JP2622961B2 - １相の半導体電動機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 第１に、電子回路冷却用のヒートシンクに取付けて、
放熱フインに送風して、その効果を大きくする為の１相
の半導体電動機が得られる。

第２に、径が16ミリメートル位、長さが20〜30ミリメ
ートル位の小型の１相の半導体電動機で、例えば、８ミ
リビデオ装置のオートフオーカス、自動焦合装置の駆動
源として利用されるものである。

〔従来の技術〕

ヒートシンク用のフアンモータは、高さが15ミリメー
トル位、フアン外周までの径が30〜40ミリメートル位の
ものが必要であるが、現在その技術はない。又耐用時間
が長い為に、又価格に制限がある為に１相の半導体電動
機とする必要があるが、この技術も知られていない。

又、径が16ミリメートル位、長さが20〜30ミリメート
ル位の駆動源となるものとして、整流子電動機は知られ
ているが、１相の半導体電動機はない。

〔本発明が解決しようとしている問題点〕

本発明が解決しようとする問題点を列挙すると、 （１） ヒートシンク用のラジアルフアンを有する電動
機は、高さが16ミリメートル位とする必要があり、又耐
用時間及び価格よりみて、１相の外転型半導体電動機が
必要となる。

しかし、上記した性能のものは未だ実施されていな
い。

（２） 上記した電動機はラジアルフアンの外径が40ミ
リメートル位までであるが、更に小型のヒートシンク用
とする為に、フアンの外径を30ミリメートルとしなけれ
ばならない。

（３） ８ミリビデオのオートフオーカス、自動焦点装
置の駆動源は、径が16ミリメートル以下の細長型の電動
機となり、又出力トルクが平坦で、正逆転可能な１相の
半導体電動機が必要となる。

しかし、かかる電動機の技術は未開発問題となつてい
る。

（４） 上記した第（１），（２），（３）項の電動機
は、入力が0.5ワツト位で、しかも小型となつているの
で、電機子コイルを装着すべき空間が限定されている。
又電源電圧は、一般の電子機器の電圧である12ボルト若
しくは24ボルトが多い。

従つて、細い銅線を多数回巻いて電機子コイルを構成
しているので、直流抵抗が大きく従つて銅損が大部分と
なり、効率を減少せしめる原因となる不都合がある。

〔問題点を解決する為の手段〕

第（１）の問題点を解決する為に、外転型の１相の半
導体電動機とし、その回転子の外周面に、特別な傾きを
持つラジアルフアン複数枚を設けて、偏平に即ち、高さ
を小さくし、又冷却効果を増加している。

又ヒートシンクの放熱フインの中央部に、上記した電
動機を載置して一体化した製品として、使用し易く構成
している。

第（２）の問題点を解決する為に、外転型電動機の固
定電機子を、珪素鋼板を軸方向に積層した円筒状磁心の
外側に電機子コイルを設けて、コアレス型の電機子コイ
ルの駆動トルクによるものとする。

かかる手段により、外径をより小さくできるので、小
型のヒートシンク用の冷却電動機を得ることができる。

回転子の外側にラジアルフアンを複数枚設け、ヒート
シンクの中央部に電動機を設置することにより、一体化
した製品とすることができる。

第（３）の問題点を解決する為に、外転型電動機の固
定電機子を、珪素鋼板を積層（軸方向）した円筒状磁心
の外側に電機子コイルを４個設けて、コアレス型の電機
子コイルの駆動トルクとする。

又マグネツト回転子の各磁極の隣接部２箇所に無磁界
部を設けることにより、出力トルクを平坦とし、正逆回
転を可能として目的を達成している。

又固定電機子，電機子コイル，基板，制御回路用のプ
リント基板を一体にプラスチツク成型し、その成型体の
上下端に軸承を嵌着することにより、小型，細長型で量
産性のある構成としている。

第（４）の問題点を解決する為に、１相の半導体電動
機の特性を印加電圧が３ボルト位で作動するように、電
機子コイルの線径，巻数を設定する。

12ボルトの電源の場合には、第１の手段として、３ボ
ルトの定電圧電源を作り、これにより電動機を駆動す
る。

第２の手段としては、所要の定電流回路とし、起動時
のみ大きい電流が流れるようにして、起動特性を改善す
る。

〔作用〕

（１） 外転型の回転子の外側に特別な傾きのフアンを
設けた為に空気流が斜め下方に向い、冷却効果が増大す
る。

（２） ヒートシンクの中央部に、フアン電動機を設置
した為に、取扱いが便利となり、又冷却効果も一定とな
る。

（３） 固定電機子が、円筒磁心と電機子コイルと基板
が一体にプラスチツク成型した成型体となつているの
で、外径が小さく構成でき、又軸承が、成型体の上下端
に嵌着されるので、精度のよい軸承装置が構成できる。

