(57)【要約】ユニバーサルモータとして構成された電動モータ装置およびこれを動作する方法が提供される。電動モータ装置は、ステータ部品に対して回転するように配列されるロータ部品を備える。ロータ巻線配列がロータ部品上に装着され、ステータ巻線配列がステータ部品上に装着される。回転位置表示器は、ロータ部品とステータ部品との相対配向を示す回転位置情報を生成する。ロータ巻線制御ユニットは、ロータ部品上に固定して装着され、ロータ部品に供給されるロータ供給電圧に結合される。ロータ制御ユニットは、回転位置情報に依存してロータ供給電圧からロータ波形を生成するロータ波形生成動作を行い、かつロータ波形をロータ巻線配列に与えるように構成される。ステータ巻線波形生成器は、ステータ供給電圧を受信し、それから回転位置情報に依存してステータ波形を生成し、かつステータ波形をステータ巻線配列に与えるように構成される。ロータ波形およびステータ波形は、相対配向でロータ巻線配列とステータ巻線配列との相互作用を同期させるためにロータ部品とステータ部品との相対配向と同期して生成される。
2014530589.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユニバーサルモータとして構成された電動モータ装置であって、
ロータ部品およびステータ部品であって、前記ロータ部品が前記ステータ部品に対して回転するように配列される、ロータ部品およびステータ部品と、
前記ロータ部品上に装着されるロータ巻線配列と、
前記ステータ部品上に装着されるステータ巻線配列と、
前記ロータ部品と前記ステータ部品との相対配向を示す回転位置情報を生成するように構成された回転位置表示器と、
前記ロータ部品上に固定して装着されるロータ巻線制御ユニットであって、前記ロータ部品に供給されるロータ供給電圧に結合され、前記回転位置情報に依存して前記ロータ供給電圧からロータ波形を生成するロータ波形生成動作を行い、かつ前記ロータ波形を前記ロータ巻線配列に与えるように構成された、ロータ巻線制御ユニットと、
ステータ供給電圧を受信し、それから前記回転位置情報に依存してステータ波形を生成し、かつ前記ステータ波形を前記ステータ巻線配列に与えるように構成されたステータ巻線波形生成器と、を備え、
前記ロータ巻線配列と前記ステータ巻線配列との相互作用を前記相対配向に同期させるために、前記ロータ波形および前記ステータ波形が、前記ロータ部品と前記ステータ部品との前記相対配向と同期して生成される、電動モータ装置。
【請求項２】
前記ロータ巻線配列と前記ステータ巻線配列との前記相互作用は、前記ロータ部品を前記ステータ部品に対して回転駆動させる、請求項１に記載の電動モータ装置。 
【請求項３】
前記ロータ巻線配列と前記ステータ巻線配列との前記相互作用は、前記ステータ部品に対する前記ロータ部品の前記回転への抵抗を引き起こす、請求項１に記載の電動モータ装置。 
【請求項４】
前記回転への抵抗の結果として前記ロータ巻線配列および前記ステータ巻線配列のうちの少なくとも１つに誘導される電力を抽出するように構成された少なくとも１つの電力抽出ユニットをさらに備える、請求項３に記載の電動モータ装置。
【請求項５】
前記ロータ供給電圧は、スリップリング配列を介して前記ロータ部品に供給される、請求項１に記載の電動モータ装置。 
【請求項６】
前記ロータ供給電圧は、第１の接続および第２の接続を介して前記ロータ部品に供給され、前記第１の接続が、前記ロータ部品の第１の軸方向側に配列され、前記第２の接続が、前記ロータ部品の第２の軸方向側に配列される、請求項１に記載の電動モータ装置。 
【請求項７】
前記ロータ巻線制御ユニットは、デジタル制御ユニットと、デジタル／アナログ変換器とを備える、請求項１に記載の電動モータ装置。 
【請求項８】
前記デジタル制御ユニットは、２進符号化信号を使用して前記デジタル／アナログ変換器を制御するように構成された、請求項７に記載の電動モータ装置。 
【請求項９】
前記デジタル制御ユニットは、パルス幅変調信号を使用して前記デジタル／アナログ変換器を制御するように構成された、請求項７に記載の電動モータ装置。 
【請求項１０】
前記デジタル制御ユニットは、マイクロプロセッサユニットを備える、請求項７に記載の電動モータ装置。
【請求項１１】
前記ロータ部品上に装着される前記ロータ巻線配列は、前記ロータ部品の周囲に離間配置される複数の電気的に分離された巻線を備える、請求項1に記載の電動モータ装置。
【請求項１２】
前記ロータ巻線制御ユニットは、個々のロータ波形を前記ロータ巻線配列の前記複数の電気的に分離された巻線のそれぞれに与えるように構成された、請求項１１に記載の電動モータ装置。
【請求項１３】
前記ロータ巻線配列および前記ステータ巻線配列は、互いに同じ数の電気的に分離された巻線を有する、請求項１に記載の電動モータ装置。
【請求項１４】
前記ロータ巻線配列および前記ステータ巻線配列は、互いに異なる数の電気的に分離された巻線を有する、請求項１に記載の電動モータ装置。
【請求項１５】
前記ロータ波形および前記ステータ波形のうちの少なくとも１つは、正弦波波形を含む、請求項１に記載の電動モータ装置。
【請求項１６】
前記ロータ波形および前記ステータ波形のうちの少なくとも１つは、パルス波形を含む、請求項１に記載の電動モータ装置。
【請求項１７】
前記回転位置表示器は、シャフト符号化を読み取るように構成された読み取りユニットを備える、請求項１に記載の電動モータ装置。
【請求項１８】
前記ステータ巻線波形生成器は、前記ロータ巻線制御ユニットと通信するように構成されたステータ巻線制御ユニットを備える、請求項１に記載の電動モータ装置。
【請求項１９】
前記ステータ巻線制御ユニットは、前記ロータ巻線制御ユニットと無線で通信するように構成された、請求項１８に記載の電動モータ装置。
【請求項２０】
前記ステータ巻線制御ユニットは、前記ロータ巻線制御ユニットと有線接続を介して通信するように構成された、請求項１８に記載の電動モータ装置。
【請求項２１】
前記有線接続を介する通信は、前記ロータ供給電圧に重ねられる、請求項２０に記載の電動モータ装置。
【請求項２２】
前記ロータ巻線制御ユニットは、前記ロータ部品の軸方向面上に装着される、請求項１に記載の電動モータ装置。
【請求項２３】
前記ロータ供給電圧は、直流電圧である、請求項１に記載の電動モータ装置。
【請求項２４】
前記ロータ供給電圧は、交流電圧である、請求項１に記載の電動モータ装置。
【請求項２５】
前記ロータ巻線制御ユニットは、前記交流電圧をオーバーサンプルするように構成されたオーバーサンプラを備える、請求項２４に記載の電動モータ装置。 
【請求項２６】
前記ロータ巻線制御ユニットは、前記オーバーサンプルされた交流電圧の選択された部分を前記ロータ巻線配列に分配するように構成された分配器を備える、請求項２５に記載の電動モータ装置。
【請求項２７】
前記ロータ巻線配列は、複数の電気的に分離された巻線を備え、前記分配器は、前記複数の電気的に分離された巻線の間の前記オーバーサンプルされた交流電圧の前記選択された部分を分配するように構成された、請求項２６に記載の電動モータ装置。 
【請求項２８】
前記分配器は、前記オーバーサンプルされた交流電圧の前記選択された部分のうちの少なくとも１つを同時に前記電気的に分離された巻線のうちの２つ以上に選択的に分配するように構成された、請求項２７に記載の電動モータ装置。
【請求項２９】
軸方向に見て、前記ロータ部品は、前記ステータ部品の内側に装着される、請求項１に記載の電動モータ装置。
【請求項３０】
軸方向に見て、前記ロータ部品は、前記ステータ部品の外側に装着される、請求項１に記載の電動モータ装置。
【請求項３１】
