(57)【要約】  本発明は巻数を変更可能な巻線コイルを備える永久磁石モータ装置であって、巻線及び電源を含み得る。巻線は複数のコイルを含み得る。また、電源は切替装置を介してコイルに接続可能であり、これらコイルの直列又は並列の各種組み合わせによってモータの省電力効果、トルク、回転速度、パワーを向上させるとの目的を達成する。【選択図】図２
2021505122.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻数を変更可能な巻線コイルを備える永久磁石モータ装置であって、
複数のコイルを含む巻線と、
電源と、
前記電源及び前記巻線に接続されて磁極の変換を制御する極性変換装置と、
複数のスイッチを含み、前記複数のスイッチがそれぞれ前記複数のコイルに接続される切替装置と、を含み、
前記切替装置は、前記複数のスイッチを切り替えることで前記複数のコイルの直列／並列状態を変更可能である永久磁石モータ装置。
【請求項２】
前記切替装置が前記複数のスイッチを切り替えることで前記複数のコイルの直列／並列状態を変更すると、前記永久磁石モータ装置の性能が変化する請求項１に記載の巻数を変更可能な巻線コイルを備える永久磁石モータ装置。
【請求項３】
前記永久磁石モータ装置の性能には、省電力効果、トルク、回転速度及びパワーのうち１つ又は２つ以上が含まれる請求項２に記載の巻数を変更可能な巻線コイルを備える永久磁石モータ装置。
【請求項４】
永久磁石モータ装置の制御方法であって、
極性変換装置と電源及びモータの巻線における複数のコイルとを接続し、磁極の変換を制御するステップと、
切替装置の複数のスイッチをそれぞれ前記複数のコイルに接続するステップと、
前記複数のスイッチを切り替えることで前記複数のコイルの直列／並列状態を変更するステップと、を含む方法。
【請求項５】
前記複数のコイルの直列／並列状態の違いによって前記永久磁石モータ装置の性能を変化させるステップを更に含む請求項４に記載の永久磁石モータ装置の制御方法。
【請求項６】
前記永久磁石モータ装置の性能には、省電力効果、トルク、回転速度及びパワーのうち１つ又は２つ以上が含まれる請求項５に記載の永久磁石モータ装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はモータ装置に関し、特に、巻数を変更可能な巻線コイルを備える永久磁石モータ装置に関する。更に、本発明は、当該モータ装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化や大気汚染の問題が日々深刻さを増すなかで、地球の生命維持システムが大きく変化しつつある。これを受けて、如何にして温室効果ガスの排出を削減するかが重要な議題の一つとなっているが、温室効果ガスは自動車が主な排出源の一つである。そのため、環境保護意識が芽生えた現在では、電気自動車が今後の主流になると目されている。しかし、現在の電気自動車によく使用される永久磁石モータには改良すべき欠点が数多く存在する。
【０００３】
例えば、電気自動車はモータに大きなトルクを持たせるために、モータの設計時に省電力効果を考慮しないのが一般的である。そのため、モータは極めて大きな電力を消費し、電気自動車の航続力を低下させている。
【０００４】
また、モータに高い省電力効果を持たせたい場合には、モータの設計時にトルクを考慮しないのが一般的である。そのため、上記の設計では電気自動車に高い航続力を持たせることは可能であるが、始動時や坂道を上る際、及び積載重量が大きい場合など、大きなトルクを必要とする際に望ましい効果を提供できない。
【０００５】
このほか、モータが省電力効果とトルクの双方を兼ね備えようとすると、通常はより大きなモータやギヤボックスを使用する必要がある。この場合には電気自動車の体積や重量が増大するため電気自動車の設計に影響を及ぼし、バッテリ容量を増加させる必要もある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
モータは、応用時の負荷要求に応じて、省電力効果、トルク、回転速度及びパワーの設計が異なる。そのため、如何にして従来技術の永久磁石モータにおける各種欠点を効果的に改良可能な永久磁石モータ装置を提供するかが喫緊の課題となっている。
【０００７】
上記の従来技術における課題に鑑みて、本発明は、巻数を変更可能な巻線コイルを備える永久磁石モータ装置及びその制御方法を提供し、従来技術の永久磁石モータにおける各種課題を解決することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の目的の一つに基づいて、巻数を変更可能な巻線コイルを備える永久磁石モータ装置を提供する。当該永久磁石モータ装置は、巻線、電源、極性変換装置及び切替装置を含み得る。また、巻線は複数のコイルを含み得る。極性変換装置は、電源及び巻線に接続されて磁極の変換を制御可能である。切替装置は複数のスイッチを含み得る。前記複数のスイッチは、それぞれ前記複数のコイルに接続可能である。切替装置は、前記複数のスイッチを切り替えることで前記複数のコイルの直列／並列状態を変更可能である。
【０００９】
好ましい実施例において、切替装置が前記複数のスイッチを切り替えることで前記複数のコイルの直列／並列状態を変更すると、永久磁石モータ装置の性能が変化する。
【００１０】
好ましい実施例において、永久磁石モータ装置の性能には、省電力効果、トルク、回転速度及びパワーのうち１つ又は２つ以上が含まれる。
【００１１】
本発明の目的の一つに基づいて、更に、永久磁石モータ装置の制御方法を提供する。当該制御方法は、極性変換装置と電源及びモータの巻線における複数のコイルとを接続し、磁極の変換を制御するステップと、切替装置の複数のスイッチをそれぞれ前記複数のコイルに接続するステップと、前記複数のスイッチを切り替えることで前記複数のコイルの直列／並列状態を変更するステップ、を含む。
【００１２】
好ましい実施例において、永久磁石モータ装置の制御方法は、更に、前記複数のコイルの直列／並列状態の違いによって永久磁石モータ装置の性能を変化させるステップを含む。
【００１３】
好ましい実施例において、永久磁石モータ装置の性能には、省電力効果、トルク、回転速度及びパワーのうち１つ又は２つ以上が含まれる。
【発明の効果】
【００１４】
上述したように、本発明に基づく巻数を変更可能な巻線コイルを備える永久磁石モータ装置とその制御方法は、１又は複数の下記の利点を有し得る。
【００１５】
（１）本発明の一実施例において、永久磁石モータ装置の各電機子の巻線は複数のコイルを含み得る。且つ、前記複数のコイルは、直列／並列状態が変化するよう、複数のスイッチからなる切替装置を介して互いに接続可能である。これにより、状況に応じて高省電力効果と高回転速度の間でモータ性能が調整されるため、電気自動車は高航続力を有するだけでなく、高出力を必要とする場合にも極めて良好な効果を有し得る。
【００１６】
（２）本発明の一実施例において、永久磁石モータ装置は、各電機子の巻線における複数のコイルの直列／並列状態を変更することで、モータの回転速度及び省電力効果を調整可能である。これにより、求められる回転速度及び省電力効果の間でモータ性能を変換可能なため、モータの効果が大幅に向上する。
【００１７】
（３）本発明の一実施例において、モータは各電機子の巻線における複数のコイルの直列／並列状態を変更することでモータの回転速度及び省電力効果を調整可能なため、体積や重量が増加することがなく、電気自動車の設計に影響を及ぼすこともない。
【００１８】
（４）本発明の一実施例では、例えばＤＣブラシレスモータやＤＣブラシ付きモータといった永久磁石モータへの応用が可能である。
【００１９】
（５）本発明の一実施例によれば、永久磁石モータ装置は設計がシンプルなため、コストを大幅に増加しなくとも所望の効果を達成可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の巻数を変更可能な巻線コイルを備える永久磁石モータ装置の第１実施例におけるモータ装置の図である。
【図２】本発明の巻数を変更可能な巻線コイルを備える永久磁石モータ装置の第１実施例における巻線を示す第１の図である。
【図３】本発明の巻数を変更可能な巻線コイルを備える永久磁石モータ装置の第２の図である。
【図４】本発明の巻数を変更可能な巻線コイルを備える永久磁石モータ装置の第３の図である。
【図５】本発明の巻数を変更可能な巻線コイルを備える永久磁石モータ装置の第１の図である。
