JP4172482B2

JP4172482B2 - 結線パターン切換装置

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Publication number: JP4172482B2
Application number: JP2005313718A
Authority: JP
Inventors: 勝義川崎; 信吾竹越
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2005-10-28
Filing date: 2005-10-28
Publication date: 2008-10-29
Anticipated expiration: 2019-03-26
Also published as: JP2006094700A

Description

本発明は、モータの電機子巻線の結線パターンを切り換える装置に係り、特に、モータの特性を変更可能とすることにより、モータの汎用性を向上するのに好適な結線パターン切換装置に関する。

従来のモータは、設計段階において一意に決定されたパターンで電機子巻線が結線されており、電機子巻線の結線パターンが固定的な構造であった。すなわち、３相６極のモータにおいて、例えば、各相の極に巻き付けたコイルが直列に結線されている場合、モータが完成した後に、各相に極に巻き付けたコイルを並列に結線し直すことはできなかった。

ところで、こうしたモータの特性は、モータに印可する電機子電圧により流れる電機子電流、ステータとロータとの間で発生する磁束等により決定される。このうちステータとロータとの間の磁束を決定する要素としては、ステータとロータとのギャップ間隔、ロータに形成される磁石の形状等が挙げられ、電機子電流は、ステータの電機子巻線のリアクタンスに大きく依存する。例えば、モータの特性の一つであるトルク−回転数特性は、電機子巻線のリアクタンスが大きくなるにつれ、最大回転数は減少するが最大トルク出力は増加する。

しかしながら、従来のモータは、ステータとロータのギャップ間隔、ロータに形成される磁石の形状が固定的な構造であり、さらには電機子巻線の結線パターンも固定的な構造であるため、モータが完成した後にその特性を変更することは大変困難であった。このため、モータの特性を変更するには、仕様の異なる他のモータと取り換える必要があり、汎用性に乏しいものがあった。
そこで、本発明は、このような従来の問題を解決することを課題としており、モータの特性を変更可能とすることにより、モータの汎用性を向上するのに好適な結線パターン切換装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、発明１の結線パターン切換装置は、ｎ（ｎは３以上の整数）個の極のそれぞれに巻き付けたｎ個のコイルと、前記ｎ個のコイルにより電機子巻線を形成したステータと、前記ステータの内側に回転自在に設けられたロータとを備えたモータに適用する結線パターン切換装置であって、前記ｎ個のコイルを並列接続し、隣接する前記コイルの一端同士の間、前記隣接するコイルの他端同士の間、および前記隣接するコイルのうち一方のコイルの前記一端と前記隣接するコイルのうち他方のコイルの前記他端との間にそれぞれスイッチを設け、前記ｎ個のコイルの外部側に設けられた第１の共通の接点から前記ｎ個のコイルの前記一端のうち少なくとも２つを接続する電流経路を形成し、前記第１の共通の接点に接続する前記電流経路のうち少なくとも１つにスイッチを設け、前記ｎ個のコイルの外部側に設けられた第２の共通の接点から前記ｎ個のコイルの前記他端のうち少なくとも２つを接続する電流経路を形成し、前記各スイッチを独立に切り換える切換手段を備える。

このような構成であれば、電機子巻線のリアクタンスが増加するように、複数の極間におけるコイルの結線パターンを切り換えると、切換前後でモータに同じ電機子電圧を印可した場合、最大回転数は減少するが最大トルク出力は増加する特性が得られる。逆に、電機子巻線のリアクタンスが減少するように、複数の極間におけるコイルの結線パターンを切り換えると、切換前後でモータに同じ電機子電圧を印可した場合、最大トルク出力は減少するが最大回転数は増加する特性が得られる。

さらに、発明２の結線パターン切換装置は、ｎ（ｎは３以上の整数）個の極のそれぞれに巻き付けたｎ個のコイルと、前記ｎ個のコイルにより電機子巻線を形成したステータと、前記ステータの内側に回転自在に設けられたロータとを備えたモータに適用する結線パターン切換装置であって、前記ｎ個のコイルを並列接続し、隣接する前記コイルの一端同士の間、前記隣接するコイルの他端同士の間、および前記隣接するコイルのうち一方のコイルの前記一端と前記隣接するコイルのうち他方のコイルの前記他端との間にそれぞれスイッチを設け、前記ｎ個のコイルの外部側に設けられた共通の接点から前記並列接続の両端のコイルの前記一端をそれぞれ接続する電流経路を形成し、前記電流経路のうち少なくとも１つにスイッチを設け、前記各スイッチを独立に切り換える切換手段を備える。

