JPH03117394A - 複数個の電機子を並置したリラクタンス型電動機 - 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〕 従来の直流電動機及びインバータ付の誘導電動機に代替
する駆動源として利用されるものである。

特に、偏平型でなく径が小さく細長型の電動機が必要な
場合に利用できるものである。

〔従来の技術〕

直流電動機より、磁極数が多いので、径の小さいリラク
タンス型の電動機を作ることが困難で、実用化された例
はない。

リラクタンス型の電動機は周知の技術であり、その大き
い出力トルクが得られるが、回転速度が著しく小さい為
に、１部で負荷の直接ドライブ装置として、ロボットの
アームに利用された例があるが、現在市販実用化されて
いるものはない。

小型のステッピング電動機として少し利用されている程
度で、広い用途は未だ開発されていない。

〔本発明が解決しよとうする課題〕

第１の課題 直流電動機と比較して、磁極数が多くなる為に、径が小
さく、出力トルクの大きいものを構成することが困難と
なる問題点がある。

リラクタンス型の３相全波の電動機を例として説明する
と、磁極と突極数が多く、構成が錯雑となり、又励磁コ
イルが６系統となる。磁極と励磁コイルは、３相全波通
電の場合に少なくとも１２個となる。又回転子の突極数
も多くなり少なくとも１４個となる。

従って径の小さい電動機を構成することが困難となる問
題点がある。

又１回転するときの磁極と突極の磁気エネルギの出入回
数が増大するので、回転速度の上昇が困難となり、鉄損
が増大する不都合がある。

第２の課題 励磁コイルに蓄積される磁気エネルギが著しく大きいの
で、その蓄積に時間を要する為に通電電流の立上りがお
くれて減トルクが発生する。

父上記した磁気エネルギの消滅にも時間を要し、これが
反トルクを発生する。回転速度の上昇とともに減トルク
、反トルクの発生が増大する。

従って、効率が劣化し、回転速度は著しく小さいものと
なる問題点がある。

〔問題点を解決する為の手段〕

両側に側板を備えた外筐と、各側板の中央部に設けた軸
受と、該軸受に回動自在に支持された回転軸と、外筐内
側において、回転軸に固定された磁性体回転子と、該回
転子の外周面に等しい巾と等しい離間角で配設された４
個の突極と、外筐内に外周部を固定して並置されたｎ個
（ｎ＝２、３゜４、・・・）の固定電機子と、各固定電
機子の内周面より突出され、軸対称の位置にある磁極が
同相となり、突極と僅かな空隙を介して対向し、等しい
ピッチで配設された電気角で１２０度の巾の６個の磁極
と、該磁極に装着された第１．第２．第３の相の励磁コ
イルと、突極の位置を検知して、電気角で１２０度の巾
で互いに連続した第１．第２゜第３の相の矩形波の１組
の位置検知信号ならびに該位置検知信号より電気角で１
２０度／ｎづつ順次に位相のおくれた同じ構成のｎ−１
組の位置検知信号が得られる複数個の位置検知素子を含
む位置検知装置と、各励磁コイルの両端に接続されたス
イッチング素子と、スイッチング素子と対応する励磁コ
イルの直列接続体のそれぞれに逆接続されたダイオード
と、ｎ個の固定電機子のそれぞれの第１．第２．第３の
相の励磁コイルの両端のスイッチング素子を、ｎ組の位
置検知信号に含まれる第１．第２．第３の位置検知信号
により順次に導通せしめて、励磁コイルの通電制御を行
なう通電制御回路と、ｎ個の固定電機子の磁極と突極に
よる回転子の駆動トルクが、順次に電気角で１２０度／
ｎ度づつおくれるように回転子突極と対向する磁極の相
対位置を調整して電機子を外筐に固定する手段と、前記
した位置検知素子の位置を調整して、各相の励磁コイル
の通電による出力トルクが最大値となるように固定電機
子側に固定する手段と、励磁コイルの通電初期の立上り
部による減トルクと通電末期の降下部の延長による反ト
ルクの発生を最少値に保持する為に、励磁コイルの蓄積
磁気エネルギの逆接続したダイオードによる放出及び磁
気エネルギの蓄積を高速度で行なわしめる手段とより構
成されたものである。

〔作　用〕

３相片波通電のリラクタンス型の電動機を２個以上を外
筺内に並置した構成となっているので、１個当りの磁極
数と突極数が少なくなる。本発明装置では、磁極山を電
気角で１２０度とすることにより、磁極数が６個となり
、しかも等しいピッチで配設されている。又回転子の突
極は４個となる。

従って、径の小さい細長型の電動機を得ることができる
。

３相片波電動機がｎ個並列された構成では、出力トルク
はｎ倍となる。又各型動機の出力トルクに１２０度／ｎ
の位相差を設けることにより、トルクリプルを小さくで
きるとともに起動時の特性が良好となる。以上の作用に
より、第１の課題を解決できる。

励磁コイルに蓄積された磁気エネルギを印加される高電
圧の直流電源に還流することにより、消滅を急速として
反トルクの発生を防止し、印加高電圧により、磁気エネ
ルギの蓄積を急速として減トルクの発生を防止している
。若しくは、通電が断たれた励磁コイルの蓄積磁気エネ
ルギが直流電源に還流することをダイオードにより阻止
し、そのときの大きい起電力を利用して、次に通電すべ
き励磁コイルの磁気エネルギの蓄積を急速化し、磁気エ
ネルギの消滅と蓄積を急速化して減トルクと反トルクの
発生を防止している。従って、第２の課題を解決する作
用がある。

