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STATOR TEETH, STATOR, ROTATING ARMATURE, AND METHOD FOR CONTROLLING ROTATING ARMATURE

Foreign code F120006932
File No. S2010-1261
Posted date Oct 11, 2012
Country WIPO
International application number 2012JP051895
International publication number WO 2012102400
Date of international filing Jan 27, 2012
Date of international publication Aug 2, 2012
Priority data
  • P2011-015774 (Jan 27, 2011) JP
Title STATOR TEETH, STATOR, ROTATING ARMATURE, AND METHOD FOR CONTROLLING ROTATING ARMATURE
Abstract A motor that is capable of exhibiting multiple driving characteristics by the motor alone so as to expand the output range is provided. Three coils are wound around each stator tooth (A-F); and each stator tooth (A-F) is provided with a switch that is capable of achieving a concentrated winding state by serially connecting the three coils and a switch that is capable of achieving a distributed winding state by serially connecting a given set of coils between adjoining stator teeth (A-F). Switching between the concentrated winding state and the distributed winding state is made according to a rotating speed, a torque, or the like.
Outline of related art and contending technology BACKGROUND ART
A permanent magnet synchronous motor using a permanent magnet for the rotor is, as compared with that of the induction machine or other high-power, high efficiency motor. The stator comprises a laminated silicon steel sheets punched out and used, a silicon steel sheet coil is wound. Generated from the permanent magnet of the rotor and interlinks with the coil by the magnetic flux, induced voltage is generated in the coil, the coil connected to the higher voltage is applied to the induced voltage from the inverter, current in synchronization with the rotation of the rotor by flowing through the coil produces the torque.
At this time, the induced voltage is proportional to the rotational speed to become large, the induced voltage than the voltage of the inverter increases in the coil current cannot be energized, the motor torque cannot be generated, the rotational speed upper limit is limited. Therefore, in order to increase the upper limit rotational speed, to weaken the magnetic flux from the magnet, the coil or to reduce the magnetic flux interlinking with the prior art such as the following has been known.
In general, is referred to as the field weakening control, magnetic flux generated by the magnet is opposed to the magnetic flux generated from the coil, the coil magnetic flux of the magnet is not interlinked with the control. According to the field weakening control, magnetic flux of the magnet is weakened in order to appear as, a low voltage and the induction machine, the rotational speed is increased.
The structure is referred to as variable field structure, the force holding the magnetic flux from the magnet (coercive force) of different types disposed the rotor magnet 2, the coercive force of the weak magnetic flux of the magnet from the outside in the direction of current in the reverse direction to the coercive force in a strong magnet structure. By such a structure, a weak magnet and reverses the polarity of the coercive force, a strong coercive force of the magnetic flux from the magnet enters the weak magnet coercive force, magnetic flux interlinking with the coil is reduced.
Patent Document 1, Patent Document 2 is, the stator coil winding 2 and is separated into two, the rotation speed is used when one of the 2 are connected in series, the faster the rotational speed is divided into two coils 2 is used only in half, the magnetic flux interlinked with the coil can be reduced to half.
Is Patent Document 3, the stator coil winding 2 and is separated into two, when the rotational speed becomes higher, and, at the time of low torque, and winding are connected in parallel, rotation speed is slow, and, when the high torque, can be connected in series and the windings, magnetic flux interlinking with the coil is reduced to half the disclosed technology.
Is Patent Document 4, the rotation of the rotor magnets that are arranged to enable, when the rotation speed is, the direction of the coil facing the magnet is arranged, when the rotation speed is high, placing a magnet in a direction parallel with the disclosed technology. Arranged in an orientation parallel to the coil magnets, viewed from the area of the magnet due to the small, magnetic flux that interlinks with the coil can be reduced.
Scope of claims (In Japanese)請求の範囲 [請求項1]
 ステータヨークに取り付けられるステータティースであって、
 前記ステータティースの周囲に巻回された少なくとも2つの巻き線と、
 前記2つの巻き線のうちの一方の巻き線の端部、および、他方の組の巻き線の端部に接続された少なくとも一つのスイッチと、を備え、
 前記スイッチは、他のステータティースの周囲に巻回される他の巻き線の端部にも接続自在である、
 ことを特徴とするステータティース。

[請求項2]
 前記一方の巻き線の端部には、前記他のステータティースの周囲に巻回される他の巻き線の端部に接続自在なスイッチがさらに備えられている、
 ことを特徴とする請求項1に記載のステータティース。