ユニバーサルモータとして構成された電動モータ装置であって、ロータ手段およびステータ手段であって、前記ロータ手段が前記ステータ手段に対して回転する、ロータ手段およびステータ手段と、
前記ロータ手段上に装着されるロータ巻線手段と、
前記ステータ手段上に装着されるステータ巻線手段と、
前記ロータ手段と前記ステータ手段との相対配向を示す回転位置情報を生成する回転位置表示手段と、
前記ロータ部品上に固定して装着されるロータ巻線制御手段であって、前記ロータ部品に供給されるロータ供給電圧に結合され、前記回転位置情報に依存して前記ロータ供給電圧からロータ波形を生成するロータ波形生成動作を行い、かつ前記ロータ波形を前記ロータ巻線手段に与える、ロータ巻線制御手段と、
ステータ供給電圧を受信し、それから前記回転位置情報に依存してステータ波形を生成し、かつ前記ステータ波形を前記ステータ巻線手段に与える、ステータ巻線波形生成手段と、を備え、
前記ロータ波形および前記ステータ波形が、前記相対配向で前記ロータ巻線手段と前記ステータ巻線手段との相互作用を同期させるために前記ロータ手段と前記ステータ手段との前記相対配向と同期して生成される、電動モータ装置。
【請求項３２】
ロータ部品およびステータ部品であって、前記ロータ部品が前記ステータ部品に対して回転するように配列される、ロータ部品およびステータ部品と、前記ロータ部品上に装着されるロータ巻線配列と、前記ステータ部品上に装着されるステータ巻線配列と、を備える、ユニバーサルモータとして構成された電動モータ装置を動作する方法であって、
前記ロータ部品と前記ステータ部品との相対配向を示す回転位置情報を生成することと、
前記ロータ部品上に固定して装着されるロータ巻線制御ユニットを前記ロータ部品に供給されるロータ供給電圧に結合することと、
前記回転位置情報に依存して前記ロータ供給電圧からロータ波形を生成する前記ロータ巻線制御ユニットにおけるロータ波形生成動作を行うことと、
前記ロータ波形を前記ロータ巻線配列に与えることと、
ステータ巻線波形生成器におけるステータ供給電圧を受信し、それから前記回転位置情報に依存してステータ波形を生成することと、
前記ステータ波形を前記ステータ巻線配列に与えることと、を含み、
前記ロータ波形および前記ステータ波形が、前記相対配向で前記ロータ巻線配列と前記ステータ巻線配列との相互作用を同期させるために前記ロータ部品と前記ステータ部品との前記相対配向と同期して生成される、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動モータに関し、具体的にはロータおよびステータの両方が巻線配列を有するユニバーサルモータに関する。
従来技術の説明
【０００２】
電動モータを構成する様々な異なる手法があることは既知であり、それぞれが独自の関連した利点および欠点を有する。図１は、永久磁石の組が中央ロータの周囲に配列されるが、ステータ上の固定された巻線がステータに対するロータの回転を引き起こすように励磁される、永久磁石の直流モータの軸方向の図を概略的に例示する。このような直流モータは、比較的強力であることが知られているが、ロータ上に装着される永久磁石の磁気抗力に悩まされ、それによって効率性を失う。
【０００３】
図２は、図１に例示されるものと同じステータ配列を有するが、鉄製ロータが永久磁石の代わりに埋め込まれた導体棒（例えば、銅から作製される）を有する、誘導モータを概略的に例示する。ステータ巻線配列の励磁は、ロータの導体棒の中に電流を誘導する。したがって、ステータ巻線配列およびこれらの誘導電流によって生じた電磁場間の相互作用により、ステータに対してロータを回転させる。誘導モータは、所定の設計速度で非常に効率的であることが知られているが、異なる速度で動作されるときに効率性を失う。
【０００４】
さらなる既知の種類のモータは、図３に概略的に例示されるユニバーサルモータである。ここでロータおよびステータの両方が巻線配列を有する。このようなユニバーサルモータは、直流電力または交流電力のいずれで動作されてもよく、小型かつ高出力のモータを一般的に提供する。ある程度、ユニバーサルモータは、誘導モータおよび永久磁石モータの両方の利点を組み合わせるものと見なされてもよい。しかしながら、必要とされる波形をロータ巻線配列に結合することと関連付する困難は、重大な欠点を有する。
【０００５】
ユニバーサルモータの配列のさらなる詳細が図４に概略的に示される。車軸１５を中心に回転するように構成されたロータ１０は、その周囲に配列される巻線２０の組を有する。ステータ（明示的に図示せず）は、ステータコイル（巻線）３０の組がロータ巻線２０に対応するように配列されるロータ１０を囲む。電源３５は、ステータコイル制御ユニット４０およびロータコイル制御ユニット４５の両方に電力を供給する。ステータコイル制御ユニット４０は、供給された電力から好適なステータ波形を生成し、これをステータコイル３０に提供する。しかしながら、ロータ巻線２０に電力を供給することは、ロータの回転によりステータ巻線３０に電力を供給することほど単純ではない。したがって、典型的なユニバーサルモータ設計は、外部から供給された電力をロータコイル２０に結合する整流子５０を提供することによってロータの回転を利用しようとする。整流子は、接点６０と断続的に接触するロータの車軸の周囲に装着される接点５５の組を備える。接点５５の組は、ロータ巻線配列を構成するそれぞれの異なる巻線２０に電気的に結合される。それ故に、ロータの回転は、異なるロータコイル２０をロータコイル制御４５に順に結びつけ、一連の波形がロータコイル２０に与えられることを可能にする。しかしながら、整流子は、騒がしく非効率的である傾向がある比較的原始的な機械的コネクタである。
【０００６】
必要とされる電気的接続をロータに提供する代替的な既知の手法は、スリップリングの形態でこれらを配列することである。しかしながら、一般的に必要とされる別個の電気的接続の数、および次に提供されなければならないスリップリングの対応する数により、かなりの製造の複雑性が、多数のスリップリングを備えるロータ、および同様に対応する数の同心電力チャネル（典型的にシャフト上に層状である）を有するそのシャフトと関連付けられる。
【０００７】
したがって、ユニバーサルモータとして構成され、それ故にユニバーサルモータの上述された利点から利益を受けるが、騒がしく非効率的な整流子を介して、または多数のスリップリングを使用して、モータ巻線を外部電源に結合する上述の欠点を有しない、電動モータ装置を提供することが望ましい。
【発明の概要】
【０００８】
第１の態様から見ると、本発明は、ユニバーサルモータとして構成された電動モータ装置を提供し、該電動モータ装置は、ロータ部品およびステータ部品であって、該ロータ部品が該ステータ部品に対して回転するように配列される、ロータ部品およびステータ部品と、該ロータ部品上に装着されるロータ巻線配列と、該ステータ部品上に装着されるステータ巻線配列と、該ロータ部品と該ステータ部品との相対配向を示す回転位置情報を生成するように構成された回転位置表示器と、該ロータ部品上に固定して装着されるロータ巻線制御ユニットであって、該ロータ部品に供給されるロータ供給電圧に結合され、該回転位置情報に依存して該ロータ供給電圧からロータ波形を生成するロータ波形生成動作を行い、かつ該ロータ波形を該ロータ巻線配列に与えるように構成された、ロータ巻線制御ユニットと、ステータ供給電圧を受信し、それから該回転位置情報に依存してステータ波形を生成し、かつ該ステータ波形を該ステータ巻線配列に与えるように構成されたステータ巻線波形生成器と、を備え、該ロータ波形および該ステータ波形が、該相対配向で該ロータ巻線配列と該ステータ巻線配列との相互作用を同期させるために該ロータ部品と該ステータ部品との該相対配向と同期して生成される。
