WO2017122814A1 - 相互結合複合型モータ、相互結合複合型発電機および相互結合複合型リニアモータ - Google Patents

相互結合複合型モータ、相互結合複合型発電機および相互結合複合型リニアモータ Download PDF

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粛 梅森
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株式会社Ｃｃｕリニアモータ研究所
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Definitions

  • the present invention is a combination of a double ring-shaped tooth gap core having magnetic pole faces on both side surfaces, a coil wound in an overlapping manner so as to be coupled to each other, and a suction pole having opposing surfaces on both ends.
  • the present invention relates to an innovative suction motor that achieves an improvement of about one digit.
  • the prior art has the following problems. i) A gearless low-speed large torque motor can be realized. For this purpose, it is necessary to improve the torque and weight ratio of the motor by about an order of magnitude as compared with the prior art. ii) Electrical energy and rotational energy must be highly efficient and reversible. As a result, the braking energy can be reused. iii) Resource free. Do not use neodymium magnets or copper coils. This and the structure that can be mass-produced are necessary.
  • the present invention has been made to solve these problems.
  • the present invention provides an innovative motor constructed by introducing a plurality of new concepts based on a suction-type motor rather than an improvement of the conventional motor. That is, the motor of the present invention
  • a double-ring-shaped tooth core with a rectangular cross-section with a toothed core that passes through both sides and is finished on both sides and grooves for storing coils wound on both sides are arranged alternately in the circumferential direction.
  • a single phase commutation A phase coil and B phase coil are alternately housed at one magnetic pole length interval, and the same phase is connected in series, and the second multi phase coil has the same arrangement as the first multi phase coil. The entire length is shifted by dividing the length of one magnetic pole by the number of heavy phases.
  • a stator in which the direction of magnetomotive force of the coil is unified in the same ring-shaped tooth space core, and in the other ring-shaped tooth space iron core is unified in the opposite direction to the former and housed in the groove and mechanically held, Attracting poles with opposing faces with a width of 1 pole length at both ends, and circulating magnetic paths that connect large and small ring-shaped tooth gap cores facing each other on both sides at the same angular position via a gap
  • a rotor in which a composite structure having a gap surface is provided at two magnetic pole length intervals in the circumferential direction of the ring-shaped tooth gap core, and the entire attraction pole is mechanically held so that the periphery of the stator can be rotated;
  • a two-quadrant limited current control circuit that controls the DC current of a set value with respect to the load electromotive force that changes in magnitude in the positive and negative two-quadrant region with an
  • the motor of the present invention Based on the A and B phase coils of the commutation partner, multiplexing is performed so that the ampere turns of the coils are divided, and the phase angle is shifted by ( ⁇ / number of multiphases) to overlap each other so that they overlap each other.
  • a stator composed of a plurality of ring-shaped toothed iron cores of double-sided magnetic poles or single-sided magnetic poles with the direction of the magnetomotive force unified so that the magnetic flux circulates in one direction
  • a plurality of air gap surfaces are formed by constructing a magnetic path that circulates the attraction pole having an opposing surface with a width of one magnetic pole length on both ends or both sides of the ring-shaped tooth gap core through the air gap and orthogonal to the rotation direction.
  • the constant current from the two-quadrant limited current control circuit is sequentially supplied to each heavy phase coil with a phase difference of ( ⁇ / number of heavy phases) while switching between A phase and B phase, and the magnetomotive force of each heavy phase coil is concentrated.
  • Mutually utilizing the suction force in the rotational direction generated at the suction pole by placing the tip or rear end of the suction pole at the position, the suction force in the reverse direction of the rotation direction, or the power recovered by the above-mentioned two-quadrant limited current control circuit This is a combined hybrid motor.
  • the motor of the present invention can also be applied as a mutual coupling composite type linear motor in which the stator is linear.
  • the generator of the present invention is Based on the A and B phase coils of the commutation partner, multiplexing is performed so that the ampere turns of the coils are divided, and the phase angle is shifted by ( ⁇ / number of multiphases) to overlap each other so that they overlap each other.
  • a stator composed of a plurality of ring-shaped toothed iron cores of double-sided magnetic poles or single-sided magnetic poles with the direction of the magnetomotive force unified so that the magnetic flux circulates in one direction
  • a plurality of air gap surfaces are formed by constructing a magnetic path that circulates the attraction pole having an opposing surface with a width of one magnetic pole length on both ends or both sides of the ring-shaped tooth gap core through the air gap and orthogonal to the rotation direction.
  • the constant current from the two-quadrant limited current control circuit is sequentially supplied to each heavy phase coil with a phase difference of ( ⁇ / number of heavy phases) while switching between A phase and B phase, and the magnetomotive force of each heavy phase coil is concentrated.
  • the present invention has achieved further innovations in increasing torque and reducing weight.
  • the main points of the effect are shown below in addition to the premise that rare earth magnets are not used.
  • (A) The value of magnetic energy transfer accompanying the switching of the flip-flop switch (hereinafter abbreviated as FF switch) 20 is reduced to about several tenths due to the double effect of dividing the coil and distributing to each phase by mutual coupling. In addition, the overvoltage associated with switching can be greatly reduced.
  • C The coil structure coupled to each other can greatly increase the effective attractive force due to competition of the mutual coupling inductance.
  • (D) The counter magnetic pole area was increased by the combination of a ring-shaped tooth core having magnetic poles on both sides and a suction pole having magnetic poles on both ends or both sides, with the minimum iron core.
  • (C) The effects of (D) can be achieved by adding up the (torque) / (weight) ratio by roughly one digit.
  • Sectional drawing of the gearless in-wheel motor which concerns on FIG. [A] is a cross-sectional view along B-B ′
  • [B] is a cross-sectional view along A-A ′.
  • the tooth iron core of the gearless in-wheel motor which concerns on FIG. [A] is a groove structure with an iron core support
  • [B] is a groove structure with a mold structure.
  • the coil structure of the gearless in-wheel motor which concerns on FIG. [A] is the coil structure
  • [B] is the circulation of the magnetic flux.
  • [A] is a connection between the FF switch and the coil according to FIG. 1, and [B] is a coil current waveform of the gearless in-wheel motor according to FIG. Basic configuration for operation description (1).
  • [A] is the basic circuit
  • [B] is the current waveform. Commutation operation. Differentiation between the motor of the present invention and the prior art. 2nd Embodiment of this invention.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional structure of an in-wheel motor system in which an in-wheel motor according to this embodiment is installed in a tire wheel.
  • 1 is a stator
  • 2 is a rotor
  • 3 is an air cooling duct
  • 4 is a lightweight reinforcing member
  • 5 is a support shaft
  • 6 is a gap
  • 7 is an angular position detector
  • 8 is a conical bearing
  • 9 is a wheel.
  • Reference numeral 10 denotes a brake disk
  • 11 denotes a brake shoe
  • 12 denotes a mounting plate
  • 13 denotes a tire.
  • the stator 1 is formed in a disk shape by winding a coil around a large and small ring-shaped tooth gap core, which will be described later, and reinforcing each other and the outer surface with a lightweight member 4, and is firmly attached to the support shaft 5. Yes.
  • the wheel 9 is configured to be able to rotate around the support shaft 5 while the axial movement is suppressed by the conical bearing 8.
  • the rotor 2 is formed in a ring shape with a U-shaped cross section so as to wrap the outer peripheral portion of the stator 1 through a gap 6 and is fixed to a wheel 9. That is, the stator 1 is fixed to the support shaft 5, and the rotor 2 is supported by the wheel 9 so that it can rotate around the stator 1 while maintaining the gap 6.
  • the angular position information of the wheel 9 can be detected by the angular position detector 7.
  • the brake disc 10 is attached to the wheel 9 and rotates together with the wheel 9.
  • the brake shoe 11 is for applying a braking action to the brake disc 10 and is fixed to the support shaft 5 by a mounting plate 12. Thus, when the brake shoe 11 is operated, a braking force is applied to the tire 13 attached to the wheel 9.
  • FIG. 2 is a sectional view of the gearless in-wheel motor according to FIG. 2A is a cross-sectional view along B-B ′, and FIG. 2B is a cross-sectional view along A-A ′.
  • 14 is a large ring-shaped tooth core
  • 14 ′ is a small ring-shaped tooth core
  • 14-1 to 14-K 14-1 ′ to 14-K ′ (K: natural number greater than 1, and so on. )
  • Is a toothed iron core 15-1 to 15-K, 15-1 'to 15-K' are grooves
  • 16 is a coil
  • 17-1 to 17-8, 17-1 'to 17-8' are suction poles Show.
  • the stator 1 has a large ring-shaped tooth space core 14 and a small ring-shaped tooth space core 14 ', which are made of ferromagnetic steel plates having the same thickness, concentrically stacked on the same surface, and the ring-shaped tooth space core. 14 and 14 'are wound with a coil 16 to be described later and further reinforced with a nonmagnetic lightweight member 4.
  • the tooth cores 14-1 and 14-1 ′ are used for passing magnetic flux in the thickness direction of the ring-shaped tooth gap cores 14 and 14 ′, grooves 15-1 to 15-K, 15-1 ′ to 15 ⁇ K ′ is for accommodating the coil 16 wound in parallel with the side surface of the ring.
  • the large ring-shaped tooth space core 14 and the small ring-shaped tooth space core 14 ′ have opposite surfaces on the opposite sides to suction poles 17-1 to 17-8 described later. Tooth cores 14-1 to 14-K, 14-1 'to 14-K' and coils 16 housed in grooves 15-1 to 15-K and 15-1 'to 15-K' In order to maintain the shape, it is reinforced with a strong lightweight member 4.