【図６】本発明の巻数を変更可能な巻線コイルを備える永久磁石モータ装置の第２の図である。
【図７】本発明の巻数を変更可能な巻線コイルを備える永久磁石モータ装置の第３の図である。
【図８】本発明の巻数を変更可能な巻線コイルを備える永久磁石モータ装置の第４の図である。
【図９】本発明の巻数を変更可能な巻線コイルを備える永久磁石モータ装置の第１の図である。
【図１０】本発明の巻数を変更可能な巻線コイルを備える永久磁石モータ装置の第２の図である。
【図１１】本発明の巻数を変更可能な巻線コイルを備える永久磁石モータ装置の第３の図である。
【図１２】本発明の巻数を変更可能な巻線コイルを備える永久磁石モータ装置の第４の図である。
【図１３】本発明の巻数を変更可能な巻線コイルを備える永久磁石モータ装置の第５の図である。
【図１４】本発明の巻数を変更可能な巻線コイルを備える永久磁石モータ装置の第４実施例を示す図である。
【図１５】本発明における永久磁石モータ装置の制御方法の一実施例のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、関連の図面を参照して、本発明に基づく巻数を変更可能な巻線コイルを備える永久磁石モータ装置及びその制御方法の実施例について説明する。なお、図面の明瞭化及び説明の便宜上、図中の各部材はサイズ及び比率を拡大又は縮小して示している場合がある。また、以下の記載及び／又は特許請求の範囲において、アセンブリを他のアセンブリに「接続する」又は「結合する」と言及している場合には、当該他のアセンブリに直接接続又は結合してもよいし、仲介アセンブリを介在させてもよい。一方、他のアセンブリに「直接接続する」又は「直接結合する」と言及している場合には仲介アセンブリを介在させない。アセンブリ又は層同士の関係を記載するその他の語句も同様に解釈すべきである。また、理解しやすいよう、以下の実施例の同じアセンブリには同じ符号を付して説明する。
【００２２】
本発明の巻数を変更可能な巻線コイルを備える永久磁石モータ装置の第１実施例におけるモータ装置を示す図１を参照する。図示するように、巻数を変更可能な巻線コイルを備える永久磁石モータ装置１は、磁石１１、電機子１２、切替装置１３、極性変換装置１４及び電源を含み得る（図示の明瞭化のため、図中には電源の電極Ｅ＋及びＥ−のみを記載している）。
【００２３】
磁石１１は磁場を発生可能である。
【００２４】
電機子１２は複数の電機子歯１２１及び複数の巻線１２２を含み得る。前記複数の巻線１２２は前記複数の電機子歯１２１にそれぞれ巻き付け可能であり、電機子１２が発生させた磁場と磁石１１が発生させた磁場を互いに作用可能とする。
【００２５】
極性変換装置１４は電源に接続可能であるとともに、切替装置１３を介して前記複数の巻線１２２に接続されて、磁極の変換を制御可能である。好ましい実施例において、永久磁石モータ装置１がブラシ付きモータの場合には、極性変換装置１４をブラシとすればよい。また、永久磁石モータ装置１がブラシレスモータの場合には、極性変換装置１４をＭＯＳ、ＢＪＴ等のトランジスタのような電子スイッチとすればよい。
【００２６】
本実施例において、永久磁石モータ装置１はインナーロータ装置としてもよいが、これは例示による説明にすぎない。その他の好ましい実施例において、永久磁石モータ装置１は、アウターロータ装置又はその他各種の異なるモータ装置としてもよい。
【００２７】
本発明の巻数を変更可能な巻線コイルを備える永久磁石モータ装置の第１実施例における巻線を示す第１の図、第２の図及び第３の図である図２、図３及び図４を参照する。図２に示すように、各巻線１２２は第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２を含み得る。本実施例において、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の巻数は５０である。
【００２８】
切替装置１３は複数のスイッチを含み得る。本実施例において、切替装置１３は、第１スイッチＳ１、第２スイッチＳ２及び第３スイッチＳ３を含み得る。第１スイッチＳ１、第２スイッチＳ２及び第３スイッチＳ３は、それぞれ第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２に接続される。切替装置１３は、第１スイッチＳ１、第２スイッチＳ２及び第３スイッチＳ３を切り替えることで、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の直列／並列状態を変更可能である。
【００２９】
第１コイルＬ１の第１端子は、それぞれ第１スイッチＳ１及び第２スイッチＳ２を介して第２コイルＬ２の第１端子及び第２端子に接続可能である。また、第１コイルＬ１の第２端子は、電源（図示しない）の第１電極Ｅ＋に接続可能であり、且つ第３スイッチＳ３を介して第２コイルＬ２の第２端子に接続可能である。更に、第２コイルＬ２の第１端子は電源の第２電極Ｅ−に接続可能である。
【００３０】
図３に示すように、第２スイッチＳ２が導通すると、第１コイルＬ１と第２コイルＬ２が直列状態となる。このとき、巻線１２２の総インピーダンスは巻数が１００のコイルに相当し、巻線１２２を流れる総電流はＩとなる。第１コイルＬ１と第２コイルＬ２が直列の場合には、巻線１２２が巻数１００のコイルを１つ有することに相当する。このとき、永久磁石モータ装置１は、省電力効果は高いが回転速度は低い状態となる。
【００３１】
図４に示すように、第１スイッチＳ１及び第３スイッチＳ３が導通すると、第１コイルＬ１と第２コイルＬ２が並列状態となる。このとき、巻線１２２の総インピーダンスは巻数が５０のコイルに相当し、巻線１２２を流れる総電流は２Ｉとなる。第１コイルＬ１と第２コイルＬ２が並列の場合には、巻線１２２が巻数５０の分巻コイルを２つ有することに相当する。このとき、永久磁石モータ装置１は、回転速度は高いが省電力効果は低い状態となる。
【００３２】
本発明の実施例によれば、永久磁石モータ装置１の各電機子歯１２１における巻線１２２は複数のコイルＬ１及びＬ２を含み得る。且つ、前記複数のコイルＬ１及びＬ２は、直列／並列状態が変化するよう複数のスイッチを介して互いに接続可能である。これにより、状況に応じて高省電力効果と高回転速度の間でモータ性能が調整されるため、電気自動車は高航続力を有するだけでなく、高回転速度を必要とする場合にも極めて良好な効果を有し得る。また、上記の構造設計によれば、永久磁石モータ装置１は、体積や重量を増加することなく省電力効果と回転速度の双方を兼ね備えられるため、従来技術の欠点を確実に改良可能である。
【００３３】
上記から明らかなように、本実施例の永久磁石モータ装置１は、切替装置を介してコイルに接続可能であり、これらコイルの直列又は並列の各種組み合わせによってモータの省電力効果、トルク、回転速度、パワーを向上させるとの目的を達成する。
【００３４】
本実施例の永久磁石モータ装置は例示にすぎず、永久磁石モータ装置は、例えばＤＣブラシレスモータやＤＣブラシ付きモータといった異なるタイプの各種永久磁石モータに応用可能である。また、構造は実際の必要性に応じて変更すればよい。よって、本発明は上記に限らない。
【００３５】
注目すべき点として、本発明の実施例によれば、永久磁石モータ装置の各巻線は複数のコイルを含み得る。且つ、前記複数のコイルは、直列／並列状態が変化するよう切替装置を介して互いに接続可能である。これにより、状況に応じて高省電力効果と高回転速度の間でモータ性能が調整されるため、電気自動車は高航続力を有するだけでなく、高回転速度を必要とする場合にも極めて良好な効果を有し得る。
【００３６】
このほか、従来技術の永久磁石モータの場合には、省電力効果と回転速度の双方に配慮しようとすると、通常はより大きなモータやギヤボックスを使用する必要があり、電気自動車の体積や重量が増大する結果、電気自動車の設計に影響を及ぼし、バッテリ容量を増加させる必要もあった。これに対し、本発明の実施例によれば、永久磁石モータ装置は各巻線のコイルの直列／並列状態を変更することでモータの回転速度及び省電力効果を調整可能なため、体積や重量が増加することがなく、電気自動車の設計に影響を及ぼすこともない。
【００３７】
また、本発明の実施例によれば、例えばＤＣブラシレスモータやＤＣブラシ付きモータといった異なるタイプの各種永久磁石モータへの応用が可能なため、応用範囲が極めて広い。
【００３８】
更に、本発明の実施例によれば、永久磁石モータ装置は構造設計がシンプルなため、コストを大幅に増加しなくとも所望の効果を達成可能である。上記から明らかなように、本発明は進歩性の特許要件を確かに備えている。
