JP2022156002A - Electric motor - Google Patents

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勝昭 藤野
Katsuaki Fujino
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Abstract

To provide a motor whose speed can be easily adjusted although an input voltage is constant.SOLUTION: An electric motor 10 includes a rotor 20 having an output shaft provided with a plurality of permanent magnets 21, a stator 30 having a plurality of excitation windings 31 arranged along the rotation circumference of a rotating shaft 23 serving as the output shaft, and a control circuit for controlling excitation current to be supplied to the excitation windings 31. The control circuit includes an excitation sensor unit 41 that detects a period for which a magnetic pole is generated in the excitation windings 31 and outputs a magnetic pole detection signal, and an excitation current circuit that controls the energization direction to the excitation windings 31 based on the magnetic pole detection signal from the excitation sensor section 41. The timing of the magnetic pole detection signal by the excitation sensor unit 41 is changed by changing the rotational position with respect to a rotary plate 413, which enables a function as speed adjusting means.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、永久磁石による回転子と、巻線による固定子とを有する電動機に関するものである。 The present invention relates to an electric motor having a rotor made of permanent magnets and a stator made of windings.

固定子としての巻線からの磁気により、永久磁石により形成された回転子を回転させる電動機として、発明者は特許文献1に記載の回転電機を提案している。 The inventor has proposed a rotary electric machine described in Patent Document 1 as an electric motor that rotates a rotor formed of permanent magnets by magnetism from windings as a stator.

特許文献1に記載の回転電機は、永久磁石が回転する回転子と、永久磁石に軸線を向けて配置された第1巻線と、第1巻線と同軸に配置された第2巻線と、永久磁石の一方の磁極が対向位置にある第1巻線を、一方の磁極と同極の磁界を発生させるための電流を通電する制御回路と、第2巻線からの電流を調整する回転速度調整部とを備え、制御回路は、センサ部にて一方の磁極を検知すると、励磁回路部が第1巻線に通電するというものである。 The rotating electric machine described in Patent Document 1 includes a rotor in which permanent magnets rotate, a first winding arranged with the axis directed to the permanent magnet, and a second winding arranged coaxially with the first winding. , a control circuit for applying a current to the first winding, which is opposed to one of the magnetic poles of the permanent magnet, to generate a magnetic field having the same polarity as the one magnetic pole, and a rotating circuit for adjusting the current from the second winding. and a speed adjustment section, and the control circuit causes the excitation circuit section to energize the first winding when the sensor section detects one of the magnetic poles.

特許第5920905号公報Japanese Patent No. 5920905 特開平7-23556号公報JP-A-7-23556

しかし、この特許文献1に記載の回転電機では、回転数を制御しようとすると、入力電圧を変動させることで調整しなければならないが、バッテリで電動機が駆動されるような装置、例えば、ドローン装置や、変速ドリルなどでは、バッテリによる入力電圧が一定であることから、DC-DCコンバータにより昇圧したり、インバータにて交流に変換した後に位相制御をしたりするなど、複雑な回路の追加が必要である。 However, with the rotary electric machine described in Patent Document 1, if it is attempted to control the number of revolutions, it must be adjusted by varying the input voltage. Also, in variable speed drills, etc., the input voltage from the battery is constant, so it is necessary to add complex circuits such as boosting with a DC-DC converter and phase control after converting to AC with an inverter. is.

そこで本発明は、入力電圧が一定でありながら簡単に速度調整が可能な電動機を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a motor whose speed can be easily adjusted while the input voltage is constant.

本発明の電動機は、複数の永久磁石が出力軸に設けられた回転子と、前記出力軸の回転円周に沿って配置された複数の励磁用巻線を有する固定子と、前記励磁用巻線への励磁電流を制御する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記励磁用巻線に磁極を発生させる期間を検出して磁極検出信号を出力する励磁用センサ部と、前記励磁用センサ部からの磁極検出信号に基づいて、前記励磁用巻線への通電方向を制御する励磁電流回路とを備え、前記励磁用センサ部による磁極検出信号のタイミングを変更する速度調整手段を備えたことを特徴とする。 The electric motor of the present invention comprises: a rotor having a plurality of permanent magnets provided on an output shaft; a stator having a plurality of excitation windings arranged along the rotation circumference of the output shaft; a control circuit for controlling an excitation current to the wire, the control circuit comprising an excitation sensor unit for detecting a period for generating a magnetic pole in the excitation winding and outputting a magnetic pole detection signal; an excitation current circuit for controlling the direction of current flow to the excitation winding based on the magnetic pole detection signal from the excitation sensor section; and speed adjustment means for changing the timing of the magnetic pole detection signal from the excitation sensor section. characterized by

本発明の電動機によれば、速度調整手段が励磁用センサ部による磁極検出信号のタイミングを変更することにより、回転子の永久磁石が、固定子の励磁用巻線の位置の到達する前から励磁電流を励磁用巻線に流したり、到達した後に励磁電流を励磁用巻線に流したりすることができる。この磁極検出信号のタイミングの変更により、回転速度を変更することができる。 According to the electric motor of the present invention, the speed adjustment means changes the timing of the magnetic pole detection signal by the excitation sensor section, so that the permanent magnet of the rotor is excited before reaching the position of the excitation winding of the stator. The current can be passed through the excitation windings, or the excitation current can be passed through the excitation windings after it has been reached. The rotation speed can be changed by changing the timing of the magnetic pole detection signal.

前記励磁用センサ部は、一方の磁極または他方の磁極の発生を示す識別部が円周方向に沿って形成され、前記回転子と共に回転する回転板と、前記識別部を検出して、一方の磁極または他方の磁極の発生を指示する磁極検出信号を出力するセンサ部とを備え、前記励磁電流回路は、前記センサ部から磁極検出信号に基づいて前記励磁用巻線に一方の磁極または他方の磁極を発生するための励磁電流を前記励磁用巻線に出力し、
前記速度調整手段は、前記センサ部による前記回転板の前記識別部における検出位置を変更可能とする機構により形成されたものとすることができる。
The excitation sensor section has an identification section formed along the circumference to indicate the occurrence of one magnetic pole or the other magnetic pole. a sensor section for outputting a magnetic pole detection signal that instructs the generation of the magnetic pole or the other magnetic pole, and the excitation current circuit supplies the excitation winding with one magnetic pole or the other magnetic pole based on the magnetic pole detection signal from the sensor section. outputting an excitation current for generating a magnetic pole to the excitation winding;
The speed adjusting means may be formed by a mechanism that can change the detection position of the rotating plate at the identifying portion by the sensor portion.

速度調整手段は、センサ部による回転板の識別部における検出位置を変更可能とする機構とすることにより、容易に磁極検出信号を出力するタイミングを変更することができる。 The speed adjusting means can easily change the timing of outputting the magnetic pole detection signal by using a mechanism that can change the detection position of the rotary plate in the identifying portion of the rotating plate by the sensor portion.

前記回転子の回転に伴う磁界により発電する発電用巻線を備え、前記発電用巻線からの電流を調整する回転速度調整部が接続されたものとすることができる。
発電用巻線により電力を発生させることができ、回転速度調整部に流れる電流に応じて永久磁石の回転数を調整することができる。
A power generation winding for generating power by a magnetic field generated by the rotation of the rotor may be provided, and a rotational speed adjustment section for adjusting current from the power generation winding may be connected.
Electric power can be generated by the power generation winding, and the number of rotations of the permanent magnet can be adjusted according to the current flowing through the rotation speed adjustment section.

前記回転子の回転に伴う磁界により発電する発電用巻線を備え、前記励磁用巻線からの非励磁期間の一部または全部を含む期間の前記発電用巻線からの出力を調整する前記発電用巻線からの出力を調整する調整回路を備えたものとすることができる。 The power generation includes power generation windings that generate power by the magnetic field generated by the rotation of the rotor, and adjusts the output from the power generation windings during a period that includes part or all of the non-excitation period from the excitation windings. An adjustment circuit may be provided to adjust the output from the winding.

前記調整回路は、前記励磁用巻線からの非励磁期間の一部または全部を含む期間に、前記発電用巻線からの出力を、短絡させる短絡部または消費する消費部を含むものとすることができる。 The adjustment circuit may include a short-circuiting section that short-circuits the output from the power generation winding or a consumption section that consumes the output from the power generation winding during a period including part or all of a non-excitation period from the excitation winding. .

前記回転子と前記励磁用巻線とを一組として、前記出力軸に沿って偶数組配置され、前記出力軸の軸線方向に並ぶ2個の励磁用巻線の軸線位置に配置されたコア同士を連結するヨークが設けられたものとすることができる。 An even number of pairs of the rotor and the excitation windings are arranged along the output shaft, and the cores are arranged at axial positions of the two excitation windings arranged in the axial direction of the output shaft. can be provided with a yoke that connects the

本発明は、磁極検出信号のタイミングの変更により、回転速度を変更することができるので、入力電圧が一定でありながら簡単に速度調整が可能である。 According to the present invention, since the rotation speed can be changed by changing the timing of the magnetic pole detection signal, the speed can be easily adjusted while the input voltage is constant.

本発明の実施の形態1に係る電動機を示す斜視図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a perspective view which shows the electric motor which concerns on Embodiment 1 of this invention. 図1に示す電動機の制御回路を示す回路図である。2 is a circuit diagram showing a control circuit of the electric motor shown in FIG. 1; FIG. 図2に示す電動機における励磁用センサ部の回転を説明するための図である。3 is a diagram for explaining rotation of an excitation sensor unit in the electric motor shown in FIG. 2; FIG. (A)から(E)は、-5°から+15°までの励磁用センサ部の回転位置を示す図である。(A) to (E) are diagrams showing rotational positions of the excitation sensor unit from -5° to +15°. 図4(B)から同図(E)に示す励磁用センサ部の回転板を回転した位置と回転数との結果を示す一覧表であり、(A)はトルクを0.3N/mとした場合、(B)はトルクを0.4N/mとした場合、(C)はトルクを0.5N/mとした場合である。FIG. 4B to FIG. 4E is a table showing the results of rotating the rotating plate of the sensor unit for excitation shown in FIG. (B) is for a torque of 0.4 N/m, and (C) is for a torque of 0.5 N/m. 図1に示す電動機について電子式で回転速度を調整するための構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram for electronically adjusting the rotation speed of the electric motor shown in FIG. 1 ; 本発明の実施の形態2に係る電動機を示す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing an electric motor according to Embodiment 2 of the present invention; 図7に示す電動機の回転速度調整部を説明するための図である。FIG. 8 is a diagram for explaining a rotational speed adjustment unit of the electric motor shown in FIG. 7; 図7および図8に示す電動機の励磁電流を変化させたときの発電用巻線の発電電圧および発電電流と回転数との関係を説明するための一覧表である。FIG. 9 is a table for explaining the relationship between the generated voltage and generated current of the power generation windings and the number of revolutions when the excitation current of the motor shown in FIGS. 7 and 8 is changed; FIG. 本発明の実施の形態3に係る電動機の調整回路を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a motor adjustment circuit according to Embodiment 3 of the present invention; 図10に示す調整回路の調整用センサ部の配置を説明するための斜視図である。FIG. 11 is a perspective view for explaining the arrangement of an adjustment sensor section of the adjustment circuit shown in FIG. 10; 図11に示す調整用センサ部が出力する調整指示信号のタイミングを説明するための波形図である。12 is a waveform diagram for explaining the timing of an adjustment instruction signal output by the adjustment sensor section shown in FIG. 11; FIG. (A)は電動機の励磁開始角度を変更したときの回転数を示す一覧表、(B)は、調整回路により非励磁期間に発電機用巻線の出力を調整した状態で、電動機の励磁開始角度を変更したときの回転数を示す一覧表、(C)は発電機用巻線の出力が短絡状態で、電動機の励磁開始角度を変更したときの回転数を示す一覧表である。(A) is a list showing the number of rotations when the excitation start angle of the motor is changed, and (B) is a state in which the output of the generator winding is adjusted during the non-excitation period by the adjustment circuit, and the excitation of the motor is started. FIG. 11C is a table showing the number of revolutions when the angle is changed, and (C) is a table showing the number of revolutions when the excitation start angle of the motor is changed while the output of the generator winding is short-circuited. 本発明の実施の形態4に係る電動機を示す斜視図である。FIG. 11 is a perspective view showing an electric motor according to Embodiment 4 of the present invention; (A)および(B)は、図13に示す電動機の磁路を説明するための斜視図である。14A and 14B are perspective views for explaining magnetic paths of the electric motor shown in FIG. 13; FIG. (A)および(B)は、本発明の実施の形態5に係る電動機の磁路を説明するための斜視図である。(A) and (B) are perspective views for explaining magnetic paths of an electric motor according to Embodiment 5 of the present invention.

