 외부에 인버터를 설치하는 일 없이, 소정의 구간에 소정의 스위치(8)를 PWM 스위칭 및 온 상태로 함으로써 인버터의 기능을 실현할 수가 있다. 따라서, 시스템의 소형화를 실현할 수 있다.

<제4 실시 형태>

도 17에 각 상에서 코일(3)을 다른 접속 상태로 한 본 발명의 제4의 실시 형태를 나타낸다. 예를 들면, V상의 유기 전압을 줄이고 싶은 경우에는, 도 17에 나타내는 것 같은 접속 방법에 의해, V상에서는 6개의 코일 중, 고정자 티스(C)의 제3의 코일(3)과 고정자 티스(F)의 제3의 코일(3)의 2개의 코일밖에 자속이 쇄교하지 않게 된다.

또, 도 16의 예에서는, U상에서는, 고정자 티스(A)의 제3의 코일(3) 및 제2의 코일(3)과 고정자 티스(D)의 제2코일(3) 및 제3의 코일(3)과의 4개의 코일에 자속이 쇄교한다.

또한, W상에서는 고정자 티스(E)의 모든 권선(3)과 고정자 티스(B)의 모든 권선(3)과의 6개의 코일에 자속이 쇄교하고 있다.

이와 같이 코일의 접속 방법을 요구에 맞추어 시간적으로 세세하게 전환함으로써 유기 전압을 정현파로 하는 것이 가능하게 된다.

유기 전압을 정현파로 함으로써 정현파 전류의 통전에 의해 토크 리플의 감소나 철손의 감소가 가능하게 된다. 또, 반대로 각 상에서 독립하여 고조파를 발생시킬 수도 있기 때문에, 예를 들면 토크의 피크치(peak value)를 향상시키는 것도 가능하다.

또한, 본 실시 형태의 코일의 접속 상태를 실현하기 위해서는, 각 고정자 티스의 제2의 코일의 단부 중, 인접하는 다른 고정자 티스의 제1의 코일의 단부에 접속되는 단부가, 동일한 고정자 티스의 제1의 코일의 대응하는 단부에 접속되도록 스위치의 접속 상태를 변경하든가, 혹은 스위치를 증설하면 좋다. 또, 마찬가지로 각 고정자 티스의 제3의 코일의 단부 중, 인접하는 다른 고정자 티스의 제2의 코일의 단부에 접속되는 단부가, 동일한 고정자 티스의 제2의 코일의 대응하는 단부에 접속되도록 스위치의 접속 상태를 변경하든가, 혹은 스위치를 증설하면 좋다.

<제5 실시 형태>

이상으로부터, 임의의 코일 접속 상태에 의해 임의의 특성을 출력할 수 있는 것이 나타났다. 도 18에 구동 범위에 따라 코일 접속 상태를 전환한 본 발명의 제5의 실시 형태의 구성예를 나타낸다.

도 18에 나타내듯이, 본 실시 형태에서는, 고속 저토크(low torque) 영역에서는 분포권(distributed winding), 저속 고토크(high torque) 영역에서는 집중권(concentrated winding), 그 사이에서는 분포권의 직렬, 병렬의 전환을 실시한다. 그 결과, 1개의 모터에서는 실현될 수 없는 출력 범위가 출력 가능하게 된다. 전환하는 방법은 도 17의 예에 한정한 것은 아니고, 각각의 모터 구성에 의해 적절히 선택할 수 있다.

<제6 실시 형태>

도 19 및 도 20에 본 발명의 제6의 실시 형태의 코일의 접속 구성을 나타낸다. 도 20에 나타내는 것 같은 코일의 접속을 행하면, 도 21에 나타내듯이, 고정자 티스의 회전자측에 권회된 코일(3)은, 고정자 요크측에 권회된 코일(3)보다도 누설 자속의 영향이 커져 버린다. 그 결과, 각 상 사이의 불균형이 생겨 버린다.

그래서, 본 실시 형태는, 도 19에 나타내듯이, 인접하는 고정자 티스의 코일과 접속하는, 경우에는 각각 다른 코일과 접속하고, 각 상에 포함되는 각 조의 코일 수를 동일하게 하도록 한다.

도 19에 나타내는 예에서는, 인접하는 고정자 티스간에서의 코일이 각각 다르고, 각 상에 있어서 제1의 코일, 제2의 코일, 제3의 코일의 수는 모두 2개로 되어 있다.

본 실시 형태에 의하면, 회전자측의 코일 수와 고정자 요크측의 코일 수를 동일하게 할 수가 있으므로 각 상 사이의 불균형을 해소할 수가 있다.

또한, 상술한 각 실시 형태에 있어서는, 하나의 고정자 티스의 코일과, 다른 고정자 티스의 코일과의 접속을 스위치에 의해 행하는 경우에는, 인접하는 고정자 티스의 코일과의 접속을 행하는 경우만에 대해 설명하였다. 그렇지만, 본 발명은 이러한 경우에 한정되는 것은 아니고, 더 많은 스위치를 설치하여 여러 가지 조합으로 코일을 접속하도록 해도 좋다.

또, 상술한 각 실시 형태에서는, 하나의 고정자 티스의 3개의 코일이 권회되어 있는 경우에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이러한 경우에 한정되는 것은 아니다. 하나의 고정자 티스에 적어도 2개의 코일이 권회되어 있으면 좋고, 3개 이상이라도 상관없다.

또한, 상술한 각 실시 형태에서는, 각 코일의 사이에 하나의 스위치를 설치하는 경우에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이러한 경우에 한정되는 것은 아니다. 각 코일의 양단에 스위치를 설치해도 좋고, 적당하게 변경이 가능하다.

또, 본 발명에 있어서는, 고정자 요크와 고정자 티스가 일체로 된 고정자에 있어서의 고정자 티스에 코일을 권회하여도 좋고, 고정자 티스에 코일을 권회한 후에, 고정자 티스를 고정자 요크에 결합하도록 해도 좋다. 즉, 본 발명은, 상술한 바와 같이 코일이 권회되어 상술과 같은 스위치를 가지는 고정자 티스로서, 또 이러한 고정자 티스를 구비한 고정자로서, 또 이러한 고정자를 구비한 모터로서 각각 실현될 수가 있다.

<제7 실시 형태>

다음에, 도 22 내지 도 24에 기초하여 본 발명의 제7의 실시 형태에 대해 설명한다.

본 실시 형태는, 1개 고정자 티스에 권회된 인접하는 코일 사이의 접속 상태를 전환하는 스위치, 혹은 인접하는 고정자 티스의 각각 권회된 코일 사이의 접속 상태를 전환하는 스위치를 MOSFET로 구성된 쌍방향 스위치(Bi-directional Switch)로 구성한 예이다.

도 22에 나타내는 코일(3a)과 코일(3b)은, 1개 고정자 티스에 권회된 인접하는 2개 코일, 혹은 1의 고정자 티스(teeth)에 권회된 코일과, 그 고정자 티스에 인접하는 고정자 티스 권회된 코일을 나타내고 있다. 쌍방향 스위치(8′)의 일단은 코일(3a)의 일단에 접속되고, 쌍방향 스위치(8′)의 타단은 코일(3b)의 일단에 접속되어 있다.

도 23은 쌍방향 스위치(8′)의 구성을 나타내는 도이다. 도 23에 나타내듯이, 본 실시 형태의 쌍방향 스위치(8′)는 N형의 MOSFET(20)와, 또 하나의 N형의 MOSFET(21)로 구성되어 있다. N형의 MOSFET(20)의 소스 단자(S)와 N형의 MOSFET(21)의 소스 단자(S)는 서로 접속되어 있다. 또, N형의 MOSFET(20)의 드레인 단자(D)는 코일(3a)의 일단에 접속되고, N형의 MOSFET(21)의 드레인 단자(D)는 코일(3b)의 일단에 접속되어 있다.

또, 도 23에 나타내듯이, N형의 MOSFET(20)에는 기생 다이오드(20a)가 형성되어 있고, N형의 MOSFET(21)에는 기생 다이오드(21a)가 형성되어 있다.