【０００９】
したがって、ユニバーサルモータとして構成され、すなわち、ロータ部品およびステータ部品の両方がそれぞれの巻線配列を有する、電動モータ装置が提供される。さらに、ロータ部品上に固定して装着されるロータ巻線制御ユニットが提供され、すなわち、ロータ巻線制御ユニットがこの一部としてロータ部品とともに回転するようにする。このロータ巻線制御ユニットは、ロータ巻線配列に与えられるロータ波形を生成するためにロータ波形生成動作を行う。ロータ巻線配列は、ロータ部品に供給されるロータ供給電圧からこのロータ波形を生成する。したがって、外部から供給されたロータ供給電圧のみがロータ部品に結合される必要があるため、従来技術の整流子または多数のスリップリングの必要性が避けられる。これは、整流子と関連付けられる騒音および非効率性ならびに多数のスリップリングと関連付けられる製造の複雑性がそれぞれ避けられることを意味する。
【００１０】
ロータ巻線制御ユニットは、回転位置表示器によって生成される回転位置情報に依存してロータ波形を生成し、ロータ波形の生成がロータ部品とステータ部品との相対配向に一致することを可能にする。同様に、ステータ巻線波形生成器は、この回転位置情報に依存してそのステータ波形を生成し、ロータ波形およびステータ波形がロータ部品とステータ部品との相対配向と同期して生成されることを可能にし、ロータ巻線配列とステータ巻線配列との相互作用がその相対配向と同期するようにする。整流子および多数のスリップリングの使用を回避することと関連付けられる上述の利益に加えて、本明細書に開示される電動モータ装置のさらなる利点は、ロータ波形の周波数がロータ部品自体の回転周波数にもはや依存しないことである。これは、ロータおよびステータ巻線配列に与えられ得る波形周波数の選択において、はるかに大きな柔軟性をもたらす。これまでは、ロータ波形周波数からのロータの回転周波数のこのような分離は、原理的には多くのスリップリングを有する配列で達成可能であるが、多くのスリップリングを製造および配列する法外な費用により実現することが非実用的であった。さらに、回転周波数の重要性が大幅に低減されるため、回転周波数が従来のユニバーサルモータ配列におけるよりも容易に変動し得るので多くの用途における機械的伝送の必要性が避けられる。
【００１１】
一実施形態では、該ロータ巻線配列と該ステータ巻線配列との該相互作用は、該ロータ部品を該ステータ部品に対して回転駆動させる。換言すれば、本明細書に開示される電動モータ装置は、供給された電力がロータ部品の駆動された回転に変換される電動モータとして実装されてもよい。代替的な実施形態では、該ロータ巻線配列と該ステータ巻線配列との該相互作用は、該ステータ部品に対する該ロータ部品の該回転への抵抗を引き起こす。換言すれば、本明細書に開示される電動モータ装置は、ロータ部品の回転運動が電力に変換される発電器として代替的に実装されてもよい。このような一実施形態では、電動モータ装置は、該回転への抵抗の結果として該ロータ巻線配列および該ステータ巻線配列のうちの少なくとも１つに誘導される電力を抽出するように構成された少なくとも１つの電力抽出ユニットをさらに備える。電動モータ装置が発電器として構成されたとき、ロータ巻線配列および／またはステータ巻線配列に誘導される電力は、電力抽出ユニットによって抽出されてもよい。
【００１２】
一実施形態では、該ロータ供給電圧は、スリップリング配列を介して該ロータ部品に供給される。上述されるように、多数のスリップリングは、関連する製造の複雑性および費用により不利であり得るが、本発明の電動モータ装置は、単純な接続（ロータ供給電圧を提供する）のみがロータ部品に必要とされることから利益を受け、この単純な接続は、単純なスリップリング配列、例えば、２つの接続のみを有する配列によって効率的に提供されてもよい。
【００１３】
一実施形態では、該ロータ供給電圧は、第１の接続および第２の接続を介して該ロータ部品に供給され、該第１の接続が、該ロータ部品の第１の軸方向側に配列され、該第２の接続が、該ロータ部品の第２の軸方向側に配列される。本明細書に開示される電動モータ装置において、ロータ供給電圧のみがロータ部品に接続される必要がある（すなわち、多数の異なる接続がロータ部品の多数のコイルと関連付けられるのではなく）事実は、例えば、ロータ部品のそれぞれの軸方向側がロータ供給電圧の２つの接続のうちの１つと関連付けられるなど、２つの外部接続をロータ部品に提供するための著しく単純な配列が可能にされることを意味する。
【００１４】
ロータ巻線制御ユニットが提供され得る多くの異なる手法があるが、いくつかの実施形態は、現代の電子技術により、電動モータ装置のロータ部品上に装着するのに適切である規模で、デジタル制御ユニットを提供することが可能となるという事実を利用する。したがって、このような実施形態では、ロータ巻線制御ユニットは、デジタル制御ユニットと、デジタル／アナログ変換器とを備える。このような配列では、デジタル制御ユニットは、ロータ波形生成動作を管理する制御能力を提供するが、デジタル／アナログ変換器は、必要なインターフェースをロータ巻線配列に提供する。
【００１５】
デジタル制御ユニットがデジタル／アナログ変換器を制御し得る多数の手法があるが、一実施形態では、該デジタル制御ユニットは、２進符号化信号を使用して該デジタル／アナログ変換器を制御するように構成されることが認識される。別の実施形態では、該デジタル制御ユニットは、パルス幅変調信号を使用して該デジタル／アナログ変換器を制御するように構成される。
【００１６】
一実施形態では、該デジタル制御ユニットは、マイクロプロセッサユニットを備える。上述されるように、いくつかの実施形態は、現代の電子技術により、比較的高度な制御能力をデジタル制御ユニットの形態でロータ部品上に装着することが可能となるという事実を利用し、この特定の実施形態は、マイクロプロセッサユニットとしてそのデジタル制御ユニットを提供する。現代のマイクロプロセッサユニットは、大量の処理能力を非常に小さいフォームファクタに詰め、これは、回転位置情報に依存してロータ波形を生成するために必要とされるデータ処理能力が、例えば、ロータが高速で回転しているときであっても、マイクロプロセッサとしてデジタル制御ユニットを具現化することによって提供され得ることを意味し、さらに、これは、ロータ部品に多くのさらなる部品を物理的に負担させることなく行われる。
【００１７】
一実施形態では、該ロータ部品上に装着される該ロータ巻線配列は、該ロータ部品の周囲に離間配置される複数の電気的に分離された巻線を備える。
【００１８】
このような一実施形態では、該ロータ巻線制御ユニットは、個々のロータ波形を該ロータ巻線配列の該複数の電気的に分離された巻線のそれぞれに与えるように構成される。したがって、ロータ巻線制御ユニットは、電気的に分離された巻線のそれぞれに個々のロータ波形を提供することによってステータ巻線配列とのロータ巻線配列の相互作用に対するその制御における大きな柔軟性を有する。
【００１９】
本明細書に開示される電動モータ装置の提供、特に、ロータ波形周波数がロータ部品の回転周波数から分離されたという事実はまた、ロータ巻線配列およびステータ巻線配列がいかに提供され得るかにおいて大きな柔軟性を与える。特に、それぞれの上の電気的に分離された巻線の数の多くの異なる順列が想定されてもよい。したがって、いくつかの実施形態では、該ロータ巻線配列および該ステータ巻線配列は、互いに同じ数の電気的に分離された巻線を有する。あるいは、別の実施形態では、該ロータ巻線配列および該ステータ巻線配列は、互いに異なる数の電気的に分離された巻線を有する。
【００２０】
