JP2008118839A

JP2008118839A - モータ

Info

Publication number: JP2008118839A
Application number: JP2006326324A
Authority: JP
Inventors: Fujio Inoue; 冨士夫井上
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-11-05
Filing date: 2006-11-05
Publication date: 2008-05-22

Abstract

【課題】モータの新規な構成を採用することによって、回転速度−トルク特性の性能の向上をはじめ、騒音・発熱等に関する性能の向上を図った。
【解決手段】中央固定子と、回転軸を有し内周面が前記中央固定子の外周面に所定の間隔を介して対面し前記中央固定子外側に配置された中空円筒体構造の中間回転子と、回転軸を有し内周面が前記中間回転子の外周面に所定の間隔を介して対面し前記中間回転子外側に配置された中空円筒体構造の外側回転子から構成され、前記中間回転子及び外側回転子が前記中央固定子に設けた中間回転子及び外側回転子用の軸受け部によって回転自在に支承され、前記中央固定子・中間回転子・外側回転子に電機子・永久磁石・導体よりいずれかを選択し組合わせて配置固定し、前記電機子に対し直流又は交流電源を給電することによって、中央固定子外側で中間回転子を回転させ、さらに、中間回転子外側で外側回転子を前記中間回転子と同方向に回転させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、我々の日常生活や産業界など幅広い分野で、電気エネルギーを機械エネルギーに変換して駆動系動力源として利用されているモータに関するものである。

前述したようにモータは、玩具や映像・通信・情報・事務等の各種機器をはじめ、家電製品・自動車、工作機械等、社会全般の駆動系動力源として多数使用され、数多くの種類のモータが開発・生産されている。
またモータは、風力や水力等外部からのエネルギーによって回転子を回転させることにより、固定子側に電流が誘導され発電機としても機能する。
そして、数多くの種類のモータや発電機が開発・生産されているが、更なる高効率化・高性能化を望む声は高い。

上記要求に対応するため、永久磁石材料や電機子巻線方法の改良、駆動系回路におけるパワー半導体の高性能・高機能化等の他に関連技術の開発も含め、高い性能を備えたモータや発電機が開発・提供されている。

発明が解決しようとしている課題

モータは一般的に、磁界中に置かれた電線に流す電流の方向を切り換えるか、電流を流す電機子を切り換えるか、又は、磁束方向を変えて回転子側を連続回転させている。
そして、従来の多くのモータにおいては、固定子と回転子が一組となって電機子側に流す電流や電圧、周波数等の制御や、磁石の高性能化等によってモータの回転速度−トルク特性が決定していた。

本発明の目的は、モータの新規な構成を採用することによって、回転速度−トルク特性の性能の向上をはじめ、騒音や振動・発熱等に関する性能の向上を図ったモータを提供することを目的としてしている。
そして、上記目的を果たすべく、本特許出願人と同一人物の出願による出願番号、特願２００５−３８１３８０において、外側固定子の内側を中間回転子が回転し、前記中間回転子の内側を中央回転子が回転する新規な構成の中央・中間内転形モータを出願した。
本発明は、特願２００５−３８１３８０において出願された中央・中間内転形モータに対して、固定子を中央に配置し、中央固定子外側で中間回転子を回転させ、前記中間回転子外側で外側回転子を前記中間回転子と同方向に回転させる新規な構成の中間・外側回転子外転形モータを提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、中央固定子と、回転軸を有し内周面が前記中央固定子の外周面に所定の間隔を介して対面し前記中央固定子外側に配置された中空円筒体構造の中間回転子と、回転軸を有し内周面が前記中間回転子の外周面に所定の間隔を介して対面し前記中間回転子外側に配置された中空円筒体構造の外側回転子から構成され、前記中間回転子及び外側回転子が前記中央固定子に設けた中間回転子及び外側回転子用の軸受け部によって回転自在に支承され、前記中央固定子・中間回転子・外側回転子に電機子・永久磁石・導体よりいずれかを選択し組合わせて配置固定し、前記電機子に対し直流又は交流電源を給電することによって、中央固定子外側で中間回転子を回転させ、さらに、中間回転子外側で外側回転子を前記中間回転子と同方向に回転させることを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明に加え、中央固定子に中央固定子用の電機子と中間回転子用の電機子に給電するブラシを配置固定し、中空円筒体構造の中間回転子に中間回転子用の電機子と前記電機子と接続するとともに前記ブラシに相対して接触するスリップリングを配置固定し、外側回転子に回転子鉄心周方向に異なる極の永久磁石を配置固定したことを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明に加え、中央固定子に中央固定子用の電機子と中間回転子用の電機子に給電するブラシを配置固定し、中空円筒体構造の中間回転子に中間回転子用の電機子と前記電機子と接続するとともに前記ブラシに相対して接触するスリップリングを配置固定し、外側回転子に回転子鉄心表面の回転軸方向に金属導体棒を収納し前記金属導体棒両側を短絡環で固定したかご形構造を採用したことを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明に加え、中央固定子に中央固定子用の電機子と外側回転子用の電機子に給電するプラス側ブラシＡとマイナス側ブラシＢをそれぞれ配置固定し、中空円筒体構造の中間回転子に回転子周方向に異なる極の永久磁石と、前記プラス側ブラシＡに相対して接続するとともに外側回転子の整流子に接触するプラス側ブラシＣと結線するプラス側スリップリンクと、前記マイナス側ブラシＢに相対して接続するとともに外側回転子の整流子に接触するマイナス側ブラシＤと結線するマイナス側スリップリンクをそれぞれ固定し、外側回転子に外側回転子用の電機子と前記外側回転子用の電機子に結線する整流子を配置固定したことを特徴とする。

