JPH05207784A - リラクタンス型３相高速電動機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 回転子径の小さいリラクタンス型電動機を高
速、高効率で運転制御する。 【構成】 ２個の磁性体回転子の突極と、等ピッチの固
定電機子スロット１２個と、スロットに巻かれた電機子
コイル３２を有し、突極の回転位置を検知し信号を得る
位置検知装置と、電機子コイルの電源負極側に接続され
たスイッチング素子２０と、位置検知信号の巾により通
電する通電制御回路とを有し、スイッチング素子が不導
通に転化した時、電機子コイル３２に蓄積された磁気エ
ネルギーをコンデンサ４１に流入充電し通電電流の降下
を急速にし、通電が開始された時にはスイッチング素子
２０と同期して導通する半導体素子５を介してコンデン
サ４１に蓄積した電荷を流出させ通電電流の立上りを急
速とする。また電機子コイルの電流が所定値を越えた時
には通電を停止し、所定時間後に通電するチョッパ回路
とより構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】リラクタンス型の電動機を小型化
し、高速化できるのでドリルマシンの駆動源として利用
できる。その他小型で高速を必要とする駆動源として利
用される。

【０００２】

【従来の技術】リラクタンス型電動機は、出力トルクが
大きく、マグネット回転子が不要であると言う利点があ
るが、反面に欠点も多いので実用化された例はほとんど
ない。小型化と高速化は更に困難な技術となっているの
で実用化された例はない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】第１の課題 従来の手
段によると、電機子コイルの通電制御の為のスイッチン
グ素子は電機子コイルの両端に挿入されているので、高
価なパワ素子の数が多くなり、コストが上昇する問題点
がある。又電源正極側のスイッチング素子は、導通制御
の為の入力電気信号が別電源となり、高価となる欠点が
ある。 第２の課題 リラクタンス型電動機の場合には、回転子
の突極の数が多く、インダクタンスが大きいので、磁極
と突極に蓄積され若しくは放出される磁気エネルギの量
が大きく、又１回転毎の蓄積と放出の回数が多い。従っ
て、出力トルクは大きい長所がある反面に低速となる問
題点がある。突極数が多い為に径の小さい小型の電動機
を得ることができない問題点がある。 上述した低速とは毎分３００回転位、又高速とは毎分６
万回転位を示すものである。 第３の課題 マグネット回転子を有する直流電動機と比
較すると、電機子コイルのインダクタンスが著しく大き
いので、通電初期の電流の立上がりがおそく、又通電停
止時の電流の降下がおくれる。前者は出力トルクを減少
し、後者は反トルクを発生する問題点がある。通電初期
の立上がりを速くする為に電源を高電圧とすると、磁気
飽和点以降で鋭い電流の立上がりが発生する。この為
に、振動と電気ノイズを発生し、又上述した電流の立上
がる区間は、トルクの小さい区間なので、欠点のみが助
長される問題点がある。上述した減トルクと反トルクの
発生することにより高速化（毎分数万回転）は不可能と
なる問題点がある。突極数が多いので１回転する時の磁
気エネルギの出入の回数が多く鉄損が増大し、従って高
速とすると効率が劣化する問題点がある。 高速とする為に印加電圧を上昇すると６００ボルト以上
となり実用性が失なわれる不都合がある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】固定電機子と磁性体回転
子を備えた３相片波通電のリラクタンス型直流電動機に
おいて、磁性体回転子の外周回転面に等しい巾と離間角
で配設された２個の突極と、固定電機子内周面に等しい
離間角で配設された１２個のスロットと、１番目と４番
目のスロットに捲回されたコイルならびに７番目と１０
番目のスロットに捲回されたコイルを直列若しくは並列
に接続した第１の相の電機子コイルと、３番目と６番目
のスロットに捲回されたコイルならびに９番目と１２番
目のスロットに捲回されたコイルを直列若しくは並列に
接続した第２の相の電機子コイルと、５番目と８番目の
スロットに捲回されたコイルならびに１１番目と２番目
のスロットに捲回されたコイルを直列若しくは並列に接
続した第３の相の電機子コイルと、突極の回転位置を検
出する位置検知素子の出力により電気角で１２０度の巾
で互いに２４０度離間した第１の相の位置検知信号及び
これ等より電気角で１２０度位相のおくれた第２の相の
位置検知信号及びこれ等より電気角で１２０度位相のお
くれた第３の相の位置検知信号が得られる位置検知装置
と、第１，第２，第３の相の各電機子コイルの電源負極
側に挿入された１個のスイッチング素子と、各電機子コ
イルの電源正極側に順方向に挿入された１個の第１のダ
イオードと、該ダイオードと電機子コイルとスイッチン
グ素子の直列接続体に供電する直流電源と、第１，第
２，第３の相の位置検知信号によりそれぞれ対応する第
１，第２，第３の相の電機子コイルに接続したスイッチ
ング素子を位置検知信号の巾だけ導通して電機子コイル
を通電せしめて出力トルクを得る通電制御回路と、スイ
ッチング素子が位置検知信号の末端で不導通に転化した
ときに、該スイッチング素子と電機子コイルとの接続点
より、第２のダイオードを介して電機子コイルに蓄積さ
れた磁気エネルギを小容量のコンデンサに流入充電して
保持し、電機子コイルの通電電流の降下を急速とする電
気回路と、磁性体回転子が設定された角度だけ回転し
て、位置検知信号により導通されるスイッチング素子を
介して電機子コイルの通電が開始されたときに、該スイ
ッチング素子の導通と同期して導通される半導体素子を
介して、第１のダイオードと該電機子コイルの接続点よ
り前記した小容量のコンデンサに蓄積した静電エネルギ
を流入せしめて通電電流の立上りを急速とする電気回路
と、電機子コイルの通電電流が所定値を越えて増大した
ことを検出して検出電気信号を得る検出回路と、該検出
電気信号により該電機子コイルの通電を停止し、所定時
間後に通電せしめることにより通電電流を所定値に保持
するチョッパ回路とより構成されたものである。

