(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの巻線ストランド（Ｗ１、Ｗ２）を支承し複数の磁極（ＭＰ１〜ＭＰ４，．．．）および溝（ＮＴ）を備えたステータ（ＳＴ）と、ロータ（Ｒ）とを有しており、
位置検出装置（ＥＦ）によりロータ（Ｒ）とステータ（ＳＴ）との間の定められた位置関係が検出され、
磁極（ＭＰ１〜ＭＰ４，．．．）がロータ（Ｒ）に対して種々のレベルを有する複数の空隙（Ｌ１〜Ｌ４）を備えた複数の領域（Ｂ１〜Ｂ４）に分割されている、
電子整流子電動機において、
巻線ストランド（Ｗ１，Ｗ２）への電流供給の開始時点（ｔ１，ｔ２）および／または電流供給の持続時間（Ｔ１，Ｔ２）がロータ（Ｒ）とステータ（ＳＴ）とのあいだの位置（ｔ０）に関して定義され、
巻線ストランド（Ｗ１，Ｗ２）への電流供給の開始時点（ｔ１，ｔ２）および／または電流供給の持続時間（Ｔ１，Ｔ２）により電動機の種々の動作特性曲線（ｎ１，Ｌ１またはｎ２，Ｌ２またはｎ３，Ｌ３）が選択され、
ここで第１の動作特性曲線のペア（ｎ１，Ｌ１）は大きな空隙の作用時に給電が行われることにより選択され、第２の動作特性曲線のペア（ｎ２，Ｌ２）は小さな空隙の作用時に給電が行われることにより選択される
ことを特徴とする電子整流子電動機。
【請求項２】
巻線ストランド（Ｗ１，Ｗ２）の電流供給は周期的に行われ、周期（Ｐ）の持続時間により電動機の回転数（ｎ１，ｎ２，ｎ３）および／または送信出力（１１）が定められる、請求項１記載の電子整流子電動機。
【請求項３】
相互に連続する巻線ストランド（Ｗ１，Ｗ２）への電流供給の間に時間間隔（Ｔａ）が設けられている、請求項１または２記載の電子整流子電動機。
【請求項４】
相互に連続する巻線ストランド（Ｗ１，Ｗ２）への電流供給は直接に連続して行われる、請求項１または２記載の電子整流子電動機。
【請求項５】
ステータ（Ｓｔ）の磁極（ＭＰｎ）はロータ（Ｒ）に対して段階的に低減される空隙（Ｌ１，Ｌ２またはＬ１，Ｌ２，Ｌ３）を形成する、請求項１から４までのいずれか１項記載の電子整流子電動機。
【請求項６】
ステータ（Ｓｔ）の磁極（ＭＰｎ）は連続的に変化する空隙（Ｌ４）を備えた領域（Ｂ４）を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載の電子整流子電動機。
【請求項７】
溝（ＮＴ）は交互に幅の広い磁極（ＭＰ１〜ＭＰｎ）と幅の狭い帰磁路極（ＲＰ１〜ＲＰ８）とを分割しており、巻線ストランド（Ｗ１，Ｗ２）は交互に入れ子構造となった部分巻線（ＴＷ１１，ＴＷ２１；ＴＷ１２，ＴＷ２２）を有しており、該部分巻線はそれぞれ１つの磁極（ＭＰ１，ＭＰ３，．．．またはＭＰ２，ＭＰ４，．．．）の周囲のみに巻回されており、部分巻線ごとに巻線方向が変化しているか、または異なる電流方向で同じ巻線方向に巻回されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の電子整流子電動機。
【請求項８】
アウタロータ形の場合永久磁石（Ｎ，Ｓ）の設けられたロータ（Ｒ）がステータ（Ｓｔ）を包囲している、請求項１から７までのいずれか１項記載の電子整流子電動機。
【請求項９】
インナロータ形の場合ステータ（Ｓｔ）が永久磁石（Ｎ，Ｓ）の設けられたロータ（Ｒ）を包囲している、請求項１から７までのいずれか１項記載の電子整流子電動機。
【発明の詳細な説明】
従来の技術
本発明は、少なくとも２つの巻線ストランドを支承し複数の磁極および溝を備えたステータとロータとを有し、位置検出装置によりロータとステータの間の定められた位置関係が検出可能である、電子整流子電動機に関する。
この形式の周知の電子整流子電動機では、通常の場合、電力の平滑化が電子駆動制御の変更、例えば電流供給装置の出力終段のパルス幅変調により行われる。これは出力終段のクロック制御に付加的な電気的損失を生じさせ、ひいては電動機の効率の低下をもたらす。電力の平滑化を特有の巻線の変更によって達成することも即に試みられてきた。ただしこれによりステータの製造時のコストが高くなる。
本発明の利点