  • the air-cooled duct 3 is made of a material having good thermal conductivity, and the outer peripheral surface of the duct 3 is in thermal contact with the inner peripheral surface of the coil 16 wound around the small ring-shaped tooth gap core 14 ′. Cooling is performed by cooling fins inside the duct 3 by flowing cooling air from the axis of the support shaft 5.
  • FIG. 3 shows coils stored in the tooth cores 14-1 to 14-K and 14-1 ′ to 14-K ′ and grooves 15-1 to 15-K and 15-1 ′ to 15-K ′ according to FIG. It is explanatory drawing relevant to 16 mechanical holding
  • FIG. 3A shows a structure in which the tooth iron cores 14-1 to 14-K and 14-1 'to 14-K' are held by the whole iron core.
  • the coils 16 in the grooves 15-1 to 15-K and 15-1 'to 15-K' may be subjected to normal varnish treatment. Each phase coil must be housed symmetrically on both sides of the grooves 15-1 to 15-K and 15-1 'to 15-K'.
  • FIG. 3 shows coils stored in the tooth cores 14-1 to 14-K and 14-1 ′ to 14-K ′ and grooves 15-1 to 15-K and 15-1 ′ to 15-K ′ according to FIG. It is explanatory drawing relevant to 16 mechanical holding
  • FIG. 3A shows
  • the necessary phase coils 16 can be accommodated as they are, but the tooth cores 14-1 to 14-K, 14-1 'to 14-K', grooves 15-1 to 15-K, 15- 1 ′ to 15-K ′, the coil 16 must be molded with a strong insulating filler.
  • FIG. 4A shows a part of the grooves 15-1 to 15-96 and 15-1 ′ to 15-96 ′ of the large ring tooth core 14 and the small ring tooth core 14 ′, respectively. is there.
  • the direction of rotation of the rotor 2 is the forward direction.
  • the coil 16-1A surrounds five tooth iron cores between the groove 15-1 and the groove 15-6 of the large ring tooth groove core 14 clockwise toward the iron core, and the grooves 15-1, 15- A predetermined number of turns so that five tooth cores between the grooves 15-1 ′ and 15-6 ′ of the small ring-shaped tooth core 14 ′ positioned at the same angle as 6 are wound counterclockwise as opposed to the above. Is wound.
  • the same thing as the above is repeated at the following eight locations at a pitch of 2 magnetic poles, that is, a pitch of 12 grooves.
  • the coil 16-1A is configured by connecting a total of eight coils in series.
  • the coil 16-1B is constructed by shifting one magnetic pole pitch, that is, six groove pitches with respect to the coil 16-1A.
  • the coil 16-1A and the coil 16-1B are spaced by an interval corresponding to one groove pitch, but a margin time for the commutation time of the coil is provided.
  • the coil 16-2A and the coil 16-2B are configured by shifting the groove pitch by one groove in the rotation direction with respect to the coils 16-1A and 16-1B.
  • the coils 16-3A and 16-3B are shifted by two grooves
  • the coils 16-4A and 16-4B are shifted by three grooves
  • the coils 16-5A, 16-5B, 5 are shifted by four grooves.
  • Coils 16-6A and 16-6B are formed by shifting the grooves.
  • the direction of the magnetomotive force of the coil 16 is unified within each of the large ring-shaped tooth core 14 and the small ring-shaped tooth core 14 ', and is opposite between the large ring-shaped tooth core and the small ring-shaped tooth core.
  • the magnetomotive force of the large ring-shaped tooth space core 14 is directed toward the iron core surface, and the direction of the magnetomotive force of the small ring-shaped tooth space core 14 'is reversed.
  • FIG. 4B a circulating magnetic flux that forms the magnetic path 19 is generated through the opposing attracting poles 17 and 17 '. Magnetic flux circulation in the same direction occurs regardless of the position of the attracting poles 17 and 17 'on the large and small ring-shaped tooth spaces 14 and 14'.
  • the rotor 2 is composed mainly of 16 suction poles 17-1 to 17-8 and 17-1 'to 17-8'. With reference to FIG. 2, the shape of the suction poles 17-1 to 17-8 and 17-1 'to 17-8' and the relative positions of the attachment will be described.
  • the attraction poles 17-1 to 17-8 and 17-1 'to 17-8' have a width of 1 magnetic pole, and both end faces the large ring tooth core 14 and the small ring tooth core 14 ', respectively. To do.
  • the materials of the attraction electrodes 17-1 to 17-8 and 17-1 'to 17-8' are ferromagnetic steel plates.
  • the suction poles 17-1 to 17-8 and the suction poles 17-1 'to 17-8' are opposed to each other through the gap 6 at the same position across the large and small ring-shaped tooth gap cores 14 and 14 '.
  • a total of eight sets are reinforced with a mold structure in a state where two sets are arranged in the circumferential direction of the rotor 2 at intervals of two magnetic poles.
  • Each of the opposing pairs of suction poles 17-1, 17-1 ′ to 17-8, 17-8 ′ receives a strong suction force between the two poles and a displacement force that approaches one side, and assembly. At this time, it is necessary to consider separating a part of the structure.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the connection between the FF switch and the coil according to FIG. 1 and the coil current waveform of the motor.
  • FIG. 5A shows a two-quadrant limited current control circuit 22, coils 16-1A to 16-6A, 16-1B to 16-6B, FF switches 20-1A to 20-6A, and 20-1B to 20-6B. It is a figure for demonstrating connection of these.
  • the two-quadrant limited current control circuit 22 outputs a set constant current I and performs the operation described later.
  • the commutation counterpart coils 16-1A and 16-1B constitute an FF switch unit connected in parallel via the FF switches 20-1A and 20-1B.
  • a constant current I is supplied from the control circuit 22.
  • the current flowing through one of the commutation counterpart coils 16-1A and 16-1B is input as a constant current I to the next FF switch unit. Repeat this 6 times in total.
  • the FF switch 20 is represented by using a normal switch symbol in FIG. 5, but actually, a semiconductor switch such as an IGBT is used, and processing such as overvoltage control using a capacitor or the like is required.
  • FIG. [B] shows current waveforms of coils 16-1A and 16-1B to coils 16-6A and 16-6B of each FF switch unit.
  • the 12-phase coil current waveform is a one-sided trapezoidal wave with a peak value of I, and the coil waveforms of the FF switch units are sequentially shifted in phase by ⁇ / 6.
  • FIGS. 6 to 9 are basic configurations (1) to (4) for explaining the operation of the gearless in-wheel motor according to FIGS.
  • the gearless in-wheel motor according to the present embodiment has a 16-pole 6-phase, 4-surface configuration, and the suction poles 17-1 to 17-8 and 17-1 'to 17-8'
  • FIGS. 6 to 9 show a two-pole / six-phase configuration as a basic configuration of the gearless in-wheel motor, simplifying the suction pole to one pole and making it straight for easy viewing. It has become.
  • the configuration of the magnetic path is not completed, and it is assumed that there is a magnetic path 19 shown in FIG.
  • FIG. 6 shows a basic configuration (1) when the tip P of the suction electrode 17 is positioned at the position of the groove 15-5.
  • B is the gap magnetic flux density [T]
  • g is the gap length [m]
  • ⁇ 0 4 ⁇ ⁇ 10 ⁇ 7 .
  • the magnetic flux change of the tooth core 14-7 due to the attraction pole movement is a magnetic flux of 4.29 ⁇ 10 ⁇ 4 [Weber] due to the combined magnetomotive force of the five coils of the coils 16-1A to 16-5A.
  • the electromotive force is 3.63 [V] in consideration of the passage time of the tooth core 14-7 at the suction pole tip P.
  • the fact that the magnetic flux of the tooth core 14-7 is generated by the sum of the five magnetomotive forces and the fact that the electromotive force is generated by the sum of the five electromotive forces is that all the five coils are mutually coupled. Is attributed.
  • the sum of magnetomotive force and electromotive force is not performed by six coils but by five coils in order to create a commutation allowance time. This is because the coil length is equivalent to five tooth cores, while the length is one.
  • the two-quadrant limited current control circuit 22 has a set value 430 [A], and 1560 [W] is automatically supplied to the positive load electromotive force 3.63 [V].
  • energy is supplied from the power source only for the passage time of the tooth core 14-7, and the supplied electric energy is 0.922 [J]. Since the tooth cores 14-8 to 14-K are repeated in the same manner, they occur virtually continuously.
  • FIG. 7 shows a basic configuration (2) for explaining the operation when the tip P of the attracting pole 17 moves from the position of the groove 15-5 in FIG. 6 to the position of the groove 15-6.
  • the tooth cores 14-3, 14-4, 14-5, and 14-6 in FIG. 7 have exactly the same magnetomotive force and gap length as the tooth cores of the same number in FIG. 6, and the gap magnetic flux density is exactly the same. is there. Only the gap in the tooth core 14-7 is different.
  • the magnetic energy of the coil is the same as the magnetic energy of the gap, and the gap magnetic energy of the tooth core increases from the state “0” in FIG. 6 to the state in FIG.
  • Air gap magnetic energy is based on the general theory of electromagnetism,
  • the energy E L 0.461 [J] corresponds to 1 ⁇ 2 of the supplied electric energy calculated above.
  • One half of the supplied electric energy is output as mechanical work energy during the stroke of the suction operation, and the remaining half is left in the coil or gap as magnetic energy.