又基板上に、上記した成型時にプリント基板を埋設
し、この上に所要の部品及びその配線が設けられるので
量産性がある。

（４） マグネツト回転子の磁極が、特別な構成となつ
ているので、出力トルクが平坦で、正逆転できる。

（５） 0.5ワツト以下の入力の小出力の１相の半導体
電動機でも、３ボルトの印加電圧で作動するように、即
ち電圧若しくは電流制御が行なわれているので、小出力
でも銅損が減少する。

又可変抵抗を変化することにより、回転速度の変更が
できる。

更に、起動特性を負荷に対応したものとすることがで
きる。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について説明をする。各図面の
同一記号のものは同一部材なので重複した説明は省略す
る。

第１図は、本発明装置の断面図である。第１図におい
て、プラスチツク製の円形の基板７の中央空孔には、金
属円筒２が埋設植立されている。その内部には、オイル
レスメタルの軸承3a,3bが上下端部に挿入固定され、回
転軸１が回動自在に支持されている。

第３図に詳細が示される電機子４の中央空孔が、円筒
２に嵌着されている。

電機子４は、第３図に示すような突極4a,4b,…が、90
度離間して設けられ、各突極には、電機子コイル5a,5b,
…が嵌着されている。第１図では記号5a,5cのみが示さ
れている。

第３図は正面図で、第１図を矢印Ｒ方向よりみた図で
ある。記号４は、珪素鋼板を積層して作つた電機子磁心
である。４ポールの構成となり、突極な記号4a,4b,4c,4
dとして示され、その等の巾は90度より少し小さくさ
れ、90度離間している。

各突極には、電機子コイル5a,5b,5c,5dが装着されて
いる。磁心４の中央部は空孔となり、金属円筒２が嵌着
され、この円筒２により、磁心４は本体に固定されて、
固定電機子を構成している。

円筒２の内部には、軸承3bの外側が嵌着され、内側に
は、回転軸１が回動自在に支持されている。

回転軸１の一端には、カツプ状にプレス加工された軟
鋼カツプ13（第１図にも同一記号で示す）の底面中央部
が固定されている。

カツプ13の内側には、円環状のマグネツト回転子６が
固定され、マグネツト回転子６には、90度の開角のN,S
磁極6a,6b,…が図示のように配設され、その磁極は、空
隙を介して突極4a,4b,…と対向して、回転軸１とともに
回転する。

突極4aの左側矢印は、空隙（最も大きい部分で0.8
ミリメートル位）を介して、磁極6aと対向し、右側点
も空隙（等しい長さの空隙部が全空隙の1/2〜1/3となつ
て、その空隙長は0.5ミリメートルである。）を介して
磁極6aと対向している。

上述した空隙は、他の突極6b,6c,6dにも同様に設けら
れている。かかる手段により、コギングトリクが発生し
て自起動できるものである。矢印Ｙは回転方向である。

第４図は、第１図，第３図の電動機の720度（電気
角）の展開図である。以降は角度はすべて電気角により
表示するものとする。

突極4a,4b,…及び電気子コイル5a,5b,…及びホール素
子10は、それぞれの部材とマグネツト回転子６との対向
状態を示すものである。

突極4a,4b,…の為に、マグネツト回転子６にコキング
トルクが発生して、矢印Ｙ方向に所定角だけ回転して停
止しているので、自起動することができる。この為に、
突極4a,4b,…の左側半分位が解除された形となつてい
る。第３図の突極も同じ形状となつている。自起動手段
は他の周知の手段でもよい。

電機子コイル5a,5b,…に、マグネツト回転子６が、電
気角で180度回転する毎に、往復して通電すると、出力
トルクが得られるものである。又上述したように突極4
a,4b,…の変形の為に自起動できる。

電機子コイル5a,5b,…の通電手段は、周知のいかなる
手段でもよい。電機子コイルの通電制御回路及びホール
素子を設けるプリント基板は、第１図において記号８と
して示され、所要の配線とともに、基板８上にホール素
子10が固定配線される。

ホール素子10は、マグネツト回転子６の磁極の磁界下
にあるように、プリント基板上に載置されるものであ
る。

記号９は、電機子コイルの通電制御回路をIC化した部
品を示し、プリント基板８の下側に固定されている。

記号11a,11iは、ラジアルフアンで、プラスチツク成
型され、円筒13aとともに一体に成型され、円筒13aは、
回転子13の外側に嵌着されている。

第２図（ａ）に上記したラジアルフアンの詳細が示さ
れている。

第２図（ａ）において、径方向に伸びたフアン11a,11
e,11i,11mのみが示されているが、他の点線（記号11b,1
1c,…）で示すものも同じフアンを示しているもので、
すべてのフアンは円筒13aの外側に等しいピツチで植立
されている。