〔実施例〕

第１図以降について本発明の詳細な説明する。

各図面の同一記号のものは同一部材なので、その重複し
た説明は省略する。

以降の角度表示はすべて電気角で表示する。

第１図は、本発明に使用される３相片波通電のリラクタ
ンス電動機で、その回転子の突極と固定電機子の磁極と
励磁コイルの構成を示す平面図である。

第１図において、記号１は回転子で、その突極１ａ、ｌ
ｂ、・・・の巾は１２０度、それぞれは３６０度の位相
差で等しいピッチで配設されている。

回転子１は、珪素鋼板を積層した周知の手段により作ら
れている。記号５は回転軸である。固定電機子１６には
、磁極１６　ａ、　　１６　ｂ、　　１６　ｃ。

１６ｄ、１６ｅ、１６ｆが、それ等の巾が１２０度で、
等しい離間角で配設されている。突極と磁極の巾は１２
０度で等しくされている。突極数は４個、磁極数は６個
である。電機子１６も回転子１と同じ手段により作られ
ている。

第２図は、第１図のリラクタンス型３相片波電動機の展
開図である。

第２図のコイル１０　ａ、　　１０　ｂ、　　１０　ｃ
は、突極１ａ、ｌｂ、・・・の位置を検出する為の位置
検知素子で、図示の位置で電機子１６の側に固定され、
コイル面は、突極１ａ、ｌｂ、・・・の側面に空隙を介
して対向している。突極１ａ、ｌｂ、・・・の巾が、後
述するように、１８０度の巾で同じ角だけ離間している
場合につき、次に説明する。

コイル１０ａ、１０ｂ、１０ｃは１２０度離間している
。

コイルは５ミリメートル径で１００ターン位の空心のも
のである。

第３図（ａ）に、コイル１０ａ、１０ｂ、１０Ｃより、
位置検知信号を得る為の装置が示されている。

第３図（ａ）において、コイル１０ａ、１０ｂ１０ｃ、
抵抗１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、−）５ｅはブリッジ回路
となり、コイル１０ａ、１０ｂ。

１０ｃが突極１ａ、ｌｂ、・・・に対向していないとき
には平衡するように調整されている。

従って、ダイオード１１ａ、コンデンサ１２ａならびに
ダイオード１１Ｃ，コンデンサ１２ｃよりなるローパス
フィルタの出力は等しく、オペアンプ１３ａの出力はロ
ーレベルとなる。

記号７は発振器で１メガサイクル位の発振が行なわれて
いる。コイル１０ａが突極１ａ、ｌｂ。

・・・に対向すると、鉄損（渦流損とヒステリシス損）
により、インピーダンスが減少するので、抵抗１５ａの
電圧降下が大きくなり、オペアンプ１３ａの出力はハイ
レベルとなる。

コイル１０ｂ、１０ｃが突極１　ａ、　　ｌ　ｂ、　−
・（７）側面に対向したときにも、抵抗１５ｂ、１５ｃ
の電圧降下が大きくなり、ローパスフィルタ１１ｂ。

１２ｂともう１組のローパスフィルタを介するオペアン
プ１３ｂ、１３Ｃの子端子の入力により、それぞれハイ
レベルの出力が得られる。

オペアンプ１３　ａ、　　１３　ｂ、　　１３　ｃの出
力信号は位置検知信号となり、それぞれ第６図のタイム
チャートにおいて、曲線２５ａ、２５ｂ、・・・及び曲
線２６　ａ　、　　２６　ｂ　、−・−及び曲線２７ａ
、２７ｂ。

・・・として示されている。

上述した３組の位置検知信号は、順次に１２０度位相が
おくれでいる。

記号８は、３相Ｙ型の直流電動機に慣用されている論理
回路で、端子６ａ、６ｂ、・・・より、１２０度の巾の
連続した位置検知信号が得られるものである。例えば、
第６図の曲線２５ａ、２５ｂ、・・・と曲線２６ａ、　
　２５ｔ）、・・・を反転した出力とのアンド回路によ
り、曲線２８ａ、２８ｂ、・・・の電気信号を得ること
ができる。ブロック回路８の端子６ａ、６ｂ＋・・・、
６ｆの出力は、それぞれ第６図のタイムチャートで、曲
線２８ａ、２８ｂ。

・・・１曲線２９ａ、２９ｂ、−，曲線３０ａ、３０ｂ
　、　＋（Ｈ１曲線３１ａ、３１ｂ、、、、、曲線３２
ａ。

３２ｂ、・・・２曲線３３　ａ、　　３３　ｂ、・・・
とじて示されている。曲線２８ａ、２９ａ、３０ａは連
続した１２０度の巾の第１．第２．第３の相の位置検知
信号となる。

曲線３１ａ、３２ａ、３３ａも同じく連続した１２０度
の巾の第１．第２．第３の相の位置検知信号となる。

コイル１０ａ、１０ｂ、１０ｃの対向する回転子１の代
りに同形のアルミニューム板を同期回転させ、その突出
部に、コイル１０ａ、１０ｂ。

１０ｃを対向させても同じ作用効果のある位置検知信号
が得られる。回転子１と同期回転するマグネット回転子
を利用し、その磁極に対向する磁気抵抗素子の出力変化
を利用しても同様な位置検知信号を得ることができる。