【００３９】
本発明の巻数を変更可能な巻線コイルを備える永久磁石モータ装置の第２実施例における巻線を示す第１の図、第２の図、第３の図及び第４の図である図５、図６、図７及び図８を参照するとともに、図１も参照する。
【００４０】
本実施例の永久磁石モータ装置１は上記実施例の図１と類似しているため、ここでは改めて詳述しない。上記実施例との違いとして、本実施例では、各巻線１２２が上記実施例とは異なる構造を有している。
【００４１】
図５に示すように、各巻線１２２は、第１コイルＬ１、第２コイルＬ２、第３コイルＬ３及び第４コイルＬ４を含み得る。本実施例において、第１コイルＬ１、第２コイルＬ２、第３コイルＬ３及び第４コイルＬ４の巻数は２５である。
【００４２】
本実施例において、切替装置１３は、第１スイッチＳ１・・・第９スイッチＳ９を含み得る。また、第１スイッチＳ１・・・第９スイッチＳ９は、それぞれ第１コイルＬ１・・・第４コイルＬ４に接続可能である。切替装置１３は、第１スイッチＳ１・・・第９スイッチＳ９を切り替えることで、第１コイルＬ１・・・第４コイルＬ４の直列／並列状態を変更可能である。
【００４３】
第１コイルＬ１の第１端子は、それぞれ第１スイッチＳ１及び第２スイッチＳ２を介して第２コイルＬ２の第１端子及び第２端子に接続可能である。また、第１コイルＬ１の第２端子は、電源（図示しない）の第１電極Ｅ＋に接続可能であり、且つ第３スイッチＳ３を介して第２コイルＬ２の第２端子に接続可能である。
【００４４】
第２コイルＬ２の第１端子は、それぞれ第４スイッチＳ４及び第５スイッチＳ５を介して第３コイルＬ３の第１端子及び第２端子に接続可能である。また、第２コイルＬ２の第２端子は、第６スイッチＳ６を介して第３コイルＬ３の第２端子に接続可能である。
【００４５】
第３コイルＬ３の第１端子は、それぞれ第７スイッチＳ７及び第８スイッチＳ８を介して第４コイルＬ４の第１端子及び第２端子に接続可能である。また、第３コイルＬ３の第２端子は、第９スイッチＳ９を介して第４コイルＬ４の第２端子に接続可能である。更に、第４コイルＬ４の第１端子は電源の第２電極Ｅ−に接続可能である。
【００４６】
図６に示すように、第２スイッチＳ２、第５スイッチＳ５及び第８スイッチＳ８が導通すると、第１コイルＬ１、第２コイルＬ２、第３コイルＬ３及び第４コイルＬ４が直列状態となる。このとき、巻線１２２の総インピーダンスは巻数が１００のコイルに相当し、巻線１２２を流れる総電流はＩとなる。第１コイルＬ１、第２コイルＬ２、第３コイルＬ３及び第４コイルＬ４が直列の場合には、巻線１２２が巻数１００のコイルを１つ有することに相当する。このとき、永久磁石モータ装置１は、省電力効果は高いが回転速度は低い状態となる。
【００４７】
図７に示すように、第１スイッチＳ１、第３スイッチＳ３、第５スイッチＳ５、第７スイッチＳ７及び第９スイッチＳ９が導通すると、第１コイルＬ１と第２コイルＬ２が並列となり、第３コイルＬ３と第４コイルＬ４が並列となる。また、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の並列構造と第３コイルＬ３及び第４コイルＬ４の並列構造が直列となる。このとき、巻線１２２の総インピーダンスは巻数が５０のコイルに相当し、巻線１２２を流れる総電流は２Ｉとなる。この場合、永久磁石モータ装置１の省電力効果は１段階低下するが、回転速度は１段階上昇する。
【００４８】
図８に示すように、第１スイッチＳ１、第３スイッチＳ３、第４スイッチＳ４、第６スイッチＳ６、第７スイッチＳ７及び第９スイッチＳ９が導通すると、第１コイルＬ１、第２コイルＬ２、第３コイルＬ３及び第４コイルＬ４が並列状態となる。このとき、巻線１２２の総インピーダンスは巻数が２５のコイルに相当し、巻線１２２を流れる総電流は４Ｉとなる。第１コイルＬ１、第２コイルＬ２、第３コイルＬ３及び第４コイルＬ４が並列の場合には、巻線１２２が巻数２５の分巻コイルを４つ有することに相当する。このとき、永久磁石モータ装置１の省電力効果は更に１段階低下するが、回転速度は更に１段階上昇する。
【００４９】
本発明の巻数を変更可能な巻線コイルを備える永久磁石モータ装置の第３実施例における巻線を示す第１の図、第２の図、第３の図、第４の図及び第５の図である図９、図１０、図１１、図１２及び図１３を参照するとともに、図１も参照する。
【００５０】
本実施例の永久磁石モータ装置１は上記実施例の図１と類似しているため、ここでは改めて詳述しない。上記実施例との違いとして、本実施例では、各巻線１２２が上記実施例とは異なる構造を有している。
【００５１】
図９に示すように、各巻線１２２は、第１コイルＬ１、第２コイルＬ２、第３コイルＬ３、第４コイルＬ４、第５コイルＬ５及び第６コイルＬ６を含み得る。本実施例において、第１コイルＬ１、第２コイルＬ２、第３コイルＬ３、第４コイルＬ４、第５コイルＬ５及び第６コイルＬ６の巻数は１０である。
【００５２】
本実施例において、切替装置１３は、第１スイッチＳ１・・・第１５スイッチＳ１５を含み得る。また、第１スイッチＳ１・・・第９スイッチＳ９は、それぞれ第１コイルＬ１・・・第６コイルＬ６に接続可能である。切替装置１３は、第１スイッチＳ１・・・第１５スイッチＳ１５を切り替えることで、第１コイルＬ１・・・第６コイルＬ６の直列／並列状態を変更可能である。
【００５３】
第１コイルＬ１の第１端子は、それぞれ第１スイッチＳ１及び第２スイッチＳ２を介して第２コイルＬ２の第１端子及び第２端子に接続可能である。また、第１コイルＬ１の第２端子は、電源（図示しない）の第１電極Ｅ＋に接続可能であり、且つ第３スイッチＳ３を介して第２コイルＬ２の第２端子に接続可能である。
【００５４】
第２コイルＬ２の第１端子は、それぞれ第４スイッチＳ４及び第５スイッチＳ５を介して第３コイルＬ３の第１端子及び第２端子に接続可能である。また、第２コイルＬ２の第２端子は、第６スイッチＳ６を介して第３コイルＬ３の第２端子に接続可能である。
【００５５】
第３コイルＬ３の第１端子は、それぞれ第７スイッチＳ７及び第８スイッチＳ８を介して第４コイルＬ４の第１端子及び第２端子に接続可能である。また、第３コイルＬ３の第２端子は、第９スイッチＳ９を介して第４コイルＬ４の第２端子に接続可能である。
【００５６】
第４コイルＬ４の第１端子は、それぞれ第１０スイッチＳ１０及び第１１スイッチＳ１１を介して第５コイルＬ５の第１端子及び第２端子に接続可能である。また、第４コイルＬ４の第２端子は、第１２スイッチＳ１２を介して第５コイルＬ５の第２端子に接続可能である。
【００５７】
第５コイルＬ５の第１端子は、それぞれ第１３スイッチＳ１３及び第１４スイッチＳ１４を介して第６コイルＬ６の第１端子及び第２端子に接続可能である。また、第５コイルＬ５の第２端子は、第１５スイッチＳ１５を介して第６コイルＬ６の第２端子に接続可能である。更に、第６コイルＬ６の第１端子は電源の第２電極Ｅ−に接続可能である。
【００５８】
図１０に示すように、第２スイッチＳ２、第５スイッチＳ５、第８スイッチＳ８、第１１スイッチＳ１１及び第１４スイッチＳ１４が導通すると、第１コイルＬ１、第２コイルＬ２、第３コイルＬ３、第４コイルＬ４、第５コイルＬ５及び第６コイルＬ６が直列状態となる。このとき、巻線１２２の総インピーダンスは巻数が６０のコイルに相当し、巻線１２２を流れる総電流はＩとなる。第１コイルＬ１、第２コイルＬ２、第３コイルＬ３、第４コイルＬ４、第５コイルＬ５及び第６コイルＬ６が直列の場合には、巻線１２２が巻数６０のコイルを１つ有することに相当する。このとき、永久磁石モータ装置１は、省電力効果は高いが回転速度は低い状態となる。
【００５９】
図１１に示すように、第１スイッチＳ１、第３スイッチＳ３、第５スイッチＳ５、第７スイッチＳ７、第９スイッチＳ９、第１１スイッチＳ１１、第１３スイッチＳ１３及び第１５スイッチＳ１５が導通すると、第１コイルＬ１と第２コイルＬ２が並列となり、第３コイルＬ３と第４コイルＬ４が並列となり、第５コイルＬ５と第６コイルＬ６が並列となる。また、第１コイルＬ１と第２コイルＬ２の並列構造、第３コイルＬ３と第４コイルＬ４の並列構造、及び第５コイルＬ５と第６コイルＬ６の並列構造が互いに直列となる。このとき、巻線１２２の総インピーダンスは巻数が３０のコイルに相当し、巻線１２２を流れる総電流は２Ｉとなる。この場合、永久磁石モータ装置１の省電力効果は１段階低下するが、回転速度は１段階上昇する。
【００６０】
