JPH0421391A - リラクタンス型電動機の正逆転装置 - Google Patents

リラクタンス型電動機の正逆転装置

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JPH0421391A
JPH0421391A JP2123151A JP12315190A JPH0421391A JP H0421391 A JPH0421391 A JP H0421391A JP 2123151 A JP2123151 A JP 2123151A JP 12315190 A JP12315190 A JP 12315190A JP H0421391 A JPH0421391 A JP H0421391A
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JP
Japan
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phase
excitation coil
excitation
position detection
detection signal
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JP2123151A
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Itsuki Ban
伴 五紀
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Secoh Giken Co Ltd
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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〕 従来周知の誘導電動機、半導体電動機(ブラシレスモー
タ)に代って使用できるもので、正逆回転が必要な場合
に利用すると有効である。例えば、サーボ電動機及び電
動車の駆動電動機として利用される。
〔従来の技術〕
リラクタンス型の電動機は、その出力トルクが太きいが
、低速度となり、又その他の欠点もあるので、実用化さ
れた例は少ない。
特に高速度の回転が要求される用途に使用された例は少
ない。
このときに、正逆転を周知の手段により行なうと、出力
トルクが減少する不都合を生ずる。
〔本発明が解決しようとしている課題〕第1の課題 電動機用の電源となるコンバータ若しくはインバータは
大型、高価となる問題点となる課題がある0 又入力交流の電圧サイン波のピーク値の1部のみが通電
されるので、通電のオンオフ時に大きい電気ノイズを発
生する・ 又供電する交流の電流はパルス的なものとなって、供電
側からみた場合に好ましい通電とはなっていない。電流
の変化は最少限とすることが好ましいものである。波高
値の高いパルス的な通電となっているので、これを平滑
化して直流電源とする平滑コンデンサの容量が著しく大
きくなり、大型高価となる。
第2の課題 リラクタンス型の電動機は、一般の整流子電動機のよう
に相数を多(できない。これは、各相の半導体回路の価
格が高い為に実用性が失なわれるからである。
従って、各磁極の蓄積磁気エネルギは大きくなり、その
放出と蓄積に時間がかかり、高トルクとなるが高速とな
らない問題点がある。
同じ問題点として、特に出力トルクの大きいリラクタン
ス型の電動機の場合には、電機子の磁極の数が多(なり
、又その磁路の空隙が小さいので、蓄積磁気エネルギが
大きく、上記した不都合は助長される。
高トルクとする程この問題は解決不能となるものである
第3の課題 一般的手段によると、反トルクを防止する為に、突極が
磁極に侵入し始める点より以前の点で、励磁コイルの通
電を開始し、通電中を電気角で180度より小さ(して
いる。
従って、逆転モードに転化したときに、励磁コイルの通
電開始点がおくれ、通電の停止点もおくれるので、減ト
ルクと反トルクを発生して、正逆転時のトルク特性が変
化する不都合がある。
〔課題を解決する為の手段〕
第1の手段 2相のリラクタンス型の電動機において、設定された離
間角で固定電機子側に固定された2個の位置検知素子に
より、回転子の突極の位置を検知して、時間的に重量し
なく、しかも連続した電気角で、90度の巾の第1.第
2.第3.第1の位置検知信号ならびに第1.第コ、第
3、第4の位置検知信号より、それぞれ電気角で90度
おくれた90度の巾の第1.第2.第3、第4の位置検
知信号を得る位置検知装置と、第1.第2の相の励磁コ
イルを、それぞれ第1.第1の励磁コイル及び第2、第
2の励磁コイルと呼称したときに、第1゜第2.第3、
第4の位置検知信号により、それぞれ第1.第2.第1
.第一の励磁コイルに直列に接続された半導体スイッチ
ング素子を付勢して、各励磁コイルの出力トルクの得ら
れる電気角で180度の区間の前半部の区間を直流電源
より通電して電動機を正転せしめ、若しくは、第1.第
2゜第3、第4の位置検知信号により、それぞれ第1゜
第2.第1.第2の励磁コイルに直列に接続された前記
した半導体スイッチング素子を付勢して、各励磁コイル
の出力トルクの得られる電気角で180度の区間の後半
部の区間を直流電源より通電して電動機を逆転せしめる
通電制御回路と、各励磁コイルの励磁電流に比例した検
知信号が得られる検知回路と、該検知回路の検知信号出
力により、励磁電流が設定値を越えたときに、励磁コイ
ルの通電を停止し、励磁電流が所定値まで降下したとき
に再び通電を開始する単一のチョクバ回路と、前記した
位置検知信号のそれぞれの末端において、対応する励磁
コイルの通電が断たれたときに、該励磁コイルに蓄積さ
れた磁気エネルギを、前記した半導体スイッチング素子
に並置されたダイオードを介して、次の位置検知信号に
より通電される励磁コイルに流入せしめて急速に消滅せ
しめ、前記した磁気エネルギの放出による通電及び位置
検知信号の始端部で、励磁電流が所定値まで立上がるま
での通電のそれぞれによる反トルクと減トルクを除去す
る電気回路とより構成されたものである。
第2の手段 3相全波のリラクタンス型電動機において、回転子の突
極の位置を検知して、電気角で/、20度の巾で、時間
的に重畳しなく、しかも順次に連続した第1.第2.第
3の位置検知信号がサイクリックに配設される人相の位
置検知信号及びA相の位置検知信号と電気角で60度の
位相差のある同じ構成のB相の第弘、第5.第6の位置
検知信号ならびに人相とB相の位置検知信号より、それ
ぞれ電気角で〉%おくれた120度の巾の^相の第)、
第2、第3の位置検知信号とB相の、第4、第5.第6
の位置検知信号がサイクリックに配設されて得られるよ
うに互いに電気角で120度離間口て設けられた位置検
知素子3個を含む位置検知装置と、第1の相の励磁コイ
ル1組を第1.第1の励磁コイル、第2の相の励磁コイ
ルを第2.第2の励磁コイル、第3の相の励磁コイルを
第3.第3の励磁コイルと呼称し、又、第1.第2.第
3の励磁コイルをA相の励磁コイル、第1.第2.第3
の励磁コイルをB相の励磁コイルと呼称したときに、人
相の位置検知信号により、A相の励磁コイルのそれぞれ
に直列に接続された半導体スイッチング素子をサイクリ
ックに付勢して対応する励磁コイルの出力トルクの得ら
れる電気角で180度の区間の始端より120度の区間
を直流電源より通電し、B相の位置検知信号により、B
相の励磁コイルのそれぞれに直列に接続された半導体ス
イッチング素子をサイクリックに付勢して対応する励磁
コイルの出力トルクの得られる電気角で180度の区間
の始端より120度の区間を直流電源より通電して電動
機を正転せしめ、若しくは、A相の位置検知信号により
、B相の励磁コイルのそれぞれに直列に接続する前記し
た半導体スイッチング素子をサイクリックに付勢して対
応する励磁コイルの出力トルクの得られる電気角でlす
0度の区間の終端部を含む120度の区間を直流電源よ
り通電し、B相の位置検知信号により、A相の励磁コイ
