JP3062085U

JP3062085U - 対向軸向磁場ブラシレスｄｃモ―タ

Info

Publication number: JP3062085U
Application number: JP1999001405U
Authority: JP
Inventors: 譽燕王; 壽美林
Original assignee: 王譽燕; 壽美林
Priority date: 1999-03-11
Filing date: 1999-03-11
Publication date: 1999-09-28
Anticipated expiration: 2005-03-11

Abstract

(57)【要約】【課題】対向軸向磁場ブラシレスＤＣモータの提供。【解決手段】複数の等角環状配置の永久磁石を具えて
二つの隣り合う永久磁石が相反する軸方向磁場を有する
一つのロータ、上記ロータの軸方向の二側に対向するよ
う設置された二つのステータであって、ロータに対向す
る内側面に複数の等角に環状に配設され且つロータを挟
んだ二つが相互に対向する電磁領域を具えて各一つの電
磁領域に少なくとも一組の巻線コイルのある二つのステ
ータ、少なくとも一つのセンサ素子を有しロータの位相
角度と回転速度を検出して巻線コイルの直流電流方向と
そのオンオフを制御し、該巻線コイルとロータ間にそれ
ぞれ少なくとも一つのモータ特性を形成させる一つの制
御システム、以上を具え、該センサ素子がロータの回転
速度の変化を検出し、各モータが同時運転するか、単独
運転するか、組合せられてその他のモータ方式で運転す
るようにしてある。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

本考案は一種のブラシレスＤＣモータに係り、特に一種の、中低回転速度、大トルク、ハイパワー、及び一つ或いは多種類の回転速度とトルク特性に変換可能である対向軸向磁場ブラシレスＤＣモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】

周知のモータの大半は「径向磁場」とされ、このためその回転子の受力は僅かに単面とされ、極数と空間の利用率が比較的低く、理想的な構造であるとは言えなかった。また、周知のモータには「軸向磁場」を使用したものもあるが、交流システムが単相、二相或いは三相の同期／非同期誘導モータ、永久磁石ステップモータ、磁抵抗モータ及び永久磁石同期モータ等であった。

【０００３】磁鋼材料の不断の強磁化、及びルビジウム鉄ホウ素アルカリ希土類磁鋼の普及と価格の合理化により、永久磁石直流モータがより広範に各種の領域で運用されるようになった。それは大量大量に強磁材料を使用するため、同じパワーにおいては、永久磁石直流モータは交流モータの体積よりも小さく、重量も軽く、厚さも薄く、より多くのエネルギー資源を節約できた。そしてその応用の領域、永久磁石直流モータの特性曲線、表現は交流モータに比べて優れていた。さらに近年では半導体産業が急速に発展し、ブラシレスＤＣモータの、電子化、ディジタル化サービスコントロールの領域における表現には目ざましいものがある。

【０００４】しかし、現在までどのような文献にも、対向或いは多数ディアル対向組合せの軸向磁場ブラシレスＤＣモータは記載されていない。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

本考案の主要な目的は、一種の、対向軸向磁場ブラシレスＤＣモータを提供することにあり、それは一つ或いは多種の回転速度とトルク特性曲線の組合せを有するものとする。

【０００６】本考案の次の目的は、一種の、対向軸向磁場ブラシレスＤＣモータを提供することにあり、それは電機の極数を相対的に倍増可能で、空間利用率を高め、比較的大きなトルクを出力可能であるものとする。

【０００７】本考案の第３の目的は、一種の、対向軸向磁場ブラシレスＤＣモータを提供することにあり、それは、対向電磁ステータに一つの永久磁石ロータを共用させて、両面の受力を均一とし、運転を平穏としたものとする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