  • the value of the suction force can be calculated by dividing the mechanical output by the moving distance, and 36.3 [N] is obtained.
  • FIG. 8 shows a basic configuration (3) for explaining the commutation operation performed after the suction operation for one tooth iron core.
  • the coil 16 When the tip P of the attraction pole reaches the position of the groove 15-6, the coil 16 is turned on by the FF switch 20-1A off and FF switch 20-1B on command according to the angular position signal from the angular position detector 7.
  • the commutation from -1A to coil 16-1B takes place.
  • the magnetic energy of the self-inductance of the coil 16-1A and the mutual relationship between the coil 16-1A, the coil 16-2A, the coil 16-3A, the coil 16-4A, and the coil 16-5A The magnetic energy possessed by the inductance is shared with the commutation circuit under the common condition of the transient phenomenon time and is recovered to the power source through each phase coil with high efficiency. That is, the amount of energy for switching the coil current is reduced to approximately one-half of the heavy phase, and this is further reduced to approximately one-half of the heavy phase in the mutual coupling circuit configuration.
  • the current flow of the coil 16 and the position of the attracting pole 17 are in a relationship in which the absolute position has advanced in the traveling direction by one tooth iron core as compared with FIG. 6, and the relative relationship between them is the same.
  • a continuous torque can be generated by advancing this sequentially.
  • FIG. 9 shows a basic configuration (4) for explaining the braking operation.
  • the braking mode can be generated by shifting the flow mode of the coil 16 with respect to the attraction pole 17 by six groove pitches, that is, by one magnetic pole length.
  • a driving force is generated in the process in which the tip P of the attracting pole 17 reaches the position of the tooth core 14-7.
  • the rear end P ′ of the attracting pole 17 is at the tooth core 14.
  • Braking force is generated in the process of passing through the -7 position.
  • FIGS. 10 and 11 are block diagrams showing the flow between the power source side electric energy, the drive braking energy, and the magnetic energy in the driving and braking operations, and the movement between them is as high as about 90%. Done with efficiency.
  • the two-quadrant limited current control circuit itself is such that a constant DC current corresponding to the set value flows in a certain direction with respect to the load electromotive force that changes in the positive and negative two-quadrant region with an AC or DC power supply as an input. It is a circuit structure comprised so that it might control. An energy flow is automatically generated depending on the situation on the load side.
  • I [A] is a set value [A] of the two-quadrant limited current control circuit.
  • the FF switch circuit connects the A phase coil and the B phase coil of the commutation counterparts of each heavy phase in parallel on the inlet side and the outlet side via the FF switch 20.
  • the FF switch unit that allows the constant current I to flow in either direction is connected in series in the number of multiple phases.
  • All the FF switch units connected in series have constant current I on the input side and output side, and the operation state is basically the same except for the timing of commutation operation. Therefore, the operation of the FF switch circuit is the same even when the operation of the FF switch alone is described.
  • FIG. 13A is an FF switch unit composed of a coil 16-1A and a coil 16-1B with reference to FIG.
  • an FF switch 20-1A is a switch for constantly flowing a current through the A-phase coil 16-1A.
  • the FF switch 20-1B is a switch for constantly flowing a current to the B-phase coil 16-1B.
  • a commutation capacitor 23 temporarily stores the magnetic energy of the coils 16-1A and 16-1B to assist the commutation operation.
  • Reference numerals 24-1, 24-2, 24-3, and 24-4 are diodes for holding the commutation capacitor 23 so as not to escape.
  • Reference numeral 25 denotes a commutation reactor for suppressing current fluctuation during a minute time.
  • FIG. 13B is a diagram for explaining the relative relationship between the coil 16 and the attraction pole 17 and the coil current waveform.
  • a commutation signal of that coil is given.
  • the tip P of the attracting pole 17 passes the tip of the coil 16-1A
  • the A phase coil off and B phase coil on signals are output.
  • the tip P of the attracting pole 17 passes the tip of the coil 16-1B
  • the B phase coil off and A phase coil on signals are output.
  • FIG. 14 is a diagram for explaining the degree of epidemic of the FF switch 20 in FIG.
  • FIGS. [A] to [D] show commutation from the A-phase coil to the B-phase coil
  • FIGS. [E] to [H] show commutation from the B-phase coil to the A-phase coil.
  • [A] indicates that the A-phase coil is constantly on
  • [B] indicates that commutation from the A-phase coil to the B-phase coil
  • [C] indicates that commutation
  • [D] indicates commutation. Indicates completion status.
  • [E] is the B-phase coil turned on
  • [F] is the commutation from the B-phase coil to the A-phase coil
  • [G] is also commutating
  • [H] is commutation complete. Indicates the state.
  • the overwave time of commutation is mainly determined by the circuit constants of the capacitance of the commutation capacitor 23 and the inductance of the coil.
  • the length of the attracting pole 17 in the rotational direction is one magnetic pole length, that is, six tooth iron cores, and the length of the coil in the rotational direction is five tooth iron cores. Can be made so as not to adversely affect.
  • the approximate values of the capacitance of the commutation capacitor and the overvoltage at the time of commutation can be calculated as follows. . That is,
  • [A] is an interconnected combined motor system according to the present embodiment
  • [B] is a DC linear motor system described in Non-Patent Documents 1 and 2
  • [C] is a switched motor described in Patent Document 1.
  • It is a block diagram of a reluctance motor system. The two-quadrant current control circuit of the first block and the FF switch circuit of the second block are common to all three. The differentiation of the above three points is the motor part of the third block.
  • the source of torque in the motor [A] is the attractive force of the coil wound around the tooth gap core, whereas the source of torque in the motor [B] is the framing force of the external magnetic field and coil current.
  • These motors have different principles of torque generation and inevitably have different development factors for improving performance.
  • the attractive force in [A] is proportional to the square of the coil current. Therefore, the development in [A] mainly consists of contradictory construction developments that make it easy to turn on and off the coil current by dividing the coil, and to integrate the [AT] of multiple coils to increase the attractive force. is there.
  • the combination of overlapping coils in the tooth space core is consistent.
  • the framing force in [B] is proportional to the first power of the current. Therefore, only the presence of the plurality of coils [AT] is sufficient. Since the coil does not need to use an iron core for providing mutual coupling, the air-core coil is FFP molded.
  • the point of the invention of [C] is that the coil [AT] is constant and the coil is divided along with the iron core, and the coil reactance is reduced so that the coil current can be easily turned on and off. is there. It was found that the intended effect was obtained, but the amount of coil conductor used was greatly increased, and the coil weight and resistance loss were proportionally generated.
  • the motor according to the present embodiment of [A] has a great effect of further improving the ease of turning on and off the coil current and increasing the torque / weight ratio by about one digit due to the new configuration of the mutual coupling and composite mechanism.
  • the mutual coupling composite motor of the present invention is an innovative suction motor having two characteristics of mutual coupling and composite structure, and thus far, the in-wheel motor for an electric vehicle has been described as the first embodiment.
  • the motor of the present invention can be innovative even in fields other than the in-wheel motor.
  • it is considered better to slightly change the motor structure of the present invention.
  • FIG. 16 shows the second embodiment of the present invention from such a viewpoint.
  • the figure shows only the upper half of the vertical cross section including the center line.
  • Reference numeral 1 denotes a stator in which a ring-shaped tooth gap iron core and a non-magnetic lightweight member 4 in which mutually coupled coils are installed are combined.
  • Reference numeral 2 denotes a rotor in which a suction pole having opposing surfaces at both ends and a nonmagnetic lightweight member are combined.
  • Reference numeral 19 denotes a circulation path of the magnetic flux, which is arranged at intervals of two magnetic poles in the circumferential direction.
  • [A-2] is an axle type suction motor having a small diameter and long in the axial direction
  • [B-1] is the first embodiment
  • [B-2] is a small and light large capacity gearless wind power generator
  • [C- 1] [C-2] is an easily removable motor structure
  • [A-1], [C-1] and [D] are general-purpose suction motor structures.
  • the [B-2] linear motor is small in size and has a propulsive force / weight ratio that is close to a two-digit increase compared to the conventional level.
  • the [B-2] linear motor is small in size and has a propulsive force / weight ratio that is close to a two-digit increase compared to the conventional level.
  • the present invention can be widely applied to various mechanisms including a motor without using a rare earth without realizing a high-efficiency motor.
  • gearless motor In-wheel motor for electric vehicles, In-wheel motor for fuel cell electric vehicles, Large capacity gearless wind generator, Gearless motor for elevator, Motors for forklift elevators, Axle type train motor,
  • linear motor Linear motor elevator for high-rise buildings, Catapult propulsion braking linear motor, Building isolation system, Electromagnetic damper mechanism,
  • An example of a general-purpose motor is an air conditioner heat pump motor.