(実施の形態1)
本発明の実施の形態1に係る電動機を図面に基づいて説明する。
図1に示す電動機10は、回転子20と固定子30とを備えている。
回転子20は、永久磁石21と、永久磁石21を保持する回転子本体22とを備えている。
(Embodiment 1)
An electric motor according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings.
The electric motor 10 shown in FIG. 1 has a rotor 20 and a stator 30 .
The rotor 20 includes permanent magnets 21 and a rotor main body 22 that holds the permanent magnets 21 .

永久磁石21(第1磁石21a~第4磁石21d)は、回転子20の軸線X1を中心として、一方の磁極(例えば、N極。)と、一方の磁極と反対の磁極となる他方の磁極(例えば、S極。)とが、90度ごとに交互に直径方向に向かって配置されている。永久磁石21は、回転中心から外側に向かうに従って直径が小さくなる磁石を多段に積み重ねたものである。永久磁石21は、磁力が他の磁石より強いネオジム磁石が使用できる。
回転子本体22は、軸線位置に回転軸23(出力軸)が形成され、図示しないフレームに回転自在に保持される。
The permanent magnets 21 (the first magnets 21a to the fourth magnets 21d) have one magnetic pole (for example, N pole) centered on the axis X1 of the rotor 20 and the other magnetic pole opposite to the one magnetic pole. (for example, south pole) are arranged in the diametrical direction alternately every 90 degrees. The permanent magnet 21 is formed by stacking magnets in multiple stages, the diameter of which decreases outward from the center of rotation. A neodymium magnet having a stronger magnetic force than other magnets can be used as the permanent magnet 21 .
The rotor main body 22 has a rotary shaft 23 (output shaft) formed at the axial position, and is rotatably held by a frame (not shown).

固定子30は、回転子20の周囲に配置されている。固定子30は、永久磁石21に軸線X2を向け、回転子20を中心に、その周囲に90度ごとに4個(第1巻線31a~第4巻線31d)が配置された、回転子20への磁界を発生する励磁用巻線31を備えている。励磁用巻線31は、図示しないフレームに設けられている。励磁用巻線31は、対向位置の2個(例えば、第1巻線31aと第3巻線31c、第2巻線31bと第4巻線31d。)が対であり同極となり、隣合わせは異極となる。 The stator 30 is arranged around the rotor 20 . The stator 30 has the axis X2 directed toward the permanent magnet 21, and the rotor 20 is the center, and four windings (first winding 31a to fourth winding 31d) are arranged at intervals of 90 degrees around the rotor. It has an excitation winding 31 for generating a magnetic field to 20 . The excitation winding 31 is provided on a frame (not shown). Two of the excitation windings 31 (for example, the first winding 31a and the third winding 31c, the second winding 31b and the fourth winding 31d) are paired and have the same polarity. become opposite poles.

本実施の形態では、回転子本体22の周囲に永久磁石21が配置され、その周囲に固定子30が配置されているが、永久磁石21は回転子本体22の軸線X1に沿って等間隔の回転角度ごとに配置するようにしてもよい。例えば、2個の永久磁石21を配置する場合には、永久磁石21を90度ごとにN極とS極とを配置する。また、6個の永久磁石21を配置するときに、N極とS極とを交互に60度ごとに配置する。励磁用巻線31には、制御回路40が接続されている。 In this embodiment, the permanent magnets 21 are arranged around the rotor main body 22, and the stator 30 is arranged therearound. You may make it arrange|position for every rotation angle. For example, when arranging two permanent magnets 21, the permanent magnets 21 are arranged with N pole and S pole every 90 degrees. Also, when arranging six permanent magnets 21, N poles and S poles are arranged alternately every 60 degrees. A control circuit 40 is connected to the excitation winding 31 .

図1および図2に示すように、制御回路40は、励磁用センサ部41と、励磁回路部42とを備えている。図2に示す制御回路40は、同極となる対向する、一方の一対の励磁用巻線31について図示しており、他方の一対の励磁用巻線31については、一方の励磁用巻線31と異極になるような励磁電流を発生している。 As shown in FIGS. 1 and 2, the control circuit 40 includes an excitation sensor section 41 and an excitation circuit section 42 . Control circuit 40 shown in FIG. It generates an exciting current that has a different polarity from that of

励磁用センサ部41は、永久磁石21のN極の位置を検出する第1センサ部411(センサ部)と、永久磁石21のS極の位置を検出する第2センサ部412(センサ部)と、回転子20と共に回転する回転板413とを備えている。
励磁用センサ部41は、第1センサ部411およびこの第1センサ部411と回転方向に隣接する第2センサ部412による一対が、180度ずれて、向かい合わせに2組配置されている。
The excitation sensor unit 41 includes a first sensor unit 411 (sensor unit) that detects the position of the N pole of the permanent magnet 21, and a second sensor unit 412 (sensor unit) that detects the position of the S pole of the permanent magnet 21. , and a rotating plate 413 that rotates together with the rotor 20 .
In the excitation sensor section 41, two pairs of a first sensor section 411 and a second sensor section 412 adjacent to the first sensor section 411 in the rotational direction are arranged facing each other with a 180 degree shift.

第1センサ部411および第2センサ部412は、図2に示すように、発光ダイオードとフォトダイオードとによる透過型のフォトインタラプタにより形成されている。
図3に示すように、第1センサ部411および第2センサ部412は、図示しないフレームにより取り付けられており、回転軸23を中心に第1センサ部411および第2センサ部412を回転板413に対する回転位置が変更可能に形成されている。この第1センサ部411および第2センサ部412の回転位置を変更可能とする機構を速度調整手段として機能させている。
As shown in FIG. 2, the first sensor section 411 and the second sensor section 412 are formed of a transmissive photointerrupter composed of a light emitting diode and a photodiode.
As shown in FIG. 3 , the first sensor unit 411 and the second sensor unit 412 are attached by a frame (not shown), and the first sensor unit 411 and the second sensor unit 412 are mounted on a rotary plate 413 around the rotation shaft 23 . is formed to be changeable. A mechanism that allows the rotational positions of the first sensor section 411 and the second sensor section 412 to be changed functions as speed adjusting means.

回転板413は、円盤本体413dに、円周方向に沿った円弧状のスリットが形成されることで光を透過する透過部413tと、スリット以外で光を遮蔽する遮光部413sとが形成される。
透過部413tは、励磁用巻線31が一方の磁極または他方の磁極を発生する期間となる範囲に形成された識別部として機能するものであり、遮光部413sは、透過部413tの残余の期間であり、非励磁期間となる範囲に形成されている。しかし、第1センサ部411が透過部413tを検出して励磁用巻線31が一方の磁極を発生した後に、遮光部413sを検出するときに、第2センサ部412が透過部413tを検出することで、励磁用巻線31が他方の磁極を発生している。従って、本実施の形態1では、切り替わり期間はあるものの、設計的には全く磁界を発生させない非励磁期間は無いようにしている。
The rotating plate 413 has a transmitting portion 413t that transmits light by forming an arcuate slit along the circumferential direction in the disk main body 413d, and a light blocking portion 413s that blocks light other than the slit. .
The transmission portion 413t functions as an identification portion formed in a range during which the excitation winding 31 generates one magnetic pole or the other magnetic pole, and the light shielding portion 413s covers the remaining period of the transmission portion 413t. , and is formed in the range of the non-excitation period. However, after the first sensor section 411 detects the transmission section 413t and the excitation winding 31 generates one magnetic pole, when the light blocking section 413s is detected, the second sensor section 412 detects the transmission section 413t. Thus, the excitation winding 31 generates the other magnetic pole. Therefore, in the first embodiment, although there is a switching period, the design is such that there is no non-excitation period during which no magnetic field is generated.

本実施の形態1では、励磁用巻線31が、90°ごとに通過する永久磁石21に合わせて、N極を発生させたり、S極を発生させたりしているので、円周方向に沿って90°の透過部413tと、透過部413tに続いて90°の遮光部413sと、次に90°の透過部413tと、90°の遮光部413sとが形成され、第1センサ部411と第2センサ部とが90°ずれて配置されている。 In the first embodiment, the excitation winding 31 generates an N pole or an S pole in accordance with the passing permanent magnet 21 every 90°. Then, a 90° transmission portion 413t, a 90° light shielding portion 413s following the transmission portion 413t, a 90° transmission portion 413t, and a 90° light shielding portion 413s are formed. 90 degrees off from the second sensor unit.

回転板413は、励磁用巻線31が励磁用センサ部41の第1センサ部411(永久磁石21)と一致した位置、または励磁用巻線31が第2センサ部412(永久磁石21)と一致した位置を0°とした基準位置として、回転角度がマイナス方向とプラス方向に連続的に回転することで、第1センサ部411および第2センサ部412(センサ部)による回転板413の透過部413tおよび遮光部413s(識別部)の検出位置をずらすことができるので、励磁のタイミングをずらすことが可能である。
例えば、図4(A)は、励磁用センサ部41の角度が-5°であり、図4(B)は0°であり、図4(B)から図4(E)は、5°ごとに+15°まで回転させた状態を示している。
Rotating plate 413 is positioned so that excitation winding 31 coincides with first sensor section 411 (permanent magnet 21) of excitation sensor section 41, or where excitation winding 31 coincides with second sensor section 412 (permanent magnet 21). With the coincident position as a reference position of 0°, the rotation angle continuously rotates in the negative direction and the positive direction. Since the detection positions of the portion 413t and the light shielding portion 413s (identification portion) can be shifted, the excitation timing can be shifted.
For example, in FIG. 4A, the angle of the excitation sensor unit 41 is -5°, in FIG. 4B is 0°, and in FIGS. is rotated to +15°.

