JPH01107697A - 誘導コイルを位置検知素子として駆動される３相電動機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 磁心（コア〕のあるＪ相の半導体電動機（ブラシレス電
動機）として、小出力より大出力までの各種の動力源と
して整流子電動機の代りに利用されるものである。

がある。他に周知の整流子、刷子を有し、若しくはホー
ル素子を利用するＪ相直流電動機がある。

〔本発明が解決しようとしている問題点〕第１の問題点 整流子刷子を備えた３相直流電動機は長い歴史を持ち、
従って技術的に研究しり（されている。従って、その構
成の簡素さ、組立の容易さ、価格についてはほぼ問題な
く、現在においても広い用途を持っている。

しかし、整流子、刷子の磨耗により耐用時間がみじかい
ことと、これによる故障率の多いこと及び機械ノイズ、
電気ノイズが大きいこと等の欠点は解決されていない。

第２の問題点 ホール素子（磁電変換素子の７つ）を位置検知素子とし
てマグネット回転子の角位相を検出し、トランジスタ回
路（３相ブリッジ回路）を付勢して、電機子電流の制御
をして３相の直流電動機を得る手段がある。

この手段によると、前述した整流子型の直流電動機の欠
点はすべて除去される。

しかし、組立作業が錯雑となり、又高価となる欠点が発
生する。特に小型偏平なものとなる程この問題は大きく
なる。

ホール素子を３個使用するので、その導出線がノコ本と
なる。ホール素子のある空間は狭い空隙部なので、この
処理を考えても理解される筈である。

又ホール素子は、位置検知信号の出力が小さく、耐熱性
が無い。従って、出力の大きい電動機若しくは苛酷な使
用条件のときにシま使用することができない。特にホー
ル素子を電動機本体の内部に収納して使用する場合に問
題がある。

第３の問題点 ホール素子を除去し、逆起電力を位置検知信号として利
用する手段も開発されている。

この場合には、起動することができないので、起動時に
は、ステッピングモータとして起動せざるを得ない。

しかし、寒冷地では、電動機及び負荷の潤滑油の粘度が
大きくなり、脱調して起動失敗をすることが多く実用性
はない。

起動トルクが必要なサーボモータとしても使用不可能で
ある。

又コ相の電動機とすると、リプルトルクが増大し、ｌ相
の電動機とすると更にリプルトルクが増大し、又起動に
問題が多くなる。

上述したように、構成が簡素化し、偏平廉価なるものに
すると特性上に問題点が発生し、実用性が失なわれてｂ
る現状である。

第弘の問題点 出力が１０ワット以下位の小型の半導体電動機（ブラシ
レス電動機）では、その制御回路は電動機の筺体内に収
納することが望まれている。

この目的を達成する為に電子回路を集積回路（以降はＩ
Ｃと呼称する）とすることがよい。

この為の商品もいくつか出ているが、いずれも回路の一
部のＩＣ化が行なわれているのみなので、上述した目的
は達成できない、達成できない問題点は次に述べること
である。

即ち、ホール素子は３個ともに特定の位置に分離して配
説する必要があるので、全体のＩＣ化が困難となるから
である。

第５の問題点 ルームエアコンのコンプレッサ電動機ハ、誘導機が使用
されているが、効率の向上の為にブラシレス電動機とす
ることが望ましい。

３相直流機とすると、ホール素子より１２本の導線を密
閉された容器（内部に電動機とコンプレサが収納されて
いる。）より引出すことが困難となり実用化が阻まれて
いる。

センサレスのものも実施されているが、起動をステッピ
ングモータとして行なう為に、起動失敗が多いので実用
化に問題がある。

〔問題点を解決する為の手段〕

本発明装置は、位置検知素子として誘導コイル（径がψ
ミリメートル位、巻数がＪ〜、７０Ｊ−））１個若しく
は一個を用い、マグネット回転子と同期回転する導体回
転子に対向せしめ、導体回転子の円周部の例えば段部に
誘導コイルが対向したときのインダクタンスの変化（渦
流損失による）を利用して位置検知信号を得ている。

従って、耐熱性があり、位置検知出力を、電動機の出力
に対応して大きくすることができる。

従って、第３．第５の問題点が解決される。

ブラシレス電動機となっているので、第１の問題点が解
決される。位置検知素子となる誘導コイルは１個若しく
は一個なので、その導線（引出し線）は２本〜３本とな
るので、ホール素子のｌ−本に比較して構成が簡素化さ
れる。

出力の小さい電動機の場合には、１個のコイルの外付部
品となるのでＩＣ化が容易となる。

従って、第２、第≠、第５の問題点が解決される。

〔作用〕

上述した構成により、次に述※る作用がある。

第１に、位置検知素子ｌ−２個で、その導出線が２〜３
本なので、回路構成が簡素化され、量産が容易となる。

第２に、位置検知出力を大きくでき、耐熱性があるので
、大出力の３相の電動機に適用できる。

第３に、１０ワツト以下の出力の場合にはＩＣ化が容易
となる。

第ダに、電機子コイルの通電制御回路は慣用されている
３相のブリッジ回路となるので、出力トルクが大きく、
効率も良好となる。

第５に、〔従来の技術〕の欄で述べた特開昭５９−３１
１０　　号の技術では、後述するように大きい衝撃音が
発生し、軸承は数時間で破損する。

しかし、本発明装置の場合には、上記した不都合が完全
に除去される作用がある。

〔実施例〕

第１図以降の実施例につき、本発明装置の詳細を説明す
る０図面中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（喀）において、軟鋼製の外筐円筒５の両側には
側板（円形）Ｓα、！ｂが左右より嵌着されている。側
板ｊ；ａ、１ｈの中央突出部には、軸承コロ、コｂが嵌
着され、回転軸ｌが回動自在に支持されている。