発明の効果

本発明は、上記手段により、以下に記載されるような効果を奏する。
請求項１に記載の本発明では、中央固定子と、回転軸を有し内周面が前記中央固定子の外周面に所定の間隔を介して対面し前記中央固定子外側に配置された中空円筒体構造の中間回転子と、回転軸を有し内周面が前記中間回転子の外周面に所定の間隔を介して対面し前記中間回転子外側に配置された中空円筒体構造の外側回転子から構成され、前記中間回転子及び外側回転子が前記中央固定子に設けた中間回転子及び外側回転子用の軸受け部によって回転自在に支承され、前記中央固定子・中間回転子・外側回転子に電機子・永久磁石・導体よりいずれかを選択し組合わせて配置固定し、前記電機子に対し直流又は交流電源を給電することによって、中央固定子外側で中間回転子を回転させ、さらに、中間回転子外側で外側回転子を前記中間回転子と同方向に回転させるという従来とは異なる構造の新規なモータを提供することができる。

そして、中空円筒体構造の中間回転子に配置固定した電機子又は永久磁石において、モータの放射方向の外側と内側にそれぞれ発生する磁力を有効利用することにより、外側回転子を中間回転子内側で回転させ、また、前記中間回転子を中央固定子内側で回転させるため、モータ効率の向上を図れるとともに、外側回転子は勿論、中間回転子も出力軸として利用することができる。

そして、本発明による中間・外側回転子外転形モータは、中央固定子と中間回転子間で得られる回転速度−トルク特性と、中間回転子と外側回転子間で得られる回転速度−トルク特性との総和が出力特性となるため、中央固定子と中間回転子間、中間回転子と外側回転子間それぞれ別々に適切な駆動制御を行うことにより、電気エネルギー消費量の効率化を図れるとともに、モータの回転速度−トルク特性を幅広い範囲で任意に設定でき、特定回転範囲内でトルク出力を高めたモータや、広範囲で高いトルクを発揮するモータ、さらには、高速回転を重視したモータ等、モータの出力特性に特徴を備えたモータに容易に設定でき提供することができる。

さらに、本発明による中間・外側回転子外転形モータでは、中央固定子の外側を回転する中間回転子の外側でさらに外側回転子が回転しているため、例えば、同一の高速回転数を得る場合において従来型のモータと比較し、従来型モータでは、外側回転子回転時の負荷を内側固定子の軸受けで負担していたが、本発明による中間・外側回転子外転形モータでは、外側回転子の回転時負荷を中間回転子の軸受け部で負担させることも可能で、さらに、中間回転子の回転時負荷を中央固定子の軸受け部で負担させるため、各回転軸と各軸受け部間で回転時における負荷の分担・低減を図れ、各回転軸と各軸受け部間の耐久力高められるとともに騒音や振動・発熱等の低減を図ることができる。

また、中央固定子と中間回転子間に制動装置を取り付けておくと、無負荷や低負荷時においてモータに高いトルクや回転を必要としない運転状態と判断した時、制動開始と同時に中央固定子への給電も連動して停止させて中間回転子の回転を制動・停止させ、中間回転子の電機子に対しては引き続き給電を行うことによって、中間回転子外側で外側回転子のみを回転させることもできる。

請求項２に記載の発明では、上記請求項１に記載の発明の構成に加え、中央固定子に中央固定子用の電機子と中間回転子用の電機子に給電するブラシを配置固定し、中空円筒体構造の中間回転子に中間回転子用の電機子と前記電機子と接続するとともに前記ブラシに相対して接触するスリップリングを配置固定し、外側回転子に回転子鉄心周方向に異なる極の永久磁石を配置固定した構成を採用したので、中央固定子の電機子と中間回転子の電機子間に発生する磁気力で前記中間回転子を回転させ、中間回転子の電機子と外側回転子の永久磁石間に発生する磁気力で前記外側回転子を回転させることができる。
そして、前記外側回転子に永久磁石を採用しその永久磁石を外側回転子内側に配置できることにより、遠心力による永久磁石の破損もしくは接着剤のはがれ等による故障を未然に防止でき、また、成型制作された永久磁石は形状や重さが均一なため回転精度が高く、高回転が可能な中間・外側回転子外転形モータを提供することができる。

請求項３に記載の発明では、上記請求項１に記載の発明の構成に加え、中央固定子に中央固定子用の電機子と中間回転子用の電機子に給電するブラシを配置固定し、中空円筒体構造の中間回転子に中間回転子用の電機子と前記電機子と接続するとともに前記ブラシに相対して接触するスリップリングを配置固定し、外側回転子に回転子鉄心表面の回転軸方向に金属導体棒を収納し前記金属導体棒両側を短絡環で固定したかご形構造を採用したので、堅牢で構造が簡単な誘導型モータの長所を取り入れた外側回転子を製造でき、ひいては中間・外側回転子外転形のモータを安価に提供することができる。