本明細書に開示される電動モータが構成され得る柔軟性の別の特徴は、ロータ波形およびステータ波形の形式に関する。ロータ波形周波数とロータ部品の回転周波数との明示的関連性からの上述の離脱を考えると、ロータ波形およびステータ波形の様々な異なる形式が想定される。したがって、いくつかの実施形態では、該ロータ波形および該ステータ波形のうちの少なくとも１つは、正弦波波形を含む。あるいはまたは加えて、いくつかの実施形態では、該ロータ波形および該ステータ波形のうちの少なくとも１つは、パルス波形を含む。鋸歯、三角もしくは方形波形、またはこれらの組み合わせから作成される合成波形など、他の周期波形もまた企図される。
【００２１】
回転位置表示器が実装され得る多くの異なる手法があることが理解されよう。例えば、この回転位置表示器を提供する配列は、光源／検出器、ホール効果センサ、機械的デバイスなどに基づいてもよい。しかしながら、特定の一実施形態では、該回転位置表示器は、シャフト符号化（ｅｎｃｏｄｉｎｇ）を読み取るように構成された読み取りユニットを備える。したがって、ロータ部品のシャフト上に提供される符号化は、ロータ部品とステータ部品との相対配向を決定するために読み取りユニットによって読み取られてもよい。
【００２２】
一実施形態では、該ステータ巻線波形生成器は、該ロータ巻線制御ユニットと通信するように構成されたステータ巻線制御ユニットを備える。ロータ波形とステータ波形との必要な同期は、回転位置情報に対してそれぞれの生成によってのみ達成され得るが、互いに通信するようにステータ巻線制御ユニットおよびロータ巻線制御ユニットを構成することは、種々の情報が２つの間で交換され得るため、ロータ巻線配列とステータ巻線配列との相互作用の同期を容易にする。例えば、ロータ波形とステータ波形との適切なタイミングが監視され、調節され得るだけでなく、ステータ巻線制御ユニットからロータ巻線制御ユニットへなど、一方の制御ユニットから他方へこのように伝送されてもよい。
【００２３】
ステータ巻線制御ユニットとロータ巻線制御ユニットとの間の通信が多くの手法で提供され得るが、一実施形態では、該ステータ巻線制御ユニットは、該ロータ巻線制御ユニットと無線で通信するように構成されることが理解されよう。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ｗｉ−ｆｉ、ＲＦシグナリングなど、様々な異なる無線通信プロトコルが既知である。あるいは、「無線」通信は、光学的に行われてもよい。
【００２４】
あるいは、別の実施形態では、該ステータ巻線制御ユニットは、該ロータ巻線制御ユニットと有線接続を介して通信するように構成される。いくつかの実施形態では、この有線接続は、ロータ部品への別の結合によって（例えば、専用のスリップリングの提供によって）提供されてもよく、一実施形態では、該有線接続を介する通信は、該ロータ供給電圧に重ねられる。換言すれば、伝導路がロータ供給電圧をロータ部品に提供するために既に存在するという事実は、ロータ巻線制御ユニットとステータ巻線制御ユニットとの間の通信を符号化するためにこの供給電圧を変調することによって利用され得る。
【００２５】
一実施形態では、該制御ユニットは、該ロータ部品の軸方向面上に装着される。ロータ巻線制御ユニットが原理的には、該ロータ部品内またはその上に多くの異なる手法で装着されるが、該ロータ部品の軸方向面上にロータ巻線制御ユニットを装着することは、ロータ巻線制御ユニットの冷却ならびに製造／維持管理を簡略化することを容易にする。
【００２６】
ユニバーサルモータは、直流電圧または交流電圧のいずれによっても電力を供給され得、したがって、いくつかの実施形態では、該ロータ供給電圧は、直流電圧であるが、他の実施形態では、該ロータ供給電圧は、交流電圧である。
【００２７】
ロータ供給電圧が交流電圧であるいくつかの実施形態では、該ロータ巻線制御ユニットは、該交流電圧をオーバーサンプルするように構成されたオーバーサンプラを備える。したがって、例えば、適切なロータ波形へのさらなる変換のために交流供給電圧を直流電圧に変換するよりも、オーバーサンプラの提供は、交流電圧がオーバーサンプルされる（すなわち、交流電圧自体の周波数より高い周波数でサンプルされる）ことを可能にし、次いで、交流供給電圧の結果的に得られた「極細にスライスされた」サンプルは、ロータ波形の部品を形成するために直接使用されてもよい。
【００２８】
例えば、一実施形態では、該ロータ巻線制御ユニットは、該オーバーサンプルされた交流電圧の選択された部分を該ロータ巻線配列に分配するように構成された分配器を備える。したがって、ロータ巻線制御ユニットは、この分配器を使用して、オーバーサンプルされた電圧の選択された部分をロータ巻線配列に与えることができる。例えば、多くの異なるロータ波形を多くの電気的に分離された巻線に提供するとき、分配器は、オーバーサンプルされた交流電圧の選択された部分をロータ巻線配列の電気的に分離された巻線に単純に分配することができる。
【００２９】
一実施形態では、該ロータ巻線配列は、複数の電気的に分離された巻線を備え、該分配器は、該複数の電気的に分離された巻線の間の該オーバーサンプルされた交流電圧の該選択された部分を分配するように構成される。したがって、分配器は、必要に応じて複数の電気的に分離された巻線のそれぞれにオーバーサンプルされた交流電圧から採取された適切なサンプルを提供することができる。
【００３０】
オーバーサンプルされた交流電圧から採取された特定のサンプルが同時に分離巻線のうちの２つ以上に適切に供給されてもよく、それ故に、一実施形態では、該分配器は、該オーバーサンプルされた交流電圧の該選択された部分のうちの少なくとも１つを同時に該電気的に分離された巻線のうちの２つ以上に選択的に分配するように構成される場合があり得る。
【００３１】
ロータ部品およびステータ部品が互いに対して様々に配列され得ることが理解されよう。一実施形態では、軸方向に見て、該ロータ部品は、該ステータ部品の内側に装着される。換言すれば、ロータ部品は、ステータ部品内で回転する。別の実施形態では、軸方向に見て、該ロータ部品は、該ステータ部品の外側に装着される。換言すれば、ロータ部品は、ステータ部品の外側で回転する。
【００３２】
第２の態様から見ると、本発明は、ユニバーサルモータとして構成された電動モータ装置を提供し、該電動モータ装置は、ロータ手段およびステータ手段であって、該ロータ手段が該ステータ手段に対して回転する、ロータ手段およびステータ手段と、該ロータ手段上に装着されるロータ巻線手段と、該ステータ手段上に装着されるステータ巻線手段と、該ロータ手段と該ステータ手段との相対配向を示す回転位置情報を生成する回転位置表示手段と、該ロータ部品上に固定して装着されるロータ巻線制御手段であって、該ロータ部品に供給されるロータ供給電圧に結合され、該回転位置情報に依存して該ロータ供給電圧からロータ波形を生成するロータ波形生成動作を行い、かつ該ロータ波形を該ロータ巻線手段に与える、ロータ巻線制御手段と、ステータ供給電圧を受信し、それから該回転位置情報に依存してステータ波形を生成し、かつ該ステータ波形を該ステータ巻線手段に与える、ステータ巻線波形生成手段と、を備え、該ロータ波形および該ステータ波形が、該相対配向で該ロータ巻線手段と該ステータ巻線手段との相互作用を同期させるために該ロータ手段と該ステータ手段との該相対配向と同期して生成される。
【００３３】