回転軸／には打点部のプラスチック充填材を介して、円
筒形の界磁マグネット回転子３が固定されている。

外遺３の内側には、珪素鋼板を積層固化した固定電機子
ダが嵌着されている。

上述したものは内転型のものを示したが外転型とするこ
ともできる。第１図Ｃｂ）は外転型のものである。

基板７に植立した円筒ｆＫは、軸承９８．りｂ４−着さ
れ、これに回転軸ｌが回動自在に支持されている。

回転軸Ｉの上端には、軟鋼製のカップ状の回転子１０が
固定され、その外側内面には、円環状の界磁マグネット
回転子／Ｊが固着されている。

円筒ざの外側には、珪素鋼板を積層固化した固定電機子
１２の中央空孔が嵌着されている。

第２図（１）は第１図ＣＧ）の界磁マグネット回転子３
及び電機子弘の展開図である。第１図（ｈ）も全く同じ
構成となっているので、その展開図は省略して図示して
いない。

界磁マグネット回転子３には、Ｎ、Ｓ磁極３ａ、３ｈ、
・・・が等しい巾でφ極着磁されている。

又その端部（第１図（勾で右端の記号ｉｓで示す弘す、
弘Ｃは図示のように配設され、各突極には、電機子コイ
ルｌダ迄、７１ｂ、／ダＯが捲着されている。

各突極の巾は電気角で９０度となり、互いに６０一 度（電気角）離間している。点線矢印Ｂの位置に突極１
１ｅを移動すると、周知の３相の電動機となる。本実施
例は、従って３相の電動機として回転するものである。

第二図（ａ）において、記号ｉｓは、第７図（ｌ！）の
導体回転子である。以降は回転子と呼称する。第２図（
勾の展開図は電気角で７−０度のものである。

以降の角度表示はすべて電気角の表示とする。

回転子／３の詳細は、第３図（α）に示されている。

即ち回転軸ｌには、打点部プラスチック材を介して、ア
ルミニューム製の回転子／ｊが固定され、その円周部に
は、段差が設けられ、各段差の巾は１２０度である。

誘導コイル（以降は単にコイルと略称する。）ｌｌ＠の
コイル面は各段差部（各帯域と呼称するコに空隙を介し
て対向している。

各帯域の段差はほぼ等しく、０．２　ミＩ７メートル位
となっている。コイルの径は３〜３ミリメートル、巻数
は〃〜グ０ターン位である。コイル／／Ｌが、段差部／
！Ｔａ、／ｋｈ、・・・に対向するに従って段差部１５
ｓ　、　／！ｒ　ｂ　＋・・・による渦流損失が変化す
る。

段差１１＠、／！；（Ｌが最も大きい損失がある。損失
の大きい程、対応して、コイル／／４のインダクタンス
は減少する。

なっている。コイル／／Ａのインダクタンスも各帯域部
／＆　ｇ　、　／ｊ　ｂ　、・・・に対向して、そのイ
ンダクタンスが変化するものである。

第ダ図（ｆＬ）ＶＣコイル／ｌ　ａ　、　／／　ｂによ
る位置検知信号を得る回路が示されている。

第を図（１）において、記号１９は、７メガサイクル〜
３メガサイクルの発振器である。コイル／／Ｃ１抵抗Ｊ
４．ｒｂ　、ｌｆｆはブリッジ回路となり、又コイルｌ
ｌｂも同じくブリッジ回路を構成してｂる。コイル／／
Ｇが、第３図の帯域／ｒ　ｇに降下が増大するので、オ
ペアンプコ１８の子端子の入力電圧は、一端子の入力電
圧より大きくなり、端子−藝の出力電圧は、第１の設定
値となる。コイル／／ａが帯域（段差）　ｔｓ　ｂに対
向すると、渦流損失は減少するので、オペアンプ２／　
ｅＬの出力電圧は小さ（なり、第２の設定値となる。

コイル／／　＠が帯域／！０に対向すると、渦流損失は
更に減少するので、オペアンプＪ／αの出力電圧は更に
小さくなり、第３の設定値となる。

コイルｉ１　ｂについても上述した事情は全く同じで、
帯域／！ｒ　８　、　／！；　ｂ　、　／！ｒ　ｅに対
向することに対応して、オペアンプ２１　ｂの出力電圧
は、段階的に漸減する。

ダイオード及びコンデンサは、抵抗Ｘ）　＠　、　２Ｄ
己の電圧降下を平滑直流化するものである。

オペアンプコｌａの出力端子ｎ８は、第４図（句の端子
評に接続されている。

第φ図（句において、端子Ｎは規準電圧正端子である。

従って抵抗ｘ　ａ　、　Ｍ　ｂ　、　２１　ｅの上端の
電圧は段階的に高くなっている。

コイル／／　ｅＬが帯域（段差）　ｉｓ　ｅ　ｌｃ対向
したときに、オペアンプｗｅの一端子の入力より、＋端
子の入力が太き（なるように設定されているので、アン
ド回路２４　ｂの下側の入力はハイレベルとなる。

又このときに、オペアンプコロの子端子の入力は、一端
子の入力より小さ（なるので、オペアンプｕｂの出力は
ローレベルとなっている。

従って、アンド回路２４　ｂの一つの入力は、ともにハ
イレベルとなり、その出力もハイレベルとなる。端子λ
りＱの出力もハイレベルとなる。

導体回転子（以降は単に回転子と呼称する。）ｌ！が回
転して、コイル／／ｓが、帯域ｉｓ　ｂに対向すると、
オペアンプｘｂの子端子の入力は一端子の入力より大き
くなるように設定されているので、オペアンプｘｂの出
力がハイレベルとなるので、アンド回路２ｂ　ｂの出力
はローレベルに転化する。

このときに、オペアンプコαの子端子の入力は、一端子
の入力より・低くなるように設定されているので、その
出力はローレベルとなる。

従って、アンド回路２４ｇの２つの入力は、ともにハイ
レベルとなり、端子コクｂの出力もハイレベルとなる。

回転子／Ｓが回転して、帯域ｉｓ　ｇが、コイル／ＩＣ
に対向すると、オペアンプｐｇの子端子の入力は、一端
子の入力より大きくなるように設定されているので、オ
ペアンプコロ即ち端子λ７藝の出力がハイレベルとなる
。