フアン11aを回転方向（Ｙ方向）の反対側に図示の点
線11で示すように少し角度θだけ傾けると、フアンによ
る空気流の量は大きくなる。

他のすべてのフアンも同じ傾きとするものである。

第１図は、原寸の２倍図として示したものである。図
面よりみて、その高さが13〜16ミリメートル位、フアン
までの外径が50ミリメートル位で、小型偏平であること
が理解できる筈である。外径は、設計により40ミリメー
トル位まで小さくすることができる。

第７図（ａ），（ｂ）は、第１図の電動機をヒートシ
ンクの中央部に固定した図面である。

第７図（ａ）において、アルミ製の底板21の中央に
は、第１図の基板７が固着され、放熱フイン21a,21b,…
は、周知のフインのように整列しないで、ランダムに配
設されている。

従つて、フアン電動機Ｇの外周に流出する空気流もフ
イン間を屈曲して流出するので、冷却効果が、自然対流
によるものに比較して５倍位となる効果がある。又自然
対流によるものは、当然底板21を鉛直方向になるように
設ける必要があるが、本発明装置は、いかなる方向でも
よいので、電子機器が小型化しているときに有効な技術
手段となるものである。

点線Ｈの左側のアルミ放熱フインは省略して図示して
いないが、右側のものと同じく配設されているものであ
る。

点線記号22a,22bで示すものは、冷却の為に底板21に
固定された被冷却部品、例えばパワートランジスタであ
る。

第７図（ｂ）は、他の実施例で、放熱フイン23a,23b,
…は、周知のものと同じく整列している。

底板23には、第１図の電動機Ｇの基板７が固定されて
いる。記号22a,22bは、被冷却部品である。

冷却効率は、第７図（ａ）のものに比較して劣るが、
底板23,放熱フイン23a,23b,…の量産が容易となる特徴
がある。

点線Ｈの左側は、右側と同じ放熱フインの構成となつ
ている。次に第２図（ｂ），（ｃ）の説明をする。

第２図（ｂ）において、フアン11aは、回転方向Ｙに
対して、反対方向に傾いている。フアンの先端が記号11
zとして示されている。

かかる手段により、風量が増加することは知られてい
る。他のすべてのフアンも同じ傾きとなつているもので
ある。

第７図（ｂ）は、フアン11aを更に、下方（矢印Ｘ方
向）に少し傾けたものである。他のフアンもすべて同じ
傾きとする。

かかる手段により、径方向に流出する空気流は、矢印
Ｘ方向に傾いて流出する。従つて、第７図（ａ），
（ｂ）の底板21,23に吹きつけるようになるので、空気
流が放熱フインの上方空間に逃げて、無効に消費される
ことが防止される効果がある。

以上の説明より理解されるように、本発明装置は次に
述べる特徴がある。

第１に、小型偏平に構成できる。従つて、ヒートシン
ク用のフアン電動機とする場合に有効である。

第２に、フアンを第７図（ｃ）に示す形状とすること
により冷却効果を大きくできる。

次に、第８図につき、更に外形を小さく、30ミリメー
トル位とする手段につき説明する。

フアンをとり付けるべき回転子の外径が大きくなるの
は、突極型の電機子とした為である。

円筒形の磁心とし、コアレス型の電機子コイルをその
表面に配設すると、回転子の径が小さくなり、フアンの
外径も小さくなる。従つて、小型のヒートシンク用のフ
アン電動機が得られる効果がある。第８図において、電
機子磁心29は、第９図（ａ）に示すように、珪素鋼板を
軸方向に積層した円筒状の磁心である。記号29aは空孔
で、その内部を第８図に示すように、回転軸１が貫挿し
ている。

磁心29の外周面には、電機子コイル36aが貼着されて
いる。（第９図（ａ）図示）電機子コイルは４個で、１
個の電機子コイルのトルクに有効な導体部の巾は、ほぼ
120度となつている。

電機子コイルを磁心29に貼着する為に、磁心29の外側
に凸面部を設けて位置定めの案内とすることができる。

かかる電機子コイルの展開図が、第10図の２段目と３
段目に同一記号で示されている。即ち、記号36a,36b,36
c,36dが電機子コイルである。

第８図の磁心29,電機子コイル36a,36b,…，プリント
基板33,基板32は、プラスチツク成型により一体に成型
される。

このときに、プリント基板33上にホール素子10が固定
され、各電機子コイル間の結線が終了したものが、上記
したプラスチツク成型体30に埋設されるものである。

ホール素子10は、マグネツト回転子34の下側の端面に
着磁されたN,S磁極（第３図示のマグネツト回転子６と
同じ着磁のもの）に対向して、１相の位置検知信号が得
られ、この信号により、周知の通電制御回路により、電
機子コイルの通電制御が行なわれて、マグネツト回転子
34の駆動トルクが得られるものである。本発明電動機
は、突極型でなく、コアレス型の電動機となるものであ
る。