図１２に示すように、第１スイッチＳ１、第３スイッチＳ３、第４スイッチＳ４、第６スイッチＳ６、第８スイッチＳ８、第１０スイッチＳ１０、第１２スイッチＳ１２、第１３スイッチＳ１３及び第１５スイッチＳ１５が導通すると、第１コイルＬ１、第２コイルＬ２及び第３コイルＬ３が並列となり、第４コイルＬ４、第５コイルＬ５及び第６コイルＬ６が並列となる。また、第１コイルＬ１、第２コイルＬ２及び第３コイルＬ３の並列構造と、第４コイルＬ４、第５コイルＬ５及び第６コイルＬ６の並列構造が直列となる。このとき、巻線１２２の総インピーダンスは巻数が２０のコイルに相当し、巻線１２２を流れる総電流は３Ｉとなる。この場合、永久磁石モータ装置１の省電力効果は更に１段階低下するが、回転速度は更に１段階上昇する。
【００６１】
図１３に示すように、第１スイッチＳ１、第３スイッチＳ３、第４スイッチＳ４、第６スイッチＳ６、第７スイッチＳ７、第９スイッチＳ９、第８スイッチＳ８、第１０スイッチＳ１０、第１２スイッチＳ１２、第１３スイッチＳ１３及び第１５スイッチＳ１５が導通すると、第１コイルＬ１、第２コイルＬ２、第３コイルＬ３、第４コイルＬ４、第５コイルＬ５及び第６コイルＬ６が並列状態となる。このとき、巻線１２２の総インピーダンスは巻数が１０のコイルに相当し、巻線１２２を流れる総電流は６Ｉとなる。第１コイルＬ１、第２コイルＬ２、第３コイルＬ３、第４コイルＬ４、第５コイルＬ５及び第６コイルＬ６が並列の場合には、巻線１２２が巻数１０の分巻コイルを６つ有することに相当する。このとき、永久磁石モータ装置１の省電力効果は更に１段階低下するが、回転速度は更に１段階上昇する。
【００６２】
本実施例の永久磁石モータ装置は例示にすぎず、永久磁石モータ装置は、例えばＤＣブラシレスモータやＤＣブラシ付きモータといった異なるタイプの各種永久磁石モータに応用可能である。また、構造は実際の必要性に応じて変更すればよい。よって、本発明は上記に限らない。
【００６３】
上記から明らかなように、上記２つの実施例における永久磁石モータ装置１の各巻線１２２はより多くのコイルを有するため、更に多くの変形を提供可能である。これにより、永久磁石モータ装置１は、調整のために３つの異なるレベルのトルク、３つの異なるレベルの回転速度、及び３つの異なるレベルの省電力効果を提供可能となる。よって、永久磁石モータ装置１は、トルク及び省電力効果の双方を兼ね備えることが可能となり、永久磁石モータ装置１の効果と応用が大幅に向上する。
【００６４】
本発明の巻数を変更可能な巻線コイルを備える永久磁石モータ装置の第４実施例を示す図１４を参照する。図示するように、巻数を変更可能な巻線コイルを備える永久磁石モータ装置１は、磁石、電機子１２、極性変換装置１４及び電源を備え得る（図示の明瞭化のため、図中では磁石や電源等のアセンブリを省略している）。
【００６５】
磁石は磁場を発生可能である。
【００６６】
電機子１２は複数の電機子歯１２１を含み得る。また、各電機子歯１２１は複数の巻線１２２を含み得る。前記複数の電機子歯１２１の前記複数の巻線１２２は、電源（図示しない）に接続可能である。上記実施例との違いとして、本実施例では、各電機子歯１２１が複数の巻線１２２を含み得る。また、電機子１２が発生させた磁場は、磁石１１が発生させた磁場と互いに作用し得る。
【００６７】
極性変換装置１４は電源に接続可能であるとともに、切替装置１３を介して前記複数の巻線１２２に接続されて、磁極の変換を制御可能である。
【００６８】
このほか、巻数を変更可能な巻線コイルを備える永久磁石モータ装置１は切替装置１３を更に含み得る。当該切替装置１３は複数のスイッチを含み得る。前記複数のスイッチは、それぞれ前記複数の電機子歯１２１の前記複数の巻線１２２に接続可能である。これにより、切替装置１３は、前記複数のスイッチを切り替えることで、前記複数の電機子歯１２１における前記複数の巻線１２２の直列／並列状態を変更可能である。
【００６９】
切替装置１３が、前記複数のスイッチを切り替えることで前記複数の電機子歯１２１における前記複数の巻線１２２の直列／並列状態を変更すると、上記実施例と同様に、省電力効果、トルク、回転速度又はパワーを含む永久磁石モータ装置の特性も同時に変化する。
【００７０】
このように、本実施例の巻数を変更可能な巻線コイルを備える永久磁石モータ装置１でも同様に、省電力効果とトルク及び回転速度の間で永久磁石モータ装置１の特性を調整可能である。これにより、永久磁石モータ装置１の効果が大幅に向上し、応用範囲もいっそう広がる。
【００７１】
本発明における永久磁石モータ装置の制御方法の一実施例のフローチャートである図１５を参照する。本発明の永久磁石モータ装置の制御方法は、好ましい実施例において以下のステップを含み得る。
【００７２】
ステップＳ１５１：極性変換装置と電源及びモータの巻線における複数のコイルとを接続し、磁極の変換を制御する。
ステップＳ１５２：切替装置の複数のスイッチをそれぞれ前記複数のコイルに接続する。
ステップＳ１５３：前記複数のスイッチを切り替えることで前記複数のコイルの直列／並列状態を変更する。
ステップＳ１５４：前記複数のコイルの直列／並列状態の違いによって永久磁石モータ装置の性能を変化させる。
【００７３】
上述したように、本発明の実施例によれば、永久磁石モータ装置の各電機子の巻線は複数のコイルを含み得る。且つ、前記複数のコイルは、複数のスイッチからなる切替装置によって直列／並列状態を変更可能である。これにより、状況に応じて、省電力効果、トルク及び回転速度の間でモータ性能が調整されるため、電気自動車は高航続力を有するだけでなく、高出力を必要とする場合にも極めて良好な効果を有し得る。
【００７４】
また、本発明の実施例によれば、永久磁石モータ装置は、切替装置によって巻線の複数のコイルの直列／並列状態を変更することで、モータの回転速度及び省電力効果を調整可能である。これにより、求められる回転速度及び省電力効果の間でモータ性能を変換可能なため、モータの効果が大幅に向上する。
【００７５】
また、本発明の実施例によれば、永久磁石モータ装置は、切替装置によって各巻線の複数のコイルの直列／並列状態を変更することで、永久磁石装置の回転速度及び省電力効果を調整可能なため、体積や重量が増加することがなく、電気自動車の設計に影響を及ぼすこともない。
【００７６】
また、本発明の実施例によれば、永久磁石装置は、例えばＤＣブラシレスモータやＤＣブラシ付きモータといった異なるタイプの各種永久磁石モータへの応用が可能なため、応用範囲が極めて広い。
【００７７】
更に、本発明の実施例によれば、永久磁石モータ装置は構造設計がシンプルなため、コストを大幅に増加しなくとも所望の効果を達成可能である。
【００７８】
上記から明らかなように、本発明は従来技術を超えることで所望の改良効果を確かに達成しており、且つ、当業者が容易に想到し得るものでもない。本発明が備える進歩性、実用性は特許出願要件を満たしているため、法に基づき出願する。貴局が本発明特許出願を許可し、発明及び創造を奨励してくだされば幸いである。
【００７９】
以上の記載は例示にすぎず、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。また、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく実施される任意の等価の修正又は変更は、いずれも添付の特許請求の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８０】
１  永久磁石モータ装置
１１  磁石
１２  電機子
１２１  電機子歯
１２２  巻線
１３  切替装置
Ｌ１  第１コイル
Ｌ２  第２コイル
Ｌ３  第３コイル
Ｌ４  第４コイル
Ｌ５  第５コイル
Ｌ６  第６コイル
Ｓ１  第１スイッチ
Ｓ２  第２スイッチ
Ｓ３  第３スイッチ
Ｓ４  第４スイッチ
Ｓ５  第５スイッチ
Ｓ６  第６スイッチ
Ｓ７  第７スイッチ
Ｓ８  第８スイッチ
Ｓ９  第９スイッチ
Ｓ１０  第１０スイッチ
Ｓ１１  第１１スイッチ
Ｓ１２  第１２スイッチ
Ｓ１３  第１３スイッチ
Ｓ１４  第１４スイッチ
Ｓ１５  第１５スイッチ
１４  極性変換装置
Ｅ＋  第１電極
Ｅ−  第２電極
Ｎ、Ｓ  磁極
Ｉ  電流
Ｓ１５１・・・Ｓ１５４  フローチャートのステップ
【図１】
2021505122.tif 000003
【図２】
2021505122.tif 000004
【図３】
2021505122.tif 000005
【図４】
2021505122.tif 000006
【図５】
2021505122.tif 000007
【図６】
2021505122.tif 000008