  • Stator 2 Rotor 3: Wind cooling duct 4: Light weight reinforcing member 5: Support shaft 6: Gap 7: Angular position detector 7 ': Angle input shaft 8: Conical bearing 9: Wheel 10: Brake disk 11: Brake shoe 12: Mounting plate 13: Tire 14: Large ring tooth groove core 14 ': Small ring tooth groove cores 14-1 to 14-K, 14-1' to 14-K ': Tooth cores 15-1 to 15-K, 15-1 'to 15-K': grooves 16-1, 16-2, 16-3, ...: coils 16-1A to 16-6A: coils 16-1B to 16-6B: coils 17- 1 to 17-8, 17-1 ′ to 17-8 ′: Suction pole 18: Traveling direction arrow 19: Magnetic path 20: FF switches 20-1A to 20-6A: FF switches 20-1B to 20-6B: FF Switch 21: Iron core support 22: Two-quadrant limited current power supply 23: Commutation capacitor 24- , 24-2,24-3,24-4:

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Abstract

希土類磁石を使用しない、トルク、重量比は従来モータの大略１桁向上、電気エネルギ・回転エネルギの効率略９０％のリバーシブル変換の現代社会に適応したモータシステムを提供する。　固定子（１）は両側面に磁極面をもつ二重リング状歯溝鉄心に２相構成を基本に分割多重化してコイル同士相互結合させ上記歯溝鉄心に収納してある。回転子（２）は両端に磁極面をもつ吸引極を空隙（６）を介して上記二重リング状歯溝鉄心の相互鉄心間を両側面から挟む様にして４面空隙対向面を作り上記二重リング状歯溝鉄心の周囲に８組を配して保持して回転できる様に構成してある。コイルのスイッチングに伴う磁気エネルギは、コイル分割による低減と相互結合による分散の二重効果で数十分の１に低減できる。トルク・重量比は相互結合による起磁力の一体化によるトルク増大、吸引極の複合構造によるトルク増大、鉄心の軽量化の相乗効果で大略１桁増を達成できる。

Description

相互結合複合型モータ、相互結合複合型発電機および相互結合複合型リニアモータ
　本発明は、両側面に磁極面を持った二重リング状歯溝鉄心と、相互結合するように重複して巻いたコイルと、両端に対向面を持つ吸引極との組み合わせで、トルク、重量比略１桁向上を実現した革新的吸引モータに関するものである。
　昭和４０年代、パルス巾変調技術を用いて３相疑似正弦波の可変電圧、可変周波インバータが発明され、これと３相同期電動機、３相誘導電動機とを組み合わせて広範囲な速度制御が可能なモータシステムが完成し、それ以降、現在迄広く使われてきた。
　しかし近年、社会環境が、エネルギ価値の増大、資源価値の増大、ＣＯ２低減、大気汚染の低減に向けて大きく変わってきた。また、地球環境保護のため、化石燃料車から電気自動車、燃料電池電気自動車に短期間にとって代わるべき情勢も生まれてきた。現在あるモータは大きく変わるべき宿命を負わされてしまった。
特開２０１１－１２５１２５号公報
Ｔ．Ｕｍｅｍｏｒｉ，　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ＤＣ　Ｌｉｎｅａｒ　Ｍｏｔｏｒ，　ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ　ＰＡＳ．　－９８，　Ｎｏ．４，　Ｊｕｌｙ／Ａｕｇ，　１９７９， Ｐ１４５８ 梅森粛、リニアサイリスタモータの開発と鉄道システムへの適用について、電気学会論文誌、Ｂ、９８、昭和５３年１月、Ｐ１０
　従来技術にはつぎの課題がある。
i）ギヤレスの低速大トルクモータが実現できること。このためには、モータのトルク、重量比は従来より大略１桁性能向上する必要がある。
ii）電気エネルギと回転エネルギは、高い効率でリバーシブルであること。これによって制動エネルギの再利用が計れる。
iii）資源フリーであること。ネオジム磁石、銅コイルは使わない。これと量産可能な構造である必要がある。
　本発明は、これらの課題を解決するためになされたものである。
　本発明は、従来モータの改良ではなく、吸引力方式のモータをベースに複数の新しい構想を導入して構築した革新モータを提供する。即ち本発明のモータは、
　両側面に貫通して両側面で面仕上げされた歯鉄心と両側面に巻かれたコイルを収納するための溝とを周方向に交互に配置した矩形断面の二重リング状歯溝鉄心に第１重相の転流どうしのＡ相コイルとＢ相コイルとを交互に１磁極長間隔で収納して同相どうしを直列に接続し第２重相コイルは上記第１重相コイルと同じ配列で全体を１磁極長を重相数で除した長さずらし第３重相コイル第４重相コイル・・・は順次に累進的にずらして所定の重相数のコイルを重ね合わせて相互結合させて同一リング状歯溝鉄心内でコイルの起磁力方向を統一し、もう一方のリング状歯溝鉄心内では前者と反対方向に統一して溝に収納し機構的に保持した固定子と、
　両端に１磁極長の巾の対向面を持った吸引極で空隙を介して大小のリング状歯溝鉄心間を同じ角度位置の両側面で対向して結ぶ循環磁路を構成して４個所で空隙面を形成した複合構造を該リング状歯溝鉄心の周方向に２磁極長間隔で設け吸引極全体を機構的に保持して該固定子の周囲を回転出来る様にした回転子と、
　交流あるいは直流電源を入力として正負二象限領域で大小変化する負荷起電力に対して設定された値の直流電流を一定方向に出力する様にそれ自体で制御する二象限定電流制御回路と、
　上記二象限定電流制御回路の供給電流を第１重相回路のフリップフロップスイッチで角度位置検知器からの信号で上記固定子のＡ相コイルとＢ相コイルに交互に振り分けて再び回路を合流して第２重相回路のフリップフロップスイッチに供給し、これを繰り返し第３重相回路、第４重相回路・・・の所定重相回路を直列接続したフリップフロップ回路と、
　で構成した相互結合複合型モータである。
　さらに本発明のモータは、
　転流相手のＡ，Ｂ相のコイルを基本にコイルのアンペアターンを分割する様に多重化して互いに（π／重相数）ずつ位相角をずらしながら重ねて重複した部分で相互結合する様にして且つ磁束が一方向に循環する様に起磁力の向きを統一して磁極面に平行に収納した両面磁極或は片面磁極の複数のリング状歯溝鉄心で構成した固定子と、
　両端又は両面に１磁極長の巾の対向面を持つ吸引極を該リング状歯溝鉄心に空隙を介して対向し回転方向に直交して循環する磁路を構成して複数の空隙面を構成した複合機構を回転方向に２磁極長間隔で設け吸引極全体を保持する様にした回転子と、
　を備え、
　二象限定電流制御回路からの定電流をＡ相とＢ相を切換えながら順次に（π／重相数）の位相差で各重相コイルに供給して各重相コイルの起磁力が集中した位置に該吸引極の先端或は後端を置くことで吸引極に生じる回転方向の吸引力、回転方向逆向きの吸引力或は上記二象限定電流制御回路に回収される電力を利用した相互結合複合型モータである。ここで、本発明のモータは、上記固定子を直線状にした相互結合複合型リニアモータとしても適用できる。
　また、本発明の発電機は、
　転流相手のＡ，Ｂ相のコイルを基本にコイルのアンペアターンを分割する様に多重化して互いに（π／重相数）ずつ位相角をずらしながら重ねて重複した部分で相互結合する様にして且つ磁束が一方向に循環する様に起磁力の向きを統一して磁極面に平行に収納した両面磁極或は片面磁極の複数のリング状歯溝鉄心で構成した固定子と、
　両端又は両面に１磁極長の巾の対向面を持つ吸引極を該リング状歯溝鉄心に空隙を介して対向し回転方向に直交して循環する磁路を構成して複数の空隙面を構成した複合機構を回転方向に２磁極長間隔で設け吸引極全体を保持する様にした回転子と、
　を備え、
　二象限定電流制御回路からの定電流をＡ相とＢ相を切換えながら順次に（π／重相数）の位相差で各重相コイルに供給して各重相コイルの起磁力が集中した位置に該吸引極の先端或は後端を置くことで吸引極に生じる回転方向の吸引力、回転方向逆向きの吸引力或は上記二象限定電流制御回路に回収される電力を利用する。
　元来、飽和磁束近くに励磁した電磁石と鉄片との吸引力は、電気子反作用を考えた磁石と電流とによるフレミング力より電磁気学的に大幅に大きいと推察する。これにかかわらず吸引力を利用したパワーモータが普及していないのは、鉄心の飽和磁束迄励磁した大型電磁石の電流を高速でオン、オフすることの困難さと吸引動作の行程後に仕事量と同等な磁気エネルギが残留しこれを高効率で回収する適格な技術がないためと考えている。
　本発明は、これらの問題点を解決すると供に、さらにトルク大巾増大、大巾軽量化の革新を達成したものである。効果の主要点は希土類磁石を使用しない前提の他下記に示す。