請求項４に記載の発明では、上記請求項１に記載の発明の構成に加え、中央固定子に中央固定子用の電機子と外側回転子用の電機子に給電するプラス側ブラシＡとマイナス側ブラシＢをそれぞれ配置固定し、中空円筒体構造の中間回転子に回転子周方向に異なる極の永久磁石と、前記プラス側ブラシＡに相対して接続するとともに外側回転子の整流子に接触するプラス側ブラシＣと結線するプラス側スリップリンクと、前記マイナス側ブラシＢに相対して接続するとともに外側回転子の整流子に接触するマイナス側ブラシＤと結線するマイナス側スリップリンクをそれぞれ固定し、外側回転子に外側回転子用の電機子と前記外側回転子用の電機子に結線する整流子を配置固定したことにより、中間回転子と外側回転子間に従来のブラシ付直流モータと同様な回転原理を採用したため、ブラシ付直流モータの製造技術・製造方法を利用できとともに、速度制御が容易で始動や加減速時のトルクが任意で選べる等、直流モータの長所を利用した中間・外側回転子外転形のモータを製造し提供することができる。

以下、図面を参照して発明の実施の形態を説明する。
図１は請求項１に記載の発明における中間・外側回転子外転形モータ１の回転軸方向の説明断面図であり、本発明の基本的な構成を示すものである。
中間・外側回転子外転形モータ１は、中央固定子２と、回転軸３を有し内周面４が前記中央固定子２の外周面５に所定の間隔を介して対面し前記中央固定子２外側に配置された中空円筒体構造の中間回転子６と、回転軸７を有し内周面８が前記中間回転子６の外周面９に所定の間隔を介して対面し前記中間回転子６外側に配置された中空円筒体構造の外側回転子１０から構成され、さらに、前記中央固定子２・中間回転子６・外側回転子１０には、電機子・導体・永久磁石よりいずれかを選択し組合わせて配置固定されている。

前記電機子に対しては、通電する電機子の切り換えや電機子に流す電流方向の切り換え、また、電機子の磁束方向を変える等の各駆動制御方法の中から選択し、交流電源又は直流電源を給電する。
そして、直流電源を給電する方法では、直流電源をブラシから整流子に給電し互いの回転差によって電流の流れを切り換える方法と、直流電源を三相インバータを構成するスイッチング素子でｕ相、ｖ相、ｗ相と転流動作を行い駆動する方法等が考えられ、さらに、通電方式には、１２０度通電方式と１８０度通電方式の二つの駆動方式が考えられる。
また、交流電源を給電する方法では、単相交流電源や三相交流電源を給電する方法が考えられ、さらに、交流電源を整流して直流電源をつくり、その直流電源を電機子に給電する方法等も考えられ、さらに、中央固定子・中間回転子・外側回転子に対し二つ以上電機子を採用した場合では、一方の電機子に直流電源を給電し、他方の電機子に交流電源を給電する組み合わせ型も考えられる。
そして、目的は中央固定子外側で中間回転子を回転させ中間回転子外側で外側回転子を前記中間回転子と同方向に回転させることである。

前記中間回転子６の回転軸３と外側回転子１０の回転軸７においては、中央固定子２における中間・外側回転子外転形モータ１の回転中心軸線Ａ−Ａ′上に回転中心を設定した軸受け部１１に中間回転子６の回転軸３が回転自在に支承され、さらに、前記回転中心軸線Ａ−Ａ′上に回転中心を設定した軸受け部１２に外側回転子１０の回転軸７が回転自在に支承されている。
また、外側回転子１０用の軸受け部においては、上述した中央固定子２中央部に設けた外側回転子用の軸受け部１２の他に、図２のように中間回転子６ａ中央部に外側回転子１０ａの回転軸７ａ用の軸受け部１３を設け、前記軸受け部１３のみで外側回転子１０ａの回転軸７ａを支承する方法も考えられる。
さらに、図２の前記軸受け部１３と図１における中央固定子２中央部に設けた外側回転子用の前記軸受け部１２を併用し回転精度や耐久性等を高める方法も考えられる。
そして、例えば、ノート型やディスクトップ型のパソコンにおいて、中央演算処理装置がデータの読み出しや書き込みに用いるＨＤＤのディスク駆動用モータとして採用した場合の外側回転子用の軸受け部においては、予め、ディスクをＨＤＤ本体に組み込みディスクを交換せず繰り返して使用する場合、図１や図２の実施例に加えて、図３のように、ディスクをモータの外側回転子１０ｂに取り付けた後、外側回転子１０ｂの回転軸７ｃ用の軸受け部１４を備えた蓋１５を、外側から中央固定子が取り付けられた基部１６側に螺子やビス等で固定し回転精度を高める方法も考えられる。
よって、中央固定子と中間回転子間や中間回転子と外側回転子間における軸受け部においては、モータの使用目的やコスト等考慮の上、選択決定するとよい。

