JPH0161017B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、界磁となる回転子を励磁する回転ト
ランスを利用して、位置検知信号を得る新規な構
成を有する半導体電動機に関するものである。

サーボモータ、その他の産業機器に利用される
電動機は、小型、強力、長寿命、低慣性で騒音が
小さいことが要求されている。かかる要求に答え
るものとして円筒型の半導体電動機が好適であ
る。しかし、かかる電動機には、次に述べるいく
つかの欠点がある。

第１に、位置検知素子としてホール素子が利用
されているので、温度上昇にきびしい制限があ
り、大きい出力を小型の電動機で得ることはでき
ない。

第２に、界磁となる回転子には、フエライトマ
グネツトが使用されるので、界磁磁界が強力でな
く、出力を増加しようとすると大型となり、出力
に限界がある。従つて出力を小型で、しかも大き
くしようとすると、レアメタルを利用した高価な
焼結マグネツトを使用せざるを得ないという不都
合を生ずる。

第３に、ホール素子以外の位置検知素子を利用
したとしても、かかる装置は、特別な構成とな
り、量産性がなく高価となる欠点がある。

本発明装置は、上述した欠点を除去できること
に特徴を有するもので、さらに付加して、界磁と
なる回転子、電機子は、従来の量産技術がそのま
ま利用することができ、又界磁が強力となるの
で、レアメタル焼結マグネツトと同等の出力トル
クが得られ、位置検知装置は、回転トランスを利
用しているので、廉価に、大きい位置検知出力が
得られ、又回転トランスの入力は、高周波交流を
利用しているので、小型軽量のものですむ特徴が
ある。

上述した諸特徴を有する本発明装置の詳細を第
１図以下について次に説明する。

第１図において、記号１は外筐で１部のみが示
してある。記号２は、珪素鋼板よりなる円筒形の
固定電機子磁心で、これには、三相の電機子コイ
ル（３相誘導電動機と全く同じ巻線）が、慣用さ
れる手段により装着されている。

記号３は、珪素鋼板を積層して作られた回転子
で、回転軸４に、その中心線が固定され、後述す
るように、90度の開角のＮ、Ｓ磁極が径方向に磁
化して設けられている。回転軸４は、ボール軸承
４ａ，４ｂにより、外筐１に設けた蓋体１ａ，１
ｂにより支持されている。電機子コイルの導出端
子は、外筐１の外側に導出されているものがある
が、省略してある。

つぼ型のソフトフエライトにより作られたコア
５は、回転軸４にその中心部空孔が固定されてい
る。２次コイル５ａは、つぼ型コア５に装着され
ている。蓋体１ｂには、つぼ型コア６の底部が固
定され、その中心部空孔は、回転軸４と僅かな空
〓を介して設けられている。つぼ型コア６もソフ
トフエライトで作られ、これに１次コイル６ａが
装着されている。

１次コイル６ａには、第９図ｂに示すように、
トランジスタよりなる発振回路１９の50KC位の
交流が通電されている。かかる発振回路は、例え
ば電子発光器（ストロボライト）の発振回路がそ
のまま利用され、この場合には、１次コイル６ａ
は発振コイルも兼ねている。

２次コイル５ａの出力は、整流回路２０（第１
図で記号７として示したもので、回転子３に固定
されている。）で整流され、第９図ａの回転子３
の励磁コイル１５ａ，１５ｂ，……に、端子２
１，２２を介して、通電されている。上記した整
流出力は、リプルを含むが、励磁コイル１５ａ，
１５ｂ，……のインダクタンスにより平滑化され
るものである。

第９図ａのスロツト３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに
は、励磁コイルが装着されているが、スロツト３
ａ，３ｂには、励磁コイル１５ａ，１５ｂが、ス
ロツト３ｂ，３ｃには、励磁コイル１６ａ，１６
ｂが、スロツト３ｃ，３ｄには、励磁コイル１７
ａ，１７ｂが、スロツト３ｄ，３ａには、励磁コ
イル１８ａ，１８ｂがそれぞれ装着されている。
各励磁コイルに、所定方向の通電を行なうことに
より、図示のように、90度開角のＮ、Ｓ極の励磁
が行なわれている。