突極１ａ、ｌｂ、・・・の巾が第２図に示すように、１
２０度の巾で互いに２４０度離間している場合に、これ
等と対向するコイル１０ａ、１０ｂ。

１０ｃより位置検知信号を得る手段について次に説明す
る。

第３図（ａ）の点線Ｅで囲まれた回路が同一記号で第３
図（ｂ）に示されている。

コイル１０　ａ、　　１０　ｂ、　　１０　ｃの代りに
同じ構成のコイル１０ｄ、１０ｅ、１０ｆが使用され、
コイル１０ｄ、１０ｅ、１０ｆは、第２図のコイル１０
ａ、１０ｂ、１０ｃとそれぞれ同じ位置に固定される。

第３図（ｂ）のオペアンプ１３ｄ、１３ｅ。

１３ｆの出力は、それぞれ第６図の曲線２８ａ。

２８ｂ、・・・及び曲線２９ａ、２９ｂ、・・・及び曲
線３　Ｑ　ａ　、　　３０　ｂ　、−となるので、第３
図（ａ）の場合の端子６ａ、６ｂ、６ｃの出力と同じ位
置検知信号が得られる。コイル１０　ｄ、　　１０　ｅ
、　　１０ｆより位相がそれぞれ１８０度おくれだ位置
において、突極１ａ、ｌｂ、・・・に対向して、同じ構
成のコイル３個を固定して設けると、３個のコイルより
第３図（ｂ）と同じ構成の回路を利用して、第６図の曲
線３１ａ、３１ｂ、−・・及び曲線３２ａ。

３２ｂ、・・・及び曲線３３ａ、３３ｂ、・・・を得る
ことができる。従って第３図（ａ）の端子６ｄ、６ｅ、
６ｆの出力と同じものとなる。

従って、第３図（ａ）の場合と同じ性格の位置検知信号
を得ることができるので、同じ目的に利用することがで
きる。

リラクタンス型の電動機は、出力トルクが著しく大きい
という長所があるのが、反面に次に述べる欠点の為に実
用化が阻止されている。

第１の欠点は、励磁コイルの往復通電ができないので、
電気回路が高価となり、又磁極、突極数が多くなり構成
が錯雑となる。従って径の小さい電動機とすることが困
難となる。本発明装置では、３相片波の電動機とするこ
とにより、上述した欠点を除去するとともに片波通電に
よる不都合も除去している。

第２の欠点は、突極が磁極に対向し始める初期はトルク
が著しく大きく、末期では小さくなる。

従って合成トルクも大きいりプルトルクを含む欠点があ
る。かかる欠点を除去するには、次の手段によると有効
である。

即ち突極と磁極の対向面の回転軸の方向の巾を異ならし
める手段とする。かかる手段により対向面の洩れ磁束に
より、出力トルク曲線は第５図のタイムチャートの点線
曲線４１ａ、４１ｂ、・・・のように平坦部が増大する
ので、後述する手段により、合成トルクのりプル分を小
さくすることができる。従って欠点を少なくすることが
できる。

或いは、他の周知の手段により、１つの磁極のトルク曲
線を対称形とすることにより、ブラシス直流機と同じ手
段即ち中央部の１２０度の１１の通電を行なって同じ目
的を達成することができる。

第３の欠点は、低速度の運転しかできないことである。

即ち出力トルクを大きくする為に励磁電流を増加すると
、回転速度が著しく小さくなり、効率も劣化する欠点が
ある。

一般に、リラクタンス型の電動機では、出力トルクを増
大するには、励磁コイルのアンペアターンを大きくする
とともに第１図の磁極と突極の数を増加し、又両者の対
向空隙を小さくすることが必要となる。このときに回転
数を所要値に保持すると、第１図の磁極１５ａ、　　１
６ｂ、・・・と突極ｌａ、ｌｂ、・・・に蓄積される磁
気エネルギにより、励磁電流の立上り傾斜が相対的にゆ
るくなり、又通電が断たれても、磁気エネルギによる放
電電流が消滅する時間が相対的に延長され、従って、大
きい反トルクが発生する。

かかる事情により、励磁電流値のピーク値は小さくなり
、反トルクも発生するので、回転速度が小さい値となる
。又効率も劣化する。

本発明装置によると、上述した欠点が除去されるが、そ
の詳細については、実施例につき後述する。

第１図の平面図及び第２図の展開図において、円環部１
６及び磁極１６ａ、１６ｂ、・・・は、珪素鋼板を積層
固化する周知の手段により作られ、図示しない外筐に固
定されて電機子となる。記号１６の部分は磁路となる磁
心である。記号１６及び記号１６ａ、１６ｂ、・・・を
電機子若しくは固定電機子と呼称する。