請求項１の考案は、複数の等角に環状に配設された永久磁石を具え、二つの隣り合う永久磁石が相反する軸方向磁場を有してなる、一つのロータ、上記ロータの軸方向の二側に対向するよう設置されてロータに対向する内側面に複数の等角に環状に配設され且つロータを挟んだ二つが相互に対向する電磁領域が形成され、各一つの電磁領域に少なくとも一組の巻線コイルが設けられてなる、二つのステータ、少なくとも一つのセンサ素子を具えてロータの位相角度と回転速度を検出し、上記巻線コイルの直流電流方向とそのオンオフを制御し、該巻線コイルとロータ間にそれぞれ少なくとも一つのモータ特性を形成させるようにしてなる、一つの制御システム、以上が組み合わされて、異なる回転速度とトルク特性が必要である時、該センサ素子がロータの異なる回転速度の変化を検出し、これらモータを同時に運転させるか、或いはそのなかの一つのモータを単独運転させるか、或いは組合せてその他の種類のモータ方式の運転をさせて、異なるトルク特性に変換し出力できるようにして構成された、対向軸向磁場ブラシレスＤＣモータとしている。請求項２の考案は、前記制御システムが直流三相六線ブリッジ位相変換制御システムとされたことを特徴とする、請求項１に記載の対向軸向磁場ブラシレスＤＣモータとしている。請求項３の考案は、前記制御システムが電子位相変換シフト制御システムとされたことを特徴とする、請求項１に記載の対向軸向磁場ブラシレスＤＣモータとしている。請求項４の考案は、前記センサ素子がホールＩＣとされたことを特徴とする、請求項１に記載の対向軸向磁場ブラシレスＤＣモータとしている。請求項５の考案は、前記電磁領域が加圧巻付け式の鉄心を具えたことを特徴とする、請求項１に記載の対向軸向磁場ブラシレスＤＣモータとしている。

【０００９】

【考案の実施の形態】

本考案は、一つのロータ、二つのステータ、及び一つの制御システムを包括する。該ロータは複数の、等角に環状に配置された永久磁石を具え、二つの隣り合う磁石間は相反する軸向磁場とされる。該二つのステータは該ロータの軸方向の二側に対向設置され、並びにロータに対向する内側面にそれぞれ複数の、等角に環状配置され二つが相互に対向するよう配置された電磁領域が形成され、各一つの電磁領域に少なくとも一組の巻線コイルがある。該制御システムは少なくとも一つのセンサ素子を具え、該センサ素子はロータの位相角度と回転速度を検出するのに用いられ、該制御システムは並びにこれら巻線コイルの直流電流方向とそのオンオフを制御可能であり、これら巻線コイルとロータ間にそれぞれ少なくとも一つのモータＭ１、Ｍ２、・・・特性を形成するのに用いられる。異なる回転速度とトルク特性が必要である時には、該センサ素子が異なる回転速度変化を検出することにより、これらモータをＭ１＋Ｍ２＋・・・を以て同時に運転させるか、或いはその中の一つのモータＭ１、Ｍ２、・・・を単独で運転させるか、或いは組み合わせてその他の種類のモータ方式で運転させるかを制御でき、それにより異なるトルク特性に変換して出力可能である。

【００１０】本考案の制御システムは直流位相変換制御システム、或いは交流整直流位相変換制御システム、或いは手動制御システム、或いはその他の等しい効果を有する制御システムを採用可能であるが、望ましくは電子位相変換シフト直流三相六線ブリッジ制御システムを使用するのがよく、即ち、モータを電子式シフトの原理で動作させる。センサ素子には周知の各種ホール素子を使用するか、或いはその他の位相角度磁極位置を検出可能な素子を使用可能であるが、望ましくはホールＩＣを使用する。

【００１１】本考案のこれらのモータは相互に異なる（Ｍ１≠Ｍ２≠・・・）か、或いは相互に等しい（Ｍ１＝Ｍ２＝・・・）ものとされる。各電磁領域のこれらの巻線コイルは鉄心に巻かれるが、望ましくは加圧巻き込み式の鉄心を採用する。