上述した回転子３の量産手段は周知であり、又
磁界の強さは、１般の整流子電動機と全く同様な
ので、フエライトマグネツトの３倍以上の磁界が
得られるので、出力トルクが増大する効果があ
る。

つぼ型コア５，６の磁路開放端の空隙は、0.2
〜0.5ミリメートルで対向し、電力の伝送効率は、
60％以上となる。又１次コイル６ａの通電は、高
周波交流が利用されているので、10ワツトの伝送
を行なうのに必要なつぼ型コアの径は25ミリメー
トル位ですみ、比較的小型の出力の電動機にも適
用することができる効果がある。

第１図の電機子２に装着される電機子コイル
は、２相、３相、……いづれのものでもよいが、
本実施例では、３相の電機子コイルとなつてい
る。

第１図の記号Ａで示すものは、位置検知装置
で、その要部のみの詳細が第２図に示されてい
る。つぼ型コア５，６の開口部は、空隙を介して
対向され、１次コイル、２次コイルの導出線は、
それぞれ記号２４，２３で示されている。かかる
導出線２３，２４は、それぞれ、記号７で示す電
気回路及び外筐１の外側に導出されている。

つぼ型コア５の外側には、突出部７ａ（ソフト
フエライト）が設けられている。この詳細が、第
２図及び第３図ａに示されている。即ち外周にそ
して90度の開角の突出部７ａ，７ｂが成型時に作
られ、それ等の間隔も90度である。

第２図のつぼ型コア６の外周には、突出部８ａ
（ソフトフエライト）が設けられている。突出部
８ａの左側の磁心となる突出部９ａには、位置検
知コイル１０ａが装着されている。かかる装置
は、第３図ｂで示すように、120度の開角で、つ
ぼ型コア６の外周に設けられている。

第３図ｂの記号８ｂ，９ｂ，１０ｂならびに記
号８ｃ，９ｃ，１０ｃは、それぞれに突出部８
ａ，９ａ、位置検知コイル１０ａに対応するもの
で、それ等の作用も又同じである。

第３図ａ，ｂの空孔５ｂ，６ｂは、それぞれ回
転軸４が貫挿している。

つぼ型コア５は、回転子３とともに回転してい
るが、このときに、例えば、突出部７ａが、位置
検知コイル（以降は単にコイルと呼称する。）の
前面にあると、１次コイル６ａによる磁束の１部
が、点線Ｂで示すように、コイル１０ａを貫通し
て、誘導出力を発生する。突出部７ａが対向しな
い場合にも、１部の減小磁束により誘導出力があ
るが、これはより小さいので、位置検知信号出力
として利用できるものである。

突出部７ａ，７ｂの中間の点線７ｃ，７ｄで示
す部分を導体部として、コイル１０ａに対向する
ようにすると、渦流損失により、上記した誘導出
力のSN比を良好とすることができる。

他の位置検知装置（記号８ａ，８ｂ，９ａ，９
ｂ，１０ａ，１０ｂ）についても事情は全く同じ
である。

コイル１０ａ，１０ｂ，１０ｃの誘導出力は、
第４図に示すように、整流回路１１ａ，１１ｂ，
１１ｃにより整流され、それ等の出力は、コンデ
ンサ及びダイオードを介して、端子１２ａ，１２
ｂ，１２ｃより、矩形波パルス列として得られる
ものである。

上述したように、本発明装置の特徴は、高周波
交流を利用した小型で大きい容量の回転トランス
の装置を、SN比のよい、しかも出力の大きい位
置検知信号発生源として使用したことである。

次に第５図につき、電機子コイルの通電制御手
段について説明する。

第５図に示すものは、回転子３、３相の電機子
コイル２ａ，２ｂ，２ｃ（第１図の固定磁心２に
装着されているもの）及び突出部７ａ，７ｂ、導
体部７ｃ，７ｄの展開図である。