本発明の課題は、冒頭に言及した形式の電子整流子電動機において、簡単なステータないし電動機の構造で、かつ損失の少ない電流供給で電力平滑化または回転数への作用が達成できるようにすることである。
この課題は本発明にしたがって、巻線ストランドへの電流供給の開始時点および／または電流供給の持続時間がロータとステータとのあいだの位置に関して定義され、巻線ストランドへの電流供給の開始時点および／または電流供給の持続時間により電動機の種々の動作特性曲線が選択され、ここで第１の動作特性曲線のペアは大きな空隙の作用時に給電が行われることにより選択され、第２の動作特性曲線のペアは小さな空隙の作用時に給電が行われることにより選択される構成により解決される。
それ自体では周知の巻線構造を用いて、磁極をステータに設け、電流供給の時点および／または電流供給の持続時間を変化させるだけで、種々の動作特性曲線を得ることができ、および／または大きな動作領域をカバーできる。
１つの実施形態によれば、巻線ストランドへの電流供給は周期的に行われ、その際に周期の持続時間、電流供給の開始時点、および／または電流供給の持続時間および／または電流が電動機の回転数および／または送出出力を定める。この場合時間範囲全体にわたる電流供給では巻線ストランドへの電流供給が直接に連続して行われるように構成されており、その一方で１回の部分電流供給では巻線ストランドの駆動が相互に時間間隔を置いて行われるように構成されている。
ステータの磁極はロータに対して段階的に低減される空隙を形成するか、または空隙がロータに対しして連続的に変化している領域を有する。
１つの実施形態によれば、溝が交互に幅の広い磁極と幅の狭い帰磁路極とを分割しており、巻線ストランドが交番的に相互に入れ子構造になった部分巻線を有しており、この部分巻線はそれぞれ磁極の周囲のみに巻回されており、部分巻線ごとに巻線の方向が変化しているか、または異なる電流方向で同じ方向に巻き回されている。この場合巻線ストランドが重畳されない巻線構造が得られる。これによりステータの軸線方向の端部に巻線ヘッドが来ることが回避され、このことはステータの製造を簡単化および低コスト化する。またこの電動機には小さいスペースしか要求されず、高い効率を有するようになる。
この場合電動機はアウタロータ形またはインナロータ形として構成されている。その際に有利にはロータに永久磁石が設けられている。磁極の領域の種々の空隙のレベルにより種々の動作特性曲線が電気的に励磁可能な電動機においても得られる。
本発明を以下に図示の実施例の即して詳細に説明する。
図１には交互に磁極と帰磁路極とを備えたステータを有する電動機の構造が示されている。磁極は小さいレベルの空隙を備えた領域と大きいレベルの空隙を備えた領域とを有する。
図２には図１の電動機の２つの巻線ストランドに対する種々の電流供給ダイアグラムが示されている。
図３には、図２の空隙、電流供給の開始時点および持続時間を考慮した図１のモータの動作特性曲線が示されている。
図４には、電流供給の開始時点を変化させるだけでカバーできる電動機の動作領域が示されている。
図５には、電流供給の持続時間を変化させることによりカバーできる電動機の動作領域が示されている。
図６には磁極の種々の実施例が示されている。
図１の電動機の構造に示されているように、アウタロータ形の場合、ステータＳｔがロータＲによって包囲されており、このロータは交互にＮ極ＮおよびＳ極Ｓを支承している。Ｎ極およびＳ極は有利には凹の極表面がステータＳｔに配向されている永久磁石であるが、これのみに限定されない。ステータＳｔ自体は溝ＮＴによって分割されており、この溝はＴ字形の磁極ＭＰ１、ＭＰ２、ＭＰ３、ＭＰ４、ＭＰ５、ＭＰ６、ＭＰ７、ＭＰｎと帰磁路極ＲＰ１、ＲＰ２、ＲＰ３、ＲＰ４、ＲＰ５、ＲＰ６、ＲＰ７、ＲＰｎとを分割している。磁極ＭＰ１〜ＭＰｎは図６に示されているようにロータＲの極表面となる領域Ｂ１、Ｂ２を形成しており、これらの領域は小さいレベルおよび大きいレベルで空隙Ｌ１、Ｌ２に接している。レベル領域Ｂ１、Ｂ２はステータＳｔの同じ大きさの角度領域にわたって延在している。つまりこれらはほぼ等しい幅である。２つの領域Ｂ１、Ｂ２は永久磁石の極表面の角度領域もカバーしている。帰磁路磁石ＲＰ１〜ＲＰ８の極表面は磁極ＭＰ１〜ＭＰｎの角度領域の約１／２にわたって延在しているのみであり、Ｎ極ＮおよびＳ極Ｓも同様である。