ルのそれぞれに直列に接続する前記した半導体スイッチ
ング素子をサイクリックに付勢して対応する励磁コイル
の出力トルクの得られる電気角で180度の区間の終端
部を含む120度の区間を直流電源より通電して電動機
を逆転せしめる通電制御回路と、A相とB相の励磁コイ
ルの励磁電流に比例した第1第2の検知信号が得られる
第1.第2の検知回路と、第1.第2の検知回路の第1
.第2の検知信号出力により、A相とB相の励磁コイル
の励磁電流が設定値を越えたときに、励磁コイルの通電
を停止し、励磁電流が所定値まで降下したときに再ひ通
電を開始する第1.第2のチョッパ回路と、A相、B相
、A相、B相の位置検知信号のそれぞれの末端において
、対応する励磁コイルの通電が断たれたときに、該励磁
コイルに蓄積された磁気エネルギを、前記した半導体ス
イッチング素子に並置されたダイオ−Pを介して、次の
位置検知信号により通電される励磁コイルに流入せしめ
て急速に消滅せしめ、前記した磁気エネルギの放出によ
る通電及び位置検知信号の始端部で、励磁電流が所定値
まで立上がるまでの通電のそれぞれによる反トルクと減
トルクを除去する電気回路とより構成されたものである
第3の手段 3相片波のリラクタンス型の電動機において、回転子の
突極の位置を検知して、電気角で120度の巾で、時間
的に重畳しなく、しかも順次に連続した第1.第2.第
3の位置検知信号がサイクリックに配設されて位置検知
信号が得られるように互いに電気角で/20度離間口て
設けられた位置検知素子3個を含む位置検知装置と、第
1の札、第2の相、第3の相の励磁コイルをそれぞれ第
1゜第2.第3の励磁コイルと呼称したときに、第1゜
第2.第3の励磁コイルの両端に直列に接続された半導
体スイッチング素子をそれぞれ第1.第2゜第3の位置
検知信号により付勢して、対応する励磁コイルの出力ト
ルクの得られる電気角で180度の区間の始端より12
0度の区間を直流電源より通電して電動機を正転せしめ
、若しくは、第1.第2、第3の励磁コイルの両端に直
列接続された前記した半導体スイッチング素子をそれぞ
れ第3゜第1.第2の位置検知信号により付勢して、対
応する励磁コイルの比カトルクの得られる電気角で18
0度の区間の始端より1.20度の区間を直流電源より
通電して電動機を逆転せしめる通電制御回路と、鳳磁電
流に比例した検知信号が得られる検知回路と、該検知信
号出力により、励磁コイルの励磁電流が設定値を越えた
ときに、励磁コイルの通電を停止し、励磁電流が所定値
まで降下したときに再び通電を開始するチョッパ回路と
、位置検知信号の末端において、対応する励磁コイルの
通電か断たれたときに、該励磁コイルに蓄積された磁気
エネルギを、前記した半導体スイッチング素子に並置さ
れたダイオードを介して、次の位置検知信号により通電
される励磁コイメ旙入せしめて急速に消滅せしめ、前記
した磁気エネルギの放出による通電及び位置検知信号の
始端部で、励磁電流が所定値まで立上るまでの通電のそ
れぞれによる反トルクと減トルクを除去する電気回路と
より構成されたものである。
〔作用〕
チョッパ回路により、負荷に対応した励磁電流値となる
ように制御されているので、電動機の印加電圧が、設定
値を越えていれば、印加電圧に無関係に電機子電流は負
荷に対応する設定値に保持される。従って、交流の電圧
のピーク値を前記した設定値が得られる電圧の2倍以上
のものとすることにより、励磁電流の通電に寄与する電
圧の巾は、半サイクルの全中の4位となる0 従って、供電文流側の通電中が広くなり、周知のコン、
F−夕のように電圧のピーク値の近傍のみのパルス的通
電が避けられ、機械的、電気的なノイズの発生が防止さ
れる。従って直流電源の構成が簡素化され、第1の課題
が解決される作用がある。
位置検知信号のある区間では、チョッパ制御により、励
磁電流を設定値に保持し、その末端でのみ、励磁コイル
の蓄積磁気エネルギを急速に消滅せしめているので、反
トルクの発生が防止され、又始端部でも高い印加電圧に
より急速に通電電流を増大せしめている。
従って、高速高トルクの電動機を効率良く構成すること
ができる。
位置検知信号は、重畳することなく、しかも連続してい
るので、磁極の蓄積磁気エネルギは、次に励磁される磁
極の蓄積すべき磁気エネルギに転化することができる。
又この転化は急速に行なわれるので、減トルクと反トル
クの発生が抑止される。従って、高速化と高効率化され
る作用がある。従って第2の原か解決される。
本発明装置では、突極か磁極に侵入し始めた点で、磁極
の励磁コイルの通電を開始し、電気角でqo度(2相の
電動機の場合)若しくは120度(3相の電動機の場合
)の通電をしているので、正逆転時におけるトルク特性
の変化が防止され、第3のB題が解決される〇 〔実施例〕 第1図(a)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。
第1図は、本発明が適用される3相全波のリラクタンス
型電動機の1例で、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。以降の角度
表示はすべて電気角とする。
第1図(、)において、記号lは回転子で、その突極/
 a 、 / b +・・・の巾は180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l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Sは回転軸である。
固定電機子l乙には、磁極/4a 、 /4b 、 /
乙c、/6d 、 /Ae ; /&fが、それ等の巾
が180度で、等しい離間隔で配設されている。突極と
磁極の巾は180度で等しくされている。突極数は7個
、磁極数は6個である。
第3図(a)は、第1図(a)のリラクタンス型3相電
動機の展開図である。
第3図(a)のコイル10a、10b 、10cは、突
極la、/b、・・・の位置を検出する為の位置検知素
子で5図示の位置で固定電機子16の側に固定され、コ
イル面は、突極/a、/b、・・・の側面に空隙を介し
て対向している。コイル10a、/θb、10cは/2
0巖離間口ている。
コイルはSミリメートル径で100ターン位の空心のも
のである。
第9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9図(a)において、コイル10a、抵抗15a、1
5b、15cはブリッジ回路となり、コイル10aが突
極/a、/b、・・・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//a、コンデンサ/2aならびに
ダイオード71b、コンデンサlユbよりなるローパス
フィルタの出力は等しく、オペアンプ/、?の出力はロ
ーレベ# どナル。
記号lOは発振器でl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/a、/b、・・・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の電圧降下が太
き(なり、オペアンプ/、?の出力はハイレベルとなる
ブロック回路igの入力は、第5図(a)のタイムチャ
ートの曲線ff1a 、 2!;b 、・・・となり、
反転回路/、?aを介する入力は、点線曲線21>a、
2Ab、・・・となる。
第9図(a)のブロック回路/Qa、/9bは、それぞ
tLIイル10b、10cを含む上述したブリッジ回路
と同じ構成のものを示すものである。
発振器10は共通に利用することができる。
ブロック回路/lIaの出力及び反転回路/、?bの出
力は、ブロック回路7gに入力され、それらの出力信号
ハ、第5図(a)のタイムチャートにおいて、曲線ニア
a、27b、・・・2点線曲線コga、2gb、・・・
として示される。ブロック回路/&、1+の出力及び反
転回路/、?cの出力は、ブロック回路/gに入力され
、それらの出力信号は、第5図(a)において、曲線2
9a。
−27b・°゛に対して、曲線29a1コqb、・・・