【０００５】

【作用】電機子コイルの通電が断たれたときに、磁気エ
ネルギが小容量のコンデンサに充電されるのでその放出
時間がみじかくなり反トルクの発生が防止され、又該コ
ンデンサの高電圧が次に通電される電機子コイルに印加
されるので、通電電流の立ち上りが急速となり減トルク
の発生が抑止される。従って高速化できる作用があり第
２，第３の課題が解決される。突極数が２個で３相片波
の通電となっているので、１回転するときの磁気エネル
ギの出入回数が少なく、高速回転の場合に鉄損を小さく
することができて効率の劣化を防止する作用がある。又
径の小さい電動機とすることができる。

【０００６】チョッパ回路が付設されるので、電機子コ
イルの通電電流値を所定値に保持する作用に付加して次
に述べる作用がある。電機子コイルの電流値が所定値を
越えると該電機子コイルに接続したスイッチング素子が
不導通に転化するので、電機子コイルの磁気エネルギの
１部が小容量のコンデンサに充電される。従ってチョッ
パ周波数に比例した静電エネルギが充電して保持され
る。位置検知信号の末端で通電が断たれたときの磁気エ
ネルギが更に加算して小容量のコンデンサに充電され
る。このコンデンサの静電エネルギが次に通電される電
機子コイルの電流の立上りをより急速としている。電機
子コイル間を磁気エネルギが移動するときに、磁極の鉄
損と電機子コイルの銅損により、電流の立上りが中途で
ゆるくなる不都合があるが、上述した手段により、立上
りが充分に速くなり矩形波に近い通電電流とすることの
できる作用がある。電源電圧が低い場合に特に有効であ
る。電機子コイルの通電制御の為のスイッチング素子は
電源負極側に１個が挿入されているのみなので、高価な
回路素子の数を１／２とすることができ、又電源負極側
にスイッチング素子があるので、その導通制御の回路が
簡素化される。従って第１の課題を解決する作用があ
る。

【０００７】

【実施例】図１以降について本発明の実施例を説明す
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。次に本発明が適用される３相片波のリラク
タンス型の電動機の構成について説明する。図１は、固
定電機子と回転子の平面図である。図１において、記号
１は回転子で、その突極１ａ，１ｂの巾は１８０度（機
械角で９０度）でそれぞれは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、スロット１２個が等しい離
間角で設けられそれぞれ記号１６ａ，１６ｂ，…及び１
７ａ，１７ｂ，…で示されている。記号９は外筺となる
円筒である。スロット１６ａ，１６ｂ及びスロット１７
ａ，１７ｂにはそれぞれ１個のコイルが捲回され、２個
のコイルは直列若しくは並列に接続されて第１の相の電
機子コイルとなる。本実施例では直列接続されている。
スロット１６ｃ，１６ｄ及びスロット１７ｃ，１７ｄに
はそれぞれ１個のコイルが捲回され、２個のコイルは直
列に接続されて第２の相の電機子コイルとなる。スロッ
ト１６ｅ，１６ｆ及びスロット１７ｅ，１７ｆにはそれ
ぞれ１個のコイルが捲回され、２個のコイルは直列に接
続され第３の相の電機子コイルとなる。

【０００８】スロット１７ｅ，１７ｄ，１７ｆ，１６ｃ
は点線丸印で略示されている。点線７ａ，７ｂの挟角は
機械角で９０度となり、点線７ｃ，７ｄの挟角は同じ角
度となっている。矢印Ａは回転子１の回転方向で、突極
１ａ，１ｂの巾は機械角で９０度となり、互いに同じ角
度だけ離間する。図２は回転子１と電機子コイルの展開
図である。図２において、電機子コイル９ａ，９ｂは前
述した第１の相の電機子コイルを示し、電機子コイル９
ｃ，９ｄ及び電機子コイル９ｅ，９ｆはそれぞれ前述し
た第２，第３の相の電機子コイルを示している。第１，
第２，第３の相の電機子コイルの導出端子は記号８ａ，
８ｂ及び８ｃ，８ｄ及び８ｅ，８ｆで示される。固定電
機子１６も回転子１と同じく珪素鋼板積層体により作ら
れている。

【０００９】点線１ｃ，１ｄで示す斜線部にはプラスチ
ック材が充填されているが、これは高速回転時に空気の
摩擦損失を防止する為のものである。上述した第１，第
２，第３の相の電機子コイルを以降はそれぞれ電機子コ
イル３２ａ，電機子コイル３２ｂ，電機子コイル３２ｃ
と呼称する。電機子コイル３２ｂが通電されていると、
突極１ａ，１ｂ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、電機子コイル３２ｂの
通電が断たれ、電機子コイル３２ｃが通電される。更に
１２０度回転すると、電機子コイル３２ｃの通電が断た
れて、電機子コイル３２ａが通電される。通電モードは
１２０度の回転毎に、電機子コイル３２ａ→電機子コイ
ル３２ｂ→電機子コイル３２ｃ→とサイクリツクに交替
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、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。