第２図において、磁極１６　ａ、　　１６　ｂ、・・・
には、励磁コイル１７ａ、１７ｂ、・・・が装着されて
いる。

励磁コイル１７ａ、１７ｄは直列若しくは並列に接続さ
れ、この接続体を励磁コイルにと呼称する。

励磁コイル１７ｂ、１７ｅ及び励磁コイル１７Ｃ，１７
ｆも同様に接続され、これ等をそれぞれ励磁コイルし、
励磁コイルＭと呼称する。

励磁コイルＭが通電されていると、突極１ｂ。

１ｄが吸引されて、矢印Ａ方向に回転子１が回転する。

１２０度回転すると、励磁コイルＭの通電が断たれ、励
磁コイルＬが通電される。

更に１２０度回転すると、励磁コイルＬの通電が断たれ
て、励磁コイルＫが通電される。

通電モードは１２０度の回転毎に、励磁コイルに→励磁
コイルＭ→励磁コイルＬ→とサイクリックに交替され、
３相片波の電動機として駆動される。

このときに軸対称の位置にある磁極は、図示のようにＮ
、Ｓ極に着磁されている。

励磁される２個の磁極が常に異極となっている為に、非
励磁磁極を通る洩れ磁束は互いに反対方向となり、反ト
ルクの発生が防止される。

次に励磁コイルに、Ｍ、Ｌの通電手段について説明する
。第４図（ａ）において、励磁コイルＫ。

Ｍ、　　Ｌの両端には、それぞれトランジスタ２０ａ。

２０ｂ及び２０ｃ、２０ｄ及び２０ｅ、２Ｏｆが挿入さ
れている。トランジスタ２Ｑａ、２０ｂ。

２０ｃ、・・・は、スイッチング素子となるもので、同
じ効果のある他の半導体素子でもよい。

直流電源正負端子２ａ、２ｂより供電が行なわれている
。

アンド回路１４ａの下側の入力がハイレベルのときに、
端子４ａよりハイレベルの電気信号が入力されると、ト
ランジスタ２０ａ、２０Ｍ＋（導通して、励磁コイルＫ
が通電される。同様に端子４ｂ、４ｃよりハイレベルの
電気信号が入力されると、トランジスタ２０ｃ、２０ｄ
及びトランジスタ２０ｅ、２Ｏｆが導通して、励磁コイ
ルＭ、　　Ｌが通電される。

端子４０は励磁電流を指定する為の基準電圧である。端
子４０の電圧を変更することにより、出力トルクを変更
することができる。

電源スィッチ（図示せず）を投入すると、オペアンプ４
０ａの一端子の入力は子端子のそれより低いので、オペ
アンプ４０ａの出力はハイレベルとなり、トランジスタ
２０ａ、２０ｂ、・・・　２０ｆが導通して、電圧が励
磁コイルに、Ｍ、Ｌの通電制御回路に印加される。抵抗
２２は、それぞれ各励磁コイルの励磁電流を検出する為
の抵抗である。

端子４ａの入力信号は、第６図の位置検知信号２８ａ、
２８ｂ・・・又端子４ｂ、４ｃの入力信号は、位置検知
信号２９ａ、２９ｂ、−・・及び３０ａ。

３０ｂ、・・・となっている。

上記した曲線は同一記号で、第５図のタイムチャートの
１段目に示されている。曲線２８ａ。

２’９ａ、３０ａ、　・・・は連続している。

次に、第５図のタイムチャートにつき、各励磁コイルの
通電の説明をする。励磁コイルＭに位置検知信号２９ａ
の巾（矢印３６で示され１２０度の巾となる。）だけ、
−船釣手段により通電すると、励磁コイルＭの大きいイ
ンダクタンスの為に、通電電流の立上りがおくれで点線
曲線３５の前半部のようになる。又降下部は、大きい磁
気エネルギの放出により延長され、曲線３５の後半部の
ようになる。正トルクを発生する１２０度の区間は矢印
３６ｂで示されている。従って、曲線３５の前半部では
、トルクが減少し、後半部では、大きい反トルクを発生
する。トルクが減少することを減トルクが発生すると表
現する。従って、効率が劣化し、低速度の回転となる。

本発明装置は、かかる不都合を除去したことが１つの特
徴となっている。次にその説明をする。

端子２ａの印加電圧を高くすると、励磁電流は、点線曲
線３５ｂのように立上りが急速となり、減トルクの発生
が抑止される。

位置検知信号曲線２８ａによる励磁コイルＫについても
上述した事情は同じで、励磁電流曲線３５ａの立上りが
急速となる。

高速度となるに従って、曲線２８ａ、２９ａ。

３０ａの巾は小さくなるので、端子２ａの電圧を対応し
て高電圧のものを使用する必要がある。

励磁電流が設定値（第６図の端子４ｏの基準電圧により
指定される。）を越えると、オペアンプ４０ａの出力が
ローレベルとなるので、アンド回路１４ａの出力がロー
レベルとなり、トランジスタ２０ａは不導通となる。

従って、励磁コイルＫに蓄積された磁気エネルギは、ダ
イオード２１ａ、ｈランジメタ２０ｂ。

抵抗２２を介して放電され、放電電流が所定値まで低下
すると、オペアンプ４０ａのヒステリシス特性により、
出力がハイレベルに復帰し、トランジスタ２０ａは再び
導通して、励磁電流が増大する。

基準電圧４０により規制される設定値まで増大すると、
オペアンプ４０ａの出力がローレベルとなり、トランジ
スタ２０ａが不導通に転化して、励磁電流が降下する。

かかるサイクルを繰返すチョッパ回路となる。

曲線２８ａの末端において、第６図の端子４ａの入力が
消滅する。従って、励磁コイルＫに蓄積された磁気エネ
ルギは、トランジスタ２０ａ。

２０ｂがともに不導通となるので、ダイオード２１ｂ→
電源端子２ａ、２ｂ−ダイオード２１ａの順で通電され
、電源にエネルギが還流される。

電源には、一般に整流の為の容量の大きいコンデンサが
あるので、磁気エネルギはコンデンサに蓄積される。電
源電圧が高い程曲線３５ａの降下部の巾が小さくなる。

降下部の巾を小さくすれば反トルクの発生が小さくなる
。

他の通電曲線３５ｂ、３５ｃについても上述した事情は
全く同じで、作用効果も同様である。

高速度となるに従って、曲線２８ａ、２９ａ。

３０ａの巾が小さくなるので、曲線３５ａ、３５ｂ、３
５ｃの立上り部、降下部の巾も対応して小さくする必要
がある。即ち印加直流電圧を高くする必要がある。

しかし、チョッパ制御による電流値即ち出力トルクは変
化しない特徴がある。

又出力トルクを増大する為には、第６図の基準電圧４０
の電圧を上昇すればよい。

以上の説明のように、本発明装置では、高速回転の限度
は、印加電圧により制御され、出力トルクは、基準電圧
（出力トルクの指令電圧）により、それぞれ独立に制御
され、３相片波通電の電動機として回転することが特徴
となっている。励コイルＭの位置検知信号（端子４ｂの
入力信号）による制御電流の制御は、第６図のオペアン
プ４０ａ、アンド回路１４ｂのチョッパ作用により、第
５図の点線３５ｂで示すように、トランジスタ２０ｃの
オンオフにより変化し、曲線２９ａの末端において、点
線のように急速に降下する。