回転角度についてのプラス方向は、回転子20の永久磁石21が固定子30の励磁用巻線31の位置に回ってくるより前に励磁用センサ部41が早めに検出する方向であり(図3においては反時計回り)、マイナス方向は、永久磁石21が励磁用巻線31の位置より過ぎたときに励磁用センサ部41が遅く検出する方向である(図3においては時計回り)。 The positive direction of the rotation angle is the direction detected earlier by the excitation sensor unit 41 before the permanent magnet 21 of the rotor 20 turns to the position of the excitation winding 31 of the stator 30 (Fig. 3). counterclockwise in FIG. 3), and the minus direction is the direction detected later by the excitation sensor unit 41 when the permanent magnet 21 passes the position of the excitation winding 31 (clockwise in FIG. 3).

図2に示す励磁回路部42は、第1センサ部411部と第2センサ部412とを一組として、励磁用センサ部41からの磁極検出信号に基づいて、励磁用巻線31への通電方向を制御するものである。励磁回路部42は、第1FET421a,421bから第3FET423a,423bまでのトランジスタにより、励磁用巻線31への通電方向を制御している。
第1FET421aと第3FET423aとはn型FETである。第2FET422a,422bは、p型FETである。
The excitation circuit section 42 shown in FIG. 2 includes a first sensor section 411 and a second sensor section 412 as a set, and energizes the excitation winding 31 based on the magnetic pole detection signal from the excitation sensor section 41. It controls direction. The excitation circuit section 42 controls the energization direction to the excitation winding 31 by transistors from the first FETs 421a and 421b to the third FETs 423a and 423b.
The first FET 421a and the third FET 423a are n-type FETs. The second FETs 422a and 422b are p-type FETs.

第1FET421a,421bは、ゲート端子Gが抵抗R11,R12を介して第1センサ部411および第2センサ部のフォトインタラプタに接続されている。また、第1FET421a,421bは、ソース端子Sが接地されている。 Gate terminals G of the first FETs 421a and 421b are connected to photointerrupters of the first sensor section 411 and the second sensor section through resistors R11 and R12. The source terminals S of the first FETs 421a and 421b are grounded.

第2FET422a,422bは、ソース端子SがダイオードD11,D12を介して電源に接続されていると共に、コンデンサC11,C12を介して接地されている。また、第2FET422a,422bのゲート端子Gは、抵抗R21,R22を介して第1FET421a,421bのドレイン端子Dに接続されていると共に、抵抗R31,R32を介して第2FET422a,422bのソース端子Sに接続されている。第2FET422a,422bのドレイン端子Dは、ダイオードD21,D22のアノード端子Aに接続され、コンデンサC11,C12を介して接地されていると共に、第3FET423a,423bのドレイン端子Dに接続されている。 The second FETs 422a and 422b have their source terminals S connected to the power supply via diodes D11 and D12, and grounded via capacitors C11 and C12. The gate terminals G of the second FETs 422a and 422b are connected to the drain terminals D of the first FETs 421a and 421b via resistors R21 and R22, and to the source terminals S of the second FETs 422a and 422b via resistors R31 and R32. It is connected. The drain terminals D of the second FETs 422a and 422b are connected to the anode terminals A of the diodes D21 and D22, grounded through the capacitors C11 and C12, and connected to the drain terminals D of the third FETs 423a and 423b.

第3FET423a,423bは、ゲート端子Gが抵抗R41,R42を介して第1センサ部411および第2センサ部のフォトインタラプタに接続されている。第3FET423a,423bのソース端子Sは接地されている。
励磁用巻線31の一方の配線は、第2FET422aのドレイン端子Dに接続されていると共に、第3FET423aのドレイン端子Dに接続されている。
励磁用巻線31の他方の配線は、第2FET422bのドレイン端子Dに接続されていると共に、第3FET423bのドレイン端子Dに接続されている。
Gate terminals G of the third FETs 423a and 423b are connected to photointerrupters of the first sensor section 411 and the second sensor section through resistors R41 and R42. Source terminals S of the third FETs 423a and 423b are grounded.
One wiring of the excitation winding 31 is connected to the drain terminal D of the second FET 422a and to the drain terminal D of the third FET 423a.
The other wire of the excitation winding 31 is connected to the drain terminal D of the second FET 422b and to the drain terminal D of the third FET 423b.

以上のように構成された本発明の実施の形態1に係る電動機の動作および使用状態を図面に基づいて説明する。まず、第1巻線31aと第3巻線31cとの励磁について説明する。図2に示す制御回路40には電源が供給されているものとする。 The operation and usage condition of the electric motor according to Embodiment 1 of the present invention configured as described above will be described with reference to the drawings. First, the excitation of the first winding 31a and the third winding 31c will be described. It is assumed that power is supplied to the control circuit 40 shown in FIG.

例えば、永久磁石21のN極が励磁用巻線31に位置することで、励磁用センサ部41のうち、第1センサ部411に、回転板413の透過部413tが位置する。
第1センサ部411の透過部413tにて発光ダイオードからの光が透過することで、フォトトランジスタが通電する。フォトトランジスタが通電することで、これが第1センサ部411から励磁回路部42への磁極検出信号となって、第1センサ部411に、抵抗R11,R41を介して接続された第1FET421aのゲート端子Gと、第3FET423aのゲート端子Gとは、第1FET421aと第3FET423aとがオン状態となる、第1電圧となる。
For example, by positioning the N pole of the permanent magnet 21 at the excitation winding 31 , the transmitting portion 413 t of the rotating plate 413 is positioned at the first sensor portion 411 of the excitation sensor portion 41 .
Light from the light emitting diode is transmitted through the transmission portion 413t of the first sensor portion 411, thereby energizing the phototransistor. When the phototransistor is energized, this becomes a magnetic pole detection signal from the first sensor section 411 to the excitation circuit section 42, and the gate terminal of the first FET 421a connected to the first sensor section 411 via the resistors R11 and R41. G and the gate terminal G of the third FET 423a become the first voltage at which the first FET 421a and the third FET 423a are turned on.

また、第1センサ部411のフォトインタラプタに透過部413tが位置するときには、第2センサ部412には遮光部413sが位置するので、第2センサ部412は非通電状態にある。従って、第2センサ部412に、抵抗R12,R42を介して接続された第1FET421bのゲート端子Gと、第3FET423bのゲート端子Gとは、第1FET421bと第3FET423bがオフ状態となる、第1電圧より低電圧の第2電圧(0V)となる。 Further, when the transmission portion 413t is positioned at the photointerrupter of the first sensor portion 411, the light blocking portion 413s is positioned at the second sensor portion 412, so the second sensor portion 412 is in a non-energized state. Therefore, the gate terminal G of the first FET 421b and the gate terminal G of the third FET 423b, which are connected to the second sensor section 412 via the resistors R12 and R42, are connected to the first voltage at which the first FET 421b and the third FET 423b are turned off. It becomes a second voltage (0 V) which is a lower voltage.

第1FET421bがオフ状態であるときには、第1FET421bのドレイン端子Dに抵抗R21を介して接続された第2FET422aのゲート端子Gは、電源Vssに接続された抵抗R31により第2FET422aがオフ状態となる第1電圧となる。 When the first FET 421b is in the off state, the gate terminal G of the second FET 422a connected to the drain terminal D of the first FET 421b through the resistor R21 is connected to the first gate terminal G of the second FET 422a in which the second FET 422a is in the off state by the resistor R31 connected to the power supply Vss. voltage.

第1FET421aがオン状態であるときには、抵抗R22が第1FET421aのドレイン端子Dに接続されているため、第2FET422bのゲート端子Gは、第2FET422bがオン状態となる、第2電圧になる。 When the first FET 421a is on, the resistor R22 is connected to the drain terminal D of the first FET 421a, so the gate terminal G of the second FET 422b is at the second voltage at which the second FET 422b is on.

このようにして、第1FET421a,421b~第3FET423a,423bのオン状態とオフ状態とが決定されると、電源Vssからの電流が、第2FET422bのソース端子SにダイオードD12を介して流れ込み、第2FET422bのドレイン端子Dから励磁用巻線31(第1巻線31a,第3巻線31c)へ流れる。そして、第1巻線31a,第3巻線31cの反対側から電流が、第3FET423aのドレイン端子Dからソース端子Sへ流れことで、第1巻線31a,第3巻線31cは、永久磁石21のN極と反発する同極の磁界を発生する。
第1巻線31a,第3巻線31cが発生した磁界により、永久磁石21のN極が反発して、回転子20が回転する。
When the ON state and OFF state of the first FET 421a, 421b to the third FET 423a, 423b are determined in this way, the current from the power supply Vss flows into the source terminal S of the second FET 422b through the diode D12, and the second FET 422b from the drain terminal D to the excitation winding 31 (the first winding 31a and the third winding 31c). Then, a current flows from the opposite side of the first winding 31a and the third winding 31c from the drain terminal D of the third FET 423a to the source terminal S, so that the first winding 31a and the third winding 31c become permanent magnets. 21 generates a magnetic field of the same polarity that repels the north pole.
The magnetic field generated by the first winding 31a and the third winding 31c repels the north pole of the permanent magnet 21, causing the rotor 20 to rotate.

一方、永久磁石21のS極側では、励磁用センサ部41のうち、第2センサ部412に、回転板413の透過部413tが位置する。
第2センサ部412の透過部413tにて、発光ダイオードからの光が透過することで、フォトトランジスタが通電する。フォトトランジスタが通電することで、これが第2センサ部412から励磁回路部42への磁極検出信号となって、フォトトランジスタが通電することで、第2センサ部412に、抵抗R12,R42を介して接続された第1FET421bのゲート端子Gと、第3FET423bのゲート端子Gとは、第1FET421bと第3FET423bとがオン状態となる、第1電圧となる。
On the other hand, on the S pole side of the permanent magnet 21 , the transmitting portion 413 t of the rotating plate 413 is positioned in the second sensor portion 412 of the excitation sensor portion 41 .
Light from the light-emitting diode is transmitted through the transmission portion 413t of the second sensor portion 412, thereby energizing the phototransistor. When the phototransistor is energized, this becomes a magnetic pole detection signal from the second sensor section 412 to the excitation circuit section 42, and when the phototransistor is energized, the second sensor section 412 receives a magnetic pole detection signal via the resistors R12 and R42. The connected gate terminal G of the first FET 421b and the gate terminal G of the third FET 423b become the first voltage that turns on the first FET 421b and the third FET 423b.