【００１０】コイル１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、突極１
ａ，１ｂ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１
ａ，１ｂの側面に空隙を介して対向している。コイル１
０ａ，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。図３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。図３におい
て、コイル１０ａ，抵抗１５ａ，１５ｂ，１５ｃはブリ
ッジ回路となり、コイル１０ａか突極１ａ，１ｂ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１１ｂ，コンデンサ１２ｂよりなるローパスフ
イルタの出力は等しく、オペアンプ１３の出力はローレ
ベルとなる。記号１０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，１ｂ，
…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１３の出力はハイレベルと
なる。

【００１１】ブロック回路１８の入力は、図１０のタイ
ムチヤートの曲線３３ａ，３３ｂ，…となり、反転回路
１３ａを介する入力は、曲線３３ａ，３３ｂ，…を反転
したものとなる。図３のブロック回路１４ａ，１４ｂ
は、それぞれコイル１０ｂ，１０ｃを含む上述したブロ
ック回路と同じ構成のものを示すものである。発振器１
０は共通に利用することができる。ブロック回路１４ａ
の出力及び反転回路１３ｂの出力は、ブロック回路１８
に入力され、それらの出力信号は、図１０において、曲
線３４ａ，３４ｂ，…，及び曲線３４ａ，３４ｂ，…を
反転したものとなる。ブロック回路１４ｂの出力及び反
転回路１３ｃの出力は、ブロック回路１８に入力され、
それらの出力信号は、図１０において、曲線３５ａ，３
５ｂ，…及びこれを反転したものとなる。曲線３３ａ，
３３ｂ，…に対して、曲線３４ａ，３４ｂ，…は位相が
１２０度おくれ、曲線３４ａ，３４ｂ，…に対して、曲
線３５ａ，３５ｂ，…は位相が１２０度おくれている。
ブロック回路１８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１８ａ，１８ｂ，１８ｃより１２０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１
８ａ，１８ｂ，１８ｃの出力は、図１０において、それ
ぞれ曲線３６ａ，３６ｂ，…，曲線３７ａ，３７ｂ，
…，曲線３８ａ，３８ｂ，…として示されている。コイ
ル１０ａ，１０ｂ，１０ｃの対向する突極１ａ，１ｂ…
の代りに、図１の回転子１と同期回転する同じ形状のア
ルミニユーム板を用いても同じ効果がある。コイル１０
ａ，１０ｂ２個のみによっても同じ位置検知信号を得る
手段がある。次にその説明をする。図２において、外周
に突出部３ａ，３ｂ（この巾は１２０度）を有するアル
ミニューム円板３は回転子１と同期回転するように構成
され、コイル１０ａ，１０ｂは突出部３ａ，３ｂの面に
空隙を介して対向している。コイル１０ａが突出部に対
向しているときの図３のオペアンプ１３の出力は図１０
の曲線３６ａ，３６ｂ，…となる。コイル１０ｂが突出
部に対向しているときの図３のブロック回路１４ａの出
力は図１０の曲線３７ａ，３７ｂ，…となる。オペアン
プ１３の出力とブロック回路１４ａの出力をアンド回路
により加算し、該アンド回路の出力を反転回路により反
転すると、曲線３８ａ，３８ｂ，…の電気信号が得られ
る。従って第１，第２，第３の相の位置検知信号が得ら
れて同じ目的が達成される。

【００１２】電機子コイルの通電手段を図５につき次に
説明する。電機子コイル３２ａ，３２ｂ，３２ｃの下端
には、それぞれトランジスタ２０ａ，及び２０ｂ及び２
０ｃが挿入されている。トランジスタ２０ａ，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。本実施例では、トラン
ジスタ２０ａ，２０ｂ，２０ｃは電機子コイルの下端即
ち電源負極側にあるので、その導通制御の入力回路は簡
素化される特徴がある。図４に示すものが従来周知の手
段で、電機子コイル６ａ，６ｂの両端にトランジスタ１
９ａ，１９ｂ，…が挿入されている。従って電機子コイ
ルの２倍の数のトランジスタとなる。トランジスタ１９
ａ，１９ｂ，…は、パワ素子となるので高価となり、電
源正極側のトランジスタ１９ａ，１９ｃは、端子１９−
１，１９−２の入力により導通制御をする場合に、別電
源が必要となり、この回路が高価となる。上述した２つ
の欠点がある。本発明装置によるとこの欠点が除去され
る特徴がある。電機子コイルの通電時に、その大きいイ
ンダクタンスの為に立上がりがおくれ、又通電の停止時
に、ダイオード６ｃ，６ｄを介して蓄積磁気エネルギが
電源側に還流するが、このときの電流の降下もおくれ
る。この為に回転速度と効率が低下する。電源電圧を上
昇すると上述した不都合が除去されるが、１Ｋｗ出力で
１万回転／毎分とすると、印加電圧は１０００ボルト以
上となり実用性がなくなる。本発明によると、かかる欠
点も除去される。

【００１３】次に図５につき詳細を説明する。端子４２
ａ，４２ｂ，４２ｃより、図１０の位置検知信号曲線３
６ａ，３６ｂ，…，曲線３７ａ，３７ｂ，…，曲線３８
ａ，３８ｂ，…が入力される。上述した入力信号によ
り、トランジスタ２０ａ，２０ｂ，２０ｃがアンド回路
２４ａ，２４ｂ，２４ｃを介してベース入力が得られて
導通して、電機子コイル３２ａ，３２ｂ，３２ｃが通電
される。端子４０は電機子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。電源スイッチ（図示せ
ず）を投入すると、オペアンプ４０ａの＋端子の入力は
−端子のそれより低いので、オペアンプ４０ａの出力は
ローレベルとなり、反転回路２８ｂの入力もローレベル
なのでその出力はハイレベルとなり、トランジスタ２０
ａが導通して、電圧が電機子コイルの通電制御回路に印
加される。抵抗２２ａは、電機子コイル３２ａ，３２
ｂ，３２ｃの電機子電流を検出する為の抵抗である。ブ
ロック回路Ｇ，Ｈは、電機子コイル３２ｂ，３２ｃの通
電制御の為の電気回路で、電機子コイル３２ａの通電制
御回路と同様な構成となっている。トランジスタ２０
ａ，ダイオード４９ａに対応する部材となるダイオード
４９ｂ，４９ｃ及びトランジスタ２０ｂ，２０ｃのみが
ブロック回路Ｇ，Ｈに付加されている。

