請求の範囲
1 一群の極と巻線とを含む少くとも1個の反復
可能部を有する電動機と制御装置とを結合した電
動機装置において、
固定子と電機子とがエアギヤツプを隔てて互い
に対面し、少くとも1つの所定の方向に相対的に
移動できるように設けられ、
前記固定子は、前記エアギヤツプに対面し相対
的移動の方向に配列された2つの固定子磁極を前
記反復可能部毎に備え、
前記電機子は、電機子の磁気的構造を備えると
共に、前記反復可能部毎に複数の開路巻線を備
え、該巻線の各々は始端と終端とを有し、各巻線
の両端は相対的移動の方向に1固定子極ピツチだ
け変位し、各巻線は少くとも1つの隣りの巻線と
重なり合い且つ前記電機子の磁気的構造に固着さ
れていて前記電機子の磁気的構造と誘導的に結合
しており、
電気的接続手段が前記電機子の開路巻線の端部
との電気的な接続を確立し、
起磁力手段が、前記固定子磁極の付勢を、隣接
する付勢された固定子磁極が逆極性であるように
行い、
電流付与手段が、前記電気的接続手段及び接続
された電機子巻線に電流を流させて、前記電機子
の電磁極を隣接する極どおしが逆極性であるよう
に確立し、
前記電気的接続手段は、前記電機子の電磁極の
強さを制御する指令を受けたときに、付勢される
電機子巻線の数を変更することができ、且つ、少
くとも1個の付勢されない電機子巻線へ接続し少
くとも1個の前に付勢された電機子巻線への接続
を遮断することにより、前記電機子の電磁極を前
記電機子の磁気的構造上で移動させて、前記相対
的移動が起るとき、前記固定子磁極に対する前記
電機子極の予め決定された作動方向を維持するよ
うに構成且つ配列されており、
作動方向変更手段が、前記相対的移動の方向に
おいて前記固定子磁極に対して1個定子磁極ピツ
チだけ前記電機子の電磁極の前記作動方向を個別
に変更し、
制御手段が、前記電気的接続手段と前記作動方
向変更手段とを制御して、前記電動機によつて発
生される力とトルクとの大きさ及び方向を制御す
ることを特徴とする電動機装置。
2 前記電気的接続手段が、前記電機子巻線を接
続して出力を段階的に零から最大電動機能力の間
で発生させる手段と、その間で前記作動方向変更
手段を作動させる手段とを含むことを特徴とする
特許請求の範囲第1項記載の電動機装置。
3 前記電気的接続手段が、少くとも1個の接続
されない電気子巻線を与えるよう構成され配列さ
れていることを特徴とする特許請求の範囲第1項
記載の電動機装置。
4 前記起磁力手段を制御して、種々の数の前記
固定子磁極を種々の強さへ付勢するための起磁力
制御手段を含むことを特徴とする特許請求の範囲
第1項〜第3項のいずれか1つに記載の電動機装
置。
5 前記電気的接続手段と前記起磁力制御手段と
が、前記反復可能部によつて前記電機子電磁極と
前記固定子磁極とを、第1レベルの電動機出力へ
立ち上がる強さに確立するように構成され配列さ
れていることを特徴とする特許請求の範囲第4項
記載の電動機装置。
6 前記電気的接続手段と前記起磁力制御手段と
が、前記反復可能部によつて前記電機子の電磁極
と前記固定子磁極とを、第2レベルの電動機出力
へ立ち上がる強さに確立するように構成され配列
されている特許請求の範囲第5項記載の電動機装
置であつて、別のレベルの電動機出力へ立ち上が
る別の磁極強さを反復可能部によつて確立するた
めの手段を更らに備えることを特徴とする電動機
装置。
7 遮断された電機子巻線間の誘導キツク電圧と
して利用可能な磁気エネルギーを処理するための
手段を含むことを特徴とする特許請求の範囲第1
項〜第6項のいずれか1つに記載の電動機装置。
8 前記電機子巻線が両端と前記電気的接続手段
との間に延びている特許請求の範囲第1項〜第7
項のいずれか1つに記載の電動機装置において、
前記電機子によつて担持された整流子であつ
て、前記相対的移動方向に離間され且つ対をなし
て配列された複数個の片を有し、各対の前記片が
1固定子磁極ピツチだけ離れ、該対の各片が電機
子巻線の夫々の一端に結合されている整流子と、
前記反復可能部毎に1つの第1群と第2群とに
配置された複数個のブラシであつて、前記相対的
移動が起るとき、各群の1個のブラシから成る少
くとも1対のブラシが整流子片の対応する対と接
触し、前記片の対がブラシ群の間を通過すると
き、整流子片の各対が一時的に前記ブラシとの接
触を断つように前記整流子と結合する複数のブラ
シと、
前記複数のブラシの配列を支持するブラシ保持
器手段と、
を備え、電気的切換え手段が、それぞれの前記整
流子片の対が1個の片において前記第1群のブラ
シによつて接触され、それに対応する片において
前記第2群のブラシによつて接触される前記電機
子巻線と前記固定子巻線とに流れる電流を制御す
るように接続されていることを特徴とする電動機
装置。
9 前記開路巻線を流れる電流が、それぞれの整
流子片が移動してブラシとの接触を断つときに遮
断され、この遮断された開路巻線に結合された対
をなす2つの整流子片の間に誘導電圧を生じるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第8項記載の電動
機装置。
10 前記電機子巻線の遮断から生じる誘導電圧
から回収される電気的エネルギーを回収し処理す
るための電気的エネルギー回収・処理手段を含む
ことを特徴とする特許請求の範囲第9項記載の電
動機装置。
11 前記電気的エネルギー回収・処理手段が複
数の半ブリツジ回路を含み、該半ブリツジ回路の
それぞれが一群のブラシと電気的端子との間に接
続されており、
前記半ブリツジ回路の各々は、少くとも1個の
ダイオードを含み、それぞれの整流子片の間の電
機子巻線が遮断されて自己誘導電圧を生じるまで
逆バイアスされるようになされており、該自己誘
導電圧によつて、前記半ブリツジ回路と前記の遮
断された電機子巻線の対向端に結合された半ブリ
ツジ回路との少くとも1個のダイオードを順方向
にバイアスし、もつて、遮断された電機子巻線に
含まれる電磁エネルギーが電気的エネルギーとし
て回収され、それぞれの極性をもつて前記電気的
端子へ供給されることを特徴とする特許請求の範
囲第10項記載の電動機装置。
12 前記電気的エネルギー回収・処理手段が複
数の半ブリツジ回路を含み、各々の半ブリツジ回
路が電気的スイツチと電気的端子との間に接続さ
れ、
前記半ブリツジ回路の各々は、少くとも1個の
ダイオードを含み、前記電気的スイツチに接続さ
れた巻線が遮断されて自己誘導電圧を生じるまで
逆バイアスされるようになされ、該自己誘導電圧
によつて、前記半ブリツジ回路と前記電機子巻線
の対向端に結合された半ブリツジ回路との少くと
も1個のダイオードを順方向にバイアスし、遮断
された巻線に含まれる電磁エネルギーが電気的エ
ネルギーとして回収され、それぞれの極性をもつ
て前記電気的端子へ供給されることを特徴とする
特許請求の範囲第10項記載の電動機装置。
13 前記電気的接続手段に電流を流すための前
記電流付与手段が、電気的エネルギーを受け取り
又は供給するための正極性及び負極性の端子を備
えており、
前記電気的エネルギー回収・処理手段が、前記
第1群のブラシと前記端子との間及び前記第2群
のブラシと前記端子との間に接続された群をなす
ダイオードを含むことを特徴とする特許請求の範
囲第10項記載の電動機装置。
14 前記相対的移動方向に前記固定子磁極に対
して1固定子磁極ピツチだけ前記電機子極の作動
方向を個別に変更するための手段を更らに備える
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項〜第13
項のいずれか1つに記載の電動機装置。
15 前記電機子極の作動方向を個別に変更する
ための前記手段が、固定子磁極対あたり前記第1
群と第2群とに配置された複数個のブラシを保持
し該ブラシを前記相対的移動方向に変位させるた
めのブラシ保持器手段を備えることを特徴とする
特許請求の範囲第8項に従属する特許請求の範囲
第14項記載の電動機装置。
16 複数個のエネルギー処理ブラシと各エネル
ギー処理ブラシに結合されたエネルギー処理手段
とを備え、回収された電気的エネルギーを利用す
るための手段を含み、
少くとも1個のエネルギー処理ブラシが、各隣
り合う群のブラシの間に位置しており、前記整流
子片がブラシ群のうちの1つブラシとの接触から
離れるとき該ブラシと同時に整流子片と接触し、
且つ、隣り合うブラシ群の間の前記整流子片の移
動の少くとも1部の間、前記整流子片と完全に接
触するようになされていることを特徴とする特許
請求の範囲第9項記載の電動機装置。
17 電気的端子手段から導出される電気的エネ
ルギーと前記磁気的構造とを誘導的に連結する巻
線を付勢することによつて、前記磁界を制御する
ように作動する電気的スイツチ手段を含むことを
特徴とする特許請求の範囲第10項記載の電動機
装置。
18 前記起磁力制御手段が、前記固定子磁極を
付勢するための多重固定子巻線であつて、関連す
る電機子巻線と共に巻線セツトを形成するように
付勢可能な多重固定子巻線を備えることを特徴と
する特許請求の範囲第4項に従属する特許請求の
範囲第8項記載の電動機装置。
19 固定子磁極を付勢する前記固定子巻線が整
数の固定子巻線対となされた特許請求の範囲第1
8項記載の電動機装置であつて、前記電動機に対
して電気的エネルギーを受け取り且つ前記電動機
からの電気的エネルギーを給送するための正及び
負の電気的端子手段を含み、
対のうち一方の固定子巻線が前記電気的接続手
段と前記端子の1つとの間に結合され、該固定子
巻線対のうちの他方の固定子巻線が前記端子の他
方と前記第1のブラシの前記部分から1固定子磁
極ピツチだけ移動された第2のブラシとの間に結
合されることを特徴とする電動機装置。
20 付勢される電機子巻線の数を変更するため
の前記電気的接続手段が、零から任意の数までの
前記巻線に接続するための手段を含むことを特徴
とする特許請求の範囲第1項〜第19項のいずれ
か1つに記載の電動機装置。
21 前記電機子極が、前記相対的位置において
前記起磁力手段と前記電機子電磁極との各組合せ
に対して最大と最小との磁界エネルギー位置の間
に位置することを特徴とする特許請求の範囲第1
項〜第20項のいずれか1つに記載の電動機装
置。
発明の概要
この発明は国際出願PCT/US80/00226(1980
年3月3日出願、名称:多重巻線電気機械)に記
載されるごとき多重巻線電動機の制御装置に関す
る。本出願は電動機内部の種々のトルク発生巻線
セツトを付勢する種種の電気スイツチを操作する
とともにブラシ保持器を位置ぎめすることにより
多重巻線電動機のトルク制御を提供する。これら
の巻線セツトを付勢し、消勢するのは個個の電気
スイツチであり、これらは順次動作可能で多重巻
線電気機械をすべてのトルクレベルに保つ。この
多重巻線電動機は独自の態様で制御可能である。
すなわち、この多重巻線電動機は多数の電気制御
点として、整流子と接触する2群から成る多数の
ブラシを有する。これらのブラシの夫々は、固定
子巻線又はその一部と直接あるいは直列の形で、
電気スイツチを介して電気エネルギー源からの電
気エネルギーにより付勢することができる。した
がつてこれらの電気スイツチを操作することによ
り多重巻線電動機の発生するトルクの大きさを制
御することができる。この多重巻線電動機のトル
ク制御のもうひとつの特徴はブラシ保持器の位置
の切換にあり、これに用いて2群の多数ブラシの
位置を変え、もつて発生トルクの方向と大きさを
制御するようにしたことである。さらにこの発明
によれば、個々の電気スイツチはひとつずつかつ
累積的に可逆の順序で動作して、規則的な増分を
もつて機械の能力内で所望のトルクまで増加させ
る。電気スイツチのひとつずつかつ累積的な動作
というのは、一度にひとつずつスイツチが動作す
るということと、トルク上昇シーケンス又はトル
ク減少シーケンスにおいていつたん動作したスイ
ツチはその位置を保ち、その状態で次のスイツチ
が動作するということである。さらにこの発明は
結合整流子片を介して2群のブラシと断続する多
重巻線電動機の開回路電機子巻線からの電磁エネ
ルギーを回収する手段を含む。このエネルギー回
収手段は各群のブラシと電源端子間に挿入された
複数のダイオードから成る半ブリツジ回路を含
む。ダイオードは常時は逆バイアスされている
が、開回路電機子巻線がしや断されるとこれによ
り電圧が誘起され、これが半ブリツジ回路のうち
しや断された開回路電機子巻線の両端と結合する
整流子片と結合するダイオードを順方向にバイア
スし、こうしてしや断された開回路電機子巻線に
関係する電磁エネルギーは回収され、電源端子に
送られる。
発明の背景
1 技術分野
この出願は電動機の速度及び正負両トルクにつ
いてのトルク制御装置、及び電動機始動装置、及
びパワー出力制御装置に関する。この発明はブラ