回転子３は、90度の開角の磁極Ｎ、Ｓ磁極によ
り構成され、電機子コイル２ａ，２ｂ，２ｃは、
それぞれ電気角で120度の位相差で設けられてい
る。又同一磁極の下にある電機子コイルは並列に
接続され、Ｙ型結線となつている。

回転子３及び突出部７が、ともに矢印Ｃ方向に
回転すると、導体部７ｃ，７ｄ及び磁性体部７
ａ，７ｂの面を走査するコイル１０ｄ，１０ａ，
１０ｅの誘導常数は、サイクリツクに変化し、電
気角で120度の差がある。上記した誘導常数の変
化を得る為に、コイル１０ｄをコイル１０ｂの位
置に、コイル１０ｅをコイル１０ｃの位置に移動
しても同じ効果がある。かかる置換を行なうと、
コイル１０ａ，１０ｂ，１０ｃの開度は120度と
なり、第３図示の実施例と１致するものである。

コイル１０ａ，１０ｂ，１０ｃの誘導常数の変
化により、通電制御回路Ｄを制御して、電機子コ
イル２ａ，２ｂ，２ｃに通電して、回転子３に矢
印Ｃ方向の駆動トルクを発生する半導体電動機と
なつている。次に通電制御回路Ｄの詳細を第６図
につき説明する。

第６図において、記号Ｅ，Ｆ，Ｇで示すもの
は、第４図の３組の電気回路を示すもので、これ
等の出力端子３３，３４，３５（第４図では、端
子１２ａ，１２ｂ，１２ｃとして示されたもの）
の出力波形は、同一記号の曲線で、第７図のタイ
ムチヤートに示されている。

端子３３，３４，３５の出力は、反転回路２３
ａ，２３ｂ，２３ｃを介し、若しくは介すること
なく、図示のように、アンド回路２４ａ，２４
ｂ，……２４ｆに入力されている。

従つてアンド回路２４ａの出力は、第６図のタ
イムチヤートの曲線２７のようになり、パルス巾
は、電気角で120度となる。パルス間の間隔は240
度である。

他のアンド回路２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２４
ｅ，２４ｆの出力は、第７図のタイムチヤートの
それぞれ曲線２８，２９，３０，３１，３２のよ
うになる。

反転回路２３ｄ，２３ｅ，２３ｆの作用によ
り、アンド回路２４ａ，２４ｂ，２４ｃの出力の
ある間だけ、反転回路２３ｄ，２３ｅ，２３ｆを
介してトランジスタ２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、
それぞれ導通し、又アンド回路２４ｄ，２４ｅ，
２４ｆの出力のある間だけ、トランジスタ２６
ｄ，２６ｅ，２６ｆはそれぞれ導通する。記号２
５は正電圧端子である。

従つて、電機子コイル２ａ，２ｂ，２ｃは、整
流子電動機におけるＹ型結線の場合と全く同様な
通電制御が行なわれて駆動トルクが発生して回転
する。電機子コイル２ａ，２ｂ，２ｃを△結線を
行なつて、同様な通電を行なつても同じ効果があ
る。上述した電機子コイルの通電制御回路は、３
相の電動機の場合であるが、２相の電動機の場合
にも、同様な周知の制御回路により、電機子コイ
ルの通電制御を行なうことができる。２相の電機
子コイルの場合には、第３図ｂの位置検知コイル
１０ａ，１０ｂ，１０ｃは２個となり、電気角で
90度の位相差の位置に設けられるものである。

トランジスタ２６ａ，２６ｂ，……２６ｆのベ
ースを駆動する入力電流は、比較的大きいので、
アンド回路２４ａ，２４ｂ，……２４ｆの出力も
大きいことが要求される。特に本発明による第４
図の回路の場合には、第６図の回路Ｅ，Ｆ，Ｇの
出力電流が大きいので、これを有効に利用する必
要がある。

