JP2000324868A - リラクタンス型多相電動機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 センサと被検知部材を設けることなく、磁極
の位置関係を検出して、次に励磁する相を決定可能なリ
ラクタンス型多相電動機を提供する。 【解決手段】固定子又は回転子の一方に設ける多相の磁
極にそれぞれ巻回した電機子コイル９ａ，９ｄにそれぞ
れ接続したスイッチング素子１０，１１への通電を制御
する通電制御回路を備えてなり、電機子コイル９ａ，９
ｄのうち励磁されていない各電機子コイル９ａ，９ｄに
発振回路２３から高周波信号を与え、電機子コイル９
ａ，９ｄを通過した高周波信号を、ピーク整流回路２８
で、通過した電機子コイル９ａ，９ｄの磁極の位置変化
に対応して変化するインダクタンス値に反比例した電圧
値とし、この電圧値が磁極が所定位置に達したことを示
す値となったことを比較回路２８で検出すると、当該電
機子コイル９ａ，９ｄに励磁電流を供給する一方、駆動
中の電機子コイルに対する励磁電流の供給を停止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リラクタンス型多
相電動機に関し、特に、固定子と回転子の対向磁極の相
対的位置関係を電気的手段で検出して、励磁電流を供給
する相を順次切り換える、リラクタンス型多相電動機に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、リラクタンス型多相電動機にお
いては、ある相の電機子コイルから次相への電機子コイ
ルへと順次切り換えて励磁電流を供給して回転力を得る
ために、対向する回転子側と固定子側の磁極が適切な角
度で向き合った時に、駆動している相の励磁電流を次相
に切り換える必要がある。このため従来においては、回
転子と固定子の磁極がいかなる角度にあるかを検出する
ために、回転子側と固定子側の適所に、相対的に、位置
検知用のセンサとこのセンサを反応させるための被検知
部材を設けている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところがこの従来例に
よると、センサと被検知部材を設けるのは、その加工が
煩雑であるとともに、モータの構造によっては設置する
ことが困難であり、また、回転子の回転バランスがくず
れるという問題があった。本発明は、この問題点を解消
し、センサと被検知部材を設けることなく、磁極の位置
関係を検出して、次に励磁する相を決定可能なリラクタ
ンス型多相電動機を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明の請求項１に記載したリラクタンス型多相電動機
は、固定子と回転子とを備え、固定子又は回転子の一方
に設ける多相の磁極にそれぞれ巻回した電機子コイルに
それぞれ接続したスイッチング素子への通電を制御する
通電制御回路を備えてなり、前記電機子コイルのうち励
磁されていない各電機子コイルに高周波信号を与え、前
記電機子コイルを通過した高周波信号から、通過した電
機子コイルの磁極の位置変化に応じて変化するインダク
タンス値に対応した電圧値を得て、この電圧値が前記電
機子コイルを励磁すべき所定位置に磁極が達したことを
示す値となった時に、当該電機子コイルに励磁電流を供
給する一方、励磁中の電機子コイルに対する励磁電流の
供給を停止するものである。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、添付図面の図１〜図４に基
いて本発明をリラクタンス型３相電動機に適用した場合
の好適な実施形態を説明する。ここにおいて、図１は電
動機の全体を示す断面図、図２は図１の軸受部分の拡大
図、図３は固定電機子と磁性体回転子とを示す平面図、
図４は電気系統を示すブロック図である。

【０００６】図１及び図２に示すように、プリント基板
１００の円孔１０１に、固定電機子１の下面に設けた円
形の下面突出盤２ａを嵌合して固定し、この固定電機子
１の上面に設けた円形の上面突出盤２ｂにはボール軸受
３を連係している。このボール軸受３に取り付けた回転
軸４には、基板５と回転子６を回転軸線が一致するよう
に固定し、前記回転子６を前記固定電機子１に対して回
転可能に支持している。また、前記回転子６の垂下した
側周縁の内側面には、前記固定電機子１の側周面に間隔
をおいて対向するように、磁性体回転子７を固定してい
る。

【０００７】図３に示すように、電気角で１２０度の巾
の６個の磁極８ａ〜８ｆを有する固定電機子１の磁心
は、鋼板を複数枚積層してなり、各磁極８ａ〜８ｆには
それぞれ電機子コイル９ａ〜９ｆを捲き付けて、捲き付
け後に合成樹脂内に埋設成型して、上述の固定電機子１
としている。そして、電機子コイル９ａ，９ｄ及び電機
子コイル９ｂ，９ｅ及び電機子コイル９ｃ，９ｆを直列
接続し、これら３組の電機子コイルが第１、第２、第３
の相の電機子コイルとなる。各磁極は軸対象の磁極が異
極となるように磁化される。

【０００８】なお、上述の磁性体回転子７も鋼板を複数
枚積層してなるもので、その突極７ａ，７ｂの巾は電気
角で１８０度となり、１８０度離間している。そして、
電機子コイル９ａ〜９ｆへの通電を制御することによ
り、前記突極７ａ，７ｂは磁気吸引力により吸引され
て、回転子６は図３上、時計回転方向に回転する。この
電機子コイル９ａ〜９ｆへの通電制御は、回転子６の回
転量の検出に基づく相切り換え信号によってなされる。