【００１４】上述した位置検知信号曲線の１つが図９の
タイムチヤートの１段目に曲線３６ａとして示されてい
る。図４において、この曲線３６ａの巾だけ電機子コイ
ルが通電される。矢印２３ａは通電角１２０度を示して
いる。通電の初期では、電機子コイルのインダクタンス
の為に立上がりがおくれ、通電が断たれると、蓄積され
た磁気エネルギが、図４のダイオード６ｃ，６ｄを介し
て電源に還流放電されるので、点線Ｊの右側の曲線２５
の後半部のように降下する。正トルクの発生する区間
は、矢印２３で示す１８０度の区間なので、反トルクの
発生があり、出力トルクと効率を減少する。高速回転と
なるとこの現象は著しく大きくなり使用に耐えられぬも
のとなる。

【００１５】反トルク発生の時間巾は、高速となっても
変化しないが、正トルク発生の区間２３の時間巾は回転
速度に比例して小さくなるからである。位置検知信号曲
線３７ａ，３８ａによる電機子コイルの通電についても
上述した事情は同様である。曲線２５の立上がりもおく
れるので、出力トルクが減少する。即ち減トルクが発生
する。これは、磁極と突極により磁路が閉じられている
ので大きいインダクタンスを有しているからである。リ
ラクタンス型の電動機は大きい出力トルクを発生する利
点がある反面に回転速度を上昇せしめることができない
欠点があるのは、上述した反トルクと減トルクの発生の
為である。本発明装置は、図５の逆流防止用のダイオー
ド４９ａ及び小容量のコンデンサ４１ａ及びダイオード
４９ａ，２１ａ及び半導体素子４ａ，４ｂ，５ａ等を付
設して上述した欠点を除去し、又電機子コイルの通電制
御のスイッチング素子（記号２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）
を電源負電圧側に１個のみ使用したことに特徴を有する
ものである。曲線３６ａの末端で通電が断たれると、電
機子コイル３２ａに蓄積された磁気エネルギは、逆流防
止用ダイオード４９ａにより、直流電源側に還流しない
でダイオード２１ａを介して、コンデンサ４１ａを図示
の極性に充電して、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電流が急速に降下する。

【００１６】図９のタイムチヤートの１段目の曲線２
７，２７ａ，２７ｂは、電機子コイル３２ａを流れる電
流曲線でその両側の点線間が１２０度となっている。通
電電流は曲線２７ｂのように急速に降下して反トルクの
発生が防止され、コンデンサ４１ａは高電圧に充電して
保持される。次に位置信号曲線３６ｂにより、トランジ
スタ２０ａが導通して再び電機子コイル３２ａが通電さ
れるが、このときの印加電圧は、コンデンサ４１ａの充
電電圧と電源電圧（端子２ａ，２ｂの電圧）の両者とな
るので、電機子コイル３２ａの電流の立上りが急速とな
る。この現象により、曲線２７のように急速に立上る。
立上りの通電曲線２７は中途で図示のように立上りがお
そくなる。これは磁気エネルギが電機子コイル間を移動
するときに、コイルの銅損と磁極の鉄損により熱エネル
ギに転化して消滅するからである。かかる不都合を除去
する手段については後述する。以上の説明のように、減
トルクと反トルクの発生が除去され、又矩形波に近い通
電となるので、出力トルクが増大する。上述した場合の
ＳＣＲ（制御整流素子）５ａとトランジスタ４ａ，４ｂ
の作用を次に説明する。端子４２ａに位置検知信号が入
力されるとトランジスタ２０ａが導通する。このときに
ブロック回路４にも位置検知信号が入力される。ブロッ
ク回路４には微分回路と単安定回路が含まれ、位置検知
信号の始端部の微分パルスにより単安定回路が付勢さ
れ、設定された巾の電気パルスの出力でトランジスタ４
ｂ，４ａがその巾だけ導通する。従ってＳＣＲ５ａのゲ
ート電流が得られて導通する。従ってコンデンサ４１ａ
の＋極→ＳＣＲ５ａ→電機子コイル３２ａ→トランジス
タ２０ａ→ダイオード２１ｄ→コンデンサ４１ａの−極
の順で放電される。放電の終了とともに、ＳＣＲ５ａ，
トランジスタ４ａ，４ｂは不導通に転化する。