コギングトルクにより自起動する為に、死点の位置よ
り、マグネツト回転子34をずらして停止させる必要があ
る。

この為に、磁心29の所要の位置に突出部を設けること
が必要である。

記号31a,31bで示すものは、金属円筒で、前記した成
型時に、プラスチツク材が、空孔29aに流入することを
防止する為に、空孔29aの上下端に嵌着されているもの
である。

摺動軸承28a,28bは、プラスチツク成型体30の上下端
の空孔に嵌入固定される。

軸承28a,28bぴは、回転軸１が回動自在に支持され、
その上端には、カツプ状の軟鋼製回転子13の底面中央部
が固定されている。

回転子13の内側には、マグネツト回転子34が嵌着され
ている。以上の構成なので、次に述べる特徴がある。

第１に、磁心29,電機子コイル，基板32,プリント基板
33が、プラスチツク成型により一体に構成されるので、
組立工数を簡素化することができる。

第２に、軸承28a,28bを嵌着すべき空孔が、上記した
成型時に作られるので、所要の精度を保護して作ること
ができる。

第３に、コアレス型の電機子となつているので、径方
向の長さ即ち回転子13の径を小さくできる。

第８図の電動機は、高さを図示の寸法比率の1/2位と
することが容易なので、偏平小型の電動機とすることが
できる。従つて、回転子13の外側に、第1,2図のような
ラジアルフアンを設けると、ヒートシンク冷却用のフア
ン電動機が得られるものである。

又一般の駆動源となる電動機として利用することもで
きる。この場合には、偏平であるよりむしろ細長型のも
のとして、出力トルクを大きくして使用することがよ
い。

第９図（ａ）の電機子コイル36aの43a,43bは出力トル
クに無関係な導体部である。従つて、偏平な電動機とし
た場合に、トルクに有効な導体部の長さが小さくなつて
出力トルクを著しく減少する。

かかる不都合な点を除去した電機子コイルが第９図
（ｂ）に示されている。

第９図（ｂ）には、電機子コイル42bと42dのみが示さ
れている。トルクに有効な導体部の長さは、図示のよう
に、磁心29の高さと等しく長くなつている。

電機子コイル42bのトルクに有効な導体部の巾は、図
示のように240度（矢印Ｌで示す）となつて、一般のこ
の種のものに比べて２倍となつている。他の電機子コイ
ルも同じ構成となつている。

両者の出力トルクの性質が等価であることを第10図の
展開図につき説明する。

第10図において、３段目が周知の電機子コイルの展開
図である。６段目の電機子コイル42a,42b,…が、新規な
電機子コイルの展開図である。

＋端子12aより流入し、端子12d,12eより流出する電流
が矢印で示してあるが、この矢印を追つていくと、３段
目と６段目の電機子コイルの通電が全く同じであること
が理解できる筈である。

電機子コイル42a,42b,…は、第９図（ｂ）で示した電
機子コイルで、出力トルクが増大する効果がある。

尚上記した通電は、２個の電機子コイルを１組とし
て、交互に通電する場合であるが、往復して通電するこ
ともできる。いずれの場合にも周知の通電制御回路によ
り１相の半導体電動機として駆動されるものである。第
９図（ｂ）の磁心29の両端部にある電機子コイルは、図
示のように崩す必要があるので、巻線間が固着すること
を避けて巻回する必要がある。この部分は、プラスチツ
ク成型時に埋設されるものである。第８図示の電動機を
一般の駆動源、例えば８ミリビデオのオートフオーカ
ス、自動焦点装置の駆動源とすると、径が16ミリメート
ル位，長さが20ミリメートル位となる。

又この場合には、出力トルクが平坦で、正逆転する必
要がある。

この為の手段を次に説明する。

小型化については、前述したように問題点はない。

従つて、トルクの平坦性と正逆転手段について次に説
明する。

マグネツト回転子34は、第10図の展開図のように変形
される。

第10図の１段目にマグネツト回転子34の展開図が示さ
れている。

N,S磁極の境界には無磁界部（斜線部）35a,35bが設け
られている。磁極34a,34b,34c,34dの巾は、矢印Ｆで示
すように、135度となつている斜線部の巾は90度とな
る。

斜線部を着磁しない無磁界部としてもよく、又マグネ
ツトを変形して作つてもよい。

電機子コイルに定電流が流れている場合について説明
する。

マグネツト回転子34は、矢印Ｙ方向に回転していると
きに、電機子コイル36aの左側の導体部44aによるトルク
は、４段目の曲線37aとなる。又右側の導体部44bによる
トルクは、曲線37bとなる。これらの合成トルクの中央
部は平坦となる。