도 24는 쌍방향 스위치(8′, 8″)의 제어 회로를 나타내는 도이다. 도 24에 나타내듯이, 쌍방향 스위치(8′)의 MOSFET(20)와 MOSFET(21)의 게이트 단자는 게이트 저항 Rg를 통해 스위치 제어 장치(9)에 접속되어 있다. MOSFET(20)와 MOSFET(21)의 소스 단자는 전류 차단 저항 Rb를 통해 접지되어 있다. 마찬가지로 쌍방향 스위치(8″)의 MOSFET(20′)와 MOSFET(21′)의 게이트 단자는 게이트 저항 Rg를 통해 스위치 제어 장치(9)에 접속되어 있다. MOSFET(20′)와 MOSFET(21′)의 소스 단자는 전류 차단 저항 Rb를 통해 접지되어 있다.

또한, 스위치 제어 장치(9)는, 도 24에 있어서의 도시를 생략하지만, 도 8 또는 도 15에 나타내는 것 같은 모터 제어 장치(10)에 접속되어 있고, 모터 제어 장치(10)로부터 출력되는 제어 데이터에 기초하여 MOSFET의 온/오프를 전환하게 되어 있다.

다음에, 도 22 내지 도 24에 기초하여 본 실시 형태의 회로의 동작에 대해 설명한다. 일례로서 쌍방향 스위치(8′)를 온 상태로 하고, 쌍방향 스위치(8″)를 오프 상태로 하는 경우에 대해 설명한다.

스위치 제어 장치(9)에 의해 MOSFET(20)와 MOSFET(21)의 게이트 단자에 하이(High) 레벨의 전압을 인가하고, MOSFET(20′)와 MOSFET(21′)의 게이트 단자에는 로우(Low) 레벨의 전압을 인가한다.

그 결과, MOSFET(20)와 MOSFET(21)는 온 상태로 되고, MOSFET(20′)와 MOSFET(21′)는 오프 상태로 된다.

각 코일에는 교류 전류가 흐르지만, 우선 코일(3a)로부터 코일(3b)의 방향으로 전류가 흐르는 경우에는, 전류는 코일(3a)로부터 MOSFET(20)의 드레인 단자에 입력되고, 온(on) 상태의 MOSFET(20)에 형성된 채널을 지나 MOSFET(20)의 소스 단자에 이른다.

또한, 전류는 MOSFET(21)의 소스 단자에 입력되고, MOSFET(21)의 기생 다이오드(21a)를 통해 코일(3b)에 흐르게 된다.

다음에, 코일(3b)로부터 코일(3a)의 방향으로 전류가 흐르는 경우에는, 전류는 코일(3b)로부터 MOSFET(21)의 드레인 단자에 입력되고, 온(on) 상태의 MOSFET(21)에 형성된 채널을 지나 MOSFET(21)의 소스 단자에 이른다.

또한, 전류는 MOSFET(20)의 소스 단자에 입력되고, MOSFET(20)의 기생 다이오드(20a)를 통해 코일(3a)에 흐르게 된다.

오프 상태의 MOSFET(20′)와 MOSFET(21′)에 대해서는, 각 MOSFET에 채널이 형성되어 있지 않기 때문에, 코일에 전류가 흐르는 일이 없다. 또, MOSFET(20′)와 MOSFET(21′)에 형성되어 있는 기생 다이오드는, 어느 쪽의 코일에 대해서도 역방향으로 되도록 형성되어 있으므로 코일에 전류가 흐르는 일이 없다.

만일, 이 코일 사이의 스위치를 쌍방향 스위치를 이용하는 일 없이 단체의 MOSFET로 구성한 경우에는, MOSFET가 오프 상태임에도 불구하고 MOSFET에 형성된 기생 다이오드에 의해 어느 쪽인가의 방향으로는 전류가 흘러 버리는 일이 있다.

그렇지만, 본 실시 형태에 있어서는, 상술한 것처럼, 코일 사이의 스위치로서 쌍방향 스위치를 이용하였으므로 코일의 접속과 분리를 확실하게 제어하는 것이 가능하게 된다.

또한, 게이트 저항 Rg는 MOSFET(20′)와 MOSFET(21′)의 온/오프의 스위칭 속도를 조정하기 위한 저항으로 사용하는 MOSFET의 특성에 따라 저항값이 설정된다. 구체적으로는, 수Ω 정도로 된다.

전류 차단 저항 Rb는 온 상태에 있는 쌍방향 스위치로부터의 전류가 접지 라인을 통해서 오프 상태에 있는 쌍방향 스위치로 흐르고, 또한 그 오프 상태에 있는 쌍방향 스위치에 접속되어 있는 코일로 흘러 버리는 것을 방지하기 위해서 설치되어 있다.

예를 들면, 쌍방향 스위치(8′)의 MOSFET(20)와 MOSFET(21)가 온 상태에 있고, 전류가 코일(3a)로부터 MOSFET(20) 및 MOSFET(21)를 통해 코일(3b)에 흐르고 있는 경우를 생각한다.

이 경우에, 전류 차단 저항 Rb가 없었다고 하면, 전류는 MOSFET(20)의 소스 단자로부터 MOSFET(21)의 소스 단자로 흐를 뿐만 아니라, 접지 라인을 통해 오프 상태에 있는 쌍방향 스위치(8′)의 MOSFET(21′)의 기생 다이오드로 흐르고, MOSFET(21′)에 접속되어 있는 코일로 흘러 버린다.

그렇지만, 전류 차단 저항 Rb를 설치함으로써 MOSFET(20)의 소스 단자로부터 접지 라인으로 흐르는 전류를 차단할 수가 있어 상술과 같은 불편의 발생을 방지할 수가 있다.

전류 차단 저항 Rb는 이러한 목적으로 사용되기 때문에 수 MΩ의 것이 이용된다.

MOSFET로서는 실리콘(Si) 베이스의 것을 이용해도 좋지만, 실리콘 카바이드(SiC) 베이스나, 갈륨 나이트라이드(GaN) 베이스의 것을 이용하면 저항이 내려가 보다 큰 전류를 흘릴 수가 있다.

또, 본 실시 형태의 쌍방향 스위치는 상술한 어느 하나의 실시 형태의 스위치에도 적용이 가능하다.

또한, 본 실시 형태는 N형의 MOSFET를 이용한 예에 대해 설명하였지만 P형의 MOSFET를 이용해도 좋다.

<제8 실시 형태>

다음에, 도 25 내지 도 35에 기초하여 본 발명의 제8 실시 형태에 대해 설명한다. 본 실시 형태는 각 상의 전류가 0으로 되는 기간 이외의 기간에 있어서, 고정자 티스의 어느 코일에도 전류가 흐르지 않는 기간을 발생시키는 일 없이, 본 발명의 모터를 집중권 구동으로부터 분포권 구동으로 전환하는 방법에 관한 것이다.

도 25는 120° 통전 구동시에 본 발명의 모터의 각 상에 공급되는 전류의 파형을 나타내는 도이다. 도 25에 있어서 점선으로 나타낸 파형은 U상에 흐르는 전류 Iu이다. 또, 굵은 실선으로 나타낸 파형은 V상에 흐르는 전류 Iv이다. 그리고, 가는 실선으로 나타낸 파형은 W상에 흐르는 전류 Iw이다.

도 25에 나타내듯이, 각 상의 전류는 1주기에 I~VI의 6회의 전류 0의 기간이 있다. 그래서, 본 실시 형태에서는, I~III의 준비 기간에 있어서, 집중권을 구성하고 있는 각 코일간의 접속을 분리함과 아울러, 집중권과 분포권에서 공통의 권선으로 되는 공통 권선을 접속하고, IV~VI의 전환 기간에 있어서, 분포권을 구성하도록 각 코일을 접속함과 아울러, 상기 공통 권선을 분리한다.

도 26은 본 실시 형태의 모터의 회로도이다. 도 26에 나타내듯이, U상의 전류가 흐르는 고정자 티스(A)와 고정자 티스(D)에는 각각 코일(3A-1, 3A-2, 3A-3), 및 코일(3D-1, 3D-2, 3D-3)의 3개씩의 코일이 권회되어 있다.

코일(3A-1)과 코일(3A-2)의 접속과 분리는 스위치(8A-1)에 의해 행해지고, 코일(3A-2)과 코일(3A-3)의 접속과 분리는 스위치(8A-2)에 의해 행해진다.

마찬가지로 코일(3D-1)과 코일(3D-2)의 접속과 분리는 스위치(8D-1)에 의해 행해지고, 코일(3D-2)과 코일(3D-3)의 접속과 분리는 스위치(8D-2)에 의해 행해진다.