は位相が120度お(れている。
ブロック回路/gは、3相Y型の半導体電動機の制御回
路に慣用されている回路で、上述した位置検知信号の入
力により端子/ga、/gb、・・・、/gfより12
0度の巾の矩形波の電気信号が得られる論理回路である
端子/ffa 、 zgb 、 Igeの出力は、第3
図(a)において、それぞれ曲線J/a 、 、?/b
 、” 、曲線32a。
32b、・・・2曲線33a、33’o、・・・とじて
示されている。端子/Ird 、 Ige 、 /gf
の出力は、第3図(a)において、それぞれ曲線311
a、、3りす、・・・2曲線33a。
35b、・・・2曲線JAa、JA’b、・・・として
示されている。端子/ざaと/gdの出力信号、端子/
gbとIgeの出力信号、端子/gcと/gfの出力信
号の位相差は1g0度である。
又端子/fa 、 zgb 、Igeの出力信号は、順
次に120度お(れ、端子/gd、/ge 、/fff
の出力信号モ同じ(順次に12c度お(れている。コイ
ル10a。
10b、10cの対向する突極/a、/b、・・・の代
りに、第1と回転子/と同期回転する同じ形状のアルミ
ニューム板を用いても同じ効果がある。
リラクタンス型の電動機は、出力トルクが著しく太きい
という特徴がある反面に欠点も著しい。
これが実用化を阻んでいる理由である。
第1の欠点として、出力トルクを太き(すると。
即ち突極と磁極数を増加し、励磁電流を増加すると、回
転速度が著しく小さくなる欠点がある。
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、第1図(a)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、磁極/Aa 、 
/6b 、 ・=と突極/a、/b、=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(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、減
トルクとともに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(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
/回転する間に、1つの磁極に出入する磁気エネルギ回
数は、周知の3相Y型の直流電動機に比較して著しく多
くなることも、リラクタンス型の電動機の回転速度が低
下する原因となっている0第2の欠点として、磁極と突
極による750度の区間の出力トルクは一般に対称形で
なく、又電流値に比例したものとならない。従って、正
逆転時の出力トルクが太き(異なり、トルクリプルも変
化する。
本発明装置によれば、上述した諸欠点が除去され、簡素
な励磁コイルの通電制御回路により目的が達成される特
徴がある。
第1図(a)及び第3図(a)の展開図において、円環
部16及び磁極/Aa、/4b、・・・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/6及び記号/Aa、/Ab・・・
を電機子と呼称する。
突極は7個となり1等しい巾と等しい離間角となってい
る。磁極/4a 、 /Ab 、・・・の巾は突極中と
等しく、6個が等しいピッチで配設されている。
励磁コイル/7c、/’7dが通電されると、突極/c
、/dが吸引されて、矢印A方向に回転する。
60度回転すると、励磁コイル/7cの通電が停止され
、励磁コイル/7θか通電されるので、突極leによる
トルクが発生する。
回転子lがAO度回転する毎に、励磁コイルの通電モー
ドが変更され、磁極の励磁極性は、磁極/6b(N極)
、/4c (、N極)→磁極/Ac(S極)、/6d(
N極)→磁極/6d(N極)、/Ae(S極)→磁極/
Ac(S極)、1Af(N極)→磁極/乙f(Nu、/
4a(S極)→とサイクリックに交替されて、矢印A方
向に回転子lが駆動される3相全波リラクタンス型電動
機となる。
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。
上述した洩れ磁束を更に小さくする為には、第1の相の
磁極/Aaを2個1組とし、それぞれを電様子コイルの
通電により、N、S磁極に励磁する・それぞれの2個の
磁極による洩れ磁束は、他の磁極において打消されて消
滅して、洩れ磁束が無くなる。
他の磁極/Aa 、 /bc 、・・・、/6fも、そ
れぞれ−組の構成となり、N、S極に励磁される2個1
組の磁極となる。効果も同様で洩れ磁束が消滅する。
この場合の突極/ a r / 1) +・・・の数は
、ii個となる0 次に、本発明の適用される2相のリラクタンス第3図(
C)の展開図につき、詳細を説明する。
第3図(C)において、円環部/6及び磁極/A a 
、 16b、・・・は、珪素鋼板を積層化する周知の手
段により作られ、図示しない外筺に固定されて電機子と
なる・記号/Aの部分は磁路となる磁心である。
磁極/Aa 、/Ab、−には、励磁コイル/7a、/
7b、・・・が捲着されている。
回転子lの外周部には、突極/a、/b、・・・か設け
られ、磁極/Aa、/乙す、・・・と0. /〜0.2
ミリメートル位を空隙を介して対向している。
回転子/も、電機子/6と同じ手段により作られている
突極は10個となり、等しい離間角となっている。
磁極/Aa、/Ab、・・・の巾は突極中と等しく、g
個が等しいピッチで配設されている。
励磁コイル/7c 、 /7g 、が通電されると、突
極/C1/hが吸引されて、矢印A方向に回転する。
qo度回転すると、励磁コイル/7.c、/7gの通電
が停止され、励磁コイル/7(1,/?hが通電される
ので、突極/d、/iによるトルクが発生する。
磁極/be、/&dはN極、磁極!4g、/乙りはS極
となる。かかる極性の磁化は、磁束の洩れによる反トル
クを小さ(する為である。
次の90度の回転では、磁極/6a、/4eは図示のN
、S極性となる。
次の9θ度の回転、その次のqo度の回転では各磁極は
、順次に図示の極性に磁化される。
上述した励磁により、回転子lは、矢印A方利に回転し
て2相の電動機となるものである。
各磁極間の巾は、突極中の/、5倍となっている。
又励磁コイルを装着する空間が、太き(なっているので
、太い電線を利用することができ、銅損を減少して効率
を上昇せしめる効果がある。
リラクタンス型の電動機は、界磁マグネットがないので
、その磁束分まで磁極による発生磁束を大きくする必要
がある。従って、磁極間の空間の大きいことは重要な意
味を有するものである0第3図(C)の突極数は、10
個となり、従来周知のこの種のものより多い。従って、
各磁極に励磁により蓄積された磁気エネルギの放電によ
り反トルクを発生し、出力斗ルクは太き(なるが、回転
速度が低下して問題点が残り、実用化できた(なる。
しかし、本発明の手段によると、上述した不都合が除去
され、出力トルクが増大する効果のみが付加される。そ
の詳細については後述する。
第6図(b)において、励磁コイルに、Lは、第3図(
b)の励磁コイル/7a、/’)e及び/7b、/7f
をそれぞれ示し、2個の励磁コイルは、直列若しくは並
列に接続されている。
励磁コイルに、Lの両端には、それぞれトランジスタu
ua 、 22b、 2:lc 、 22t3.が挿入
されている。
トランジスタ22a、 2−!b 、 21c 、’2
.2dは、半導体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ja、2bより供電が行なわれている
端子lI/a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2Ωa、、2.2bが導通して、励磁コ
イルKが通電される。端子4’/bよりハイレイルの電
気信号が入力されると、トランジスタλ、2c。
u(lが導通して、励磁コイルLが通電される。
第3図(C)のコイル10d、10eは、前述したコイ