ロータ部品およびステータ部品であって、該ロータ部品が該ステータ部品に対して回転するように配列される、ロータ部品およびステータ部品と、該ロータ部品上に装着されるロータ巻線配列と、該ステータ部品上に装着されるステータ巻線配列と、を備える、ユニバーサルモータとして構成された電動モータ装置を動作する方法を提供される本発明の第３の態様から見ると、本方法は、該ロータ部品と該ステータ部品との相対配向を示す回転位置情報を生成することと、該ロータ部品上に固定して装着されるロータ巻線制御ユニットを該ロータ部品に供給されるロータ供給電圧に結合することと、該回転位置情報に依存して該ロータ供給電圧からロータ波形を生成する該ロータ巻線御ユニットにおけるロータ波形生成動作を行うことと、該ロータ波形を該ロータ巻線配列に与えることと、ステータ巻線波形生成器におけるステータ供給電圧を受信し、それから該回転位置情報に依存してステータ波形を生成することと、該ステータ波形を該ステータ巻線配列に与えることと、を含み、該ロータ波形および該ステータ波形が、該相対配向で該ロータ巻線配列と該ステータ巻線配列との相互作用を同期させるために該ロータ部品と該ステータ部品との該相対配向と同期して生成される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
本発明は、添付の図面に例示されるように、この実施形態を参照しながら、単に例としてさらに記載される。
【００３５】
【図１】ロータの周囲に離間配置される永久磁石を有する既知の直流モータを概略的に例示する。
【図２】既知の誘導モータを概略的に例示する。
【図３】ロータおよびステータの両方が巻線を有する既知のユニバーサルモータを概略的に例示する。
【図４】ロータコイルを外部電源に結合する整流子の使用を例示する既知のユニバーサルモータを概略的に例示する。
【図５】一実施形態によるユニバーサルモータを概略的に例示する。
【図６】一実施形態におけるロータ部品の軸方向面上に装着され、かつスリップリングを介して外部電源に結合されるロータ制御ユニットを概略的に例示する。
【図７Ａ】ロータ巻線制御ユニットおよびステータ巻線制御ユニットが互いに無線で通信する一実施形態によるユニバーサルモータの軸方向の図を概略的に例示する。
【図７Ｂ】ロータ部品がステータ部品の外側に配列される代替的な配列の軸方向の図を概略的に例示する。
【図８】シャフト符号化がロータ部品とステータ部品との相対配向を決定するために使用される一実施形態における回転位置表示器を概略的に例示する。
【図９】一実施形態におけるデジタル制御ユニットを形成するプロセッサコアおよびデジタル／アナログ変換器によるデジタル制御信号のロータ波形への変換を概略的に例示する。
【図１０】ロータコイルおよびステータコイルの数が同じである一実施形態の配列を概略的に例示する。
【図１１】ロータコイルおよびステータコイルの数が異なる一実施形態を概略的に例示する。
【図１２Ａ】交流電源電圧のオーバーサンプリングおよびロータ波形の生成のためのオーバーサンプルされた交流電圧の選択された部分の使用を概略的に例示する。
【図１２Ｂ】交流電源電圧のオーバーサンプリングおよびロータ波形の生成のためのオーバーサンプルされた交流電圧の選択された部分の使用を概略的に例示する。
【図１２Ｃ】交流電源電圧のオーバーサンプリングおよびロータ波形の生成のためのオーバーサンプルされた交流電圧の選択された部分の使用を概略的に例示する。
【図１３】一実施形態における交流供給電圧のオーバーサンプリングを行うように構成されたロータ巻線制御ユニットを概略的に例示する。
【図１４】オーバーサンプルされた交流電源電圧源からの選択されたサンプルの分配による３つのロータ波形の生成を概略的に例示する。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
図５は、一実施形態における電動モータ装置を概略的に例示する。車軸１０５を中心に回転するように構成されたロータ１００は、その周囲に配列されるロータコイル１１０の組（そのうちの２つのみが明示的に図示される）を有する。ロータコイル１１０はそれぞれ、制御ユニット１１５からロータ波形が供給されるように構成された巻線配列を備える。ロータコイル１１０へロータ波形を与えることで、ロータコイル１１０とステータコイル１２０との相互作用を引き起こし、電動モータ装置のステータ部品（明示的に図示せず）の一部を形成する。
【００３７】
ロータ供給電圧源１２５およびステータ供給電圧源１３０は、ロータおよびステータコイルにそれぞれ電力を供給するように提供される。ステータ供給電圧源１３０は、ステータコイル制御ユニット１３５に結合され、ステータコイル１２０に与えられるステータ波形を生成するように構成される。ステータコイル制御ユニット１３５は、それが受信する位置情報に依存してステータ波形を生成し、ステータ部品に対するロータコイル部品の相対配向を表示する。この位置情報の生成のさらなる詳細が以下により詳細に論述される。ロータ供給電圧源１２５は、ロータ供給電圧がロータ巻線制御ユニット１１５に提供されるようにロータ部品１００に結合される。例示される実施形態では、ロータ供給電圧のためのロータ部品への接続は、以下により詳細に論述されるスリップリング配列で接点１４０によって提供される。図５において分かるように、２つの接点１４０は、構造的に単純な車軸が使用されるようにロータ部品１００の車軸１０５のそれぞれの端部に結合され、単一電力接続をロータ部品のいずれかの端部に提供することのみ必要である。
【００３８】
図５における図を明瞭にするために、制御ユニット１１５がロータ部品に対して中心に例示されるがこの位置決めは必要ではないことに留意されたい。実際に、以下で図６に対して論述されるように、いくつかの状況では、ロータ部品の軸方向端で装着されるロータ巻線制御ユニットを配列することが好ましい場合がある。
【００３９】
いくつかの実施形態では、ステータコイル制御ユニット１３５およびロータコイル制御ユニット１１５は、互いに通信するように配列されてもよい。この通信が無線でもよいが、以下により詳細に論述されるように、いくつかの実施形態では、これら２つのユニット間に提供される有線の通信路があってもよい。この有線の制御間通信路を提供する一手法は、その供給電圧経路によってすでに提供されたロータ制御ユニット１１５への接続を利用することである。この配列では、ステータコイル制御ユニット１３５とロータコイル制御ユニット１１５との間の通信は、ロータ供給電圧源１２５とロータ制御ユニット１１５との間に提供される電圧経路に通信信号を重ねることによって提供される。例えば、この通信のオーバーレイは、電圧が交流電圧として、かつ直流電圧電源のための他の既知の伝送路シグナリング技術によって提供されるときに、電圧の周波数または振幅変調によって提供されてもよい。この様式における電圧供給路上のピギーバッキングは、ステータコイル制御ユニット１３５とロータコイル制御ユニット１１５との間の有線の通信路がロータ部品に（例えば、さらなるスリップリングを介して）追加の専用接続を提供する必要性なしに提供され得るという利点を有する。
【００４０】
図５に概略的に例示される電動モータ装置は、ロータコイル１１０とステータコイル１２０との相互作用がロータ部品１００をステータに対して回転駆動させる、モータとして提供され得ることが認識されよう。あるいは、図５に概略的に例示される電動モータ装置は、ロータコイル１１０とステータコイル１２０との相互作用がステータに対するロータ部品１００の回転への抵抗を引き起こす発電器として構成されてもよい。発電器として構成されるとき、電動モータ装置には、ロータおよびステータ供給電圧線にそれぞれ結合される電力抽出ユニット１４５、１５０がさらに提供されてもよく、ロータコイル１１０とステータコイル１２０との相互作用によって提供される抵抗に対するロータの回転によってこれらの経路の中に導入される電力が抽出され得るようにする。原理的には、１つの電力抽出ユニット（１４５または１５０のいずれか）のみが必要である。当業者は、発電器の構成に精通しており、簡潔さのためにここではさらなる詳細が提供されない。