中央固定子・中間回転子・外側回転子には、電機子・導体・永久磁石よりいずれかを選択し組み合わせて配置固定するが、電機子・導体・永久磁石の組み合わせにおいては色々な組み合わせ方が考えられる。
請求項２に記載の発明に係る中間・外側回転子外転形モータ１ａでは、中央固定子と中間回転子にはそれぞれ電機子を採用し、そして、外側回転子には回転子鉄心の周方向に異なる極の永久磁石を採用して組み合わせた。
また、請求項３に記載の発明に係る中間・外側回転子外転形モータ１ｂでは、中央固定子と中間回転子にはそれぞれ電機子を採用し、そして、外側回転子には回転子鉄心表面の回転軸方向に各金属導体棒を収納し前記金属導体棒両側を短絡環で固定したかご形構造を採用して組み合わせた。
そして、請求項４に記載の発明に係る中間・外側回転子外転形モータ１ｃでは、中央固定子と外側回転子にはそれぞれ電機子を採用し、そして、中間回転子には回転子鉄心の周方向に異なる極の永久磁石を採用して組み合わせた。

さらに、中央固定子外側で中間回転子を回転させ前記中間回転子外側で外側回転子を前記中間回転子と同方向に回転させるための電機子・導体・永久磁石の組み合わせにおいては、前述した各組み合わせ方以外にも、例えば、中央固定子の周方向に異なる極の永久磁石を配置し、中間回転子と外側回転子にそれぞれ電機子を採用した構成の中間・外側回転子外転形モータが考えられ、また、中間回転子・外側回転子への給電が複雑になるが、中央固定子・中間回転子・外側回転子すべてにそれぞれ電機子を採用した構成の中間・外側回転子外転形モータ等も充分に考えられる。

図４は請求項２に記載の発明に係る中間・外側回転子外転形モータ１ａの回転軸方向の説明断面図であり、請求項１に記載の発明に係る中間・外側回転子外転形モータ１の構成に加え、中央固定子と中間回転子には電機子をそれぞれ選択して配置固定し、また、外側固定子には回転子鉄心周方向に異なる極の永久磁石を配置固定した構成を採用した。

中間・外側回転子外転形モータ１ａを構成する中央固定子、中間回転子、外側回転子の説明においては、外側回転子、そして中間回転子、中央固定子の順に説明する。
図４において、１７は永久磁石を採用した外側回転子で、外側回転子内側の円周方向をｎ分割し、Ｎ極の各永久磁石１８ａ、…とＳ極の各永久磁石１８ｂ、…が交互に配置固定され、回転軸１９が外側回転子１７中心部に配置固定されている。
本実施例では、外側回転子の界磁極に永久磁石を採用した場合について説明するが、外側回転子に界磁巻線を設け、前記界磁巻線に励磁電流を流し主磁束を発生させる方法も考えられ、さらに、永久磁石に替えて突極鉄心を用いる方法も考えられる。
そして、前記外側回転子１７は、後述する中間回転子２０における中間・外側回転子外転形モータ１ａの回転中心軸線Ａ−Ａ′上に回転中心を設定した軸受部２１に外側回転子の回転軸１９が回転自在に支承され、前記中心軸線Ａ−Ａ′上で中間回転子２０外側を回転する。

２０は前記外側回転子１７内側に配置された中間回転子で、積層鉄心２２に電機子巻線２３を巻回した中間回転子用の各電機子２４、２４、２４、…が、給電時において、モータ放射方向に磁束が発生するように、中間回転子２０本体に設けた電機子取り付け部２５、２５、２５、…に絶縁状態で堅牢に配置固定され、回転軸２６が中間回転子２０中心部に配置固定されている。
そして、前記中間回転子２０は、後述する中央固定子２７における中間・外側回転子外転形モータ１ａの回転中心軸線Ａ−Ａ′上に回転中心を設けた軸受部２８に中間回転子の回転軸２６が回転自在に支承され、前記中心軸線Ａ−Ａ′上で中央固定子２７外側を回転する。
さらに前記中間回転子２０には、中間・外側回転子外転形モータ１ａ基部３２側に配置固定されたブラシＡ、ブラシＢ、ブラシＣと互いに相対して接触する位置にスリップリングＡ、スリップリングＢ、スリップリングＣが配置固定され、前記各スリップリングＡ、Ｂ、Ｃは中間回転子用電機子の各電機子巻線２３、２３、２３、…にそれぞれ接続されている。
但し、図４における実施例では、各スリップリングＡ、Ｂ、Ｃと中間回転子用各電機子の各電機子巻線２３、２３、２３、…間の接続は省略されている。

２７は前記中間回転子２０内側に位置し中間・外側回転子外転形モータ１ａ基部側３２に配置固定された中央固定子で、中央固定子２７は積層鉄心２９に電機子巻線３０を巻回した中央固定子用の各電機子３１、３１、３１、…が、給電時において、モータ放射方向に磁束が発生する位置に放射状に配置固定されている。
さらに前記基部３２側には、前述したように中間回転子２０に配置固定されたスリップリングＡ、スリップリングＢ、スリップリングＣを介して中間回転子用電機子の各電機子巻線２３、２３、２３、…に三相交流電源を供電するブラシＡ、ブラシＢ、ブラシＣが前記各スリップリングＡ、Ｂ、Ｃと互いに相対す位置にそれぞれ絶縁状態で配置固定されている。
そして、前記各ブラシＡ、ブラシＢ、ブラシＣの配置位置は、中間回転子２０に配置固定された各スリップリングＡ、スリップリングＢ、スリップリングＣ間の間隔が狭く設定された場合、例えば、等間隔で放射状に配置するとよい。
但し、図４では、片側一方にブラシＡとブラシＣを、そして片側他方にブラシＢをそれぞれ配置した。
そして、前記中央固定子２７外側を中間回転子２０が回転し、さらに中間回転子２０外側を外側回転子１７が前記中間回転子２０と同方向に回転する。
以上、説明した主要な部品によって中間・外側回転子外転形モータ１ａは構成され、組み立てられている。