さらに、発明３の結線パターン切換装置は、ｎ（ｎは３以上の整数）個の極のそれぞれに巻き付けたｎ個のコイルと、前記ｎ個のコイルにより電機子巻線を形成したステータと、前記ステータの内側に回転自在に設けられたロータとを備えたモータに適用する結線パターン切換装置であって、前記ｎ個のコイルを並列接続し、隣接する前記コイルの一端同士の間、前記隣接するコイルの他端同士の間、および前記隣接するコイルのうち一方のコイルの前記一端と前記隣接するコイルのうち他方のコイルの前記他端との間にそれぞれスイッチを設け、前記ｎ個のコイルの外部側に設けられた第１の共通の接点から、前記並列接続の両端のコイルのうち前記隣接する他方のコイルの前記他端と接続する前記一端を有するコイルの当該一端を接続する第１電流経路、並びに前記第１の共通の接点から、前記第１電流経路と接続するコイルを除く前記ｎ−１個のコイルの前記一端のうち少なくとも１つを接続する第２電流経路を形成し、前記第１の共通の接点に接続する前記電流経路のうち少なくとも１つにスイッチを設け、前記ｎ個のコイルの外部側に設けられた第２の共通の接点から前記ｎ個のコイルの前記他端のうち少なくとも２つを接続する電流経路を形成し、前記第２の共通の接点に接続する前記電流経路のうち少なくとも１つにスイッチを設け、前記各スイッチを独立に切り換える切換手段を備える。

さらに、発明４の結線パターン切換装置は、ｎ（ｎは３以上の整数）個の極のそれぞれに巻き付けたｎ個のコイルと、前記ｎ個のコイルにより電機子巻線を形成したステータと、前記ステータの内側に回転自在に設けられたロータとを備えたモータに適用する結線パターン切換装置であって、前記ｎ個のコイルを並列接続し、隣接する前記コイルの一端同士の間、前記隣接するコイルの他端同士の間、および前記隣接するコイルのうち一方のコイルの前記一端と前記隣接するコイルのうち他方のコイルの前記他端との間にそれぞれスイッチを設け、前記ｎ個のコイルの外部側に設けられた第１の共通の接点から前記並列接続の両端のコイルの前記一端をそれぞれ接続する電流経路を形成し、前記第１の共通の接点に接続する前記電流経路のうち少なくとも１つにスイッチを設け、前記ｎ個のコイルの外部側に設けられた第２の共通の接点から、前記並列接続の両端のコイルのうち前記隣接する一方のコイルの前記一端と接続する前記他端を有するコイルの当該他端を接続する電流経路を形成し、前記各スイッチを独立に切り換える切換手段を備える。

以上説明したように、発明１ないし４の結線パターン切換装置によれば、モータが完成した後であっても、結線パターンを切り換えることによりその特性を変更することができるので、同一のモータを、用途が異なる場合や同じ用途でも使い方が異なる場合などに用いることができ、従来に比して、モータの汎用性を向上することができるという効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図１ないし図６は、本発明に係る結線パターン切換装置の実施の形態を示す図である。
この実施の形態は、本発明に係る結線パターン切換装置を、図１に示すように、ドライバ２０によりモータ１０を駆動させるシステムにおいてモータ１０の電機子巻線の結線パターンを切り換える場合について適用したものである。

まず、本発明に係る結線パターン切換装置を適用するシステムの構成を図１を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る結線パターン切換装置を適用するシステムの構成を示すブロック図である。
このシステムは、図１に示すように、３相交流モータであるモータ１０と、モータ１０を駆動させるドライバ２０と、モータ１０の電機子巻線１２ａ〜１２ｃの結線パターンを切り換える切換器３０と、で構成されており、モータ１０の電機子巻線１２ａ〜１２ｃは、スター結線されている。