（Ａ）フリップフロップスイッチ（以下ＦＦスイッチと略称する）２０のスイッチングに伴う磁気エネルギ授受の値はコイルの分割と相互結合による各相への配分の二重効果で大略数十分の１に低減し、スイッチングに伴う過電圧は大巾に低減できる。
（Ｂ）二象限定電流制御回路によって磁気エネルギは高効率で回収される。制動エネルギも同様に回収される。
（Ｃ）相互結合させたコイル構成は相互結合インダクタンスの競合で実効的な吸引力が大巾増大できる。
（Ｄ）両面に磁極を持つリング状歯溝鉄心、両端或は両面に磁極をもつ吸引極の組み合わせで最小限の鉄心によって対向磁極面積の増加が計られた。（Ｃ）（Ｄ）の効果は合算で（トルク）／（重量）比　大略１桁増加が達成できる。
本発明の第１実施形態に係るギヤレスインホイールモータがタイヤのホイール内に装備されたインホイールモータシステムの構造を説明するための断面図。 図１に係るギヤレスインホイールモータの断面図。[Ａ]はＢ－Ｂ’断面図、[Ｂ]はＡ－Ａ’断面図。 図１に係るギヤレスインホイールモータの歯鉄心。[Ａ]は鉄心支持の溝構造、[Ｂ]はモールド構造の溝構造。 図１に係るギヤレスインホイールモータのコイル構造。[Ａ]はコイル構造、[Ｂ]は磁束の循環。 [Ａ]は図１に係るＦＦスイッチとコイルの接続、[Ｂ]は図１に係るギヤレスインホイールモータのコイル電流波形。 動作説明用基本構成（１）。 動作説明用基本構成（２）。 動作説明用基本構成（３）。 動作説明用基本構成（４）。 駆動時のエネルギの流れ。 制動時のエネルギの流れ。 二象限定電流電源の各種負荷に対する動作。 ＦＦスイッチの基本動作を説明するための図。[Ａ]は基本回路、[Ｂ]は電流波形。 転流動作。 本発明のモータと、先行技術との差別化。 本発明の第２実施形態。
　本発明の第一実施形態として、１６極６重相４面構造のギヤレスインホイールモータについて説明する。
　図１は本実施形態に係るインホイールモータをタイヤのホイール内に装備したインホイールモータシステムの断面構造を示す。
　図１において、１は固定子、２は回転子、３は風冷ダクト、４は軽量補強部材、５は支持軸、６は空隙、７は角度位置検知器、８は円錐ベアリング、９はホイール、１０はブレーキディスク、１１はブレーキシュー、１２は取り付け板、１３はタイヤである。
　固定子１は、後述する大小のリング状歯溝鉄心にコイルを巻き、それぞれの相互間と外面とを軽量部材４で補強することにより円盤状に形成され、支持軸５に強固に取り付けられている。
　ホイール９は、円錐ベアリング８によって軸方向の動きを抑えて支持軸５の周りを回転できる様にしてある。
　回転子２は固定子１の外周部分を空隙６を介して包み込む様にＵ字断面のリング状に構成し、ホイール９に固定してある。即ち、固定子１は支持軸５に固定され、回転子２はホイール９に支持されて空隙６を保ちながら固定子１の回りを回転できるようにしてある。また、ホイール９の角度位置情報は角度位置検知器７によって検知できるようにしてある。ブレーキディスク１０は、ホイール９に取り付けられ、該ホイール９と伴に回転する。ブレーキシュー１１は、該ブレーキディスク１０に制動作用を与えるためのもので、取り付け板１２によって支持軸５に固定してある。これによりブレーキシュー１１が作動すると、ホイール９に取り付けられたタイヤ１３に制動力が加わる。
　図２は図１に係るギアレスインホイールモータの断面図である。図２[Ａ]はＢ－Ｂ’断面図、図２[Ｂ]はＡ－Ａ’断面図である。図２において、１４は大リング状歯溝鉄心、１４’は小リング状歯溝鉄心、１４－１～１４－Ｋ，１４－１’～１４－Ｋ’（Ｋ:１より大きい自然数、以下同様）は歯鉄心、１５－１～１５－Ｋ，１５－１’～１５－Ｋ’は溝、１６はコイル、１７－１～１７－８、１７－１’～１７－８’は吸引極を示す。
　固定子１は、厚さの同じ強磁性の鋼板で作られた大リング状歯溝鉄心１４と小リング状歯溝鉄心１４’とを同心円状に両者同一面に重ね、該リング状歯溝鉄心１４、１４’に後述するコイル１６を巻き、さらに非磁性の軽量部材４で補強することにより形成されている。該リング状歯溝鉄心１４、１４’は、互いの漏れ磁束の影響を考慮して適度な間隔を開けて配置されている。該リング状歯溝鉄心１４、１４’は、円周に直交する断面が同じ大きさの歯鉄心１４－１～１４－Ｋ、１４－１’～１４－Ｋ’と溝１５－１～１５－Ｋ、１５－１’～１５－Ｋ’とを交互に配置して構成される。該歯鉄心１４－１、１４－１’は該リング状歯溝鉄心１４、１４’の厚さ方向に磁束を貫通させるためのもの、溝１５－１～１５－Ｋ、１５－１’～１５－Ｋ’はリング側面に平行に巻かれたコイル１６を収納するためのものである。大リング状歯溝鉄心１４および小リング状歯溝鉄心１４’は伴に両側面が後述する吸引極１７－１～１７－８との対向面を持つ。歯鉄心１４－１～１４－Ｋ、１４－１’～１４－Ｋ’と溝１５－１～１５－Ｋ、１５－１’～１５－Ｋ’に収納されたコイル１６とは、該リングの形状を保つために強固な軽量部材４で補強される。
　風冷ダクト３は熱伝導性の良い材料で形成され、該ダクト３の外周面が、小リング状歯溝鉄心１４’に巻かれたコイル１６の内周面に熱的に接触している。支持軸５の軸心から冷却風を流し込むことにより該ダクト３の内部の冷却フィンで冷却する。
　図３は、図１に係る歯鉄心１４－１～１４－Ｋ、１４－１’～１４－Ｋ’と溝１５－１～１５－Ｋ、１５－１’～１５－Ｋ’に収納したコイル１６の機械的保持とに関連した説明図である。図３[Ａ]は、歯鉄心１４－１～１４－Ｋ、１４－１’～１４－Ｋ’を鉄心全体で保持する構造である。溝１５－１～１５－Ｋ、１５－１’～１５－Ｋ’内のコイル１６は通常のワニス処理が施されていれば良い。各相コイルは溝１５－１～１５－Ｋ、１５－１’～１５－Ｋ’の両側に対称に収納する必要がある。図３[Ｂ]は必要な相コイル１６をそのまま収納すれば良いが、歯鉄心１４－１～１４－Ｋ、１４－１’～１４－Ｋ’、溝１５－１～１５－Ｋ、１５－１’～１５－Ｋ’、コイル１６を絶縁性の強固な充填剤でモールドする必要がある。
　図４は、図２、図３に係るコイル構成を説明するための図である。１６極６重相構成より磁極ピッチは３６０°／１６極＝２２．５°、歯鉄心ピッチ、溝ピッチは２２．５°／６重相＝３.７５°、１周の溝数は１６[極]×６[重相]＝９６、である。
　図４[Ａ]には、大リング状歯溝鉄心１４、小リング状歯溝鉄心１４’それぞれの溝１５－１～１５－９６、１５－１’～１５－９６’の一部を示してある。回転子２の回転方向は追番の方向を順方向とする。
　コイル１６－１Ａは、大リング状歯溝鉄心１４の溝１５－１と溝１５－６の間の歯鉄心５個分を鉄心に向かって右回りで取り巻くとともに、該溝１５－１，１５－６と同じ角度に位置する小リング状歯溝鉄心１４’の溝１５－１’と溝１５－６’の間の歯鉄心５個分を上記とは逆に左回りで取り巻くように所定の巻数が巻かれている。図４[Ａ]では表示していないが、上記と同様のことを２磁極ピッチ即ち１２溝ピッチで以下の８箇所について繰り返す。
　溝１５－１、溝１５－６と溝１５－１’、溝１５－６’
　溝１５－１３、溝１５－１８と溝１５－１３’、溝１５－１８’
　溝１５－２５、溝１５－３０と溝１５－２５’、溝１５－３０’
　溝１５－３７、溝１５－４２と溝１５－３７’、溝１５－４２’
　溝１５－４９、溝１５－５４と溝１５－４９’、溝１５－５４’
　溝１５－６１、溝１５－６６と溝１５－６１’、溝１５－６６’
　溝１５－７３、溝１５－７８と溝１５－７３’、溝１５－７８’
　溝１５－８５、溝１５－９０と溝１５－８５’、溝１５－９０’
以上、計８個のコイルを直列接続することによりコイル１６－１Ａを構成する。
　同様に、上記コイル１６－１Ａを基準にして１磁極ピッチ即ち６溝ピッチずらしてコイル１６－１Ｂを構成する。コイル１６－１Ａとコイル１６－１Ｂとの間には１溝ピッチ分間隔を空けてあるが、コイルの転流時間のための余裕時間を設けたものである。
　さらに上記コイル１６－１Ａ、コイル１６－１Ｂを基準にして回転方向に１溝ピッチずらしてコイル１６－２Ａ、コイル１６－２Ｂが構成される。
　さらにまた、最初から見て２溝ピッチずらしてコイル１６－３Ａ、１６－３Ｂが、３溝ずらしてコイル１６－４Ａ、１６－４Ｂが、４溝ずらしてコイル１６－５Ａ、１６－５Ｂ、５溝ずらしてコイル１６－６Ａ、１６－６Ｂが構成される。
　コイル１６の起磁力の向きは大リング状歯溝鉄心１４と小リング状歯溝鉄心１４’のそれぞれの内では統一して、大リング状歯溝鉄心と小リング状歯溝鉄心の間では逆向きにする。図４[Ａ]では大リング状歯溝鉄心１４の起磁力は鉄心面に向かう方向、小リング状歯溝鉄心１４’の起磁力の向きはその逆にしてある。これによって図４[Ｂ]に示した様に対向した吸引極１７、１７’を通じて、磁路１９を形成する循環磁束が生じる。吸引極１７、１７’が大小リング状歯溝鉄心１４、１４’のどの位置にあっても同じ方向の磁束循環が生じる。
　回転子２は１６個の吸引極１７－１～１７－８、１７－１’～１７－８’主体で構成される。図２を参照して、該吸引極１７－１～１７－８、１７－１’～１７－８’の形状、取付の相対位置を説明する。該吸引極１７－１～１７－８、１７－１’～１７－８’は巾が１磁極ピッチで、両端面がそれぞれ大リング状歯溝鉄心１４と小リング状歯溝鉄心１４’に対向する。また、吸引極１７－１～１７－８、１７－１’～１７－８’の材質は強磁性鋼板である。且つ該吸引極１７－１～１７－８および吸引極１７－１’～１７－８’は、該大小リング状歯溝鉄心１４、１４’を挟んで同一位置で空隙６を介して対向する様に２つ１組で配置されており、合計８組が回転子２の周方向に２磁極間隔で配置された状態で例えばモールド構造体で補強されている。