同時に、アンド回路２４　ａの出力もローレベルに転化
する。

以上の説明より理解されるように、第３図（勾の回転子
１３が矢印方向に回転すると、第φ図（句の端子２７　
ｅＬ　、　Ｊりｂ　、　２７　ｍのハイレベルの出力は
、／２０度回転する毎に２ｔａ／；１０度の巾のハイレ
ベルの位置検知信号が隣接して得られる。

上述した位置検知信号が、第６図（りのタイムチャート
において、曲線３４８．３６　ｂ　、・・・及び曲線３
１ｇ　、　、？？　ｂ　、・・・及び曲線３１４　、・
・・として示されている。

コイルｌ／ｂによる端子−ｂ（第ψ図（り図示）の出力
も第参図（句と全く同じ構成の回路により処理され、端
子コクｓ　、　２７　ｂ　、コア６に対応する端子によ
る位置検知信号は、第６図（勾の曲＃！３９α。

３９　ｂ　、・・・及び曲線りａ　、　４Ａ０ｂ　、・
・・及び曲線ｑｌ迄。

上述したことより判るように、第２図（勾の；イルｌ１
８とｉｔ　ｂの位相差は（ｔ２ｏ→６ｏ　）度となって
いる。

一般的な位相差の表現とすると、（６０−４−／２０ｒ
Ｌ）度となる。ｎ＝０．１．コ、・・・となり、例Ｌｌ
ｉｎ＝０の場合には、コイル／／ｂが帯域／ｓｒＬに対
向したときに、；イルｉｉ　ｂによる位置検知信号は、
曲線＜ｕｙ　ａ　、　ｖ　ｂ　、・・・となり、帯域ｌ
！６゜／Ｓ１？に対向したときに、それぞれ曲線ｕ／　
ａ　、　ＩＩ／ｈ、・・・及び曲線Ｊ９ＬＬ、３９ｂ、
・・・となる。

従って、第５図（勾につき後述する端子３コｄ。

３コｇ、３１ｆに対する入力を１段ずつ下方にずらすこ
とにより同じ目的が達成されるものである。

次に上述した位置検知信号による電機子コイル／’Ｉ　
ｓ　、　／Ｑ　ｂ　、　／４！　ｅ　（Ｙ型接続となっ
ている。）の通電制御を第３図（ｉ）について説明する
。第Ｓ図（ｆＬ）において、トランジスタ、７Ｊ　４　
、３３　ｈ　、・・・。

、？、？ｆ及び電機子コイル／ダ＠　、　／＃　ｂ　、
　／ダ０は、電源正極３３　ＶＣより通電される３相Ｙ
型のトランジスタブリッジ回路となっている。この回路
は周知のものである。

端子３コ１に、第６図（ｆＬ）の曲線３１　＠　、　３
４　ｂ　、・・・の位置検知信号′を入力し、端子３２
ｂ　、　、ｙコＣのそれぞれに、第６図（ａ）の曲線、
？？　ａ　、、　、７？　ｂ　、・・・及び曲線３ｇ１
．・・・の位置検知信号を入力する。

又端子、？Ｊ　ｒＬ　、　、ｙｓ　ｇ　、　３２ｆにそ
れぞれ第６図（８）の曲線、？９　ＰＬ、　、７９　ｂ
　、・・・及び曲線ｌＡｏ喀、すす、・・・及び曲線ダ
／喀、ダ／ｈ、・・・の位置検知信号を入力せしめると
、周知の３相の半導体電動機と全く同じ通電制御が行な
われるので、作用効果も又同じである。即ち出力トルク
が大きく、効率が良好となるものである。

このときの電機子コイル／ダα、ｌダｂ、ｔダＯの右方
の通電圧よる出力トルク曲線は、第６図（りの曲線’７
２８．４（λｂ、ｑ５ｅ（実線部）及び左方の通電によ
る出力トルク曲線は、曲線４’ｊ’ｌ、４’ｊｂ。

ダ３ｅ（実線部）となる。両者を加算したものが出力ト
ルクとなる。

巾がｉｒｏ度の点線部を含むトルク曲線は、突極（４Ｃ
ａ　、　ｕ　ｂ　、−）が磁極（ｓａ、３ｂ、・）の１
つに対向し、次の１つの磁極まで回転するときのトルク
曲線である。

実線部のトルク曲線は、その中央部の逆起電力の最も大
きい部分／２０度が選択されているので、効率が最も大
きくなる。

上述した条件が満足されるように、第２図（１）のコイ
ルｉｔ　ａ　、　／／　ｂと突極ダｉｍ’Ａｂ＠…の相
対位置を設定しなければならない。

第３図（りのトランジスタ３３　ｇ　、　３３　Ａ　、
・・・は他の半導体スイッチング素子と置換することが
できる。例えば、）２ワモスＦＥＴを利用すると、大出
力の電動機が構成できる。この場合にも、コイル／／　
８．　ｉｉ　ｂが位置検知素子となっているので、耐熱
性があり、第ψ図（りの発振器１９の出力電流を大きく
することにより、電機子コイルより発生する電気ノイズ
、磁界により影響を受けることがなく安定な運転ができ
る特徴がある。

小出力の電動機の場合には、コイル／／　ｅＬ　、　／
／ｂを外付部品とし、第弘図（Ｌ！＞　、　Ｃｂ＞　ｅ
第Ｓ図（４）の回路をＩＣ（集積回路）とすることＫよ
り、電動機の外筐となる本体内にＩＣを収納できるので
、構成が簡素化される効果がある。第１図（勾。

（勾の記号／７　Ｎとして示したものは、かかるＩＣを
示すものである。

Ｉ　Ｃ／７　＠は、基板６若しくは７に装着されている
。支持体／りに埋設されたコイル／／　Ｉｓは、回転子
／＆若しくは回転子１０のｌＯ６１部（後述する）に対
向し、支持体／７は基板６若しくはりに固着されている
。