【００１７】次にチョッパ回路について説明する。電機
子コイル３２ａの電流が増大して、その検出の為の抵抗
２２ａの電圧降下が増大し、基準電圧端子４０の電圧
（オペアンプ４０ａの−端子の入力電圧）を越えると、
オペアンプ４０ａの出力がハイレベルに転化するので、
微分回路４０ｂより微分パルスが得られ、単安定回路２
８ａを付勢して所定の巾のパルス電気信号が得られる。
反転回路２８ｂの出力はローレベルにその巾だけ転化す
るので、アンド回路２４ａの出力も同じ巾だけローレベ
ルとなり、トランジスタ２０ａもその巾だけ不導通に転
化する。従って電機子コイルの電流（電機子電流）は降
下し、ダイオード２１ａを介してコンデンサ４１ａを充
電する。単安定回路２８ａの出力信号が消滅すると、反
転回路２８ｂ，アンド回路２４ａの出力は再びハイレベ
ルに転化して、トランジスタ２０ａが導通して電機子電
流が増大し始める。電機子電流が設定値を越えると、オ
ペアンプ４０ａの出力が再びハイレベルに転化してトラ
ンジスタ２０ａは、単安定回路２８ａの出力パルス巾だ
け不導通に転化して電機子電流は降下する。かかるサイ
クルを繰返すチョッパ回路となり、電機子電流は基準電
圧端子４０の電圧に規制された電流値となる。図９の曲
線２７ａはチョッパ制御の電流を示している。基準電圧
端子４０の電圧を回転速度に比例した電圧により制御す
る周知の手段により定速制御を行なうこともできる。

【００１８】上述したチョッパ作用があるときに、単安
定回路２８ａの出力パルスの回数だけコンデンサ４１ａ
は繰返して充電されて電圧が上昇し、静電エネルギが蓄
積される。位置検知信号の末端で、トランジスタ２０ａ
が不導通に転化すると、電機子コイル３２ａの磁気エネ
ルギの全部がコンデンサ４１ａに充電される。コンデン
サ４１ａの静電エネルギは、チョッパ周波数と電機子電
流の降下時間に対応した静電エネルギが更に付加され
る。かかる静電エネルギにより、電機子コイル３２ａが
次に通電されたときに電流が立上るので、前述した電機
子コイルの銅損と磁極の鉄損によるエネルギ損失を補填
することができる。従って電機子電流は図９の１段目の
点線曲線２７ｃのように急速に立上り、ほぼ矩形波に近
いものとなり出力トルクを増大する作用効果がある。コ
ンデンサ４１ａの容量、チョッパ電流の周波数、単安定
回路２８ａの出力パルス巾は上述した作用効果があるよ
うに調整する必要がある。電機子コイル３２ｂ，３２ｃ
もアンド回路２４ｂ，２４ｃ，トランジスタ２０ｂ，２
０ｃにより同じく電機子電流のチョッパ制御が行なわれ
る。又ブロック回路Ｇ，Ｈにより電機子電流の立上りと
降下を急速とする通電制御が行なわれる。

【００１９】電機子コイルの通電は、突極が磁極に侵入
する点より３０度の区間のいすれの点でもよい。回転速
度，効率，出力トルクを考慮して調整し、位置検知素子
となるコイル１０ａ，１０ｂ，１０ｃの固定電機子側に
固定する位置を変更する。以上の説明より理解されるよ
うに３相片波通電の電動機として効率良く、大きい出力
と高速回転を行なうことができるので本発明の目的が達
成される。図９の１段目の曲線２６ａ，２６ｂ，２６ｃ
は電機子コイルの通電曲線を示し、点線２６−１と２６
−２の間隔は位置検知信号の１２０度の巾で、点線２６
−１と２６−３の間隔は１８０度で出力トルクのある区
間である。曲線９ａ，９ｂ，９ｃは出力トルク曲線で、
点線２６−１の点で通電が開始され、同時に突極が磁極
に侵入しはじめる。曲線９ａは電機子コイルの電流が小
さいときで、トルクは平坦であるが、電流の増大ととも
にトルクピーク値は、曲線９ｂ，９ｃに示すように左方
に移動し、ピーク値の巾もせまくなる。通電の開始され
る点は、上述したトルク特性と通電電流値を考慮して突
極が磁極に侵入する点より３０度おくれた区間の中間の
点となるように位置検知コイル１０ａ，１０ｂ，１０ｃ
の固定位置を調整することがよい。コンデンサ４１ａは
小容量の方が充電電圧が高電圧となるので、通電曲線の
立上がりと降下を急速とし、高速回転の電動機を得るこ
とができ、リラクタンス型電動機の欠点となっている低
速度となる欠点が除去できる。上述したコンデンサの容
量は充電電圧が回路のトランジスタを破損しない範囲で
小容量のものを使用することがよい。コンデンサ４１ａ
を除去し、その代りに点線で示すように小容量のコンデ
ンサ４７ａを設けても本発明を実施することができる。
作用効果は同様である。電源負極２ｂ側に直列にスイッ
チング素子１６を挿入し、そのベース入力端子１６ａに
反転回路２８ｂの出力を入力せしめてもチョッパ回路を
得ることができる。この場合には、アンド回路２４ａ，
２４ｂ，２４ｃは除去され、端子４２ａ，４２ｂ，４２
ｃの入力信号によりトランジスタ２０ａ，２０ｂ，２０
ｃのそれぞれの導通制御が行なわれる。