또, V상의 전류가 흐르는 고정자 티스(teeth)(C)와 고정자 티스(F)에는 각각 코일(3C-1, 3C-2, 3C-3), 및 코일(3F-1, 3F-2, 3F-3)의 3개씩의 코일이 권회되어 있다.

코일(3C-1)과 코일(3C-2)의 접속과 분리는 스위치(8C-1)에 의해 행해지고, 코일(3C-2)과 코일(3C-3)의 접속과 분리는 스위치(8C-2)에 의해 행해진다.

마찬가지로 코일(coil)(3F-1)과 코일(3F-2)의 접속과 분리는 스위치(8F-1)에 의해 행해지고, 코일(3F-2)과 코일(3F-3)의 접속과 분리는 스위치(8F-2)에 의해 행해진다.

또한, W상의 전류가 흐르는 고정자 티스(teeth)(E)와 고정자 티스(B)에는 각각 코일(3E-1, 3E-2, 3E-3), 및 코일(3B-1, 3B-2, 3B-3)의 3개씩의 코일이 권회되어 있다.

코일(3E-1)과 코일(3E-2)의 접속과 분리는 스위치(8E-1)에 의해 행해지고, 코일(3E-2)과 코일(3E-3)의 접속과 분리는 스위치(8E-2)에 의해 행해진다.

마찬가지로 코일(coil)(3B-1)과 코일(3B-2)의 접속과 분리는 스위치(8B-1)에 의해 행해지고, 코일(3B-2)과 코일(3B-3)의 접속과 분리는 스위치(8B-2)에 의해 행해진다.

또, 고정자 티스(A)의 코일과 고정자 티스(B)의 코일의 접속과 분리는 스위치(8AB-1)와 스위치(8AB-2)에 의해 행해진다.

고정자 티스(B)의 코일과 고정자 티스(C)의 코일의 접속과 분리는 스위치(8BC-1)와 스위치(8BC-2)에 의해 행해진다.

고정자 티스(C)의 코일과 고정자 티스(D)의 코일의 접속과 분리는 스위치(8CD-1)와 스위치(8CD-2)에 의해 행해진다.

고정자 티스(D)의 코일과 고정자 티스(E)의 코일의 접속과 분리는 스위치(8DE-1)와 스위치(8DE-2)에 의해 행해진다.

고정자 티스(E)의 코일과 고정자 티스(F)의 코일의 접속과 분리는 스위치(8EF-1)와 스위치(8EF-2)에 의해 행해진다.

또한, 도 26에는 도시를 생략하지만, 고정자 티스(F)의 코일과 고정자 티스(G)의 코일의 접속과 분리도 마찬가지로 2개의 스위치에 의해 행해진다.

본 실시 형태에 있어서는, 집중권과 분포권에서 공통으로 사용되는 공통 권선의 사이에 스위치(Sc1), Sc2, Sc3을 설치하고 공통 권선의 접속과 분리를 행하고 있다.

구체적으로는, 공통 권선인 스위치(3A-1)와 스위치(3D-1)의 접속과 분리는 스위치(Sc1)에 의해 행한다. 또, 공통 권선인 스위치(3B-1)와 스위치(3E-1)의 접속과 분리는 스위치(Sc2)에 의해 행한다. 그리고, 공통 권선인 스위치(3C-1)와 스위치(3F-1)의 접속과 분리는 스위치(Sc3)에 의해 행한다.

도 26에 나타내듯이, 각 고정자 티스의 권선을 직렬로 접속한 집중권 상태가, 본 실시 형태에 있어서의 전환전 상태에서, 전류는 햇칭을 한 화살표와 같이 흐른다. 도 26에서는 U상에 흐르는 전류의 예를 나타내고 있다.

U상에 흐르는 전류는, 도 25에 나타내듯이, 준비 기간의 III의 기간에 있어서 전류 0의 기간으로 된다. 그래서, 본 실시 형태에서는, 이 전류 0의 기간에 있어서, 스위치(8A-1, 8A-2, 8D-2, 8 D-1)를 오프 상태로 하고, 직렬접속되어 있던 6개의 코일(3A-1, 3A-2, 3A-3, 3D-3, 3D-2, 3D-1)을 분리한다.

또, 스위치(Sc1)를 온 상태로 함으로써 공통 권선의 코일(3A-1)과 코일(3D-1)을 접속한다. 이와 같이 공통 권선을 접속함으로써, 도 25에 나타내는 III의 기간 이후의 마이너스의 전류가 흐르는 기간에 있어서, 공통 권선에는 III의 기간 이전의 3배의 전류가 흐르게 된다.

다음에, 도 25에 나타내듯이, U상의 전류는 전환 기간의 VI의 기간에 있어서 전류 0의 기간으로 된다. 그래서, 이 기간에 고정자 티스(A, B, C, F, E, D)의 각 코일을 접속하기 위해서 스위치(8AB-1, 8BC-1, 8EF-1, 8DE-1)를 온 상태로 한다.

그리고, 스위치(Sc1)를 오프 상태로 함으로써 공통 권선의 코일(3A-1)과 코일(3D-1)을 분리한다.

이와 같이 각 고정자 티스의 코일을 접속한 상태가 분포권 상태에서, 도 26에 있어서 도트(dot)로 나타낸 화살표와 같이 전류가 흐르게 된다.

이하, 마찬가지로 하여 각 상에 있어서 집중권으로부터 분포권으로 전환을 행한다.

본 실시 형태에서는, 이상과 같이 각 상의 전류가 0일 때에 집중권으로부터 분포권으로의 전환을 행하고 있으므로, 전환시에 전압 스파이크가 발생하지 않고 손실이 없이 권선의 전환이 가능하다.

또, 전환전에 있어서는, 공통 권선을 접속하도록 하였으므로, 각 상의 전류가 0으로 되는 기간으로부터 다음에 0으로 되는 기간까지의 기간에 공통 권선에는 그 이전의 3배의 전류가 흐르게 되고, 각 상의 합계의 전류로서는 공통 권선의 접속전과 변함없는 전류가 흐르므로 토크 리플을 발생시키는 일이 없다.

이하, 도 27~도 33의 코일의 접속 상태를 나타내는 도와, 도 34와 도 35의 흐름도에 기초하여 본 실시 형태의 집중권으로부터 분포권으로의 전환 방법에 대해 보다 상세하게 설명한다.

［3상 모두의 권선을 2직렬로 전환하는 스텝 : 예 1］

우선, 도 27에 나타내듯이, 집중권 구동(Conecentrated Winding Drive : CWD)이 행해지고 있고, 도 8 또는 도 15에 나타내는 것 같은 모터 제어 장치(10)로부터 전환 지령이 출력된 경우에 대해 설명한다. 또한, 도 27에 나타내는 집중권 구동을 하고 있는 경우에는 도 27에 화살표로 나타내듯이 각 상의 전류가 흐르고 있다.

우선, 전환 지령을 입력하면(스텝 S1), U상의 전류가 0인지 어떤지(스텝 S2), 혹은 V상의 전류가 0인지 어떤지(스텝 S3), 혹은 W상의 전류가 0인지 어떤지를 판단한다(스텝 S4).

예를 들면, 도 25에 나타내는 t0의 타이밍과 같이 W상의 전류가 0으로 된 경우에는(스텝 S4 : YES), 스위치(8B-1)와 스위치(8B-2), 및 스위치(8E-2)와 스위치(8E-1)를 오프 상태로 함과 아울러, 스위치(Sc2)를 온 상태로 하고, W상의 권선을 집중권 구동으로부터 공통 권선의 코일(3B-1)과 코일(3E-1)의 2직렬로 전환한다(스텝 S5).

이 상태에서는 각 상의 권선의 접속 상태는 도 28과 같이 되어 있고, 도 28에 화살표로 나타내듯이 전류가 흐르고 있다.

다음에, U상의 전류가 0인지 어떤지(스텝 S10), 혹은 V상의 전류가 0인지 어떤지(스텝 S6)를 판단한다. 예를 들면, 도 25에 나타내는 t1의 타이밍과 같이 V상의 전류가 0으로 된 경우에는(스텝 S6 : 예(YES)), 스위치(8C-1)와 스위치(8C-2), 및 스위치(8F-2)와 스위치(8F-1)를 오프 상태로 함과 아울러, 스위치(Sc3)를 온 상태로 하고, V상의 권선을 집중권 구동으로부터 공통 권선의 코일(3C-1)과 코일(3F-1)의 2직렬로 전환한다(스텝 S7).