【００４１】
電動モータ装置は、モータまたは発電器として構成されるか否かにかかわらず、ロータ波形がロータ部品上で局所的に生成され、したがってロータ部品の回転周波数に依存しないという事実から利益を受ける。これは、多くの用途において機械的伝送の必要性が避けられることを意味する。例えば、モータとして構成されるとき、ロータ部品の回転周波数は、エンドアプリケーションの所望の回転速度に対応するために選択され得るが、従来のユニバーサルモータの多くの用途では、機械的伝送は、モータがその好ましい速度で動作され、かつその好ましい速度を所望のエンドアプリケーション速度に変換することを可能にするように提供される。逆に、発電器として構成されるとき、ロータ部品は、発電器として配列される従来のユニバーサルモータの「好ましい」回転速度よりも、駆動力によって（例えば、風力タービンの回転によって）決定される速度で回転することが認められてもよい。
【００４２】
図６は、上述されるように、ロータ巻線制御ユニットがロータ部品の軸方向面上に装着される、一実施形態を概略的に例示する。図を明瞭にするために、図６では、ロータ部品２００の端部領域のみが例示され、ロータ部品の軸方向端面２０５および車軸２１０を示す。マイクロプロセッサユニット（プロセッサコア）２１５およびデジタル／アナログ変換器２２０が、ロータ部品２００の軸方向面２０５上に固定して装着される。プロセッサコア２１５およびデジタル／アナログ変換器２２０の両方は、外部からロータ部品に受信される電源を介して電力を供給される。この電源は、スリップリング配列２２５を介してロータ部品に結合される。別個の有線の通信路がロータ制御ユニット（すなわち、図６におけるプロセッサコア２１５）とステータ制御ユニットとの間に提供される実施形態では、これは、例示されるように追加のスリップリング２３０によって提供されてもよい。
【００４３】
プロセッサコア２１５は、デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）２２０の動作を制御するデジタル制御ユニットとして機能し、ロータコイルに与えられるロータ波形を生成する。ロータコイルは、図６に明示的に図示されないが、ロータ部品２００の外側コイル領域２３５に位置する。デジタル／アナログ変換器２２０は、ロータ部品２００の外周でコイル領域２３５の周囲に離間配置されるｎ個の電気的に分離された巻線のそれぞれへのｎ接続を有する。
【００４４】
図７Ａは、ロータ巻線制御ユニットおよびステータ巻線制御ユニットが互いに無線で通信するように構成される、一実施形態における電動モータ装置３００を概略的に例示する。この実施形態では、電動モータ装置は、ロータコイル３１５の３つの組を備えるロータ巻線配列を有するロータ部品３０５と、ステータコイル３２０の３つの組を備えるステータ巻線配列を備えるステータ部品３１０とを備える。ロータコイル３１５には、プロセッサコア３３０の制御下にあるデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）３３５によってロータ波形が提供されるが、ステータコイル３２０には、プロセッサコア３４０の制御下にあるデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）３４５によってステータ波形が提供される。プロセッサコア３４０は、ロータ部品とステータ部品との相対配向を示す位置情報を受信するように構成される。ステータプロセッサコア３４０およびロータプロセッサコア３３０は、ＲＦシグナリングによるこの実施形態では、互いに無線で通信するように構成される。この無線通信の一部として、プロセッサコア３４０は、プロセッサコア３３０に位置情報を提供し、２つのプロセッサコアがデジタル／アナログ変換器３３５および３４５の動作を同期することを可能にし、さらにこの情報を提供するためのプロセッサコア３３０への有線接続の必要性を回避する。
【００４５】
ここまで記載された実施形態はすべて、ロータ部品がステータ部品内で回転するように配列されたが、これに限られる必要はないことが理解されよう。図７Ｂは、ロータ部品がステータ部品の外側の周囲を回転するように配列される代替的な実施形態を概略的に例示する。したがって、このような構成は、一種の「ディスクモータ」を提供することができ、例えば、（多数の他の用途の中で）原動機付自転車の車輪のための駆動力として用いられてもよい。
【００４６】
図８は、回転位置情報がいかに一実施形態において生成され得るかを例示する。ここで、回転位置情報表示器は、ロータ部品の車軸の一部分の周囲に印を付けられたシャフト符号化３５０を読み取るように構成された読み取りユニット３６０を備える。読み取りユニット３６０は、４つの別個の検出器を備え、これらは、読み取りユニットのその部分がシャフト符号化の印があるかまたは印がない部分の上に現在位置決めされているかどうかを決定するように配列される。このように、図８の下半分において分かるように、２進値（シャフト符号化の印があるかまたは印がない部分を表示する）の組み合わせは、ロータ部品とステータ部品との相対配向の２進符号化を形成する。図８に例示される配列は、読み取りユニット３６０を形成する検出器の数に関してであれ、またはシャフト上に印を付けられた特定の符号化３５０に関してであれ、当然ながら変動し得る。逆に、図８に例示される実施形態では、符号化がロータ部品上に印を付けられ、読み取りユニットがステータ部品に対して固定して装着されるが、符号化がステータ部品上に印を付けられ、ロータ部品に対して固定して装着される読み取りユニットによって読み取られる、逆もまた企図されることに留意されたい。
【００４７】
図９は、ロータ巻線制御ユニットによる３つのロータ波形の組の生成を概略的に例示し、図示される例では、デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）４１０を制御するプロセッサコア４００の形態でデジタル制御ユニットを備える。プロセッサコア４００およびデジタル／アナログ変換器４１０の両方には、直流電圧源（ＶＤＤおよびＶＳＳ）が提供される。プロセッサコア４００は、ロータ部品とステータ部品との相対配向を示す位置情報をさらに受信する。この回転位置情報に基づいて、プロセッサコア４００は、３つのデジタル制御信号Ｄ１、Ｄ２、およびＤ３によってＤＡＣ４１０を制御する。これらの制御信号のそれぞれは、ＤＡＣ４１０によってそれぞれのロータコイルに渡されるべきであるロータ波形を決定する。これらのデジタル制御信号は、例えば、パルス幅変調信号４２０、または次にＤＡＣ４１０における既知のデジタル／アナログ変換技術によってアナログロータ波形信号に変換される２進符号化４３０（図９の下半分参照）の形態で、いくつかの形態を採ることができる。
【００４８】
上述されるように、本明細書に記載される電動モータ装置の利点のうちの１つは、ロータおよびステータ巻線（コイル）のそれぞれの配列ならびにそれらに与えられ得るそれぞれのロータおよびステータ波形に関する柔軟性である。図１０は、ロータが４つのロータコイルの組を有し、ステータが４つのステータコイルの対応する組を有する一実施形態を概略的に例示する。図１０の下半分は、これらのロータおよびステータコイルに与えられ得る２つの代替的な波形ＡおよびＢを例示する。図１０に示される例では、同じ波形がロータおよびステータに与えられる。波形Ａが連続正弦波波形であるが、波形Ｂがパルス波形状である。
【００４９】