また、第2センサ部412に透過部413tが位置するときには、第1センサ部411のフォトインタラプタには遮光部413sが位置するので、第1センサ部411は非通電状態にある。従って、第1センサ部411に、抵抗R11,R41を介して接続された第1FET421aのゲート端子Gと、第3FET423aのゲート端子Gとは、第1FET421aと第3FET423aがオフ状態となる、第2電圧となる。 Also, when the transmitting portion 413t is positioned in the second sensor portion 412, the light blocking portion 413s is positioned in the photointerrupter of the first sensor portion 411, so the first sensor portion 411 is in a non-energized state. Therefore, the gate terminal G of the first FET 421a and the gate terminal G of the third FET 423a, which are connected to the first sensor section 411 via the resistors R11 and R41, are connected to the second voltage at which the first FET 421a and the third FET 423a are turned off. becomes.

第1FET421aがオフ状態であるときには、第1FET421aのドレイン端子Dに抵抗R22を介して接続された第2FET422bのゲート端子Gは、電源Vssに接続された抵抗R32により第2FET422bがオフ状態となる第1電圧となる。 When the first FET 421a is in the off state, the gate terminal G of the second FET 422b connected to the drain terminal D of the first FET 421a through the resistor R22 is connected to the first gate terminal G of the second FET 422b in which the second FET 422b is in the off state by the resistor R32 connected to the power supply Vss. voltage.

第1FET421bがオン状態であるときには、抵抗R21が第1FET421bのドレイン端子Dに接続されているため、第2FET422aのゲート端子Gは、第2FET422aがオン状態となる、第2電圧になる。 When the first FET 421b is on, the resistor R21 is connected to the drain terminal D of the first FET 421b, so the gate terminal G of the second FET 422a is at the second voltage at which the second FET 422a is on.

このようにして、第1FET421a,421b~第3FET423a,423bのオン状態とオフ状態とが決定されると、電源Vssからの電流が、第2FET422aのソース端子SにダイオードD11を介して流れ込み、第2FET422aのドレイン端子Dから励磁用巻線31(第1巻線31a,第3巻線31c)へ流れる。そして、第1巻線31a,第3巻線31cの反対側から電流が、第3FET423bのドレイン端子Dからソース端子Sへ流れことで、第1巻線31a,第3巻線31cは、永久磁石21のS極と反発する同極の磁界を発生する。
第2巻線31b,第4巻線31dが発生した磁界により、永久磁石21のS極が反発して、回転子20が回転する。
When the ON state and OFF state of the first FETs 421a, 421b to the third FETs 423a, 423b are determined in this way, the current from the power supply Vss flows into the source terminal S of the second FET 422a through the diode D11. from the drain terminal D to the excitation winding 31 (the first winding 31a and the third winding 31c). Then, a current flows from the opposite side of the first winding 31a and the third winding 31c from the drain terminal D of the third FET 423b to the source terminal S, so that the first winding 31a and the third winding 31c become permanent magnets. 21 generates a magnetic field of the same polarity that repels the S pole.
The S pole of the permanent magnet 21 repels the magnetic field generated by the second winding 31b and the fourth winding 31d, and the rotor 20 rotates.

この第1巻線31a,第3巻線31cにより、永久磁石21が反発する磁界を励磁することで回転子20が駆動され、回転方向に順次切り替わることで回転子20が回転し続ける。 The first winding 31a and the third winding 31c excite the magnetic field that repels the permanent magnet 21 to drive the rotor 20, and the rotor 20 continues to rotate by sequentially switching the direction of rotation.

(第1実施例)
このように動作する本実施の形態1に係る電動機10を作製して、電動機10の出力軸(回転軸を発電機の入力軸に連結し、発電機の出力に電子負荷装置を接続してトルクを調整しながら、励磁用巻線31への入力電圧および入力電流と、回転子20の回転数との関係を測定した。
(First embodiment)
The electric motor 10 according to Embodiment 1 that operates in this manner is manufactured, and the output shaft (rotating shaft) of the electric motor 10 is connected to the input shaft of the generator, and an electronic load device is connected to the output of the generator to generate torque. , the relationship between the input voltage and input current to the excitation winding 31 and the rotation speed of the rotor 20 was measured.

励磁用巻線31は、銅線(Φ0.7mm)を400回巻いたものを使用した。
永久磁石21は、厚みが3mmの5個の円盤状磁石を積層したものであり、回転子本体22側から、直径が30mm、25mm、20mm、15mm、10mmのネオジム磁石を使用した。
As the excitation winding 31, a copper wire (Φ0.7 mm) wound 400 times was used.
The permanent magnet 21 is a stack of five disc-shaped magnets with a thickness of 3 mm, and neodymium magnets with diameters of 30 mm, 25 mm, 20 mm, 15 mm, and 10 mm were used from the rotor main body 22 side.

励磁回路部42への電源Vssとして30Vを印加した。
そして回転板413は、図4(B)に示す角度0°から図4(E)に示す角度+15°まで、5°ごとに回転させて回転軸23の回転数を測定した。また、電子負荷装置の負荷を調整して、電動機10のトルクを0.3N/m,0.4N/m,0.5N/mと変化させた。
A voltage of 30 V was applied as a power supply Vss to the excitation circuit section 42 .
Rotating plate 413 was rotated every 5° from an angle of 0° shown in FIG. 4B to an angle of +15° shown in FIG. Also, by adjusting the load of the electronic load device, the torque of the electric motor 10 was changed to 0.3 N/m, 0.4 N/m, and 0.5 N/m.

結果を図5(A)~同図(C)に示す。入力電圧(励磁電圧)が30Vで一定であるが、トルクを増加させると、入力電流(励磁電圧)が増加すると共に、回転数が上昇していることが判る。また、モータ効率は、角度を変化させても大きく低下していないことが判る。 The results are shown in FIGS. 5(A) to 5(C). It can be seen that the input voltage (excitation voltage) is constant at 30 V, but when the torque is increased, the input current (excitation voltage) increases and the rotation speed rises. Also, it can be seen that the motor efficiency does not significantly decrease even when the angle is changed.

これは、永久磁石21が励磁用巻線31に接近して通過するときに、励磁用巻線31に逆起電力が発生し、励磁用巻線31の通電を阻害する。また、励磁用巻線31に通電すると過渡現象により時定数を持って電流が遅延して上昇する。従って、これらのことから、励磁用センサ部41の第1センサ部411と第2センサ部412とが励磁用巻線31に対応する位置に設定されていると、励磁用巻線31により発生する磁界は、永久磁石21が励磁用巻線31を通過した位置から最大となるものと推測される。 When the permanent magnet 21 approaches and passes through the excitation winding 31 , a back electromotive force is generated in the excitation winding 31 , which hinders the energization of the excitation winding 31 . Also, when the excitation winding 31 is energized, the current rises with a delay with a time constant due to a transient phenomenon. Accordingly, when the first sensor section 411 and the second sensor section 412 of the excitation sensor section 41 are set at positions corresponding to the excitation winding 31, the excitation winding 31 generates It is presumed that the magnetic field becomes maximum from the position where the permanent magnet 21 passes through the excitation winding 31 .

しかし、励磁用センサ部41をプラス方向に移動して早めに透過部413tを検知させることで、励磁用巻線31への通電が早まるため、励磁用巻線31に電流が流れやすくなり、永久磁石21が励磁用巻線31に位置したあたりから、励磁用巻線31による磁界を最大とすることができる。従って、永久磁石21は、励磁用巻線31により大きく反発して、回転するので、電動機10の回転数を上昇させることができる。 However, by moving the excitation sensor portion 41 in the positive direction to detect the transmission portion 413t early, the current is passed through the excitation winding 31 more quickly, so that the current is more likely to flow through the excitation winding 31, resulting in a permanent The magnetic field generated by the excitation winding 31 can be maximized when the magnet 21 is positioned at the excitation winding 31 . Therefore, the permanent magnet 21 is strongly repelled by the excitation winding 31 and rotates, so that the rotation speed of the electric motor 10 can be increased.

このように電動機10は、入力電圧が一定でありながら簡単に速度調整が可能である。 In this manner, the electric motor 10 can easily adjust the speed while the input voltage is constant.

なお、本実施の形態では、回転子20の永久磁石21のN極を検出するための第1センサ部411と、永久磁石21のS極を検出するための第2センサ部412との回転位置をずらすことで、回転数を調整していた。
しかし、手動式で第1センサ部411および第2センサ部412を回転移動することの他に電子式に調整することも可能である。
In this embodiment, the rotational positions of the first sensor section 411 for detecting the N pole of the permanent magnet 21 of the rotor 20 and the second sensor section 412 for detecting the S pole of the permanent magnet 21 are The number of revolutions was adjusted by shifting the
However, in addition to manually rotating the first sensor unit 411 and the second sensor unit 412, it is also possible to adjust them electronically.

例えば、図6に示すように、励磁用センサ部41からの磁極検出信号(N極を第1センサ部411により検出したことを示す信号であるN極検出信号,S極を第2センサ部412により検出したことを示す信号であるS極検出信号)がタイミング制御部43に入力されると、タイミング設定部44からの指示に基づいて、磁極発生信号(N極発生信号,S極発生信号)を磁極励磁部45に出力する。そして、磁極励磁部45は、励磁電流を第1,3巻線31a,31cと第2,4巻線31b,31dとに出力する。 For example, as shown in FIG. 6, the magnetic pole detection signal from the excitation sensor unit 41 (the N pole detection signal, which is a signal indicating that the N pole has been detected by the first sensor unit 411, the S pole is detected by the second sensor unit 412 When the S pole detection signal, which is a signal indicating that the signal is detected by the timing control unit 43, is input to the timing control unit 43, based on the instruction from the timing setting unit 44, the magnetic pole generation signal (N pole generation signal, S pole generation signal) is output to the magnetic pole excitation unit 45 . Then, the magnetic pole excitation unit 45 outputs the excitation current to the first and third windings 31a and 31c and the second and fourth windings 31b and 31d.

このとき、タイミング設定部44の設定が基準位置からマイナス方向を指示するものであれば、励磁用センサ部41からの磁極検出信号をタイミング制御部43が入力してから、タイミング設定部44の設定に応じて遅延させて、磁極発生信号を出力する。
また、タイミング設定部44の設定が基準位置からプラス方向を指示するものであれば、励磁用センサ部41からの磁極検出信号に基づいて、回転子20(回転板413)の1周の回転時間を算出し、タイミング設定部44の設定に基づく回転角度と、1周の回転時間から磁極発生信号を出力するタイミングを算出して出力する。
このように、第1センサ部411および第2センサ部412を手動式で回転させることなく、タイミング設定部44への設定により電子式で電動機の回転速度を調整することが可能である。
At this time, if the setting of the timing setting unit 44 indicates a negative direction from the reference position, the timing control unit 43 receives the magnetic pole detection signal from the excitation sensor unit 41, and then the timing setting unit 44 is set. , and outputs a magnetic pole generation signal.
Further, if the setting of the timing setting unit 44 indicates the positive direction from the reference position, the rotation time of one revolution of the rotor 20 (rotating plate 413) is determined based on the magnetic pole detection signal from the excitation sensor unit 41. is calculated, and the timing for outputting the magnetic pole generation signal is calculated and output from the rotation angle based on the setting of the timing setting unit 44 and the rotation time of one rotation.
In this manner, the rotation speed of the electric motor can be electronically adjusted by setting the timing setting section 44 without manually rotating the first sensor section 411 and the second sensor section 412 .