[請求項3]
 ステータヨークと、前記ステータヨークと一体に形成され、または、前記ステータヨークに取り付けられるステータティースとを備えたステータであつて、
 前記ステータティースの周囲に巻回された少なくとも2つの巻き線と、
 前記2つの巻き線のうちの一方の巻き線の端部、および、他方の組の巻き線の端部に接続された少なくとも一つのスイッチと、を備え、
 前記スイッチは、他のステータティースの周囲に巻回される他の巻き線の端部にも接続自在である、
 ことを特徴とするステータ。

[請求項4]
 前記一方の巻き線の端部には、前記他のステータティースの周囲に巻回される他の巻き線の端部に接続自在なスイッチがさらに備えられている、
 ことを特徴とする請求項3に記載のステータ。

[請求項5]
 永久磁石を有するロータと、
 ステータヨークと一体に形成され、または、前記ステータヨークに取り付けられるステータティースであって、前記永久磁石の1極対に対して少なくとも3つ以上設けられたステータティースと、
 前記ステータティースのそれぞれの周囲に少なくとも2つずつ巻回された巻き線と、
 前記各2つの巻き線のうちの一方の巻き線の端部、および、他方の巻き線の端部に接続され、前記ステータティースのそれぞれに少なくとも一つ設けられたスイッチと、を備え、
 前記スイッチは、他のステータティースの周囲に巻回された他の巻き線の端部にも接続されている、
 ことを特徴とする回転電機。

[請求項6]
 前記一方の巻き線の端部には、前記他のステータティースの周囲に巻回された他の巻き線の端部に接続自在なスイッチがさらに備えられている、
 ことを特徴とする請求項5に記載の回転電機。

[請求項7]
 前記スイッチは、前記少なくとも2つの巻き線を並列接続するように、互いの巻き線の端部に接続されている、
 ことを特徴とする請求項5または請求項6に記載の回転電機。

[請求項8]
  永久磁石を有するロータと、
 ステータヨークと一体に形成され、または、前記ステータヨークに取り付けられるステータティースであって、前記永久磁石の1極対に対して少なくとも3つ以上設けられたステータティースと、
 前記ステータティースのそれぞれの周囲に少なくとも2つずつ巻回された巻き線と、
 前記各2つの巻き線のうちの一方の巻き線の端部、および、他方の巻き線の端部に接続され、前記ステータティースのそれぞれに少なくとも一つ設けられたスイッチと、を備え、
 前記スイッチは、他のステータティースの周囲に巻回された他の巻き線の端部にも接続されている回転電機の制御方法であって、
 前記回転電機に必要な回転速度が所定の基準速度よりも低い場合には、前記スイッチを、前記各2つの巻き線のうちの一方の巻き線の端部と、他方の巻き線の端部とが接続されるように切り替え、
 前記回転電機に必要な回転速度が所定の基準速度よりも高い場合には、前記スイッチを、前記各2つの巻き線のうちの一方の巻き線の端部と、前記他のステータティースの周囲に巻回された他の巻き線の端部とが接続されるように切り替える、
 ことを特徴とする回転電機の制御方法。

[請求項9]
 前記スイッチは、前記少なくとも2つの巻き線を並列接続するように、互いの巻き線の端部に接続されており、
 前記回転電機に必要な回転速度が所定の基準速度よりも低い場合には、前記スイッチを、前記各2つの巻き線が並列接続となるように切り替える、
 ことを特徴とする請求項8に記載の回転電機の制御方法。

[請求項10]
  永久磁石を有するロータと、
 ステータヨークと一体に形成され、または、前記ステータヨークに取り付けられるステータティースであって、前記永久磁石の1極対に対して少なくとも3つ以上設けられたステータティースと、
 前記ステータティースのそれぞれの周囲に少なくとも2つずつ巻回された巻き線と、
 前記各2つの巻き線のうちの一方の巻き線の端部、および、他方の巻き線の端部に接続され、前記ステータティースのそれぞれに少なくとも一つ設けられたスイッチと、を備え、
 前記スイッチは、他のステータティースの周囲に巻回された他の巻き線の端部にも接続されている回転電機の制御方法であって、
 前記回転電機に必要なトルクが所定の基準トルクよりも高い場合には、前記スイッチを、前記各2つの巻き線のうちの一方の巻き線の端部と、他方の組の巻き線の端部とが接続されるように切り替え、
 前記回転電機に必要なトルクが所定の基準速度よりも低い場合には、前記スイッチを、前記各2つの巻き線のうちの一方の巻き線の端部と、前記他のステータティースの周囲に巻回された他の巻き線の端部とが接続されるように切り替える、
 ことを特徴とする回転電機の制御方法。

