JPH0724938Y2 - 多相駆動トロイダルモ−タ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、多相駆動トロイダルモータに関するものであ
り、特にトルクのむらおよび低下を防止するのに好適な
多相駆動トロイダルモータに関するものである。

（従来の技術） 以下に図面を参照して、従来の多相駆動トロイダルモー
タを簡単に説明する。

第10図は従来の多相駆動トロイダルモータの構成を示す
概略図である。図には、３相４極６コイル形式の多相駆
動トロイダルモータが示されている。

図において、ロータ２（回転子）の磁極は、４分割され
ている。

前記ロータ２の磁極の外周に配置された環状のステータ
１（固定子）には、ｕ相、ｖ相、およびｗ相のトロイダ
ルコイル（以下、単にコイルという）が、それぞれ交互
に２つずつ巻回されている。

図より明らなように、前記ロータ２の各磁極の角度θｍ
は機械角で90度、また前記ステータ１の各コイルのコイ
ル角度θｃは機械角で60度である。

この多相駆動トロイダルモータにおいては、ステータ１
の内壁面の、符号3,4,および５で示される位置に設けら
れたホール素子により、ロータ２の回転角を検出するよ
うに構成されている。

そして、前記ロータ２の回転角に応じて、既知の手法に
より、前記ステータ１の各コイルへの通電を制御すれ
ば、ロータ２は、例えば矢印Ａ方向に回転することがで
きる。

第11図は第10図に示されたホール素子３〜５の動作、お
よびステータ１の、u,v,w相の各コイルの通電タイミン
グを示すタイミングチャートである。第11図において
は、第10図に示されたロータ２のＮ極（N1およびN2）の
みに対してトルクを発生させて、該ロータ２を矢印Ａ方
向に回転させる場合のタイミングチャートが示されてい
る。また、第11図に示されたロータ２の回転角は、ロー
タ２が第10図の位置にあるときを０度とし、該ロータ２
が矢印Ａ方向に進んだときの角度を示している。

ステータ１の各コイルへの通電タイミングと、ロータ２
の回転角との関係を、さらに第12、13図を参照して説明
する。

第12、13図は、第10図に示されたステータ１およびロー
タ２の一部の展開図であり、第12図はロータ２が第10図
に示された位置にあるときの展開図、また第13図はロー
タ２が第10図に示された位置から矢印Ａ方向（第10図）
に60度回転したときの展開図である。

なお、説明を容易に行なうために、第12、13図において
は、ステータ１がロータ２に対して矢印Ｂ方向に移動す
るように描かれている。また、斜線で示されたコイル
は、通電されているコイルを示している。

まず、第12図に示されるように、ロータ２が第10図に示
された位置にあるときには、第11図より明らかなよう
に、ｕ相のコイルに通電される。

ここで、ロータ２のＮ極より発生する磁力線は、ロータ
２とステータ１との間の空隙、および該ステータ１内を
通り、ロータ２のＳ極に向うように循環しているので、
Ｎ極の磁束密度を、前記コイルに流れる電流をとす
ると、ロータ２には矢印Ａ方向に＝×なる力が働
く。これにより、前記ロータ２は回転する。

前記ロータ２の回転角は、ホール素子３〜５により検出
され、第13図に示されたように、ロータ２が第10図に示
された位置から矢印Ａ方向に60度回転すると、ｕ相のコ
イルへの通電が解除され、同時にｗ相のコイルへ通電が
開始される。

このようにして、ロータ２は回転を続けることができ
る。

（考案が解決しようとする問題点） 上記した従来の技術は、次のような問題点を有してい
た。

前述したように、ロータ２に回転力を与えるために付勢
されたｕ相コイルへの通電は、該コイルに隣接するｗ相
コイルへ通電が開始されるまで行なわれる。

ところが、第13図より明らかなように、ｗ相コイルへ通
電が開始される直前においては、ステータ１のｕ相は、
Ｎ極およびＳ極双方の磁極をまたぐことになり、ｕ相が
Ｎ極に及ぼす力が減少する。この結果、ロータ２の回転
力が減少する。