【００１２】本考案はまた一つ以上のロータを使用可能であり、各一つのロータの軸方向の二側に一対のステータが相互に対向するよう搭載され、これによりさらに多種のモータの組合せを形成可能で、多種の異なるトルク特性変換を有するものとされうる。

【００１３】ロータの複数の永久磁石は、嵌め込み、貼り合わせ、締めつけ、或いはその他の組合せ方式により等角にロータに環状に配置される。望ましくは、複数の未充磁の磁鋼を成形金型中に置き入れ、さらにアルミ合金、エンジニアプラスチック、ＢＭＣ、ＤＭＣ或いはその他の熱硬化樹脂など非導磁材料を金型中に射出或いは圧入し一体成形し、これら磁鋼を非導磁材料で緊密に被覆し、取り出した後に表面加工処理を行い、さらにこれら磁鋼に対して一部或いは全体を充磁して永久磁石となす。

【００１４】

【実施例】

本考案の技術内容を具体的に説明するために、特にここでは二つの実施例を挙げて説明する。図１、２は本考案の一つの実施例を示し、この実施例は特に、電動車の中低回転速度、大トルク、ハイパワーのブラシレスＤＣモータに適用される。

【００１５】本実施例では三相両極式ブラシレスＤＣモータを使用し、ゆえに心軸５に設置されるロータ３に等角度に環状に１６個の永久磁石３１が配設され、各二つの隣り合う永久磁石３１間は相反する軸向磁場とされる。このロータ３は１６個の未充磁の磁鋼を成形金型中に置き入れ、さらにアルミ合金、エンジニアプラスチック、ＢＭＣ、ＤＭＣ或いはその他の熱硬化樹脂など非導磁材料を金型中に射出或いは圧入し一体成形し、これら磁鋼を非導磁材料で緊密に被覆し、取り出した後に表面加工処理を行い、さらにこれら磁鋼に対して一部或いは全体を充磁して永久磁石３１となしたものである。

【００１６】二つのステータ１、２は二つが、ロータ３の軸方向の二側に対向設置され、並びにロータ３に対向する内側面１０、２０に、それぞれ２４個の等角に環状配置され且つ相互に対向する電磁領域１１、２１が設けられている。本実施例では、同一歯の電磁領域１１（２１）は、二組の巻線コイル１２、１３（２２、２３）が一つの加圧巻き付け式鉄心の内端と外端に巻き付けられて成る。

【００１７】図３から図５は本実施例の三相巻線コイル表示図である。ステータ１を例にして説明すると、その巻付け方式は、ステータ１の２４個の電磁領域１１が、Ａ、Ｂ、Ｃの順に分けられて間隔を開けて配列された三組に分けられ、Ａ組（或いはＢ組或いはＣ組）に属する巻線コイル１２がまず鉄心の内端に個別に巻き付けられた後に相互に連接され、Ａ組（或いはＢ組或いはＣ組）に属する巻線コイル１３がまず鉄心の外端に巻き付けられてから相互に連接される。ステータ２についても同様である。

【００１８】本実施例で使用される電子位相変換シフト直流三相六線ブリッジ制御システム４について以下に説明する。図６はそのブリッジ構造とＭ１、Ｍ２及びＭ１＋Ｍ２ＮＯフィールドパワースイッチ切り換え表示図であり、これは周知の構造であり本考案の重点ではないため、説明は省略する。図３から図５に示される本実施例のセンサ素子４０が三つのホールＩＣ（Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３）によりロータ３の位相角度と回転速度を検出する。