シ型機械に対するこの種の制御装置に関し、詳細
には国際出願PCT/US80/00226に記載するよ
うなブラシ型電気機械の制御装置に関する。
2 背景技術
従来のブラシ型電気機械制御装置では速度及び
電流、特に電動機の始動時に生じる過大電流を制
御するため直列抵抗を使用する。これらのブラシ
型機械に対する制御はこれらの電動機を応用する
上で大変重要である。ブラシ型機械に対する高信
頼、高効率の制御装置が要望されている。一定電
位源より付勢される直巻電動機の速度及びトルク
は主回路に直列に抵抗を挿入することにより制御
できる。分巻と複巻電動機の速度制御は電機子回
路のみと直列に抵抗を挿入することにより得られ
る。分巻電動機では固定子の界磁束を変えても速
度制御できる。ただし並列の固定子界磁束が非常
に弱いときに電動機の暴走を防止するのに特別な
構成を必要とする。直流電動機の速度は印加電圧
を変えることによつて制御できる。ワードレオナ
ード方式の速度制御は直流電動機に印加する電圧
を変える方式の一例である。ワードレオナード方
式では電動発電機からの可調整出力電圧を電動機
に印加する。車両電動機の制御装置では電動機の
出力トルクを制御するため、電動機への入力電力
を調整すべく抵抗とバツテリを種々組合せて接続
する電気機械スイツチとともに半導体チヨツパ制
御装置を使用する。
発明の開示
この発明によれば上記多重巻線電動機に対し、
そのトルク発生巻線セツト数を変えることによつ
て制御する。各多重巻線電動機は多数のトルク発
生巻線セツトを有しており、トルク発生巻線セツ
トはブラシ空位と電機子の回転方向に沿う付勢ト
ルク発生巻線セツトの周囲の位置について、所定
の順序で付勢、消勢されるため、多重巻線電動機
はその軸受に加わる負荷とほぼ機械的なバランス
を保つよう種々の数のトルク発生巻線セツトが付
勢された状態で効率よく運転される。
第1図において、ひとつの多重巻線電動機モー
タのトルク発生巻線セツトは多重巻線電気機械固
定子起磁力発生手段として、分割固定子巻線9−
10と11−12のような固定子巻線と、多重巻
線電気機械開路電機子巻線60−61のような電
機子巻線から成り、これらは前記国際出願に記載
する多重巻線電動機と同様に配置され、ブラシ1
3と14及びブラシ保持器82を用いて相互接続
されている。各トルク発生巻線セツトはトルク発
生セツト電流制御手段を介して流れる電流によつ
て付勢される。この電流制御手段は種々の電気ス
イツチ、例えばスイツチ1,2,3,4,5,
6,7,8又は、ブラシを整流器から持ち上げる
ことにより、個々のトルク発生巻線セツトと関連
する、第1ブラシグループのブラシ13,21,
27,33及び第2ブラシグループのブラシ1
4,22,28,34の整流子接点を制御する手
段を含む。Claim 1: An electric motor arrangement combining a control device with an electric motor having at least one repeatable portion including a group of poles and a winding, wherein the stator and the armature face each other across an air gap, arranged for relative movement in at least one predetermined direction, the stator comprising two stator poles for each repeatable section facing the air gap and arranged in the direction of relative movement. , the armature comprises an armature magnetic structure and a plurality of open windings for each repeatable portion, each of the windings having a starting end and a terminal end, the ends of each winding being opposite to each other; each winding overlaps at least one adjacent winding and is affixed to the magnetic structure of the armature and inductively connected to the magnetic structure of the armature. electrical connection means establish electrical connection with the ends of the open windings of the armature; and magnetomotive force means couple the biasing of the stator poles to adjacent biased magnets. The stator magnetic poles connected to each other are of opposite polarity, and the current applying means causes a current to flow through the electrical connection means and the connected armature winding to connect the electromagnetic poles of the armature to the adjacent poles. and the electrical connection means changes the number of armature windings energized when receiving a command to control the strength of the electromagnetic poles of the armature. and by connecting to at least one unenergized armature winding and breaking the connection to at least one previously energized armature winding, the electromagnetic constructed and arranged to move a pole on the magnetic structure of the armature to maintain a predetermined operating direction of the armature pole relative to the stator pole when the relative movement occurs; the operating direction changing means individually changes the operating direction of the electromagnetic poles of the armature by one stator magnetic pole pitch with respect to the stator magnetic poles in the direction of the relative movement; An electric motor device characterized in that the magnitude and direction of the force and torque generated by the electric motor are controlled by controlling the electric connection means and the operation direction changing means. 2. The electrical connection means includes means for connecting the armature windings to generate an output stepwise between zero and maximum electric functional power, and means for operating the operating direction changing means between them. An electric motor device according to claim 1, characterized in that: 3. A motor arrangement according to claim 1, wherein said electrical connection means are constructed and arranged to provide at least one unconnected armature winding. 4. Claims 1 to 3 include magnetomotive force control means for controlling the magnetomotive force means to urge various numbers of the stator magnetic poles to various strengths. The electric motor device according to any one of paragraphs. 5. The electrical connection means and the magnetomotive force control means are configured such that the repeatable portion establishes the armature electromagnetic poles and the stator magnetic poles to a strength that causes them to rise to a first level motor output. The electric motor device according to claim 4, characterized in that the electric motor device is constructed and arranged. 6 said electrical connection means and said magnetomotive force control means are configured to establish, by said repeatable portion, said armature electromagnetic poles and said stator magnetic poles to a strength that rises to a second level motor output; A motor device as claimed in claim 5, constructed and arranged in a manner further comprising means for establishing by means of a repeatable portion another magnetic pole strength rising to another level of motor output. An electric motor device characterized by being provided with. 7. Claim 1, characterized in that it includes means for processing the magnetic energy available as an induced kick voltage between the interrupted armature windings.
The electric motor device according to any one of items 6 to 6. 8. Claims 1 to 7, wherein the armature winding extends between both ends and the electrical connection means.