次に、位置検知信号３０ａが、第６図の端子４Ｃに入力
されると、励磁コイルＬの通電が同様に行なわれる。

以上のように、励磁コイルに、Ｍ、Ｌは、順次に連続し
て通電されて出力トルクが発生する。

トランジスタ２０ａ、２０ｃ、２０ｅのオンオフによる
チョッパ制御の説明したが、アンド回路１４ａ、１４ｂ
、１４ｃの出力によりそれぞれトランジスタ２０ｇ、２
０ｂ及びトランジスタ２０ｃ、２０ｄ及びトランジスタ
２０ｅ、２Ｏｆのオンオフの制御を行なうチョッパ回路
によっても本発明の目的が達成される。

マグネット回転子を有する直流電動機のトルク曲線（Ｎ
、Ｓ磁極によるもの）は対称形であるが、リラクタンス
型の電動機では非対称となり、突極が磁極に侵入する初
期では著しく大きく、末期では急速に減少する。

出力トルク曲線を上述したように対称形とする手段もあ
る。例えば磁極と突極との対向面の形状を変更すればよ
い。この場合には、第５図の矢印３６ｂ　（１２０度）
は、正トルクの発生する区間なので、同じく１２０度の
巾（矢印３６）だけ励磁コイルの通電を行なうことによ
りトルクリプルを小さくすることができる。

しかし、励磁電流３５ｂの降下部の巾となる矢印３６ａ
の巾の点では反トルクを発生するので、トルクを減少せ
しめる不都合がある。他の励磁電流曲線３５ａ、３５ｃ
についても事情は同じである。又位置検知信号の境界に
おいて、死点となり起動が困難となる不都合がある。後
者の不都合を除去する手段については、第７図につき後
述する。

・・・のように平坦な部分が増大する。しかし、励磁電
流の増大とともに曲線４１ａ、４１ｂ、・・・で判るよ
うにトルクの平坦部が減少する不都合がある。

たて軸は、励磁電流値である。従って、励磁電流値が大
きくなると、トルクリプルが増大する。前述したように
、磁極と突極の対向部を変形することにより、大きい出
力トルクでもトルクリプルを減少することができる。

本発明装置では、第７図につき後述する手段により、ト
ルクリプルを除去できる作用効果を有するものである。

第５図の矢印３７は１２０度で、正トルクの発生する区
間である。励磁コイルＭによる磁極と突極によるトルク
曲線が、曲線４１ｇ、４１ｂ、・・・となる。

突極が磁極に侵入し始めた点で通電が開始され、両者が
完全に対向した点で通電が断たれるように、位置検知素
子１０　ａ、　　１０　ｂ、　　１０　ｃの位置が調整
固定されるものである。突極が磁極に完全に対向した後
では、曲線４１で示すように反トルクが発生する。

反トルクの発生する区間は、曲線３５ｂの降下部の巾で
、矢印３７ａの区間となる。降下部の巾が大きいと大き
い反トルクを発生し、出力トルクと効率を減少する欠点
がある。

かかる欠点を除去する手段について次に説明する。

突極１ａ、ｌｂ、・・・の巾をすべて１２０度より大き
く、１８０度に近づける。例えば１８０度とする。

第３図の突極１ｂを例とすると、矢印Ｆの巾とする。他
の突極も同じく１８０度の巾とする。

上述した手段によると、矢印３７ａの区間では正トルク
となり、矢印３７ｂの区間では、小さい反トルクが発生
する。矢印３７ｃは、突極、磁極の両者の巾がともに１
８０度の場合の正トルクが得られる区間である。

上述した説明より判るように、突極中を１２０度より大
きく、１８０度に近くすることにより、励磁電流の降下
部による反トルクを除去することができる。

上述した事情は、後述する第４図（ｂ）の実施例につい
ても全く同シテアル。

次に第４図（ｂ）の電気回路の詳細を説明する。

端子４ａ、４ｂ、４ｃより、第５図の１段目の位置検知
信号曲線２８ａ、２９ａ、３０ａがそれぞれ入力されて
いる。従って、励磁コイルに、Ｍ。

Ｌは、順次に通電され、３相片波通電のリラクタンス電
動機として回転する。

このときの励磁電流は、第５図の曲線３５ａのようにな
る。曲線３５ａの中央の平坦部の高さは、直流電源端子
２ａ、２ｂの電圧より逆起電力（これは出力トルク曲線
４１ａ、４２ａ、・・・に比例している。）の差を励磁
コイルの抵抗で除算した値となる。従って平坦となり、
後半部では上昇する。