【００１９】これにより、この電子位相変換シフト直流三相六線ブリッジ制御システム４がこれらホールＩＣ（Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３）によりそれぞれロータ３の位相角度と回転速度変換を検出した後、同一のステータ１（或いは２）の同一の電磁領域１１（或いは２１）の巻線コイル１２、１３（或いは２２、２３）に対して、同方向直流電流を通じるか或いは同時接地するかを制御し、並びに各一組中の異なり且つ隣接する三つの電磁領域Ａ、Ｂ、Ｃの巻線コイル１２、１３（２２、２３）に対して異なる方向の直流電流を通じるか或いは接地するかを制御し、こうして各組の三相の隣接する電磁領域１１（或いは２１）が六種類の変化の軸向磁場組合せを有し、さらに、異なるステータ１、２の二つの相対する電磁領域１１、２１が相反する軸向磁場を有するか或いは同時に接地して零磁場となり且つ順に交替して方向変換可能となるよう制御する。ゆえに異なるステータ１、２の二つの対向する電磁領域１１、２１の巻線コイル１２、２２とロータ３間に一つのモータＭ２の特性を形成可能で、巻線コイル１３、２３とロータ３間にもう一つのモータＭ１の特性を形成可能である。

【００２０】電動車が零回転速度Ｖ₀ より起動開始して大きなトルクが必要である時、これらホールＩＣ（Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３）がロータ３のゆっくりの回転速度を検出し、電子位相変換シフト直流三相六線ブリッジ制御システム４が巻線コイル１２、１３、２２、２３に対してそれぞれ異なる位相差の直流電流を通じるか或いは接地するかを制御し、即ちモータが電子式シフトの原理で動作し、モータＭ２とモータＭ１が同時にロータ３に施力し、Ｍ１＋Ｍ２のモータ特性を有するようになる。図７から図１２はこのロータ３が二側の巻線コイル１２、１３、２２、２３の順に変換する反発力を受けて連続運動する断面動作表示図であり、ロータ３が持続して前方に向かう、一種のデュアルモータ運転モードとされ、そのトルク特性曲線は図１５に示されるとおりである。

【００２１】起動後の回転速度は漸次増加し、ホールＩＣ（Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３）がロータ３の低回転速度Ｖ_L を検出すると、制御システム₄ がただ巻線コイル１２、２２に対して異なる位相差の直流電流を通じるか或いは接地するかを制御するよう切り換えられ、図１３はこのシングルモータＭ２の運転モードを示している。

【００２２】回転速度がさらに増して高回転速度Ｖ_H となると、制御システム４がさらにただ巻線コイル１３、２３に対して異なる位相差の直流電流を通じるか或いは接地するかを制御するよう切り換えられ、図１４はこのシングルモータＭ１の運転モードを示している。

【００２３】図１５は回転速度Ｖ−回転速度とトルクＴの関係曲線図であり、本実施例は異なる回転速度時に適時電流を変換するよう制御されることで、デュアルモータＭ１＋Ｍ２同時運転か、或いはシングルモータＭ２、Ｍ１の単独運転かのモードを有することができ、三種類の異なるトルク曲線の組合せを形成し、一種類の双曲線に似た異なるトルク出力特性を有し、ゆえに電子位相変換、電子シフトの変速電動車の機能を有しうる。

【００２４】また、デュアル対向ステータであるため、電機の極数が相対的に倍増し、空間利用率が高まり、同じ体積の径方向磁場モータのトルクよりも大きな出力を得ることができる。且つこれらモータは二側より対向するよう平均施力するため、両面の受力が均一となり運転は平穏となる。

【００２５】図１６は、本考案のもう一つの実施例を示し、その構造は上述の実施例とほぼ同じであるが、ただし、二つのロータ３、３’を具え、各一つのロータ３、３’ の二側に対向するようステータ１、２、１’、２’が設けられ、これにより四つの電動機Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４を形成可能で、それは単独使用或いは相互に組合せ使用されて、より多種類の異なるトルク変換を形成可能である。図に示されるように、本実施例の隣り合う二つの電磁セット２、２’は一体成形され、これにより空間とコストが節約されているが、当然分離設置も可能であり、いずれも本考案の目的と効果を達成可能である。

