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

複数個の電機子を並置したリラクタンス型電動機

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JPH03117394A
JPH03117394A JP1250476A JP25047689A JPH03117394A JP H03117394 A JPH03117394 A JP H03117394A JP 1250476 A JP1250476 A JP 1250476A JP 25047689 A JP25047689 A JP 25047689A JP H03117394 A JPH03117394 A JP H03117394A
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degrees
torque
excitation coil
magnetic
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Itsuki Ban
伴 五紀
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Secoh Giken Co Ltd
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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。
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Cited By (2)

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