ル10a、10b 、10cと同じ構成のもので、突極
/a、/b、・・・の側面に対向して、位置検知信号を
得る為のものである。
次に、端子!/a、4!/b、・・・より入力される位
置検知信号を得る手段について説明する。
第9図(b)において、コイル10d、10eは、第3
図(C)の位置で、固定電機子/Aに固定されている0
記号IOは、周波数が/メガサイクル位の発振器である
コイル10eL 、 10e 、抵抗/9a 、 /’
Fb 、 /9c 、 /9dは、ブリッジ回路となり
、コイル10d、10eが、突極/a、/b+・・・に
対向したときに、ブリッジ回路は平衡して、オペアンプ
u4Za、Jtlbの2つの入力は等しくなる。
上述した入力は、ダイオードにより整流されて直流化さ
れる。第9図(a)に示した平滑用のコンデンサ/2a
、/2bに対応するコンデンサを付加すると、整流は完
全となるが、必ずしも必要なものではない。コンデンサ
を除去すると集積回路化するときに有効な手段となる。
コイルlOdによるオペアンプ211aの出力は、反転
回路/、? g 、 /、? hにより2回反転され、
アンド回路180a、QObの入力となっている。この
入力信号は矩形波となり、第5図(b)のタイムチャー
トで、曲線!;Oa、!rOb、・・・とじて示される
。オペアンプu9bの出力は、コイルlOeによる位置
検知信号で、2個の反転回路を介して、アンド回路18
0b、1IOcに入力されている。
この入力信号は、第5図(b)で曲線5.2a、5ub
、・・として示されている。
コイル10d、10eは、(3bO+90)間口間して
いる。従って、曲線30a、!;Ob、・・・と曲線S
aa。
sjb、・・・との位相差は90度となる。
反転回路/、?g 、 /、?hとの間の出力(アンド
回路QOa、1IOdの下側の入力)は、曲線り/a、
j/b。
・・・どなる。
771回路180aの下側の入力と、アンド回路q。
dの上側の入力は、曲線!r3a、!;、3b、・・・
どなる。
アンド回路eOaの端子11gaの出力は、曲線30a
50b、・・・と曲線!;3a、!;3b、・・・の重
畳する部分のみとなるので、第5図(1))の曲線54
fa、54(b、・・・となり、qo度の巾で31.0
変能間している。
アンド回路弘Ob、弘Oa、QOdの出力端子ダgb。
11gc、lIgeLの出力信号は、同様な理由で、第
5図(b)の曲線5&a 、 &5b 、 −、曲線j
Aa 、 3Ab、 −曲線!;7 a + !rt 
b +・・・となる。
第4図(b)の反転回路/、? g、/、?hを2個使
用する理由については後述する。
上述した位置検知信号は、第6図(b)の回路に使用さ
れるものである。その詳細を次に説明する。
第6図(b)のブロック回路B、Cは、励磁コイルM(
励磁コイル/?c、/7gの直列若しくは並列回路)及
び励磁コイルN(励磁コイル/7(1、/7hの直列若
しくは並列回路)の通電制御をする為の回路で、励磁コ
イルにのものと同じ構成となっている。
第6図(b)の端子lI/a 、 +/b 、 II/
 c 、’!/dに入力される位置検知信号は、第5図
(b)の曲線j9a、j4’b、・・・及びその下段の
3段の曲線の電気信号となっている。
第6図(b)の端子4(/a、!/b、ダ/C,1!/
dに入力される位置検知信号が、第7図のタイムチャー
トに、曲線!’aa 、 5ja 、 3Aa、 37
aとして示されている。曲線sqaの電気信号が、端子
ダ/aに入力されると、励磁コイルKが通電され、点線
りざaに示すように励磁電流が流れる。
曲線Sりaの末端で、トランジスタ22a、22bが不
導通に転化するので、励磁コイルKに蓄積された磁気エ
ネルギは、点線sgaの末端のよう゛に放電される。こ
の放電電流の区間が長(90度を越えると反トルクとな
る。
この埋白を次に説明する。
第3図(C)の突極/a、/fが、磁極/Aa、#>e
に侵入し始めたときに、位置検知信号j9a(第7図示
)が得られて、励磁コイル/7a、/?eが通電され、
qo度回転すると、位置検知信号5φaの末端で励磁コ
イル/7a、/7eの通電が断たれるので、次の90度
の区間は正トルク発生の区間となっているからである。
又、次に端子ダ/bに曲線りSaの電気信号が入力され
るので、励磁コイルLが通電される。この上昇する電流
の立上りがお(れると減トルクとなる。
上述したように、降下部と立上り部の区間の時間が長い
と、反トルクと減トルクを発生する不都合かある。
第7図の矢印3aは180度の巾で、この区間で上述し
た正トルクが発生する。従って、点線見aの末端の降下
部の巾が90度を越えると反トルクを発生する。この場
合には、位置検知素子は、曲線51Iaが矢印3aの左
端部にあるように、調整されて電機子側に固定される。
高速度となると、位置検知信号曲線j4Za、j5a・
・・の時間巾は小さくなり、励磁電流の立上りと降下部
の巾は変化しない。
従って、立上りと降下部の巾を対応して小さ(する必要
がある。その手段について、次に説明する0 第6図(1))において、端子tlaの入力である位置
検知信号54aの末端で、トランジスタ22a、22b
は不導通となるので、励磁コイルにに蓄積された磁気エ
ネルギは、ダイオ−’?23a、、23”Oを介して電
源端子2已に流入放電しようとするが、逆流防止用ダイ
オードダ3の為に阻止される。
このとき同時に端子+/bに位置検知信号j5aが入力
されているので、トランジスタ22c、、、22dが導
通している。従って、阻止された磁気エネル・ギは高電
圧となり、励磁コイルLに流入して、励磁電流の立上り
を急速とし、又磁気エネルギの消滅即ち励磁電流の降下
を急速とする。
実測によると、立上りと降下の電流の時間巾は、300
ワツト出力の電動機で3マイクロセコンド位である。従
って、毎分10万回の回転でも反トルクを発生すること
がなく、高速度の回転となる効果がある。
コンデンサダクは、必ずしも必要なものではないが、ト
ランジスタ22a、22b、・・・のスイッチングの時
間に僅かの差がある場合に、トランジスタの破損を防止
する為のものである。0. /マイクロファラッr位の
ものでよい。
高速でない場合には、コンデンサ4t7の容量を太き(
して、励磁電流の降下部の時間巾を大きくすると、出力
トルクが増大する効果がある。又機械振動の発生も減少
する。
位置検知信号曲線j6a−,j7aの電気信号が第6図
(b)の端子!/c、!/dに入力された場合のコイル
M、Hの通電時においても、励磁電流曲線SざC1jf
dの立上りと降下部の区間も同様に小さ(されて、反ト
ルクと減トルクの発生が抑止されるものである。
第6図(b)の通電制御回路は、周知の2相のリラクタ
ンス型の電動機の通電制御回路より簡素化される特徴が
あ゛る。これは、位置検知信号曲線59aA;!;a、
・・・が連続している為である。
曲線り+a、55a、・・・の境界部(第7図で太線で
示されている。)に空隙があると、起動時に励磁電流が
通電されな(、起動が不安定となる。
かかる空隙を消滅する手段が、第9図(b)について前
述した反転回路/、? g 、 /、? hである。
コイルlOd、lOeの径が有限の大きさなので、オペ
アンプ、!!a、、!4(bの出力信号の立上りと降下
部に傾斜が発生し、この為に反転回路/、? g 、 
/、? hがないと、位置検知信号の矩形波の出力を論
理処理をしたときに1曲線54’a、&ja、・・・の
境界部に空隙を発生する場合がある。
反転回路/、?g 、 /、?hを使用することにより
、上述した欠点を除去することができるものである。
第6図(b)のオペアンプ!6a、絶対値回路り/(抵
抗aOの電圧降下を整流する回路)、アンド回路/j−
a、/jl)等は、チョッパ回路となるもので、次にそ
の説明をする。
端子Q/aに入力される位置検知信号曲線j4’aが拡
大されて、第7図の上から3段目に同一記号で示されて
いる。点線318部は、励磁コイルにの励磁電流の立上
り部である・ 励磁電流が増大して、抵抗ダθの電圧降下即ち絶対値回