In the electric motor device according to any one of paragraphs, a commutator carried by the armature includes a plurality of pieces spaced apart in the direction of relative movement and arranged in pairs. a commutator, the pieces of each pair being separated by one stator pole pitch, each piece of the pair being coupled to a respective end of an armature winding; one first group for each repeatable section; and a second group of brushes, wherein when said relative movement occurs, at least one pair of brushes of each group is arranged in contact with a corresponding pair of commutator segments. a plurality of brushes in contact and coupled to the commutator such that each pair of commutator segments temporarily breaks contact with the brushes as the pair of segments passes between brush groups; brush holder means for supporting an array of brushes; and electrical switching means, wherein each pair of said commutator segments is contacted in one segment by said first group of brushes, and electrical switching means corresponding thereto. An electric motor device, wherein the armature winding and the stator winding are connected to each other so as to control the current flowing through the armature winding and the stator winding that are contacted by the second group of brushes. 9. The current flowing through the open circuit winding is interrupted when each commutator segment moves to break contact with the brush, and the current flowing through the open circuit winding is interrupted when the respective commutator segment moves to break contact with the brush, and the current flowing through the two commutator segments of the pair connected to this interrupted open circuit winding is 9. The electric motor device according to claim 8, wherein an induced voltage is generated between the electric motor devices. 10. The electric motor according to claim 9, characterized in that it includes an electrical energy recovery/processing means for recovering and processing electrical energy recovered from the induced voltage resulting from the interruption of the armature winding. Device. 11. The electrical energy recovery and processing means includes a plurality of half-bridge circuits, each of the half-bridge circuits being connected between a group of brushes and an electrical terminal, each of the half-bridge circuits having a each of which includes a diode, the armature winding between each commutator bar is reverse biased until it is interrupted and produces a self-induced voltage, which causes the armature winding between the respective commutator segments to forward biasing at least one diode of a bridge circuit and a half-bridge circuit coupled to opposite ends of said disconnected armature winding, such that at least one diode included in said disconnected armature winding; 11. The electric motor device according to claim 10, wherein electromagnetic energy is recovered as electrical energy and supplied to the electrical terminals with respective polarities. 12. The electrical energy recovery and processing means includes a plurality of half-bridge circuits, each half-bridge circuit being connected between an electrical switch and an electrical terminal, and each of the half-bridge circuits having at least one diodes, the windings connected to the electrical switch are reverse biased until they are cut off and produce a self-induced voltage, which causes the half-bridge circuit and the armature winding to By forward biasing at least one diode with a half-bridge circuit coupled to the opposite ends of the wire, the electromagnetic energy contained in the interrupted windings is recovered as electrical energy and the polarity of each 11. The electric motor device according to claim 10, wherein the electric motor device is supplied to the electrical terminal. 13. The current applying means for passing a current through the electrical connection means includes positive and negative terminals for receiving or supplying electrical energy, and the electrical energy recovery/processing means The electric motor according to claim 10, further comprising a group of diodes connected between the first group of brushes and the terminal and between the second group of brushes and the terminal. Device. 14. The invention further comprises means for individually changing the operating direction of the armature poles by one stator pole pitch with respect to the stator poles in the direction of relative movement. Items 1 to 13
The electric motor device according to any one of paragraphs. 15. The means for individually changing the operating direction of the armature poles is configured such that the first
Subject to Claim 8, characterized in that it comprises brush holder means for holding a plurality of brushes arranged in a group and a second group and displacing the brushes in said direction of relative movement. An electric motor device according to claim 14. 16 comprising a plurality of energy treatment brushes and energy treatment means coupled to each energy treatment brush, including means for utilizing the recovered electrical energy, at least one energy treatment brush being connected to each neighbor; located between mating groups of brushes, contacting the commutator bar simultaneously with the brush when the commutator bar leaves contact with one brush of the brush group;
Further, during at least part of the movement of the commutator pieces between adjacent brush groups, the brushes are completely in contact with the commutator pieces. electric motor equipment. 17 including electrical switch means operative to control said magnetic field by energizing a winding inductively coupling said magnetic structure with electrical energy derived from electrical terminal means; The electric motor device according to claim 10, characterized in that: 18. The magnetomotive force control means comprises multiple stator windings for energizing the stator magnetic poles, the multiple stator windings being energable together with associated armature windings to form a winding set. An electric motor device according to claim 8 as dependent on claim 4, characterized in that it comprises a wire. 19 Claim 1, wherein the stator windings that energize the stator magnetic poles are formed into an integral number of stator winding pairs.
9. A motor device according to claim 8, comprising positive and negative electrical terminal means for receiving electrical energy to and transmitting electrical energy to and from the motor; A stator winding is coupled between the electrical connection means and one of the terminals, the other stator winding of the pair of stator windings being coupled between the other of the terminals and the first brush. A motor device, characterized in that the electric motor device is coupled between the second brush and the second brush, which is moved one stator pole pitch from the section. 20. Claims characterized in that said electrical connection means for changing the number of armature windings energized includes means for connecting to any number of said windings from zero to any number. The electric motor device according to any one of Items 1 to 19. 21. The armature pole is located between a maximum and a minimum magnetic field energy position for each combination of the magnetomotive force means and the armature electromagnetic pole at the relative position. Range 1
The electric motor device according to any one of items 20 to 20. SUMMARY OF THE INVENTION This invention is disclosed in the international application PCT/US80/00226 (1980
The present invention relates to a control device for a multi-winding electric motor as described in the application filed on March 3, 2013, entitled: Multi-winding Electric Machine. The present application provides torque control of a multi-winding motor by positioning a brush retainer as well as operating various electrical switches that energize various sets of torque-generating windings within the motor. Energizing and deenergizing these winding sets are individual electrical switches that can be operated in sequence to maintain the multi-winding electric machine at all torque levels. This multi-winding motor can be controlled in a unique manner.
That is, this multi-winding motor has as a number of electrical control points a number of brushes in two groups in contact with the commutator. Each of these brushes may be directly or in series with the stator winding or a portion thereof.
It can be powered by electrical energy from an electrical energy source via an electrical switch. Therefore, by operating these electric switches, the magnitude of the torque generated by the multi-winding motor can be controlled. Another feature of the torque control of this multi-winding electric motor is the switching of the position of the brush holder, which is used to change the position of the multiple brushes in the second group, thereby controlling the direction and magnitude of the generated torque. This is what I did. Further in accordance with the invention, the individual electrical switches are operated one by one and cumulatively in a reversible sequence to increase the desired torque within the capacity of the machine in regular increments. Single and cumulative operation of electrical switches means that one switch is operated at a time, and once a switch is operated during a torque increase sequence or a torque decrease sequence, it remains in that position and remains in that position for the next operation. This means that the switch is working. The invention further includes a means for recovering electromagnetic energy from an open circuit armature winding of a multi-winding motor that intersects the two groups of brushes through a coupled commutator bar. The energy recovery means includes a half-bridge circuit consisting of a plurality of diodes inserted between each group of brushes and the power supply terminals. The diode is normally reverse-biased, but when the open-circuit armature winding is interrupted, it induces a voltage across the open-circuited armature winding that breaks out in the half-bridge circuit. The electromagnetic energy associated with the shredded open circuit armature winding is recovered and routed to the power supply terminals. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Technical Field This application relates to a torque control device for speed and both positive and negative torque of an electric motor, a motor starting device, and a power output control device. The present invention relates to a control device of this kind for a brush-type machine, and in particular to a control device for a brush-type electric machine as described in international application PCT/US80/00226. 2. Background Art Conventional brush-type electromechanical control devices use series resistors to control speed and current, particularly excessive currents that occur during motor starting. Control over these brush-type machines is very important when applying these motors. There is a need for a highly reliable and highly efficient control device for brush type machines. The speed and torque of a series motor powered by a constant potential source can be controlled by inserting a resistor in series with the main circuit. Speed control of shunt and compound-wound motors is obtained by inserting a resistor in series with the armature circuit only. In shunt-wound motors, the speed can be controlled by changing the stator field flux. However, special configuration is required to prevent runaway of the motor when the parallel stator field flux is very weak. The speed of a DC motor can be controlled by varying the applied voltage. Ward Leonard speed control is an example of a method that changes the voltage applied to a DC motor. In the Ward Leonard method, an adjustable output voltage from a motor generator is applied to the motor. In order to control the output torque of the motor, a control device for a vehicle electric motor uses a semiconductor chopper control device together with an electromechanical switch that connects various combinations of resistors and batteries to adjust the input power to the motor. DISCLOSURE OF THE INVENTION According to the present invention, for the multi-winding motor,
It is controlled by changing the number of torque generating winding sets. Each multi-winding motor has a number of torque-generating winding sets that have a predetermined range of positions around the brush empty and energizing torque-generating winding sets along the direction of rotation of the armature. Because they are energized and deenergized in sequence, a multi-winding motor can operate efficiently with a varying number of torque-generating winding sets energized to approximately mechanically balance the loads on its bearings. Ru. In FIG. 1, the torque generating winding set of one multi-winding electric motor is divided into split stator windings 9-
10 and 11-12, and armature windings such as multi-wound electric machine open-circuit armature windings 60-61, which are similar to the multi-wound electric motor described in said International Application. Similarly arranged, brush 1
3 and 14 and a brush retainer 82. Each torque generating winding set is energized by a current flowing through a torque generating set current control means. This current control means is connected to various electrical switches, such as switches 1, 2, 3, 4, 5,
6, 7, 8 or the brushes 13, 21, of the first brush group associated with the individual torque generating winding sets by lifting the brushes from the rectifier.