図１１は、ロータおよびステータコイルの数が異なり得る一実施形態を例示する。ここで図示される例では、３つのロータコイルおよび６つのステータコイルがある。図１１の下部では、ロータコイルおよびステータコイルに与えられるそれぞれの波形が例示される。ロータおよびステータ波形の両方がここでは、ロータ波形が６０度間隔でパルスを発するが、ステータ波形が１２０度間隔でパルスを発する、パルス波形であることが分かる。図１０および１１に図示される例は例示にすぎず、それぞれに与えられる対応する波形とともにロータおよびステータコイルのそれぞれの数の多くの順列が可能であることが理解されよう。さらに、図１０および１１に例示される正弦波および／またはパルス波形形状は例にすぎず、他の波形形状（例えば、鋸歯、三角、方形など）またはこれらの組み合わせがまた使用されてもよい。
【００５０】
いくつかの実施形態では、ロータ部品に供給される電源電圧は、交流電圧であってもよい。このような交流電源電圧波形は、図１２Ａに概略的に例示される。電源電圧自体が有するより高い周波数で電源電圧の電圧サンプルが作成される、この交流電源電圧のオーバーサンプリングもまた、図１２Ａに例示される。次いで、オーバーサンプルされた交流電源電圧は、所望のロータ波形に近似させるために再使用されてもよい。電源電圧のサンプルは、所望のロータ波形に完全に一致させることはできないであろうが、オーバーサンプルされた交流電圧を与えることにより、電動モータを動作することを可能にする所望のロータ波形に十分な近似を提供することができる。
【００５１】
図１２Ｂは、図１２Ａに示されるようにサンプリングされるオーバーサンプルされた交流電源電圧が交流電源電圧自体のものの約２倍である周期でロータ波形に近似するために使用される例を例示する。したがって、オーバーサンプルされた電源電圧は、ロータ波形の正スイングの前半およびロータ波形の負スイングの後半にのみ貢献することができる。それでもなお、電動モータの回転慣性は、完全なロータ波形が与えられることが必要ではなく、図１２Ｂに例示されるものなどの近似でさえも電動モータを駆動することができることを意味する。図１２Ｃは、交流電源電圧の反転もまた可能であり、これにより作成されるロータ波形へのより近い近似を可能にするさらなる変動を示す。
【００５２】
図１３は、オーバーサンプリングユニット５１０と、制御ユニット５２０と、分配ユニット５３０とを備えるロータ巻線制御ユニット５００を概略的に例示する。オーバーサンプラ５１０および分配ユニット５３０は、制御ユニット５２０の制御下で動作する。したがって、制御ユニット５２０は、図１２Ａに示されるように受信された交流供給電圧のオーバーサンプリングを行うようにオーバーサンプラ５１０に指示する。次に、オーバーサンプルされた電圧は、ロータコイル（図１２Ｂおよび１２Ｃに例示されるものなど）への適切な分配のためにオーバーサンプラ５１０から分配ユニット５３０に渡される。図１２Ｃに例示されるものなどの反転が必要とされるとき、ロータ巻線制御ユニット５００は、反転能力をさらに含み、これは、例えば、オーバーサンプラ５１０または分配ユニット５３０に組み込まれてもよい。 
【００５３】
図１４は、交流供給電圧のオーバーサンプリングおよび分配がいかに３つの所望のロータ波形に近似し得るかのさらなる例を概略的に例示する。図１４におけるグラフＡは、上述されるオーバーサンプリングプロセスから生じたいくつの選択されたサンプル（斜交ストリップ）とともに交流電源電圧を示す。ロータコイルへの分配のために使用されるこれらの選択されたサンプルのみが図１４におけるグラフＡに示され、交流電源電圧が実際に、例えば、図１２Ａに示されるように完全にオーバーサンプルされることに留意されたい。図１４におけるグラフＢ、Ｃ、およびＤは、オーバーサンプルされた交流電源電圧を使用して、３つの所望のロータ波形（＃１、＃２、および＃３）の近似を例示する。したがって、ロータ波形のうちの１つに近似するように与えられ得るオーバーサンプルされた交流電源電圧のこれらのサンプルは、図１４におけるグラフＢ、Ｃ、およびＤに示されるように使用される。上述されるように、特定のロータ波形への近似が所々多少不十分であるが（例えば、図１４におけるグラフＣに示される期間では、交流電源電圧と所望のロータ波形＃２との相対位相のみがオーバーサンプルされた交流電源電圧のサンプルの非常に限定された使用を可能にする）、回転モータの慣性は、これらのサンプルがそれでもなお、モータを駆動するために使用され得ることを意味することを理解されよう。さらに、オーバーサンプルされた波形の特定のサンプルが必要に応じてそれぞれのロータ波形の即時要求に依存して同時に２つ以上のロータ波形に提供されて得ることに留意されたい。
【００５４】
本発明の特定の実施形態が本明細書に記載されたが、本発明がそれらに限定されず、多くの修正および追加が本発明の範囲内でなされ得ることが明白である。例えば、以下の従属請求項の特徴の様々な組み合わせは、本発明の範囲から逸脱することなく独立請求項の特徴とともになされてもよい。
【図１】
2014530589.tif 000003
【図２】
2014530589.tif 000004
【図３】
2014530589.tif 000005
【図４】
2014530589.tif 000006
【図５】
2014530589.tif 000007
【図６】
2014530589.tif 000008
【図７Ａ】
2014530589.tif 000009
【図７Ｂ】
2014530589.tif 000010
【図８】
2014530589.tif 000011
【図９】
2014530589.tif 000012
【図１０】
2014530589.tif 000013
【図１１】
2014530589.tif 000014
【図１２Ａ】
2014530589.tif 000015
【図１２Ｂ】
2014530589.tif 000016
【図１２Ｃ】
2014530589.tif 000017
【図１３】
2014530589.tif 000018
【図１４】
2014530589.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成25年8月14日(2013.8.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユニバーサルモータとして構成された電動モータ装置であって、 
ロータ部品およびステータ部品であって、前記ロータ部品が前記ステータ部品に対して回転するように配列される、ロータ部品およびステータ部品と、 
前記ロータ部品上に装着されるロータ巻線配列（１００）と、 
前記ステータ部品上に装着されるステータ巻線配列（１２０）と、 
前記ロータ部品と前記ステータ部品との相対配向を示す回転位置情報を生成するように構成された回転位置表示器（３５０、３６０）と、 
前記ロータ部品上に固定して装着されるロータ巻線制御ユニットであって、前記ロータ部品に供給されるロータ供給電圧に結合され、前記回転位置情報に依存して前記ロータ供給電圧からロータ波形を生成するロータ波形生成動作を行い、かつ前記ロータ波形を前記ロータ巻線配列に与えるように構成され、前記ロータ供給電圧は交流電圧であり、前記ロータ巻線制御ユニットは、前記交流電圧をオーバーサンプルするように構成されたオーバーサンプラ（５１０）と、前記オーバーサンプルされた交流電圧の選択された部分を前記ロータ巻線配列に分配するように構成された分配器（５３０）とを備えた、ロータ巻線制御ユニット（５００）と、 
ステータ供給電圧を受信し、それから前記回転位置情報に依存してステータ波形を生成し、かつ前記ステータ波形を前記ステータ巻線配列に与えるように構成されたステータ巻線波形生成器（１３５）と、を備え、 
前記ロータ巻線配列と前記ステータ巻線配列との相互作用を前記相対配向に同期させるために、前記ロータ波形および前記ステータ波形が、前記ロータ部品と前記ステータ部品との前記相対配向と同期して生成される、電動モータ装置。 