ドライバ２０は、例えば、外部から与えられた速度指令値に基づいて、モータ１０の回転速度が速度指令値となるようにモータ１０に負荷する負荷電流を制御するものであって、モータ１０の回転速度を検出する図示しない速度検出器からの検出値を入力し、その検出値と速度指令値との差分がなくなるようにモータ１０への負荷電流値をフィードバック制御するようになっている。

次に、モータ１０の構成を図２を参照しながら説明する。図２は、モータ１０の断面図である。
モータ１０は、図２に示すように、円筒状のステータ１４と、ステータ１４の内側にエアギャップを介して回転自在に設けられたロータ１５と、で構成されている。
ロータ１５は、鉄心コア１５ａと、鉄心コア１５ａの外周面に取り付けられた複数の永久磁石Ｍ_N1〜Ｍ_S6と、鉄心コア１５ａの中心部に圧入されたシャフト１５ｂと、で構成されている。

鉄心コア１５ａの外周面には、同一構成の１２個の永久磁石Ｍ_N1〜Ｍ_S6が等間隔で取り付けられ、このうち一つおきに配置された永久磁石Ｍ_N1〜Ｍ_N6は、ロータ１５の径方向外側にＮ極を向けて取り付けられ、それの間に配置された他の永久磁石Ｍ_S1〜Ｍ_S6は、ロータ１５の径方向外側にＳ極を向けて取り付けられている。
ステータ１４の内周面には、Ａ相、Ｂ相およびＣ相の３相に対応して凸状の極がそれぞれ等間隔で交互に形成されている。Ａ相は、２つおきに等間隔で形成された６つの極Ａ₁〜Ａ₈からなっており、同様に、Ｂ相は、Ａ相の極の時計方向右隣でかつ２つおきに等間隔で形成された６つの極Ｂ₁〜Ｂ₆からなり、Ｃ相は、Ｂ相の極の時計方向右隣でかつ２つおきに等間隔で形成された６つの極Ｃ₁〜Ｃ₆からなっている。結果として、ステータ１４の内周面には、各極が、Ａ₁−Ｂ₁−Ｃ₁−〜−Ａ₆−Ｂ₆−Ｃ₆の順序で配列されている。

各極Ａ₁〜Ｃ₆には、それぞれ電機子のコイルＬ_A1〜Ｌ_C6が巻き付けられている。コイルＬ_A1〜Ｌ_A6は、電機子巻線のうちＡ相の電機子巻線１２ａを構成し、コイルＬ_B1〜Ｌ_B6は、電機子巻線のうちＢ相の電機子巻線１２ｂを構成し、コイルＬ_C1〜Ｌ_C6は、電機子巻線のうちＣ相の電機子巻線１２ｃを構成している。

次に、各コイルＬ_A1〜Ｌ_C6の結線構成を図３を参照しながら説明する。なお、各電機子巻線１２ａ〜１２ｃは、いずれも同一に構成されているので、以下では電機子巻線１２ａの結線構成のみを説明し、電機子巻線１２ｂ，１２ｃのそれについては説明を省略する。図３は、電機子巻線１２ａの結線構成を示す結線図である。

電機子巻線１２ａは、図３に示すように、コイルＬ_A1〜Ｌ_A6と、１６個のスイッチＳ₁〜Ｓ₄₃と、を結線して構成されている。各スイッチＳ₁〜Ｓ₄₃は、例えばリレースイッチからなり、切換器３０からの切換信号に応じてオンおよびオフのいずれか一方の状態を取りうるようになっている。なお、これらスイッチＳ₁〜Ｓ₄₃は、リレースイッチに限らず、例えば電力用の半導体スイッチにより構成することもできる。

結線構成を説明すると、まず、図３において、５つのスイッチＳ₁〜Ｓ₅が直列に接続され、これとは別に６つのスイッチＳ₁₁〜Ｓ₁₅が直列に接続されている。そして、スイッチＳ₅の一端（Ｐ₆点）が図示しない３相交流電源（Ｕ点）に接続され、スイッチＳ₁₁の一端（Ｐ₁₁点）が他の電機子巻線１２ｂ，１２ｃとの結線点（Ｏ点）に接続されている。
スイッチＳ₁のスイッチＳ₂とは反対側の端子（Ｐ₁点）とＰ₁₁点とを結んでコイルＬ_A1が接続され、スイッチＳ₁，Ｓ₂の中点（Ｐ₂点）とスイッチＳ₁₁，Ｓ₁₂の中点（Ｐ₁₂点）とを結んでコイルＬ_A2が接続され、スイッチＳ₂，Ｓ₃の中点（Ｐ₃点）とスイッチＳ₁₂，Ｓ₁₃の中点（Ｐ₁₃点）とを結んでコイルＬ_A3が接続されている。