27, 33 and brush 1 of the second brush group
4, 22, 28, and 34 commutator contacts.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]
第1図は2極多重巻線電動機制御回路の線図を
示し、ここにおいて、多重巻線電動機は4つのト
ルク発生巻線セツトを有し、トルクは4つの双極
単投スイツチを作動することにより4段階でゼロ
より最大まで可変である。この多重巻線電動機線
図は前記国際出願で用いたのと同じ簡略図法を採
用しており、それにブラシ保持器を加えたもので
ある。第1図を簡略化し、一面での多重巻線電動
機を表わすため、整流子片72〜81を有する整
流子88、ブラシ14,22,28,34,1
5,13,21,27,33,16、接続回路、
ブラシ保持器82、ブラシばね93は固定子極7
0,71と電機子86間の拡大エアギヤツプのと
ころに図示している。前記国際出願及び本願に従
う好適な実際の電気機械ではこの仮想的だが簡略
化したエアギヤツプ配置よりこれらの回路要素は
除かれ、固定子のヨーク83と電機子のマグネチ
ツク部材86に隣接して配置される。前記国際出
願には回転多重巻線電気機械における整流子及び
ブラシ付ブラシ保持器の実際的な配置を示すいく
つかの図が示されている。第1図において、破線
は夫々固定子と電機子のマグネチツク部材の裏側
を通過する固定子巻線と電機子巻線を表わす。
第2図は第1図の多重巻線電動機に対し順方向
でのトルク制御を行うため、第1図の4つのスイ
ツチを作動するためのカム動作形制御装置を示
す。
第3図は第1図の多重巻線電動機の一部を表わ
し、固定子極に対し、中性位置、すなわち多重巻
線電動機がゼロ速度をとり、順、逆いずれのトル
クも発生しない位置に移動したブラシ保持器を示
す。
第4図は第1図の多重巻線電動機の一部を表わ
し固定子極に対し、第1図とは逆方向のトルクが
発生するよう移動したブラシ保持器を示す。
第5図は第1図のブラシ保持器の位置により順
方向又は第4図のブラシ保持器の位置により逆方
向でのトルク制御を与えるため第1図の4つのス
イツチを作動するカム動作形制御装置を示す。
第6図は4極多重巻線電動機制御装置の線図を
示し、この多重巻線電動機は8つのトルク発生巻
線セツトを有しており、トルクは8つの3極単投
スイツチを作動することにより8段階でゼロから
最大まで可変である。この多重巻線電動機線図は
前記国際出願及び第1図に示すのと同一の簡略図
法に従つている。ただし、本図において整流子は
223、整流子片は177〜196、ブラシ保持
器は222、ブラシは157〜176、ブラシば
ねは226である。第6図において破線は夫々固
定子と電機子のマグネチツク部材の裏側を通過す
る固定子巻線と電機子巻線を表わす。
FIG. 1 shows a diagram of a two-pole multiple winding motor control circuit in which the multiple winding motor has four torque generating winding sets and the torque is generated by actuating four double pole single throw switches. It is variable in 4 stages from zero to maximum. This multi-winding motor diagram employs the same simplified diagramming method used in the aforementioned international application, with the addition of a brush holder. To simplify FIG. 1 and represent a multi-winding motor in one plane, a commutator 88 having commutator pieces 72 to 81, brushes 14, 22, 28, 34, 1
5, 13, 21, 27, 33, 16, connection circuit,
The brush holder 82 and the brush spring 93 are connected to the stator pole 7
0.71 and the enlarged air gap between armature 86. In the preferred actual electrical machine according to the international application and the present application, these circuit elements are removed from this hypothetical but simplified air gap arrangement and are placed adjacent to the stator yoke 83 and the armature magnetic member 86. . The international application contains several diagrams showing the practical arrangement of commutators and brush holders in rotating multi-winding electric machines. In FIG. 1, the dashed lines represent the stator and armature windings passing behind the magnetic members of the stator and armature, respectively. FIG. 2 shows a cam actuated control system for operating the four switches of FIG. 1 to provide forward torque control for the multi-winding motor of FIG. Figure 3 shows a part of the multi-winding motor shown in Fig. 1, and shows a neutral position with respect to the stator poles, that is, a position where the multi-winding motor has zero speed and does not generate either forward or reverse torque. The moved brush retainer is shown. FIG. 4 represents a portion of the multi-winding motor of FIG. 1, showing the brush retainer moved so as to generate a torque in the opposite direction to that of FIG. 1 with respect to the stator poles. Figure 5 shows a cam-operated control that operates the four switches in Figure 1 to provide torque control in the forward direction depending on the position of the brush retainer in Figure 1 or in the reverse direction depending on the position of the brush retainer in Figure 4. Show the device. FIG. 6 shows a diagram of a four-pole multiple winding motor control system, the multiple winding motor having eight torque generating winding sets, the torque being able to actuate eight three pole single throw switches. It is variable in 8 steps from zero to maximum. This multi-winding motor diagram follows the same simplified diagramming method as shown in the above-mentioned international application and in FIG. However, in this figure, the commutator is 223, the commutator pieces are 177-196, the brush holder is 222, the brushes are 157-176, and the brush spring is 226. In FIG. 6, the dashed lines represent the stator and armature windings passing behind the magnetic members of the stator and armature, respectively.
【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
この詳細な説明では(1)2固定子極多重巻線電動
機に対する順方向トルク制御装置(2)トルク発生セ
ツトとして付勢されていない電機子巻線からのエ
ネルギーの回収(3)2固定子極多重巻線電動機に対
する逆トルク制御装置(4)2固定子型対多重巻線電
動機で代表される一般多数固定子極多重巻線電動
機に対する順方向トルク制御装置(5)一般多数固定
子極多重巻線電動機に対する逆方向トルク制御装
置、について記述する。
第1図の線図に示されるような、2つの固定子
極70と71、4つの分割固定子巻線9−10,
11−12、17−18,19−20,23−2
4,25−26,29−30,31−32、及び
5つの開路電機子巻線60−61,62−63,
64−65,66−67,68−69を有する2
極多重巻線電動機を考えてみよう。前記国際出願
からわかるように、固定子巻線が4つであるのは
この多重巻線電動機制御装置を簡単にするために
選んだ固定子巻線の数にすぎず、4つ以上又はそ
れ以下の固定子巻線に対する制御装置を除外する
意図ではない。同様5つの開路電機子巻線はこの
多重巻線電動機制御装置の簡略化のために選定さ
れたものであり、5以下又は5以上の開路電機子
巻線の多重巻線電動機ないし制御装置を除外する
意図ではない。第1図はさらに、固定子ヨーク8
3、構造支持体84、キー85、ブラシばね9
3、ばね装着されたブラシ13,14,21,2
2,27,28,33,34、ブラシ保持器8
2、電機子86、その歯87、整流子88、整流
子片72〜81、機械的エネルギー結合部89、
キー90、ブラシ空位15,16を示す。回転多
重巻線電動機においては、構造支持体84は固定
子ハウジングであり、機械的エネルギー結合部8
9はシヤフトであり、軸受がシヤフトをハウジン
グ内に位置ぎめしその内部での回転を可能とす
る。この構造は前記国際出願に示されている。ブ
ラシ空位についても同国際出願に示されている
が、一般的に、ブラシ空位とは開路電機子巻線電
流のしや断と反転を可能とするブラシにおけるギ
ヤツプである。ブラシはブラシ空位を境にして第
1群と第2群の2つの群に分かれる。ブラシ1
3,21,27,33は第1群のブラシであり、
ブラシ14,22,28,34は第2群のブラシ
である。ブラシ保持器82は機械的に構造支持部
84に取り付けられ、整流子88は機械的エネル
ギー結合部89に取り付けられる。この多重巻線
電動機では一度に1セツトずつ4段階のシーケン
スで分割固定子巻線を付勢ないし消勢することに
より、最大トルクのほぼ1/4の割合でトルクを切
り換えることができる。
第1図において、このシーケンスの第1段階で
は電気スイツチ1と2を閉にすることによつて直
流電源51により固定子巻線9−10と11−1
2を付勢する。固定子巻線9−10と11−12
は夫々第1群と第2群のブラシ13と14につな
がり、これらのブラシは種々の電機子位置におい
て種々の整流子片を介して、開路電機子巻線のう
ちブラシ空位よりトルク発生方向とは逆方向にひ
とつずれた電機子巻線、即ち第1図において電機
子を左方に動かすことになる順方向でのトルク発
生において、次にブラシ空位に進む電機子巻線を
付勢する。
第1図において、このシーケンスの第2段階で
は第1段階を続けるとともに、電気スイツチ3と
4を閉にして直流電源51により固定子巻線17
−18と19−20を付勢する。固定子巻線17
−18と19−20は夫々第1群と第2群のブラ
シ21と22につながり、これらのブラシは種々
の電機子位置において種々の整流子片を介して、
開路電機子巻線のうちブラシ空位よりトルク発生
方向とは逆方向に2つずれた位置にある電機子巻
線を付勢する。
第1図において、このシーケンスの第3段階で
は第2段階を続けるとともに電気スイツチ5と6
を閉にして電源51により固定子巻線23−24
と25−26を付勢する。これらの固定子巻線は
夫々第1群と第2群のブラシ27と28につなが
り、これらのブラシは種々の電機子位置において
種々の整流子片を介して、ブラシ空位よりトルク
発生方向とは逆方向に3つずれた位置にある開路
電機子巻線を付勢する。
第1図において、このシーケンスの第4段階で
は第3段階を続けるとともに電気スイツチ7と8
を閉にして電源51により固定子巻線29−30
と31−32を付勢する。これらの固定子巻線は
夫々第1群と第2群のブラシ33と34につなが
り、これらのブラシは種々の電機子位置において
