JP2000324869A - リラクタンス型多相電動機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 固定子と回転子の対向磁極の相対的位置関係
を、特別なセンサを用いずに、電気的手段で検出するリ
ラクタンス型電動機を提供する。 【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をオン・オフ
制御して電機子コイル９ａ，９ｄへの励磁電流を制御す
るリラクタンス型多相電動機において、励磁中の相の電
機子コイル９ａ，９ｄの励磁電流の値を電流／電圧変換
回路１８で電圧値に変換したうえ微分回路２３で微分
し、さらに整流ピーク保持回路２４でピーク整流して、
インダクタンスの変化による磁極の位置の変化に対応し
た電圧値を得、この電圧値から磁極が所定位置に達した
ことを検出する。

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す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
した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】ところで、モータの回転
速度、トルクを増大するためには、電機子コイルの巻数
を増大すればよいが、これにより増加したインダクタン
スに対応するために、電機子コイルに急速に電流を流す
必要があり、駆動電圧を高くする必要がある。このた
め、従来から、駆動電流が所定の値に達した時にこれを
制御する目的で、電機子コイルに流す電流をチョッパ回
路でオン・オフすることが行われている（例えば、特開
平８−１４０３２０号参照）。このような構成を採用す
ると、駆動中の相の回転子と固定子にある対向磁極が回
転にともなって磁路が増減し、磁気抵抗が回転角度に比
例あるいは反比例して増大あるいは減少し、この磁気抵
抗値の変化が電機子コイルのインダクタンスの変化とな
る。

【０００５】そして、このインダクタンスの変化はチョ
ッパ制御をしている駆動中の電機子コイルに対する励磁
電圧あるいは励磁電流の波形を変化させる。すなわち、
図６に示すように、励磁電流のオンオフ制御の時間経過
につれて、電機子コイルのインダクタンスが増大するこ
とにより、励磁電流Ｉｌ（図４参照）の立ち上がり時間
は増大する。一方、このインダクタンスが減少すれば励
磁電流の立ち上がり時間は減少する。また、チョッパ回
路で電流を遮断した時に発生する電機子コイルの蓄積エ
ネルギーを何らかの形で放出する時も、電流の立ち上が
り時間は同様に増減する。

【０００６】本発明は、以上のような知見に基づいてな
されたもので、磁極の位置の変化に対応する電気信号を
波形整形して、磁極の位置の変化に対応した出力を得、
この出力値から磁極が所定位置に達したことを検出する
ものである。

【０００７】すなわち、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
素子をオン・オフ制御して前記電機子コイルへの励磁電
流を制御するリラクタンス型多相電動機において、励磁
中の相の前記電機子コイルの励磁電流の値を電圧値に変
換したうえ微分し、さらにピーク整流して、インダクタ
ンスの変化による磁極の位置の変化に対応した電圧値を
得、この電圧値から磁極が所定位置に達したことを検出
するものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、添付図面の図１〜図５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、図５は微分回路と整
流ピーク保持回路の出力変化を示すタイムチャートであ
る。

【０００９】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。

【００１０】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。

【００１１】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。

【００１２】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。この突極７ａ，
７ｂの磁極８ａ，８ｄに対する位置検出手段については
後述する。

【００１３】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。

【００１４】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
磁気エネルギーを前記コンデンサ２２に充電するための
ものである。

【００１５】すなわち、トランジスタ１０，１１がオフ
となって前記電機子コイル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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。電流／電圧変換回路１８の出
力側に微分回路２３を接続し、この微分回路２３で電機
子コイル９ａ，９ｄの励磁電流値を変換した電圧値を微
分する。そして、この微分した電圧値を整流ピーク保持
回路２４でピーク整流し、電機子コイル９ａ，９ｄのイ
ンダクタンスの変化による、突極７ａ，７ｂと磁極８ａ
〜８ｆの相対的な位置に対応した電圧値を得て、この電
圧値が比較回路２５で検出すべき前記磁極８ａ〜８ｆに
対する前記突極７ａ，７ｂの位置、すなわち１２０度回
転した位置に対応する基準電圧（図５のＱ及び図６のＰ
参照）に達したことを検出すると、論理回路２６に位置
検出信号を送り、この論理回路２６から次相への切り換
え信号が出力される。

【００１９】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。

【００２０】

【発明の効果】本願の請求項１の発明によれば、別途位
置検出用センサを必要とせず、簡単な回路構成により、
通電中のある相の電機子コイルへの励磁電流のインダク
タンスの変化にともなう磁極の位置変化に応じた電流の
変化により、磁極の位置を検出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。

【図５】微分回路と整流ピーク保持回路の出力変化を示
すタイムチャート。

【図６】励磁電流の立上り時間の経時変化関係を示すタ
イムチャート。

【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 微分回路 ２４ 整流ピーク保持回路 ２５ 比較回路 ２６ 論理回路

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をオン・
   オフ制御して前記電機子コイルへの励磁電流を制御する
   リラクタンス型多相電動機において、励磁中の相の前記
   電機子コイルの励磁電流の値を電圧値に変換したうえ微
   分し、さらにピーク整流して、インダクタンスの変化に
   よる磁極の位置の変化に対応した電圧値を得、この電圧
   値から磁極が所定位置に達したことを検出することを特
   徴とするリラクタンス型多相電動機。