また、スイッチＳ₃，Ｓ₄の中点（Ｐ₄点）とスイッチＳ₁₃，Ｓ₁₄の中点（Ｐ₁₄点）とを結んでコイルＬ_A4が接続され、スイッチＳ₄，Ｓ₅の中点（Ｐ₅点）とスイッチＳ₁₄，Ｓ₁₅の中点（Ｐ₁₅点）とを結んでコイルＬ_A5が接続され、スイッチＳ₁₅のスイッチＳ₁₄とは反対側の端子（Ｐ₁₆点）とＰ₆点とを結んでコイルＬ_A6が接続されている。
一方、Ｐ₁点とＰ₁₂点とを結んでスイッチＳ₂₁が接続され、Ｐ₂点とＰ₁₃点とを結んでスイッチＳ₂₂が接続され、Ｐ₃点とＰ₁₄点とを結んでスイッチＳ₂₃が接続されている。さらに、Ｐ₄点とＰ₁₅点とを結んでスイッチＳ₂₄が接続され、Ｐ₅点とＰ₁₆点とを結んでスイッチＳ₂₅が接続されている。

また、Ｐ₂点とＵ点とを結んでスイッチＳ₃₁が接続され、Ｐ₃点とＵ点とを結んでスイッチＳ₃₂が接続され、Ｐ₄点とＵ点とを結んでスイッチＳ₃₃が接続されている。さらに、Ｐ₁₃点とＯ点とを結んでスイッチＳ₄₁が接続され、Ｐ₁₄点とＯ点とを結んでスイッチＳ₄₂が接続され、Ｐ₁₅点とＯ点とを結んでスイッチＳ₄₅が接続されている。
次に、切換器３０の構成を図４を参照しながら説明する。図４は、切換器３０の結線切換パターンを示す図である。

切換器３０は、図４に示すように、４つの切換パターンを有しており、指定された切換パターンに基づいて各スイッチＳ₁〜Ｓ₄₃に切換信号を出力することにより、電機子巻線１２ａのリアクタンスが可変となるように、各スイッチＳ₁〜Ｓ₄₃のオン／オフを切り換えるようになっている。
第１の切換パターンは、電機子巻線１２ａのリアクタンスが最も大きくなるように、コイルＬ_A1〜Ｌ_A6を直列に結線するパターンであって、切換器３０は、第１のパターンが指定されると、スイッチＳ₁〜Ｓ₅、スイッチＳ₁₁〜Ｓ₁₅、スイッチＳ₃₁〜Ｓ₃₃、およびスイッチＳ₄₁〜Ｓ₄₃をオフ状態とし、スイッチＳ₂₁〜Ｓ₂₅をオン状態とするように、各スイッチＳ₁〜Ｓ₄₃に切換信号を出力するようになっている。

第２の切換パターンは、電機子巻線１２ａのリアクタンスが２番目に大きくなるように、コイルＬ_A1〜Ｌ_A3を直列に、コイルＬ_A4〜Ｌ_A6を直列にそれぞれ結線して、さらにこれらを並列に結線するパターンであって、切換器３０は、第２のパターンが指定されると、スイッチＳ₁〜Ｓ₅、スイッチＳ₁₁〜Ｓ₁₅、スイッチＳ₂₃、スイッチＳ₃₁，Ｓ₃₃、およびスイッチＳ₄₁，Ｓ₄₃をオフ状態とし、スイッチＳ₂₁，Ｓ₂₂，Ｓ₂₄，Ｓ₂₅、スイッチＳ₃₂、およびスイッチＳ₄₂をオン状態とするように、各スイッチＳ₁〜Ｓ₄₃に切換信号を出力するようになっている。