【請求項２】
前記ロータ巻線配列は、複数の電気的に分離された巻線を備え、前記分配器は、前記複数の電気的に分離された巻線の間の前記オーバーサンプルされた交流電圧の前記選択された部分を分配するように構成された、請求項１に記載の電動モータ装置。 
【請求項３】
前記分配器は、前記オーバーサンプルされた交流電圧の前記選択された部分のうちの少なくとも１つを同時に前記電気的に分離された巻線のうちの２つ以上に選択的に分配するように構成された、請求項２に記載の電動モータ装置。
【請求項４】
前記ロータ巻線配列と前記ステータ巻線配列との前記相互作用は、前記ステータ部品に対する前記ロータ部品の回転駆動を引き起こす、請求項１に記載の電動モータ装置。
【請求項５】
前記ロータ巻線配列と前記ステータ巻線配列との前記相互作用は、前記ステータ部品に対する前記ロータ部品の前記回転への抵抗を引き起こす、請求項１に記載の電動モータ装置。
【請求項６】
前記回転への抵抗の結果として前記ロータ巻線配列および前記ステータ巻線配列のうちの少なくとも１つに誘導される電力を抽出するように構成された少なくとも１つの電力抽出ユニット（１４５）をさらに備える、請求項５に記載の電動モータ装置。
【請求項７】
前記ロータ供給電圧は、スリップリング配列（２２５）を介して前記ロータ部品に供給される、請求項１に記載の電動モータ装置。
【請求項８】
前記ロータ供給電圧は、第１の接続および第２の接続を介して前記ロータ部品に供給され、前記第１の接続が、前記ロータ部品の第１の軸方向側に配列され、前記第２の接続が、前記ロータ部品の第２の軸方向側に配列される、請求項１に記載の電動モータ装置。 
【請求項９】
前記ロータ巻線制御ユニットは、デジタル制御ユニット（２１５）と、デジタル／アナログ変換器（２２０）とを備える、請求項１に記載の電動モータ装置。
【請求項１０】
前記デジタル制御ユニットは、２進符号化信号（４３０）を使用して前記デジタル／アナログ変換器を制御するように構成された、請求項９に記載の電動モータ装置。
【請求項１１】
前記デジタル制御ユニットは、パルス幅変調信号（４２０）を使用して前記デジタル／アナログ変換器を制御するように構成された、請求項９に記載の電動モータ装置。 
【請求項１２】
前記デジタル制御ユニットは、マイクロプロセッサユニット（２１５）を備える、請求項９に記載の電動モータ装置。 
【請求項１３】
前記ロータ部品上に装着される前記ロータ巻線配列は、前記ロータ部品の周囲に離間配置される複数の電気的に分離された巻線を備える、請求項1に記載の電動モータ装置。 
【請求項１４】
前記ロータ巻線制御ユニットは、個々のロータ波形を前記ロータ巻線配列の前記複数の電気的に分離された巻線のそれぞれに与えるように構成された、請求項１３に記載の電動モータ装置。 
【請求項１５】
前記ロータ巻線配列および前記ステータ巻線配列は、互いに同じ数の電気的に分離された巻線を有する、請求項１に記載の電動モータ装置。 
【請求項１６】
前記ロータ巻線配列および前記ステータ巻線配列は、異なる数の互いに電気的に分離された巻線を有する、請求項１に記載の電動モータ装置。 
【請求項１７】
前記ロータ波形および前記ステータ波形のうちの少なくとも１つは、正弦波波形を含む、請求項１に記載の電動モータ装置。 
【請求項１８】
前記ロータ波形および前記ステータ波形のうちの少なくとも１つは、パルス波形を含む、請求項１に記載の電動モータ装置。 
【請求項１９】
前記回転位置表示器は、シャフト符号化（３５０）を読み取るように構成された読み取りユニット（３６０）を備える、請求項１に記載の電動モータ装置。 
【請求項２０】
前記ステータ巻線波形生成器は、前記ロータ巻線制御ユニットと通信するように構成されたステータ巻線制御ユニットを備える、請求項１に記載の電動モータ装置。 
【請求項２１】
前記ステータ巻線制御ユニットは、前記ロータ巻線制御ユニットと無線で通信するように構成された、請求項２０に記載の電動モータ装置。 
【請求項２２】
前記ステータ巻線制御ユニットは、前記ロータ巻線制御ユニットと有線接続を介して通信するように構成された、請求項２０に記載の電動モータ装置。
【請求項２３】
前記有線接続を介する通信は、前記ロータ供給電圧に重ねられる、請求項２２に記載の電動モータ装置。 
【請求項２４】
前記ロータ巻線制御ユニットは、前記ロータ部品の軸方向面上に装着される、請求項１に記載の電動モータ装置。 
【請求項２５】
軸方向に見て、前記ロータ部品は、前記ステータ部品の内側に装着される、請求項１に記載の電動モータ装置。 
【請求項２６】
軸方向に見て、前記ロータ部品は、前記ステータ部品の外側に装着される、請求項１に記載の電動モータ装置。 
【請求項２７】
ユニバーサルモータとして構成された電動モータ装置であって、
ロータ手段およびステータ手段であって、前記ロータ手段が前記ステータ手段に対して回転する、ロータ手段およびステータ手段と、
前記ロータ手段上に装着されるロータ巻線手段と、 
前記ステータ手段上に装着されるステータ巻線手段と、 
前記ロータ手段と前記ステータ手段との相対配向を示す回転位置情報を生成する回転位置表示手段と、 
前記ロータ部品上に固定して装着され、前記ロータ部品に供給されるロータ供給電圧に結合され、前記回転位置情報に依存して前記ロータ供給電圧からロータ波形を生成するロータ波形生成動作を行い、かつ前記ロータ波形を前記ロータ巻線手段に与える、ロータ巻線制御手段であって、前記ロータ供給電圧は交流電圧であり、前記ロータ巻線制御手段は、前記交流電圧をオーバーサンプルする手段と、前記オーバーサンプルされた交流電圧の選択された部分を前記ロータ巻線手段に分配する手段とを備えた、ロータ巻線制御手段と、
ステータ供給電圧を受信し、それから前記回転位置情報に依存してステータ波形を生成し、かつ前記ステータ波形を前記ステータ巻線手段に与える、ステータ巻線波形生成手段と、を備え、
前記ロータ波形および前記ステータ波形が、前記相対配向で前記ロータ巻線手段と前記ステータ巻線手段との相互作用を同期させるために前記ロータ手段と前記ステータ手段との前記相対配向と同期して生成される、電動モータ装置。
【請求項２８】
ロータ部品およびステータ部品であって、前記ロータ部品が前記ステータ部品に対して回転するように配列される、ロータ部品およびステータ部品と、前記ロータ部品上に装着されるロータ巻線配列と、前記ステータ部品上に装着されるステータ巻線配列と、を備える、ユニバーサルモータとして構成された電動モータ装置を動作する方法であって、 
前記ロータ部品と前記ステータ部品との相対配向を示す回転位置情報を生成することと、 
前記ロータ部品上に固定して装着されるロータ巻線制御ユニットを、前記ロータ部品に供給される、交流電圧であるロータ供給電圧に結合することと、 
前記交流電圧をオーバーサンプルすることを含み、前記回転位置情報に依存して前記ロータ供給電圧からロータ波形を生成する、前記ロータ巻線制御ユニットにおいてロータ波形生成動作を行うことと、
前記オーバーサンプルされた交流電圧の選択された部分を前記ロータ巻線配列に分配することにより前記ロータ波形を前記ロータ巻線配列に与えることと、
ステータ巻線波形生成器におけるステータ供給電圧を受信し、それから前記回転位置情報に依存してステータ波形を生成することと、
前記ステータ波形を前記ステータ巻線配列に与えることと、を含み、 
前記ロータ波形および前記ステータ波形が、前記相対配向で前記ロータ巻線配列と前記ステータ巻線配列との相互作用を同期させるために前記ロータ部品と前記ステータ部品との前記相対配向と同期して生成される、方法。
【国際調査報告】
2014530589.tif 000020
2014530589.tif 000021