이 상태에서는 각 상의 권선의 접속 상태는 도 29와 같이 되어 있고, 도 29에 화살표로 나타내듯이 전류가 흐르고 있다.

다음에, U상의 전류가 0인지 어떤지(스텝 S8)를 판단하고, 예를 들면 도 25에 나타내는 t2의 타이밍과 같이 U상의 전류가 0으로 된 경우에는(스텝 S8 : YES), 스위치(8A-1)와 스위치(8A-2), 및 스위치(8D-2)와 스위치(8D-1)를 오프 상태로 함과 아울러, 스위치(Sc1)를 온 상태로 하고, U상의 권선을 집중권 구동으로부터 공통 권선의 코일(3A-1)과 코일(3D-1)의 2직렬로 전환한다(스텝 S9).

이상과 같이 하여 각 상의 전류가 0으로 된 타이밍에서 각 상의 권선을 집중권으로부터 공통 권선의 2직렬로 전환한다. 이 상태에서는 각 상의 권선의 접속 상태는 도 30과 같이 되어 있고, 도 30에 화살표로 나타내듯이 전류가 흐르고 있다.

［3상 모두의 권선을 2직렬로 전환하는 스텝 : 예 2］

또, W상의 권선을 집중권 구동으로부터 공통 권선의 2직렬로 전환한 후에(스텝 S5), U상의 전류가 0으로 된 경우에는(스텝 S10 : YES), 스위치(8A-1)와 스위치(8A-2), 및 스위치(8D-2)와 스위치(8D-1)를 오프 상태로 함과 아울러, 스위치(Sc1)를 온 상태로 하고, U상의 권선을 집중권 구동으로부터 공통 권선의 코일(3A-1)과 코일(3D-1)의 2직렬로 전환한다(스텝 S11).

다음에, V상의 전류가 0인지 어떤지를 판단하고(스텝 S12), V상의 전류가 0으로 된 경우에는(스텝 S12 : YES), 스위치(8C-1)와 스위치(8C-2), 및 스위치(8F-2)와 스위치(8F-1)를 오프 상태로 함과 아울러, 스위치(Sc3)를 온 상태로 하고, V상의 권선을 집중권 구동으로부터 공통 권선의 코일(3C-1)과 코일(3F-1)의 2직렬로 전환한다(스텝 S13).

이상과 같이 하여 각 상의 전류가 0으로 된 타이밍에서 각 상의 권선을 집중권으로부터 공통 권선의 2직렬로 전환한다.

［3상 모두의 권선을 2직렬로 전환하는 스텝 : 예 3］

전환 지령을 입력한 후에(스텝 S1), 예를 들면 도 25에 나타내는 t1의 타이밍에 V상의 전류가 0으로 된 경우에는(스텝 S3 : YES), 스위치(8C-1)와 스위치(8C-2), 및 스위치(8F-2)와 스위치(8F-1)를 오프 상태로 함과 아울러, 스위치(Sc3)를 온 상태로 하고, V상의 권선을 집중권 구동으로부터 공통 권선의 코일(3C-1)과 코일(3F-1)의 2직렬로 전환한다(스텝 S14).

다음에, U상의 전류가 0인지 어떤지(스텝 S15), 또는 W상의 전류가 0인지 어떤지를 판단하고(스텝 19), 도 25에 나타내는 t2의 타이밍에 U상의 전류가 0으로 된 경우에는(스텝 S15 : YES), 스위치(8A-1)와 스위치(8A-2), 및 스위치(8D-2)와 스위치(8D-1)를 오프 상태로 함과 아울러, 스위치(Sc1)를 온 상태로 하고, U상의 권선을 집중권 구동으로부터 공통 권선의 코일(3A-1)과 코일(3D-1)의 2직렬로 전환한다(스텝 S16).

그리고, W상의 전류가 0으로 되었는지 어떤지를 판단하고(스텝 S17), W상의 전류가 0으로 된 경우에는(스텝 S17 : YES), 스위치(8B-1)와 스위치(8B-2), 및 스위치(8E-2)와 스위치(8E-1)를 오프 상태로 함과 아울러, 스위치(Sc2)를 온 상태로 하고, W상의 권선을 집중권 구동으로부터 공통 권선의 코일(3B-1)과 코일(3E-1)의 2직렬로 전환한다(스텝 S18).

［3상 모두의 권선을 2직렬로 전환하는 스텝 : 예 4］

또, V상의 권선을 집중권 구동으로부터 공통 권선의 2직렬로 전환한 후에(스텝 S14), W상의 전류가 0으로 된 경우에는(스텝 S19 : YES), 스위치(8B-1)와 스위치(8B-2), 및 스위치(8E-2)와 스위치(8E-1)를 오프 상태로 함과 아울러, 스위치(Sc2)를 온 상태로 하고, W상의 권선을 집중권 구동으로부터 공통 권선의 코일(3B-1)과 코일(3E-1)의 2직렬로 전환한다(스텝 S20).

그리고, U상의 전류가 0으로 되었는지 어떤지를 판단하고(스텝 S21), U상의 전류가 0으로 된 경우에는(스텝 S21 : YES), 스위치(8A-1)와 스위치(8A-2), 및 스위치(8D-2)와 스위치(8D-1)를 오프 상태로 함과 아울러, 스위치(Sc1)를 온 상태로 하고, U상의 권선을 집중권 구동으로부터 공통 권선의 코일(3A-1)과 코일(3D-1)의 2직렬로 전환한다(스텝 S22).

［3상 모두의 권선을 2직렬로 전환하는 스텝 : 예 5］

전환 지령을 입력한 후에(스텝 S1), 예를 들면 도 25에 나타내는 t2의 타이밍에 U상의 전류가 0으로 된 경우에는(스텝 S2 : YES), 스위치(8A-1)와 스위치(8A-2), 및 스위치(8D-2)와 스위치(8D-1)를 오프 상태로 함과 아울러, 스위치(Sc1)를 온 상태로 하고, U상의 권선을 집중권 구동으로부터 공통 권선의 코일(3A-1)과 코일(3D-1)의 2직렬로 전환한다(스텝 S23).

다음에, W상의 전류가 0인지 어떤지(스텝 S24), V상의 전류가 0인지 어떤지를 판단하고(스텝 S28), W상의 전류가 0으로 된 경우에는(스텝 S24 : YES), 스위치(8B-1)와 스위치(8B-2), 및 스위치(8E-2)와 스위치(8E-1)를 오프 상태로 함과 아울러, 스위치(Sc2)를 온 상태로 하고, W상의 권선을 집중권 구동으로부터 공통 권선의 코일(3B-1)과 코일(3E-1)의 2직렬로 전환한다(스텝 S25).

그리고, V상의 전류가 0인지 어떤지를 판단하고(스텝 S26), V상의 전류가 0으로 된 경우에는(스텝 S26 : YES), 스위치(8C-1)와 스위치(8C-2), 및 스위치(8F-2)와 스위치(8F-1)를 오프 상태로 함과 아울러, 스위치(Sc3)를 온 상태로 하고, V상의 권선을 집중권 구동으로부터 공통 권선의 코일(3C-1)과 코일(3F-1)의 2직렬로 전환한다(스텝 S27).

［3상 모두의 권선을 2직렬로 전환하는 스텝 : 예 6］

U상의 권선을 집중권 구동으로부터 공통 권선의 2직렬 구동으로 전환한 후에(스텝 S23), V상의 전류가 0으로 된 경우에는(스텝 S28 : YES), 스위치(8C-1)와 스위치(8C-2), 및 스위치(8F-2)와 스위치(8F-1)를 오프 상태로 함과 아울러, 스위치(Sc3)를 온 상태로 하고, V상의 권선을 집중권 구동으로부터 공통 권선의 코일(3C-1)과 코일(3F-1)의 2직렬로 전환한다(스텝 S29).

그리고, W상의 전류가 0인지 어떤지를 판단하고(스텝 S30), W상의 전류가 0으로 된 경우에는(스텝 S30 : YES), 스위치(8B-1)와 스위치(8B-2), 및 스위치(8E-2)와 스위치(8E-1)를 오프 상태로 함과 아울러, 스위치(Sc2)를 온 상태로 하고, W상의 권선을 집중권 구동으로부터 공통 권선의 코일(3B-1)과 코일(3E-1)의 2직렬로 전환한다(스텝 S31).