電機子コイル36cも同時に通電されているので、全く
同じトルク曲線が得られる。これは、端子12dに接続さ
れたトランジスタが、ホール素子10の位置検知信号によ
り導通するからである。

ホール素子10は、マグネツト回転子34の端面に着磁さ
れたマグネツト35の４個の等しい巾のN,S磁極の磁界に
より、マグネツト回転子が1/4回転する毎に、異なる位
置検知信号を出力する。

この出力により、端子12d若しくは端子12cに接続され
たトランジスタがオンオフする周知の制御回路が使用さ
れている。

マグネツト回転子34が更に回転すると、電機子コイル
36aによるトルクは負のトルクとなるが、省略して図示
していない。更に回転すると再び正のトルクが得られ、
導体部44a,44bによるトルクは曲線38a,38bとなる。

このときの電機子コイル36b,36dによるトルク曲線の
正の部分のみが、曲線39a,39b及び曲線40a,40bとなる。

電機子コイル36a,36c及び36b,36dは、1/4回転する毎
に通電が交替され、その交替点は、Ｏ点，点線45a,45b,
45cとなるので、全体の合成トルクは平坦となる。

若し磁極巾が135度でなく、120度とすると、例えば、
曲線38aの末期及び曲線38bの初期は点線41a,41bとな
り、中央部にトルク零の点が発生し、大きいトルクリプ
ルを発生する。

本実施例のように、磁極巾を135度とし、電機子コイ
ルの導体部の巾を120度とすることにより、上述した欠
点が除去される効果がある。トルク曲線は、図示のよう
に台形波とし、上底巾が矢印Ｋで示すように75度となる
ことが必要である。

かかるトルク曲線を得るように、各磁極の磁界分布を
設定する必要がある。

電機子電流が定電流の場合には、上述した理論でよい
が、定電流でない場合には、逆起電力により電流値が変
動するので、各曲線の中央部は凹部となる。

従つて、この事実を加えて、磁極の磁界分布を変更す
る必要がある。出力トルクを台形波とすることは、実際
には困難であるが、平坦性を良好とすることができるこ
とは確実である。

出力トルクの零の点がないので自起動することもでき
るものである。コギングトルクにより自起動する一般の
１相の半導体電動機は、正逆転することが不可能であ
る。

しかし本実施例は、正逆転することができる特徴があ
る。その手段につき第５図（ｃ）について説明する。

第５図（ｃ）において、記号12a,12は電源正負極であ
る。

トランジスタ19a,19b,19c,19dはブリツジ回路となつ
ている。端子20にハイレベルの入力があると、トランジ
スタ19a,19bが導通して、ホール素子10の印加電圧の上
側が正電圧となる。

端子20にローレベルの入力があると、トランジスタ19
c,19dが導通して、ホール素子10の印加電圧は反転す
る。従つて左右の端子の出力も反転する。記号17bは反
転回路である。

オペアンプ18の出力は、トランジスタ16bを導通し
て、電機子コイル36a,36cを通電し、又反転回路17aを介
してトランジスタ16aを導通して、電機子コイル36b,36d
を通電する。

端子20の入力がハイレベルのときに、又ホール素子10
が第10図でＳ極下にあるときに、トランジスタ16bが導
通するように構成した場合のトルク曲線が曲線37a,37b,
38a,38b,…となるもので、電動機はＹ方向に回転する。
端子20の入力をローレベルとすると、ホール素子10がＮ
極下にあるときに、電機子コイル36b,36dが通電するの
で、トルクはＹ方向と反対となり逆転する。

電機子コイル36b,36dは、それぞれＳ極下にあるので
逆トルクが発生するからである。180度回転すると、電
機子コイル36a,36cがＳ極下となり通電されるので逆ト
ルクが発生して、引続いた回転が行なわれる。

この場合のトルク曲線は、第10図のトルク曲線と同じ
形式となるので、自起動することは勿論平坦なトルク特
性が得られるものである。

正逆転する為の他の手段は、トランジスタ16a,16bの
ベース入力を切替スイツチにより交換してもよい。

トランジスタ16a,16bに並列に、ツエナダイオード若
しくはコンデンサが接続され、磁気エネルギの処理が行
なわれているが省略して図示していない。次に第５図
（ａ），（ｂ）について説明する。