　対向した各組の吸引極１７－１，１７－１’～１７－８，１７－８’については、両極間の強力な吸引力と、片方に寄る偏位力とを受けること、および、組立に際して構造体の一部を分離することの配慮が必要である。
　両側面に磁極面を持つ二重のリング状歯溝鉄心１４、１４’と、両端に対向面を持つ吸引極１７－１～１７－８、１７－１’～１７－８’との組み合わせで、最小限の鉄心部材の付加で固定子１と回転子２との対向面積が大巾に増大でき、トルク、重量比増大の大きな効果を与えている。
　図５は、図１に係るＦＦスイッチとコイルとの接続、および、モータのコイル電流波形を説明するための図である。
　図５[Ａ]は、二象限定電流制御回路２２とコイル１６－１Ａ～１６－６Ａ、１６－１Ｂ～１６－６ＢとＦＦスイッチ２０－１Ａ～２０－６Ａ、２０－１Ｂ～２０－６Ｂとの接続を説明するための図である。
　二象限定電流制御回路２２は設定した定電流Ｉを出力するもので、後述する動作を行う。
　転流相手のコイル１６－１Ａとコイル１６－１Ｂは、ＦＦスイッチ２０－１Ａ、２０－１Ｂを介して並列接続されたＦＦスイッチユニットを構成しており、オン状態のＦＦスイッチに二象限定電流制御回路２２から定電流Ｉが供給される。該転流相手のコイル１６－１Ａ、１６－１Ｂのいずれか一方を流れた電流は定電流Ｉとして次のＦＦスイッチユニットへ入力される。これを全体で６回繰り返す。
　尚、ＦＦスイッチ２０は、図５では通常のスイッチ記号を使用して表されているが、実際は、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチが用いられており、コンデンサ等による過電圧制御等の処理が必要である。
　同図[Ｂ]は各ＦＦスイッチユニットのコイル１６－１Ａ、１６－１Ｂ～コイル１６－６Ａ、１６－６Ｂの電流波形を示す。１２相のコイル電流波形はピーク値がＩの片振の台形波であり、ＦＦスイッチユニット相互のコイル波形は順次π／６ずつ位相がずれている。同図[Ｂ]におけるＦＦスイッチ２０－１Ａ～２０－６Ａ、２０－１Ｂ～２０－６Ｂの動作は表１の順序で行われる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　図６～図９は、図１、図２に係るギヤレスインホイールモータの動作説明用基本構成（１）～（４）である。図１および図２においては、本実施形態に係るギヤレスインホイールモータは、１６極６相、４面構成であり、吸引極１７－１～１７－８、１７－１’～１７－８’は全体で１６極あるが、説明の便宜上、図６～図９においては、ギヤレスインホイールモータの基本構成として２極６重相構成を示し、吸引極を１極に単純化して且つ見やすい様に直線化してある。磁路の構成は完結しておらず、図４[Ｂ]に示した磁路１９があることを前提にしてある。
　図６は、吸引極１７の先端Ｐが溝１５－５の位置に位置付けられているときの基本構成（１）である。
　図６[Ａ]に示すように、吸引極１７の先端Ｐが溝１５－５の位置にある状態では、図６[Ｂ]に示すように、ＦＦスイッチ２０－１Ａ～２０－６Ａは総てオン、ＦＦスイッチ２０－１Ｂ～２０－６Ｂは総てオフであり、コイル１６－１Ａ～１６－６Ａには二象限定電流制御回路２２からの供給電流Ｉ=４３０Ａが流れる。通流コイルは黒く塗りつぶしてある。吸引極１７は磁束が増加する方向１８に力を受ける。
　この考え方で下記の諸元を与え、簡潔な条件下で基本特性を検討した。
　モータ構成　　　　　：基本２相×６重相＝１２相
　コイル形状、寸法　　：巾 ０．０２５[ｍ]、長さ０.０６３３[ｍ]
　磁極長　　　　　　　：０.０７６[ｍ]
　コイルＡＴ　　　　　：４３０[ＡＴ]（１ターン構成）、空隙長０.００２[ｍ]
　歯鉄心の寸法　　　　：長さ０．０２５[ｍ]、巾０．０１２７[ｍ]
　吸引極　　　　　　　：長さ０.０７６[ｍ]、巾０．０２５[ｍ]
　吸引極移動速度　　　：２１．５[ｍ／Ｓ]
　歯鉄心１個の通過時間：５．９１×１０－４[Ｓ]
　ここでは、溝の巾、漏れ磁束、磁束拡散は簡潔のため考慮しない。
　吸引極１７の対向している空隙の磁束密度は、コイル１個当たり電磁気学一般理論で
　４３０[ＡＴ]　＝　Ｂ・ｇ／μ０
より、Ｂ=０．２７[Ｔ]となる。ここで、Ｂは空隙磁束密度[Ｔ]、ｇは空隙長[ｍ]、μ０＝４π×１０－７である。
　吸引極移動による歯鉄心１４－７の磁束変化は、コイル１６－１Ａ～１６－５Ａの５個のコイルの合算の起磁力による磁束４．２９×１０－４[ウェーバ]である。吸引極先端Ｐの歯鉄心１４－７の通過時間を考慮して起電力は３.６３[Ｖ]になる。歯鉄心１４－７の磁束は５個の起磁力の合算で生じることと、起電力が５個の起電力の合算で生じることは、５個のコイルが総て相互結合した状態にあることに起因している。
　尚、６重相構成であるにも関わらず、起磁力、起電力の合算が６個でなく５個のコイルで行われるのは、転流余裕時間を作るため、１磁極長が歯鉄心６個分の長さであるのに対してコイル長は歯鉄心５個分であることに起因している。
　二象限定電流制御回路２２は、基本構成（１）では設定値４３０[Ａ]であり、正の負荷起電力３.６３[Ｖ]に対して１５６０[Ｗ]が自動的に供給される。これによる電源からのエネルギ供給は歯鉄心１４－７の通過時間だけ行われ、供給電気エネルギは０．９２２[Ｊ]である。歯鉄心１４－８～１４－Ｋでも同様に繰り返されるため事実上連続的に生じる。
　図７は、吸引極１７の先端Ｐが図６における溝１５－５の位置から溝１５－６の位置に移動したときの動作説明用基本構成（２）である。図７における歯鉄心１４－３、１４－４、１４－５、１４－６は図６における同じ番号の歯鉄心と起磁力および空隙長が全く同じであり、それぞれの空隙磁束密度は全く同じである。歯鉄心１４－７の空隙のみが状況が異なる。コイルの磁気エネルギは空隙の磁気エネルギと同一のものであり、吸引極１７の移動に伴って歯鉄心の空隙磁気エネルギは図６における状態「０」から図７における状態に増加する。空隙磁気エネルギは電磁気学一般理論により、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　これより、ＥＬ＝０.４６１[Ｊ]を得る。
　前記エネルギＥＬ＝０.４６１[Ｊ]は、上記において算出した供給電気エネルギの１／２に当たる。供給電気エネルギの１／２は吸引動作の行程中に力学的仕事のエネルギとして出力し、残り１／２が磁気エネルギとしてコイル或は空隙に残存していることになる。
　力学の一般理論より機械的出力を移動距離で割ると吸引力の値が算出でき、３６.３[Ｎ]が得られる。
　図８は、歯鉄心１個分の吸引動作の後、行われる転流動作を説明するための基本構成（３）である。
　吸引極の先端Ｐが溝１５－６の位置に達した時点で、角度位置検知器７からの角度位置信号に応じたＦＦスイッチ２０－１Ａオフ、ＦＦスイッチ２０－１Ｂオンの指令により、コイル１６－１Ａからコイル１６－１Ｂへの転流が行われる。コイル１６－１Ａの転流に際してはコイル１６－１Ａの自己インダクタンスのもつ磁気エネルギと、コイル１６－１Ａとコイル１６－２Ａ、コイル１６－３Ａ、コイル１６－４Ａ、コイル１６－５Ａそれぞれとの相互インダクタンスの持つ磁気エネルギとが転流回路と相互結合を通じて過渡現象時間共通の条件のもとに分かち合って各相コイルを通じて高い効率で電源に回収される。即ち、コイル電流のスイッチングのエネルギ量が大略重相分の１に低減し、これが相互結合の回路構成でさらに大略重相分の１に二重に低減する。
　図８におけるコイル１６の通流状態と吸引極１７の位置は図６と対比して絶対位置は歯鉄心１個分進行方向に進んだ関係にあり、両者の相対関係は同じである。これを順次進めていくことで連続的なトルクを生じることが出来る。
　図９は、制動動作を説明するための基本構成（４）である。制動モードは、吸引極１７に対するコイル１６の通流モードを溝ピッチ６個分即ち１磁極長ずらすことで生じさせることが出来る。図６における駆動動作では、吸引極１７の先端Ｐが歯鉄心１４－７の位置に到達する過程で駆動力を生じていたが、制動動作では、吸引極１７の後端Ｐ’が歯鉄心１４－７の位置を通過する過程で制動力を生じる。
　図６における駆動動作では、吸引極１７の先端Ｐが歯鉄心１４－７の位置に入る過程でコイルにファラデ則による正の起電力が生じて電源側から０．９２２[Ｊ]の電気エネルギが供給され、その１／２が駆動力の力学エネルギとして出力し、残り半分は一旦コイルに磁気エネルギとして残留し、図８におけるコイル１６－１Ａからコイル１６－１Ｂへの転流に際して電源側に回収される。
　図９における制動動作では、吸引極１７の後端Ｐ’が歯鉄心１４－７の位置を抜ける過程でコイルにファラデ則による負の起電力を生じて０．９２２[Ｊ]の電気エネルギが回生され、そのエネルギの１／２が制動動作の力学エネルギ、残りの１／２がコイル１６－１Ａからコイル１６－１Ｂへの転流に際して電源から一時借用した電気的エネルギである。
　図１０、図１１は、駆動、制動動作における電源側電気エネルギ、駆動制動エネルギ、磁気エネルギの三者間の流れをブロック図で示したものであり、三者間の移動は略９０％の高い効率で行われる。
