JPH0564485A - ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ブラシレスモータに関し、電流消費を防止する
とともに、電力損失を少なくし、効率をよくすることを
目的とする。 【構成】複数の磁極５ａ〜５ｃが所定順に磁化されるこ
とによりロータ４が誘導されて回転するブラシレスモー
タにおいて、各磁極５ａ〜５ｃに巻回される超電導コイ
ル７と、前記各超電導コイル７に並列接続されるコンデ
ンサ１０と、各磁極５ａ〜５ｃに巻回されその磁極５ａ
〜５ｃに巻回された超電導コイル７にて誘導されるサン
プリングコイル１１と、前記サンプリングコイル１１に
基づいて動作して前記超電導コイル７及びコンデンサ１
０の並列回路に電流を正帰還するトランジスタ９とを備
えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超電導コイルを利用した
ブラシレスモータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のブラシレスモータは、コイルによ
って構成されるステータに対して順次電流を流すことに
より交番磁界（回転磁界）が発生する。そのため、永久
磁石によって構成されるロータが誘導されて回転力を得
て回転する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、コイル
によって構成されるステータに流した電流は交番磁界を
発生させるとともに、余分な電流はステータにて熱エネ
ルギーとなって消費される。従って、熱エネルギーにな
って消費される分だけモータの駆動効率が悪いという問
題がある。

【０００４】そこで、超電導材料によって構成された超
電導コイルをステータとして使用すれば、抵抗値が０で
あるため、超電導コイルでは熱エネルギーが発生しない
が、電流は一方向に流れ続けるため一定の磁界を保持し
てしまい回転磁界を得ることができないという問題があ
る。

【０００５】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであって、その目的は電流消費を防止して、電
力損失が少なく効率のよいブラシレスモータを提供する
ことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決するため、請求項１記載の発明は、複数のステータが
所定順に磁化されることによりロータが誘導されて回転
するブラシレスモータにおいて、各ステータに巻回され
る超電導コイルと、前記各超電導コイルに並列接続され
るコンデンサと、各ステータに巻回されそのステータに
巻回された超電導コイルに誘導されるサンプリングコイ
ルと、前記サンプリングコイルに基づいて動作して前記
超電導コイル及びコンデンサの並列回路に電流を正帰還
する制御回路とを備えたことをその要旨とする。

【０００７】請求項２記載の発明は、可変容量コンデン
サとしたことをその要旨とする。

【０００８】

【作用】コンデンサに充電された電荷により超電導コイ
ルとコンデンサとの間で自由振動が発生して交番電流が
流れる。そして、交番電流の一方向の電流が超電導コイ
ルに流れると、ステータはロータを吸引させて回転力を
得る方向に励磁される。このとき、一方向の電流により
サンプリングコイルには制御回路が動作する方向の誘導
電流が流れる。すると、制御回路は動作してコンデンサ
に電流を正帰還する。これにより、コンデンサに電流を
供給、つまり満充電状態とする。一方向の電流が０にな
ると制御回路及び一方向の電流によって充電されたコン
デンサの電荷により、他方向の電流が超電導コイルに流
れると、ステータはロータを反発させて回転力を得る方
向に励磁される。このとき、他方向の電流によりコンデ
ンサが充電されるとともに、サンプリングコイルに制御
回路が動作しない方向の誘導電流が流れる。そして、他
方向の電流が０になると他方向の電流によって充電され
たコンデンサの電荷により、一方向の電流が再び超電導
コイルに流れ、上記と同様の動作をして交番磁界を発生
させる。この交番磁界によりロータが回転力を得る。

【０００９】そして、超電導コイルとコンデンサとの間
で自由振動が発生し、電流が超電導コイルに流れても超
電導コイルにより電流の損失はない。従って、制御回路
の動作により電流がコンデンサに正帰還されて満充電と
なるが、供給する電流は少なくて済む。

【００１０】又、可変容量コンデンサを使用すれば、超
電導コイルとコンデンサとの間で発生する自由振動の周
期が調整され、ロータの回転数が調整される。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図１〜
図３に従って説明する。図１に示すように、円筒形状を
なす本体１の内部中央には回転軸２が回転可能に設けら
れ、この回転軸２には永久磁石３が装着されている。前
記永久磁石３には２等分されるＮ，Ｓ極が形成されてい
る。この回転軸２及び永久磁石３によってロータ４が構
成されている。前記本体１の内周面には１２０°毎に前
記ロータ４に向かって突出する磁極５ａ〜５ｃが３個固
着されている。前記磁極５ａ〜５ｃには該磁極５ａ〜５
ｃをそれぞれ励磁して回転磁界（交番磁界）を発生させ
る励磁回路６ａ〜６ｃが設けられている。