種々の整流子片を介してブラシ空位よりトルク発
生方向とは逆方向に4つずれた開回路電機子巻線
を付勢する。
以上の4つの段階では第1群と第2群のブラシ
が、ブラシ空位について、トルク発生方向とは逆
方向の順序で順次付勢されるということに注目さ
れたい。すなわち、第1段階ではブラシ空位から
ひとつずれた位置にある第1群と第2群のブラシ
が付勢され、第2段階では第1段階を続けるとと
もに、ブラシ空位から2つずれた位置にある第1
群と第2群のブラシが付勢され、第3段階では第
2段階を続けるとともにブラシ空位から3つずれ
た位置にある第1群と第2群のブラシが付勢さ
れ、第4段階では第3段階を続けるとともにブラ
シ空位から4つずれた位置にある第1群と第2群
のブラシが付勢される。固定子巻線と第1群と第
2段のブラシ位置を付勢することにより開路電機
子巻線を付勢する上記シーケンスの各段階におい
て、新しい段階は前の段階が保たれた形で始ま
る。したがつて、各付勢段階において多重巻線電
動機の構成は維持される。
消勢シーケンスは付勢シーケンスの逆である。
すなわち4つの開回路電機子巻線が第1群と第2
群の付勢ブラシ位置において付勢された状態よ
り、電気スイツチ7と8を開にして3つの開回路
電機子巻線のみを付勢した状態にし、3つの開回
路電機子巻線が付勢された状態より電気スイツチ
5と6を開にして2つの開回路電機子巻線のみを
付勢した状態にし、2つの開回路電機子巻線が付
勢された状態より電気スイツチ3と4を開にして
ひとつの開回路電機子巻線のみを付勢した状態と
し、最後に多重巻線電動機を完全に消勢するため
電気スイツチ1と2を開にする。
ブラシ空位からまだ離れている間における開回
路電機子巻線の電流の遮断による電磁エネルギー
は各ブラシ13,14,21,22,27,2
8,33,34と直流電源51の正負端子間に挿
入されたダイオードによりなされる。これらのダ
イオードは第1図において35〜50で示され
る。直流電源51の正端子に接続されるダイオー
ドはカソードを介してこの正端子に接続され、そ
のアノードはブラシに接続される。直流電源51
の負端子に接続されるダイオードはそのアノード
を介してこの負端子に接続され、そのカソードは
ブラシに接続される。35と36のようなダイオ
ード対は半ブリツジ回路と呼ばれる。この電磁エ
ネルギーの回収は下記の条件の下では次のように
してなされる。第1図の多重巻線電動機が上述し
たように2つのトルク発生セツトが付勢されて第
2段階のトルクレベルで運転されているとする。
これはスイツチ1,2,3,4を閉にしたとき生
じる。整流子88とともに電機子87が第1図よ
り左方へ整流子片1/2個分移動したとすると、す
べてのブラシ13,14,21,22,27,2
8,33及び34は整流子片72〜81間のギヤ
ツプをまたぎ、すべての開回路電機子巻線は電気
スイツチ1,2,3,4により付勢された固定子
巻線を通つて流れる付勢電流を大小はともかくな
んらかの割合で並列に受け取る。電機子がさらに
同一方向に動くと、ブラシ空位より3つ及び4つ
ずれた第1と第2群のブラシ位置において2つの
非付勢開路電機子巻線における並列付勢電流は中
断され、これはブラシが整流子片間のギヤツプを
またがなくなるまで整流子片が移動したためであ
る。この電流遮断はブラシ27,28,33及び
34に接続された2つの非付勢開回路電機子巻線
付勢用の第1と第2群のブラシ位置における開路
電機子巻線に大きなキツク性の誘導電圧を誘導す
る。この電圧は開回路電機子巻線に電流を流す電
圧とは逆の極性であり、この逆極性の電圧が接続
整流子片及びこれらの整流子片に乗つているブラ
シ27,28,33及び34を通り、これらのブ
ラシと直流電源端子間に挿入されたダイオードを
通つて電磁エネルギーが前記国際出願に記載され
るのと同様にして再使用しないし蓄積のために回
収される。非付勢開路電機子巻線付勢第1と第2
群のブラシ位置からの電磁エネルギー回収という
この方法は任意の固定子磁極対の多重巻線電動機
に同様に通用される。
以上が順方向のトルク制御に関するものだとす
れば、逆方向のトルク制御は第1図のブラシ保持
器82を1固定子極間隔だけシフトし、電気スイ
ツチを逆のシーケンスで作動することにより得ら
れる。逆トルク発生条件はブラシ保持器82を第
3図に示す位置にシフトし、さらに第4図に示す
位置にシフトすることにより満たされる。第1図
から第4図へのシフトを行うため、ブラシ保持器
82は構造支持体84との間において軸受を有し
ている。この軸受は第1、第3及び第4図には図
示しない。ブラシ保持器82はブラシと整流子片
間のブラシばねの所要負荷状態を保ちつつ動いて
シフトする。以下、4つのトルクレベルでの逆ト
ルク制御について第1図、第4図及び第5図を参
照して説明する。逆トルク発生シーケンスはブラ
シ保持器82を第4図に示す位置にセツトし、す
べての電気スイツチ1,2,3,4,5,6,
7,8を第1図のように開にした状態から開始す
る。
第1図において、ブラシ保持器82が第4図に
示す位置にあるとすると、逆シーケンスの第1段
階では電気スイツチ7と8を閉にして直流電源5
1により固定子巻線29−30と31−32を付
勢する。固定子巻線29−30と31−32は
夫々第1群と第2群のブラシ33と34につなが
り、これらは種々の電機子位置において種々の整
流子片を介して、開路電機子巻線のうちブラシ空
位15と16からひとつずれたものであつて第4
図において電機子に右方向の運動を与える逆トル
ク方向においてブラシ空位に向つて行く電機子巻
線を付勢する。
第1図においてブラシ保持器82が第4図に示
す位置にあるとすると、逆シーケンスの第2段階
では上記第1段階を続けるとともに電気スイツチ
5と6を閉にして固定子巻線23−24と25−
26を電源51で励磁する。固定子巻線23−2
4と25−26は夫々第1群と第2群のブラシ2
7と28につながり、これらのブラシは種種の電
機子位置において種々の整流子片を介して、ブラ
シ空位よりトルク発生方向とは逆に2つずれた位
置にある開路電機子巻線を付勢する。
第1図においてブラシ保持器が第4図に示す位
置にあるとすると、逆トルク発生シーケンスの第
3段階ではこのシーケンスの第2段階を続けると
ともに電気スイツチ3と4を閉にして固定子巻線
17−18と19−20を電源51で励磁する。
固定子巻線17−18と19−20は夫々第1群
と第2群のブラシ21と22につながり、これら
のブラシは種々の電機子位置において種々の整流
子片を介することによつてブラシ空位よりトルク
発生方向とは逆方向に3つずれた開回路電機子巻
線を付勢する。
第1図においてブラシ保持器82が第4図の位
置にあるとすると、逆トルク発生シーケンスの第
4段階ではこのシーケンスの第3段階を続けると
ともに電気スイツチ1と2を閉にして固定子巻線
9−10と11−12を電源51で励磁する。固
定子巻線9−10と11−12は夫々第1群と第
2群のブラシ13と14につながり、これらのブ
ラシは種々の電機子位置において種々の整流子片
を介することによりブラシ空位よりトルク発生方
向とは逆方向に4つずれた開路電機子巻線を付勢
する。
第1図においてブラシ保持器82が第4図に示
す位置にあるとすると逆トルクのレベル減少シー
ケンスは逆トルクのレベル上昇を行う上記シーケ
ンスとは逆のシーケンスである。
多重巻線電動機のトルク方向制御は(1)上述した
ブラシ保持器のシフトによる方法、すなわちブラ
シ保持器を固定子極間隔の1ないし奇数倍シフト
するか、又は(2)巻線電流反転法、すなわち固定子
巻線に流れる電流を電機子巻線に流れる電流の逆
にすることによつてなされる。多重巻線電動機の
トルク方向切換に関する上記2つの方法のうち、
ブラシ保持器を整流子の運動方向に沿つて固定子
磁極間隔の1ないし奇数倍だけシフトする方法の
方が望ましい。巻線電流反転法は電流を反転させ
るのに別個のスイツチ装置を必要とし複雑とな
る。ブラシ保持器のシフト法は整流器との同心関
係を保ちつつブラシ保持器をシフトするための軸
受を必要とし、また、ブラシへの電気接続に可撓
性をもたせる必要がある。
第2図は第1図に示すような多重巻線電動機の
順方向トルク制御に用いられる復帰ばね付の押し
ノブ動作のカムスイツチ制御装置を示す。図示の
制御装置はゼロトルク位置にあり、全ての電気ス
イツチは開で、カム91は圧縮ばね92によりス
トツパに当接して左方に位置している。多重巻線
電動機の順方向トルクを増加したい場合は、ノブ
90を押してカム91を91に動かしばね92を
圧縮する。カム91は電気スイツチが1と2,3
と4,5と6,7と8の順序で動作し、かつ新し
いスイツチが動作する際先に閉じたスイツチはそ
のまま閉じ続けるよう構成されている。したがつ
て、ノブ90を除々に押してカム91を右側スト
ツパに当接させ、しかる後除々にノブ90を解放
することにより、第1図の多重巻線電動機の順方
向トルクを4段階で最大トルクまで増加させると
ともに、逆の順序で同じ4段階を通してゼロトル
クまで減少させることができる。最大トルク以下
のレベルまでトルクを増加させ、そのレベルから
減少させることもできることに注目されたい。
第5図は2つのカム91と95、各カムを作動
するための2個の押しノブ、及び各カム復帰用の
2個のばねにより一連の電気スイツチを作動する
二重カムスイツチ制御装置を示す。カム91はノ
ブ90により作動され、ばね92により復帰させ
られ、カム95はノブ94により作動さればね9
6により復帰させられる。ノブ90、カム91及
びばね92はブラシ保持器82が第1図に示す位
置にある場合に順方向トルクレベルを制御するた
め第2図について上述した通りに動作する。ノブ
94、カム95及びばね96はノブ90、カム9
1及びばね92と同様に動作するがこれらは逆方
向トルク制御のためのものである。多重巻線電動
機においてノブ94、カム95及びばね96を動
作させるためには、ブラシ保持器82を前もつて
第4図に示す位置にシフトする必要がある。これ
を行つた後、ノブ94をカム95が左側のストツ
パに当たるまで除々に押し、その後除々にノブを
解放することにより、第4図の多重巻線電動機の
逆方向トルクを4段階で最大トルクまで増加させ
逆順序の同じ4段階を通してゼロトルクまで減少
させることができる。カム95をこのように動作
することにより電気スイツチは上述した逆の順序
で動作し、逆方向トルク制御を行う。
2固定子極を有する第1図の多重巻線電動機の
トルク制御シーケンスの各段階を切換るのに必要
な基本電気スイツチは例えばスイツチ1と2が組
合わされたり形の双極単投(DPST)スイツチで
あることに注目されたい。多重巻線電動機が2よ
り大きな固定子極数を有する場合要求される基本
電気スイツチは別の構成となる。多重巻線電動機
が2以上の固定子極対を有する場合、トルク制御
シーケンスの各段階に必要な基本電気スイツチは
3極単投(3PST)スイツチである。以下、2以
上の固定子極対を有する多重巻線電動機の制御装
置について説明する。
さて、第6図を参照して、2以上の固定子極対
を有する多重巻線電動機の制御装置を説明する。
固定子極数が2の多重巻線電動機は制御装置を説
明する上で2以上の固定子極対を有する多重巻線
電動機の一般性を持たない。一般的な多重巻線電
動機制御装置を説明するため、第6図に示すよう
に分割直巻固定子巻線タイプの2つの固定子極対
を有する多重巻線電動機について考察する。第6
図は固定子極対ごとに4つの固定子巻線と極対ご
とに5つの開路電機子巻線を有する2つの固定子
極対を備えた多重巻線電動機を示す。この組合せ
はより大きな数の固定子極対を有し、極対当りの
固定子巻線数、電機子巻線数が異なつている多重
巻線電動機を代表するものである。第6図の多重
巻線電動機は8つの3極単投電気スイツチを閉じ
ることにより8段階でゼロトルクから最大トルク
まで変えることができる。これらの電気スイツチ
の極は101〜124で指示されている。これら
の電気スイツチは分割−直巻固定子巻線の両端を
切換える。直流電源51に接続される分割−直巻
固定子巻線の両端を切換える理由は非付勢開回路
電機子巻線付勢用の第1群と第2群のブラシ位置
からの電磁エネルギーを電源51端子に接続され
たダイオードを通して回収させるためである。す
べてのブラシ位置は順方向又は逆方向のあるトル
クレベルにおいて非付勢状態になり得るから、こ
れはすべてのブラシ位置にダイオードが接続され
ることを意味する。この電磁エネルギーの回収は
2固定子極多重巻線電動機において上述したよう
に、整流子片がまだブラシ空位から離れている状
態においてその整流子片が第1群又は第2群のブ
ラシから離れるときに生じる。第6図において1
77〜196がこれらの整流子片を示す。この電
磁エネルギーの回収には3つの電気スイツチ極を
必要とする。なぜなら、2以上の反復可能部多重
巻線電動機において用いられる分割・直巻固定子
巻線の負端は正端と同一の反復可能部に位置した
り、隣接する反復可能部に位置する場合があるか
らである。これについては前記国際出願における
反復可能部に関する詳細な説明を参照されたい。
簡単に述べると、反復可能部とは1極対の機械で
ある。第1図、第3図、第4図及び第6図におい
て、2点鎖線は反復可能部の境界を示す。反復可
能部は固定子の構造支持体、固定子ヨーク、機械
的エネルギー結合、電機子、整流器、ブラシ保持
器、及び電気端子において接合される非付勢開路
電機子巻線付勢用の第1と第2群のブラシ位置か
らの電磁エネルギー回収を行うには、第1図につ
いて述べたように、常時逆バイアスされているダ
イオードを各ブラシと各電源51端子間に挿入す
る必要がある。第6図には図面を簡略化するため
これらのダイオードは図示しない。ただし、ブラ
シ・巻線接続に沿う終端のない線によりダイオー
ドとブラシの接続点が示されている。
第6図の制御装置におけるトルク切換スイツチ
101〜124は第2図と第5図に示すのと同様
なスイツチ・アクチユエータにより3つの群に分
かれて、8段階で動作して8つのトルクレベルを
つくる。第6図の多重巻線電動機は、この電動機
のトルク発生巻線セツトを一度にひとつずつ、8
段階のシーケンスで付勢又は消勢することにより
最大トルクのほぼ1/8の割合で変えることができ
る。第6図はさらに、固定子ヨーク217、構造
支持体229、キー230、ブラシばね226、