【００２０】次に図６につき本発明による３相片波通電
の場合の通電制御回路の他の実施例を説明する。端子４
２ａ，４２ｂ，４２ｃの位置検知信号の入力は、それぞ
れ図１０の曲線３６ａ，３６ｂ，…，曲線３７ａ，３７
ｂ，…，曲線３８ａ，３８ｂ，…である。電機子コイル
３２ａ，３２ｂ，３２ｃは、１２０度の巾で順次に連続
して通電される。オペアンプ４０ａ，微分回路４０ｂ，
抵抗２２ａ，基準電圧端子４０等は、前実施例の同一記
号の部材と同じ部材で、電機子電流を設定値に保持する
チョッパ回路となる。端子４２ａの入力により通電され
ている電機子コイル３２ａの通電が断たれると、蓄積磁
気エネルギは、ダイオード２１ａ，２１ｄを介して小容
量のコンデンサ４７ａを図示の極性に高電圧に充電す
る。このときにトランジスタ２０ａは不導通に保持され
ている。回転子が２４０度回転すると、端子４２ｃの入
力により、トランジスタ２０ｃが導通して電機子コイル
３２ｃの通電が開始されるが同時にトランジスタ２０ｃ
が導通するので、コンデンサ４７ａの高電圧が印加され
て通電電流の立上がりが急速となる。コンデンサ４７ａ
の容量は小さい程電流の立上がりは急速となるが、高電
圧に充電されるので、他の半導体素子の耐電圧を考慮し
て小容量のコンデンサとする必要がある。コンデンサ４
７ａの放電電流は、電機子コイル３２ｃ，トランジスタ
２０ｃ，抵抗２２ａ，ダイオード２１ｇを介して行なわ
れる。トランジスタ２０ａが不導通に転化したときに、
電機子コイル３２ａの蓄積磁気エネルギは、ダイオード
２１ａ，２１ｄ，ＳＣＲ２３ａを介してコンデンサ４７
ａを高電圧に充電する。ＳＣＲ２３ａのゲートには、端
子４２ａの位置検知信号が入力されて導通モードにある
ので、トランジスタ２０ａのオンオフによるチョッパ作
用のあるときにコンデンサ４７ａには小量づつ電機子コ
イル３２ａの磁気エネルギが蓄積される。しかし後述す
るように、コンデンサ４７ｂが高電圧に充電されたとき
に、その電荷が電機子コイル３２ａ，ダイオード２１ａ
を介して、コンデンサ４７ａを充電して、コンデンサ４
７ｂの静電エネルギが放出されるが、このときにＳＣＲ
２３ａは不導通に転化しているので放出を防止すること
ができる。

【００２１】トランジスタ２０ｃが導通しているときに
は、ＳＣＲ２３ｃのゲートには端子４２ｃの入力信号が
入力されているので導通している。従ってチョッパ作用
のある区間で、コンデンサ４７ｃは電機子コイル３２ｃ
の磁気エネルギが小量づつ流入して静電エネルギとして
保存されている。電機子コイル３２ｃの通電が断たれる
と、蓄積磁気エネルギはダイオード２１ｃ，２１ｆを介
してコンデンサ４７ｃを充電して高電圧に保持する。回
転子が２４０度回転すると、端子４２ｂの入力により、
トランジスタ２０ｂが導通して電機子コイル３２ｂの通
電が開始されるが、電機子コイル３２ｂに、コンデンサ
４７ｃの高電圧が印加され通電電流の立上がりが急速と
なる。このときの放電電流はダイオード２１ｉを通る。

【００２２】電機子コイル３２ｂの通電が断たれると、
ダイオード２１ｂ，２１ｅを介してコンデンサ４７ｂが
高電圧に充電される。回転子が２４０度回転すると、端
子４２ａの入力によりトランジスタ２０ａが導通するの
で、コンデンサ４７ｂの高電圧により電機子コイル３２
ａがダイオード２１ｈを介して通電される。電機子コイ
ル３２ａの通電電流の立上がりが急速となる。各電機子
コイルの通電が断たれたときに、磁気エネルギが対応す
る小容量のコンデンサに流入充電するので、通電電流の
降下が急速となる。以上の説明により判るように、減ト
ルクと反トルクの発生が防止され、高速、高効率の電動
機が得られ、高価なパワ素子が電機子コイルの負極側に
１個挿入されているのみなので廉価となり本発明の目的
が達成される。コンデンサ４７ａ，４７ｂ，４７ｃの高
電圧によりそれぞれ電機子コイル３２ｃ，３２ａ，３２
ｂの通電の立上りが急速となる。ＳＣＲ２３ａ，２３
ｂ，２３ｃのベースにはそれぞれ端子４２ａ，４２ｂ，
４２ｃの入力信号（位置検知信号）が入力されている。
従ってトランジスタ２０ａ，２０ｂ，２０ｃのオンオフ
の行なわれているチョッパ制御の行なわれているとき
に、コンデンサ４７ａ，４７ｂ，４７ｃには対応する電
機子コイルの磁気エネルギが小量づつチョッパ周波数に
対応して流入充電される。従って、電機子コイル間を磁
気エネルギが移動するときに発生する銅損と鉄損による
エネルギ損失を補填して電機子電流の立上りがより急速
となる作用効果がある。

【００２３】コンデンサ４７ａ，４７ｂ，４７ｃを除去
して点線で接続されたコンデンサ４６ａ，４６ｂ，４６
ｃを設けても同じ目的が達成される。この場合にはコン
デンサ４６ａ，４６ｂ，４６ｃの負荷側にＳＣＲ２３
ａ，２３ｂ，２３ｃとダイオード２１ｇ，２１ｈ，２１
ｉに対応する回路を挿入する必要がある。前述した他の
実施例も同様であるが、ダイオード４９ａ，４９ｂ，４
９ｃは、コンデンサ４７ａ，４７ｂ，４７ｃの高電圧に
より電源側に通電されることを防止する為のものであ
る。ＳＣＲ２３ｂ，２３ｃ及びダイオード２１ｈ，２１
ｉはそれぞれＳＣＲ２３ａ，ダイオード２１ｇに対応す
る作用を行なっている。