図1に示す電動機10では、回転板413のスリットが形成された位置による透過部413tと、スリットが無い位置の遮光部413sとにより永久磁石21の位置を検出していたが、透過部413tと遮光部413sとを反対にしても、励磁回路部により反対の磁極を出力するようにすれば問題は無い。また、回転板413にスリットではなく、外周部に切り欠き部を形成するようにしてもよい。 In the electric motor 10 shown in FIG. 1, the position of the permanent magnet 21 is detected by the transmitting portion 413t at the position where the slit of the rotating plate 413 is formed and the light shielding portion 413s at the position without the slit. Even if the shielding portion 413s is reversed, there is no problem as long as the excitation circuit portion outputs opposite magnetic poles. Alternatively, the rotary plate 413 may be formed with notches on the outer peripheral portion instead of the slits.

更に、回転板により励磁する期間が識別でき、検出できればよいので、例えば、回転板に識別部として磁石を設け、センサ部としてフォトインタラプタの代わりにホール素子により磁石を検出するようにしてもよいし、他の手段でもよい。 Furthermore, since it is sufficient that the excitation period can be identified and detected by the rotating plate, for example, a magnet may be provided as an identification portion on the rotating plate, and the magnet may be detected by a Hall element instead of the photointerrupter as the sensor portion. , or other means.

(実施の形態2)
本発明の実施の形態2に係る電動機を図面に基づいて説明する。なお、図7においては、図1と同じ構成のものは同符号を付して説明を省略する。
図7に示す電動機11は、発電用巻線32が励磁用巻線31と同軸で、且つ、励磁用巻線31より外周位置に配置されたものである。
(Embodiment 2)
A motor according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to the drawings. In FIG. 7, the same components as in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
In the electric motor 11 shown in FIG. 7, the power generation winding 32 is coaxial with the excitation winding 31 and arranged at an outer peripheral position from the excitation winding 31 .

また、図8に示すように、発電用巻線32には、回転速度調整部50が接続されている。回転速度調整部50は、整流部51と、消費部52とを備えている。整流部51は、ダイオードブリッジにより構成することができる。
図8に示す回転速度調整部50では、整流部51に消費部52が1対1で接続されているが、回転速度調整部50は、他の発電用巻線32にも整流部51が接続され、他の複数の整流部51も1個の消費部52に対して接続されている。
Further, as shown in FIG. 8 , a rotation speed adjusting section 50 is connected to the power generation winding 32 . The rotation speed adjusting section 50 includes a rectifying section 51 and a consuming section 52 . The rectifying section 51 can be configured by a diode bridge.
In the rotation speed adjustment unit 50 shown in FIG. 8, the consumption unit 52 is connected to the rectification unit 51 on a one-to-one basis. , and a plurality of other rectifying units 51 are also connected to one consumption unit 52 .

励磁用巻線31が通電されることで発電用巻線32に電力が発生する。発電用巻線32からの電流は整流部51により全波整流され、消費部52に流れる。消費部52では、発電用巻線32からの電力を、設定された抵抗値によって消費する。 When the excitation winding 31 is energized, electric power is generated in the power generation winding 32 . The current from the power generation winding 32 is full-wave rectified by the rectifying section 51 and flows to the consuming section 52 . The consumption unit 52 consumes the power from the power generation winding 32 according to the set resistance value.

消費部52は、可変抵抗器とすることができるが、可変抵抗器の代わりに電気エネルギーを有効利用する負荷を接続してもよい。例えば、バッテリの充電回路としたり、照明器具としたり、電動機としたりすることができる。消費部52は、短絡状態から開放状態までの抵抗値を設定できるものとすることができる。 The consumption unit 52 can be a variable resistor, but a load that effectively utilizes electrical energy may be connected instead of the variable resistor. For example, it can be a battery charging circuit, a lighting fixture, or an electric motor. The consumption unit 52 can be set to a resistance value from a short-circuit state to an open state.

(第2実施例)
図7および図8に示す電動機11を作製して、発電用巻線32に流れる電流を、消費部52を変更することで調整して、発電電圧および発電電流と、回転子20の回転数との関係を測定した。
なお、発電用巻線32として、銅線(Φ0.7mm)を320回巻いたものを使用した。他の条件は、実施例1と同じである。
(Second embodiment)
The electric motor 11 shown in FIGS. 7 and 8 is manufactured, and the current flowing through the power generation winding 32 is adjusted by changing the consumption portion 52 to obtain the generated voltage, the generated current, and the rotation speed of the rotor 20. relationship was measured.
As the power generation winding 32, a copper wire (Φ0.7 mm) wound 320 times was used. Other conditions are the same as in Example 1.

図9に示すように、励磁用センサ部41のセンサ角度を10°に一定、励磁用巻線31への励磁電圧を30Vに一定とし、消費部52を開放から短絡まで変更した。
消費部52を開放としたときには、発電用巻線32の発電電圧が22.45V、回転数が3,650rpmであった。そして、発電電流を0.5Aごとに上昇させると、回転数が3,750rpm、3,900rpm、4,070rpmと徐々に、回転数が上昇する。図5(A)から同図(C)に示す結果では、センサ角度を0°から+15°まで変更することで、回転数が上昇していたことから、図7に示す電動機11においても、センサ角度を変更しつつ、発電用巻線32に流れる発電電流を消費部52の負荷を変更することで、更に回転数を上昇させたり、抑制したりできると推定できる。
As shown in FIG. 9, the sensor angle of the excitation sensor section 41 is fixed at 10°, the excitation voltage to the excitation winding 31 is fixed at 30 V, and the consumption section 52 is changed from open to short.
When the consumption part 52 was opened, the power generation voltage of the power generation winding 32 was 22.45 V, and the rotation speed was 3,650 rpm. When the generated current is increased by 0.5 A, the rotation speed gradually increases to 3,750 rpm, 3,900 rpm, and 4,070 rpm. The results shown in FIGS. 5A to 5C show that the number of revolutions increased by changing the sensor angle from 0° to +15°. It can be estimated that by changing the load of the consumption part 52 of the generated current flowing through the power generation winding 32 while changing the angle, the rotational speed can be further increased or suppressed.

(実施の形態3)
本発明の実施の形態3に係る電動機を図面に基づいて説明する。
回転子への磁界を発生する励磁用巻線と、回転子の回転に伴う磁界により発電する発電用巻線とを備えた電動機として前述した特許文献1と、特許文献2に記載されたものが知られている。
(Embodiment 3)
A motor according to Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to the drawings.
The electric motors described in the above-mentioned Patent Documents 1 and 2 are provided with an excitation winding for generating a magnetic field to the rotor and a power generation winding for generating power by the magnetic field accompanying the rotation of the rotor. Are known.

この特許文献2に記載の磁力発電機は、永久磁石の磁力を利用して発電を行うものである。この磁力発電機は、ON/OFF電源の供給によりモータ用コイルと永久磁石との間に働く吸引および反発力を利用して動力を発生させ、その動力を利用して永久磁石と発電用コイルとを相対移動させて発電を行い、上記発電用コイルによって発電された電力エネルギーの少なくとも一部が上記モータ用コイルに供給されるON/OFF電源に使用されるというものである。
この特許文献2に記載の回転電機では、磁力発電機は、発電用コイルから取り出した電気エネルギーを、モータ用コイルの動力源としてバッテリ電源などに充電されるだけである。
The magnetic power generator described in Patent Document 2 generates power using the magnetic force of permanent magnets. This magnetic power generator utilizes the attraction and repulsion acting between the motor coil and the permanent magnet by supplying an ON/OFF power supply to generate power. are relatively moved to generate power, and at least a part of the power energy generated by the power generation coil is used as an ON/OFF power source to be supplied to the motor coil.
In the rotary electric machine described in Patent Document 2, the magnetic generator simply charges a battery power source or the like with electric energy extracted from the power generation coil as a power source for the motor coil.

また、特許文献1に記載の電動機は、回転速度調整部に流れる電流に応じて永久磁石の回転数を調整することができるので、消費電力を増加させずに回転数を制御できる。
しかし、特許文献1に記載の電動機では、励磁用巻線(第1巻線)と同軸で、励磁用巻線より外周位置に発電用巻線(第2巻線)が配置されている。従って、永久磁石による回転子の向きが励磁用巻線に接近する位置、または対向する位置のときに、永久磁石と励磁用巻線と発電用巻線とがほぼ一列に並び、励磁用巻線が、永久磁石に反発する磁界に切り替わる。
そのため、励磁用巻線からの磁束だけでなく、永久磁石からの反対の磁束が、発電用巻線に影響を与え、発電用巻線からの磁界が励磁用巻線への励磁電流の流れを阻害するような影響を与えてしまい、モータ効率が低下してしまう。
Further, the electric motor described in Patent Document 1 can adjust the number of rotations of the permanent magnet according to the current flowing through the rotation speed adjustment section, so that the number of rotations can be controlled without increasing power consumption.
However, in the electric motor described in Patent Document 1, the winding for power generation (second winding) is arranged coaxially with the winding for excitation (first winding) and at an outer peripheral position from the winding for excitation. Therefore, when the direction of the rotor due to the permanent magnets approaches or faces the excitation windings, the permanent magnets, the excitation windings, and the power generation windings are aligned substantially in a line. switches to a magnetic field that repels the permanent magnet.
Therefore, not only the magnetic flux from the excitation winding, but also the opposite magnetic flux from the permanent magnet affects the power generation winding, and the magnetic field from the power generation winding suppresses the flow of the excitation current to the excitation winding. This will have a disturbing effect and reduce the motor efficiency.

そこで、本実施の形態3に係る電動機では、モータ効率を大きく低下させることなく、簡単に速度調整が可能なものとするために、
本実施の形態3に係る電動機は、回転子への磁界を発生する励磁用巻線と、前記回転子の回転に伴う磁界により発電する発電用巻線と、前記励磁用巻線からの非励磁期間の一部または全部を含む期間の前記発電用巻線からの出力を調整する前記発電用巻線からの出力を調整する調整回路とを備えている。
Therefore, in the electric motor according to the third embodiment, in order to easily adjust the speed without greatly reducing the motor efficiency,
The electric motor according to the third embodiment includes an excitation winding for generating a magnetic field to a rotor, a power generation winding for generating power by the magnetic field accompanying the rotation of the rotor, and a non-excitation winding from the excitation winding. and an adjustment circuit that adjusts the output from the power generation winding for a period that includes part or all of the period.