[請求項11]
 前記スイッチは、前記各2つの巻き線を並列接続するように、互いの巻き線の端部に接続されており、
 前記回転電機に必要なトルクが所定の基準トルクよりも高い場合には、前記スイッチを、前記各2つの巻き線が並列接続となるように切り替える、
 ことを特徴とする請求項10に記載の回転電機の制御方法。

[請求項12]
  永久磁石を有するロータと、
 ステータヨークと一体に形成され、または、前記ステータヨークに取り付けられるステータティースであって、前記永久磁石の1極対に対して少なくとも3つ以上設けられたステータティースと、
 前記ステータティースのそれぞれの周囲に少なくとも2つずつ巻回された巻き線と、
 前記各2つの巻き線のうちの一方の巻き線の端部、および、他方の巻き線の端部に接続され、前記ステータティースのそれぞれに少なくとも一つ設けられたスイッチと、を備え、
 前記スイッチは、他のステータティースの周囲に巻回された他の巻き線の端部にも接続されている回転電機の制御方法であって、
 各相において正の電圧を印加すべき巻き線間の接続を、所定の比率で断続的に切り替える場合には、負の電圧を印加すべき巻き線間の接続を常時接続とし、各相において負の電圧を印加すべき巻き線間の接続を、所定の比率で断続的に切り替える場合には、正の電圧を印加すべき巻き線間の接続を常時接続として、巻き線に印加する電圧を直流電圧から交流電圧とする、
 ことを特徴とする回転電機の制御方法。

[請求項13]
  永久磁石を有するロータと、
 ステータヨークと一体に形成され、または、前記ステータヨークに取り付けられるステータティースであって、前記永久磁石の1極対に対して少なくとも3つ以上設けられたステータティースと、
 前記ステータティースのそれぞれの周囲に少なくとも2つずつ巻回された巻き線と、
 前記各2つの巻き線のうちの一方の巻き線の端部、および、他方の巻き線の端部に接続され、前記ステータティースのそれぞれに少なくとも一つ設けられたスイッチと、を備え、
 前記スイッチは、他のステータティースの周囲に巻回された他の巻き線の端部にも接続されている回転電機の制御方法であって、
 各相における巻き線の接続状態を、前記各2つの巻き線のうちの一方の巻き線の端部と、他方の巻き線の端部とが接続される集中巻き状態、または、前記各2つの巻き線のうちの一方の巻き線の端部と、前記他のステータティースの周囲に巻回された他の巻き線の端部とが接続される分布巻き状態の2つの状態に、電圧目標値にしたがって時間的に細かく切り替えるように前記スイッチを切り替え、誘起電圧を正弦波にする、
 ことを特徴とする回転電機の制御方法。

[請求項14]
  永久磁石を有するロータと、
 ステータヨークと一体に形成され、または、前記ステータヨークに取り付けられるステータティースであって、前記永久磁石の1極対に対して少なくとも3つ以上設けられたステータティースと、
 前記ステータティースのそれぞれの周囲に少なくとも2つずつ巻回された巻き線と、
 前記各2つの巻き線のうちの一方の巻き線の端部、および、他方の巻き線の端部に接続され、前記ステータティースのそれぞれに少なくとも一つ設けられたスイッチと、を備え、
 前記スイッチは、他のステータティースの周囲に巻回された他の巻き線の端部にも接続されている回転電機の制御方法であって、
 前記スイッチを、前記各2つの巻き線のうちの一方の巻き線の端部と、前記他のステータティースの周囲に巻回された他の巻き線の端部とが接続されるように切り替える場合には、各ステータティースにおいて異なる巻き線と接続されるように前記スイッチを切り替えると共に、各相に含まれる各巻き線の数が等しくなるように前記スイッチを切り替える、
 ことを特徴とする回転電機の制御方法。