【００２４】図７は、図６の回路の１部を変更した実施
例である。位置検知信号の末端で、トランジスタ２０
ａ，２０ｂ，２０ｃが不導通に転化すると、コンデンサ
４１ａ，４１ｂ，４１ｃはそれぞれダイオード２１ａ，
２１ｂ，２１ｃを介して高電圧に充電されて保持され
る。このときに端子４２ｃの入力位置検知信号の始端部
で得られる所定の巾の電気パルス（ブロック回路４によ
り得られる）に付勢されてトランジスタ４ａ，４ｂ，Ｓ
ＣＲ５ａが導通すると、コンデンサ４１ａの高電圧が電
機子コイル３２ｃに印加されて電流の立上りを急速とす
る。このときにトランジスタ２０ｃは導通している。ト
ランジスタ４ｄ，４ｃのベース端子４−２，４−３は、
同様な手段により得られる端子４２ａ，４２ｂの入力位
置検知信号の始端部の電気パルスが入力されているの
で、電気パルスの巾だけＳＣＲ５ｂ，５ｃは導通する。
従って、コンデンサ４１ｂ，４１ｃの高電圧により電機
子コイル３２ａ，３２ｂの通電の立上りが急速となる。
チョッパ回路の作用も図６と同様である。従って図６と
同じ通電制御が行なわれて本発明の目的が達成される。

【００２５】次に図８の実施例について説明する。図８
のコンデンサ４７ａ，４７ｂ，４７ｃ及びこれ等に代替
されるコンデンサ４６ａ，４６ｂ，４６ｃの対応する電
機子コイルの通電が断たれたときの磁気エネルギによる
充電手段は、図６と同様である。高電圧に充電されたコ
ンデンサ４７ａ，４７ｂ，４７ｃを電機子コイルに通電
して放電する手段は図７と同様となっている。トランジ
スタ４ｂのベース端子４−１には、端子４２ｃの入力位
置検知信号の始端部の電気パルスが入力されてその巾だ
けトランジスタ４ｂ，４ａ，ＳＣＲ５ａを導通してい
る。従ってトランジスタ２０ｃが導通したときの電機子
コイルの通電の立上りを急速とする。ブロック回路５８
ａ，５８ｂも上述したＳＣＲ５ａの駆動回路と同じ構成
のもので、ブロック回路５８ａは、端子４２ａの入力信
号の始端部の電気パルスによりその巾だけ導通し、ブロ
ック回路５８ｂは端子４２ｂの入力信号の始端部の電気
パルスによりその巾だけ導通される６従って対応する電
機子コイルの通電の立上りを急速とする。チョッパ回路
も前実施例と同じ作用がある。ブロック回路５８ａ，５
８ｂのいづれかを除去しても本発明を実施することがで
きる。

【００２６】

【発明の効果】第１の効果 突極数が２個なので径の小
さい電動機を得ることがでる。又高速回転のときの鉄損
を減少できる。 第２の効果 電機子コイルの通電制御の為のパワ素子が
電源負極側に１個ですみ廉価となる。 第３の効果 高速回転（毎分１０万回転位まで）の電動
機を得ることができる。高速回転時においても減トル
ク，反トルクの発生がないので有効な技術が得られる。 第４の効果 チョッパ回路により電機子電流を設定値に
保持し若しくは定速制御を行なうことができるととも
に、チョッパ作用を利用してインダクタンスコイルに蓄
積された磁気エネルギにより、電機子コイル間を磁気エ
ネルギが移動するときの電機子コイルの銅損と磁心の鉄
損を補填している。従って、電機子コイルの通電電流の
立上がりと降下を著しく急速とすることができるので、
高速で出力トルクの大きい電動機が得られる。又低電圧
電源でも駆動することができる。

【００２７】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による３相片波通電のリラクタンス型電
動機の平面図

【図２】図１の電動機の固定電機子と回転子の展開図

【図３】位置検知装置の電気回路図

【図４】従来の電機子コイルの通電制御回路図

【図５】本発明装置の電機子コイルの通電制御回路図

【図６】本発明装置の電機子コイルの通電制御回路図の
他の実施例

【図７】本発明装置の電機子コイルの通電制御回路図の
更に他の実施例

【図８】本発明装置の電機子コイルの通電制御回路図の
更に他の実施例

【図９】電機子電流のタイムチャート

【図１０】位置検知信号のタイムチャート

【００２８】

【符号の説明】

１，１ａ，１ｂ… 回転子と突極 ５ 回転軸 １６，… 電機子 １７ａ，１７ｂ，…，６ａ，６ｂ 電機子コイル ９ 外筺 １０ａ，１０ｂ，１０ｃ 位置検知コイル ３２ａ，３２ｂ，…，３２ｆ 電機子コイル Ｇ，Ｈ 電機子コイルの通電制御をするブロック回路 ４ ブロック回路 ４０ 基準電圧端子 ２ａ，２ｂ 直流電源端子 ４０ｂ 微分回路 ２８ａ 単安定回路 １４ａ，１４ｂ 位置検知信号を得るブロック回路 ９ａ，９ｂ，９ｃ… トルク曲線 ２５，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２７，２７ａ，２７
ｂ，２７ｃ… 電機子コイルの通電曲線 ６ａ，６ｂ 電機子コイル ３，３ａ，３ｂ 突極と回転子 １０ 発振器

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成４年７月２２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００４