【図７】
2021505122.tif 000009
【図８】
2021505122.tif 000010
【図９】
2021505122.tif 000011
【図１０】
2021505122.tif 000012
【図１１】
2021505122.tif 000013
【図１２】
2021505122.tif 000014
【図１３】
2021505122.tif 000015
【図１４】
2021505122.tif 000016
【図１５】
2021505122.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】令和2年6月1日(2020.6.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はモータ装置に関し、特に、巻数を変更可能な巻線コイルを備える永久磁石モータ装置に関する。更に、本発明は、当該モータ装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化や大気汚染の問題が日々深刻さを増すなかで、地球の生命維持システムが大きく変化しつつある。これを受けて、如何にして温室効果ガスの排出を削減するかが重要な議題の一つとなっているが、温室効果ガスは自動車が主な排出源の一つである。そのため、環境保護意識が芽生えた現在では、電気自動車が今後の主流になると目されている。しかし、現在の電気自動車によく使用される永久磁石モータには改良すべき欠点が数多く存在する。
【０００３】
例えば、電気自動車はモータに大きなトルクを持たせるために、モータの設計時に省電力効果を考慮しないのが一般的である。そのため、モータは極めて大きな電力を消費し、電気自動車の航続力を低下させている。
【０００４】
また、モータに高い省電力効果を持たせたい場合には、モータの設計時にトルクを考慮しないのが一般的である。そのため、上記の設計では電気自動車に高い航続力を持たせることは可能であるが、始動時や坂道を上る際、及び積載重量が大きい場合など、大きなトルクを必要とする際に望ましい効果を提供できない。
【０００５】
このほか、モータが省電力効果とトルクの双方を兼ね備えようとすると、通常はより大きなモータやギヤボックスを使用する必要がある。この場合には電気自動車の体積や重量が増大するため電気自動車の設計に影響を及ぼし、バッテリ容量を増加させる必要もある。
【０００６】
モータは、応用時の負荷要求に応じて、省電力効果、トルク、回転速度及びパワーの設計が異なる。そのため、如何にして従来技術の永久磁石モータにおける各種欠点を効果的に改良可能な永久磁石モータ装置を提供するかが喫緊の課題となっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の従来技術における課題に鑑みて、本発明は、巻数を変更可能な巻線コイルを備える永久磁石モータ装置及びその制御方法を提供し、従来技術の永久磁石モータにおける各種課題を解決することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の目的の一つに基づいて、巻数を変更可能な巻線コイルを備える永久磁石モータ装置を提供する。当該永久磁石モータ装置は、巻線、電源、極性変換装置及び切替装置を含み得る。また、巻線は複数のコイルを含み得る。極性変換装置は、電源及び巻線に接続されて磁極の変換を制御可能である。切替装置は複数のスイッチを含み得る。前記複数のスイッチは、それぞれ前記複数のコイルに接続可能である。切替装置は、前記複数のスイッチを切り替えることで前記複数のコイルの直列／並列状態を変更可能である。
【０００９】
好ましい実施例において、切替装置が前記複数のスイッチを切り替えることで前記複数のコイルの直列／並列状態を変更すると、永久磁石モータ装置の性能が変化する。
【００１０】
好ましい実施例において、永久磁石モータ装置の性能には、省電力効果、トルク、回転速度及びパワーのうち１つ又は２つ以上が含まれる。
【００１１】
本発明の目的の一つに基づいて、更に、永久磁石モータ装置の制御方法を提供する。当該制御方法は、極性変換装置と電源及びモータの巻線における複数のコイルとを接続し、磁極の変換を制御するステップと、切替装置の複数のスイッチをそれぞれ前記複数のコイルに接続するステップと、前記複数のスイッチを切り替えることで前記複数のコイルの直列／並列状態を変更するステップ、を含む。
【００１２】
好ましい実施例において、永久磁石モータ装置の制御方法は、更に、前記複数のコイルの直列／並列状態の違いによって永久磁石モータ装置の性能を変化させるステップを含む。
【００１３】
好ましい実施例において、永久磁石モータ装置の性能には、省電力効果、トルク、回転速度及びパワーのうち１つ又は２つ以上が含まれる。
【発明の効果】
【００１４】
上述したように、本発明に基づく巻数を変更可能な巻線コイルを備える永久磁石モータ装置とその制御方法は、１又は複数の下記の利点を有し得る。
【００１５】
（１）本発明の一実施例において、永久磁石モータ装置の各電機子の巻線は複数のコイルを含み得る。且つ、前記複数のコイルは、直列／並列状態が変化するよう、複数のスイッチからなる切替装置を介して互いに接続可能である。これにより、状況に応じて高省電力効果と高回転速度の間でモータ性能が調整されるため、電気自動車は高航続力を有するだけでなく、高出力を必要とする場合にも極めて良好な効果を有し得る。
【００１６】
（２）本発明の一実施例において、永久磁石モータ装置は、各電機子の巻線における複数のコイルの直列／並列状態を変更することで、モータの回転速度及び省電力効果を調整可能である。これにより、求められる回転速度及び省電力効果の間でモータ性能を変換可能なため、モータの効果が大幅に向上する。
【００１７】
（３）本発明の一実施例において、モータは各電機子の巻線における複数のコイルの直列／並列状態を変更することでモータの回転速度及び省電力効果を調整可能なため、体積や重量が増加することがなく、電気自動車の設計に影響を及ぼすこともない。
【００１８】
（４）本発明の一実施例では、例えばＤＣブラシレスモータやＤＣブラシ付きモータといった永久磁石モータへの応用が可能である。
【００１９】
（５）本発明の一実施例によれば、永久磁石モータ装置は設計がシンプルなため、コストを大幅に増加しなくとも所望の効果を達成可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の巻数を変更可能な巻線コイルを備える永久磁石モータ装置の第１実施例における基本構造を示す図である。
【図２】図２は、本発明の巻数を変更可能な巻線コイルと２つの切替可能ギヤを備える永久磁石モータ装置の第１実施例における巻線を示す第１の図である。
【図３】図３は、本発明の巻数を変更可能な巻線コイルと２つの切替可能ギヤを備える永久磁石モータ装置の第１実施例における巻線を示す第２の図である。
【図４】図４は、本発明の巻数を変更可能な巻線コイルと２つの切替可能ギヤを備える永久磁石モータ装置の第１実施例における巻線を示す第３の図である。
【図５】図５は、本発明の巻数を変更可能な巻線コイルと３つの切替可能ギヤを備える永久磁石モータ装置の第２実施例における巻線を示す第１の図である。
【図６】図６は、本発明の巻数を変更可能な巻線コイルと３つの切替可能ギヤを備える永久磁石モータ装置の第２実施例における巻線を示す第２の図である。
【図７】図７は、本発明の巻数を変更可能な巻線コイルと３つの切替可能ギヤを備える永久磁石モータ装置の第２実施例における巻線を示す第３の図である。
【図８】図８は、本発明の巻数を変更可能な巻線コイルと３つの切替可能ギヤを備える永久磁石モータ装置の第２実施例における巻線を示す第４の図である。
【図９】図９は、本発明の巻数を変更可能な巻線コイルと４つの切替可能ギヤを備える永久磁石モータ装置の第３実施例における巻線を示す第１の図である。
【図１０】図１０は、本発明の巻数を変更可能な巻線コイルと４つの切替可能ギヤを備える永久磁石モータ装置の第３実施例における巻線を示す第２の図である。
【図１１】図１１は、本発明の巻数を変更可能な巻線コイルと４つの切替可能ギヤを備える永久磁石モータ装置の第３実施例における巻線を示す第３の図である。
【図１２】図１２は、本発明の巻数を変更可能な巻線コイルと４つの切替可能ギヤを備える永久磁石モータ装置の第３実施例における巻線を示す第４の図である。
【図１３】図１３は、本発明の巻数を変更可能な巻線コイルと４つの切替可能ギヤを備える永久磁石モータ装置の第３実施例における巻線を示す第５の図である。