［3상 모두의 권선을 분포권 구동으로 전환하는 스텝 : 예 1］

이상으로 설명한 어느 하나의 예와 같이, 3상 모두의 권선을 공통 권선의 2직렬로 전환한 후는, U상의 전류가 0인지 어떤지(스텝 S40), 또는 V상의 전류가 0인지 어떤지(스텝 S41), 혹은 W상의 전류가 0인지 어떤지를 판단한다(스텝 S42).

도 25에 나타내는 타이밍 t3과 같이 W상의 전류가 0으로 되었다고 판단하면(스텝 S42 : YES), 스위치(Sc2)를 오프 상태로 하여 공통 권선의 코일(3B-1)과 코일(3E-1)의 2직렬을 분리한다. 그리고, 스위치(8BC-1)와 스위치(8CD-2), 및 스위치(8FA-2)(도 25에는 도시하지 않음)와 스위치(8EF-1)를 온 상태로 하여 W상을 분포권 구동으로 한다(스텝 S43).

이 상태의 각 상의 권선의 접속 상태는 도 31에 나타내듯이 되어 있고, 전류는 도 31에 화살표로 나타내듯이 흐르고 있다.

다음에, U상의 전류가 0인지 어떤지(스텝 S48), 또는 V상의 전류가 0인지 어떤지를 판단하고(스텝 S44), 도 25에 나타내는 타이밍 t4와 같이 V상의 전류가 0으로 된 경우에는(스텝 S44 : YES), 스위치(Sc3)를 오프 상태로 하여 공통 권선의 코일(3C-1)과 코일(3F-1)의 2직렬을 분리한다. 그리고, 스위치(8CD-1)와 스위치(8DE-2), 및 스위치(8AB-2)와 스위치(8FA-1)(도 25에는 도시하지 않음)를 온 상태로 하여 V상을 분포권 구동으로 한다(스텝 S45).

이 상태의 각 상의 권선의 접속 상태는 도 32에 나타내듯이 되어 있고, 전류는 도 32에 화살표로 나타내듯이 흐르고 있다.

다음에, U상의 전류가 0인지 어떤지를 판단하고(스텝 S46), 도 25에 나타내는 타이밍 t5와 같이 U상의 전류가 0으로 된 경우에는(스텝 S46 : YES), 스위치(Sc1)를 오프 상태로 하여 공통 권선의 코일(3A-1)과 코일(3D-1)의 2직렬을 분리한다. 그리고, 스위치(8AB-1)와 스위치(8BC-2), 및 스위치(8EF-2)와 스위치(8DE-1)를 온 상태로 하여 U상을 분포권 구동으로 한다(스텝 S47).

이상과 같이 각 상의 전류가 0일 때에 2직렬로부터 분포권으로의 전환을 행하고 있다. 이 상태의 각 상의 권선의 접속 상태는 도 33에 나타내듯이 되어 있고, 전류는 도 33에 화살표로 나타내듯이 흐르고 있다.

이상과 같이 본 실시 형태에 의하면, 각 상의 전류가 0으로 된 타이밍에서 각 상의 권선을 집중권으로부터 공통 권선의 2직렬로 전환하도록 하였으므로, 각 상의 전류의 0으로 되는 기간으로부터 다음에의 0으로 되는 기간까지의 기간에, 공통 권선에는 그 이전의 3배의 전류가 흐르게 되고, 각 상의 합계의 전류로서는, 공통 권선의 접속전과 변함없는 전류가 흐르므로 토크 리플을 발생시키는 일이 없다.

또, 본 실시 형태에서는, 이상과 같이 각 상의 전류가 0일 때에 2직렬로부터 분포권으로의 전환을 행하고 있으므로, 전환시에 전압 스파이크가 발생하지 않고 손실이 없이 권선의 전환이 가능하다.

［3상 모두의 권선을 분포권 구동으로 전환하는 스텝 : 예 2］

W상의 권선을 2직렬로부터 분포권 구동으로 전환한 후에(스텝 S43), U상의 전류가 0으로 된 경우에는(스텝 S48 : YES), 스위치(Sc1)를 오프 상태로 하여 공통 권선의 코일(3A-1)과 코일(3D-1)의 2직렬을 분리한다. 그리고, 스위치(8AB-1)와 스위치(8BC-2), 및 스위치(8EF-2)와 스위치(8DE-1)를 온 상태로 하여 U상을 분포권 구동으로 한다(스텝 S49).

다음에, V상의 전류가 0으로 되었는지 어떤지를 판단하고(스텝 S50), V상의 전류가 0으로 된 경우에는(스텝 S50 : YES), 스위치(Sc3)를 오프 상태로 하여 공통 권선의 코일(3C-1)과 코일(3F-1)의 2직렬을 분리한다. 그리고, 스위치(8CD-1)와 스위치(8DE-2), 및 스위치(8AB-2)와 스위치(8FA-1)(도 25에는 도시하지 않음)를 온 상태로 하여 V상을 분포권 구동으로 한다(스텝 S51).

이상과 같이 각 상의 전류가 0일 때에 2직렬로부터 분포권으로의 전환을 행하고 있다.

［3상 모두의 권선을 분포권 구동으로 전환하는 스텝 : 예 3］

3상 모두의 권선을 2직렬로 전환한 후에, 도 25에 나타내는 t4의 타이밍과 같이 V상의 전류가 0으로 된 경우에는(스텝 S41 : YES), 스위치(Sc3)를 오프 상태로 하여 공통 권선의 코일(3C-1)과 코일(3F-1)의 2직렬을 분리한다. 그리고, 스위치(8CD-1)와 스위치(8DE-2), 및 스위치(8AB-2)와 스위치(8FA-1)(도 25에는 도시하지 않음)를 온 상태로 하여 V상을 분포권 구동으로 한다(스텝 S52).

다음에, U상의 전류가 0인지 어떤지(스텝 S53), 또는 W상의 전류가 0인지 어떤지를 판단하고(스텝 S57), 도 25에 나타내는 타이밍 t5와 같이 U상의 전류가 0으로 된 경우에는(스텝 S53 : YES), 스위치(Sc1)를 오프 상태로 하여 공통 권선의 코일(3A-1)과 코일(3D-1)의 2직렬을 분리한다. 그리고, 스위치(8AB-1)와 스위치(8BC-2), 및 스위치(8EF-2)와 스위치(8DE-1)를 온 상태로 하여 U상을 분포권 구동으로 한다(스텝 S54).

그리고, W상의 전류가 0인지 어떤지를 판단하고(스텝 S55), W상의 전류가 0으로 된 경우에는(스텝 S55 : YES), 스위치(Sc2)를 오프 상태로 하여 공통 권선의 코일(3B-1)과 코일(3E-1)의 2직렬을 분리한다. 그리고, 스위치(8BC-1)와 스위치(8CD-2), 및 스위치(8FA-2)(도 25에는 도시하지 않음)와 스위치(8EF-1)를 온 상태로 하여 W상을 분포권 구동으로 한다(스텝 S56).

［3상 모두의 권선을 분포권 구동으로 전환하는 스텝 : 예 4］

V상의 권선을 2직렬로부터 분포권 구동으로 전환한 후에(스텝 S52), W상의 전류가 0으로 된 경우에는(스텝 S57 : YES), 스위치(Sc2)를 오프 상태로 하여 공통 권선의 코일(3B-1)과 코일(3E-1)의 2직렬을 분리한다. 그리고, 스위치(8BC-1)와 스위치(8CD-2), 및 스위치(8FA-2)(도 25에는 도시하지 않음)와 스위치(8EF-1)를 온 상태로 하여 W상을 분포권 구동으로 한다(스텝 S58).

다음에, U상의 전류가 0인지 어떤지를 판단하고(스텝 S59), U상의 전류가 0으로 된 경우에는(스텝 S59 : YES), 스위치(Sc1)를 오프 상태로 하여 공통 권선의 코일(3A-1)과 코일(3D-1)의 2직렬을 분리한다. 그리고, 스위치(8AB-1)와 스위치(8BC-2), 및 스위치(8EF-2)와 스위치(8DE-1)를 온 상태로 하여 U상을 분포권 구동으로 한다(스텝 S60).