以下、本実施の形態3に係る電動機を詳述する。
本実施の形態3に係る電動機は、図7に示す実施の形態2に係る電動機11と同様に、回転子20の回転に伴う磁界により発電する発電用巻線32を備えている。発電用巻線32は、励磁用巻線31と同軸で、且つ、励磁用巻線31より外周位置に配置されている。
The electric motor according to the third embodiment will be described in detail below.
The electric motor according to the third embodiment includes power generation windings 32 that generate electric power by the magnetic field accompanying the rotation of the rotor 20, like the electric motor 11 according to the second embodiment shown in FIG. The power generation winding 32 is coaxial with the excitation winding 31 and arranged at an outer peripheral position from the excitation winding 31 .

実施の形態3に係る電動機では、図10に示すように発電用巻線32の出力に、電動機の回転を制御するための、短絡部による調整回路60が接続されている。調整回路60は、発電用巻線32から出力を整流する整流部61と、励磁用巻線31からの非励磁期間の一部または全部を含む期間に発電用巻線32からの出力を短絡させる短絡部62と、負荷Lを接続するための端子部63とを備えている。
なお、図10では、1セット分を図示しているが、励磁用巻線31および発電用巻線32の組み合わせは4組である。そのため、本実施の形態3に係る電動機では、図10に示す調整回路60をもう1セット備えている。
In the electric motor according to Embodiment 3, as shown in FIG. 10, the output of the power generation winding 32 is connected to an adjustment circuit 60 with a short circuit for controlling the rotation of the electric motor. The adjustment circuit 60 short-circuits the output from the power generation winding 32 during a period that includes a rectification section 61 that rectifies the output from the power generation winding 32 and a part or all of the non-excitation period from the excitation winding 31 . A short-circuit portion 62 and a terminal portion 63 for connecting a load L are provided.
Although one set is shown in FIG. 10, the number of combinations of the excitation windings 31 and the power generation windings 32 is four. Therefore, the electric motor according to the third embodiment includes another set of adjustment circuits 60 shown in FIG.

整流部61は、ダイオードブリッジにより構成することができる。
また、短絡部62は、所定のタイミングで調整指示信号を出力する調整用センサ部621と、調整用センサ部621からの調整指示信号により整流部61(発電用巻線32)の出力を短絡するスイッチ回路622とを備えている。
調整用センサ部621は、光ダイオードとフォトダイオードとによる透過型のフォトインタラプタにより形成されている。
スイッチ回路622は、整流部61からの出力がドレイン端子に接続され、調整用センサ部621からの出力が抵抗を介してゲート端子に接続されたP型FETとすることができる。
The rectifying section 61 can be configured by a diode bridge.
Further, the short-circuit unit 62 short-circuits the output of the rectifying unit 61 (the power generation winding 32) according to the adjustment sensor unit 621 that outputs an adjustment instruction signal at a predetermined timing and the adjustment instruction signal from the adjustment sensor unit 621. and a switch circuit 622 .
The adjustment sensor unit 621 is formed of a transmission type photointerrupter composed of a photodiode and a photodiode.
The switch circuit 622 may be a P-type FET having a drain terminal connected to the output from the rectifying section 61 and having a gate terminal connected to the output from the adjustment sensor section 621 via a resistor.

端子部63は、スイッチ回路622(FET)のソース端子に接続されていると共に、グランドに接続され、負荷Lが接続される。 The terminal portion 63 is connected to the source terminal of the switch circuit 622 (FET), grounded, and the load L is connected.

ここで、調整用センサ部621について、図11に基づいて説明する。
図11に示すように、調整用センサ部621は、励磁用巻線31が一方の磁極を発生していない非励磁期間を検出する第1センサ部621aと、励磁用巻線31が他方の磁極を発生していない非励磁期間を検出する第2センサ部621bとを備えている。この第1センサ部621aと第2センサ部621bとが、回転子20と共に回転する回転板413に設けられている。
Here, the adjustment sensor section 621 will be described with reference to FIG. 11 .
As shown in FIG. 11, the adjustment sensor section 621 includes a first sensor section 621a that detects a non-excitation period during which the excitation winding 31 does not generate one magnetic pole, and a second sensor unit 621b for detecting a non-excitation period during which no The first sensor portion 621 a and the second sensor portion 621 b are provided on the rotary plate 413 that rotates together with the rotor 20 .

回転板413には、励磁用巻線31が一方の磁極を発生する期間(磁極検出信号を発生する期間)となる範囲として機能すると共に、磁極を発生する期間が経過した後に、調整指示信号を出力する期間となる範囲(以下、調整範囲と称す。)として機能する透過部413tであり、回転板413の円周方向に沿った、円弧状の透過部413tが形成されている。 Rotating plate 413 functions as a range during which the excitation winding 31 generates one magnetic pole (a period during which a magnetic pole detection signal is generated), and after the period during which the magnetic pole is generated passes, an adjustment instruction signal is output. A transmission portion 413 t functioning as an output period range (hereinafter referred to as an adjustment range) is formed along the circumferential direction of the rotary plate 413 and has an arc-shaped transmission portion 413 t .

本実施の形態3では、図7に示す第1巻線31aと第3巻線31cとが同じ一方の磁極を発生し、第2巻線31bと第4巻線31dとが一方の磁極とは異なる他方の磁極を発生するので、円周方向に沿って45°の透過部413tと、透過部413tに続いて135°の遮光部413sと、次に45°の透過部413tと、135°の遮光部413sとが形成されている。 In Embodiment 3, the first winding 31a and the third winding 31c shown in FIG. Since a different magnetic pole is generated on the other side, a 45° transmitting portion 413t along the circumferential direction, a 135° blocking portion 413s following the transmitting portion 413t, a 45° transmitting portion 413t, and a 135° A light shielding portion 413s is formed.

次に、このように配置された第1センサ部621aおよび第2センサ部621bによる調整指示信号の発生タイミングについて、図12に基づいて説明する。
まず、図2に示す制御回路40の第1センサ部411(図12参照)が透過部413tを検出することで、磁極検出信号が励磁回路部42(図2参照)に出力され、励磁用巻線31に励磁電流が流れ、N極が発生する(S10参照)。
Next, the generation timing of the adjustment instruction signal by the first sensor section 621a and the second sensor section 621b arranged in this manner will be described based on FIG.
First, the first sensor unit 411 (see FIG. 12) of the control circuit 40 shown in FIG. An exciting current flows through line 31 and an N pole is generated (see S10).

回転子20と励磁用巻線31とによる磁界により、発電用巻線32が発電する。
調整用センサ部621は遮光部413sが位置しているため、出力には電流が流れてない状態である。従って、スイッチ回路622のゲート端子は、抵抗R61,R62によりプルアップされるため、整流部61により整流された発電用巻線32からの出力は、スイッチ回路622から端子部63を介して負荷Lに流れる。
A magnetic field generated by the rotor 20 and the excitation winding 31 causes the power generation winding 32 to generate electric power.
Since the light blocking portion 413s is located in the adjustment sensor portion 621, no current flows through the output. Therefore, since the gate terminal of the switch circuit 622 is pulled up by the resistors R61 and R62, the output from the power generation winding 32 rectified by the rectifier 61 is transferred from the switch circuit 622 to the load L through the terminal 63. flow to

次に、回転板413が回転することで透過部413tから遮光部413sが第1センサ部411により検出されることで、励磁用巻線31への励磁電流が停止され、非励磁期間となる(S20参照)。 Next, when the rotating plate 413 rotates, the light shielding portion 413s is detected from the transmitting portion 413t by the first sensor portion 411, whereby the excitation current to the excitation winding 31 is stopped, and a non-excitation period ( S20).

そして、図11に示す第1センサ部621aにより透過部413tが検出される(S30参照)。図10に示すように、第1センサ部621aにより透過部413tが検出されると、第1センサ部621aからの出力の電圧が低下する。そうすると、整流部61により整流された発電用巻線32からの出力は、第1センサ部621aからグランドに流れるため短絡した状態となる。 Then, the transmission portion 413t is detected by the first sensor portion 621a shown in FIG. 11 (see S30). As shown in FIG. 10, when the transmission portion 413t is detected by the first sensor portion 621a, the voltage output from the first sensor portion 621a decreases. Then, the output from the power generation winding 32 rectified by the rectifying section 61 flows from the first sensor section 621a to the ground, resulting in a short circuit state.

次に、図2に示す制御回路40の第2センサ部412(図12参照)が透過部413tを検出することで、磁極検出信号が励磁回路部42(図2参照)に出力され、励磁用巻線31に励磁電流が流れ、S極が発生する(S40参照)。 Next, when the second sensor unit 412 (see FIG. 12) of the control circuit 40 shown in FIG. An exciting current flows through the winding 31 and an S pole is generated (see S40).

回転子20と励磁用巻線31とによる磁界により、発電用巻線32が発電する。
調整用センサ部621は遮光部413sが位置しているため、出力には電流が流れてない状態である。従って、スイッチ回路622のゲート端子は、抵抗R61,R62によりプルアップされるため、整流部61により整流された発電用巻線32からの出力は、スイッチ回路622から端子部63を介して負荷Lに流れる。
A magnetic field generated by the rotor 20 and the excitation winding 31 causes the power generation winding 32 to generate electric power.
Since the light blocking portion 413s is located in the adjustment sensor portion 621, no current flows through the output. Therefore, since the gate terminal of the switch circuit 622 is pulled up by the resistors R61 and R62, the output from the power generation winding 32 rectified by the rectifier 61 is transferred from the switch circuit 622 to the load L through the terminal 63. flow to

次に、回転板413が回転することで透過部413tから遮光部413sが第2センサ部412により検出されることで、励磁用巻線31への励磁電流が停止され、非励磁期間となる(S50参照)。 Next, when the rotating plate 413 rotates, the light shielding portion 413s is detected from the transmitting portion 413t by the second sensor portion 412, whereby the excitation current to the excitation winding 31 is stopped, and a non-excitation period ( S50).

そして、図11に示す第2センサ部621bにより透過部413tが検出される(S60参照)。図10に示すように、第2センサ部621bにより透過部413tが検出されると、第2センサ部621bからの出力の電圧が低下する。そうすると、整流部61により整流された発電用巻線32からの出力は、第2センサ部621bからグランドに流れるため短絡した状態となる。 Then, the transmission portion 413t is detected by the second sensor portion 621b shown in FIG. 11 (see S60). As shown in FIG. 10, when the transmission portion 413t is detected by the second sensor portion 621b, the voltage of the output from the second sensor portion 621b decreases. Then, the output from the power generation winding 32 rectified by the rectifying section 61 flows from the second sensor section 621b to the ground, resulting in a short circuit state.