ばね装着されたブラシ157〜172、ブラシ保
持器222、電機子225、その歯224、整流
子223、整流子片177〜196、機械的エネ
ルギー結合部227、キー228、及びブラシ空
位173〜176を示す。ブラシ保持器222は
構造支持体229に機械的に取り付けられ、整流
子223は機械的エネルギー結合部に取り付けら
れる。
第6図において、8段階シーケンスの第1段階
では電気スイツチ101と102と103を閉に
することにより固定子巻線125−126,12
7−128及び149−150を励磁する。固定
子巻線125−126は第1群のブラシ157に
つながり、固定子巻線127−128と149−
150は第2群のブラシ161と169に夫々つ
ながる。これらのブラシ157と161又はブラ
シ157と169は種々の電機子位置において
種々の整流子223片を介することによつてブラ
シ空位175と174又は175と176よりト
ルク発生方向とは逆方向にひとつずれている開路
電機子巻線を付勢する。第1図ではトルク発生セ
ツト位置は2つのブラシ空位のみと関連して定め
ることができた。しかし、第6図のように一般の
多重巻線電動機の場合には、そのトルク発生セツ
ト位置は3つのブラシ空位ないし2組のブラシ空
位、すなわちひとつのブラシ空位が中央で残り2
つのブラシ空位がその隣りに位置するという3つ
のブラシ空位との関係において定められる。
第6図において、この8段階シーケンスの第2
段階では第1段階を続けるとともに電気スイツチ
104と105と106を閉にすることにより固
定子巻線141−142,149−150及び1
27−128を付勢する。固定子巻線141−1
42は第1群のブラシ165につながり固定子巻
線149−150と127−128は第2群のブ
ラシ161と169に夫々つながる。ブラシ16
5と169又はブラシ165と161は種々の電
機子位置において種々の整流子223片を介する
ことにより、ブラシ空位173と176又は17
3と174よりトルク発生方向と逆方向にひとつ
ずれている開路電機子巻線を付勢する。
第6図において、このシーケンスの第3段階で
は第2段階を続けるとともに電気スイツチ10
7,108及び109を閉じることにより固定子
巻線129−130,131−132及び151
−152を励磁する。固定子巻線129−130
は第1群のブラシ158につながり固定子巻線1
31−132と151−152は第2群のブラシ
162と170に夫々つながる。ブラシ158と
162又は158と170は種々の電機子位置に
おいて種々の整流子223片を介することにより
ブラシ空位175と174又は175と176よ
りトルク発生方向とは逆方向に2つ離れている開
路電機子巻線を付勢する。
第6図において、このシーケンスの第4段階で
は第3段階を続けるとともに電気スイツチ11
0,111及び112を閉じることにより固定子
巻線143−144,151−152及び131
−132を付勢する。固定子巻線143−144
は第1群のブラシ166とつながり、固定子巻線
151−152と131−132は第2群のブラ
シ170と162に夫々つながる。これらのブラ
シ166と170又は166と162は種々の電
機子位置において種々の整流子223片を介して
ブラシ空位173と176又は173と174よ
りトルク発生方向とは逆方向に2つ離れている開
路電機子巻線を付勢する。
第6図において、このシーケンスの第5段階で
は第4段階を続けるとともに電気スイツチ11
3,114及び115を閉じることにより固定子
巻線133−134,135−136及び153
−154を励磁する。固定子巻線133−134
は第1群のブラシ159とつながり固定子巻線1
35−136と153−154は第2群のブラシ
163と171に夫々つながる。これらのブラシ
159と163又は159と171は種々の電機
子位置において種々の整流子223片を介してブ
ラシ空位175と174又は175と176より
トルク発生方向とは逆方向に3つ離れている開路
電機子巻線を付勢する。
第6図において、このシーケンスの第6段階で
は第5段階を続けるとともに電気スイツチ11
6,117及び118を閉じることにより固定子
巻線145−146,153−154及び135
−136を励磁する。固定子巻線145−146
は第1群のブラシ167につながり、固定子巻線
153−154と、135−136は第2群のブ
ラシ171と163に夫々つながる。これらのブ
ラシ167と171又は167と163は種々の
電機子位置において種々の整流子223片を介し
てブラシ空位173と176又は173と174
よりトルク発生方向とは逆方向に3つ離れている
開路電機子巻線を付勢する。
第6図において、このシーケンスの第7段階で
は第6段階を続けるとともに電気スイツチ11
9,120及び121を閉じることにより固定子
巻線137−138,139−140及び155
−156を励磁する。固定子巻線137−138
は第1群のブラシ160とつながり固定子巻線1
39−140と155−156は第2群のブラシ
164と172に夫々つながる。これらのブラシ
160と164又は160と172は種々の電機
子位置において種々の整流子223片を介してブ
ラシ空位175と174又は175と176より
トルク発生方向とは逆方向に4つ離れている開路
電機子巻線を付勢する。
第6図において、このシーケンスの第8段階で
は第7段階を続けるとともに電気スイツチ12
2,123及び124を閉じることにより固定子
巻線147−148,155−156及び139
−140を励磁する。固定子巻線147−148
は第1群のブラシ168とつながり固定子巻線1
55−156と139−140は第2群のブラシ
172と164に夫々つながる。これらのブラシ
168と172又は168と164は種々の電機
子位置において種々の整流子223片を介してブ
ラシ空位173と176又は173と174より
トルク発生方向とは逆方向に4つ離れている開路
電機子巻線を付勢する。これにより第6図の多重
巻線電動機を最大トルクレベルまで達成する8段
階の付勢シーケンスが完了する。
第6図の電動機において最大トルクレベルより
ゼロトルクにするための消勢シーケンスは上述し
た付勢シーケンスの逆である。8段階の消勢シー
ケンスは段階条件が8、7、6、5、4、3、
2、1に従つて進行する。上記すべての及び又は
消勢段階を通じて多重巻線電動機の形態は各段階
において保たれる。
第6図の形をとる電動機で代表される一般多重
巻線電動機の逆方向トルク制御は第1図において
ブラシ保持器82を第4図に示すようにシフトは
場合に説明した逆方向トルク制御と同様にして行
なわれる。すなわち、ブラシ保持器222を固定
子極間隔の1ないし奇数倍だけシフトし、電気ス
イツチを逆の8段階シーケンスで動作して最大の
逆方向トルクまで次のようにして付勢する。第1
段階ではスイツチ124,123及び122、第
2段階ではスイツチ121,120及び119、
第3段階ではスイツチ118,117及び11
6、第4段階ではスイツチ115,114及び1
13、第5段階ではスイツチ112,111及び
110、第6段階ではスイツチ109,108及
び107、第7段階ではスイツチ106,10
5、及び104、第8段階では103,102及
び101を入れる。最大の逆方向トルク発生から
ゼロトルクにまで減少させるには上記8段階を単
に後戻りすればよい。
トルク正逆いずれのトルク発生シーケンスにお
いても中間のトルクレベルまでトルクを増加させ
る、あるいはそのレベルから減少させることがで
きることに再度注目されたい。
This detailed description includes (1) a forward torque control system for a two-stator pole multi-winding motor, (2) recovery of energy from armature windings that are not energized as a torque generating set, and (3) a two-stator pole Reverse torque control device for multiple winding motors (4) Forward torque control device for general multiple stator pole multiple winding motors represented by two-stator type dual multiple winding motors (5) General multiple stator pole multiple winding motors A reverse torque control device for a line motor is described. Two stator poles 70 and 71, four split stator windings 9-10, as shown in the diagram of FIG.
11-12, 17-18, 19-20, 23-2
4, 25-26, 29-30, 31-32, and five open armature windings 60-61, 62-63,
2 with 64-65, 66-67, 68-69
Consider a pole multiple winding motor. As can be seen from the above-mentioned international application, the number of stator windings being four is merely the number of stator windings chosen to simplify this multi-winding motor control system, and it is possible to use more or less than four stator windings. This is not intended to exclude control devices for stator windings. Similarly, the five open circuit armature windings were chosen to simplify this multi-winding motor control system, excluding multi-winding motors or control systems with five or less or five or more open armature windings. It is not my intention to do so. FIG. 1 further shows the stator yoke 8
3. Structural support body 84, key 85, brush spring 9
3. Spring-mounted brushes 13, 14, 21, 2
2, 27, 28, 33, 34, brush holder 8
2, armature 86, its teeth 87, commutator 88, commutator pieces 72 to 81, mechanical energy coupling part 89,
Key 90, brush vacancies 15, 16 are shown. In a rotating multi-winding electric motor, the structural support 84 is the stator housing and the mechanical energy coupling 8
9 is a shaft, and a bearing positions the shaft within the housing and allows rotation therein. This structure is shown in the above-mentioned international application. Brush gaps are also disclosed in the same application, but generally, brush gaps are gaps in the brushes that allow the open armature winding current to break and reverse. The brushes are divided into two groups, a first group and a second group, with the brush vacant position as a boundary. brush 1
3, 21, 27, 33 are brushes of the first group;
Brushes 14, 22, 28, and 34 are the second group of brushes. Brush retainer 82 is mechanically attached to structural support 84 and commutator 88 is attached to mechanical energy coupling 89 . This multi-winding motor allows the torque to be switched at approximately 1/4 of the maximum torque by energizing and de-energizing the segmented stator windings one set at a time in a four-step sequence. In FIG. 1, in the first step of this sequence, the stator windings 9-10 and 11-1 are connected to the DC power source 51 by closing electric switches 1 and 2.