以上の要求を満足する手段が第８図に示されて
いる。例えば、第６図の反転回路２３ａ、アンド
回路２４ｄを兼ねる回路が第８図ａに示されてい
る。

第８図ａにおいて、端子４７より正の入力、端
子４８より負の入力があると、トランジスタ４６
ａは飽和領域で導通する。従つて端子４９より正
の出力が得られる。

第６図のトランジスタ２６ｄのベース入力とし
て、第８図ａの端子４９の出力を用い、端子４
７，４８の入力として、第６図の端子３４及び３
３の出力をそれぞれ用いると、第６図の反転回路
２３ａ、アンド回路２４ｄと全く同じ動作で、ト
ランジスタ２６ｄを付勢することができる。

トランジスタ２６ｅ，２６ｆの付勢回路も全く
同じ手段により実施することができることは明ら
かである。

第８図ｂにおいて、端子４７ａより正の入力、
端子４８ａより負の入力があると、トランジスタ
４６ｂは飽和領域で導通し、端子４９ａは、アー
スレベルとなる。

第６図のトランジスタ２６ａのベース入力とし
て、第８図ｂの端子４９ａの出力を用い、端子４
７ａ，４８ａの入力として、第６図の端子３３及
び端子３４の出力をそれぞれ用いると、第６図の
反転回路２３ｂ、アンド回路２４ａ、反転回路２
３ｄと全く同じ動作で、トランジスタ２６ａを付
勢することができる。

トランジスタ２６ｂ，２６ｅの付勢回路も全く
同じ手段で実施することができることは明らかで
ある。

第８図ａ，ｂの実施例で、トランジスタ４６
ａ，４６ｂは各１個ですむが、端子４７，４７ａ
の入力の電流は、端子４８，４８ａの入力電流よ
り著しく大きい必要がある。しかし第６図の回路
Ｅ，Ｆ，Ｇの出力は、ほぼ等しいので、端子４
７，４７ａの入力は、回路Ｅ，Ｆ，Ｇの出力増巾
してから入力せしめないと有効でない。

第８図ｃ，ｄの回路は、かかる増巾手段を省く
ことのできる手段である。

第８図ｃにおいて、端子４７より正の入力、端
子４８より負の入力があると、端子４９より正の
出力が得られる。トランジスタ４６ｃ，４６ｄは
飽和領域で導通する。尚記号５０は電源正極端子
である。従つて、第６図のトランジスタ２６ｄの
ベース入力として、第８図ｃの端子４９の出力を
用い、端子４７，４８の入力として、第６図の端
子３４，３３の出力をそれぞれに用いると、第６
図の反転回路２３ａ、アンド回路２４ｄと全く同
じ動作で、トランジスタ２６ｄを付勢する。又ト
ランジスタ２６ｅ，２６ｆについても、同様な回
路を付勢して、これ踏を付勢できることは明らか
である。

第８図ｄにおいて、端子４７ａより正の入力、
端子４８ａより負の入力があると、トランジスタ
４６ｅ，４６ｆは飽和領域で導通して、端子４９
ａは、アースレベルとなる。

従つて第６図のトランジスタ２６ａのベース入
力として、第８図ｄの端子４９ａを用い、端子４
７ａ，４８ａの入力として、第６図の端子３３，
３４の出力をそれぞれ用いると、第６図の反転回
路２３ｂ，２３ｄ及びアンド回路２４ａと全く同
じ動作で、トランジスタ２６ａを付勢する。又ト
ランジスタ２６ｂ，２６ｃについても、同様な回
路を付勢して、これ等を付勢できることは明らか
である。

第８図ｃの実施例においては、端子４７，４８
の入力は、ともにトランジスタ４６ｄ，４６ｃの
ベース入力となつているので、それ等の入力電流
は同じ程度のものですみ、端子４９の出力は増巾
されて得られる特徴がある。第８図ｄについても
同じ効果がある。

第３図ａに示す突出部（ソフトフエライト）７
ａ，７ｂ導体部７ｃ，７ｄを除去し、つぼ型コア
５の外周に、１回転につき２サイクルのサイン波
に変調が行なわれるように、コイル１０ａ，１０
ｂ，１０ｃと突出部との空隙が変化されるように
構成する。かかる手段によると、コイルの誘導出
力は、周知のリゾルバとして利用することもでき
て有効である。