　二象限定電流制御回路は、交流或は直流電源を入力として正負の二象限領域で大小変化する負荷起電力に対して設定値に対応した一定の直流電流が一定方向に流れる様にそれ自体で制御する様に構成された回路構成である。負荷側の状況に応じて自動的にエネルギの流れが生じる。
　図１２[Ａ]に示すように、負荷側に＋Ｅ[Ｖ]の起電力があると電力ＥＩ[Ｗ]が負荷側に供給される。Ｉ[Ａ]は二象限定電流制御回路の設定値[Ａ]とする。
　図１２[Ｂ]に示すように、負荷側に－Ｅ[Ｖ]の起電力があると電力ＥＩ[Ｗ]が電源側に回生される。上記負荷側における負荷起電力がフレミング右手則或はファラデ則による起電力の場合、電源側と負荷側との間で特別な制御なしで電気エネルギと力学エネルギの高効率リバーシブル変換動作が行われる。
　図１２[Ｃ]に示すように、負荷側にＲ[Ω]の抵抗があると、負荷側に電力Ｉ２Ｒ[Ｗ]が供給され熱に変わる。
　図１２[Ｄ]に示すように、負荷側が抵抗０の導体で短絡されると電流Ｉが流れるが電力の移動は生じない。
　ＦＦスイッチ回路の動作について説明する。図５に示したように、ＦＦスイッチ回路は、各重相の転流相手のＡ相コイルとＢ相コイルとをＦＦスイッチ２０を介して入口側と出口側で両者を並列接続して、入力した定電流Ｉを何れかに流す様にしたＦＦスイッチユニットを重相数直列接続することにより構成される。
　直列接続したＦＦスイッチユニットの総てが入力側と出力側が定電流Ｉであり、転流動作のタイミング以外は何れも動作状態は基本的に同じである。従ってＦＦスイッチ回路の動作はＦＦスイッチ単独の動作について説明しても同じである。
　図１３[Ａ]は、図８を参照してコイル１６－１Ａとコイル１６－１Ｂとで構成したＦＦスイッチユニットである。同図においてＦＦスイッチ２０－１ＡはＡ相コイル１６－１Ａに定常的に電流を流すためのスイッチである。同様ＦＦスイッチ２０－１ＢはＢ相コイル１６－１Ｂに定常的に電流を流すためのスイッチである。２３は転流コンデンサで、コイル１６－１Ａ、コイル１６－１Ｂの磁気エネルギを一時的に蓄えて転流動作を助けるためのものである。２４－１、２４－２、２４－３、２４－４はダイオードで転流コンデンサ２３の電荷が逃げない様に保持するためのものである。２５は転流リアクトルで微小時間中の電流変動を抑制するためのものである。
　図１３[Ｂ]はコイル１６と吸引極１７との相対関係、および、コイル電流波形を説明するための図である。
　吸引極１７の先端Ｐが何れかのコイルの先端を通過するとき、そのコイルの転流信号を与える。例えば、吸引極１７の先端Ｐがコイル１６－１Ａの先端を通過すると、該Ａ相コイルオフとＢ相コイルオンの信号を出す。また吸引極１７の先端Ｐがコイル１６－１Ｂの先端を通過するとき、Ｂ相コイルオフとＡ相コイルオンの信号を出す。
　図１４は図１３[Ａ]のＦＦスイッチ２０の転流行程を説明するための図である。同図[Ａ]～[Ｄ]はＡ相コイルからＢ相コイルへの転流、同図[Ｅ]～[Ｈ]はＢ相コイルからＡ相コイルへの転流を示す。同図において、[Ａ]はＡ相コイルが定常的にオン状態、[Ｂ]はＡ相コイルからＢ相コイルへの転流中、[Ｃ]は同じく転流中、[Ｄ]は転流完了状態を示す。また、同図において、[Ｅ]はＢ相コイルがオン状態、[Ｆ]はＢ相コイルからＡ相コイルへの転流中、[Ｇ]は同じく転流中、[Ｈ]は転流完了状態を示す。
　転流の過波的時間は主として転流コンデンサ２３の容量とコイルのインダクタンスの回路定数によって定まる。
　吸引極１７の回転方向長さは、１磁極長即ち歯鉄心６個分、コイルの回転方向長さは歯鉄心５個分の長さにしてあり、これにより、転流の過波時間はトルクに悪影響を与えない様に出来る。
　コイル電流の立上がり、立下がり波形は概略、転流回路のＬ，Ｃ共振波形の１／２サイクル形状に従うとすれば、下記によって転流コンデンサの容量、転流時の過電圧の概略値が算出出来る。即ち、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　図１～図５における本実施の形態のモータに対応した特性式は下に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　本実施形態に係る相互結合複合型モータと、特許文献１、非特許文献１，２記載のモータとの差別化について述べる。
　図１５において、[Ａ]は本実施形態に係る相互結合複合型モータシステム、[Ｂ]は上記非特許文献１，２記載の直流リニアモータシステム、[Ｃ]は上記特許文献１記載のスイッチドリラクタンスモータシステムのブロック図である。第１ブロックの二象限定電流制御回路、第２ブロックのＦＦスイッチ回路は三者共通である。上記三者の差別化は第３ブロックのモータ部分がポイントである。
　[Ａ]と[Ｂ]の差別化について述べる。
　[Ａ]のモータにおけるトルクの根源は歯溝鉄心に巻かれたコイルの吸引力であるのに対して、[Ｂ]のモータにおけるトルクの根源は外部磁界とコイル電流のフレミング力である。これらのモータは、トルク発生の原理が異なり必然的に性能向上のための開発要素が異なる。
　[Ａ]における吸引力はコイル電流の２乗に比例する。従って[Ａ]における開発は、コイル分割してコイル電流の入り切りを安易にすることと、複数コイルの[ＡＴ]を一体化して吸引力を相大することの相反した構成上の開発が主体である。歯溝鉄心に重複したコイルの組み合わせはその一貫である。
　[Ｂ]におけるフレミング力は電流の１乗に比例する。従って複数コイル[ＡＴ]そのものの存在だけでよい。コイルは相互結合をもたせるための鉄心を使用する必要がないため、空心コイルはＦＦＰモールドしている。
　[Ａ]と[Ｃ]におけるモータの差別化について述べる。[Ｃ]の発明は、コイル[ＡＴ]一定のもとに鉄心と伴にコイルを分割して、コイルのリアクタンスを低減してコイル電流の入り、切りをしやすくする改善をしたのがポイントである。これは狙い通りの効果が得られたがコイルの導体使用量が大きく増大し、これに比例してコイル重量、抵抗損失が生じることが分かった。[Ａ]の本実施形態に係るモータによれば、相互結合、複合機構の新しい構成によりコイル電流の入り切りしやすさの更なる向上、トルク・重量比の略１桁増大の大きな効果がある。
　本発明の相互結合複合型モータは相互結合と複合構造の二つの特徴を持った革新的な吸引モータであり、ここ迄、第１実施形態として電気自動車用インホイールモータについて述べてきた。しかし本発明のモータはインンホイールモータ以外の分野でも革新性が発揮出来る。ただこの場合は、本発明のモータ構造を多少変更した方がよりベターと考えられる。
　図１６はこのような観点で本発明の第２実施形態を表したものである。同図は中心線を含む回転方向垂直断面上半分だけを示した。１は相互結合したコイルを装置したリング状の歯溝鉄心と非磁性軽量部材４とを組み合わせた固定子である。２は両端に対向面を持つ吸引極と非磁性軽量部材とを組み合わせた回転子である。１９は磁束の循環経路を示し周方向に２磁極間隔で配置される。
　[Ａ－２]は径が小さく、軸方向に長い車軸型吸引モータ、[Ｂ－１]は前記第１実施形態、[Ｂ－２]は小型軽量な大容量ギヤレス風力発電機、[Ｃ－１][Ｃ－２]は脱着の容易なモータ構造、[Ａ－１]、[Ｃ－１]、[Ｄ]は汎用の吸引モータ構造である。
　さらに進行方向断面が図に示した構造のリニアモータの実施例でもある。特に[Ｂ－２]リニアモータは、小型で推進力／重量比が従来感覚の２桁増に近いものが得られ、超高層ビル用リニアモータ駆動超高速エレベータを始め、カタパルト用駆動制動用、大型ビルの免振構造、電磁ダンパ機構等の革新的応用が期待できる。
　本発明は、モータを含む様々な機構において、レアアースを使用することとなく高効率モータを実現する用途に広く応用可能である。
　ギヤレスモータとしての応用例としては、
　電気自動車用インホイールモータ、
　燃料電池電気自動車用インホイールモータ、
　大容量ギヤレス風力発電機、
　エレベータ用ギヤレスモータ、
　フォークリフト昇降機用モータ、
　車軸型電車用モータ、が挙げられ、
　リニアモータとしての応用例としては、
　超高層ビル用リニアモータエレベータ、
　カタパルト用推進制動用リニアモータ、
　ビル用免振機構、
　電磁ダンパ機構、が挙げられ、
汎用モータの一例としては、エアコンヒートポンプ用モータが挙げられる。
１：固定子
２：回転子
３：風冷ダクト
４：軽量補強部材
５：支持軸
６：空隙
７：角度位置検出器
７’：角度入力軸
８：円錐ベアリング
９：ホイール
１０：ブレーキディスク
１１：ブレーキシュー
１２：取付板
１３：タイヤ
１４：大リング状歯溝鉄心
１４’：小リング状歯溝鉄心
１４－１～１４－Ｋ，１４－１’～１４－Ｋ’：歯鉄心
１５－１～１５－Ｋ，１５－１’～１５－Ｋ’：溝
１６－１，１６－２，１６－３，…：コイル
１６－１Ａ～１６－６Ａ：コイル
１６－１Ｂ～１６－６Ｂ：コイル
１７－１～１７－８，１７－１’～１７－８’：吸引極
１８：進行方向矢印
１９：磁路
２０：ＦＦスイッチ
２０－１Ａ～２０－６Ａ：ＦＦスイッチ
２０－１Ｂ～２０－６Ｂ：ＦＦスイッチ
２１：鉄心支持材
２２：二象限定電流電源
２３：転流コンデンサ
２４－１，２４－２，２４－３，２４－４：ダイオード
２５：転流リアクトル

Claims (4)