【図１４】図１４は、本発明の巻数を変更可能な巻線コイルを備える永久磁石モータ装置を示す図である。
【図１５】図１５は、本発明における永久磁石モータ装置の制御方法の一実施例のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、関連の図面を参照して、本発明に基づく巻数を変更可能な巻線コイルを備える永久磁石モータ装置及びその制御方法の実施例について説明する。なお、図面の明瞭化及び説明の便宜上、図中の各部材はサイズ及び比率を拡大又は縮小して示している場合がある。また、以下の記載及び／又は特許請求の範囲において、アセンブリを他のアセンブリに「接続する」又は「結合する」と言及している場合には、当該他のアセンブリに直接接続又は結合してもよいし、仲介アセンブリを介在させてもよい。一方、他のアセンブリに「直接接続する」又は「直接結合する」と言及している場合には仲介アセンブリを介在させない。アセンブリ又は層同士の関係を記載するその他の語句も同様に解釈すべきである。また、理解しやすいよう、以下の実施例の同じアセンブリには同じ符号を付して説明する。
【００２２】
本発明の巻数を変更可能な巻線コイルを備える永久磁石モータ装置の第１実施例における基本構造を示す図１を参照する。図示するように、巻数を変更可能な巻線コイルを備える永久磁石モータ装置１は、磁石１１、電機子１２、切替装置１３、極性変換装置１４及び電源を含み得る（図示の明瞭化のため、図中には電源の電極Ｅ＋及びＥ−のみを記載している）。
【００２３】
磁石１１は磁場を発生可能である。
【００２４】
電機子１２は複数の電機子歯１２１及び複数の巻線１２２を含み得る。前記複数の巻線１２２は前記複数の電機子歯１２１にそれぞれ巻き付け可能であり、電機子１２が発生させた磁場と磁石１１が発生させた磁場を互いに作用可能とする。
【００２５】
極性変換装置１４は電源に接続可能であるとともに、切替装置１３を介して前記複数の巻線１２２に接続されて、磁極の変換を制御可能である。好ましい実施例において、永久磁石モータ装置１がブラシ付きモータの場合には、極性変換装置１４をブラシとすればよい。また、永久磁石モータ装置１がブラシレスモータの場合には、極性変換装置１４をＭＯＳ、ＢＪＴ等のトランジスタのような電子スイッチとすればよい。
【００２６】
本実施例において、永久磁石モータ装置１はインナーロータ装置としてもよいが、これは例示による説明にすぎない。その他の好ましい実施例において、永久磁石モータ装置１は、アウターロータ装置又はその他各種の異なるモータ装置としてもよい。
【００２７】
本発明の巻数を変更可能な巻線コイルと２つの切替可能ギヤを備える永久磁石モータ装置の第１実施例における巻線を示す第１の図、第２の図及び第３の図である図２、図３及び図４を参照する。図２に示すように、各巻線１２２は第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２を含み得る。本実施例において、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の巻数は５０である。
【００２８】
切替装置１３は複数のスイッチを含み得る。本実施例において、切替装置１３は、第１スイッチＳ１、第２スイッチＳ２及び第３スイッチＳ３を含み得る。第１スイッチＳ１、第２スイッチＳ２及び第３スイッチＳ３は、それぞれ第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２に接続される。切替装置１３は、第１スイッチＳ１、第２スイッチＳ２及び第３スイッチＳ３を切り替えることで、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の直列／並列状態を変更可能である。
【００２９】
第１コイルＬ１の第１端子は、それぞれ第１スイッチＳ１及び第２スイッチＳ２を介して第２コイルＬ２の第１端子及び第２端子に接続可能である。また、第１コイルＬ１の第２端子は、電源（図示しない）の第１電極Ｅ＋に接続可能であり、且つ第３スイッチＳ３を介して第２コイルＬ２の第２端子に接続可能である。更に、第２コイルＬ２の第１端子は電源の第２電極Ｅ−に接続可能である。
【００３０】
図３に示すように、第２スイッチＳ２が導通すると、第１コイルＬ１と第２コイルＬ２が直列状態となる。このとき、巻線１２２の総インピーダンスは巻数が１００のコイルに相当し、巻線１２２を流れる総電流はＩとなる。第１コイルＬ１と第２コイルＬ２が直列の場合には、巻線１２２が巻数１００のコイルを１つ有することに相当する。このとき、永久磁石モータ装置１は、省電力効果が高く、且つトルクが大きな状態となる。
【００３１】
図４に示すように、第１スイッチＳ１及び第３スイッチＳ３が導通すると、第１コイルＬ１と第２コイルＬ２が並列状態となる。このとき、巻線１２２の総インピーダンスは巻数が５０のコイルに相当し、巻線１２２を流れる総電流は２Ｉとなる。第１コイルＬ１と第２コイルＬ２が並列の場合には、巻線１２２が巻数５０の分巻コイルを２つ有することに相当する。このとき、永久磁石モータ装置１は、回転速度が高く、且つ出力パワーが大きな状態となる。
【００３２】
本発明の実施例によれば、永久磁石モータ装置１の各電機子歯１２１における巻線１２２は複数のコイルＬ１及びＬ２を含み得る。且つ、前記複数のコイルＬ１及びＬ２は、直列／並列状態が変化するよう複数のスイッチを介して互いに接続可能である。これにより、状況に応じて高省電力効果と高回転速度の間でモータ性能が調整されるため、電気自動車は高航続力を有するだけでなく、高回転速度を必要とする場合にも極めて良好な効果を有し得る。また、上記の構造設計によれば、永久磁石モータ装置１は、体積や重量を増加することなく省電力効果と回転速度の双方を兼ね備えられるため、従来技術の欠点を確実に改良可能である。
【００３３】
上記から明らかなように、本実施例の永久磁石モータ装置１は、切替装置を介してコイルに接続可能であり、これらコイルの直列又は並列の各種組み合わせによってモータの省電力効果、トルク、回転速度、パワーを向上させるとの目的を達成する。
【００３４】
本実施例の永久磁石モータ装置は例示にすぎず、永久磁石モータ装置は、例えばＤＣブラシレスモータやＤＣブラシ付きモータといった異なるタイプの各種永久磁石モータに応用可能である。また、構造は実際の必要性に応じて変更すればよい。よって、本発明は上記に限らない。
【００３５】
注目すべき点として、本発明の実施例によれば、永久磁石モータ装置の各巻線は複数のコイルを含み得る。且つ、前記複数のコイルは、直列／並列状態が変化するよう切替装置を介して互いに接続可能である。これにより、状況に応じて高省電力効果と高回転速度の間でモータ性能が調整されるため、電気自動車は高航続力を有するだけでなく、高回転速度を必要とする場合にも極めて良好な効果を有し得る。
【００３６】
このほか、従来技術の永久磁石モータの場合には、省電力効果と回転速度の双方に配慮しようとすると、通常はより大きなモータやギヤボックスを使用する必要があり、電気自動車の体積や重量が増大する結果、電気自動車の設計に影響を及ぼし、バッテリ容量を増加させる必要もあった。これに対し、本発明の実施例によれば、永久磁石モータ装置は各巻線のコイルの直列／並列状態を変更することでモータの回転速度及び省電力効果を調整可能なため、体積や重量が増加することがなく、電気自動車の設計に影響を及ぼすこともない。
【００３７】
また、本発明の実施例によれば、例えばＤＣブラシレスモータやＤＣブラシ付きモータといった異なるタイプの各種永久磁石モータへの応用が可能なため、応用範囲が極めて広い。
【００３８】
更に、本発明の実施例によれば、永久磁石モータ装置は構造設計がシンプルなため、コストを大幅に増加しなくとも所望の効果を達成可能である。上記から明らかなように、本発明は進歩性の特許要件を確かに備えている。
【００３９】
本発明の巻数を変更可能な巻線コイルと３つの切替可能ギヤを備える永久磁石モータ装置の第２実施例における巻線を示す第１の図、第２の図、第３の図及び第４の図である図５、図６、図７及び図８を参照するとともに、図１も参照する。
【００４０】
本実施例の永久磁石モータ装置１は上記実施例の図１と類似しているため、ここでは改めて詳述しない。上記実施例との違いとして、本実施例では、各巻線１２２が上記実施例とは異なる構造を有している。
【００４１】
図５に示すように、各巻線１２２は、第１コイルＬ１、第２コイルＬ２、第３コイルＬ３及び第４コイルＬ４を含み得る。本実施例において、第１コイルＬ１、第２コイルＬ２、第３コイルＬ３及び第４コイルＬ４の巻数は２５である。