2 is energized. Stator windings 9-10 and 11-12
are connected to the first and second groups of brushes 13 and 14, respectively, and these brushes are connected to the open circuit armature winding in the direction of torque generation from the brush empty position through various commutator pieces at various armature positions. energizes the armature winding that is shifted one position in the opposite direction, i.e., the armature winding that then advances to the brush free position in the generation of torque in the forward direction that would move the armature to the left in FIG. In FIG. 1, the second step of this sequence continues the first step, and also closes the electric switches 3 and 4 to turn on the stator winding 17 by the DC power source 51.
-18 and 19-20 are energized. Stator winding 17
-18 and 19-20 are connected to the first and second groups of brushes 21 and 22, respectively, which are connected to the brushes 21 and 22 at different armature positions via different commutator pieces.
Among the open armature windings, the armature winding located two positions away from the brush vacant position in the direction opposite to the torque generation direction is energized. In FIG. 1, the third step in this sequence continues the second step and switches on electrical switches 5 and 6.
is closed and the stator windings 23-24 are connected by the power supply 51.
and energizes 25-26. These stator windings are connected to a first group and a second group of brushes 27 and 28, respectively, and these brushes are connected at different armature positions and through different commutator pieces, so that the direction of torque generation is different from the brush empty position. energize the open armature windings that are three positions apart in the opposite direction; In FIG. 1, the fourth step in this sequence continues the third step and switches on electrical switches 7 and 8.
is closed and the stator windings 29-30 are connected by the power supply 51.
and energizes 31-32. These stator windings are connected to a first group and a second group of brushes 33 and 34, respectively, and these brushes are connected at various armature positions and through various commutator pieces to the brush empty position in a direction opposite to the direction of torque generation. energizes the open circuit armature windings offset by four directions. It should be noted that in the above four stages, the first and second groups of brushes are sequentially energized with respect to brush emptying in an order opposite to the direction of torque generation. That is, in the first stage, the brushes of the first group and the second group, which are located one position away from the brush vacant position, are energized, and in the second stage, the first stage continues and the brushes are located two positions shifted from the brush vacant position. 1st
The brushes of the group and the second group are energized, and in the third stage, the second stage continues and the brushes of the first and second groups, which are located three positions away from the empty brush position, are energized, and in the fourth stage, the brushes of the first and second groups are energized. As the third stage continues, the brushes of the first group and the second group, which are located four positions away from the empty brush position, are energized. At each stage of the above sequence of energizing the open armature winding by energizing the stator winding and the first and second stage brush positions, a new stage begins with the previous stage preserved. . Therefore, the configuration of the multi-winding motor is maintained at each energization stage. The deactivation sequence is the reverse of the activation sequence.
That is, four open circuit armature windings are used in the first and second groups.
From the energized state in the group energizing brush position, electrical switches 7 and 8 are opened to energize only the three open circuit armature windings, and the three open circuit armature windings are energized. From the current state, electrical switches 5 and 6 are opened to energize only the two open circuit armature windings, and from the state where the two open circuit armature windings are energized, electrical switches 3 and 4 are opened. open so that only one open circuit armature winding is energized, and finally open electrical switches 1 and 2 to completely de-energize the multi-winding motor. The electromagnetic energy due to interruption of the current in the open circuit armature winding while still away from the brush free position is generated by each brush 13, 14, 21, 22, 27, 2.
8, 33, 34 and the positive and negative terminals of the DC power supply 51 by diodes inserted between them. These diodes are indicated at 35-50 in FIG. A diode connected to the positive terminal of the DC power supply 51 is connected to this positive terminal via its cathode, and its anode is connected to the brush. DC power supply 51
A diode connected to the negative terminal of is connected to this negative terminal via its anode and its cathode is connected to the brush. A diode pair such as 35 and 36 is called a half-bridge circuit. This electromagnetic energy is recovered in the following manner under the following conditions. Assume that the multi-winding motor of FIG. 1 is operating at a second torque level with two torque generating sets energized as described above.
This occurs when switches 1, 2, 3, and 4 are closed. If the armature 87 moves with the commutator 88 to the left in FIG.
8, 33 and 34 straddle the gap between commutator segments 72-81 and all open circuit armature windings are connected to the load flowing through the stator windings energized by electrical switches 1, 2, 3, 4. The current is received in parallel in some proportion, regardless of the magnitude. As the armature moves further in the same direction, the parallel energizing currents in the two unenergized open armature windings are interrupted at the first and second group brush positions three and four positions offset from the brush empty position; This is because the commutator pieces have moved until the brush no longer straddles the gap between the commutator pieces. This current interruption creates a large strain on the open circuit armature windings at the first and second group brush positions for energizing the two unenergized open circuit armature windings connected to brushes 27, 28, 33 and 34. induces an induced voltage. This voltage is of opposite polarity to the voltage that carries current in the open circuit armature winding, and this voltage of opposite polarity is applied to the connected commutator segments and the brushes 27, 28, 33 and 34 which ride on these commutator segments. Through the diodes inserted between these brushes and the DC power supply terminals, the electromagnetic energy is recovered for storage rather than reuse in a manner similar to that described in the aforementioned International Application. Unenergized open armature winding energized first and second
This method of electromagnetic energy recovery from group brush locations is equally applicable to any stator pole pair multi-winding motor. Given that the above concerns forward torque control, reverse torque control can be achieved by shifting the brush retainer 82 of FIG. 1 by one stator pole spacing and operating the electrical switches in the reverse sequence. It will be done. The reverse torque generation condition is satisfied by shifting the brush retainer 82 to the position shown in FIG. 3 and then to the position shown in FIG. To effect the shift from FIG. 1 to FIG. 4, the brush retainer 82 has bearings between it and the structural support 84. This bearing is not shown in FIGS. 1, 3, and 4. The brush retainer 82 moves and shifts while maintaining the desired load condition of the brush spring between the brush and commutator bar. Hereinafter, reverse torque control at four torque levels will be explained with reference to FIGS. 1, 4, and 5. The reverse torque generation sequence is performed by setting the brush holder 82 in the position shown in FIG.
Start with 7 and 8 open as shown in Figure 1. In FIG. 1, assuming that the brush retainer 82 is in the position shown in FIG.
1 energizes stator windings 29-30 and 31-32. The stator windings 29-30 and 31-32 are connected to the first and second groups of brushes 33 and 34, respectively, which connect the open armature windings through various commutator bars at various armature positions. Of these, the one shifted by one from brush vacant positions 15 and 16, and the fourth
energizes the armature winding going toward the brush free position in the reverse torque direction giving the armature a rightward movement in the figure. Assuming in FIG. 1 that the brush retainer 82 is in the position shown in FIG. and 25-
26 is excited by the power source 51. Stator winding 23-2
4 and 25-26 are the brushes 2 of the first group and the second group, respectively.
7 and 28, these brushes energize the open armature winding, which is located two positions opposite the direction of torque generation from the brush free position, through various commutator pieces at various armature positions. do. Assuming that the brush retainer is in the position shown in FIG. 1 in FIG. 17-18 and 19-20 are excited by the power source 51.
The stator windings 17-18 and 19-20 lead to the first and second groups of brushes 21 and 22, respectively, which are connected to the brushes by means of different commutator strips at different armature positions. Open-circuit armature windings shifted three positions from the vacant position in the direction opposite to the torque generation direction are energized. Assuming that the brush retainer 82 is in the position shown in FIG. 4 in FIG. 1, the fourth stage of the reverse torque generation sequence continues the third stage of this sequence and closes electric switches 1 and 2 to close the stator windings. 9-10 and 11-12 are excited by the power source 51. The stator windings 9-10 and 11-12 lead to the first and second groups of brushes 13 and 14, respectively, which are separated from the brush vacancy by means of different commutator plates at different armature positions. The open armature windings shifted four positions in the direction opposite to the direction of torque generation are energized. Assuming that the brush retainer 82 is in the position shown in FIG. 4 in FIG. 1, the reverse torque level decreasing sequence is the reverse of the above sequence for increasing the reverse torque level. Torque direction control of a multi-winding motor can be achieved by (1) shifting the brush holder as described above, that is, shifting the brush holder by one to an odd number of times the stator pole spacing, or (2) reversing the winding current. That is, this is done by making the current flowing through the stator windings the opposite of the current flowing through the armature windings. Of the above two methods regarding torque direction switching of a multi-winding electric motor,
A preferred method is to shift the brush retainer along the direction of commutator motion by one to an odd multiple of the stator pole spacing. The winding current reversal method requires a separate switch device to reverse the current and is complex. The brush retainer shifting method requires bearings to shift the brush retainer while maintaining concentric relationship with the rectifier, and also requires flexibility in the electrical connections to the brushes. FIG. 2 shows a push-knob operated cam switch control device with a return spring used for forward torque control of a multi-winding motor such as that shown in FIG. The illustrated control is in a zero torque position, with all electrical switches open and cam 91 positioned to the left against a stop by compression spring 92. If it is desired to increase the forward torque of the multi-winding motor, push knob 90 to move cam 91 to 91 and compress spring 92. The cam 91 has electric switches 1, 2, and 3.
The switches operate in the order of 4, 5, 6, 7, and 8, and when a new switch operates, the switch that was closed first remains closed. Therefore, by gradually pushing the knob 90 to bring the cam 91 into contact with the right stopper, and then gradually releasing the knob 90, the forward torque of the multi-winding motor shown in FIG. 1 can be adjusted to the maximum torque in four stages. torque can be increased to zero torque and decreased to zero torque through the same four stages in reverse order. Note that the torque can also be increased to a level below the maximum torque and decreased from that level. FIG. 5 shows a dual cam switch control that operates a series of electrical switches with two cams 91 and 95, two push knobs for actuating each cam, and two springs for returning each cam. Cam 91 is actuated by knob 90 and returned by spring 92, and cam 95 is actuated by knob 94 and returned by spring 9.