【００１２】次に、この励磁回路６ａ〜６ｃの構成につ
いて説明するが、各励磁回路６ａ〜６ｃは同一構成のた
め励磁回路６ａのみについて説明し、他の励磁回路６
ｂ，６ｃについては同一番号を付して説明を省略する。

【００１３】図１，図２に示すように、磁極５ａには励
磁回路６ａの超電導コイル７が巻回され、その一端が電
源８の正極に他端が増幅回路としてのトランジスタ９の
コレクタに接続されている。前記超電導コイル７に対し
てコンデンサ１０が並列に接続されている。又、前記磁
極５ａにはサンプリングコイル１１が巻回され、該サン
プリングコイル１１には前記超電導コイル７に流れる電
流Ｉ１によって誘導電流Ｉ３が流れるようになってい
る。前記サンプリングコイル１１の一端は前記トランジ
スタ９のベースに接続されるとともに、他端は電源８の
負極に接続されている。又、前記トランジスタ９のエミ
ッタは電源８の負極に接続されている。

【００１４】図２，図４の実線にて示す方向に電流Ｉ１
が超電導コイル７に流れると、磁極５ａの先端がＮ極と
なるように超電導コイル７は巻回されている。又、サン
プリングコイル１１はこの電流Ｉ１によって実線にて示
す方向に誘導電流Ｉ３が流れてトランジスタ９をオン動
作させるように巻回されている。このとき、ロータ４に
おける永久磁石３のＳ極が吸引され、図２においてロー
タ４は時計方向に回転しようとする回転力を得ることが
できる。

【００１５】又、前記超電導コイル７に流れる電流Ｉ１
は磁極５ａを励磁するとともに、コンデンサ１０に充電
され、トランジスタ９のコレクタ側の端子が負極、電源
８の正極側が正極となるように充電されるようになって
いる。このとき、トランジスタ９がオン動作しているこ
とから電源８からコンデンサ１０に正帰還となる電流Ｉ
２が流れ、コンデンサ１０は満充電状態に充電される。

【００１６】逆に、図５の実線にて示す逆方向に電流−
Ｉ１が超電導コイル７に流れると、磁極５ａの先端がＳ
極となり、サンプリングコイル１１はこの電流−Ｉ１に
よって実線にて示す方向に逆誘導電流−Ｉ３が流れる。
このとき、ロータ４の永久磁石３のＮ極が反発し、図２
においてロータ４は引き続き時計方向に回転しようとす
る回転力を得ることができる。又、逆誘導電流−Ｉ３に
よってトランジスタ９はオフ状態となり、電源８から超
電導コイル７及びコンデンサ１０に正帰還となる電流Ｉ
２が流れないようになっている。

【００１７】前記超電導コイル７、コンデンサ１０、サ
ンプリングコイル１１及びトランジスタ９によってコレ
クタ同調型のＬＣ発振回路が構成され、超電導コイル７
とコンデンサ１０との間にて発振、つまり電流Ｉ１の自
由振動が行われる。図２，図４にて示すように、予めト
ランジスタ９におけるコレクタ側のコンデンサ１０の一
端が正極、電源８の正極側が負極となるように充電され
たコンデンサ１０の電荷により実線にて示す方向に電流
Ｉ１が流れると、磁極５ａがＮ極に励磁されてロータ４
における永久磁石３のＳ極が吸引されてロータ４は回転
力を得る。又、前記超電導コイル７に流れる電流Ｉ１に
よってサンプリングコイル１１には誘導電流Ｉ３が流れ
トランジスタ９をオン動作させるようになっている。

【００１８】一方、前記電流Ｉ１によってコンデンサ１
０はトランジスタ９におけるコレクタ側の一端が負極、
電源８の正極側の他端が正極となるように充電される。
又、トランジスタ９がオン動作していることから電源８
から電流Ｉ２がコンデンサ１０に流れ、コンデンサ１０
は電流Ｉ１とともに電源８の電流Ｉ２によって充電され
て満充電状態となる。つまり、超電導コイル７に電流Ｉ
１が流れても抵抗値が０であるため、超電導コイル７は
電流Ｉ１によって発熱せず電流が減少しないが、図３に
示すようにコンデンサ１０に対して自由振動による充放
電を行うことにより若干電流が減少する。この減少分を
電源８によって供給する。