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００４】

【課題を解決するための手段】固定電機子と磁性体回転
子を備えた３相片波通電のリラクタンス型直流電動機に
おいて、磁性体回転子の外周回転面に等しい巾と離間角
で配設された２個の突極と、固定電機子内周面に等しい
離間角で配設された１２個のスロットと、１番目と４番
目のスロットに捲回されたコイルならびに７番目と１０
番目のスロットに捲回されたコイルを直列若しくは並列
に接続した第１の相の電機子コイルと、３番目と６番目
のスロットに捲回されたコイルならびに９番目と１２番
目のスロットに捲回されたコイルを直列若しくは並列に
接続した第２の相の電機子コイルと、５番目と８番目の
スロットに捲回されたコイルならびに１１番目と２番目
のスロットに捲回されたコイルを直列若しくは並列に接
続した第３の相の電機子コイルと、突極の回転位置を検
出する位置検知素子の出力により電気角で１２０度の巾
で互いに２４０度離間した第１の相の位置検知信号及び
これ等より電気角で１２０度位相のおくれた第２の相の
位置検知信号及びこれ等より電気角で１２０度位相のお
くれた第３の相の位置検知信号が得られる位置検知装置
と、第１，第２，第３の相の各電機子コイルに直列に挿
入されたスイッチング素子と、各電機子コイルの電源正
極側に順方向に挿入された１個の第１のダイオードと、
該ダイオードと電機子コイルとスイッチング素子の直列
接続体に供電する直流電源と、第１，第２，第３の相の
位置検知信号により第１，第２，第３の相の電機子コイ
ルに接続したスイッチング素子を位置検知信号の巾だけ
導通して電機子コイルを通電せしめて出力トルクを得る
通電制御回路と、スイッチング素子が位置検知信号の末
端で不導通に転化したときに、該スイッチング素子と電
機子コイルとの接続点より、第２のダイオードを介して
電機子コイルに蓄積された磁気エネルギを小容量のコン
デンサに流入充電して保持し、電機子コイルの通電電流
の降下を急速とする電気回路と、磁性体回転子が設定さ
れた角度だけ回転して、位置検知信号により導通される
スイッチング素子を介して電機子コイルの通電が開始さ
れたときに、第１のダイオードと該電機子コイルの接続
点より前記した小容量のコンデンサに蓄積した静電エネ
ルギを流入せしめて通電電流の立上りを急速とする電気
回路と、電機子コイルの通電電流が所定値を越えて増大
したことを検出して検出電気信号を得る検出回路と、該
検出電気信号により該電機子コイルの通電を停止し、所
定時間後に通電せしめることにより通電電流を所定値に
保持するチョッパ回路とより構成されたものである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固定電機子と磁性体回転子を備えた３相片
   波通電のリラクタンス型直流電動機において、磁性体回
   転子の外周回転面に等しい巾と離間角で配設された２個
   の突極と、固定電機子内周面に等しい離間角で配設され
   た１２個のスロットと、１番目と４番目のスロットに捲
   回されたコイルならびに７番目と１０番目のスロットに
   捲回されたコイルを直列若しくは並列に接続した第１の
   相の電機子コイルと、３番目と６番目のスロットに捲回
   されたコイルならびに９番目と１２番目のスロットに捲
   回されたコイルを直列若しくは並列に接続した第２の相
   の電機子コイルと、５番目と８番目のスロットに捲回さ
   れたコイルならびに１１番目と２番目のスロットに捲回
   されたコイルを直列若しくは並列に接続した第３の相の
   電機子コイルと、突極の回転位置を検出する位置検知素
   子の出力により電気角で１２０度の巾で互いに２４０度
   離間した第１の相の位置検知信号及びこれ等より電気角
   で１２０度位相のおくれた第２の相の位置検知信号及び
   これ等より電気角で１２０度位相のおくれた第３の相の
   位置検知信号が得られる位置検知装置と、第１，第２，
   第３の相の各電機子コイルの電源負極側に挿入された１
   個のスイッチング素子と、各電機子コイルの電源正極側
   に順方向に挿入された１個の第１のダイオードと、該ダ
   イオードと電機子コイルとスイッチング素子の直列接続
   体に供電する直流電源と、第１，第２，第３の相の位置
   検知信号によりそれぞれ対応する第１，第２，第３の相
   の電機子コイルに接続したスイッチング素子を位置検知
   信号の巾だけ導通して電機子コイルを通電せしめて出力
   トルクを得る通電制御回路と、スイッチング素子が位置
   検知信号の末端で不導通に転化したときに、該スイッチ
   ング素子と電機子コイルとの接続点より、第２のダイオ
   ードを介して電機子コイルに蓄積された磁気エネルギを
   小容量のコンデンサに流入充電して保持し、電機子コイ
   ルの通電電流の降下を急速とする電気回路と、磁性体回
   転子が設定された角度だけ回転して、位置検知信号によ
   り導通されるスイッチング素子を介して電機子コイルの
   通電が開始されたときに、該スイッチング素子の導通と
   同期して導通される半導体素子を介して、第１のダイオ
   ードと該電機子コイルの接続点より前記した小容量のコ
   ンデンサに蓄積した静電エネルギを流入せしめて通電電
   流の立上りを急速とする電気回路と、電機子コイルの通
   電電流が所定値を越えて増大したことを検出して検出電
   気信号を得る検出回路と、該検出電気信号により該電機
   子コイルの通電を停止し、所定時間後に通電せしめるこ
   とにより通電電流を所定値に保持するチョッパ回路とよ
   り構成されたことを特徴とするリラクタンス型３相高速
   電動機。
2. 【請求項２】請求項１の特許請求の範囲において、電機
   子コイルの通電が停止されたときに、第２のダイオード
   を介して小容量のコンデンサに電機子コイルの磁気エネ
   ルギを流入して、チョッパ周波数に対応した回数だけ静
   電エネルギとして充電して保持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３相高速電動
   機。