かかる電流値の上昇はトルクを増大するので、トルク曲
線４１ａ、４１ｂ、・・・の後半部のトルクの減少を防
止する作用がある。

曲線２８ａの末端で通電が断たれると、励磁コイルＫに
蓄積された磁気エネルギは、逆流防止用ダイオード１８
により、直流電源側に還流しないでダイオード２１ｂ、
２１ａを介して、コンデンサ１９を充電して、これを高
電圧とする。従って、磁気エネルギは急速に消滅して曲
線３５ａの降下部のように電流が降下する。このときす
でに、位置検知信号曲線２９ａにより、トランジスタ２
０ｃ、２０ｄが導通しているので、励磁コイルＭにコン
デンサ１つの電圧が印加されて、励磁電流の立上りを急
速とし、曲線３５ｂに示すように通電される。立上り後
の通電が平坦となるのは、曲線３５ａについて前述した
場合と全く同じ事情である。

励磁コイルＭの通電が断たれ、励磁コイルＬが通電され
るときの励磁電流曲線３５ｂ、３５Ｃの立上りと降下部
も同じ理由により急速となる。コンデンサ１９の容量を
小さくすると、上記した立上り部と降下部の巾は対応し
て小さくなるので、高速度としても減トルクと反トルク
の発生が防止され、効率良く高速回転ができる特徴があ
る。トランジスタ２０ａ、２０ｂ、・・・のオンオフに
時間差がなければ、コンデンサ１９を除去することもで
きる。又コンデンサ１９の容量を回転速度に対応して大
きくすることにより、出力トルクを増大し、機械ノイズ
を小さくすることができる。

前実施例のように、励磁コイルの蓄積磁気エネルギを直
流電源に還流しないので、端子２ａ、２ｂの電圧は、一
般直流電動機と同様に低電圧でよく、従って、バッテリ
を電源とする電動車の駆動源として有効な手段を供与で
きる。

リラクタンス型の電動機では、出力トルクが大きい原因
となる励磁コイルの大きい蓄積磁気エネルギの消滅と蓄
積が回転速度の低下を招き、これが重欠点となっている
。

しかし、第４図（ａ）の実施例では、チョッパ回路と高
い電源電圧により各励磁コイルの励磁電流の立上りと降
下を急速として重欠点を除去している。

第４図（ｂ）の実施例では、ダイオード１８により、蓄
積磁気エネルギの電源に対する還流を防止し、この磁気
エネルギの起電力を利用して次に通電すべき励磁コイル
の磁気エネルギの蓄積を行なっている。従って、磁気エ
ネルギの消滅と蓄積が急速となり上記した重欠点を除去
することができ、しかも電源を低電圧とすることができ
る作用がある。

第４図（ａ）の回路の正電圧端子２ａに逆流防止用のダ
イオードを挿入すると、チョッパ回路により、電流を制
御して、しかも電源電圧を低下しても上述した場合と同
じ作用効果がある。

第５図のタイムチャートについて前述したように、第４
図（ｂ）の回路においても、突極が磁極に侵入始めた６
点（第５図示）より、１２０度の通電を行なっても同じ
効果がある。

第４図（ｂ）の逆流防止用ダイオード１８は電源正極２
ａの側に設けられているが、電源負極２ｂの側に設けて
も同し効果がある。

この場合には、ダイオード１８はコンデンサ１９の下側
の極と電源負極２ｂの間に順方向（励磁電流の流れる方
向）に挿入される。コンデンサ１つの容量を０．１マイ
クロフアラツド以下とすると、励磁コイルの磁気エネル
ギの消滅と蓄積に要する時間巾は、３００ワツト出力の
電動機で２０マイクロセ力ンド位となり、毎分１０万回
転の高速回転とすることができる。

通常の回転速度の場合には、コンデンサ１９の容量を大
きくして、反トルクの発生を防止できる範囲内とするこ
とがよい。

かかる手段により、鉄損に含まれる渦流損失を減少する
ことができるので、効率が上昇する。

この場合には、励磁電流の立上りがおくれるので、通電
開始点を第５図の６点より進相した所要の位置となるよ
うに、位置検知素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃの固定位置
を調整することがよい。

第１図において、軸対称の位置にある磁極が励磁コイル
により励磁されているので、例えば磁極１６ａと１６ｄ
が突極１ａ、ｌｃを径方向に吸引する力は打消し合うよ
うに構成され、円周方向の吸引力により出力トルクが得
られるように構成されている。

第１図の３相片波通電の電動機を２個若しくは２個以上
使用して複数相の通電の電動機として構成したのが本発
明の技術の要旨である。

第７図の断面図につき２個を使用した場合の詳細を説明
する。

第７図において、記号４２は円筒形の外筐で、その両側
に固着した側板４２ａ、４２ｂの中央部には、ボール軸
受４３ａ、４３ｂが設けられ、該軸受には、回転軸５が
支持されている。

回転軸５には、回転子１−１．１−２が固定され、その
突極は省略して図示していないが、４個の突極１ａ、ｌ
ｂ、・・・が第２図に示す回転子１と同様に配設されて
いる。

固定電機子１６の外周は、外筐４２に嵌着され、磁極は
回転子１−１の突極に空隙を介して対向している。磁極
１６ａ、１６ｄと励磁コイル１７ａ。

１７ｄのみが図示されている。

アルミニューム製の円板３は、回転軸５に固定され、円
板３の外周には、突極１ａ、ｌｂ、・・・と同じ位相同
形の突出部４個が突出して設けられ、その外周面に、側
板４２ｂの１部に固定した位置検知素子となるコイル１
’　Ｏａ　ｒ　　１０　ｂ　、１０　ｃが対向している
。コイル１０ａのみが示されている。

コイル１０　ａ、　　１０　ｂ、　　１０　ｃより得ら
れる位置検知信号は、第３図（ａ）若しくは第３図（ｂ
）で説明した手段により得られた位置検知信号と金く同
じものとなる。