そして、本実施例では、前記中央固定子２７と中間回転子２０にそれぞれ配置固定した各電機子に対し、通電する電機子の切り換えや、電機子に流す電流方向の切り換え、又、電機子の磁束方向を変える各駆動制御方法の中から、前記中間回転子の各電機子に対しては交流電源を、また、前記中央固定子に対しては通電する電機子の切り換えや電機子に流す電流方向の切り換えでは直流電源を、また、電機子の磁束方向を変える方法では交流電源を駆動制御装置よりそれぞれ給電しモータを連続回転させる。

また、外側回転子１７に固定した永久磁石の磁極数に対する中間回転子２０の電機子数や、前記中間回転子２０の電機子数に対する中央固定子２７の電機子数等においては数多くの組み合わせ方が考えられ、コギングトルクやトルク脈動性能、また、モータに求める回転速度−トルク特性等、モータの性能や用途、コスト等を考慮の上、適宜選択・決定する。

次に、作動について述べる。
本発明に係る中間・外側回転子外転形モータの駆動制御方法においては、基本的に従来型モータと同様に、電圧や電流制御、周波数制御、速度制御、位置制御等の他に、前記各制御を組み合わせた駆動制御方法の採用が考えられ、モータの使用目的や使用環境、モータに求められる性能やコスト等を考慮の上、各駆動制御方法より適宜選択する。

外側回転子１７と中間回転子２０間における作動では、中間・外側回転子外転形モータ１ａの基部３２側に配置固定されたブラシＡ、ブラシＢ、ブラシＣから中間回転子２０に配置固定されたスリップリングＡ、スリップリングＢ、スリップリングＣを介して中間回転子における電機子の各電機子巻線２３、２３、２３、…に対して三相交流電源を供給すると、中間回転子２０に回転磁界が発生し、その回転磁界と外側回転子１７に配置固定した永久磁石の磁極間で発生した吸引力によって外側回転子１７と中間回転子２０両者が互いに同方向に同期回転しようとする。しかし、前記中間回転子２０も外側回転子１７同様に回転軸２６が回転自在に支承されている。

そこで同時に、中間回転子２０に発生した回転磁界の磁極位置を検出又は推定しその検出信号や位置推定信号を元に、中央固定子２７に配置固定された積層鉄心２９に電機子巻線３０を巻回した中央固定子用の各電機子３１、３１、３１、…に対し、中間回転子２０が外側回転子１７と同方向に回転する電源供給を行うことによって、中央固定子２７外側を中間回転子２０が回転し、さらに中間回転子２０外側を外側回転子１７が前記中間回転子と同方向に連続回転させることができる。

そして、中央固定子２７に配置固定した中央固定子用の各電機子３１、３１、３１、…に対し、通電する電機子を切り換える電源供給方法では、例えば、中間回転子２０に発生した回転磁界におけるＮ磁極をホール素子等の位置センサで検出し、その検出した信号を元に半導体等で構成された電子回路の判断により、中間回転子２０に発生した回転磁界のＮ極位置より進み側に位置している中央固定子２７側の電機子に対し、Ｓ極が発生する電流を流して励磁し中間回転子２０のＮ極を吸引して中間回転子２０を回転させる。
次に、回転磁界のＮ極がホール素子を通過すると中央固定子２７側の電機子への給電は停止されて無励磁となり、中間回転子２０は慣性力で回転し続ける。
今度は、回転し続ける中間回転子２０に発生した回転磁界におけるＳ極をホール素子で検出すると、中間回転子２０のＮ極位置より進み側に位置する中央固定子２７の電機子に対し、Ｓ極が発生する電流を流して励磁することによって中間回転子２０のＮ極を吸引して中間回転子２０を回転させる。
再び、回転磁界のＳ極がホール素子を通過すると中央固定子用電機子への給電は停止されて無励磁となり、中間回転子２０は再び慣性力で回転し続ける。
そして、上述した作動をきめ細かく繰り返し行うことによって、中間回転子２０は中央固定子２７外側を連続的に回転し続け、さらに、中間回転子２０外側を外側回転子１７が前記中間回転子と同方向に連続回転する。
結果的に、中間回転子２０が中央固定子２７外側を連続的に回転することで得られる回転速度−トルク特性と、外側回転子１７が中間回転子２０外側を前記中間回転子と同方向に連続回転することで得られる回転速度−トルク特性の総和が中間・外側回転子外転形モータ１ａで得られる回転速度−トルク特性となる。