路q/の出力がオペアンプ’4t4aの子端子の電圧即
ち基準電圧源≠6の電圧を越えると、オペアンプ4(&
aの出力がローレベルとなり、アンド回路15aの出力
もローレベルとなり、トランジスタna。
22bは不導通に転化する。従って、電流は、ダイオ−
r23b、コンデンサ39.電源、ダイオード23aを
介して、電源に磁気エネルギを還流して帰還するように
流れる。この曲線が、第7図で点線3ざbとして示され
ている。
所定値まで降下すると、オペアンプダ6aのヒステリシ
ス特性により、オペアンプ+4aの出力はハイL/ ヘ
ルに転化して、トランジスタQ2a、、ZJbが導通し
て、点線3g cのように励磁電流が増大する。
設定値まで増大すると、再びオペアンプt6aの出力は
ローレベルに転化し、トランジスタ2.2a。
ubは不導通に転化する。
上述したサイクルを繰返すチョッパ作用が行なわれ、曲
線&4aの末端でトランジスタ2.2a、22bが不導
通となるので、励磁電流は急速に降下する。
他の励磁コイルについても上述したチョッパ作用が同様
に行なわれるものである。
励磁電流の値は、基準電圧源4’Aの電圧により規制さ
れ、出力トルクも同じく制御される。
従って、高速度の回転としても反トルクの発生かなく、
効率の良好な電動機とすることができる。
励磁コイルにより蓄積された磁極と突極の磁気エネルギ
は、消滅するときに、大きい起電力を発生するので、こ
の起電力を利用して、次に通電されるべき励磁コイルの
通電の立上りを急速としていることが、本発明の特徴の
1つとなっている。
電源電圧を高電圧として、上記した磁気エネルギの転換
の急速な処理をしていないので、電源電圧は一般直流電
動機と同様に、逆起電力に打勝つものでよい。従って低
電圧例えばノ々ツテリな電源として使用できる特徴かあ
る。
第3図(C)の磁極/4aと/、4eが同時に励磁され
るので、突極との磁気吸引力(径方向で出力トルクに無
関係なもの)は・々ランスして軸受に衝撃を与えること
なく、従って機械音の発生が抑止される作用がある。他
の磁極についても軸対称のものが励磁されているので同
じ作用効果がある。
又磁極の励磁される区間は、第7図の励磁電流曲線!r
ga、!rざす、&ffc、、tA’dより判るように
90度を越えているので、隣接する磁極間の径方向の磁
気吸引力は、重畳している。従って機械音の発生が抑止
される特徴がある。
逆転を行なう為に、端子9/a 、+/b 、II/c
 、!I/dの入力信号をそれぞれ端子11/c、≠/
d、+i4/a。
4’/klに入力することが一般的手段であるが、この
手段によると、逆転時に出力トルクが減少する不都合か
ある。
その詳細を次に説明する。
t74g図(a)のタイムチャートの最下段の点線タコ
4/、2aは、突極が対向磁極に侵入し始めて、両者が
完全に対向するまでの区間即ち1g0度の区間のトルク
曲線である。
左端が上記した侵入始めた点となり、右端が完全に対向
した点となる。
励磁電流が小さいときには、点線ダ、2aのように平坦
な曲線となるが、励磁電流が太き(なると、従って、正
転時に前述したように、位置検知信号j+aの信号巾だ
け励磁コイルKが通電されて、曲線弘コの矢印419t
)の区間だけの通電により、最大トルクが得られる。
矢印f9aは正トルクの得られる区間を示している。逆
転のときには、位置検知信号Sダaの信号巾だけ励磁コ
イルMが通電されて逆トルクが得られている。
このときのトルク曲線tIコに対応するトルク曲線は、
第3図(a)の実線曲線ダ2bとなるので、その左半分
のトルクの小さい部分のみが得られる。
従って逆転時のトルクが減少して実用性が失なわれる。
他の励磁コイルによる正逆転時のトルク差も全く同様で
ある。
以上の説明より判るように、突極が磁極に侵入した点よ
り90度の区間の通電をすると、出力トルクが増大する
特徴があるが、正逆転時のトルク差が太き(なる欠点が
ある。
本発明の手段は、かかる欠点を除去したことに特徴を有
するもので、次にその説明をする。
正転時には、第3図(b)の位置検知信号!;’l a
 、 !!ra 、 jAa 、 !;7aがそれぞれ
第6図(b)の端子lI/a。
f/b 、II/c 、II/dに入力されているが、
逆転時には、第S図の切替回路により入力信号を切替え
る。
逆転モードとする為には、第3図(b)の曲線−2、t
+b 、 ・、、 (曲線!rsa、 job 、 −
と同じもの)が。
端子1+/Qに入力される。
又曲線玉1.…]、・・・(曲線&+a、j4(bと同
じもの)が、端子9/bに入力される。
又曲線π;、二b 、−(曲線57a、5゜b’ 、 
−1,と同じもの)が、端子4Z/aに入力される。
又曲線フ1.=1.・・・(曲線31ra、3Ab、・
・と同じもの)が、端子ダ/dに入力される0上述した
正逆転制御回路が、第S図に示されている。
第S図において、端子!;g a 、 jf ’b 、
 M c 、 !;g dの入力は、それぞれ第5図(
b)の曲線kQ a + jlIb+・・・及び順次に
その下段の曲線の電気信号である。
端子A/a 、 4/b 、 A/c 、 Al6の出
力は、第6図(b)の端子f/a 、 9/b 、 1
tlc 、 1irdにそれぞれ入力されている。
端子62の入力がノ・イレベルのときには、アンド子4
/a、9/b、・・・、ダ/dの入力となるので電動機
は正転する。
端子A2の入力をローレベルに転化すると、アンド回路
!;9e 、S9f 、!;9g、、&qhの出力か得
られて、端子A/a 、 A/b 、 A/c 、 A
l6の出力は、それぞれ曲線!r7a、jりb 、−、
曲線54a 、 &+b 、 −’ +曲線j5 a 
+ !;!; b + ”’ +曲線5Aa l 5A
b 、 、、、どなるので、電動機は逆転する。
位置検知素子の固定位置は、上述した目的を達成する位
置で電機子側に固定されるものである。
起動時に、突極が磁極に侵入し始めた点にあった場合に
は、第5図(a)の最下段のトルク曲線412の左端の
トルク零の点にあるので、起動トルクがなく、起動でき
な(死点となる不都合かある。
しかし、これは次に述べる理由により死点が除去される
第3図(c)において、上述した場合は、磁極/Acか
励磁された場合に相当する。
N極の磁極/bcは、突極/c、/6を吸引するが、矢
印A方向のトルクは、Sランスしてトルクは発生しない
しかし、不安定なトルクの平衡点なので、突極/c 、
 /dは左右いづれかにずれる。右方にずれるとそのま
ま矢印A方向のトルクを発生して連続回転となる。左方
にずれると、励磁コイル/7cの通電が断たれて、励磁
コイル/?bが通電されて右方に回転するトルクが発生
して連続回転となる。
従って起動することができるものである。
この起動トルクは小さいので、太き(する為には次の手
段がよい。
回転子lの軸方向の長さを長くし、電機子/乙を2組と
して、軸方向に並置する。2組の電機子を電気角でaS
S同円周方向ずらして配置すると死点は完全に消滅し、
しかも両電様子による合成トルクのりプルトルクも減少
する特徴がある。又出力トルクも2倍となる効果がある
次に、第6図(a)につき、第6図(b)と同じ思想を
3相の電動機に適用した手段を説明する。
第1図(a)と第3図(a)の3相の電動機を第6図(
a)の回路により、3相の電動機として運転する場合を
説明する。
第6図(、)において、励磁コイル/7a 、 /7c
 、 /りeの両端には、それぞれトランジスタ20a
、、20b及び20 c 、 206及びにe、JM)
fが挿入されている。
トランジスタ20a 、 20b 、 lc 、・・・
は、スイッチング素子となるもので、同じ効果のある他
の半導体スイッチング素子でもよい。
直流電源正負端子2a、2bより供電が行なわれている
端子+、7aよりノ・イレベルの位置検知信号が入力さ
れると、トランジスタ20 a 、 20 bが導通し
て。
励磁コイル/7aが通電される。端子ダ3b、ダ3Cよ
りハイレベルの位置検知信号が入力されると、トランジ
スタ20c、206及びトランジスタ208.2゜fが