It is restored by 6. Knob 90, cam 91 and spring 92 operate as described above with respect to FIG. 2 to control the forward torque level when brush retainer 82 is in the position shown in FIG. The knob 94, the cam 95 and the spring 96 are the knob 90, the cam 9
1 and spring 92, but these are for reverse torque control. In order to operate knob 94, cam 95 and spring 96 in a multi-winding motor, brush holder 82 must be previously shifted to the position shown in FIG. After doing this, by gradually pushing the knob 94 until the cam 95 hits the left stopper, and then gradually releasing the knob, the reverse torque of the multi-winding motor shown in Fig. 4 can be increased in four stages up to the maximum torque. The torque can be reduced to zero through the same four steps in increasing and reverse order. By operating cam 95 in this manner, the electric switch operates in the reverse order described above to provide reverse torque control. The basic electrical switches required to switch the stages of the torque control sequence of the multi-winding motor of FIG. 1 with two stator poles are, for example, double-pole single-throw (DPST) switches in the form of switches 1 and 2 combined. Please note that. If the multi-winding motor has a stator pole number greater than two, the basic electrical switch required will be of a different configuration. When a multi-winding motor has more than one stator pole pair, the basic electrical switch required for each step of the torque control sequence is a three pole single throw (3PST) switch. A control device for a multi-winding motor having two or more stator pole pairs will be described below. Now, with reference to FIG. 6, a control device for a multi-winding motor having two or more stator pole pairs will be described.
A multi-winding motor with two stator poles does not have the generality of a multi-winding motor with two or more stator pole pairs in explaining the control device. To explain a general multi-winding motor control device, consider a multi-winding motor having two stator pole pairs of the split series stator winding type, as shown in FIG. 6th
The figure shows a multi-winding motor with two stator pole pairs with four stator windings per stator pole pair and five open armature windings per pole pair. This combination is representative of a multi-winding motor having a larger number of stator pole pairs, with a different number of stator windings and armature windings per pole pair. The multi-winding motor of FIG. 6 can be varied from zero torque to maximum torque in eight steps by closing eight three-pole single-throw electrical switches. The poles of these electrical switches are designated 101-124. These electrical switches switch both ends of the split-series stator winding. The reason for switching both ends of the split-series stator windings connected to the DC power supply 51 is to use the electromagnetic energy from the first and second group brush positions for energizing the unenergized open circuit armature windings as a power source. This is to recover the energy through the diode connected to the 51 terminal. This means that all brush positions are connected with diodes, since all brush positions can be deenergized at some torque level in the forward or reverse direction. As mentioned above in a two stator pole multi-winding electric motor, this electromagnetic energy is recovered when the commutator piece leaves the first or second group of brushes while the commutator piece is still away from the brush free position. occurs in In Figure 6, 1
77 to 196 indicate these commutator pieces. Recovery of this electromagnetic energy requires three electrical switch poles. This is because the negative end of a split/series stator winding used in a multi-winding motor with two or more repeatable parts may be located in the same repeatable part as the positive end, or may be located in an adjacent repeatable part. Because there is. In this regard, please refer to the detailed explanation regarding repeatable parts in the above-mentioned international application.
Simply stated, a repeatable section is a one-pole pair machine. In FIGS. 1, 3, 4 and 6, two-dot chain lines indicate boundaries of repeatable portions. The repeatable portion includes the stator structural support, the stator yoke, the mechanical energy coupling, the armature, the rectifier, the brush retainer, and the first for unenergized open circuit armature winding energization joined at the electrical terminals. In order to recover electromagnetic energy from the second group of brush positions, it is necessary to insert a constantly reverse biased diode between each brush and each power supply 51 terminal, as described with reference to FIG. These diodes are not shown in FIG. 6 to simplify the drawing. However, the connection point between the diode and the brush is indicated by an unterminated line along the brush-winding connection. The torque changeover switches 101 to 124 in the control device of FIG. 6 are divided into three groups by switch actuators similar to those shown in FIGS. 2 and 5, and operate in eight stages to create eight torque levels. . The multi-winding motor of FIG.
The maximum torque can be varied by approximately 1/8 by energizing or de-energizing it in a sequence of steps. FIG. 6 further shows a stator yoke 217, a structural support 229, a key 230, a brush spring 226,
Spring-loaded brushes 157-172, brush retainer 222, armature 225, teeth 224 thereof, commutator 223, commutator plates 177-196, mechanical energy coupling 227, key 228, and brush cavities 173-176. show. Brush retainer 222 is mechanically attached to a structural support 229 and commutator 223 is attached to a mechanical energy coupling. In FIG. 6, the first step of the eight-step sequence is to close the stator windings 125-126, 103 by closing electric switches 101, 102, and 103.
7-128 and 149-150 are excited. Stator windings 125-126 are connected to the first group of brushes 157, and stator windings 127-128 and 149-
150 are connected to the second group of brushes 161 and 169, respectively. These brushes 157 and 161 or brushes 157 and 169 are shifted by one position in the direction opposite to the torque generation direction from the brush empty positions 175 and 174 or 175 and 176 by passing through various commutator 223 pieces at various armature positions. energizes the open armature winding. In FIG. 1, the torque generation set position could be defined in relation to only two brush vacancies. However, in the case of a general multi-winding motor as shown in Fig. 6, the torque generation set position is three brush vacant positions or two sets of brush vacant positions, that is, one brush vacant position is in the center and the remaining two brush vacant positions.
One brush void is defined in relation to three brush voids located next to it. In Figure 6, the second stage of this eight-step sequence
In this step, stator windings 141-142, 149-150 and 1 are closed by continuing the first step and closing electrical switches 104, 105 and 106.
27-128 is energized. Stator winding 141-1
42 is connected to the first group of brushes 165, and stator windings 149-150 and 127-128 are connected to the second group of brushes 161 and 169, respectively. brush 16
5 and 169 or brushes 165 and 161 can be connected to brush free positions 173 and 176 or 17 by way of various pieces of commutator 223 at various armature positions.
3 and 174, the open armature winding that is shifted by one in the direction opposite to the torque generation direction is energized. In FIG. 6, the third step in this sequence continues the second step and switches on electrical switch 10.
Stator windings 129-130, 131-132 and 151 by closing 7, 108 and 109
-152 is excited. Stator winding 129-130
is connected to the first group of brushes 158 and the stator winding 1
31-132 and 151-152 are connected to the second group of brushes 162 and 170, respectively. The brushes 158 and 162 or 158 and 170 are arranged in open-circuit electric machines two positions away from the brush free positions 175 and 174 or 175 and 176 in the direction opposite to the torque generation direction by means of various commutator 223 pieces at various armature positions. Energize the child winding. In FIG. 6, the fourth stage of this sequence continues the third stage and switches on electrical switch 11.
Stator windings 143-144, 151-152 and 131 by closing 0, 111 and 112
-132 is energized. Stator winding 143-144
are connected to a first group of brushes 166, and stator windings 151-152 and 131-132 are connected to a second group of brushes 170 and 162, respectively. These brushes 166 and 170 or 166 and 162 are arranged in open circuits at various armature positions via various commutator 223 pieces, two positions apart from the brush free positions 173 and 176 or 173 and 174 in the direction opposite to the direction of torque generation. Energize the armature winding. In FIG. 6, the fifth step in this sequence continues the fourth step and switches on electric switch 11.
Stator windings 133-134, 135-136 and 153 by closing 3, 114 and 115
-154 is excited. Stator winding 133-134
is connected to the first group of brushes 159 and stator winding 1
35-136 and 153-154 are connected to the second group of brushes 163 and 171, respectively. These brushes 159 and 163 or 159 and 171 are connected at various armature positions via various commutator 223 pieces to an open circuit three positions away from the brush free positions 175 and 174 or 175 and 176 in the direction opposite to the direction of torque generation. Energize the armature winding. In FIG. 6, the sixth stage of this sequence continues the fifth stage and switches on electric switch 11.
Stator windings 145-146, 153-154 and 135 by closing 6, 117 and 118
-136 is excited. Stator winding 145-146
are connected to the first group of brushes 167, and stator windings 153-154 and 135-136 are connected to the second group of brushes 171 and 163, respectively. These brushes 167 and 171 or 167 and 163 are connected to brush free positions 173 and 176 or 173 and 174 via various commutator 223 pieces at various armature positions.
energizes the open armature windings three positions apart in the direction opposite to the torque generation direction. In FIG. 6, the seventh stage of this sequence continues the sixth stage and switches on electric switch 11.
Stator windings 137-138, 139-140 and 155 by closing 9, 120 and 121
-156 is excited. Stator winding 137-138
is connected to the first group of brushes 160 and stator winding 1
39-140 and 155-156 are connected to the second group of brushes 164 and 172, respectively. These brushes 160 and 164 or 160 and 172 are arranged in open circuits at various armature positions via various commutator 223 pieces, four positions apart from the brush free positions 175 and 174 or 175 and 176 in the direction opposite to the direction of torque generation. Energize the armature winding. In FIG. 6, the eighth stage of this sequence continues the seventh stage and switches on electrical switch 12.
Stator windings 147-148, 155-156 and 139 by closing 2, 123 and 124
-140 is excited. Stator winding 147-148
is connected to the first group of brushes 168 and stator winding 1
55-156 and 139-140 are connected to the second group of brushes 172 and 164, respectively. These brushes 168 and 172 or 168 and 164 are arranged in open circuits at various armature positions via various commutator 223 pieces, four positions apart from the brush free positions 173 and 176 or 173 and 174 in the direction opposite to the direction of torque generation. Energize the armature winding. This completes the eight step energization sequence that achieves the multi-winding motor of FIG. 6 to its maximum torque level. In the electric motor of FIG. 6, the deenergization sequence for reducing the torque from the maximum torque level to zero torque is the reverse of the energization sequence described above. The 8-stage deactivation sequence has stage conditions of 8, 7, 6, 5, 4, 3,
2. Proceed according to 1. Throughout all and/or de-energization stages, the configuration of the multi-winding motor is maintained in each stage. Reverse torque control of a general multi-winding electric motor represented by the motor shown in FIG. 6 is as follows. It is done in the same way. That is, the brush retainer 222 is shifted by one to an odd number of stator pole spacings and the electric switch is operated in a reverse eight step sequence to energize maximum reverse torque as follows. 1st
switches 124, 123 and 122 in the second stage; switches 121, 120 and 119 in the second stage;
In the third stage, switches 118, 117 and 11
6. In the fourth stage, switches 115, 114 and 1
13. In the fifth stage, switches 112, 111 and 110, in the sixth stage, switches 109, 108 and 107, and in the seventh stage, switches 106, 10
5, and 104, and 103, 102, and 101 in the eighth stage. To reduce the maximum reverse torque generation to zero torque, it is sufficient to simply backtrack through the eight steps described above. Note again that the torque can be increased to or decreased from an intermediate torque level in either the forward or reverse torque generation sequence.