第10図に示されたように、磁極の角度θｍが機械角で90
度、コイル角度θｃが機械角で60度である場合には、ス
テータ１の各相コイルは、コイル角度で30度（θｃの1/
2）だけ異なる磁極をまたぐことになる。

この結果、ロータ２のトルクにむらが生じたり、あるい
は低下したりする。

本考案は、前述の問題点を解決するためになされたもの
である。

（問題点を解決するための手段および作用） 前記の問題点を解決するために、本考案は、ロータ２の
各磁極に対して、全相のコイルを少なくとも一組設け、
隣接する２相のトロイダルコイルに同時に通電するとい
う手段を講じ、ロータ２の回転速度に対して従来のトロ
イダルモータより早いタイミングでステータの各相コイ
ルへの通電を切換えるようにして、各相コイルが異なる
磁極をまたがないようにした点に特徴がある。

（実施例） 以下に図面を参照して、本考案を詳細に説明する。

第２図は本考案の一実施例の構成を示す概略図である。

第２図において、ロータ２の磁極は４分割されている。

前記ロータ２の磁極の外周に配置された環状のステータ
11には、該ロータ２の各磁極にそれぞれｕ相、ｖ相およ
びｗ相の全相のコイルが対向するように、12個のコイル
が巻回されている。前記各コイルのコイル角度θｃは機
械角で30度であり、また前記磁極の角度θｍは機械角で
90度である。

この３相モータにおいては、Ｎ極（N1、N2）に対向する
コイルと、該コイルに同相で、かつＳ極（S1、S2）に対
向するコイルとに同じ向きの電流を流すと、ロータ２に
対して、反対向きの力が生じるので、それぞれのコイル
に流す電流の極性を逆にする必要がある。したがって、
Ｎ極に対向するu,v,w相に対し、Ｓ極に対向する各相を
，，相で示している。

前記ロータ２の位置（回転角）を検出するためのホール
素子は、それぞれ符号3,4および５で示されるように、3
0度毎に３個配置されている。

第３図は第２図に示されたホール素子３〜５の動作、お
よびステータ11の各コイルへの通電タミングを示すタイ
ミングチャートである。第３図においては、第２図に示
されたロータ２のＮ極（N1およびN2）のみに対してトル
クを発生させて、該ロータ２を矢印Ａ方向に回転させる
場合のタイミングチャートが示されている。また、第３
図に示されたロータ２の回転角は、ロータ２が第２図の
位置にあるときを０度とし、該ロータ２が矢印Ａ方向に
進んだときの角度を示している。

ステータ11の各コイルへの通電タイミングと、ロータ２
の回転角との関係を、さらに第４ないし６図を参照して
説明する。

第４ないし６図は、第２図に示されたステータ１および
ロータ２の一部の展開図であり、第４図はロータ２が第
２図に示された位置にあるときの展開図、第５図はロー
タ２が第４図の位置から矢印Ａ方向に30度展開したとき
の展開図、そして第６図はロータ２が第５図の位置から
矢印Ａ方向にさらに30度回転したときの展開図である。
なお、第５、６図においては、ロータ２の磁極N1を基準
としてステータ11の位置を示すために、ロータ２を固定
とし、ステータ11が前記矢印Ａ方向と逆方向（矢印Ｂ方
向）に移動するように描かれている。また、斜線で示さ
れコイルは、通電されているコイルを示している。

まず、第４図の位置関係においては、第３図より明らか
なようにすでに通電されているｖ相のコイルに加えて、
ｕ相のコイルに通電される。この結果、ロータ２が矢印
Ａ方向に移動する。

つぎに、第５図の位置関係、すなわち、前記ｖ相コイル
が磁極S1にさしかかろうとする時、および前記ｕ相コイ
ルに隣接する相コイルが前記磁極N1と完全に対向した
時においては、第３図より明らかなように、前記ｖ相コ
イルへの通電が解除されると共に、相コイルへの通電
が開始される。前記ｕ相コイルへの通電はそのまま維持
される。