ここで、第2実施例における図7に示す電動機11に、図10および図11に示す調整回路60を実装して、励磁用センサ部41の回転板413を回転させたときの回転数を測定した。
図13(A)では、まず、負荷Lは接続せず、調整回路60を動作させない状態(発電用巻線32の出力が開放状態と等価)で測定した。
次に、図13(B)では、図12に示すタイミングで、励磁用巻線31が励磁され、非励磁期間に調整回路60(図10参照)により短絡される状態を測定した。
更に、図13(C)では、常に調整回路60を短絡させた状態(発電用巻線32の出力が短絡状態と等価)で測定した。
そして、図13(A)から同図(C)では、回転板413を、図4(A)に示す角度-5°から図4(E)に示す角度+15°まで、5°ごとに回転させた。
Here, the adjustment circuit 60 shown in FIGS. 10 and 11 is mounted on the electric motor 11 shown in FIG. 7 in the second embodiment, and the number of revolutions when rotating the rotating plate 413 of the excitation sensor section 41 is measured. did.
In FIG. 13A, the load L was not connected, and the measurement was performed in a state in which the adjustment circuit 60 was not operated (equivalent to a state in which the output of the power generation winding 32 was open).
Next, in FIG. 13(B), the excitation winding 31 is excited at the timing shown in FIG. 12 and short-circuited by the adjustment circuit 60 (see FIG. 10) during the non-excitation period.
Furthermore, in FIG. 13(C), the measurement was performed in a state in which the adjustment circuit 60 was always short-circuited (equivalent to a state in which the output of the power generation winding 32 was short-circuited).
13A to 13C, the rotating plate 413 is rotated by 5° from the angle −5° shown in FIG. 4A to the angle +15° shown in FIG. 4E. rice field.

図13(A)と図13(B)とを比較すると、入力電圧一定であるが、回転板413の回転角度を-5°から+15°に回転させると、図13(A)に示す発電用巻線32の出力を開放状態としたときより、図13(B)に示す非励磁期間に発電用巻線32の出力を短絡させた方が、回転数が上がっていることがわかる。
回転数だけを見ると、図13(C)に示す発電用巻線32の出力を短絡状態としたときの方が、図13(B)よりも高い。
しかし、図13(C)に示す発電用巻線32の出力を、常時短絡した状態では、大幅にモータ効率が、図13(A)に示す開放状態より低下してしまう。
Comparing FIGS. 13A and 13B, the input voltage is constant, but when the rotation angle of the rotating plate 413 is rotated from −5° to +15°, the power generation power shown in FIG. It can be seen that the rotational speed is higher when the output of the power generation winding 32 is short-circuited during the non-excitation period shown in FIG. 13B than when the output of the winding 32 is open.
Looking only at the number of revolutions, it is higher when the output of the power generation winding 32 shown in FIG. 13(C) is short-circuited than in FIG. 13(B).
However, when the output of the power generation winding 32 shown in FIG. 13(C) is always short-circuited, the motor efficiency is significantly lower than in the open state shown in FIG. 13(A).

従って、図13(A)に示す開放状態より、図13(B)に示すようにモータ効率が、-2.7から1.1までと大幅に低下させることなく、回転数が50rpmから940rpmと上昇させることができる。特に、回転板413の回転角度が+10°、+15°のときには、回転数を大幅に上昇させることができ、モータ効率も0.1、1.1と向上させることができた。 Therefore, from the open state shown in FIG. 13(A), as shown in FIG. 13(B), the motor efficiency can be increased from 50 rpm to 940 rpm without significantly decreasing from -2.7 to 1.1. can be raised. In particular, when the rotation angle of the rotor plate 413 was +10° and +15°, the number of revolutions could be greatly increased, and the motor efficiency could also be improved to 0.1 and 1.1.

これは、励磁用巻線31の非励磁期間に発電用巻線32を短絡しない場合、回転子20の永久磁石21が励磁用巻線31に反発して通過して、励磁用巻線31の励磁期間が過ぎたときに、次の永久磁石21が励磁用巻線31に接近するときに、永久磁石21からの磁界により発電用巻線32が誘導されることで、励磁用巻線31に次の励磁電流が流れることを阻害しているものと推定される。従って、非励磁期間に発電用巻線32を短絡することで、励磁用巻線31に瞬時に励磁電流を流すことができるので、モータ効率を大幅に低下させることなく回転数を上昇させることができる。 This is because when the power generation winding 32 is not short-circuited during the non-excitation period of the excitation winding 31, the permanent magnet 21 of the rotor 20 repels the excitation winding 31 and passes through, When the excitation period has passed and the next permanent magnet 21 approaches the excitation winding 31, the power generation winding 32 is induced by the magnetic field from the permanent magnet 21, causing the excitation winding 31 to It is presumed that this obstructs the flow of the next excitation current. Therefore, by short-circuiting the power generation winding 32 during the non-excitation period, the excitation current can be instantaneously applied to the excitation winding 31, so that the rotation speed can be increased without significantly lowering the motor efficiency. can.

なお、本実施の形態3では、発電用巻線32の出力を短絡する短絡部としているが、発電用巻線32の出力を短絡する短絡部の代わりに、負荷による消費部を接続して、非励磁期間に発電用巻線32の出力を消費するようにすることも可能である。また、調整回路60では、非励磁期間の全部を短絡状態としているが、非励磁期間の一部とすることができる。負荷は、ダミー負荷だけでなく、発電用巻線32からの電流により回路を動作させるものでもよい。例えば、負荷は、充電回路によりバッテリを充電するようにしてもよい。 In the third embodiment, the short-circuiting portion that short-circuits the output of the power generation winding 32 is used. It is also possible to consume the output of the power generation winding 32 during the non-excitation period. Further, in the adjustment circuit 60, the entire non-excitation period is in the short circuit state, but it may be part of the non-excitation period. The load may be not only a dummy load but also a current from the power generation winding 32 that operates the circuit. For example, the load may charge a battery with a charging circuit.

また、本実施の形態3では、第1センサ部411,621aによる励磁期間を45°、非励磁期間(短絡期間)を45°、第2センサ部412,621bによる励磁期間を45°、非励磁期間(短絡期間)を45°としているため、図11に示す回転板413に、透過部413tが2箇所に形成され、同一円周上の透過部413tを検知するために、第1センサ部411,621aと第2センサ部412,621bとが配置されている。 In the third embodiment, the excitation period of the first sensor units 411 and 621a is 45°, the non-excitation period (short-circuit period) is 45°, the excitation period of the second sensor units 412 and 621b is 45°, and the non-excitation period is 45°. Since the period (short-circuit period) is set to 45°, the rotating plate 413 shown in FIG. 11 has two transmitting portions 413t. , 621a and second sensor portions 412 and 621b are arranged.

励磁期間を60°、非励磁期間(短絡期間)を30°のように異なる角度とすることもできる。 It is also possible to set different angles such as 60° for the excitation period and 30° for the non-excitation period (short-circuit period).

その場合には、励磁期間を示す透過部413tと、非励磁期間(短絡期間)を示す透過部413tとを半径方向にずれた位置に形成して、第1センサ部411が通過した透過部413tの後に遮光部413sを検出したときに、第1センサ部621aが透過部413tを検出し、同様に、第2センサ部412が通過した透過部413tの後に遮光部413sを検出したときに、第2センサ部621bが透過部413tを検出するように配置することで可能である。 In that case, the transmitting portion 413t indicating the excitation period and the transmitting portion 413t indicating the non-exciting period (short-circuit period) are formed at positions shifted in the radial direction. When the light shielding portion 413s is detected after the first sensor portion 621a detects the transmission portion 413t, similarly, when the second sensor portion 412 detects the light shielding portion 413s after the transmission portion 413t which has passed This is possible by arranging the second sensor portion 621b to detect the transmission portion 413t.

また、図10に示す負荷Lを、図8に示す回転速度調整部50の消費部52のように、抵抗値を可変とすることで、回転速度調整部50によっても回転数を調整するようにしてもよい。 10, the rotation speed is also adjusted by the rotation speed adjustment unit 50 by making the resistance value variable like the consumption unit 52 of the rotation speed adjustment unit 50 shown in FIG. may

(実施の形態4)
本発明の実施の形態4に係る電動機を図面に基づいて説明する。
なお、図14および図15においては、図1と同じ構成のものは同符号を付して説明を省略する。
図14および図15に示す電動機12は、回転軸23の軸線に沿って、回転子20と固定子30とを一組として、その組み合わせが偶数組の一例である2組配置されたものである。
そして、回転軸23の軸線方向F1に並ぶ2個の励磁用巻線31の軸線位置に配置されたコア(図示せず)同士を連結するヨーク33が設けられている。
(Embodiment 4)
A motor according to Embodiment 4 of the present invention will be described with reference to the drawings.
14 and 15, the same components as in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
The electric motor 12 shown in FIGS. 14 and 15 is arranged along the axis of the rotating shaft 23 by two sets of the rotor 20 and the stator 30, which are an example of an even-numbered set. .
A yoke 33 is provided to connect cores (not shown) arranged at axial positions of the two excitation windings 31 arranged in the axial direction F1 of the rotary shaft 23 .

また、軸線方向F1に並ぶ2個の励磁用巻線31は、制御回路40により互いに異極に励磁される。軸線方向F1に並ぶ回転子20の永久磁石21のうち、軸線方向F1に並ぶ永久磁石21は、異極になるように配置されている。 Also, the two excitation windings 31 arranged in the axial direction F1 are excited with opposite polarities by the control circuit 40 . Of the permanent magnets 21 of the rotor 20 aligned in the axial direction F1, the permanent magnets 21 aligned in the axial direction F1 are arranged to have different polarities.

このように形成された電動機12は、ヨーク33が回転軸23の軸線方向F1に並ぶ2個の励磁用巻線31の軸線位置に配置されたコア同士を連結している。そのため、磁路M11が、前後方向の一方の励磁用巻線31(後方の励磁用巻線31)からヨーク33を介して他方の励磁用巻線31(前方の励磁用巻線31)に向かうように発生する。また、反対に、磁路M12が、他方の励磁用巻線31(前方の励磁用巻線31)からヨーク33を介して一方の励磁用巻線31(後方の励磁用巻線31)に向かうように発生する。 In the electric motor 12 thus formed, the yoke 33 connects the cores arranged at the axial positions of the two excitation windings 31 arranged in the axial direction F1 of the rotating shaft 23 . Therefore, the magnetic path M11 extends from one excitation winding 31 (rear excitation winding 31) in the front-rear direction to the other excitation winding 31 (front excitation winding 31) via the yoke 33. occur as follows. Conversely, the magnetic path M12 extends from the other excitation winding 31 (the front excitation winding 31) to the one excitation winding 31 (the rear excitation winding 31) via the yoke 33. occur as follows.

例えば、図1に示す電動機10にヨークを実装する際には、固定子30の4個の励磁用巻線31を周回するように形成することが考えられる。従って、回転軸23の軸線方向F1に偶数組の固定子30が配置された、図14に示す電動機12であっても、1組の固定子30の4個の励磁用巻線31を周回するようにヨークを実装してもよい。
しかし、4個の励磁用巻線31を周回するようにヨークを実装すると、漏れ磁束が大きくなり、効率の低下が心配される。
For example, when mounting a yoke on the electric motor 10 shown in FIG. Therefore, even in the electric motor 12 shown in FIG. 14 in which an even number of sets of stators 30 are arranged in the axial direction F1 of the rotating shaft 23, the four excitation windings 31 of one set of stators 30 are circulated. The yoke may be implemented as
However, if the yoke is mounted so as to encircle the four excitation windings 31, leakage flux will increase, and there is concern about a drop in efficiency.