第５図（ａ）において、記号Ｅは、第５図（ｅ）に示
す通電制御回路を示すものである。正逆転回路はなくて
もよい。

本発明装置のような小型小出力の電動機の場合には、
電機子コイルの巻線の為の空間が小さくなり、印加電圧
が高い場合には、極細線を数多く巻回する必要がある。

従つて、銅損を増加し効率の劣化を招く不都合があ
る。本実施例は、かかる点を改良したものである。

一般に、この種の電動機は、印加電圧が３ボルト位が
よい。即ち通電制御回路Ｅの印加電圧は、３ボルト位が
よい。

端子12aの電圧は12ボルト若しくは24ボルトとの場合
が多い。端子12a,12の電圧は、可変抵抗13b,抵抗13cに
より分割されている。電源が投入されると、オペアンプ
14の＋端子より−端子の入力電圧が大きいので、出力は
ローレベルとなり、従つてトランジスタ15が導通する。

コンデンサ14aは、電源容量に応じた電流により充電
され、この電圧が、オペアンプ14の一端子の入力電圧即
ち抵抗13cの電圧降下より上昇すると、オペアンプ14の
出力はハイレベルとなり、トランジスタ15は不導通に転
化する。

従つて、コンデンサ14aにより通電制御回路Ｅの通電
が行なわれる。コンデンサ14aの電圧が降下すると、オ
ペアンプ14の出力は再びローレベルとなり、トランジス
タ15は導通して、コンデンサ14aを充電する。かかるサ
イクルを繰返して、通電制御回路Ｅの印加電圧は、リプ
ル電圧を含むが、抵抗13cの電圧降下とほぼ等しく保持
される。

抵抗13cの電圧降下が３ボルトとなるように、可変抵
抗13bを変更することにより、端子12aの電圧が、前述し
たように12ボルトでも24ボルトでも同一電動機を使用で
きる効果がある。

又端子12aの電圧が一定の場合に、可変抵抗13bを変更
することにより、電動機の回転速度を任意に変更でき
る。

電動機の印加電圧を３ボルト位にできるので、電力損
失が小さくなり、有効である。

第５図（ｂ）の回路は、電動機の通電制御回路Ｅの通
電電流を設定された値に保持することにより、電源端子
12aの電圧に無関係に、即ち制御回路Ｅの印加電圧が３
ボルト位の場合と同じ出力トルク特性を保持するもの
で、第５図（ａ）と同じ目的が達成されるものである。

電源スイツチを投入すると、コンデンサ13dを介し
て、抵抗13cには、大きい電流が流れ、その電圧降下が
大きくなる。

従つて、抵抗15aの電圧降下より、上記した電圧降下
が大きくなるので、オペアンプ14の出力は、ローレベル
となり、トランジスタ15が導通する。

従つて、制御回路Ｅを流れる電流は上昇し、抵抗15a
の電圧降下が、抵抗13cのそれより増大すると、オペア
ンプ14の出力はハイレベルとなり、トランジスタ15は不
導通に転化する。

制御回路Ｅの電機子コイルの磁気エネルギは、ダイオ
ード15bにより放電されるので、抵抗15aの電圧降下も減
少し、これが抵抗13cの電圧降下より小さくなると、オ
ペアンプ14の出力はローレベルとなり、トランジスタ15
は再び導通する。

かかるサイクルを繰返して、制御回路Ｅの供給電流値
の初期は、コンデンサ13の為に増大し、大きい起動トル
クが得られる。その後は、所要の定格トルクにより運転
することができる。

可変抵抗13bを変更することにより、出力トルク即ち
電動機の回転速度を変更できる。

又コンデンサ13dの容量を大きくすることにより、起
動トルクが大きい区間を延長できるので、立上りの特性
を改善できる効果がある。大きい慣性負荷の場合に有効
である。

第６図に示すものは、第５図（ｂ）の実施例の場合の
位置検知信号と通電電流のタイムチヤートを示してい
る。

記号A,Cの段は、１相の位置検知信号で、曲線24a,24
b,…及び26a,26b,…の巾は180度で互いに180度の位相差
がある。

B,D段の曲線25a,25b,…及び曲線27a,27b,…は、電機
子コイルの通電電流曲線である。

〔効果〕

（１） 第１図，第７図に示す実施例は、小型偏平な１
相の半導体電動機を利用して、ヒートシンクを効率良く
冷却できる装置が得られる。従来のヒートシンクに比較
して、４〜５倍の冷却効果を得ることができる。

ヒートシンクの中央部に電動機が固定されている為
に、ヒートシンクを鉛直方向に保持する必要がなく、筐
体に取付けるときに、いずれの方向を向けてもよいので
使用に便利なものが得られる。

（２） 第８図の実施例は、上記したヒートシンクに利
用する場合に、外径が小さく構成できるので、小型のヒ
ートシンクに利用することができる。

又ヒートシンク用でなく、即ちラジアルフアンを除去
し、細長型の電動機として構成した場合に、外径を小さ
く、16ミリメートル位とすることができる。従つて、小
型の一般の駆動源として使用できる。