以上のように、本発明装置によれば、冒頭にお
いて述べた目的が達成され、実用上の効果著しき
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明装置の説明図、第２図及び第
３図は、位置検知装置の部材の説明図、第４図
は、位置検知コイルを含む検知出力回路図、第５
図は、回転子及び電機子コイルの展開図、第６図
は、第４図の回路の出力より、位置検知出力を得
る通電制御回路図、第７図は、第６図の回路の各
部の電圧のタイムチヤート、第８図は、第６図の
アンド回路の詳細を示す電気回路図、第９図は、
励磁コイルを有する回転子の通電制御回路を含む
説明図をそれぞれ示す。 １……外筐、１ａ，１ｂ……蓋体、２……磁
心、２ａ，２ｂ，２ｃ……電機子コイル、３……
回転子、４……回転軸、４ａ，４ｂ……ボール軸
承、５，６……つぼ型コア、５ａ，６ａ……２次
コイル及び１次コイル、７……整流回路、Ａ……
位置検知装置、７ａ，７ｂ……突出部、７ｃ，７
ｄ……導体部、８ａ，８ｂ，８ｃ……突出部、９
ａ，９ｂ，９ｃ……磁心となる突出部、１０ａ，
１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ……位置検知コ
イル、Ｂ……磁束の通路、５ｂ，６ｂ……空孔、
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ……整流回路、Ｄ……通
電制御回路、Ｅ，Ｆ，Ｇ……位置検知出力回路、
２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅ，２３
ｆ……反転回路、２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４
ｄ，２４ｆ……アンド回路、２６ａ，２６ｂ，２
６ｃ，２６ｄ，２６ｅ，２６ｆ……トランジス
タ、３３，３４，３５……位置検知コイルの出力
波形、２７，２８，２９，３０，３１，３２……
アンド回路２４ａ，２４ｂ，……２４ｆの出力波
形、４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄ，４６ｅ，
４６ｆ……トランジスタ、１５ａ，１５ｂ，１６
ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ…
…励磁コイル、１９……トランジスタ発振回路、
２０……整流回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 外筐の内側に固定されて設けられた円筒形の
   電機子磁心ならびに、これに装着された複数相の
   電機子コイルと、前記した外筐に設けた軸承によ
   り回動自在に支持された回転軸と、該回転軸に固
   定されるとともに、磁界が前記した電機子コイル
   を貫挿するように、外周面にＮ、Ｓ磁極が等しい
   ピツチで配設され、該Ｎ、Ｓ磁極が励磁コイルに
   より励磁されている磁性体回転子と、磁路開放端
   となる開口部が僅かな空〓を介して対向して相対
   回転されるとともに、前記した回転軸に中央空孔
   が固定されたソフトフエライトにより作られた第
   １のコア５及び外筐内側に固定されたソフトフエ
   ライトにより作られた第２のコア６とよりなる回
   転トランスと、第１のコア５と第２のコテ６に、
   それぞれ装着された２次コイル５ａと１次コイル
   ６ａと、１次コイル６ａに高周波交流を通電せし
   める半導体回路よりなる高周波発振回路と、２次
   コイル５ａの出力を整流して、前記した励磁コイ
   ルに通電する為に、回転子３に固定されている整
   流回路と、第２のコア６の開口部の外側突出部
   に、所定の開角で固定され、１次コイル６ａによ
   る磁界の１部が貫挿するように設けられた複数個
   の位置検知コイルと、第２のコア６の外側突出部
   及び位置検知コイル面に空〓を介して対向するよ
   うに、第１のコア５の外側に突出して設けられ、
   回転子３の磁極数に対応した数で、等しいピツチ
   と等しい巾の複数個の突出部と、該突出部が前記
   した位置検知コイル面を通過したときの誘導常数
   の変化による誘導出力を利用して位置検知出力を
   得る電気回路と、該位置検知出力により電機子コ
   イルの通電制御を行なつて、１方向の回転トルク
   を発生せしめる通電制御回路とより構成されたこ
   とを特徴とする半導体電動機。