【０００９】すなわち、第１の相の電機子コイル９ａ，
９ｄに通電すると、突極７ａ，７ｂは磁極８ａ，８ｄに
より磁気的に吸引されて、図３上時計回転方向に回転す
る。１２０度回転したところで、電機子コイル９ａ，９
ｄへの通電を停止し、第２の相の電機子コイル９ｂ，９
ｅに通電すると、さらに同方向へ回転する。同様に、１
２０度回転したところで、電機子コイル９ｂ，９ｅへの
通電を停止し、第３の相の電機子コイル９ｃ，９ｆに通
電すると、さらに同方向へ回転する。このように、第
１、第２、第３の相の電機子コイル９ａ〜９ｆに１２０
度の区間だけ順次通電することにより、回転子６は図３
上時計回転方向に回転するものである。

【００１０】続いて、電機子コイル９ａ〜９ｆへの通電
手段について説明するが、各相への通電手段は同一構成
なので、第１の相の電機子コイル９ａ，９ｄについての
み図示した図４に基づいて説明する。図４に示すよう
に、前記電機子コイル９ａ，９ｄの両端には、スイッチ
ング素子として機能するトランジスタ１０，１１を挿入
し、直流電源正負端子１２ａ，１２ｂからダイオード１
３を介して供電するよう構成している。ナンド回路１４
の入力端１４ａの入力がハイレベルのとき、第１相切換
信号が他方の入力端１４ｂに入力すると、各ナンド回路
１４，１５を介して各トランジスタ１０，１１を導通
し、前記電機子コイル９ａ，９ｄが通電するよう構成し
ている。

【００１１】一方、端子１６は励磁電流を指定するため
の基準電圧を供給するもので、この電圧を変化させて、
出力トルクを変化させるものであり、この電圧信号がト
ルクコントロール信号となっている。トルクコントロー
ル信号が入力するオペアンプ１７の出力端はナンド回路
１４の入力端１４ａに接続している。前記オペアンプ１
７には電流／電圧変換回路１８から電流検知信号が入力
するよう構成している。抵抗１９は、電機子コイル９
ａ，９ｂの電流を検出するためのもの、各ダイオード２
０，２１は、前記電機子コイル９ａ，９ｂに蓄積された
磁気エネルギーをコンデンサ２２に充電するためのもの
である。

【００１２】すなわち、トランジスタ１０，１１がオフ
となって電機子コイル９ａ，９ｄへの通電が断たれる
と、蓄積された磁気エネルギーは、ダイオード１３によ
り電源側への逆流を阻止されて、前記各ダイオード２
０，２１を介して前記コンデンサ２２に流入充電して保
持され、前記磁気エネルギーは急速に消滅して電流が急
速に降下する。これによって、反トルクの発生を防止す
る。

【００１３】そして、次の相切り換え信号が第１相のナ
ンド回路１４に入力すると、各ナンド回路１４，１５を
介して各トランジスタ１０，１１を導通し、電機子コイ
ル９ａ，９ｄへの通電を開始する。このとき、前記電機
子コイル９ａ，９ｄに対する印加電圧は、コンデンサ２
２の充電電圧と電源電圧とが加算されたものとなるの
で、前記電機子コイル９ａ，９ｄの電流の立ち上がりは
急速となる。このようにして、減トルクの発生を防止す
る。

【００１４】ここで、チョッパ回路の作用を説明する。
電機子コイル９ａ，９ｄの電流が増大して、抵抗１９の
電圧降下が増大し、基準電圧端子１６の電圧を超える
と、ナンド回路１４の入力端子１４ａへの入力がローレ
ベルとなり、各トランジスタ１０，１１はオフ状態にな
って励磁電流が減少する。オペアンプ１７のヒステリシ
ス特性により、励磁電流の所定値の減少で、このオペア
ンプ１７の出力がハイレベルに復帰し、各トランジスタ
１０，１１をオン状態とし、電機子コイル９ａ，９ｄの
電流が増大する。以上の動作を繰り返して、励磁電流は
設定値に保持される。

【００１５】次に、回転子６の回転量を検出するための
位置検出手段を説明する。トランジスタ１０と電機子コ
イル９ａの間に、発振回路２３の出力が一方の端子２４
ａに入力するナンド回路２４の出力端を、コンデンサ２
５を介して接続する。前記発振回路２３は、電機子コイ
ル９ａ，９ｄに高周波信号を供給するためのものであ
る。

【００１６】一方、トランジスタ１１と電機子コイル９
ｄの間に、コンデンサ２６を介してピーク整流回路２７
の入力側を接続し、このピーク整流回路２７の出力側は
比較回路２８の入力側に接続する。前記ピーク整流回路
２７は、各電機子コイル９ａ，９ｄを通過した高周波信
号を受けて、各電機子コイル９ａ，９ｄのインダクタン
スの増減に反比例して増減する電圧を生じる。前記イン
ダクタンス値は磁極８ａ，８ｄの突極７ａ，７ｂに対す
る位置関係で変化するので、このインダクタンス値に応
じて変化する電圧値によって、前記磁極８ａ，８ｄの前
記突極７ａ，７ｂに対する位置関係を検出できる。