コイル／／６及びその支持体は省略して図示していない
。

コイル／／　ａ　、　ｉｉ　ｈは円形でなく、だ円形と
し、その短径の方向を回転子／Ｓの回転方向とすると。

位置検知信号の分解能が良好となる。

第１図（句のコイル１１　ｇ　、　／／　ｈの対向すべ
き記号／θ藝部の展開図が第２図（ｂ）　Ｋ示されてい
る。

回転子ＩＯの下縁部１０　ｅＬには、図示のような３段
の段着のある切欠部１０　爆Ｑ　１０　ｂ　、・・・、
１０ＣＬが設けられ、コイルｔｔ　ｓ　、　ｔｉ　ｂが
対向している。

コイルｔｉ　８．　ｉｉ　ｂが各切欠部に対向すると、
渦流損失が３段階に変化するので、第２図＜ＬＬ）の回
転子／！の場合と全く同じ作用効果がある。従って第１
図の電動機を前実施例と同じ制御回路により駆動できる
ものである。

本発明装置は、コアがあるので、出力トルクが大きくな
る効果がある。界磁マグネット回転子の磁極数を２倍、
３倍とすることができる。

このときに突極数も対応して増加する。

界磁マグネットのＮ、Ｓ磁極１組に対して、突極数が３
個の周知の直流整流子電動機の構成としても本発明が実
施できる。他の作用効果は前実施例と同様である。

第２図（ａｊの展開図について、上述した第Ｓ図（勾の
回路による通電の１例を説明する。

界磁マグネット回転子３が、矢印Ａ方向に３０度回転す
ると、コイル１１　ｒｔは、段差部ｌＳ８に対向するの
で、電機子コイルｉａ　ａが通電されて突極φαはＮ極
に着磁される。

磁極３ａ、３ｄの反撥と吸引作用により、界磁マグネッ
ト回転子３は矢印Ａ方向に駆動される。

このときすでに、コイル／／ｂは段差部ｔｓ　ｂに対向
しているので、この出力を介して、電機子コイル／Ｑ　
Ｏが通電されて、突極ダＣはＳ極に着磁されているので
、磁極３ｅ、３ｄの吸引と反撥力により、界磁マグネッ
ト３は矢印Ａ方向に駆動される。かかる電機子コイルの
通電の交替により回転するものである。

突極弘＄、ψＣがＭ、Ｓ極に着磁されるので、突極ｔｕ
ｂを通る磁束は打消し合って、磁束消滅して着磁されな
い。従って反トルクが発生しない特徴がある。

〔従来の技術〕の項で引用した特公昭ｓｑ　−３／１０
　　号に開示された技術では、３個の突極が順次に１個
ずつ励磁されるので、次に述べる問題点がある。

即ち第２図（８）の展開図と同じ展開図となるので、こ
れを利用して説明する。

突極ダＣが励磁されて、界磁マグネット回転子３は矢印
Ａ方向に駆動されるが、このときに、磁気吸引力も発生
するので、回転軸と軸承が衝合して、回転中に大きい機
械音を発生する。

突極φｂ、参〇の励磁のときも同じ衝合前が発生する重
欠点がある。この衝合時に、軸承がオイルレスベアリン
グの場合に、打撃により軸承孔が拡大し、これが又打撃
エネルギを大きくし、この現象が互いに助長され、実測
によると出力ｌワット位の電動機で使用できるのは２〜
５時間である。これは致命的な欠点となる。更に又、突
極φａがＮ極に励磁されて出力トルクを発生していると
きに、磁気誘導により、突極ｐｂ、１６はともにＳ極に
励磁される。従ってその灸の９０度の回転時に、突極４
！ｂは反トル・り。

突極４ｃｅは正トルク、次の９０度の回転時に正。

反トルクが反転する。正１反トルクは打消し合うと゛し
ても、ジュール損失と振動を誘発する。

本発明装置によれば、前述したように上述した欠点が除
去される特徴がある。回転トルクの発生が、周知の３相
Ｙ型整流子電動機と同じとなるからである。

次に位置検知素子となるコイルを１個として３相の電動
機を駆動する場合につき説明する。

第２図（８）に、コイルｌｌＣの対向すべき段差を有す
る回転子／Ａ　（回転子／Ｓに対応するもの）の展開図
が示されている。

段差部の帯域は、記号ｔｔ、　ｅＬ、　ｔｂ　ｂ　、−
、ｙ６ｆとして示されている。この左側も同じ構成とな
っている。

各帯域の巾は等しく、１．０度となっている。回転子／
６の構成は、第３図（勾の回転子ｌＳと相似したものと
なっている。各帯域の巾が異なっているだけである。帯
域１６α、　Ｉ６ｂ　、・・・にコイルｔｉ　ｅが対向
し、前実施例と同様に導体部との空隙の差により、イン
ダクタンスの差が発生するので、第ψ図（りと同じ回路
により、各帯域にコイルＩ１０が対向したときの位置検
知信号が得られる。

回転子１６が半回転する毎に、６０度の巾で順次に高さ
が低（なる矩形波の電気信号が隣接して得られる。

上記した電気信号が第φ図（−）の端子コｔに入力され
る。

は、オペアンプ！９６Ｌ　、　２９　ｂ　、・・・、コ
９ｆの一端子に入力されている。

第弘図（’）の回路と第ｑ図（句の回路を比較すると、
前者の抵抗コα、　Ｍ　Ａ　、・・・は同一記号の後者
の抵抗に対応し、前者のオペアンプ２９　ａ　、　２９
ｂ、・・・は、後者のオペアンプオ藝、おり、・・・に
対応し、前者のアンド回路３０８．、ｊｏｂ、・・・は
、後者のアンド回路コロα、　２６　Ａ　、・・・に対
応している。

従って作用も相似し、第弘図（りの端子３／１゜３／ｂ
、・−、３ｔ　ｆのハイレベルの電気信号は、第・６図
（句のタイムチャートにおいて、それぞれ曲線ｌＩｅ　
ａ　、舛す、・・・及び曲線弘３藝、　ｇ　ｂ　、・・
・及び曲線４１ｔｅ　ａ　、　ｕ６ｂ　、・・・及び曲
線ダクｇ、ｕりす、・・・及び曲線ダざα、璽に）民・
・・及び曲線グチ４．弘９ｂ、・・・となる。