【００２６】

【考案の効果】本考案の対向軸向磁場ブラシレスＤＣモータは、中低回転速度、大トルク、ハイパワー、及び一つ或いは多種類の回転速度とトルク特性に変換可能であり、本考案の目的、手段、効果はいずれも周知の技術の特徴とは異なるものであって、新規性、実用性及び産業上の利用価値を有する考案であるといえよう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例の断面図である。

【図２】本考案の実施例の部分立体分解図である。

【図３】本考案の実施例の三相巻線コイル表示図であ
る。

【図４】本考案の実施例の三相巻線コイル表示図であ
る。

【図５】本考案の実施例の三相巻線コイル表示図であ
る。

【図６】本考案の実施例の直流三相六線ブリッジ電子位
相変換シフト制御システム表示図である。

【図７】本考案の実施例のデュアルモータ運転時の連続
運動断面動作表示図である。

【図８】本考案の実施例のデュアルモータ運転時の連続
運動断面動作表示図である。

【図９】本考案の実施例のデュアルモータ運転時の連続
運動断面動作表示図である。

【図１０】本考案の実施例のデュアルモータ運転時の連
続運動断面動作表示図である。

【図１１】本考案の実施例のデュアルモータ運転時の連
続運動断面動作表示図である。

【図１２】本考案の実施例のデュアルモータ運転時の連
続運動断面動作表示図である。

【図１３】本考案の実施例のシングルモータ運転表示図
である。

【図１４】本考案の実施例のシングルモータ運転表示図
である。

【図１５】本考案の実施例の回転速度−トルク関係曲線
図である。

【図１６】本考案のもう一つの実施例の二組デュアル対
向軸向磁場ブラシレスＤＣモータ表示図である。

【符号の説明】

１、１’ ステータ１０内側面１１電磁領域１２巻線コイル１３巻線コイル２、２’ ステータ２０内側面２１電磁領域２２巻線コイル２３巻線コイル３、３’ ロータ３１永久磁石４制御システム４０センサ素子５心軸Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３ホールＩＣＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４モータ

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】複数の等角に環状に配設された永久磁石
を具え、二つの隣り合う永久磁石が相反する軸方向磁場
を有してなる、一つのロータ、二つのステータであって上記ロータの軸方向の二側に対
向するよう設置され、ロータに対向する内側面に複数の
等角に環状に配設され且つロータを挟んだ二つが相互に
対向する電磁領域が形成され、各一つの電磁領域に少な
くとも一組の巻線コイルが設けられてなる、上記二つの
ステータ、少なくとも一つのセンサ素子を具えてロータの位相角度
と回転速度を検出し、上記巻線コイルの直流電流方向と
そのオンオフを制御し、該巻線コイルとロータ間にそれ
ぞれ少なくとも一つのモータ特性を形成させるようにし
てなる、一つの制御システム、以上が組み合わされて、異なる回転速度とトルク特性が
必要である時、該センサ素子がロータの異なる回転速度
の変化を検出し、これらモータを同時に運転させるか、
或いはそのなかの一つのモータを単独運転させるか、或
いは組合せてその他の種類のモータ方式の運転をさせ
て、異なるトルク特性に変換し出力できるようにして構
成された、対向軸向磁場ブラシレスＤＣモータ。
【請求項２】前記制御システムが直流三相六線ブリッ
ジ位相変換制御システムとされたことを特徴とする、請
求項１に記載の対向軸向磁場ブラシレスＤＣモータ。
【請求項３】前記制御システムが電子位相変換シフト
制御システムとされたことを特徴とする、請求項１に記
載の対向軸向磁場ブラシレスＤＣモータ。
【請求項４】前記センサ素子がホールＩＣとされたこ
とを特徴とする、請求項１に記載の対向軸向磁場ブラシ
レスＤＣモータ。
【請求項５】前記電磁領域が加圧巻付け式の鉄心を具
えたことを特徴とする、請求項１に記載の対向軸向磁場
ブラシレスＤＣモータ。