【００４２】
本実施例において、切替装置１３は、第１スイッチＳ１・・・第９スイッチＳ９を含み得る。また、第１スイッチＳ１・・・第９スイッチＳ９は、それぞれ第１コイルＬ１・・・第４コイルＬ４に接続可能である。切替装置１３は、第１スイッチＳ１・・・第９スイッチＳ９を切り替えることで、第１コイルＬ１・・・第４コイルＬ４の直列／並列状態を変更可能である。
【００４３】
第１コイルＬ１の第１端子は、それぞれ第１スイッチＳ１及び第２スイッチＳ２を介して第２コイルＬ２の第１端子及び第２端子に接続可能である。また、第１コイルＬ１の第２端子は、電源（図示しない）の第１電極Ｅ＋に接続可能であり、且つ第３スイッチＳ３を介して第２コイルＬ２の第２端子に接続可能である。
【００４４】
第２コイルＬ２の第１端子は、それぞれ第４スイッチＳ４及び第５スイッチＳ５を介して第３コイルＬ３の第１端子及び第２端子に接続可能である。また、第２コイルＬ２の第２端子は、第６スイッチＳ６を介して第３コイルＬ３の第２端子に接続可能である。
【００４５】
第３コイルＬ３の第１端子は、それぞれ第７スイッチＳ７及び第８スイッチＳ８を介して第４コイルＬ４の第１端子及び第２端子に接続可能である。また、第３コイルＬ３の第２端子は、第９スイッチＳ９を介して第４コイルＬ４の第２端子に接続可能である。更に、第４コイルＬ４の第１端子は電源の第２電極Ｅ−に接続可能である。
【００４６】
図６に示すように、第２スイッチＳ２、第５スイッチＳ５及び第８スイッチＳ８が導通すると、第１コイルＬ１、第２コイルＬ２、第３コイルＬ３及び第４コイルＬ４が直列状態となる。このとき、巻線１２２の総インピーダンスは巻数が１００のコイルに相当し、巻線１２２を流れる総電流はＩとなる。第１コイルＬ１、第２コイルＬ２、第３コイルＬ３及び第４コイルＬ４が直列の場合には、巻線１２２が巻数１００のコイルを１つ有することに相当する。このとき、永久磁石モータ装置１は、省電力効果が高く、且つトルクが大きな状態となる。
【００４７】
図７に示すように、第１スイッチＳ１、第３スイッチＳ３、第５スイッチＳ５、第７スイッチＳ７及び第９スイッチＳ９が導通すると、第１コイルＬ１と第２コイルＬ２が並列となり、第３コイルＬ３と第４コイルＬ４が並列となる。また、第１コイルＬ１及び第２コイルＬ２の並列構造と第３コイルＬ３及び第４コイルＬ４の並列構造が直列となる。このとき、巻線１２２の総インピーダンスは巻数が５０のコイルに相当し、巻線１２２を流れる総電流は２Ｉとなる。この場合、永久磁石モータ装置１の出力パワーが１段階上昇し、且つ回転速度が１段階上昇する。
【００４８】
図８に示すように、第１スイッチＳ１、第３スイッチＳ３、第４スイッチＳ４、第６スイッチＳ６、第７スイッチＳ７及び第９スイッチＳ９が導通すると、第１コイルＬ１、第２コイルＬ２、第３コイルＬ３及び第４コイルＬ４が並列状態となる。このとき、巻線１２２の総インピーダンスは巻数が２５のコイルに相当し、巻線１２２を流れる総電流は４Ｉとなる。第１コイルＬ１、第２コイルＬ２、第３コイルＬ３及び第４コイルＬ４が並列の場合には、巻線１２２が巻数２５の分巻コイルを４つ有することに相当する。このとき、永久磁石モータ装置１の出力パワーが更に１段階上昇し、且つ回転速度が更に１段階上昇する。
【００４９】
本発明の巻数を変更可能な巻線コイルと４つの切替可能ギヤを備える永久磁石モータ装置の第３実施例における巻線を示す第１の図、第２の図、第３の図、第４の図及び第５の図である図９、図１０、図１１、図１２及び図１３を参照するとともに、図１も参照する。
【００５０】
本実施例の永久磁石モータ装置１は上記実施例の図１と類似しているため、ここでは改めて詳述しない。上記実施例との違いとして、本実施例では、各巻線１２２が上記実施例とは異なる構造を有している。
【００５１】
図９に示すように、各巻線１２２は、第１コイルＬ１、第２コイルＬ２、第３コイルＬ３、第４コイルＬ４、第５コイルＬ５及び第６コイルＬ６を含み得る。本実施例において、第１コイルＬ１、第２コイルＬ２、第３コイルＬ３、第４コイルＬ４、第５コイルＬ５及び第６コイルＬ６の巻数は１０である。
【００５２】
本実施例において、切替装置１３は、第１スイッチＳ１・・・第１５スイッチＳ１５を含み得る。また、第１スイッチＳ１・・・第１５スイッチＳ１５は、それぞれ第１コイルＬ１・・・第６コイルＬ６に接続可能である。切替装置１３は、第１スイッチＳ１・・・第１５スイッチＳ１５を切り替えることで、第１コイルＬ１・・・第６コイルＬ６の直列／並列状態を変更可能である。
【００５３】
第１コイルＬ１の第１端子は、それぞれ第１スイッチＳ１及び第２スイッチＳ２を介して第２コイルＬ２の第１端子及び第２端子に接続可能である。また、第１コイルＬ１の第２端子は、電源（図示しない）の第１電極Ｅ＋に接続可能であり、且つ第３スイッチＳ３を介して第２コイルＬ２の第２端子に接続可能である。
【００５４】
第２コイルＬ２の第１端子は、それぞれ第４スイッチＳ４及び第５スイッチＳ５を介して第３コイルＬ３の第１端子及び第２端子に接続可能である。また、第２コイルＬ２の第２端子は、第６スイッチＳ６を介して第３コイルＬ３の第２端子に接続可能である。
【００５５】
第３コイルＬ３の第１端子は、それぞれ第７スイッチＳ７及び第８スイッチＳ８を介して第４コイルＬ４の第１端子及び第２端子に接続可能である。また、第３コイルＬ３の第２端子は、第９スイッチＳ９を介して第４コイルＬ４の第２端子に接続可能である。
【００５６】
第４コイルＬ４の第１端子は、それぞれ第１０スイッチＳ１０及び第１１スイッチＳ１１を介して第５コイルＬ５の第１端子及び第２端子に接続可能である。また、第４コイルＬ４の第２端子は、第１２スイッチＳ１２を介して第５コイルＬ５の第２端子に接続可能である。
【００５７】
第５コイルＬ５の第１端子は、それぞれ第１３スイッチＳ１３及び第１４スイッチＳ１４を介して第６コイルＬ６の第１端子及び第２端子に接続可能である。また、第５コイルＬ５の第２端子は、第１５スイッチＳ１５を介して第６コイルＬ６の第２端子に接続可能である。更に、第６コイルＬ６の第１端子は電源の第２電極Ｅ−に接続可能である。
【００５８】
図１０に示すように、第２スイッチＳ２、第５スイッチＳ５、第８スイッチＳ８、第１１スイッチＳ１１及び第１４スイッチＳ１４が導通すると、第１コイルＬ１、第２コイルＬ２、第３コイルＬ３、第４コイルＬ４、第５コイルＬ５及び第６コイルＬ６が直列状態となる。このとき、巻線１２２の総インピーダンスは巻数が６０のコイルに相当し、巻線１２２を流れる総電流はＩとなる。第１コイルＬ１、第２コイルＬ２、第３コイルＬ３、第４コイルＬ４、第５コイルＬ５及び第６コイルＬ６が直列の場合には、巻線１２２が巻数６０のコイルを１つ有することに相当する。このとき、永久磁石モータ装置１は、省電力効果が高く、且つトルクが大きな状態となる。
【００５９】
図１１に示すように、第１スイッチＳ１、第３スイッチＳ３、第５スイッチＳ５、第７スイッチＳ７、第９スイッチＳ９、第１１スイッチＳ１１、第１３スイッチＳ１３及び第１５スイッチＳ１５が導通すると、第１コイルＬ１と第２コイルＬ２が並列となり、第３コイルＬ３と第４コイルＬ４が並列となり、第５コイルＬ５と第６コイルＬ６が並列となる。また、第１コイルＬ１と第２コイルＬ２の並列構造、第３コイルＬ３と第４コイルＬ４の並列構造、及び第５コイルＬ５と第６コイルＬ６の並列構造が互いに直列となる。このとき、巻線１２２の総インピーダンスは巻数が３０のコイルに相当し、巻線１２２を流れる総電流は２Ｉとなる。この場合、永久磁石モータ装置１の出力パワーが１段階上昇し、且つ回転速度が１段階上昇する。
【００６０】
図１２に示すように、第１スイッチＳ１、第３スイッチＳ３、第４スイッチＳ４、第６スイッチＳ６、第８スイッチＳ８、第１０スイッチＳ１０、第１２スイッチＳ１２、第１３スイッチＳ１３及び第１５スイッチＳ１５が導通すると、第１コイルＬ１、第２コイルＬ２及び第３コイルＬ３が並列となり、第４コイルＬ４、第５コイルＬ５及び第６コイルＬ６が並列となる。また、第１コイルＬ１、第２コイルＬ２及び第３コイルＬ３の並列構造と、第４コイルＬ４、第５コイルＬ５及び第６コイルＬ６の並列構造が直列となる。このとき、巻線１２２の総インピーダンスは巻数が２０のコイルに相当し、巻線１２２を流れる総電流は３Ｉとなる。この場合、永久磁石モータ装置１の出力パワーが更に１段階上昇し、且つ回転速度が更に１段階上昇する。
【００６１】