［3상 모두의 권선을 분포권 구동으로 전환하는 스텝 : 예 5］

3상 모두의 권선을 2직렬로 전환한 후에, 도 25에 나타내는 타이밍 t5와 같이 U상의 전류가 0으로 된 경우에는(스텝 S40 : YES), 스위치(Sc1)를 오프 상태로 하여 공통 권선의 코일(3A-1)과 코일(3D-1)의 2직렬을 분리한다. 그리고, 스위치(8AB-1)와 스위치(8BC-2), 및 스위치(8EF-2)와 스위치(8DE-1)를 온 상태로 하여 U상을 분포권 구동으로 한다(스텝 S61).

다음에, V상의 전류가 0인지 어떤지(스텝 S66), 또는 W상의 전류가 0인지 어떤지를 판단하고(스텝 S62), W상의 전류가 0으로 된 경우에는(스텝 S62 : YES), 스위치(Sc2)를 오프 상태로 하여 공통 권선의 코일(3B-1)과 코일(3E-1)의 2직렬을 분리한다. 그리고, 스위치(8BC-1)와 스위치(8CD-2), 및 스위치(8FA-2(도 25에는 도시하지 않음)와 스위치(8EF-1)를 온 상태로 하여 W상을 분포권 구동으로 한다(스텝 S63).

다음에, V상의 전류가 0으로 되었는지 어떤지를 판단하고(스텝 S64), V상의 전류가 0으로 된 경우에는(스텝 S64 : YES), 스위치(Sc3)를 오프 상태로 하여 공통 권선의 코일(3C-1)과 코일(3F-1)의 2직렬을 분리한다. 그리고, 스위치(8CD-1)와 스위치(8DE-2), 및 스위치(8AB-2)와 스위치(8FA-1)(도 25에는 도시하지 않음)를 온 상태로 하여 V상을 분포권 구동으로 한다(스텝 S65).

［3상 모두의 권선을 분포권 구동으로 전환하는 스텝 : 예 6］

U상의 권선을 2직렬로부터 분포권 구동으로 전환한 후에(스텝 S61), V상의 전류가 0으로 된 경우에는(스텝 S66 : YES), 스위치(Sc3)를 오프 상태로 하여 공통 권선의 코일(3C-1)과 코일(3F-1)의 2직렬을 분리한다. 그리고, 스위치(8CD-1)와 스위치(8DE-2), 및 스위치(8AB-2)와 스위치(8FA-1)(도 25에는 도시하지 않음)를 온 상태로 하여 V상을 분포권 구동으로 한다(스텝 S67).

그리고, W상의 전류가 0인지 어떤지를 판단하고(스텝 S68), W상의 전류가 0으로 된 경우에는(스텝 S68 : YES), 스위치(Sc2)를 오프 상태로 하여 공통 권선의 코일(3B-1)과 코일(3E-1)의 2직렬을 분리한다. 그리고, 스위치(8BC-1)와 스위치(8CD-2), 및 스위치(8FA-2)(도 25에는 도시하지 않음)와 스위치(8EF-1)를 온 상태로 하여 W상을 분포권 구동으로 한다(스텝 S69).

또한, 본 실시 형태는, 120° 통전 구동시에 있어서 각 상의 권선을 집중권 구동으로부터 분포권 구동으로 전환하는 예에 대해 설명하였지만, 120° 통전 구동시 이외의 각도의 통전 구동의 경우에도 적용이 가능하다.

또, 각 코일의 접속과 분리를 행하는 스위치는 제7 실시 형태에서 설명한 것 같은 쌍방향 스위치를 이용하면 좋다.

또한, 본 실시 형태는 각 상의 권선을 집중권 구동으로부터 분포권 구동으로 전환하는 예에 대해 설명하였지만, 각 상의 권선을 분포권 구동으로부터 집중권 구동으로 전환하는 경우에는, 각 상의 전류치가 0으로 되는 것을 검지했을 때에, 상술한 순서와는 역의 순서로, 분포권 구동으로부터 2직렬로, 또한 각 상의 전류치가 0으로 되는 것을 검지했을 때에, 2직렬로부터 집중권 구동으로 바꾸도록 하면 좋다.

<산업상의 이용 가능성>

고정자 티스의 주위에 권회된 코일의 접속 상태를 회전속도에 따라 집중권과 분포권으로 자유롭게 바꿈으로써 장치를 대형화하는 일 없이, 하나의 모터로 복수의 구동 특성을 발휘하고, 출력 범위의 확대를 도모하는 용도에 적용할 수 있다.

1…모터(회전 전기자) 2…고정자 요크
3, 3a, 3b…코일(권선)
3A-1, 3A-2, 3A-3, 3B-1, 3B-2, 3B-3, 3C-1, 3C-2, 3C-3, 3D-1, 3D-2, 3D-3, 3E-1, 3E-2, 3E-3, 3F-1, 3F-2, 3F-3…코일(권선)
4…고정자 5, 6…영구자석
7…회전자 8…스위치
8A-1, 8A-2, 8B-1, 8B-2, 8C-1, 8C-2, 8D-1, 8D-2, 8E-1, 8E-2, 8F-1, 8F-2, 8AB-1, 8AB-2, 8BC-1, 8BC-2, 8CD-1, 8CD-2, 8DE-1, 8DE-2, 8EF-1, 8EF-2, 8FA-1, 8FA-2…스위치
8′, 8″…쌍방향 스위치
9…스위치 제어 장치 10…모터 제어 장치
20, 20′, 21, 21′…MOSFET 20a, 21a…기생 다이오드
A~F…고정자 티스(teeth)
Rb…전류 차단 저항 Rg…게이트(gate) 저항