曲線仰曝、ダＳ１！、ダ６曝、ダυ１Ｑｌｆ　ａ　、弘
９４は６０度の巾で互いに隣接している。

上述した６個の位置検知信号による電機子コイルの通電
制御を第５図（句につき説明する。

第５図（ｂ）のトランジスタ３．３１！　、　３３　ｂ
　、・・・のブリッジ回路による電機子コイル／Ｊ　Ｉ
！　、　／ダｂ、ｌダＣの通電制御手段は、第５図（−
）と全く同じである。゛ 異なっているのは、各トランジスタのペース制御手段で
ある。次にその説明をする。　−第３図（勾において、
トランジスタ３３　ａのペース入力は、オア回路３ダ＄
を介するもので、端子３ｚａ　　３ｓｂの入力である。

、端子Ｊ！　８　、３！　Ａ　、・・−，３ｔ、ｆの入
力は、それぞれ第ｑ図（Ｃ）の端子３／　’！　、　、
ｊｊ　ｂ　、・・・、３／ｆの出力となっている。

従って、第６図（勾の曲線＠４！　ａ　、　ｕｓ　４の
電気信号が入力される。両６者の巾はそれぞれ６０度な
ので、第６図（勾の曲線３６喀の電気信号と等しい１２
０度の巾となる。

従って、トランジスタ３３０ベース制御手段は、第３図
（−３の場合と全（同じである。

ｇ　ｊ図Ｃｂ）のトランジスタＪ３　ｂのベース入力は
、オア回路３ａ　ｈを介する端子３ｊｔ　ｅ　、　３！
　ｔｔの入力である。この入力は第６図（句の曲線ｌＩ
ｈ　ａとダ７４で、第６図（ｒＬ）の曲線３り塔と全く
同じである。従って、第３図（ａＪの場合と全く同じベ
ース制御となる。

第３図（勾のトランジスタＪ、？　ｅのペース入力は、
オア回路ａａ　ｅを介する端子３ｓ　ｇ　、　３１　ｆ
の入力である。この入力は第６図（句の曲線ｔｔｒ　ａ
　、　ａｑ　ａで、第６図（＠）の曲線３ｇ＠と全く同
じとなる。従って、第３図（りのトランジスタ３３Ｃの
制御手段と全（同じである。

第５図（勾のトランジスタＪＪ　ｄのベース入力は、オ
ア回路、７４１４を介する端子３！　ｄ　、　ｊｊ　ｆ
ｌの入力である。この入力は、第６図（句の曲線ダクｔ
Ｌ、何１と全く同じである。

同様な理由で、オア回路３ダε、３ダｄを介する端子３
ｓ　ａ　、　３ｓ　ｆ　、　３ｓ　ｂ　、　３ｔ　ｅの
入力は、それぞれ第６図（句の曲線仰ｂ　、　１７９　
＠と曲ｆｍｅｚｂｍｑｔｂとなり、第６図（４）の曲線
４Ａ０４と曲線ａｉ　ａとなる。

従って、第Ｓ図（句のトランジスタ３ｓ　ｔ　、　、７
．７　ｆの制御は、第５図（８）と全く同じとなる。

以上の説明より判るように、３相Ｙ型の電動機が構成さ
れ、効果は同じである。

通電制御のそ一ドを記号で表示すると次のようになる。

電機子コイル／ＩＩ　ｆｉ　、　／Ｑ　６　、　／Ｑ　
ｂの右方の通電モードをそれぞれＸ、Ｙ、Ｚ、左方の通
電モードをそれぞれＸ、Ｙ、Ｚと表示すると、第Ｓ図＜
ｂ）の端子、？！　８　、３３　ｂ　、・・・、３３ｆ
の入力による通Ｚ　）→（１’、Ｘ　）＋（、Ｚ、Ｘ　
）→（Ｚ、Ｙ　）→とサイクリックに交替されるもので
ある。

本実施例においても、；イル／／ｅを外付部品として他
の制御回路をＩＣ化できる。これは小出力の電動機の場
合である。

大出力の電動機の場合には、トランジスタは例えばパワ
そスＦＥＴとして置換して実施することができる。他の
半導体スイッチング素子でもよい。

第６図（句において、点線！ｒｏ　４　、　ｓｏ　ｂ　
、−、ｇ。

ｈの一つの点線間にある出力トルク曲線が、それぞれ曲
線ｇ４．Ｑ＠、・・・の位置検知信号により通電される
電機子コイルの出力トルク曲線となっている。

実線部の出力トルク曲ｆｓ４ｔコ虐、ｌＩコｂ、ｔコＣ
。

ダ３藝、ダ３ｂ、弘３ｅ、・・・は、第６図（司の出力
トルク曲線と同じとなっている。

第６図（句の曲線Ｗ、μＲ，・・・で示される位置検知
信号を得る他の手段を次に説明する。

第３図（句に示す導体回転子／ｇを第３図（りの回転子
１５と同軸で同期回転するように配設する。

回転子ｌｔの展開図は、第２図（ｇ）　ＶＣ示されてい
る。回転子ｉｔの段差部／ｌ　ｌ！　、　１ｇ　Ａ　、
・・・の巾はｌｔＯ度である。

コイル１ｌｄ−が各段差部の帯域に対向している。

コイルｔｔｄの出力は、第φ図（りと同じ回路で処理さ
れ、半回転する毎に一段の電圧の位置検知信号が得られ
る。

上記した位置検知信号は、第４図（ｄ）の端子！１ｇ　
、　５７　ｈに入力されている。前述したコイルｌ１１
による位置検知信号は、端子Ｓコ１．見す、ｓコ０に入
力されている。異なっているのは回転子の段差で、展開
図が第２図（勾の最下段に示されている。各段差は３段
となって、１回転でψ回繰返されている。