【００１９】そして、電流Ｉ１が０となると図５に示す
ようにコレクタ側の一端が負極、電源８の正極側の他端
が正極となるように充電されたコンデンサ１０の電荷に
より逆電流−Ｉ１が超電導コイル７に流れるようになっ
ている。この逆電流−Ｉ１により磁極５ａの先端はＳ極
に励磁され、ロータ４における永久磁石３のＮ極が吸引
されてロータ４は回転力を得る。又、逆電流−Ｉ１によ
りサンプリングコイル１１には逆誘導電流−Ｉ３が流
れ、トランジスタ９のベースにはこの逆誘導電流−Ｉ３
が流れ込んでトランジスタ９がオフ動作する。

【００２０】一方、前記逆電流−Ｉ１によってコンデン
サ１０は図４に示すようにトランジスタ９のコレクタ側
が正極、電源８の正極側が負極となるように充電され
る。このとき、トランジスタ９はオフ動作しているた
め、電源８から正帰還となる電流Ｉ２は超電導コイル７
及びコンデンサ１０に流れない。

【００２１】前記各磁極５ａ〜５ｂに設けられた励磁回
路６ａ〜６ｂの動作は全て同じである。従って、各励磁
回路６ａ〜６ｃの順に１２０°ずつ位相を持たせるよう
に各励磁回路６ａ〜６ｃの超電導コイル７とコンデンサ
１０との間で自由振動を発生させれば、磁極５ａから磁
極５ｃの順にＮ極となる回転磁界が発生するため、ロー
タ４における永久磁石３のＳ極が順に吸引され、ロータ
４は時計方向に回転する回転力を得るようになってい
る。

【００２２】次に、上記のように構成されたブラシレス
モータの作用について説明する。まず、図４に示す極性
に充電されたコンデンサ１０の電荷により電流Ｉ１が超
電導コイル７に流れ、磁極５ａの先端をＮ極に励磁す
る。すると、図１に示す永久磁石３のＳ極が吸引されて
ロータ４は時計方向に回転する回転力を得る。又、電流
Ｉ１はコンデンサ１０に流れて図５に示す極性となるよ
うに充電される。

【００２３】一方、図４に示すように超電導コイル７に
流れる電流Ｉ１によってサンプリングコイル１１には誘
導電流Ｉ３が流れ、トランジスタ９をオン動作させる。
そのため、電源８によって正帰還となる電流Ｉ２がコン
デンサ１０に流れ、コンデンサ１０を満充電状態にす
る。つまり、図３に示すように超電導コイル７とコンデ
ンサ１０との間で自由振動する電流Ｉ１の減少分を電流
Ｉ２によってこのとき補給する。

【００２４】そして、超電導コイル７に流れる電流Ｉ１
が０になると、図５に示す極性に充電されたコンデンサ
１０によって超電導コイル７に逆電流−Ｉ１が流れ、磁
極５ａの先端をＳ極に励磁する。すると、永久磁石３の
Ｎ極が吸引されてロータ４は時計方向に回転する回転力
を得る。又、逆電流−Ｉ１はコンデンサ１０に流れて図
４に示すようにトランジスタ９のコレクタ側が正極、電
源８の正極側が負極となるように充電される。

【００２５】一方、図５に示すように超電導コイル７に
流れる逆電流−Ｉ１によってサンプリングコイル１１に
は逆誘導電流−Ｉ３が流れ、トランジスタ９をオフ動作
させる。そのため、電源８から正帰還となる電流Ｉ２が
コンデンサ１０に流れることを阻止する。従って、図３
に示すように逆電流−Ｉ１はコンデンサ１０等の充電効
率により若干減少した値となる。

【００２６】その後、逆電流−Ｉ１が０になると再び図
４に示す極性に充電されたコンデンサ１０によって超電
導コイル７に電流Ｉ１が流れ始め、上述と同様の動作を
繰り返す。従って、各励磁回路６ａ〜６ｃを上記と同様
に動作させることにより、各磁極５ａ〜５ｃに交番磁界
を発生させることができる。そして、図６に示すように
各励磁回路６ａ〜６ｃにおける超電導コイル７とコンデ
ンサ１０との間の自由振動の波形をそれぞれ１２０°ず
つ位相を持たせることにより、例えばＮ極の最大磁極が
磁極５ａ〜５ｃの順に移動することになる。従って、永
久磁石３のＳ極が最大磁極となる磁極５ａ〜５ｃに順に
吸引され、ロータ４は時計方向に回転する。