[請求項15]
 前記ステータティースは、前記永久磁石の1極対に対して少なくとも6つ以上設けられており、
 前記巻き線は、前記ステータティースのそれぞれの周囲に少なくとも3つずつ巻回されており、
 前記スイッチは、前記少なくとも3つずつ巻回された巻き線を直列に接続し、または切り離すスイッチと、一つのステータティースに巻回された一つの巻き線と、他のステータティースに巻回された一つの巻き線とを接続し、または切り離すスイッチと、を備え、
 各ステータティースに巻回された巻き線のうち、電流供給端に接続される端部の巻き線とは反対側の端部の巻き線と接続されており、
 各ステータティースの電流供給端と接続される端部の巻き線と、対になるステータティースにおける電流供給端に接続される端部の巻き線とを接続し、または切り離すスイッチを備えている、
 ことを特徴とする請求項5に記載の回転電機。

[請求項16]
 永久磁石を有するロータと、
 ステータヨークと一体に形成され、または、前記ステータヨークに取り付けられるステータティースであって、前記永久磁石の1極対に対して少なくとも6つ以上設けられたステータティースと、
 前記ステータティースのそれぞれの周囲に少なくとも3つずつ巻回された巻き線と、
 前記少なくとも3つずつ巻回された巻き線を直列に接続し、または切り離す第一のスイッチと、
 一つのステータティースに巻回された一つの巻き線と、他のステータティースに巻回された一つの巻き線とを接続し、または切り離す第二のスイッチと、を備え、
 各ステータティースに巻回された巻き線のうち、電流供給端に接続される端部の巻き線とは反対側の端部の巻き線は、対になるステータティースにおける電流供給端に接続される端部の巻き線とは反対側の端部の巻き線と接続されており、
 各ステータティースの電流供給端と接続される端部の巻き線と、対になるステータティースにおける電流供給端に接続される端部の巻き線とを接続し、または切り離す第三のスイッチを備えている回転電機に、3相交流電流を供給する回転電機の制御方法であって、前記回転電機に必要な回転速度が所定の基準速度よりも低い場合には、前記第一のスイッチを、前記少なくとも3つずつ巻回された巻き線を直列に接続するように切り替える第一の接続態様と、
 前記回転電機に必要な回転速度が所定の基準速度よりも高い場合には、前記第一のスイッチを切り離し、前記第二のスイッチを、一つのステータティースの巻き線と、他のステータティースを接続するように切り替える第二の接続態様とを備え、
 前記第一の接続態様から前記第二の接続態様との切り替えは、いずれかの相の交流電流値がゼロになったことを検知した時に、前記第三のスイッチにより、その相の交流電流が供給されるステータティースにおける電流供給端と接続される端部の巻き線と、対になるステータティースにおける電流供給端に接続される端部の巻き線とを接続し、
 前記第一のスイッチにより、その相の交流電流が供給されるステータティースの前記少なくとも3つずつ巻回された巻き線をそれぞれ切り離し、
 前記いずれかの相の交流電流値が次にゼロになったことを検知した時に、前記第二のスイッチにより、その相のステータティースに巻回された一つの巻き線と、他のステータティースに巻回された一つの巻き線とを接続し、さらに、他の複数のステータティースについても、各ステータティースに巻回された一つの巻き線と、他のステータティースに巻回された一つの巻き線とを接続し、
 前記第三のスイッチにより、その相の交流電流が供給されるステータティースにおける電流供給端と接続される端部の巻き線と、対になるステータティースにおける電流供給端に接続される端部の巻き線とを切り離すことによって行い、
 前記第二の接続態様から前記第一の接続態様とのと切り替えは、いずれかの相の交流電流値がゼロになったことを検知した時に、上記の手順とは逆の手順により各巻き線の接続と切り離しを行う、
 ことを特徴とする回転電機の制御方法。