又固定電機子は、円筒磁心，電機子コイル，基板，制
御回路用のプリント基板，軸承の嵌着孔が、プラスチツ
ク材により一体に成型されて作られているので、外径が
小さく量産性のすぐれたものが得られる。

軸承孔の精度を上昇することもできる。

（３） 第10図の第１段目に示されるように、マグネツ
ト回転子の磁極の形状を特別な形としたので、出力トル
ク特性が平坦となり、１相の電動機であつても正逆転す
ることができる。従つて、小型，細長型の一般の負荷の
駆動源として有効なものが得られる。

（４） 第５図（ａ），（ｂ）に示す実施例は、入力0.
5ワツト位の小型１相半導体電動機に利用して有効な制
御回路である。

この種の電動機は、小型となる為に、電機子コイルの
装着空間が小さく、又印加電圧は12ボルト若しくは24ボ
ルトが多い。

従つて、電機子コイルは極細電線となり、巻数も多く
なるので、銅損を増大し、効率を劣化せしめる。

本実施例では、これを防止する為に、電動機の印加電
圧を３ボルト位にエネルギ損失なしに低下せしめて、効
率の劣化を防止している。これは第５図（ａ）の場合で
ある。

第５図（ｂ）の場合には、起動特性を良好として、定
電流駆動をして同じ目的を達している。両者ともに、可
変抵抗を利用して、回転速度の変更をすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明装置の説明図、第２図は、軸流フアン
の説明図、第３図は、第１図の装置を矢印Ｒ方向よりみ
た正面図、第４図は、マグネツト回転子、突極，電機子
コイルの展開図、第５図（ａ），（ｂ）は、１相の半導
体電動機の電機子電流制御回路図、第５図（ｃ）は、１
相の半導体電動機の正逆転回路図、第６図は、位置検知
信号と電機子電流のタイムチヤート、第７図は、ヒート
シンクの説明図、第８図は、本発明装置の他の実施例の
説明図、第９図は、同じくその固定電機子の説明図、第
10図は、マグネツト回転子、電機子コイル，出力トルク
の展開図及びタイムチヤートをそれぞれ示す。 １……回転軸、3a,3b……軸承、２……円筒、4,4a,4b…
…電機子、5a,5b……電機子コイル、6,6a,6b…,34,34a,
34b,……マグネツト回転子、13……回転子、11,11a,11b
……ラジアルフアン、13a……円環、7,32……基板、10
……ホール素子、12a,12……電源正負極、Ｅ……電機子
電流制御回路、15,19a,19b,19c,19d……トランジスタ、
14……オペアンプ、24a,24b,…,26a,26b,……位置検知
信号、25a,25b,…,27a,27b,……電機子電流曲線、21,23
……底板、21a,21b,…,23a,23b,……放熱フイン、22a,2
2b……トランジスタ、Ｇ……電動機、28a,28b……軸
承、29,29a……電機子磁心、8,33……プリント基板、36
a,36b,…,42a,42b,……電機子コイル、37a,37b,38a,38
b,39a,39b,40a,40b……トルク曲線。