本実施の形態では、ヨーク33が回転軸23の軸線方向F1に並ぶ2個の励磁用巻線31の軸線位置に配置されたコア同士を連結している。そのため、軸線方向F1に並ぶ励磁用巻線31を繋いだ部分のみに磁路が形成されるので、漏れ磁束を少なくすることができるため効率を向上させることができる。また、無駄なヨーク部分を減らせることができるので、コストを抑制することができる。 In this embodiment, the yoke 33 connects the cores arranged at the axial positions of the two excitation windings 31 arranged in the axial direction F1 of the rotating shaft 23 . Therefore, since a magnetic path is formed only in a portion where the excitation windings 31 arranged in the axial direction F1 are connected, leakage magnetic flux can be reduced, and efficiency can be improved. In addition, since unnecessary yoke portions can be reduced, costs can be suppressed.

(実施の形態4)
本発明の実施の形態4に係る電動機を図面に基づいて説明する。なお、図16においては、図7および図14と同じ構成のものは同符号を付して説明を省略する。
図16(A)および同図(B)に示す電動機13は、図7の電動機11と同様に、発電用巻線32が励磁用巻線31と同軸で、且つ、励磁用巻線31より外周位置に配置されたものである。この発電用巻線32には、図8に示す回転速度調整部50が接続されている。
そして、回転軸23の軸線方向F1に並ぶ2個の励磁用巻線31および2個の発電用巻線32の軸線位置に配置されたコア(図示せず)同士を連結するヨーク33が設けられている。
(Embodiment 4)
A motor according to Embodiment 4 of the present invention will be described with reference to the drawings. In FIG. 16, the same components as in FIGS. 7 and 14 are given the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
16A and 16B, the electric motor 13 shown in FIGS. 16A and 16B has a power generation winding 32 coaxial with the excitation winding 31 and an outer circumference from the excitation winding 31, similarly to the electric motor 11 shown in FIG. It is placed in position. A rotation speed adjusting section 50 shown in FIG. 8 is connected to the power generation winding 32 .
A yoke 33 is provided to connect cores (not shown) arranged at axial positions of the two excitation windings 31 and the two power generation windings 32 aligned in the axial direction F1 of the rotary shaft 23. ing.

このように形成された電動機13は、ヨーク33が回転軸23の軸線方向F1に並ぶ2個の励磁用巻線31および2個の発電用巻線32の軸線位置に配置されたコア同士を連結している。そのため、磁路M21が、前後方向の一方の励磁用巻線31(後方の励磁用巻線31)からヨーク33を介して他方の励磁用巻線31(前方の励磁用巻線31)に向かうように発生する。また、反対に、磁路M22が、他方の励磁用巻線31(前方の励磁用巻線31)からヨーク33を介して一方の励磁用巻線31(後方の励磁用巻線31)に向かうように発生する。 In the electric motor 13 thus formed, the yoke 33 connects the cores arranged at the axial positions of the two excitation windings 31 and the two power generation windings 32 aligned in the axial direction F1 of the rotating shaft 23. is doing. Therefore, the magnetic path M21 extends from one excitation winding 31 (rear excitation winding 31) in the front-rear direction to the other excitation winding 31 (front excitation winding 31) via the yoke 33. occur as follows. Conversely, the magnetic path M22 extends from the other excitation winding 31 (the front excitation winding 31) to the one excitation winding 31 (the rear excitation winding 31) via the yoke 33. occur as follows.

このように、励磁用巻線31に発電用巻線32が同軸に連結されていても、軸線方向F1に並ぶ励磁用巻線31同士を、発電用巻線32を介してヨーク33により連結することで、図14に示す電動機12と同様に、漏れ磁束を少なくすることができるため効率を向上させることができる。 Thus, even if the power generation winding 32 is coaxially connected to the excitation winding 31, the excitation windings 31 arranged in the axial direction F1 are connected by the yoke 33 via the power generation winding 32. As a result, similarly to the electric motor 12 shown in FIG. 14, leakage magnetic flux can be reduced, and efficiency can be improved.

本発明は、複数の永久磁石が出力軸に設けられた回転子と、出力軸の回転円周に沿って配置された複数の励磁用巻線を有する固定子とを有する電動機に好適である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is suitable for an electric motor having a rotor having a plurality of permanent magnets provided on an output shaft and a stator having a plurality of excitation windings arranged along the rotation circumference of the output shaft.

10,11,12,13 電動機
20 回転子
21 永久磁石
211 第1部分
212 第2部分
213 第3部分
214 第4部分
215 第5部分
22 回転子本体
23 回転軸
30 固定子
31 励磁用巻線
31a~31d 第1巻線~第4巻線
32 発電用巻線
33 ヨーク
40 制御回路
41 励磁用センサ部
411 第1センサ部
412 第2センサ部
413 回転板
413d 円盤本体
413t 透過部
413s 遮光部
42 励磁回路部
421a,421b 第1FET
422a,422b 第2FET
423a,423b 第3FET
43 タイミング制御部
44 タイミング設定部
45 磁極励磁部
可 50 回転速度調整部
51 整流部
52 消費部
60 調整回路
61 整流部
62 短絡部
621 調整用センサ部
621a 第1センサ部
621b 第2センサ部
622 スイッチ回路
63 端子部
G ゲート端子
S ソース端子
D ドレイン端子
R11,R12,R21,R22,R31,R32,R41,R42 抵抗
R61,R62 抵抗
C11,C12 コンデンサ
D11,D12,D21,D22 ダイオード
M11,M12,M21,M22 磁路
F1 軸線方向
L 負荷
Reference Signs List 10, 11, 12, 13 electric motor 20 rotor 21 permanent magnet 211 first portion 212 second portion 213 third portion 214 fourth portion 215 fifth portion 22 rotor body 23 rotating shaft 30 stator 31 winding for excitation 31a ~31d first winding to fourth winding 32 winding for power generation 33 yoke 40 control circuit 41 sensor section for excitation 411 first sensor section 412 second sensor section 413 rotating plate 413d disk main body 413t transmission section 413s light shielding section 42 excitation circuit part 421a, 421b first FET
422a, 422b second FET
423a, 423b Third FET
43 timing control unit 44 timing setting unit 45 magnetic pole excitation unit possible 50 rotation speed adjustment unit 51 rectification unit 52 consumption unit 60 adjustment circuit 61 rectification unit 62 short circuit unit 621 adjustment sensor unit 621a first sensor unit 621b second sensor unit 622 switch Circuit 63 Terminal G Gate terminal S Source terminal D Drain terminal R11, R12, R21, R22, R31, R32, R41, R42 Resistors R61, R62 Resistors C11, C12 Capacitors D11, D12, D21, D22 Diodes M11, M12, M21 , M22 Magnetic path F1 Axial direction L Load

Claims (6)

複数の永久磁石が出力軸に設けられた回転子と、
前記出力軸の回転円周に沿って配置された複数の励磁用巻線を有する固定子と、
前記励磁用巻線への励磁電流を制御する制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記励磁用巻線に磁極を発生させる期間を検出して磁極検出信号を出力する励磁用センサ部と、前記励磁用センサ部からの磁極検出信号に基づいて、前記励磁用巻線への通電方向を制御する励磁電流回路とを備え、
前記励磁用センサ部による磁極検出信号のタイミングを変更する速度調整手段を備えた電動機。
a rotor having an output shaft provided with a plurality of permanent magnets;
a stator having a plurality of excitation windings arranged along the rotation circumference of the output shaft;
A control circuit for controlling the excitation current to the excitation winding,
The control circuit includes an excitation sensor section for detecting a period for generating a magnetic pole in the excitation winding and outputting a magnetic pole detection signal, and an excitation winding based on the magnetic pole detection signal from the excitation sensor section. and an exciting current circuit that controls the direction of energization to the line,
An electric motor comprising speed adjusting means for changing the timing of the magnetic pole detection signal by the excitation sensor section.
前記励磁用センサ部は、一方の磁極または他方の磁極の発生を示す識別部が円周方向に沿って形成され、前記回転子と共に回転する回転板と、前記識別部を検出して、一方の磁極または他方の磁極の発生を指示する磁極検出信号を出力するセンサ部とを備え、
前記励磁電流回路は、前記センサ部から磁極検出信号に基づいて前記励磁用巻線に一方の磁極または他方の磁極を発生するための励磁電流を前記励磁用巻線に出力し、
前記速度調整手段は、前記センサ部による前記回転板の前記識別部における検出位置を変更可能とする機構により形成された請求項1記載の電動機。
The excitation sensor section has an identification section formed along the circumference to indicate the occurrence of one magnetic pole or the other magnetic pole. a sensor unit that outputs a magnetic pole detection signal that instructs the generation of the magnetic pole or the other magnetic pole,
The excitation current circuit outputs an excitation current to the excitation winding for generating one magnetic pole or the other magnetic pole in the excitation winding based on a magnetic pole detection signal from the sensor unit,
2. The electric motor according to claim 1, wherein said speed adjusting means is formed by a mechanism capable of changing a detection position of said rotating plate at said identification portion by said sensor portion.
前記回転子の回転に伴う磁界により発電する発電用巻線を備え、
前記発電用巻線からの電流を調整する回転速度調整部が接続された請求項1または2記載の電動機。
A power generation winding that generates power by the magnetic field accompanying the rotation of the rotor,
3. The electric motor according to claim 1 or 2, further comprising a rotation speed adjusting section for adjusting the current from said generator winding.
前記回転子の回転に伴う磁界により発電する発電用巻線を備え、
前記励磁用巻線からの非励磁期間の一部または全部を含む期間の前記発電用巻線からの出力を調整する前記発電用巻線からの出力を調整する調整回路を備えた請求項1または2記載の電動機。
A power generation winding that generates power by the magnetic field accompanying the rotation of the rotor,
2. An adjustment circuit for adjusting the output from the power generation winding for adjusting the output from the power generation winding during a period including part or all of the non-excitation period from the excitation winding. 2. The electric motor according to claim 2.
前記調整回路は、前記励磁用巻線からの非励磁期間の一部または全部を含む期間に、前記発電用巻線からの出力を、短絡させる短絡部または消費する消費部を含む請求項4記載の電動機。 5. The adjustment circuit according to claim 4, wherein the adjustment circuit includes a short-circuiting section for short-circuiting or a consuming section for consuming the output from the power generation winding during a period including part or all of the non-excitation period from the excitation winding. electric motor. 前記回転子と前記励磁用巻線とを一組として、前記出力軸に沿って偶数組配置され、
前記出力軸の軸線方向に並ぶ2個の励磁用巻線の軸線位置に配置されたコア同士を連結するヨークが設けられた請求項1から5のいずれかの項に記載の電動機。
An even number of pairs of the rotor and the excitation winding are arranged along the output shaft,
6. The electric motor according to any one of claims 1 to 5, further comprising a yoke that connects cores arranged at axial positions of two exciting windings arranged in the axial direction of the output shaft.
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