また、中央固定子２７に配置固定した中央固定子の各電機子３１、３１、３１、…に対し、通電する直流電流の流れる方向を切り換える電源供給方法では、例えば、中間回転子２０に発生した回転磁界の内、中間回転子２０内側に発生した回転磁界のＮ極位置を検出又は推定し、前記回転磁界のＮ極位置より進み側に位置している中央固定子２７側の電機子に対し、前記中間回転子２０内側に発生した回転磁界のＮ極を吸引するＳ極が発生する方向に電流を流して励磁することによって中間回転子２０のＮ極は吸引され中間回転子２０本体が外側回転子１７と同方向へ回転する。
さらに、前記回転磁界のＮ極位置が中央固定子２７の励磁された電機子と同位置又は進み側に位置したとき、電流の流れる方向を切り換えて中間回転子２０のＮ極に反発する同極のＮ極に励磁することによって、さらに中間回転子２０本体が外側回転子１７と同方向に回転する。
上述した作動をきめ細かく繰り返し行うことで、中間回転子２０は中央固定子２７外側を連続的に回転し続け、さらに中間回転子２０外側を外側回転子１７が前記中間回転子と同方向に連続回転する。
結果的に、中間回転子２０が中央固定子２７外側を連続的に回転することで得られる回転速度−トルク特性と、外側回転子１７が中間回転子２０外側を前記中間回転子と同方向に連続回転することで得られる回転速度−トルク特性の総和が中間・外側回転子外転形モータ１ａで得られる回転速度−トルク特性となる。

さらに、中央固定子２７に配置固定した中央固定子の各電機子３１、３１、３１、…に対し、磁束方向を変える電源供給方法では、中間回転子２０の回転磁界速度よりさらに高い回転磁界速度が発生する交流電流を供給することにより、中央固定子２７の外側で中間回転子２０本体を外側回転子１７と同方向に同期回転させることができ、結果的に、中間回転子２０が中央固定子２７の外側を連続的に回転することで得られる回転速度−トルク特性と、外側回転子１７が中間回転子２０外側を前記中間回転子と同方向に連続回転することで得られる回転速度−トルク特性の総和が中間・外側回転子外転形モータ１ａで得られる回転速度−トルク特性となる。
この磁束方向を変える電源供給方法によると、モータ負荷が過大となった場合に発生する脱調現象に対し、中央固定子２７と中間回転子２０間の最大位相角と中間回転子２０と外側回転子１７間の最大位相角との総和が本モータにおける最大位相角と成り、脱調現象に至るまでの位相角が大きいため、モータが停止しにくくなる等の利点がある。

次に、請求項３に記載の発明に係る中間・外側回転子外転形モータ１ｂの構造や作動について説明する。
請求項３に記載の発明に係る中間・外側回転子外転形モータ１ｂでは、請求項１に記載の発明に係る中間・外側回転子外転形モータ１の構成に加え、中央固定子と中間回転子には電機子をそれぞれ選択し配置固定し、外側回転子にかご形構造を採用した。

中間・外側回転子外転形モータ１ｂを構成する中央固定子、中間回転子、外側回転子の内、中間回転子及び中央固定子においては、前述した請求項２に記載の発明に係る中間・外側回転子外転形モータ１ａにおける中間回転子及び中央固定子と同様な構造を採用しているので、構造に関する説明は省略する。

かご形構造を採用した外側回転子３３は、回転子側にかご形構造を採用した従来のかご形誘導モータと同様な作動に基づき、図５における中間回転子３４に発生した回転磁界によってかご形構造を構成する外側回転子３３の各金属導体棒３５に回転磁界の回転方向と同じ向きに電磁力が発生し、外側回転子３３を中間回転子３４の回転磁界の回転方向と同方向に回転させる。
導体を採用した前記外側回転子３３の構造においては、図５のように、外側回転子３３内側の積層鉄心３６内周面に設けた各凹部３７に、銅やアルミニュウム製等の金属導体棒３５を回転軸３８と同方向に配置するとともに、両側を短絡環３９で固定した。
また、外側回転子３３裏側に配置する内側短絡環においては、金属導体棒の内側端部を外側回転子３３裏側に接触させることによって外側回転子３３裏側を電流通路用の内側短絡環として利用し、内側短絡環を省略する実施例も考えられる。
さらに、前述した銅やアルミニュウム製等の金属導体棒３５に変え、導線をコイル状に巻いた巻線形の外側回転子の採用も考えられ、前記コイル状に巻いた巻線は各スリップリングに結線して外部より給電する。
そして、前述したように、中間回転子及び中央固定子に関する説明は省略するが、図５では中間回転子の電機子のみを図示した。

かご型構造の外側回転子３３と中間回転子３４間の作動については、中間回転子３４の各電機子４０、４０、４０、…に発生した回転磁界によって、かご型構造の外側回転子３３の金属導体棒に渦電流が発生し、そして、フレミングの左手の法則により中間回転子３４の各電機子４０、４０、４０、…に発生した回転磁界と外側回転子３３の金属導体棒３５に流れる渦電流によって外側回転子３３側に電磁力が発生し、外側回転子３３が中間回転子３４の電機子４０、４０、４０、…に発生した回転磁界の回転方向と同方向に連続回転する。

中央固定子４１の外側を中間回転子３４が回転する作動については、前述した中間・外側回転子外転形モータ１ａにおける作動と同様に、中間回転子の電機子に発生した回転磁界に対して、中央固定子側の電機子に、通電する電機子の切り換えや、電機子に流す電流方向の切り換え、電機子の磁束方向を変える各駆動制御方法の中から選択し、中央固定子外部で中間回転子を回転させ、中間回転子外部で外側回転子を前記中間回転子と同方向に誘導回転させる。
そして、上述した作動を繰り返し行うことによって、中間回転子３４は中央固定子４１外側を連続的に回転し続け、さらに、中間回転子３４外側を外側回転子３３が前記中間回転子３４と同方向に連続回転する。
結果的に、中間回転子３４が中央固定子４１外側を連続的に回転することで得られる回転速度−トルク特性と、外側回転子３３が中間回転子３４外側を前記中間回転子と同方向に連続回転することで得られる回転速度−トルク特性の総和が中間・外側回転子外転形モータ１ａで得られる回転速度−トルク特性となる。