  1. 　両側面に貫通して両側面で面仕上げされた歯鉄心と両側面に巻かれたコイルを収納するための溝とを周方向に交互に配置した矩形断面の二重リング状歯溝鉄心に第１重相の転流どうしのＡ相コイルとＢ相コイルとを交互に１磁極長間隔で収納して同相どうしを直列に接続し、第２重相コイルは上記第１重相コイルと同じ配列で全体を１磁極長を重相数で除した長さずらし、第３重相コイル第４重相コイル・・・は順次に累進的にずらして所定の重相数のコイルを重複させて相互結合させて同一リング状歯溝鉄心内でコイルの起磁力方向を統一し、もう一方のリング状歯溝鉄心内では前者と反対方向に統一して溝に収納し機構的に保持した固定子と、
    　両端に１磁極長の巾の対向面を持った吸引極で空隙を介して大小のリング状歯溝鉄心間を同じ角度位置の両側面で対向して結ぶ循環磁路を構成して４個所で空隙面を形成した複合構造を該リング状歯溝鉄心の周方向に２磁極長間隔で設け、吸引極全体を機構的に保持して該固定子の周囲を回転出来る様にした回転子と、
    　交流あるいは直流電源を入力として正負二象限領域で大小変化する負荷起電力に対して設定された値の直流電流を一定方向に出力する様にそれ自体で制御する二象限定電流制御回路と、
    　上記二象限定電流制御回路の供給電流を第１重相回路のフリップフロップスイッチで角度位置検知器からの信号で上記固定子のＡ相コイルとＢ相コイルに交互に振り分けて再び回路を合流して第２重相回路のフリップフロップスイッチに供給し、これを繰り返し第３重相回路、第４重相回路・・・の所定重相回路を直列接続したフリップフロップ回路と、
    　で構成した相互結合複合型モータ。
  2. 　転流相手のＡ，Ｂ相で構成する２相コイルを基本にコイルアンペアターンを分割する様に多重化してお互いに（π／重相数）ずつ位相角をずらしながら重ね重複した部分が互いに相互結合する様にして且つ磁束が一方向に循環する様にそれぞれの鉄心中で起磁力の向きを統一して磁極面に平行に収納した両面磁極或は片面磁極の複数リング状歯溝鉄心で構成した固定子と、
    　両端又は両面に１磁極長の巾の対向面を持つ吸引極を該リング状歯溝鉄心に空隙を介して対向し回転方向に直交して循環する磁路を構成して複数の空隙面を構成した複合機構を回転方向に２磁極長間隔で設け吸引極全体を保持する様にした回転子と、
    　を備え、
    　二象限定電流制御回路からの定電流をＡ相とＢ相とを切換えながら順次に（π／重相数）の位相差で各重相コイルに供給して各重相コイルの起磁力が集中した位置に該吸引極の先端或は後端を置くことで吸引極に生じる回転方向の吸引力、回転方向逆向きの吸引力、或は上記二象限定電流制御回路に回収される電力を利用した相互結合複合型モータ。
  3. 　転流相手のＡ，Ｂ相で構成する２相コイルを基本にコイルアンペアターンを分割する様に多重化してお互いに（π／重相数）ずつ位相角をずらしながら重ね重複した部分が互いに相互結合する様にして且つ磁束が一方向に循環する様にそれぞれの鉄心中で起磁力の向きを統一して磁極面に平行に収納した両面磁極或は片面磁極の複数リング状歯溝鉄心で構成した固定子と、
    　両端又は両面に１磁極長の巾の対向面を持つ吸引極を該リング状歯溝鉄心に空隙を介して対向し回転方向に直交して循環する磁路を構成して複数の空隙面を構成した複合機構を回転方向に２磁極長間隔で設け吸引極全体を保持する様にした回転子と、
    　を備え、
    　二象限定電流制御回路からの定電流をＡ相とＢ相とを切換えながら順次に（π／重相数）の位相差で各重相コイルに供給して各重相コイルの起磁力が集中した位置に該吸引極の先端或は後端を置くことで吸引極に生じる回転方向の吸引力、回転方向逆向きの吸引力、或は上記二象限定電流制御回路に回収される電力を利用した相互結合複合型発電機。
  4. 　請求項２において、上記固定子を直線状にした相互結合複合型リニアモータ。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108288933A (zh) * 2018-01-17 2018-07-17 东南大学 一种交流调磁型记忆电机分段调磁控制方法
CN110492710A (zh) * 2019-09-20 2019-11-22 齐鲁工业大学 一种双转子发电机及其控制方法
WO2020247991A1 (de) * 2019-06-08 2020-12-17 Amx Automation Technologies Gmbh Omnidirektionaler radnabenantrieb

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017027296A1 (en) 2015-08-07 2017-02-16 Otis Elevator Company Rescue control and method of operating an elevator system including a permanent magnet (pm) synchronous motor drive system
KR102612854B1 (ko) * 2015-08-07 2023-12-13 오티스 엘리베이터 컴파니 영구 자석(pm) 동기 모터 드라이브 시스템을 포함하는 엘리베이터 시스템
JP2019527486A (ja) * 2016-07-20 2019-09-26 ドゥミトル ボジアックＢＯＪＩＵＣ， Ｄｕｍｉｔｒｕ 可変磁気単極子場電磁石およびインダクタ
JP6481841B1 (ja) * 2018-03-20 2019-03-13 株式会社Ｃｃｕリニアモータ研究所 モータ或は発電機さらにまたリニアモータ［２］
JP7235227B2 (ja) * 2019-02-15 2023-03-08 日本電産シンポ株式会社 ブレーキ付きモータ、ブレーキ付き駆動装置、およびブレーキ付き車輪駆動装置
CN111677793B (zh) * 2020-06-11 2022-04-08 黄山菲英汽车零部件有限公司 一种盘式刹车装置刹车片消耗检测装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012080692A (ja) * 2010-10-04 2012-04-19 Denso Corp マルチギャップ型回転電機

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5334899A (en) * 1991-09-30 1994-08-02 Dymytro Skybyk Polyphase brushless DC and AC synchronous machines
JP4396227B2 (ja) * 2003-11-05 2010-01-13 トヨタ自動車株式会社 インホイールモータ
JP5543186B2 (ja) * 2009-12-09 2014-07-09 株式会社Ｅｖモーター・システムズ スイッチドリラクタンスモータ駆動システム
JP5543185B2 (ja) * 2009-12-09 2014-07-09 株式会社Ｅｖモーター・システムズ スイッチドリラクタンスモータ駆動システム
JP5182320B2 (ja) * 2010-05-11 2013-04-17 株式会社デンソー モータ
WO2013084901A1 (ja) * 2011-12-05 2013-06-13 株式会社安川電機 モータ
US20130342040A1 (en) * 2012-06-21 2013-12-26 Ev Motor-Systems Co., Ltd. Switched Reluctance Motor and Switched Reluctance Motor Drive System
JP6477256B2 (ja) * 2015-05-28 2019-03-06 株式会社デンソー 回転電機
PL229549B1 (pl) * 2016-01-18 2018-07-31 Ireneusz Piskorz Generator synchroniczny, wielosegmentowy

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012080692A (ja) * 2010-10-04 2012-04-19 Denso Corp マルチギャップ型回転電機

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108288933A (zh) * 2018-01-17 2018-07-17 东南大学 一种交流调磁型记忆电机分段调磁控制方法
CN108288933B (zh) * 2018-01-17 2020-08-25 东南大学 一种交流调磁型记忆电机分段调磁控制方法
WO2020247991A1 (de) * 2019-06-08 2020-12-17 Amx Automation Technologies Gmbh Omnidirektionaler radnabenantrieb
CN110492710A (zh) * 2019-09-20 2019-11-22 齐鲁工业大学 一种双转子发电机及其控制方法

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