Claims

고정자 요크에 장착되는 고정자 티스로서,
상기 고정자 티스의 주위에 권회된 적어도 2개의 권선과,
상기 2개의 권선 중의 일방의 권선의 단부, 및 타방의 권선의 단부에 접속된 적어도 하나의 스위치를 구비하고,
상기 스위치는, 다른 고정자 티스의 주위에 권회되는 다른 권선과의 사이에서 접속 및 분리 가능한 것을 특징으로 하는 고정자 티스.
제1항에 있어서,
상기 일방의 권선의 단부에는, 상기 다른 고정자 티스의 주위에 권회되는 다른 권선과의 사이에서 접속 및 분리 가능한 스위치가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 고정자 티스.
고정자 요크와, 상기 고정자 요크와 일체로 형성되거나, 또는 상기 고정자 요크에 장착되는 고정자 티스를 구비한 고정자로서,
상기 고정자 티스의 주위에 권회된 적어도 2개의 권선과,
상기 2개의 권선 중의 일방의 권선의 단부, 및 타방의 권선의 단부에 접속된 적어도 하나의 스위치를 구비하고,
상기 스위치는, 다른 고정자 티스의 주위에 권회되는 다른 권선과의 사이에서 접속 및 분리 가능한 것을 특징으로 하는 고정자.
제3항에 있어서,
상기 일방의 권선의 단부에는, 상기 다른 고정자 티스의 주위에 권회되는 다른 권선과의 사이에서 접속 및 분리 가능한 스위치가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 고정자.
영구자석을 가지는 회전자와,
고정자 요크와 일체로 형성되거나, 또는 상기 고정자 요크에 장착되는 고정자 티스로서, 상기 영구자석의 1극쌍에 대해서 적어도 3개 이상 설치된 고정자 티스와,
상기 고정자 티스의 각각의 주위에 적어도 2개씩 권회된 권선과,
상기 각 2개의 권선 중의 일방의 권선의 단부, 및 타방의 권선의 단부에 접속되고, 상기 고정자 티스의 각각에 적어도 1개 설치된 스위치를 구비하고,
상기 스위치는, 상기 적어도 3개 이상 설치된 고정자 티스 중 자신이 설치된 고정자 티스 이외의 다른 고정자 티스의 주위에 권회된 다른 권선의 단부에도 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 전기자.
제5항에 있어서,
상기 일방의 권선의 단부에는, 상기 다른 고정자 티스의 주위에 권회된 다른 권선과의 사이에서 접속 및 분리 가능한 스위치가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 전기자.
제5항에 있어서,
상기 스위치는, 상기 적어도 2개의 권선을 병렬접속 또는 직렬접속하도록 서로의 권선의 단부에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 전기자.
제6항에 있어서,
상기 스위치는, 상기 적어도 2개의 권선을 병렬접속 또는 직렬접속하도록 서로의 권선의 단부에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 전기자.
영구자석을 가지는 회전자와,
고정자 요크와 일체로 형성되거나, 또는 상기 고정자 요크에 장착되는 고정자 티스로서, 상기 영구자석의 1극쌍에 대해서 적어도 3개 이상 설치된 고정자 티스와,
상기 고정자 티스의 각각의 주위에 적어도 2개씩 권회된 권선과,
상기 각 2개의 권선 중의 일방의 권선의 단부, 및 타방의 권선의 단부에 접속되고, 상기 고정자 티스의 각각에 적어도 1개 설치된 스위치를 구비하고,
상기 스위치는, 상기 적어도 3개 이상 설치된 고정자 티스 중 자신이 설치된 고정자 티스 이외의 다른 고정자 티스의 주위에 권회된 다른 권선의 단부에도 접속되어 있는 회전 전기자의 제어 방법으로서,
상기 회전 전기자에 필요한 회전속도가 소정의 기준 속도보다 낮은 경우에는, 상기 스위치를 상기 각 2개의 권선 중의 일방의 권선의 단부와 타방의 권선의 단부가 접속되도록 전환하고,
상기 회전 전기자에 필요한 회전속도가 소정의 기준 속도보다 높은 경우에는, 상기 스위치를 상기 각 2개의 권선 중의 일방의 권선의 단부와 상기 다른 고정자 티스의 주위에 권회된 다른 권선의 단부가 접속되도록 전환하는 것을 특징으로 하는 회전 전기자의 제어 방법.
제9항에 있어서,
상기 스위치는, 상기 적어도 2개의 권선을 병렬접속 또는 직렬접속하도록 서로의 권선의 단부에 접속되어 있고,
상기 회전 전기자에 필요한 회전속도가 소정의 기준 속도보다 낮은 경우에는, 상기 스위치를 상기 각 2개의 권선이 직렬접속으로 되도록 전환하는 것을 특징으로 하는 회전 전기자의 제어 방법.
영구자석을 가지는 회전자와,
고정자 요크와 일체로 형성되거나, 또는 상기 고정자 요크에 장착되는 고정자 티스로서, 상기 영구자석의 1극쌍에 대해서 적어도 3개 이상 설치된 고정자 티스와,
상기 고정자 티스의 각각의 주위에 적어도 2개씩 권회된 권선과,
상기 각 2개의 권선 중의 일방의 권선의 단부, 및 타방의 권선의 단부에 접속되고, 상기 고정자 티스의 각각에 적어도 1개 설치된 스위치를 구비하고,
상기 스위치는, 상기 적어도 3개 이상 설치된 고정자 티스 중 자신이 설치된 고정자 티스 이외의 다른 고정자 티스의 주위에 권회된 다른 권선의 단부에도 접속되어 있는 회전 전기자의 제어 방법으로서,
상기 회전 전기자에 필요한 토크가 소정의 기준 토크보다 높은 경우에는, 상기 스위치를 상기 각 2개의 권선 중의 일방의 권선의 단부와 타방의 권선의 단부가 접속되도록 전환하고,
상기 회전 전기자에 필요한 토크가 소정의 기준 토크보다 낮은 경우에는, 상기 스위치를 상기 각 2개의 권선 중의 일방의 권선의 단부와 상기 다른 고정자 티스의 주위에 권회된 다른 권선의 단부가 접속되도록 전환하는 것을 특징으로 하는 회전 전기자의 제어 방법.
제11항에 있어서,
상기 스위치는, 상기 각 2개의 권선을 병렬접속 또는 직렬접속하도록 서로의 권선의 단부에 접속되어 있고,
상기 회전 전기자에 필요한 토크가 소정의 기준 토크보다 높은 경우에는, 상기 스위치를 상기 각 2개의 권선이 직렬접속으로 되도록 전환하는 것을 특징으로 하는 회전 전기자의 제어 방법.
영구자석을 가지는 회전자와,
고정자 요크와 일체로 형성되거나, 또는 상기 고정자 요크에 장착되는 고정자 티스로서, 상기 영구자석의 1극쌍에 대해서 적어도 3개 이상 설치된 고정자 티스와,
상기 고정자 티스의 각각의 주위에 적어도 2개씩 권회된 권선과,
상기 각 2개의 권선 중의 일방의 권선의 단부, 및 타방의 권선의 단부에 접속되고, 상기 고정자 티스의 각각에 적어도 1개 설치된 스위치를 구비하고,
상기 스위치는, 상기 적어도 3개 이상 설치된 고정자 티스 중 자신이 설치된 고정자 티스 이외의 다른 고정자 티스의 주위에 권회된 다른 권선의 단부에도 접속되어 있는 회전 전기자의 제어 방법으로서,
각 상에 있어서 정의 전압을 인가해야 할 권선간의 접속을 소정의 비율로 단속적으로 전환하는 경우에는, 부의 전압을 인가해야 할 권선간의 접속을 상시 접속으로 하고, 각 상에 있어서 부의 전압을 인가해야 할 권선간의 접속을 소정의 비율로 단속적으로 전환하는 경우에는, 정의 전압을 인가해야 할 권선간의 접속을 상시 접속으로 하여 권선에 인가하는 전압을 직류 전압으로부터 교류 전압으로 하는 것을 특징으로 하는 회전 전기자의 제어 방법.
영구자석을 가지는 회전자와,
고정자 요크와 일체로 형성되거나, 또는 상기 고정자 요크에 장착되는 고정자 티스로서, 상기 영구자석의 1극쌍에 대해서 적어도 3개 이상 설치된 고정자 티스와,
상기 고정자 티스의 각각의 주위에 적어도 2개씩 권회된 권선과,
상기 각 2개의 권선 중의 일방의 권선의 단부, 및 타방의 권선의 단부에 접속되고, 상기 고정자 티스의 각각에 적어도 1개 설치된 스위치를 구비하고,
상기 스위치는, 상기 적어도 3개 이상 설치된 고정자 티스 중 자신이 설치된 고정자 티스 이외의 다른 고정자 티스의 주위에 권회된 다른 권선의 단부에도 접속되어 있는 회전 전기자의 제어 방법으로서,
각 상에 있어서의 권선의 접속 상태를, 상기 각 2개의 권선 중의 일방의 권선의 단부와 타방의 권선의 단부가 접속되는 집중권 상태, 또는 상기 각 2개의 권선 중의 일방의 권선의 단부와 상기 다른 고정자 티스의 주위에 권회된 다른 권선의 단부가 접속되는 분포권 상태의 2개 상태로, 전압 목표치에 따라 시간적으로 세세하게 전환하도록 상기 스위치를 전환하여 유기 전압을 정현파로 하는 것을 특징으로 하는 회전 전기자의 제어 방법.
영구자석을 가지는 회전자와,
