(57)【要約】【課題】  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。【解決手段】  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ＬA1〜ＬA6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ＬB1〜ＬB6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ＬC1〜ＬC6の結線パターンを切り換え可能とした。【選択図】  図３
2006094700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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とを特徴とする結線パターン切換装置。
【請求項２】
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ことを特徴とする結線パターン切換装置。
【請求項３】
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ことを特徴とする結線パターン切換装置。
【請求項４】
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ことを特徴とする結線パターン切換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明に係る請求項１記載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。
【０００６】
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。
【０００７】
さらに、本発明に係る請求項２記載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。
【０００８】
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。
【０００９】
さらに、本発明に係る請求項３記載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。
【００１０】
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。
【００１１】
さらに、本発明に係る請求項４記載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。
【００１２】
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。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明に係る請求項１ないし４記載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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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ＭN1〜ＭS6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。
【００１８】
鉄心コア１５ａの外周面には、同一構成の１２個の永久磁石ＭN1〜ＭS6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ＭN1〜ＭN6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ＭS1〜ＭS6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。
【００１９】
各極Ａ1〜Ｃ6には、それぞれ電機子のコイルＬA1〜ＬC6が巻き付けられている。コイルＬA1〜ＬA6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ＬB1〜ＬB6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ＬC1〜ＬC6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。
【００２０】
次に、各コイルＬA1〜ＬC6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。
【００２１】
電機子巻線１２ａは、図３に示すように、コイルＬA1〜ＬA6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。
【００２２】
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ＬA1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ＬA2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ＬA3が接続されている。
【００２３】
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ＬA4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ＬA5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ＬA6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。
【００２４】
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。
【００２５】
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ＬA1〜ＬA6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。
【００２６】
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ＬA1〜ＬA3を直列に、コイルＬA4〜ＬA6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。
【００２７】
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ＬA1，ＬA2を直列に、コイルＬA3，ＬA4を直列に、コイルＬA5，ＬA6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。
【００２８】
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ＬA1〜ＬA6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。
【００２９】
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ＬA1〜ＬA6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ＬA1〜ＬA6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。
【００３０】
一方、同様にして、電機子巻線１２ｂにおいては、コイルＬB1〜ＬB6が直列に結線され、電機子巻線１２ｃにおいては、コイルＬC1〜ＬC6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。
【００３１】
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ＬA1〜ＬC6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。
【００３２】
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。
【００３３】
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ＬA1〜ＬA3が直列に、コイルＬA4〜ＬA6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ＬA1〜ＬA6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。
【００３４】
一方、同様にして、電機子巻線１２ｂにおいては、コイルＬB1〜ＬB3が直列に、コイルＬB4〜ＬB6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ＬC1〜ＬC3が直列に、コイルＬC4〜ＬC6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。
【００３５】
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ＬA1，ＬA2が直列に、コイルＬA3，ＬA4が直列に、コイルＬA5，ＬA6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ＬA1〜ＬA6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。
【００３６】
一方、同様にして、電機子巻線１２ｂにおいては、コイルＬB1，ＬB2が直列に、コイルＬB3，ＬB4が直列に、コイルＬB5，ＬB6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ＬC1，ＬC2が直列に、コイルＬC3，ＬC4が直列に、コイルＬC5，ＬC6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。
【００３７】
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ＬA1〜ＬA6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ＬA1〜ＬA6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。
【００３８】
一方、同様にして、電機子巻線１２ｂにおいては、コイルＬB1〜ＬB6が並列に結線され、電機子巻線１２ｃにおいては、コイルＬC1〜ＬC6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。
【００３９】
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ＬA1〜ＬA6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ＬB1〜ＬB6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ＬC1〜ＬC6の結線パターンを切り換え可能とした。
【００４０】
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ＬA1〜ＬA6の結線パターンを切り換えるものであって、磁石ＭN1〜ＭS6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。
【００４１】
上記実施の形態において、切換器３０は、請求項１ないし４記載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。
【００４２】
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ＬA1，ＬA2を直列に結線し、さらにこれとコイルＬA3〜ＬA6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。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】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。
【図２】モータ１０の断面図である。
【図３】電機子巻線１２ａの結線構成を示す結線図である。
【図４】切換器３０の結線切換パターンを示す図である。
【図５】電機子巻線１２ａの結線状態を示す図である。
【図６】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】
【００４４】
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
ＬA1〜ＬC6          コイル
Ｓ1〜Ｓ43          スイッチ
【図１】
2006094700.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006094700.tif 000007
【図６】
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