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上に植立した円筒と、該円筒の下端に
   中央部が嵌着されるとともに、４個の等しいピツチで配
   設された突極を備えた固定電機子と、該電機子に装着さ
   れた４個の１相の電機子コイルと、前記した円筒の両端
   に挿入固定された軸承と、該軸承に回動自在に支持され
   た回転軸と、該回転軸の上端に、底面中央部が固着され
   た逆カツプ状の回転子と、該回転子の内側面に固定さ
   れ、突極数と同じ数で等しいピツチでN,S極に磁化さ
   れ、N,S磁極面が空隙を介して突極面に対向しているマ
   グネツト回転子と、前記した回転子の外側面に嵌着され
   たプラスチツク円筒及び該円筒より外方に伸びる複数枚
   のプラスチツク板よりなるフアンを備え、該フアンによ
   り流出される空気流が、ヒートシンクの放熱フインの間
   を流出して冷却するように、前記した基板を、ヒートシ
   ンクの中央部に固定した機構と、マグネツト回転子の位
   置を検出して、１相の位置検知信号を発生するホール素
   子と、位置検知信号により、電機子コイルに通電して１
   方向のトルクを発生する通電制御回路と、コギングトル
   クにより、死点の位置において出力トルクを得る自起動
   手段とより構成されたことを特徴とする１相の半導体電
   動機。
2. 【請求項２】基板上に植立されるとともに、磁性体によ
   り作られた中空円筒状の固定磁心と、該磁心の表面に並
   設され、トルクに有効な導体部の巾が電気角で120度若
   しくは240度の１相の４個の電機子コイルと、該電機子
   コイルを含む固定磁心及び前記した基板を含んで、プラ
   スチツク材により１体成型した固定電機子と、該電機子
   の中央部の上下端部の空孔に嵌着された２個の軸承と、
   該軸承に回動自在に支持された回転軸と、該回転軸の上
   端に、底面中央部が固着された逆カツプ状の回転子と、
   該回転子の内側面に固定され、４個のN,S磁極が等しい
   ピツチで配設され、磁極面が電機子コイル面に対向する
   マグネツト回転子と、基板上に埋設され、電機子コイル
   と所要の結線が行なわれ、ホール素子がマグネツト回転
   子の磁極と対向するように設けられたプリント基板と、
   マグネツト回転子の位置を検出して、１相の位置検知信
   号を発生するホール素子と、位置検知信号により、電機
   子コイルに通電して１方向のトルクを発生する通電制御
   回路と、コギングトルクにより、死点の位置において出
   力トルクを得る自起動手段とより構成されたことを特徴
   とする１相の半導体電動機。
3. 【請求項３】基板上に植立されるとともに、磁性体によ
   り作られた中空円筒状の固定磁心と、該磁心の表面に並
   設され、トルクに有効な導体部の巾が電気角で120度若
   しくは240度の１相の４個の電機子コイルと、該電機子
   コイルを含む固定磁心及び前記した基板を含んで、プラ
   スチツク材により１体成型した固定電機子と、該電機子
   の中央部の上下端部の空孔に嵌着された２個の軸承と、
   該軸承に回動自在に支持された回転軸と、該回転軸の上
   端に、底面中央部が固着された逆カツプ状の回転子と、
   該回転子の内側面に固定され、４個のN,S磁極が等しい
   ピツチで配設され、N,S磁極の隣接部２組のそれぞれの
   磁極境界面より左右に電気角で45度の無磁界部を設けた
   N,S磁極面が電機子コイル面に対向するマグネツト回転
   子と、基板上に埋設され、電機子コイルと所要の結線が
   行なわれ、ホール素子がマグネツト回転子の電気角で90
   度の巾のN,S磁極の部分と対向するように設けられたプ
   リント基板と、マグネツト回転子の位置を検出して１相
   の位置検知信号を発生する前記したホール素子と、位置
   検知信号により、電機子コイルの偶数番目のものと奇数
   番目のものを交互に通電して、１方向のトルクを発生す
   るように、前記したプリント基板上に配設された通電制
   御回路とより構成されたことを特徴とする１相の半導体
   電動機。
4. 【請求項４】第（３）項記載の特許請求の範囲におい
   て、マグネツト回転子の各磁極の中央部の電気角で75度
   の部分の磁化曲線がほぼ平坦となる磁極を有することを
   特徴とする１相の半導体電動機。
5. 【請求項５】第（３）項記載の特許請求の範囲におい
   て、ホール素子の印加電圧の方向を正転し若しくは反転
   する制御回路を付設したことを特徴とする１相の半導体
   電動機。
6. 【請求項６】入力が0.5ワツト以下の小出力の１相の半
   導体電動機において、電源正負端子間に接続された可変
   抵抗と固定抵抗の直列接続体ならびに該直列接続体と並
   列に接続された１相の半導体電動機の通電制御回路と、
   該制御回路と電源端子間に挿入されたトランジスタと、
   通電制御回路に並列に、又トランジスタに直列に接続さ
   れたコンデンサと、前記した固定抵抗の電圧降下とコン
   デンサの充電電圧を比較して、前者が後者より大きいと
   き若しくは小さいときに対応して、ハイレベル，ローレ
   ベルの２つのモードの出力が得られるヒステリシス特性
   を有するオペアンプと、該オペアンプの出力により、前
   記したトランジスタを制御して、コンデンサの充電電圧
   を設定された電圧の近傍に保持する電気回路とより構成
   されたことを特徴とする半導体電動機。
7. 【請求項７】入力が0.3ワツト以下の小出力の１相の半
   導体電動機において、電源正負端子間に接続された可変
   抵抗と固定抵抗の直列接続体ならびに該直列接続体と並
   列に接続された１相の半導体電動機の通電制御回路と、
   電源正端子と該制御回路との間に挿入されたトランジス
   タならびに電源負端子と該制御回路との間に挿入された
   電機子電流検出の為の低抵抗と、電源正端子に近い前記
   した可変抵抗に並列に接続されたコンデンサと、固定抵
   抗の電圧降下と前記した低抵抗の電圧降下を比較して、
   前者が後者より大きいとき若しくは小さいときに対応し
   て、ハイレベル，ローレベルの２つのモードの出力が得
   られるヒステリス特性を有するオペアンプと、該オペア
   ンプの出力により、前記したトランジスタを制御して電
   機子電流を設定した値に保持して制御する電気回路と、
   前記した通電制御回路と低抵抗の直列接続体に逆接続さ
   れたダイオードとより構成されたことを特徴とする１相
   の半導体電動機。