アンド回路、ｔＪ　４の端子Ｓｔ墨の出力は、第２図Ｃ
＠）の帯域−５７８にコイルｌｌ辱が対向したときの位
置検知信号で巾は６０度である。

アンド回路！、３　Ａ　、　！３６の出力即ち端子！ｒ
ｕｂ。

タダＣの出力は、第２図（勾の帯域５７　ｂ　、　５７
０　Ｋコイルｉｉ　ｔｘが対向したときのものである。

同様に、アンドｊｊ　ｄ、　１３　＆　、　！Ｊｆ　ｆ
）端子外ｄ。

ｓｑ　ｇ　、　ｚｑ　ｆの出力が得られる。

端子３ダａ　、　ｓｔｉ　ｂ　、・・・、３ダｆの出力
は、゛第６図（句の曲線ｕ　ｒｇ　、　弘、ｔ　ｓ　、
　ＩＩ＆ａ　、　＊＊＊　、　１１９　ａと同じ電気信
号となるので、同じ目的が達成される。

上述した手段は、小型の電動機で、導体回転子の径も小
さく、半周面に６段の段差が作り難い場合に有効である
。

第５図Ｃ）は、電機子コイルの異なる通電制御手段であ
る。即ち電機子コイルｔｅ　ａとトランジス１ｋｋＮ　
、　！；Ｉｂ　、　ｊｊＭ？　、　ｊ！；ｄはブリッジ
回路となってｈる。

端子５４６Ｌより、第６図（１）の曲線３１ａ　４　、
　ｔ７Ａ　ｂ　。

・・・の電気信号が入力される。端子＆Ａ　ｂより、曲
線ｊ９　Ｇ　、　ｊ？　ｂ　、・・・の電気信号が入力
される。

従って、電機子コイルｉａ　ａは、往復して通電され、
第６図（勾のトルク曲線侵＊　、　ｕ３　ｒｇの出方ト
ルクが得られる。

電機子コイル／４１６も同じ構成のブリッジ回路により
通電され、その制御の為の位置検知信号は、曲線３７４
　、．３７　ｈ　、　ｍ及び曲線ＩＩｏ　ＬＬ、　４Ｉ
ｏ　ｂ　。

゛・・・となる。出力トルク曲線は曲線弘λｂ、ダ３ｈ
となる。

電機子コイル／ＩＩ　ｂも同じ手段で通電され、位置検
知信号は曲線３ｇ１．・・・及び曲線ａｔａ、ｑｔｂ。

・・・となる。トルク曲線は曲線ｔ１２ｅ、１１．ｊｅ
となる。

従って、前実施例と同じ作用効果がある。

用効果が得られる。

高速（毎分１００００回転以上）とすると、第６図（−
）の曲線３６１による電機子電流の立上りは曲線３１．
　／ｌのようにおくれでトルクが減少し、蓄積磁気エネ
ルギはダイオードを介して放出され、その電流は曲線３
１．　ｄのようになり、後半部は反トルクとなる。他の
曲線についても同じ現象が起きる。従って高速度とする
ことが不可能となる。特に出力トルクを大きくする為に
突極断面を大きくし、電機子コイルの巻数を多くすると
、インダクタンスが大きくなり、上記した不都合は更に
増大する。

、マグネット回転子は一般にフェライトマグネットが利
用されるが、大トルクとするには、励磁型のマグネット
回転子とすることがよい。

即ち回転トラ・ンスを利用して励磁する電磁石を利用し
たマグネット回転子である。しかし、蓄積磁気エネルギ
は更に大きくなるので一高トルクとなるが低速となる不
都合がある。

本明細書では、・上記した一励磁型のものもマグネット
回転子と呼称する。上述した不都合を解決する第１の手
段は、第２図（勾のコイル／／　ａ　。

／／　ｂ、・・・を左方１１Ｃ１０度〜３０度移動して
使用することである。

かかる手段により、第６図（叫の曲線３６喀は左方に移
動するので、曲線３１　ｅによる減トルク量も減少し、
曲線３６ｄ、ＶＣよる反トルクを消滅せしめることがで
きる。

しかし、トルクの最も大きい部分で電機子電流が最木大
きい値となるので有効な技術となる。

第二の手段を第３図（ｄ）について説明する。

第５図（ＣＬ）のトランジスタＳ！α、ｓｒｈ、、・・
及び電機子コイル／４１　＠は、第５図（６）の同一記
号のものと同じ作用効果がある。

端子６２１に、Ａコｂより、第６図＜８）の曲線３６＠
。

３６ｂ、・・・及び曲線３デ／ｊ、　３９　ｂ　、・・
・の位置検知信号が入力されている。

アンド回路＆３　ａ　、　＆Ｊ　ｂの下側の入力がハイ
レベルのときには、端子４２　ｇの入力により、トラン
ジスタ！ｒ！ｒａ、１１６が導通して、電機子コイル／
ダ喝は右方に通電され、端子４．２６の入力により、電
機子コイルｌダαは左方に通電される。記号６０は絶対
値回路で、オペ７７１２個を含む回路である。

絶対値回路６０は両波整流回路なので、抵抗Ｓ９の電圧
降下即ち電機子電流に比例した正の電圧が出力され、こ
の出力は、オペアンプ６／の一端子の入力となっている
。子端子の入力は、規準正電圧端子Ａ／　ａの出力とな
る。

端子６−尋に、曲線３６ａの位置検知信号が入力された
場合について次に説明する。

曲線３６１Ｂは、第６図（−）のタイムチャートにおい
て点線で示されている。トランジスタオ墨。

！ｊ−ｂの導通により、電機子電流は曲線ｂｓ　ａのよ
うに増加する。端子３３の電圧を高くすると、曲ｉｓｔ
ｓｍは急速に立上るので、減トルクの発生が防止できる
効果がある。

このときに、絶対値回路６０の出力は、端子６１ａの電
圧より小さいので、アンド回路４Ｊ　＠、　６Ｊｂの下
側の入力はともにハイレベルとなっている。

第６図０の点線６６＄に達するまで、電機子電流が増加
すると、絶対値回路６０の出力は、端子４７　＠の電圧
を越えるように設定されているので、オペアンプ６／の
出力はローレベルとなり、トランジスタｒｚ　ｂは不導
通に転化する。