第３の切換パターンは、電機子巻線１２ａのリアクタンスが３番目に大きくなるように、コイルＬ_A1，Ｌ_A2を直列に、コイルＬ_A3，Ｌ_A4を直列に、コイルＬ_A5，Ｌ_A6を直列にそれぞれ結線して、さらにこれらを並列に結線するパターンであって、切換器３０は、第３のパターンが指定されると、スイッチＳ₁〜Ｓ₅、スイッチＳ₁₁〜Ｓ₁₅、スイッチＳ₂₂，Ｓ₂₄、スイッチＳ₃₂、およびスイッチＳ₄₂をオフ状態とし、スイッチＳ₂₁，Ｓ₂₃，Ｓ₂₅、スイッチＳ₃₁，Ｓ₃₃、およびスイッチＳ₄₁，Ｓ₄₃をオン状態とするように、各スイッチＳ₁〜Ｓ₄₃に切換信号を出力するようになっている。

第４の切換パターンは、電機子巻線１２ａのリアクタンスが最も小さくなるように、コイルＬ_A1〜Ｌ_A6を並列に結線するパターンであって、切換器３０は、第４のパターンが指定されると、スイッチＳ₂₁〜Ｓ₂₅、スイッチＳ₃₁〜Ｓ₃₃、およびスイッチＳ₄₁〜Ｓ₄₃をオフ状態とし、スイッチＳ₁〜Ｓ₅、およびスイッチＳ₁₁〜Ｓ₁₅をオン状態とするように、各スイッチＳ₁〜Ｓ₄₃に切換信号を出力するようになっている。
なお、電機子巻線１２ｂ，１２ｃについては説明を省略したが、切換器３０は、電機子巻線１２ａの結線パターンを切り換えるとともに、電機子巻線１２ｂ，１２ｃの結線パターンを、電機子巻線１２ａと同じ結線パターンに切り換えるようになっている。

次に、上記実施の形態の動作を図５および図６を参照しながら説明する。図５は、電機子巻線１２ａの結線状態を示す図であり、図６は、モータ１０のトルク−回転数特性を示すグラフである。
まず、切換器３０に対して第１の切換パターンを指定すると、電機子巻線１２ａおいては、切換器３０により各スイッチＳ₁〜Ｓ₄₃に切換信号が出力されることにより、スイッチＳ₁〜Ｓ₅、スイッチＳ₁₁〜Ｓ₁₅、スイッチＳ₃₁〜Ｓ₃₃、およびスイッチＳ₄₁〜Ｓ₄₃がオフ状態にされるとともに、スイッチＳ₂₁〜Ｓ₂₅がオン状態にされるので、図５（ａ）に示すように、コイルＬ_A1〜Ｌ_A6が直列に結線される。このため、電機子巻線１２ａのリアクタンスは、各コイルＬ_A1〜Ｌ_A6のリアクタンスをＬとすると、“６Ｌ”となり、４つの切換パターンのうち最大値となる。

一方、同様にして、電機子巻線１２ｂにおいては、コイルＬ_B1〜Ｌ_B6が直列に結線され、電機子巻線１２ｃにおいては、コイルＬ_C1〜Ｌ_C6が直列に結線される。
この状態で、所定電機子電圧をモータ１０に印可すると、ロータ１５が回転して、図６の実線で示すように、最大回転数は、４つの切換パターンのうち最小のＮ₁となるが、最大トルク出力は、４つの切換パターンのうち最大のＴ₁となるトルク−回転数特性が得られる。

通常、モータ１０のトルク出力は、ロータ１５とステータ１４との間で発生する磁束と、電機子巻線１２ａ〜１２ｃに流れる電流とより決定される。電機子巻線１２ａ〜１２ｃに流れる電流は、低回転時には、逆起電力が小さいのでほぼオームの法則に従って、印可する電機子電圧をコイルＬ_A1〜Ｌ_C6の巻線抵抗で除した値となるが、回転数が上昇すると、ロータ１５の磁束により反作用誘起電圧である逆起電力が電機子電圧を打ち消す向きに発生するため、電機子巻線１２ａ〜１２ｃに流れる電流が減少する。これにより、モータ１０の回転数は、逆起電力が電機子電圧を超えない範囲での値を取りうる。