そして、前記ロータ２の回転がさらに進み、第６図に示
されるように、前記ｕ相コイルが磁極S1にさしかかろう
とする時、および前記相コイルに隣接する相コイル
が前記磁極N1と完全に対向した時においては、第３図よ
り明らかなように、前記ｕ相コイルへの通電が解除され
ると共に、相コイルへの通電が開始される。前記相
コイルへの通電はそのまま維持される。

このように、本考案の一実施例においては、ロータ２の
各磁極の角度θｍが機械角で90度、ステータ11の各コイ
ルの角度θｃが機械角で30度であり、また各コイルへの
通電角度が機械角で60度であるために、あるコイルに通
電が行なわれている間は、該コイルはロータ２のＮおよ
びＳ極のいずれか一方としか対向しないので、ロータ２
の回転力、すなわちトルクの損失が生じない。

第７図は本考案の他の実施例の構成を示す概略図、第８
図は第７図に示されたホール素子３〜５の動作、および
ステータ21の各コイルの通電タイミングを示すタイミン
グチャートである。第７図において、第２図と同一の符
号は、同一または同等部分をあらわしている。また、第
８図は、第３図と同様に、第７図に示されたロータ２の
Ｎ極（N1およびN2）のみに対してトルクを発生させて、
該ロータ２を矢印Ａ方向に回転させる場合のタイミング
チャートが示されている。

この例においても、第２図に示された本考案の一実施例
と同様に、各コイルに通電が行なわれている間は、該コ
イルはロータ２のＮおよびＳ極のいずれか一方としか対
向しないので、ロータ２のトルクが損失しない。

さて、前記各実施例においては、本考案は、ｕ相、ｖ
相、およびｗ相のコイルを有する３相のトロイダルモー
タに適用されるものとして説明したが、２相あるいは４
相以上のトロイダルモータに適用されても良い。

すなわち、第１図に示されるように、ｍ相駆動のトロイ
ダルモータにおいては、ロータ32の各磁極毎にｍ相のコ
イルを設ければ良い。当然のことながら、ステータ31の
全コイル数は、相数とロータ32の磁極数との積になる。

また、第９図に示されるように、ロータ32の各磁極毎
に、ｍ相のコイルをｎ（ｎは１以上の整数）組設けても
良いことは当然である。

（考案の効果） 以上の説明から明らかなように、本考案によれば、つぎ
のような効果が達成される。

すなわち、ロータの各磁極に対して、全相のコイルを少
なくとも一組設けるようにしたので、ロータの回転速度
に対して従来のトロイダルモータよりも早いタイミング
で、ステータの各相コイルへの通電を切換ることができ
る。この結果、各相コイルが異なる磁極にまたがること
がなくなり、ロータのトルクにむらが生じたり、また低
下したりすることがなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の基本的構成の一例を示すステータおよ
びロータの展開図、第２図は本考案の一実施例の構成を
示す概略図、第３図は第２図に示されたステータの各コ
イルへの通電タイミングおよびホール素子の動作を示す
タイムチャート、第４〜６図はステータコイルへの通電
タイミングを説明するためのステータおよびロータの展
開図、第７図は本考案の他の実施例の構成を示す概略
図、第８図は第７図に示されたステータの各コイルへの
通電タイミングおよびホール素子の動作を示すタイムチ
ャート、第９図は本考案の基本的構成の他の例を示すス
テータおよびロータの展開図、第10図は従来の多相駆動
トロイダルモータの構成を示す概略図、第11図は第10図
に示されたステータの各コイルへの通電タイミングおよ
びホール素子の動作を示すタイムチャート、第12,13図
はステータコイルへの通電タイミングを説明するための
ステータおよびロータ展開図である。 1,11,21,31,31A…ステータ、2,32…ロータ、3,4,5…ホ
ール素子

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】その外周に複数に分割された磁極を有する
   回転子と、 該回転子の外周部に配置され、かつ該回転子の各磁極に
   対して全相のトロイダルコイルが少なくとも一組設けら
   れた固定子と、 隣接する２相のトロイダルコイルに同時に通電する手段
   と、 該通電が行われているトロイダルコイルは、前記回転子
   のＮおよびＳ極のいずれか一方とのみ対向するように前
   記通電を切換える手段とを具備したことを特徴とする多
   相駆動トロイダルモータ。