従って、電機子コイル／４１　ｇに蓄積された磁気エネ
ルギは、ダイオードｓｅｅ、トランジスタ！３Ｓを介し
て放出され、その電流は漸減し、第６図（０）で曲線Ａ
ｊ　ｂとして示される。

電機子電流値が点＃４４＆まで減少すると、絶対値回路
６０の出力が端子６１＠の電圧より小さくなるので、オ
ペアンプ６１の出力はハイレベルとなり、アンド回路４
３　ｂの出力もハイレベルとなり、トランジスタ３３ｂ
が導通して、電機子電流は曲線ｂｓ　ｅのように増大す
る。

上記した通電の増減のサイクルを繰返して、位置検知信
号３１１Ｂの末端において、端子６コＣの入力がローレ
ベルとなると、トランジスタ！ｒ、１＠。

ｒｚ　ｂは不導通となり、電機子コイル／ｌ　ａの蓄積
磁気エネルギは１曲線６ｊに示すような放出電流となり
降下する。

このときに、放出電流は、ダイオードｓｅｅ。

電源、抵抗ｓｑ、ダイオード３８　ｄを介して流れ、電
源を充電するので、電源電圧を高くすることにより急降
下せしめることができる。

曲線ｔ、ｓ　４の立上り部も電源電圧を高くすることに
より急速とできるので、曲線３１．８の巾に近い通電曲
線が得られて反トルクの発生も防止できる。

従って、高トルク、高速の電動機を得ることができる。

端子６／＠の電圧により、負荷に対応した電機子電流値
を設定することができる。

又第６図（ｅ）の点線４４　ｍ　、　Ａ６ｂの間隔は、
オペアンプ６１のヒステリシス特性により決定されるも
のである。

端子４２６　Ｋ　１第６図（＠）　ｆ）　ｔｆｌｌ線３
９４　、　Ｊ？　Ａ　、　−・・で示す電気信号が入力
された場合には、電機子コイルｌダＣは左方に通電され
、第６図（ｅ）の場合と同じ電機子電流の制御が行なわ
れる。

他の電機子コイル／ＩＡ、７４．についても、上述した
場合と全く同じ制御が、第５図Ｃ）と同じ構成の電気回
路により行なわれて、同じ電機子電流の制御が行なわれ
、その作用効果も又同様である。

第６図（−）の矢印６ダは、１１０度の巾で、電機子コ
イルの通電により出力トルクの得られる範囲を示してい
る。従って曲線ｊ６ｇは１０度位左方に移動して得られ
るように、第２図（勾のコイル／／＠、／／ｂを左方に
７０度移動することにより、効率とトルクが増加できる
。

第Ｓ図（ｄ）の回路によると、端子Ａ／　ａの電圧によ
り出力トルクが電源電圧と無関係に独立に指定され、端
子３３の電源電圧を高くすることにより、回転速度を大
きく上昇できる特徴を有する３相の電動機を得ることが
できる。

【効果〕

第１に、コイルを位置検知素子として利用しているので
、耐熱性があり、出力を大きくすることができるので、
小出力から大出力の３相の電動機を構成することができ
る。

第２に、コイルは１個若しくは２個となるので、その導
出線は一本若しくは３本となり、ホール素子の１２本に
比較して構成を簡素化できる。

第３に、小出力の電動機の場合には、コイルを外付部品
として、制御回路のＩＣ化ができるので、電動機の内部
に収納できる。又廉価、小型に構成できるので、３相の
整流子電動機と価格で対抗することができ、性能面では
大きく優位に立つことができる。