したがって、電機子巻線１２ａ〜１２ｃのリアクタンスが大きくなると、回転数の増加に対する逆起電力の増加量が大きくなるので、最大回転数は小さくなるが、これに対して、ロータ１５とステータ１４との間で発生する磁束が大きくなるので、最大トルク出力は大きくなる。このことは、第１の切換パターンで切り換えたときのモータ１０のトルク−回転数特性を意味する。

次に、切換器３０に対して第２の切換パターンを指定すると、電機子巻線１２ａおいては、切換器３０により各スイッチＳ₁〜Ｓ₄₃に切換信号が出力されることにより、スイッチＳ₁〜Ｓ₅、スイッチＳ₁₁〜Ｓ₁₅、スイッチＳ₂₃、スイッチＳ₃₁，Ｓ₃₃、およびスイッチＳ₄₁，Ｓ₄₃がオフ状態にされるとともに、スイッチＳ₂₁，Ｓ₂₂，Ｓ₂₄，Ｓ₂₅、スイッチＳ₃₂、およびスイッチＳ₄₂がオン状態にされるので、図５（ｂ）に示すように、コイルＬ_A1〜Ｌ_A3が直列に、コイルＬ_A4〜Ｌ_A6が直列にそれぞれ結線され、さらにこれらが並列に結線される。このため、電機子巻線１２ａのリアクタンスは、各コイルＬ_A1〜Ｌ_A6のリアクタンスをＬとすると、“１．５Ｌ”となり、４つの切換パターンのうち２番目に大きな値となる。

一方、同様にして、電機子巻線１２ｂにおいては、コイルＬ_B1〜Ｌ_B3が直列に、コイルＬ_B4〜Ｌ_B6が直列にそれぞれ結線され、さらにこれらが並列に結線され、電機子巻線１２ｃにおいては、コイルＬ_C1〜Ｌ_C3が直列に、コイルＬ_C4〜Ｌ_C6が直列にそれぞれ結線され、さらにこれらが並列に結線される。
この状態で、上記と同一の所定電機子電圧をモータ１０に印可すると、ロータ１５が回転して、図６の点線で示すように、最大回転数は、４つの切換パターンのうち２番目に小さいＮ₂となり、最大トルク出力は、４つの切換パターンのうち２番目に大きいＴ₂となるトルク−回転数特性が得られる。

次に、切換器３０に対して第３の切換パターンを指定すると、電機子巻線１２ａおいては、切換器３０により各スイッチＳ₁〜Ｓ₄₃に切換信号が出力されることにより、スイッチＳ₁〜Ｓ₅、スイッチＳ₁₁〜Ｓ₁₅、スイッチＳ₂₂，Ｓ₂₄、スイッチＳ₃₂、およびスイッチＳ₄₂がオフ状態にされるとともに、スイッチＳ₂₁，Ｓ₂₃，Ｓ₂₅、スイッチＳ₃₁，Ｓ₃₃、およびスイッチＳ₄₁，Ｓ₄₃がオン状態にされるので、図５（ｃ）に示すように、コイルＬ_A1，Ｌ_A2が直列に、コイルＬ_A3，Ｌ_A4が直列に、コイルＬ_A5，Ｌ_A6が直列にそれぞれ結線され、さらにこれらが並列に結線される。このため、電機子巻線１２ａのリアクタンスは、各コイルＬ_A1〜Ｌ_A6のリアクタンスをＬとすると、“０．６６７Ｌ”となり、４つの切換パターンのうち３番目に大きな値となる。

一方、同様にして、電機子巻線１２ｂにおいては、コイルＬ_B1，Ｌ_B2が直列に、コイルＬ_B3，Ｌ_B4が直列に、コイルＬ_B5，Ｌ_B6が直列にそれぞれ結線され、さらにこれらが並列に結線され、電機子巻線１２ｃにおいては、コイルＬ_C1，Ｌ_C2が直列に、コイルＬ_C3，Ｌ_C4が直列に、コイルＬ_C5，Ｌ_C6が直列にそれぞれ結線され、さらにこれらが並列に結線される。
この状態で、上記と同一の所定電機子電圧をモータ１０に印可すると、ロータ１５が回転して、図６の一点鎖線で示すように、最大回転数は、４つの切換パターンのうち２番目に大きいＮ₃となり、最大トルク出力は、４つの切換パターンのうち２番目に小さいＴ₃となるトルク−回転数特性が得られる。