従って、回転子１．固定電機子１６は、第１図。

第２図で説明した３相片波通電の電動機として運転する
ことができる。

外筐４２に外周が固定された固定電機子１６の詳細を第
２図につき次に説明する。

固定電機子１６には、６個の磁極１６ａ、１６ｂ、・・
・が突出し、これ等には、励磁コイル１７ａ。

１７ｂ、・・・が捲着されている。

回転子１は、第７図に示すように、固定電機子１６と共
通のもの若しくは、図示のように、回転子１−１．１−
２に分割され、突極は同位相の位置となっている。磁極
１６ａ、１６ｂ、・・・は、僅かな空隙を介して突極１
　ａ　Ｈ１ｂ＋　・・・に対向している。

磁極１６ａ、１６ｂ、−・・は、磁極１６ａ、１６ｂ、
・・・に対して右方に６０度移動している。

第４図（ａ）（ｂ）の通電制御回路と同じ構成の回路に
より、励磁コイル１７ａ、１７ｂ、・・・の通電制御を
行なうことにより、３相片波の電動機として駆動される
。

第４図（ａ）’（ｂ）の励磁コイルに、　Ｍ、　Ｌはそ
れぞれ励磁コイル１７ａ、１７ｄ及び励磁コイル１７ｃ
、１７ｆ及び励磁コイル１７ｂ、１７ｅとなる。

端子４ａ、４ｂ、４ｃより入力される位置検知信号は、
第６図の位置検知信号曲線３１ａ、３２ａ、３３ａで、
第３図（ａ）の端子６ｄ、　５ｅ。

６ｆの出力信号となる。

第５図に曲線３３ａ、３１ａ、３２ａのみが示され、励
磁電流は、点線３５ｄ、３５ｅ、３５ｆで示されている
。通電による作用効果は、固定電機子１６を含む３相片
波通電の電動機と同様である。

固定電機子１６の磁極によるトルク曲線（実線３４ａ） 固定電機子１６の磁極によるトルク曲線（点線３４ｂ）
が第６図に示されている。

上述したトルク曲線は、１磁極のトルク曲線により変化
するので、１つの例を示したものである。

３相片波の３相の電動機は、起動時に死点があるが、本
発明の装置によると死点は除去され、出力トルクのりプ
ルトルクも小さくなる効果がある。

以上の説明より理解されるように、第７図の電動機は、
３相全波のリラクタンス電動機と同じ作用、同じ効果を
有し、磁極と突極の数は、３相片波の電動機と同じとな
る特徴がある。

従って、径を小さく構成することができ、細長型の電動
機を得ることができる効果がある。又高速度の回転が得
られる効果がある。

本実施例では、回転子１−１．１−２の突極の位相を同
位相とし、固定電機子１６．１６の磁極の位相を６０度
ずらしている。又回転子を分割しないで、共通とし１個
としてもよい。

固定電機子１６．１６の磁極の位相を同一とし、回転子
１を２個（記号１−１．１−２）に分割し、それぞれの
突極の位相を６０度ずらしても同じ作用効果がある。

第１図の回転子１が１万回以上の高速度で回転すると、
突極１ａ、ｌｂ、・・・により、空気の渦流が発生して
、サイレンのような音を発生する。

これを防止する為には、各突極間の溝をプラスチック材
により充填して、回転円周面の凹凸を除去すると、上記
したサイレン−のような音は消滅スる。充填したプラス
チック材が遠心力により、剥離することを防止する為に
、突極間の溝部に凹溝を設け、該凹溝にもプラスチック
材を充填することがよい。

第７図の実施例は、３相片波の電動機をま使□いい、ヵ
６．２１上□、７６同１．ヵ、１（成される。

ｎ個（ｎ＝２、３，・・・）の３相片波の電動機を並置
した複数相の場合に、並置した順に従って、第１．第２
．第３．・・・の電動機と呼称したときに、第２の電動
機の電機子は第１の電動機の電機子に対して回転子の回
転方向に関して、１２０度／ｎだけ角位相がおくれた位
置で外筐に固定される。

−船釣な表現をすると、第１の電動機、第２の電動機、
第３の電動機、・・・と順次に１２０度／ｎだけ角位相
がおくれて外筐に配設されている。

同じ目的を達する為に、ｎ個の電動機の電機子を同位相
で外筐に配設並置し、対向する回転子の角位相を順次に
１２０度／ｎだけずらしてもよい。

出力トルクは、位相が１２０度／ｎだけ順次にずれた出
力トルクの和となるので、トルクの平坦ｉｔが良好とな
り、出力トルクも増大する特徴がある。

第１．第２．・・・の電動機の励磁コイルの通電制御を
する為の第１．第２．第３の相の１２０度の巾の連続し
た位置検知信号及びこれにより通電制御が行なわれるｎ
個の通電制御回路が必要となる。

各通電制御回路は前述した場合と同じ構成のものでよい
が、位置検知信号は異なるので、その説明を次に示す。

第１の電動機の位置検知信号は、第３図（ｂ）の回路に
より、端子８ａ、８ｂ、８ｃの出力が第１、第２．第３
の相の位置検知信号として利用される。コイル１０ｄ、
１０ｅ、１０ｆより、位相がそれぞれ１２０度／ｎだけ
おくれた位置に同じ構成ノコイル１０ｇ、１０ｈ、１０
ｉを設け、第３図（ｂ）と同じ構成の回路により、第２
の電動機の第１．第２．第３の相の位置検知信号を得る
ことができる。