導通して、励磁コイル/7c、/7eが通電される。ブ
ロック回路り、E、Fは、励磁コイル/7bnd;nf
の通電制御回路で、励磁コイル/?aの通電制御回路と
全(同じ構成のものである。
従って、端子1!3d%I3e、ダ3fにハイレベルの
位置検知信号の入力があると、それぞれ励磁コイル/7
b 、/74 、/lfが通電される。
端子4’Aは、励磁電流を指定する為の基準電圧源であ
る。端子lI6の電圧を変更することにより、呂カトル
クを変更することができる。
記号’It/a、ダ/bは絶対値回路で、抵抗ダθa。
tiobの電圧降下即ち励磁電流に比例する電圧を整流
する為の回路で、その出力がオペアンプ4!4a。
4’Abの一端子の人力となっている0第7図の曲線3
/ a、3コa 、 33a、 JAa 、 311a
33aは、それぞれ第5図(a)の同一記号の曲線を示
している。端子11Ja、1I3b、ダ3Cには、第7
図の曲線3/ a 、 32a” 、 33hの電気信
号がそれぞれ入力されている。
端子4(Jaに入力があると、トランジスタ〃a。
20bが導通して、励磁コイル/7aが通電され、励磁
電流が設定値まで増大すると、オペアンプ1IAaの一
端子の入力電圧が、子端子のそれを越えるので、出力が
口・−レベルとなり、アンド回路/jaの出力がローレ
ベルに転化する。
トランジスタX) a 、 X) bは不導通となり、
励磁コイルの蓄積磁気エネルギは、ダイオ−p21b。
2/a及びコンデンサ、?9aを介して、直流電源に端
子2a、、zbにより還流される。
従って、電流は急速に減少し、所定値まで減少すると、
オペアンプ4(Aaのヒステリシス特性により、出力が
ハイレベルに転化して、トランジスタX)a、20bは
導通し、励磁コイル/7aの通電が開始される。設定値
まで電流が増大すると、オペアンプiaの入力はローレ
ベルに転化して、トランジスタ20a、20bは不導通
となり、電流は減少する。
上述した通電がサイクリックに行なわれるチョッパ回路
となっている。
曲線、?/aの末端で、アンド回路/jaの出力が消滅
するので、励磁コイル/?aの通電が断たれる。
このときに、励磁コイル/7aにより蓄積された大きい
磁気エネルギは、逆流防止用ダイオ−Ytt3aにより
、電源側に還流することが阻止される。
トランジスタ20a、20bが不導通となると同時に、
第7図の位置検知信号曲線32aにより、トランジスタ
20 c 、 X) dが導通される。
従って、励磁コイル/7aによる蓄積磁気エネルギは、
高電圧となって、励磁コイル/7cに流入し、電流の立
上りを急速とし、又励磁コイル/?aの電流の消滅を急
速とする。
磁気エネルギは、自己の大きいエネルギを利用して前段
の励磁コイル/7aから1次段の励磁コイル/7cに移
動するので、磁気エネルギの大きい場合即ち出力トルク
が大きい場合でも移動の時間はほとんど変らな(著しく
小さ(なる。
コンデンサRaは、必ずしも必要なものではないが、ト
ランジスター10 a + 20 b +・・・のスイ
ツチングの時間に差がある場合に、トランジスタを保護
する為のものである。コンデンサtI’7aの容量は0
、lマイクロファラッr位である0 高速度でない毎分3000回転位の場合には、コンデン
サ4!7aの容量を上述した容量より太き(して、反ト
ルクの発生を防止できる範囲で太きいものにすることが
有利である。振動の発生が抑止されるからである。
上述した通電が点線37aとして示されている。
矢印lIaの区間は脈流となっているが省略しである。
曲線32aの信号が端子ダ31:lに入力されるので、
点線、?7bに示すように励磁コイル/7cが、トラン
ジスタ20 c 、 20d、アンド回路isb、オペ
アンプダ6aにより同様に通電される。
次に端子t3Cに曲線33aの信号が入力され、トラン
ジスタ20 c 、 20d 、アンP回路/!c、オ
ペアンプダ6aにより、点線3?cに示す通電が同様に
行なわれる。矢印+bの巾は、点線3’laと37bの
降下部と立上り部の巾で、この巾が60度を越えると反
トルクと減トルクを発生する。
端子ダ、7d 、 4I3e 、 113fに、第7図
、第3図(a)の位置検知信号曲線3A a 、 34
’a 、3!raが入力された場合の励磁電流は、点線
のようになり、前述した場合と同様となる。
前者をA相の位置検知信号によるA相の励磁コイルの通
電、後者をB相の位置検知信号によるB相の励磁コイル
の通電と呼称する。
オペアンプqるす、アンド回路15d 、 /!;e 
、 15fによるチョッパ作用も前述した場合と同様に
行なわれ、その作用効果も又同様である。
逆流防止用ダイオード@、?b、コンデンサ、?9bに
よる作用効果もA相の励磁コイルの場合と全く同様であ
る。
曲線3Aa、3Ab、−,3’l、311b、−,35
a 、35b、・・・による励磁コイル/7b 、/7
d 、/7fの通電制御をB相の通電モードと呼称する
曲線、?/a 、3/b 、−,32a、、7.2b 
、 =−,33a。
33b、 ・・・による励磁コイル/7a 、 /?c
 、 /?eの通電制御を人相の通電モードと呼称する
本実施例のような3相の電動機は、第1相、第2相、第
3相の通電モー1となることが一般的な表現であるが、
本明細書では、2つに分離してA相、B相の通電モード
と呼称している。A相、B相の上述した通電により、回
転子lは矢印A方向(第3図(a))に回転し、出力ト
ルクを増大する為には、第6図(1)の基準電圧端子q
6の電圧を上昇せしめればよい。
以上の説明のように、本実施例では、印加電圧により回
転速度が制御され、基準電圧源の電圧により出力トルク
が制御されることが特徴となっている。
本実施例の場合においても、前述した2相の電動機と同
じように、第8図(a)の最下段の曲線ダコで示すよう
に、突極が磁極に侵入し始めた初期のトルクが太き(、
トルク曲線が非対称の場合には、励磁コイルの通電は、
突極が磁極に侵入し始めたときに通電が開始され、その
後の/、20度の区間だけ通電される。この場合の正ト
ルク発生の180度の区間は、矢印119aとなる。逆
転時に励磁コイルが通電される区間は、第8図(a)の
最下段の矢印+?eの区間となり、又正転時には、矢印
弘りdの区間となる。
いづれの場合でも、突極が磁極に侵入し始める点で通電
が開始され、120度通電すると通電が断たれる。
従って、通電が断たれたときに、磁気エネルギの放出に
よる通電中が6c度を越えない限り反トルクの発生がな
(、高速度の電動機が得られる作用効果がある。
又同時に最大トルクの区間の通電が行なわれるので、出
力トルクが増大する特徴がある。
この場合には、A相の位置検知信号とB゛相の位置検知
信号を交換しただけでは、逆転はするが、正逆転時の出
力トルクが異なる不都合が発生する。
かかる不都合を除去する為には、2相の電動機の場合と
同様に、正転時には、第8図(a)の曲線3/a、31
b、・・・及び下段の曲線31.a、31.b、・・ま
でのものを位置検知信号として使用する。
又、逆転時には、曲線3/rs、31b、・・・及び下
段の曲線π1.π]、・・・までのものを位置検知信号
として使用する。
曲線J/ a 、 31 b 、−は、曲線JAa、3
乙’b 、 −・・が利用される。
曲線32a、 32’O、−は、曲線33a、 35b
 、 −が利用される。他も同様である。
以上のように、逆転用の為の別設した位置検知素子を使
用する必要がないので有効な技術手段となる。
次に正逆転手段の詳細を説明する。
第6図(a)において、端子4LJa 、 1lJb 
、 11.3c icA相の位置検知信号を入力し、端
子ダ3d、 113e 、 173fにB相の位置検知
信号を入力すると正転(第3図(a)の矢印入方向)す
ることは前述した通りである。
逆転をするときには、第S図で説明した電気回路と同様
な論理回路により、第6図(、)の端子1a。
4(、?b、・・・に入力される位置検知信号を切替え
ることにより目的が達成される。
即ち、端子ダ、7a 、 1lJb 、 113cに入
力される位置検知信号はそれぞれ曲線3th 、 、?