次に、請求項４に記載の発明に係る中間・外側回転子外転形モータ１ｃの構造や作動について説明する。
請求項４に記載の発明に係る中間・外側回転子外転形モータ１ｃでは、請求項１に記載の発明に係る中間・外側回転子外転形モータ１の構成に加え、中央固定子と外側回転子には電機子をそれぞれ選択して配置固定し、また、中間回転子には回転子鉄心周方向に異なる極の永久磁石を配置固定した構成を採用した。

図６において、４２は電機子を採用した外側回転子で、積層鉄心４３に電機子巻線４４を巻回した外側回転子用の各電機子４５、４５、４５、…が、給電時においてモータ放射方向に磁束が発生する外側回転子本体の内側位置に配置固定されている。
そして、前記外側回転子４２用の電機子における各電機子巻線４４、４４、４４、…と結線する各整流子４６、４６、４６、……が前記外側回転子本体に配置固定され、さらに、回転軸４７が外側回転子４２中心部に配置固定されている。
前記外側回転子４２は、中間回転子４８中央部に設けた外側回転子用の軸受部４９に前記回転軸４７が回転自在に支承され、中間回転子４８外側を中間・外側回転子外転形モータ１ｃの回転中心軸線Ａ−Ａ′上で回転する。

４８は前記外側回転子４２内側に配置された中間回転子で、中間回転子本体の回転子周方向に開孔する取り付け部にＮ極の各永久磁石５０ａ、…とＳ極の各永久磁石５０ｂ、…が交互に配置固定されている。
さらに、前記外側回転子４２側に配置固定された各整流子４６、４６、４６、…に接触するプラス側ブラシＣと前記プラス側ブラシＣに結線するプラス側スリップリンク５１ａと、前記各整流子４６、４６、４６、…に接触するマイナス側ブラシＤと前記マイナス側ブラシＤに結線するマイナス側スリップリンク５１ｂが中間・外側回転子外転形モータ１ｃの回転中心軸線Ａ−Ａ′を回転中心として中間回転子４８本体にそれぞれ絶縁状態で配置固定されている。
そして、回転軸５２が中間回転子４８中心部に配置固定され、前記中間回転子４８は、中央固定子５３中央部に設けた中間回転子４８用の軸受部５４に前記回転軸５２が回転自在に支承され、中央固定子５３外側を中間・外側回転子外転形モータ１ｃの回転中心軸線Ａ−Ａ′上で回転する。

５３は前記中間回転子４８内側に位置する中央固定子で、積層鉄心５５に電機子巻線５６を巻回した中央固定子用の各電機子５７、５７、５７、…が、給電時においてモータ放射方向に磁束が発生する位置に放射状に中間・外側回転子外転形モータ１ｃの基部側５８に配置固定されている。
さらに、中間・外側回転子外転形モータ１ｃ基部側５８には、中間回転子４８に配置固定されたプラス側スリップリンク５１ａに相対して接触する位置にプラス側ブラシＡが、また、マイナス側スリップリンク５１ｂに相対して接触する位置にマイナス側ブラシＢがそれぞれ絶縁状態で配置固定され、そして、前記中央固定子５３外側で中間回転子４８が回転し、さらに中間回転子４８外側で外側回転子４２が前記中間回転子４８と同方向に回転する。
以上、説明した主要な部品によって中間・外側回転子外転形モータ１ｃは構成され、組み立てられている。

そして、中央固定子５３外側を中間回転子４８が回転する作動については、中間回転子４８のＮ極の永久磁石５０ａ、…とＳ極の永久磁石５０ｂ、…に対して、中央固定子側の電機子５７、５７、５７、…に、通電する電機子の切り換えや、電機子に流す電流方向の切り換え、電機子の磁束方向を変える各駆動制御方法の中から選択し、中央固定子５３外側で中間回転子４８を回転させる。

さらに、中間回転子４８外側を外側回転子４２が回転する作動については、外側回転子の各電機子４５、４５、４５、…に対して中間回転子４８が回転することによって生じる回転差で前記各電機子と結線する各整流子４６、４６、４６、…に流す直流電流の流れる方向の切り換えが行なわれ、例えば、中間回転子４８に配置固定したＳ極の永久磁石に対し、遅れ側に位置する外側回転子の電機子４５をＮ極に励磁して中間回転子４８のＳ極を吸引し、外側回転子４２を回転する中間回転子４８の回転方向と同方向に回転させ、次に進み側に位置した外側回転子の電機子４５をＳ極に励磁することにより中間回転子４８のＳ極と反発させ、外側回転子４２を回転する中間回転子４８の回転方向と同方向をさらに回転させ、結果的に、中央固定子５３外側を中間回転子４８が回転し、さらに、中間回転子４８外側を外側回転子４２が、前記中間回転子４８と同方向に連続回転する。