次に、切換器３０に対して第４の切換パターンを指定すると、電機子巻線１２ａおいては、切換器３０により各スイッチＳ₁〜Ｓ₄₃に切換信号が出力されることにより、スイッチＳ₂₁〜Ｓ₂₅、スイッチＳ₃₁〜Ｓ₃₃、およびスイッチＳ₄₁〜Ｓ₄₃がオフ状態にされるとともに、スイッチＳ₁〜Ｓ₅、およびスイッチＳ₁₁〜Ｓ₁₅がオン状態にされるので、図５（ｄ）に示すように、コイルＬ_A1〜Ｌ_A6が並列に結線される。このため、電機子巻線１２ａのリアクタンスは、各コイルＬ_A1〜Ｌ_A6のリアクタンスをＬとすると、“０．１６７Ｌ”となり、４つの切換パターンのうち最小値となる。

一方、同様にして、電機子巻線１２ｂにおいては、コイルＬ_B1〜Ｌ_B6が並列に結線され、電機子巻線１２ｃにおいては、コイルＬ_C1〜Ｌ_C6が並列に結線される。
この状態で、上記と同一の所定電機子電圧をモータ１０に印可すると、ロータ１５が回転して、図６の二点鎖線で示すように、最大回転数は、４つの切換パターンのうち最大のＮ₄となり、最大トルク出力は、４つの切換パターンのうち最小のＴ₄となるトルク−回転数特性が得られる。

以上のように切り換える必要性は、ドライバの電流の制限にある。例えば、無限の電流を流せるドライバならば、図５の（ｄ）の結線パターンで大電流を流せばよいが、現実には有限の値しか流せないので、本発明の切換方式は有効である。
このようにして、本実施の形態では、切換器３０を備え、切換器３０は、電機子巻線１２ａのリアクタンスが可変となるように、６つの極間Ａ₁〜Ａ₆におけるコイルＬ_A1〜Ｌ_A6の結線パターンを切り換え可能とし、電機子巻線１２ｂのリアクタンスが可変となるように、６つの極間Ｂ₁〜Ｂ₆におけるコイルＬ_B1〜Ｌ_B6の結線パターンを切り換え可能とし、電機子巻線１２ｃのリアクタンスが可変となるように、６つの極間Ｃ₁〜Ｃ₆におけるコイルＬ_C1〜Ｌ_C6の結線パターンを切り換え可能とした。

このため、モータ１０が完成した後であっても、切換器３０で結線パターンを切り換えることによりその特性を変更することができる。したがって、同一のモータ１０を、用途が異なる場合や同じ用途でも使い方が異なる場合などに用いることができ、従来に比して、モータ１０の汎用性を向上することができる。
また、本実施の形態は、コイルＬ_A1〜Ｌ_A6の結線パターンを切り換えるものであって、磁石Ｍ_N1〜Ｍ_S6や鉄心コア１５ａなど、モータ１０の出力に影響を与える要素を変更するものではないので、切換によってモータ１０の出力が大きくなったり小さくなったりすることはなく、あくまでも、モータ１０の特性が変更されるのみである。

上記実施の形態において、切換器３０は、発明１ないし４の切換手段に対応している。
なお、上記実施の形態においては、本発明に係る結線パターン切換装置を、３相交流モータに適用したが、これに限らず、単相あるいは４相以上のモータに適用することもできる。
また、上記実施の形態においては、本発明に係る結線パターン切換装置を、１相につき６極を有するモータに適用したが、これに限らず、１相につき６極未満あるいは７極以上の極を有するモータに適用することもできる。

また、上記実施の形態においては、４つの切換パターンを設けて構成したが、これに限らず、例えば、スイッチＳ₂〜Ｓ₅、スイッチＳ₁₂〜Ｓ₁₅、スイッチＳ₂₁〜Ｓ₂₄をオフ状態とし、スイッチＳ₁、スイッチＳ₁₁、スイッチＳ₂₅、スイッチＳ₃₁〜Ｓ₃₃、およびスイッチＳ₄₁〜Ｓ₄₃をオン状態とすることにより、コイルＬ_A1，Ｌ_A2を直列に結線し、さらにこれとコイルＬ_A3〜Ｌ_A6を並列に結線する第５の切換パターンを追加するなど、より多くの切換パターンを設けて構成してもよい。