jb 、 ”・(曲線31、a、 Jl、b+ ”’と
同じもの)及び曲線35” a 、 3fb。
・・(曲線Jia、3λb、・・・と同じもの)及び曲
線、?4a 、 、74b 、・・・(曲−%シ装置・
と同じもの)となる。
端子e3d、’fee 、’13fに入力される位置検
知信号は、それぞれ曲線32a、32b、・・・(曲線
J!;a。
3!;b、・・・と同じもの)及び曲線J/a、、?/
b、・・・(曲線34 a p JA b +・・・と
同じもの)及び曲線刀;。
33b、・・・(曲a3ダa、3’4b、・・・と同じ
ものとなる。)以上の手段により、3相Y型接続の半導
体電動機に相似したトルク曲線となり、効率良く、比較
的平坦なトルク特性となる特徴がある。
出力トルクを規制するのは基準電圧(第6図(a)の端
子!lAの電圧)のみなので、印加電圧に無関係となる
。従って、電源端子2a、2bのリプル電圧は余り関係
がないので、交流電源の場合に、その整流の為のコンデ
ンサは大容量の必要がな(、又交流電源が3相の場合に
は、コンデンサは更に小容量となり、電源を簡素化でき
る特徴がある。
第3図(c)の2相の電動機では、磁極が軸対称に配設
され、対称の位置にある2個の磁極が同時に励磁される
ので、径方向の磁気吸引力がノ々ランスして、回転中の
振動が抑止される。
しかし、対称の位置にある磁極と突極との対向空隙を等
しくすることは困難なので振動は避けられない。
第1図(a)の電動機では、隣接する磁極か2個/組と
なり、!方向に順次に励磁されて行(ので、磁極と突極
間の径方向の磁気吸引力の力のベクトルも、回転軸Sの
まわり回転子lの回転速度に対応して回転する。従って
、回転子lは常に軸受に押し付けられて回転するので、
振動の発生か防止される特徴がある。しかし、太きい出
力の電動機となると、回転軸5が軸受のゼールを押圧す
る力が太き(なり耐用時間を短か(する不都合がある。
サー?電動機の場合には、数万回の回転は必要な(、一
般に数千回の回転でよい。しかし出力トルクは大きいこ
とが有効である。この為には5例えば、第3図(a)の
各磁極の磁路開放端に等しい巾で同じ角度離間した突田
部(歯と呼称しているもの)を設ける。第3図(a)の
磁極/ACを例として説明すると、斜線部/Amの凹部
を設ける。他の磁極も同じ凹部が設けられる。
突極/a、/b、・・・も%の巾となり、突極間の離間
角も突極中と等しくされる。上述した構成により出力ト
ルクを2倍とすることができる。当然であるが、回転速
度は%となる。
歯の数をn倍(n=2.3.・・・)とすると、出力ト
ルクはn倍となる。
第6図(a)(1:、)のダイオード、?qa 、 、
?9b 、 39は電源正極側に設けであるが負極側に
設けても同じ目的が達成される。
次に、本発明を3相片波通電の電動機に実施した場合に
つき説明する。
第1図(b)にお(・て、記号lは回転子で、その突極
/ a + / b +・・・の巾は180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l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Sは回転軸である。固定電機子/6には
、磁極/4a 、/6b 、/Ac 、/Ad、/6e
、/A’fが、それ等の巾がlざ0度で、等しい離間角
で配設されている。突極と磁極の巾は180度で等しく
されている。突極数は3個、磁極数は6個である。電機
子16も回転子lと同じ手段により作られている。
第3図(b)は、第1図(b)のリラクタンス型3相電
動機の展開図である。
第3図(b)のコイル10a、10b、10cは、突極
la、/b、・・・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/6の側に固定され、コイル面
は、突極/a、/b、・・・の側面に空隙を介して対向
している。
コイル10a 、10b 、10cは/20度離間口て
いる。
位置検知信号を得る為の手段は、第9図(a)の回路か
利用されるが、端子/ga 、/gb 、/gcの出力
のみが利用され、他の出力は不要である。
第1図(b)及び第3図(b)の展開図において、円環
部/I−及び磁極/4a、/Ab、・・・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/6及び記号/Aa、/4b・・
・を電機子若しくは固定子と呼称する。
第3図(b)において、磁極/Aa 、 /Ab 、 
=には、励磁コイル/7a、/7b、・・・が捲着され
ている。励磁コイル/7a、/?d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/7b、/?e及び励磁コイル/7c、/7
fも同様に接続され、これ等をそれぞれ励磁コイルL、
励磁コイルPと呼称する。
励磁コイルLが通電されていると、突極/b。
/fが吸引されて、矢印A方向に回転子lが回転する・
4回転すると、励磁・イーLの通電が断たれ、励磁コイ
ルPが通電される。
更に120度回転すると、励磁コイルP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L→励磁コイルP→とサイクリックに交替され、
3相半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。
上述した洩れ磁束を更に小さ(する為には、第1の相の
磁極/Aa、/Adをそれぞれ2個/組とし、それぞれ
を励磁コイルの通電により、N、S磁極に励磁する。そ
れぞれの2個1組の磁極による洩れ磁束は、他の磁極に
おいて打消されて消滅して、洩れ磁束が殆んど無(なる
0 他の磁極/Ab、/AC,・・・//、fも、それぞれ
2個1組の構成となり、N、S極に励磁される2個1組
の磁極となる。効果も同様で洩れ磁束が消滅する。この
場合の突極/a、/b、・・・の数は、16個となる。
この場合の出力トルクは2倍となる。
次に励磁コイルに、L、Pの通電手段について説明する
第6図(a)の励磁コイル/7a 、/?c 、/7e
をそれぞれ、励磁コイルに、L、Pと置換した電気回路
により通電制御を行なうことにより本発明の目的が達成
される。
当然であるが、第6図(a)のB相のモーrの通電制御
回路(アンド回路/&d 、 /3e 、 15f 、
ブロック回路り、E、F、オペアンプダ6b、コンデン
サ4??1)、ダイオード+3b)は除去される。
以上は正転モードであるが、逆転モードの場合には、端
子113a、ダJb、41Jcの入力は切替えられて、
第3図(a)の位置検知信号となる曲線33 a 63
3b 、 −゛曲線3/ a 、 31 b 、 −、
曲線32e、 、 32b、 −がそれぞれ入力される
以上のような手段により、正逆転いづれの場合にも突極
が磁極に侵入し始めた点より通電が開始され、120度
の巾だけ各励磁コイルの通電が行なわれるので本発明の
目的が達成される。
回転子lの軸方向の長さを大きくして、第3図(1))
の電機子/Lを2組作り、回転子lの外周に並置し、2
組の電機子を円周方向に60度ずらして配設すると、3
相全波の電動機とすることができる・〔効果〕 第1の効果。
励磁コイルによる磁気エネルギの消滅と蓄積が電源側に
逆接続されたダイオードの作用により著しく速(なるの
で、高出力トルクで高速のリラクタンス型の電動機が得
られる。
第2の効果。
正逆転を行なうことができ、両者の出力トルクは等しい
第3の効果。
3相の電動機は、A相、B相の励磁コイルの制御のみで
駆動することができ、コ相の電動機は、単相の励磁コイ
ルの制御となるので、制御回路が簡素化されて廉価とな
る。
、第4の効果。
各相の出力トルク曲線の最大値を含んだ励磁コイルの通
電とすることができるので、合成トルクが最も太き(な
る・
【図面の簡単な説明】
第1図は、3相リラクタンス型の電動機の構成の説明図
、第2図は、2相リラクタンス型の電動機の構成の説明
図、第3図は、同じ(3相と2相の電動機の回転子、磁
極、励磁コイルの展開図、第q図は、コイルより位置検
知信号を得る電気回路図、第S図は、正逆転転換の為の
位置検知信号の論理処理回路、第6図は、励磁コイルの
通電制御回路図、第7図は、位置検知信号と励磁電流の
タイムチャート、第3図は、第6図の回路の各部の電気
信号のタイムチャートをそれぞれ示す。 /6−°°電機子、 /Aa 、 /4b 、−、/A
h−=磁極、ハ・・回転子、  /a、/c、・・・、
7g・・・突極。 −S−・・−回転軸、 K 、 L 、 M r N 
+ ′!4 /7 a 、 /71)、−、/’7f−
・・励磁コイル、 10a、IOb、10c10d、1
0e−=コイル、 10− 発振器、 /4fa、/4
’b・・・コイル10b、IOCより位置検知信号を得
るブロック回路、 、2a 、 2b・・・電源圧負極
、 20a。 Jb、・°゛、、コOfa、ココb、・・・、=コd・
・・トランジスタ、 ダ/a、’i(/b・・・絶対値
回路、 ダ6・・・基準電圧、 ダ3.ダ3a、ダ3b
・・・逆流防止用ダイオード、D、に、F、B、C・・
・励磁コイルの通電制御の為のブロック回路、1g・・
・位置検知信号を得るブロック回路、 おa、Q!rb
、・・・、易a、コロb、・・・u?a 、27b 、
−−−,2ga、2gb、”’+29a+29b+−,
3θa r30b、−,3/a、、?/b 、・=、3
2a、32b+ ”’ + 33 a + J3b *
 ・・・、3’l a r J4’ b r ・・・)