コイルＬｏｇ、１０ｈ、１０ｉより、それぞれ１２０度
／ｎだけ位置がおくれた位置に同じ構成のコイル３個を
設け、上述した手段と同じ手段により第３の電動機の第
１．第２．第３の相の位置検知信号が得られる。同様な
手段により、第４゜第５．・・・の電動機のそれぞれの
第１．第２．第３の相の位置検知信号を得ることができ
る。

〔効　果〕

第１の効果 突極が４個となり、突極数が少ないので、１回転したと
きの磁気エネルギの出入の回数が少ない。

従って高速、高効率の電動機を得ることができる。

第２の効果 突極と磁極数が少ないので、径を小さくすることができ
、細長型の電動機を構成することができる。

第３の効果 ３組片波電動機がｎ個並置された構成なので、出力トル
ク特性が良好となる。

第４の効果 １つの相の磁極がＮ、Ｓ磁極の１組となっているので洩
れ磁束が少なく、従って出力トルクが増大する。

第５の効果 印加電圧を高くし、励磁電流をチョッパ制御により設定
値に保持して、励磁コイルの大きい蓄積エネルギの消滅
と蓄積を急速したので高速回転を可能とし、しかも高い
効率と出力トルクが得られる。又必要によっては、電源
側に順方向にダイオードを付加するのみで電源電圧を低
くしても同じ効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、３組片波リラクタンス型の電動機の構成の説
明図、第２図は、同じく上述した電動機の回転子、磁極
、励磁コイルの展開図、第３図は、コイルより位置検知
信号を得る電気回路図、第４図は、励磁コイルの通電制
御回路図、第５図及び第６図は、位置検知信号、励磁電
流、出力トルクのタイムチャート、第７図は、本発明装
置の全体の構成の説明図をそれぞれ示す。 ５・・・回転軸、１・・・回転子、ｌａ、ｌｂ、ｌｃ、
・・・突極、Ｋ、Ｌ、Ｍ、１７ａ、１７ａ、１７ｂ。 １７ｂ、・・・励磁コイル、 １０ａ、１０ｂ、ｌ０Ｃ−：フイル、７・・・発振器、
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、４０ａ−・・オペアンプ、２
０ａ、２０ｂ、・・・２Ｏｆ・・・トランジスタ、４０
・・・基準電圧、 ２ａ、２ｂ−−−直流電源正負端子、２５ａ、２５ｂ、
−，２６ａ、２６ｂ、−，２７ａ、２７ｂ。 −，２８ａ、２８ｂ、−２９ａ、２９ｂ、−・・３０ａ
、３０ｂ、−，３１ａ、３１ｂ、　・−２３２ａ、３２
ｂ、−，３３ａ、３３ｂ、−・・位置検知信号曲線、３
４ａ、３４ｂ、４１ａ、４１ｂ、　・・・４１　ｄ−）
−ルク曲線、３５ａ、３５ｂ、−，３５ｆ、３５−・・
励磁電流曲線、４２．４２　ａ、　４２　ｂ・・・外筐
と側板、３・・・アルミニューム回転子、４３ａ、４３
ｂ・・・ボール軸受、８・・・１２０度の巾の位置検知
信号を出力するブロック回路、Ｅ・・・ブロック回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 両側に側板を備えた外筺と、各側板の中央部に設けた軸
   受と、該軸受に回動自在に支持された回転軸と、外筺内
   側において、回転軸に固定された磁性体回転子と、該回
   転子の外周面に等しい巾と等しい離間角で配設された４
   個の突極と、外筐内に外周部を固定して並置されたｎ個
   （ｎ＝２、３、４、・・・）の固定電機子と、各固定電
   機子の内周面より突出され、軸対称の位置にある磁極が
   同相となり、突極と僅かな空隙を介して対向し、等しい
   ピッチで配設された電気角で１２０度の巾の６個の磁極
   と、該磁極に装着された第１、第２、第３の相の励磁コ
   イルと、突極の位置を検知して、電気角で１２０度の巾
   で互いに連続した第１、第２、第３の相の矩形波の１組
   の位置検知信号ならびに該位置検知信号より電気角で１
   ２０度／ｎづつ順次に位相のおくれた同じ構成のｎ−１
   組の位置検知信号が得られる複数個の位置検知素子を含
   む位置検知装置と、各励磁コイルの両端に接続されたス
   イッチング素子と、スイッチング素子と対応する励磁コ
   イルの直列接続体のそれぞれに逆接続されたダイオード
   と、ｎ個の固定電機子のそれぞれの第１、第２、第３の
   相の励磁コイルの両端のスイッチング素子を、ｎ組の位
   置検知信号に含まれる第１、第２、第３の位置検知信号
   により順次に導通せしめて、励磁コイルの通電制御を行
   なう通電制御回路と、ｎ個の固定電機子の磁極と突極に
   よる回転子の駆動トルクが、順次に電気角で１２０度／
   ｎ度づつおくれるように回転子突極と対向する磁極の相
   対位置を調整して電機子を外筺に固定する手段と、前記
   した位置検知素子の位置を調整して、各相の励磁コイル
   の通電による出力トルクが最大値となるように固定電機
   子側に固定する手段と、励磁コイルの通電初期の立上り
   部による減トルクと通電末期の降下部の延長による反ト
   ルクの発生を最少値に保持する為に、励磁コイルの蓄積
   磁気エネルギの逆接続したダイオードによる放出及び磁
   気エネルギの蓄積を高速度で行なわしめる手段とより構
   成されたことを特徴とする複数個の電機子を並置したリ
   ラクタンス型電動機。