[請求項17]
 永久磁石を有するロータと、
 ステータヨークと一体に形成され、または、前記ステータヨークに取り付けられるステータティースであって、前記永久磁石の1極対に対して少なくとも6つ以上設けられたステータティースと、
 前記ステータティースのそれぞれの周囲に少なくとも3つずつ巻回された巻き線と、
 前記少なくとも3つずつ巻回された巻き線を直列に接続し、または切り離す第一のスイッチと、
 一つのステータティースに巻回された一つの巻き線と、他のステータティースに巻回された一つの巻き線とを接続し、または切り離す第二のスイッチと、を備え、
 各ステータティースに巻回された巻き線のうち、電流供給端に接続される端部の巻き線とは反対側の端部の巻き線は、対になるステータティースにおける電流供給端に接続される端部の巻き線とは反対側の端部の巻き線と接続されており、
 各ステータティースの電流供給端と接続される端部の巻き線と、対になるステータティースにおける電流供給端に接続される端部の巻き線とを接続し、または切り離す第三のスイッチを備えている回転電機に、3相交流電流を供給する回転電機の制御方法であって、前記回転電機に必要なトルクが所定の基準速度よりも高い場合には、前記第一のスイッチを、前記少なくとも3つずつ巻回された巻き線を直列に接続するように切り替える第一の接続態様と、
 前記回転電機に必要なトルクが所定の基準速度よりも低い場合には、前記第一のスイッチを切り離し、前記第二のスイッチを、一つのステータティースの巻き線と、他のステータティースを接続するように切り替える第二の接続態様とを備え、
 前記第一の接続態様から前記第二の接続態様との切り替えは、いずれかの相の交流電流値がゼロになったことを検知した時に、前記第三のスイッチにより、その相の交流電流が供給されるステータティースにおける電流供給端と接続される端部の巻き線と、対になるステータティースにおける電流供給端に接続される端部の巻き線とを接続し、
 前記第一のスイッチにより、その相の交流電流が供給されるステータティースの前記少なくとも3つずつ巻回された巻き線をそれぞれ切り離し、
 前記いずれかの相の交流電流値が次にゼロになったことを検知した時に、前記第二のスイッチにより、その相のステータティースに巻回された一つの巻き線と、他のステータティースに巻回された一つの巻き線とを接続し、さらに、他の複数のステータティースについても、各ステータティースに巻回された一つの巻き線と、他のステータティースに巻回された一つの巻き線とを接続し、
 前記第三のスイッチにより、その相の交流電流が供給されるステータティースにおける電流供給端と接続される端部の巻き線と、対になるステータティースにおける電流供給端に接続される端部の巻き線とを切り離すことによって行い、
 前記第二の接続態様から前記第一の接続態様とのと切り替えは、いずれかの相の交流電流値がゼロになったことを検知した時に、上記の手順とは逆の手順により各巻き線の接続と切り離しを行う、
 ことを特徴とする回転電機の制御方法。

[請求項18]
 前記第一の接続態様と前記第二の接続態様とを、電圧目標値にしたがって時間的に細かく切り替えるように前記スイッチを切り替え、誘起電圧を正弦波にする、
 ことを特徴とする請求項16または請求項17に記載の回転電機の制御方法。

[請求項19]
 前記スイッチは、MOSFETのソース端子同士、または、ドレイン端子同士を接続した双方向スイッチであることを特徴とする請求項1または2に記載のステータティース。

[請求項20]
 前記スイッチは、MOSFETのソース端子同士、または、ドレイン端子同士を接続した双方向スイッチであることを特徴とする請求項3または4に記載のステータ。

[請求項21]
 前記スイッチは、MOSFETのソース端子同士、または、ドレイン端子同士を接続した双方向スイッチであることを特徴とする請求項5ないし7、または15のいずれか一に記載の回転電機。

[請求項22]
 前記スイッチは、MOSFETのソース端子同士、または、ドレイン端子同士を接続した双方向スイッチであることを特徴とする請求項8ないし14、または、請求項16ないし18のいずれか一に記載の回転電機の制御方法。

  • Applicant
  • ※All designated countries except for US in the data before July 2012
  • Shibaura Institute of Technology
  • Inventor
  • AKATSU Kan
  • HIJIKATA Daiki
IPC(International Patent Classification)
Specified countries National States: AE AG AL AM AO AT AU AZ BA BB BG BH BR BW BY BZ CA CH CL CN CO CR CU CZ DE DK DM DO DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM GT HN HR HU ID IL IN IS JP KE KG KM KN KP KR KZ LA LC LK LR LS LT LU LY MA MD ME MG MK MN MW MX MY MZ NA NG NI NO NZ OM PE PG PH PL PT QA RO RS RU RW SC SD SE SG SK SL SM ST SV SY TH TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN ZA ZM ZW
ARIPO: BW GH GM KE LR LS MW MZ NA RW SD SL SZ TZ UG ZM ZW
EAPO: AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM
EPO: AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR
OAPI: BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

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