第ダに、第５図に）の回路とすることにより、高速、高
トルクの両者を兼ねたもの若しくはそれ等のいずれかの
特性を有する電動機を構成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明装置の構成の説明図、第２図は、マグ
ネット回転子と固定電機子の展開図、第３図は、位置検
知信号導体回転子の説明図、第φ図は、コイルｔｉ　＠
、　ｉｔ　ｂ　、　ｉｔ　ｅ　、　ｔｔ　ｄより、位置
検知信号を得る電気回路図、第５図は、電機子コイルの
通電制御回路図、第６図は、位置検知信号、出力トルク
、電機子電流のタイムチャートをそれぞれ示す。 ｌ・・・回転軸、　　　コ藝　コｂ　　９ａ　　９ｈ・
・・軸承、３．／３・・・マグネット回転子。 ダ、／コ・・・電機子、　　！、！ｒ＠、より・・・外
筐、ＩＯ・・・回転子、　　　６．７・・・基板、　　
／／＠／／ｂ　、　／／　ｅ　、　／／　ｄ−誘導コイ
ル、　　ｉｔ　ａ−／　Ｃ。 ／ｊＴ、ｊＡ、１ｇ・・・位置検知用の導体回転子、ｑ
　ａ　、　ｑ　ｂ　、　、、、突極、　　／ｌ　Ｓ　　
／４１　ｂ　　／４４６−電機子コイル、　　ｊ＠、３
ｂ、・・・磁極、／３＠、　／！ｂ　、−、Ｉｔ＠、　
／ｇｂ　、　”−、／ＡＳ、　ｌｉｍｂ。 ・・・、　１０８．１０　ｂ　、・・・段差部の帯域１
、　／？・・・発振器、　　２／導、　２／　ｈ　、コ
α、コｂ、８ｍ　、　２９　Ｇ　、λ９ｂ＊””ｓコｑ
　ｆ　、　Ａ／−・・オペアンプ、２Ａａ　　；ｕｂ　
　３０ｓ　　：１０ｂ　　−−−Ｊａｇ　　！ｒ３ａ　
　！ｒＪｂ、　・、！；３ｆ、＆３ｅＬ、＆３ｂ、−・
・アンド回路、１７Ｊ　ａ　、　、７．７　ｂ　、　・
、　３３ｆ　、　ｓｓ　４　、　ｒｔ　ｂ　、　→＋−
、ｙｒ　ｄ・・・トランジスタ、３３・・・電源正端子
１、ｙａ　＠、　３４１ｂ　、　…、　、ｙａ　ｆ　・
−オフ回路、Ａ／　４・・・規準正電圧端子、　　６０
・・・絶対値回路、３６塔　ｊＡ　ｂ　　・・・　Ｊ７
ｇ、？７ｈ　…　３１４　　…３ｑｔｘ３９ｂ　　・・
・　グ０１　リｂ　・・・　ダｌｔＬ　ダ／ｂ・・・、
ダグ８．鉢り、・・・、　ａｓｓｓ　”　ｂｅ・・・、
ダ６喀。 ｌＩｔ、　　ｂ　　　　　・・・　　　ｑ７　＠　　　
　ダク　ｂ　　　　・・・　　　ダｇ　１　　　　・・
・　　　ダ９　＄ダ９ｂ・・・位置検知信号曲線、　　
侵ｃＬ　　心ｈ　ダコｅ　、　ｔｔ３信、　１１．？　
ｂ　、　ｔｔ３の…トルク曲線、ｂｓｔｘ、ｔｚｓｂ、
・・・、　６３・・・電機子電流曲線。 早ｌ　図（（Ｌ） 蔓　ｌ　図（Ｊ） 某２目（力 、Ｆ、３　図（の 甚３目（６） 第４回（αン　　゛ 蔓４　図（４） ＄　４　　図（ｄン 蔓５図（Ｑ＞ ＄５１≧］′ぴン 第５　図（Ｃ） 第５図（ｄ、） ４ζ　θ　　ム＠（１乙ン 芋６回（４） σ１ 第６因（Ｃ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）３相の半導体電動機において、３相の電機子コイ
   ルが磁心に装着された固定電機子と、該固定電機子に設
   けた軸承により回動自在に支持された回転軸と、該回転
   軸に中央部が固定されて同期回転するとともに、磁束が
   電機子コイル及び磁心を貫挿して駆動トルクを発生する
   界磁磁極を備えた界磁マグネット回転子と、該回転子と
   同軸で同期回転する位置検知用の導体回転子と、該導体
   回転子の円周方向にそつて配設され、位置検知素子とな
   る誘導コイル面に対向する部分が、電気角で１２０度の
   巾で、渦流損失が順次に異なる第１、第２、第３の帯域
   部と、該帯域部に対向するように本体に固定された第１
   の誘導コイル及びこれより電気角で（６０＋１２０ｎ）
   度（ｎは零を含む正整数）の位相差の位置に配設された
   第２の誘導コイルと、第１の誘導コイルが、第１、第２
   、第３の帯域部に対向したときのインダクタンスの変化
   を検出して、電気角で１２０度の巾で、互いに隣接する
   矩形波の第１、第２、第３の位置検知信号を得る電気回
   路と、第２の誘導コイルが、第１、第２、第３の帯域部
   に対向したときのインダクタンスの変化を検出して、電
   気角で１２０度の巾で、互いに隣接する矩形波の第３、
   第４、第５の位置検知信号を得る電気回路と、３相の電
   機子コイルの第１、第２、第３の相の電機子コイルの通
   電制御を行なつて駆動トルクを発生せしめる半導体スイ
   ッチング素子複数個を含むブリッジ回路と、該ブリッジ
   回路に含まれる半導体スイッチング素子を第１、第４の
   位置検知信号により付勢して第１の相の電機子コイルを
   最も逆起電力の大きい電気角で１２０度の巾だけ往復し
   て通電し、第２、第５ならびに第３、第６の位置検知信
   号により、それぞれ第２、第３の相の電機子コイルの往
   復通電を全く同様に行なう制御回路とより構成されたこ
   とを特徴とする誘導コイルを位置検知素子として駆動さ
   れる３相電動機。
2. （２）３相の半導体電動機において、３相の電機子コイ
   ルが磁心に装着された固定電機子と、該固定電機子に設
   けた軸承により回動自在に支持された回転軸と、該回転
   軸に中央部が固定されて同期回転するとともに、磁束が
   電機子コイル及び磁心を貫挿して駆動トルクを発生する
   界磁磁極を備えた界磁マグネット回転子と、該回転子と
   同軸で同期回転する位置検知用の導体回転子と、該導体
   回転子の円周方向にそつて配設され、位置検知素子とな
   る誘導コイル面に対向する部分が、電気角で６０度の巾
   で、渦流損失が順次に異なる複数個の帯域部と、該帯域
   部に対向するように本体に固定された１個若しくは２個
   の誘導コイルと、該誘導コイルが複数個の帯域部に対向
   したときのインダクタンスの変化を検出して、電気角で
   ６０度の巾で、互いに隣接する第１、第２、・・・、第
   ６の矩形波の位置検知信号を得る電気回路と、３相の電
   機子コイルの第１、第２、第３の相の電機子コイルの通
   電制御を行なつて駆動トルクを発生せしめる半導体スイ
   ッチング素子複数個を含むブリッジ回路と、第１の相の
   電機子コイルの正逆方向の通電のモードをそれぞれＸ、
   ＠Ｘ＠とし、第２、第３の相の電機子コイルの正逆方向
   の通電のモードをそれぞれＹ、＠Ｙ＠及びＺ、＠Ｚ＠と
   表示したときに、ブリッジ回路に含まれる半導体スイッ
   チング素子を前記した位置検知信号により付勢し、第１
   、第２、第３、第４、第５、第６の位置検知信号にそれ
   ぞれ対応して、各電機子コイルの通電モードを、（Ｘ、
   ＠Ｙ＠）→（Ｘ、＠Ｚ＠）→（Ｙ、＠Ｚ＠）→（Ｙ、＠
   Ｘ＠）→（Ｚ、＠Ｘ＠）→（Ｚ、＠Ｙ＠）→とサイクリ
   ツクに転化し、逆起電力の最も大きい電気角で１２０度
   の巾の区間だけ各電機子コイルを通電する通電制御回路
   とより構成されたことを特徴とする誘導コイルを位置検
   知素子として駆動される３相電動機。