 J5 a 。 、75b、−,3Aa、JAb、  、−!;θa、4
rθb 、 ・、 j/a 、!r/b 、−、jwl
a 、j:コb 、 −、53a 、 j3b 、 ・
”jlIa 、、t4’b 、 ・−、!rja 、j
ob 、−1jAa 、jobt・・・、 &7a 、
 job 、・・・位置検知信号曲線、 値、侵a 、
 −−−トルク曲線、 、7/a 、 3/b 、 −
、jJa 。 J2b +=・、JJa、J、?b 、・−,341a
、、?41b 、=−,3!;a 、J!;b、−・、
ia 、!fb 、−・・、JJa +j5b +”’
、5Aa+56’b、・・・、 j7a 、 J7b 
、・・・位置検知信号曲線0 め 図(CL) 帛 図(6) 条 副((L) 茎4121(4!P) 茶 す 図 塾 図 塾6図((L’) 第 図(−6−) 手続補正書 (自発) 平成3年グ月バ日

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)2相のリラクタンス型の電動機において、設定さ
    れた離間角で固定電機子側に固定された2個の位置検知
    素子により、回転子の突極の位置を検知して、時間的に
    重畳しなく、しかも連続した電気角で、90度の巾の第
    1、第2、第3、第4の位置検知信号ならびに第1、第
    2、第3、第4の位置検知信号より、それぞれ電気角で
    90度おくれた90度の巾の第@1@、第@2@、第@
    3@、第@4@の位置検知信号を得る位置検知装置と、
    第1、第2の相の励磁コイルを、それぞれ第1、第@1
    @の励磁コイル及び第2、第@2@の励磁コイルと呼称
    したときに、第1、第、2、第3、第4の位置検知信号
    により、それぞれ第1、第2、第@1@、第@2@の励
    磁コイルに直列に接続された半導体スイッチング素子を
    付勢して、各励磁コイルの出力トルクの得られる電気角
    で180度の区間の前半部の区間を直流電源より通電し
    て電動機を正転せしめ、若しくは、第@1@、第@2@
    、第@3@、第@4@の位置検知信号により、それぞれ
    第@1@、第@2@、第1、第2の励磁コイルに直列に
    接続された前記した半導体スイッチング素子を付勢して
    、各励磁コイルの出力トルクの得られる電気角で180
    度の区間の後半部の区間を直流電源より通電して電動機
    を逆転せしめる通電制御回路と、各励磁コイルの励磁電
    流に比例した検知信号が得られる検知回路と、該検知回
    路の検知信号出力により、励磁電流が設定値を越えたと
    きに、励磁コイルの通電を停止し、励磁電流が所定値ま
    で降下したときに再び通電を開始する単一のチョッパ回
    路と、前記した位置検知信号のそれぞれの末端において
    、対応する励磁コイルの通電が断たれたときに、該励磁
    コイルに蓄積された磁気エネルギを、前記した半導体ス
    イッチング素子に並置されたダイオードを介して、次の
    位置検知信号により通電される励磁コイルに流入せしめ
    て急速に消滅せしめ、前記した磁気エネルギの放出によ
    る通電及び位置検知信号の始端部で、励磁電流が所定値
    まで立上がるまでの通電のそれぞれによる反トルク滅減
    トルクを除去する電気回路とより構成されたことを特徴
    とするリラクタンス型電動機の正逆転装置。
  2. (2)3相全波のリラクタンス型電動機において、回転
    子の突極の位置を検知して、電気角で120度の巾で、
    時間的に重畳しなく、しかも順次に連続した第1、第2
    、第3の位置検知信号がサイクリックに配設されるA相
    の位置検知信号及びA相の位置検知信号と電気角で60
    度の位相差のある同じ構成のB相の第4、第5、第6の
    位置検知信号ならびにA相とB相の位置検知信号より、
    それぞれ電気角で60度おくれた120度の巾の@A@
    相の第@1@、第@2@、第@3@の位置検知信号と@
    B@相の第@4@、第@5@、第@6@の位置検知信号
    がサイクリックに配設されて得られるように互いに電気
    角で120度離間して設けられた位置検知素子3個を含
    む位置検知装置と、第1の相の励磁コイル1組を第1、
    第@1@の励磁コイル、第2の相の励磁コイルを第2、
    第@2@の励磁コイル、第3の相の励磁コイルを第3、
    第@3@の励磁コイルと呼称し、又、第1、第2、第3
    の励磁コイルをA相の励磁コイル、第1、第2、第3の
    励磁コイルをB相の励磁コイルと呼称したときに、A相
    の位置検知信号により、A相の励磁コイルのそれぞれに
    直列に接続された半導体スイッチング素子をサイクリッ
    クに付勢して対応する励磁コイルの出力トルクの得られ
    る電気角で180度の区間の始端より120度の区間を
    直流電源より通電し、B相の位置検知信号により、B相
    の励磁コイルのそれぞれに直列に接続された半導体スイ
    ッチング素子をサイクリックに付勢して対応する励磁コ
    イルの出力トルクの得られる電気角で180度の区間の
    始端より120度の区間を直流電源より通電して電動機
    を正転せしめ、若しくは、A相の位置検知信号により、
    B相の励磁コイルのそれぞれに直列に接続する前記した
    半導体スイッチング素子をサイクリックに付勢して対応
    する励磁コイルの出力トルクの得られる電気角で180
    度の区間の終端部を含む120度の区間を直流電源より
    通電し、@B@相の位置検知信号により、A相の励磁コ
    イルのそれぞれに直列に接続する前記した半導体スイッ
    チング素子をサイクリックに付勢して対応する励磁コイ
    ルの出力トルクの得られる電気角で180度の区間の終
    端部を含む120度の区間を直流電源より通電して電動
    機を逆転せしめる通電制御回路と、A相とB相の励磁コ
    イルの励磁電流に比例した第1、第2の検知信号が得ら
    れる第1、第2の検知回路と、第1、第2の検知回路の
    第1、第2の検知信号出力により、A相とB相の励磁コ
    イルの励磁電流が設定値を越えたときに、励磁コイルの
    通電を停止し、励磁電流が所定値まで降下したときに再
    び通電を開始する第1、第2のチョッパ回路と、A相、
    B相、@A@相、@B@相の位置検知信号のそれぞれの
    末端において、対応する励磁コイルの通電が断たれたと
    きに、該励磁コイルに蓄積された磁気エネルギを、前記
    した半導体スイッチング素子に並置されたダイオードを
    介して、次の位置検知信号により通電される励磁コイル
    に流入せしめて急速に消滅せしめ、前記した磁気エネル
    ギの放出による通電及び位置検知信号の始端部で、励磁
    電流が所定値まで立上がるまでの通電のそれぞれによる
    反トルクと減トルクを除去する電気回路とより構成され
    たことを特徴とするリラクタンス型電動機の正逆転装置
  3. (3)3相片波のリラクタンス型の電動機において、回
    転子の突極の位置を検知して、電気角で120度の巾で
    、時間的に重畳しなく、しかも順次に連続した第1、第
    2、第3の位置検知信号がサイクリックに配設されて位
    置検知信号が得られるように互いに電気角で120度離
    間して設けられた位置検知素子3個を含む位置検知装置
    と、第1の相、第2の相、第3の相の励磁コイルをそれ
    ぞれ第1、第2、第3の励磁コイルと呼称したときに、
    第1、第2、第3の励磁コイルの両端に直列に接続され
    た半導体スイッチング素子をそれぞれ第1、第2、第3
    の位置検知信号により付勢して、対応する励磁コイルの
    出力トルクの得られる電気角で180度の区間の始端よ
    り120度の区間を直流電源より通電して電動機を正転
    せしめ、若しくは、第1、第2、第3の励磁コイルの両
    端に直列接続された前記した半導体スイッチング素子を
    それぞれ第3、第1、第2の位置検知信号により付勢し
    て、対応する励磁コイルの出力トルクの得られる電気角
    で180度の区間の始端より120度の区間を直流電源
    より通電して電動機を逆転せしめる通電制御回路と、励
    磁電流に比例した検知信号が得られる検知回路と、該検
    知信号出力により、励磁コイルの励磁電流が設定値を越
    えたときに、励磁コイルの通電を停止し、励磁電流が所
    定値まで降下したときに再び通電を開始するチョッパ回
    路と、位置検知信号の末端において、対応する励磁コイ
    ルの通電が断たれたときに、該励磁コイルに蓄積された
    磁気エネルギを、前記した半導体スイッチング素子に並
    置されたダイオードを介して、次の位置検知信号により
    通電される励磁コイルに流入せしめて急速に消滅せしめ
    、前記した磁気エネルギの放出による通電及び位置検知
    信号の始端部で、励磁電流が所定値まで立上るまでの通
    電のそれぞれによる反トルクと減トルクを除去する電気
    回路とより構成されたことを特徴とするリラクタンス型
    電動機の正逆転装置。
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