고정자 요크와 일체로 형성되거나, 또는 상기 고정자 요크에 장착되는 고정자 티스로서, 상기 영구자석의 1극쌍에 대해서 적어도 3개 이상 설치된 고정자 티스와,
상기 고정자 티스의 각각의 주위에 적어도 2개씩 권회된 권선과,
상기 각 2개의 권선 중의 일방의 권선의 단부, 및 타방의 권선의 단부에 접속되고, 상기 고정자 티스의 각각에 적어도 1개 설치된 스위치를 구비하고,
상기 스위치는, 상기 적어도 3개 이상 설치된 고정자 티스 중 자신이 설치된 고정자 티스 이외의 다른 고정자 티스의 주위에 권회된 다른 권선의 단부에도 접속되어 있는 회전 전기자의 제어 방법으로서,
상기 스위치를 상기 각 2개의 권선 중의 일방의 권선의 단부와 상기 다른 고정자 티스의 주위에 권회된 다른 권선의 단부가 접속되도록 전환하는 경우에는, 각 고정자 티스에 있어서 다른 권선과 접속되도록 상기 스위치를 전환함과 아울러, 각 상에 포함되는 각 권선의 수가 동일하게 되도록 상기 스위치를 전환하는 것을 특징으로 하는 회전 전기자의 제어 방법.
제5항에 있어서,
상기 고정자 티스는, 상기 영구자석의 1극쌍에 대해서 적어도 6개 이상 설치되어 있고,
상기 권선은, 상기 고정자 티스의 각각의 주위에 적어도 3개씩 권회되어 있고,
상기 스위치는, 상기 적어도 3개씩 권회된 권선을 직렬로 접속하거나, 또는 분리하는 스위치와, 하나의 고정자 티스에 권회된 하나의 권선과, 상기 적어도 6개 이상 설치된 고정자 티스 중 자신이 설치된 고정자 티스 이외의 다른 고정자 티스에 권회된 하나의 권선을 접속하고, 또는 분리하는 스위치를 구비하고,
각 고정자 티스에 권회된 권선 중, 전류 공급단에 접속되는 단부의 권선과는 반대측의 단부의 권선은, 쌍으로 되는 고정자 티스에 있어서의 전류 공급단에 접속되는 단부의 권선과는 반대측의 단부의 권선과 접속되어 있고,
각 고정자 티스의 전류 공급단과 접속되는 단부의 권선과, 쌍으로 되는 고정자 티스에 있어서의 전류 공급단에 접속되는 단부의 권선을 접속하고, 또는 분리하는 스위치를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 회전 전기자.
영구자석을 가지는 회전자와,
고정자 요크와 일체로 형성되거나, 또는 상기 고정자 요크에 장착되는 고정자 티스로서, 상기 영구자석의 1극쌍에 대해서 적어도 6개 이상 설치된 고정자 티스와,
상기 고정자 티스의 각각의 주위에 적어도 3개씩 권회된 권선과,
상기 적어도 3개씩 권회된 권선을 직렬로 접속하고, 또는 분리하는 제1의 스위치와,
하나의 고정자 티스에 권회된 하나의 권선과, 상기 적어도 6개 이상 설치된 고정자 티스 중 자신이 설치된 고정자 티스 이외의 다른 고정자 티스에 권회된 하나의 권선을 접속하고, 또는 분리하는 제2의 스위치를 구비하고,
각 고정자 티스에 권회된 권선 중, 전류 공급단에 접속되는 단부의 권선과는 반대측의 단부의 권선은, 쌍으로 되는 고정자 티스에 있어서의 전류 공급단에 접속되는 단부의 권선과는 반대측의 단부의 권선과 접속되어 있고,
각 고정자 티스의 전류 공급단과 접속되는 단부의 권선과, 쌍으로 되는 고정자 티스에 있어서의 전류 공급단에 접속되는 단부의 권선을 접속하고, 또는 분리하는 제3의 스위치를 구비하고 있는 회전 전기자에, 3상 교류 전류를 공급하는 회전 전기자의 제어 방법으로서,
상기 회전 전기자에 필요한 회전속도가 소정의 기준 속도보다 낮은 경우에는, 상기 제1의 스위치를 상기 적어도 3개씩 권회된 권선을 직렬로 접속하도록 전환하는 제1의 접속 태양과,
상기 회전 전기자에 필요한 회전속도가 소정의 기준 속도보다 높은 경우에는, 상기 제1의 스위치를 분리하고, 상기 제2의 스위치를 하나의 고정자 티스의 권선과, 상기 다른 고정자 티스를 접속하도록 전환하는 제2의 접속 태양을 구비하고,
상기 제1의 접속 태양으로부터 상기 제2의 접속 태양으로의 전환은, 어느 상의 교류 전류치가 0으로 된 것을 검지했을 때에, 상기 제3의 스위치에 의해, 그 상의 교류 전류가 공급되는 고정자 티스에 있어서의 전류 공급단과 접속되는 단부의 권선과, 쌍으로 되는 고정자 티스에 있어서의 전류 공급단에 접속되는 단부의 권선을 접속하는 1단계와,
상기 제1의 스위치에 의해, 그 상의 교류 전류가 공급되는 고정자 티스의 상기 적어도 3개씩 권회된 권선을 각각 분리하는 2단계와,
상기 어느 상의 교류 전류치가 다음에 0으로 된 것을 검지했을 때에, 상기 제2의 스위치에 의해, 그 상의 고정자 티스에 권회된 하나의 권선과, 그 상에 있어서 상기 다른 고정자 티스에 권회된 하나의 권선을 접속하고, 또한 다른 복수의 고정자 티스에 대해서도, 각 고정자 티스에 권회된 하나의 권선과, 그 상에 있어서 상기 다른 고정자 티스에 권회된 하나의 권선을 접속하는 3단계와,
상기 제3의 스위치에 의해, 그 상의 교류 전류가 공급되는 고정자 티스에 있어서의 전류 공급단과 접속되는 단부의 권선과, 쌍으로 되는 고정자 티스에 있어서의 전류 공급단에 접속되는 단부의 권선을 분리하는 4단계를 포함하고,
상기 제2의 접속 태양으로부터 상기 제1의 접속 태양으로의 전환은, 어느 상의 교류 전류치가 0으로 된 것을 검지했을 때에, 상기의 1단계 내지 4단계의 순서와는 역의 순서에 의해 각 권선의 접속과 분리를 행하는 것을 특징으로 하는 회전 전기자의 제어 방법.
영구자석을 가지는 회전자와,
고정자 요크와 일체로 형성되거나, 또는 상기 고정자 요크에 장착되는 고정자 티스로서, 상기 영구자석의 1극쌍에 대해서 적어도 6개 이상 설치된 고정자 티스와,
상기 고정자 티스의 각각의 주위에 적어도 3개씩 권회된 권선과,
상기 적어도 3개씩 권회된 권선을 직렬로 접속하고, 또는 분리하는 제1의 스위치와,
하나의 고정자 티스에 권회된 하나의 권선과, 상기 적어도 6개 이상 설치된 고정자 티스 중 자신이 설치된 고정자 티스 이외의 다른 고정자 티스에 권회된 하나의 권선을 접속하고, 또는 분리하는 제2의 스위치를 구비하고,
각 고정자 티스에 권회된 권선 중, 전류 공급단에 접속되는 단부의 권선과는 반대측의 단부의 권선은, 쌍으로 되는 고정자 티스에 있어서의 전류 공급단에 접속되는 단부의 권선과는 반대측의 단부의 권선과 접속되어 있고,
각 고정자 티스의 전류 공급단과 접속되는 단부의 권선과, 쌍으로 되는 고정자 티스에 있어서의 전류 공급단에 접속되는 단부의 권선을 접속하고, 또는 분리하는 제3의 스위치를 구비하고 있는 회전 전기자에, 3상 교류 전류를 공급하는 회전 전기자의 제어 방법으로서,
상기 회전 전기자에 필요한 토크가 소정의 기준 토크보다 높은 경우에는, 상기 제1의 스위치를 상기 적어도 3개씩 권회된 권선을 직렬로 접속하도록 전환하는 제1의 접속 태양과,
상기 회전 전기자에 필요한 토크가 소정의 기준 토크보다 낮은 경우에는, 상기 제1의 스위치를 분리하고, 상기 제2의 스위치를 하나의 고정자 티스의 권선과, 상기 다른 고정자 티스를 접속하도록 전환하는 제2의 접속 태양을 구비하고,
상기 제1의 접속 태양으로부터 상기 제2의 접속 태양으로의 전환은, 어느 상의 교류 전류치가 0으로 된 것을 검지했을 때에, 상기 제3의 스위치에 의해, 그 상의 교류 전류가 공급되는 고정자 티스에 있어서의 전류 공급단과 접속되는 단부의 권선과, 쌍으로 되는 고정자 티스에 있어서의 전류 공급단에 접속되는 단부의 권선을 접속하는 1단계와,
상기 제1의 스위치에 의해, 그 상의 교류 전류가 공급되는 고정자 티스의 상기 적어도 3개씩 권회된 권선을 각각 분리하는 2단계와,
상기 어느 상의 교류 전류치가 다음에 0으로 된 것을 검지했을 때에, 상기 제2의 스위치에 의해, 그 상의 고정자 티스에 권회된 하나의 권선과, 그 상에 있어서 상기 다른 고정자 티스에 권회된 하나의 권선을 접속하고, 또한 다른 복수의 고정자 티스에 대해서도, 각 고정자 티스에 권회된 하나의 권선과, 그 상에 있어서 상기 다른 고정자 티스에 권회된 하나의 권선을 접속하는 3단계와,
상기 제3의 스위치에 의해, 그 상의 교류 전류가 공급되는 고정자 티스에 있어서의 전류 공급단과 접속되는 단부의 권선과, 쌍으로 되는 고정자 티스에 있어서의 전류 공급단에 접속되는 단부의 권선을 분리하는 4단계를 포함하고,
상기 제2의 접속 태양으로부터 상기 제1의 접속 태양으로의 전환은, 어느 상의 교류 전류치가 0으로 된 것을 검지했을 때에, 상기의 1단계 내지 4단계의 순서와는 역의 순서에 의해 각 권선의 접속과 분리를 행하는 것을 특징으로 하는 회전 전기자의 제어 방법.
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