【００１７】すなわち、比較回路２８に、各電機子コイ
ル９ａ，９ｄを励磁すべき位置関係時に生じるインダク
タンス値に対応する基準電圧値を与えておき、この基準
電圧値とピーク整流回路２７で生じた電圧値を比較し、
これが一致すると、磁極８ａ，８ｄの突極７ａ，７ｂに
対する位置関係は、前記各電機子コイル９ａ，９ｄを励
磁すべき位置にあることになる。そして、比較回路２８
の出力信号は、相駆動指示回路２９に入力するよう構成
している。

【００１８】相駆動指示回路２９は、電機子コイル９
ａ，９ｄに励磁電流を供給すべくナンド回路１４の入力
端１４ｂに相切り換え信号を出力し、この相切り換え信
号は、駆動中である前相たる第３相をリセットするリセ
ット信号として、オペアンプ３０を介して前記第３相に
送るよう構成している。また、前記相駆動指示回路２９
には、次相たる第２相からのリセット信号が入力し、こ
のリセット信号が入力すると、前記相駆動指示回路２９
は、ナンド回路２４の入力端２４ｂにゲート信号を出力
して、発振回路２３からの高周波信号を電機子コイル９
ａ，９ｄに供給可能とするとともに、前記電機子コイル
９ａ，９ｄに供給中の励磁電流を停止すべくナンド回路
１４の入力端１４ｂに相切り換え信号を出力するよう構
成している。

【００１９】したがって、相駆動指示回路２９に次相た
る第２相からのリセット信号が入力し、各電機子コイル
９ａ，９ｄに励磁電流が供給されていない非駆動状態時
には、前記相駆動指示回路２９がゲート信号を出力し
て、発振回路２３からの高周波信号を前記各電機子コイ
ル９ａ，９ｄに供給する。この高周波信号は、前記各電
機子コイル９ａ，９ｄを通って、ピーク整流回路２７で
前記各電機子コイル９ａ，９ｄのインダクタンスに反比
例した電圧とされ、この電圧値が基準電圧値と一致した
ことを比較回路２８で検出すると、相駆動指示回路２９
から相切り換え信号が出力されて、各トランジスタ１
０，１１がオン状態となり、前記各電機子コイル９ａ，
９ｄに励磁電流を供給する。これと同時に、励磁電流が
供給されていた前相たる第３相には、リセット信号を送
出して、前記励磁電流の供給を停止するものである。

【００２０】また、モータの起動時には、すべての相の
相駆動指示回路２９にリセット信号を与えて、すべての
相の電機子コイル９ａ〜９ｆに発振回路２３から高周波
信号を供給し、各相のうち相駆動指示回路２９から相切
り換え信号が出力された相の電機子コイル９ａ〜９ｆ
に、励磁電流が供給される。

【００２１】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れるものではなく、例えば、電動機は３相のものに限ら
ない。また、電機子コイル９ａ〜９ｆは、固定子１側で
はなく、回転子６側に設けてもよい。

【００２２】

【発明の効果】本願の請求項１の発明によれば、簡単な
回路構成により、非通電中の相の電機子コイルに高周波
信号を供給して、磁極の位置変化に応じたインダクタン
スの変化にともなう電圧値の変化により、磁極の位置を
検出し、適切な位置にある電機子コイルに励磁電流を供
給できるという効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】電動機の全体を示す断面図。

【図２】図１の軸受部分の拡大図。

【図３】固定電機子と磁性体回転子とを示す平面図。

【図４】電気系統を示す概略的な回路図。

【符号の説明】

１ 固定電機子 ６ 回転子 ７ 磁性体回転子 ７ａ，７ｂ 突極 ８ａ〜８ｆ 磁極 ９ａ〜９ｆ 電機子コイル １０，１１ トランジスタ １３，２０，２１ ダイオード ２２ コンデンサ ２３ 発振回路 ２７ ピーク整流回路 ２８ 比較回路 ２９ 相駆動指示回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定子と回転子とを備え、固定子又は回
   転子の一方に設ける多相の磁極にそれぞれ巻回した電機
   子コイルにそれぞれ接続したスイッチング素子への通電
   を制御する通電制御回路を備えてなり、前記電機子コイ
   ルのうち励磁されていない各電機子コイルに高周波信号
   を与え、前記電機子コイルを通過した高周波信号から、
   通過した電機子コイルの磁極の位置変化に応じて変化す
   るインダクタンス値に対応した電圧値を得て、この電圧
   値が前記電機子コイルを励磁すべき所定位置に磁極が達
   したことを示す値となった時に、当該電機子コイルに励
   磁電流を供給する一方、励磁中の電機子コイルに対する
   励磁電流の供給を停止することを特徴とするリラクタン
   ス型多相電動機。