図１３に示すように、第１スイッチＳ１、第３スイッチＳ３、第４スイッチＳ４、第６スイッチＳ６、第７スイッチＳ７、第９スイッチＳ９、第１０スイッチＳ１０、第１２スイッチＳ１２、第１３スイッチＳ１３及び第１５スイッチＳ１５が導通すると、第１コイルＬ１、第２コイルＬ２、第３コイルＬ３、第４コイルＬ４、第５コイルＬ５及び第６コイルＬ６が並列状態となる。このとき、巻線１２２の総インピーダンスは巻数が１０のコイルに相当し、巻線１２２を流れる総電流は６Ｉとなる。第１コイルＬ１、第２コイルＬ２、第３コイルＬ３、第４コイルＬ４、第５コイルＬ５及び第６コイルＬ６が並列の場合には、巻線１２２が巻数１０の分巻コイルを６つ有することに相当する。このとき、永久磁石モータ装置１の出力パワーが更に１段階上昇し、且つ回転速度が更に１段階上昇する。
【００６２】
本実施例の永久磁石モータ装置は例示にすぎず、永久磁石モータ装置は、例えばＤＣブラシレスモータやＤＣブラシ付きモータといった異なるタイプの各種永久磁石モータに応用可能である。また、構造は実際の必要性に応じて変更すればよい。よって、本発明は上記に限らない。
【００６３】
上記から明らかなように、上記２つの実施例における永久磁石モータ装置１の各巻線１２２はより多くのコイルを有するため、更に多くの変形を提供可能である。これにより、永久磁石モータ装置１は、調整のために３つの異なるレベルのトルク、３つの異なるレベルの回転速度、及び３つの異なるレベルの省電力効果を提供可能となる。よって、永久磁石モータ装置１は、トルク及び省電力効果の双方を兼ね備えることが可能となり、永久磁石モータ装置１の効果と応用が大幅に向上する。
【００６４】
本発明の巻数を変更可能な巻線コイルを備える永久磁石モータ装置を示す図１４を参照するとともに、図１も参照する。図示するように、巻数を変更可能な巻線コイルを備える永久磁石モータ装置１は、磁石、電機子１２、極性変換装置１４及び電源を備え得る（図示の明瞭化のため、図中では磁石や電源等のアセンブリを省略している）。
【００６５】
磁石は磁場を発生可能である。
【００６６】
電機子１２は複数の電機子歯１２１を含み得る。また、各電機子歯１２１は複数の巻線１２２を含み得る。前記複数の電機子歯１２１の前記複数の巻線１２２は、電源（図示しない）に接続可能である。上記実施例との違いとして、本実施例では、各電機子歯１２１が複数の巻線１２２を含み得る。また、電機子１２が発生させた磁場は、磁石１１が発生させた磁場と互いに作用し得る。
【００６７】
極性変換装置１４は電源に接続可能であるとともに、切替装置１３を介して前記複数の巻線１２２に接続されて、磁極の変換を制御可能である。
【００６８】
このほか、巻数を変更可能な巻線コイルを備える永久磁石モータ装置１は切替装置１３を更に含み得る。当該切替装置１３は複数のスイッチを含み得る。前記複数のスイッチは、それぞれ前記複数の電機子歯１２１の前記複数の巻線１２２に接続可能である。これにより、切替装置１３は、前記複数のスイッチを切り替えることで、前記複数の電機子歯１２１における前記複数の巻線１２２の直列／並列状態を変更可能である。
【００６９】
切替装置１３が、前記複数のスイッチを切り替えることで前記複数の電機子歯１２１における前記複数の巻線１２２の直列／並列状態を変更すると、上記実施例と同様に、省電力効果、トルク、回転速度又はパワーを含む永久磁石モータ装置の特性も同時に変化する。
【００７０】
このように、本実施例の巻数を変更可能な巻線コイルを備える永久磁石モータ装置１でも同様に、省電力効果とトルク及び回転速度の間で永久磁石モータ装置１の特性を調整可能である。これにより、永久磁石モータ装置１の効果が大幅に向上し、応用範囲もいっそう広がる。
【００７１】
上記の実施例から明らかなように、１つの電機子歯１２１が複数の巻線１２２を有してもよいし、複数の電機子歯１２１が複数の巻線１２２を有してもよい。
【００７２】
本発明における永久磁石モータ装置の制御方法の一実施例のフローチャートである図１５を参照する。本発明の永久磁石モータ装置の制御方法は、好ましい実施例において以下のステップを含み得る。
【００７３】
ステップＳ１５１：開始してステップＳ１５２に進む。
ステップＳ１５２：回転速度を０、直列状態且つ巻数を最大としてステップＳ１５３に進む。
ステップＳ１５３：極性変換装置がモータを回転させるよう制御し、ステップＳ１５４に進む。
ステップＳ１５４：回転速度が当該ギヤ段の上限よりも高いか否かを検出し、ＹＥＳの場合にはステップＳ１５４１に進み、ＮＯの場合にはステップＳ１５５に進む。
ステップＳ１５４１：巻数の少ないギヤ段（並列）に切り替えてステップＳ１５３に戻る。
ステップＳ１５５：回転速度が当該ギヤ段の下限よりも低いか否かを検出し、ＹＥＳの場合にはステップＳ１５６に進み、ＮＯの場合にはステップＳ１５３に戻る。
ステップＳ１５６：巻数の多いギヤ段（直列）に切り替えてステップＳ１５３に戻る。
【００７４】
上述したように、本発明の実施例によれば、永久磁石モータ装置の各電機子の巻線は複数のコイルを含み得る。且つ、前記複数のコイルは、複数のスイッチからなる切替装置によって直列／並列状態を変更可能である。これにより、状況に応じて、省電力効果、トルク及び回転速度の間でモータ性能が調整されるため、電気自動車は高航続力を有するだけでなく、高出力を必要とする場合にも極めて良好な効果を有し得る。
【００７５】
また、本発明の実施例によれば、永久磁石モータ装置は、切替装置によって巻線の複数のコイルの直列／並列状態を変更することで、モータの回転速度及び省電力効果を調整可能である。これにより、求められる回転速度及び省電力効果の間でモータ性能を変換可能なため、モータの効果が大幅に向上する。
【００７６】
また、本発明の実施例によれば、永久磁石モータ装置は、切替装置によって各巻線の複数のコイルの直列／並列状態を変更することで、永久磁石装置の回転速度及び省電力効果を調整可能なため、体積や重量が増加することがなく、電気自動車の設計に影響を及ぼすこともない。
【００７７】
また、本発明の実施例によれば、永久磁石装置は、例えばＤＣブラシレスモータやＤＣブラシ付きモータといった異なるタイプの各種永久磁石モータへの応用が可能なため、応用範囲が極めて広い。
【００７８】
更に、本発明の実施例によれば、永久磁石モータ装置は構造設計がシンプルなため、コストを大幅に増加しなくとも所望の効果を達成可能である。
【００７９】
上記から明らかなように、本発明は従来技術を超えることで所望の改良効果を確かに達成しており、且つ、当業者が容易に想到し得るものでもない。本発明が備える進歩性、実用性は特許出願要件を満たしているため、法に基づき出願する。貴局が本発明特許出願を許可し、発明及び創造を奨励してくだされば幸いである。
【００８０】
以上の記載は例示にすぎず、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。また、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく実施される任意の等価の修正又は変更は、いずれも添付の特許請求の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８１】
１  永久磁石モータ装置
１１  磁石
１２  電機子
１２１  電機子歯
１２２  巻線
１３  切替装置
Ｌ１  第１コイル
Ｌ２  第２コイル
Ｌ３  第３コイル
Ｌ４  第４コイル
Ｌ５  第５コイル
Ｌ６  第６コイル
Ｓ１  第１スイッチ
Ｓ２  第２スイッチ
Ｓ３  第３スイッチ
Ｓ４  第４スイッチ
Ｓ５  第５スイッチ
Ｓ６  第６スイッチ
Ｓ７  第７スイッチ
Ｓ８  第８スイッチ
Ｓ９  第９スイッチ
Ｓ１０  第１０スイッチ
Ｓ１１  第１１スイッチ
Ｓ１２  第１２スイッチ
Ｓ１３  第１３スイッチ
Ｓ１４  第１４スイッチ
Ｓ１５  第１５スイッチ
１４  極性変換装置
Ｅ＋  第１電極
Ｅ−  第２電極
Ｎ、Ｓ  磁極
Ｉ  電流
Ｓ１５１・・・Ｓ１５４  フローチャートのステップ
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2021505122.tif 000018
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１５】
2021505122.tif 000019
【国際調査報告】
2021505122.tif 000020
2021505122.tif 000021
2021505122.tif 000022
2021505122.tif 000023