そして、前記外側回転子４２の各電機子４５、４５、４５、…へ流す電流の流れ方は、プラス電源が、モータ１ｃ基部側５８に配置固定されプラス電源と結線するプラス側ブラシＡから中間回転子４８に配置固定され前記プラス側ブラシＡに相対して接触するプラス側スリップリンク５１ａを介して前記プラス側スリップリンク５１ａと結線するプラス側ブラシＣに送電され、また、マイナス電源が、モータ１ｃ基部側５８に配置固定されマイナス電源と結線するマイナス側ブラシＢから、中間回転子４８に配置固定され前記マイナス側ブラシＢに相対して接触するマイナス側スリップリンク５１ｂを介して前記マイナス側スリップリンク５１ｂと結線するマイナス側ブラシＤに送電される。

尚、本発明は、上述した各実施例の他に本発明の精神を逸脱しない限り、種種の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

請求項１に記載の発明に係る中間・外側回転子外転形モータ１の回転軸方向の説明断面図である。外側回転子１０ａの回転軸７ａ用の軸受け部１３を中間回転子６ａ中央部に設けた実施例を示すモータ回転軸方向の説明断面図である。外側回転子１０ｂの回転軸７ｃ用の軸受け部１４を蓋１５に設けた実施例を示すモータ回転軸方向の説明断面図である。請求項２に記載の発明に係る中間・外側回転子外転形モータ１ａの回転軸方向の説明断面図である。請求項３に記載の発明に係る中間・外側回転子外転形モータ１ｂの回転軸方向の説明断面図である。請求項４に記載の発明に係る中間・外側回転子外転形モータ１ｃの回転軸方向の説明断面図である。

符号の説明

１、１ａ、１ｂ、１ｃ中間・外側回転子外転形モータ１
２、２７、４１、５３中央固定子
３、２６、５２中間回転子の回転軸
４中間回転子の内周面
５中央固定子の外周面
６、２０、３４、４８中間回転子
７、１９、３８、４７外側回転子の回転軸
８外側回転子の内周面
９中間回転子の外周面
１０、１７、３３、４２外側回転子
１１、２８、５４中間回転子用回転軸の軸受け部
１２、１３、１４、２１、４９外側回転子用回転軸の軸受け部
１５外側回転子用回転軸の軸受け部を備えた蓋
１６、３２、５８中間・外側回転子外転形モータの基部
１８ａ、１８ｂ、５０ａ、５０ｂ永久磁石
２２、２９、３６、４３、５５鉄心
２３、３０、４４、５６巻線
２４、４０中間回転子の電機子
２５電機子取り付け部
３１、５７中央固定子の電機子
３５金属導体棒
３７凹部
３９短絡環
４５外側回転子の電機子
４６整流子
５１ａ、５１ｂスリップリンク
５９駆動制御装置

Claims

中央固定子と、回転軸を有し内周面が前記中央固定子の外周面に所定の間隔を介して対面し前記中央固定子外側に配置された中空円筒体構造の中間回転子と、回転軸を有し内周面が前記中間回転子の外周面に所定の間隔を介して対面し前記中間回転子外側に配置された中空円筒体構造の外側回転子から構成され、前記中間回転子及び外側回転子が前記中央固定子に設けた中間回転子及び外側回転子用の軸受け部によって回転自在に支承され、前記中央固定子・中間回転子・外側回転子に電機子・永久磁石・導体よりいずれかを選択し組合わせて配置固定し、前記電機子に対し直流又は交流電源を給電することによって、中央固定子外側で中間回転子を回転させ、さらに、中間回転子外側で外側回転子を前記中間回転子と同方向に回転させることを特徴とする中間・外側回転子外転形モータ。
中央固定子に中央固定子用の電機子と中間回転子用の電機子に給電するブラシを配置固定し、中空円筒体構造の中間回転子に中間回転子用の電機子と前記電機子と接続するとともに前記ブラシに相対して接触するスリップリングを配置固定し、外側回転子に回転子鉄心周方向に異なる極の永久磁石を配置固定したことを特徴とする請求項１記載の中間・外側回転子外転形モータ。
中央固定子に中央固定子用の電機子と中間回転子用の電機子に給電するブラシを配置固定し、中空円筒体構造の中間回転子に中間回転子用の電機子と前記電機子と接続するとともに前記ブラシに相対して接触するスリップリングを配置固定し、外側回転子に回転子鉄心表面の回転軸方向に金属導体棒を収納し前記金属導体棒両側を短絡環で固定したかご形構造を採用したことを特徴とする請求項１記載の中間・外側回転子外転形モータ。
中央固定子に中央固定子用の電機子と外側回転子用の電機子に給電するプラス側ブラシＡとマイナス側ブラシＢをそれぞれ配置固定し、中空円筒体構造の中間回転子に回転子周方向に異なる極の永久磁石と、前記プラス側ブラシＡに相対して接続するとともに外側回転子の整流子に接触するプラス側ブラシＣと結線するプラス側スリップリンクと、前記マイナス側ブラシＢに相対して接続するとともに外側回転子の整流子に接触するマイナス側ブラシＤと結線するマイナス側スリップリンクをそれぞれ固定し、外側回転子に外側回転子用の電機子と前記外側回転子用の電機子に結線する整流子を配置固定したことを特徴とする請求項１記載の中間・外側回転子外転形モータ。