本発明に係る結線パターン切換装置を適用するシステムの構成を示すブロック図である。モータ１０の断面図である。電機子巻線１２ａの結線構成を示す結線図である。切換器３０の結線切換パターンを示す図である。電機子巻線１２ａの結線状態を示す図である。モータ１０のトルク−回転数特性を示すグラフである。

符号の説明

１０モータ
１２ａ〜１２ｃ電機子巻線
１４ステータ
１５ロータ
１５ａ鉄心コア
１５ｂシャフト
２０ドライバ
３０切換器
Ａ₁〜Ｃ₆ 極
Ｌ_A1〜Ｌ_C6 コイル
Ｓ₁〜Ｓ₄₃ スイッチ

Claims

少なくとも４つの極のそれぞれに巻き付けた複数のコイルと、前記複数のコイルにより電機子巻線を形成したステータと、前記ステータの内側に回転自在に設けられたロータとを備えたモータに適用する結線パターン切換装置であって、
前記複数のコイルのうち第１コイル、第２コイル、第３コイルおよび第４コイルを、当該４つのコイルのうち隣接する前記コイルの一端同士および前記隣接するコイルの他端同士をそれぞれスイッチを介して接続することにより、その順で並列接続し、
前記第１コイルの前記一端と前記第２コイルの前記他端との間、前記第２コイルの前記一端と前記第３コイルの前記他端との間、および前記第３コイルの前記一端と前記第４コイルの前記他端との間にそれぞれスイッチを設け、
前記複数のコイルの外部側に設けられた第１の共通の接点から前記第４コイルの前記一端を接続する電流経路を形成し、
前記複数のコイルの外部側に設けられた第２の共通の接点から前記第１コイルの前記他端を接続する電流経路を形成し、前記第２の共通の接点と前記第１コイルの前記他端を接続する前記電流経路にスイッチを設け、
前記第１の共通の接点から前記第１コイルの前記一端を接続する電流経路を形成し、前記第１の共通の接点と前記第１コイルの前記一端を接続する前記電流経路にスイッチを設け、
前記第２の共通の接点から前記第２コイルの前記他端を接続する電流経路を形成し、前記第２の共通の接点と前記第２コイルの前記他端を接続する前記電流経路にスイッチを設け、
前記各スイッチを独立に切り換える切換手段を備えることを特徴とする結線パターン切換装置。
少なくとも４つの極のそれぞれに巻き付けた複数のコイルと、前記複数のコイルにより電機子巻線を形成したステータと、前記ステータの内側に回転自在に設けられたロータとを備えたモータに適用する結線パターン切換装置であって、
前記複数のコイルのうち第１コイル、第２コイル、第３コイルおよび第４コイルを、当該４つのコイルのうち隣接する前記コイルの一端同士および前記隣接するコイルの他端同士をそれぞれスイッチを介して接続することにより、その順で並列接続し、
前記第１コイルの前記一端と前記第２コイルの前記他端との間、前記第２コイルの前記一端と前記第３コイルの前記他端との間、および前記第３コイルの前記一端と前記第４コイルの前記他端との間にそれぞれスイッチを設け、
前記複数のコイルの外部側に設けられた第１の共通の接点から前記第４コイルの前記一端を接続する電流経路を形成し、
前記複数のコイルの外部側に設けられた第２の共通の接点から前記第１コイルの前記他端を接続する電流経路を形成し、前記第２の共通の接点と前記第１コイルの前記他端を接続する前記電流経路にスイッチを設け、
前記第１の共通の接点から前記第２コイルの前記一端を接続する電流経路を形成し、前記第１の共通の接点と前記第２コイルの前記一端を接続する前記電流経路にスイッチを設け、
前記第２の共通の接点から前記第３コイルの前記他端を接続する電流経路を形成し、前記第２の共通の接点と前記第３コイルの前記他端を接続する前記電流経路にスイッチを設け、
前記各スイッチを独立に切り換える切換手段を備えることを特徴とする結線パターン切換装置。