ロータＲには位置検出装置ＥＦが配属されており、この装置はロータＲがステータＳｔに対して所定の位置関係に達したことを表示する。これによりステータＳｔの巻線ストランドＷ１、Ｗ２への電流供給の開始時点ｔ１、ｔ２に対する時間基準量ｔ０を得ることができる。
図２には巻線ストランドＷ１、Ｗ２への電流供給のダイアグラムが示されている。ここでは前提として、ゼロ点がｔ０すなわちロータＲとステータＳｔとの所定の位置関係に達した時点に相応すると定められている。それぞれ対応する動作特性曲線が図３に示されている。
時点ｔ１で巻線ストランドＷ１への電流供給が開始され、それぞれ同じ大きさの周期Ｐで電流供給がパルス形状で反復される場合、図３にｎ１、Ｉ１で示された電動機の動作特性曲線が得られる。これは空隙Ｌ２が作用する電流供給が行われる場合である。電流供給持続時間はこの場合周期Ｐの部分領域のみで、例えば周期Ｐの１／４で行われる。図２のダイアグラムのペアＩに示されているように、巻線ストランドＷ２への電流供給は周期Ｐの１／２だけオフセットされて同様に周期的に行われる。このため巻線ストランドＷ１への電流供給と巻線ストランドＷ２への電流供給との間には電流の流れない間隔Ｔａが存在する。
巻線ストランドＷ１への電流供給が時点ｔ２ではじめて開始される場合（ダイアグラムペアII）、周期Ｐを維持し、かつ２つの巻線ストランドＷ１、Ｗ２に対する電流供給の比を維持すると、図３のｎ２、Ｉ２で示される動作特性曲線が得られる。電流供給は空隙Ｌ１が作用する場合にはロータＲおよびステータＳｔの位置関係に応じて低下する。
巻線ストランドＷ１、Ｗ２が図２のダイアグラムペアIIIに相応に電流供給される場合、巻線ストランドＷ１に対する開始時点ｔ１で電流供給持続時間をそれぞれ周期Ｐの１／２に相応させると、図３のｎ３、Ｉ３で示される動作特性曲線が得られる。
図３には相応する回転トルクＭ１、Ｍ２との電動機の全回転トルクＭgesとが示されている。これらのトルクは巻線ストランドＷ１、Ｗ２に開始時点ｔ１で図３のダイアグラムペアIIIにより電流供給した場合に得られる。
図４には図２の電流供給ダイアグラムのペアI、IIで得られる動作特性曲線が示されている。巻線ストランドＷ１、Ｗ２に対する２つの電流供給ダイアグラムのペアＩ、IIは単に開始時点ｔ１、ｔ２のみが異なっている。開始時点をｔ１からｔ２へ変化させることにより図４のハッチングされた動作領域ＡＦ１をカバーすることができる。
図５では、図２のダイアグラムペアIIIで電流供給された場合の動作特性曲線が示されており、電流供給の開始時点をｔ１からｔ２へ変化させ、持続時間を巻線ストランドＷ１、Ｗ２に対して周期Ｐの１／４から１／２へ変化させることにより、ハッチングされた著しく大きな動作領域ＡＦ２をカバーすることができる。
図６にはステータＳｔの磁極ＭＰｎの極表面の別の実施例が示されている。この場合種々のレベルの空隙Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を備えた領域Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３が磁極の同じ大きさの角度領域にわたって延在していてもよいし、また種々の大きさの角度領域にわたって延在していてもよい。この領域は段階的に構成することもできる。さらに空隙Ｌ４は領域Ｂ４を介して連続的に大きくないし小さく構成でき、またカーブ形状に構成することもできる。これらの領域は磁極ＭＰｎで種々の大きさを有することができ、またこれらの領域に種々の空隙を設けることができる。
本発明は異なって巻き回されたステータＳｔにも適用可能であり、図１に示されたステータＳｔおよびロータＲの構造に限定されない。この電動機はインナロータ形として構成してもよいし、ロータを電気的に励磁してもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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