【００２７】従って、各励磁回路６ａ〜６ｃにおける超
電導コイル７とコンデンサ１０との間にて自由振動を行
わせるとき、電流Ｉ１及び逆電流−Ｉ１が超電導コイル
７を流れても抵抗値が０であるため、超電導コイル７が
発熱することなく極性が入れ替わるコンデンサ１０の充
放電が行われる。又、コンデンサ１０の充放電効率によ
り若干逆電流−Ｉ１が減少するため、トランジスタ９の
オン動作時に電源８から正帰還となる電流Ｉ２によって
コンデンサ１０が満充電状態にするが、減少率が小さい
ので少ない電力の供給で行うことができる。

【００２８】この結果、無損失の超電導コイル７を使用
したことにより、必要最低限の電力によって効率よくロ
ータ４を回転させることができる。本実施例において
は、３個の磁極５ａ〜５ｃを１２０°毎に配設したが、
複数の磁極を設けることも可能である。又、本実施例は
コレクタ同調型ＬＣ発振回路を利用して励磁回路６ａ〜
６ｃをそれぞれ構成したが、ベース同調型ＬＣ発振回
路、エミッタ同調型ＬＣ発振回路を利用して励磁回路６
ａ〜６ｃを構成することも可能である。

【００２９】又、ロータ４は永久磁石３を使用して構成
したが、超電導コイルを使用して構成することも可能で
ある。更に、電源８の接続を次のように変更、即ち、電
源８の正極をトランジスタ９のコレクタに、負極を超電
導コイル７及びコンデンサ１０の並列回路にそれぞれ接
続することも可能である。

【００３０】更に、前記本発明は前記実施例に限定され
るものではなく、次のように構成することも可能であ
る。つまり、図７に示すように、コンデンサ１０の代わ
りに可変容量コンデンサ１５を使用し、トランジスタ９
のコレクタ側における可変容量コンデンサ１５の一端に
駆動制御装置１７に検出信号を出力する変流器１６を設
け、電源８の正極側における可変容量コンデンサ１５の
他端に駆動制御装置１７により開閉制御されるリレー１
８を設ける。更に、各磁極５ａ〜５ｃとロータ４との間
にはロータ４における永久磁石３の磁極の変化を検出し
駆動制御装置１７に検出信号を出力するホール素子１９
を配置する。

【００３１】そして、超電導コイル７と可変容量コンデ
ンサ１５との間の自由振動により電流Ｉ１又は逆電流−
Ｉ１が流れると、この電流Ｉ１又は逆電流−Ｉ１を変流
器１６が検出する。この検出信号に基づいて駆動制御装
置１７はリレー１８をオン動作させて可変容量コンデン
サ１５を充電する。

【００３２】電流Ｉ１又は逆電流−Ｉ１が０になったこ
とを変流器１６が検出すると、駆動制御装置１７はリレ
ー１８をオフ動作させて可変容量コンデンサ１５の電荷
によって超電導コイル７に電流Ｉ１又は逆電流−Ｉ１を
流さないようにする。そして、ホール素子１９がロータ
４における永久磁石３の磁極の変化を検出したとき、駆
動制御装置１７はリレー１８をオン動作させて、電流Ｉ
１又は逆電流−Ｉ１を超電導コイル７に流し、磁極５ａ
〜５ｃを励磁する。これにより、ロータ４は回転力を得
て回転する。

【００３３】通常、各励磁回路６ａ〜６ｃにおける超電
導コイル７と可変容量コンデンサ１５との間の自由振動
数（発振周波数）が同期していないと、ロータ４が各磁
極５ａ〜５ｃによってうまく誘導されないことがあり、
モータの回転効率が低下したりロータ４が回転できなく
なる場合がある。

【００３４】この場合、ホール素子１９によって永久磁
石３の磁極の変化を検出したとき、リレー１８をオン動
作させて超電導コイル７に電流Ｉ１又は−Ｉ１を流すよ
うにしたので、各励磁回路６ａ〜６ｃの同期を調整する
ことができ、ロータ４が磁極５ａ〜５ｃによってロータ
４がうまく誘導されてロータ４の回転が維持されるとと
もに、効率よくロータ４を回転させることができる。

【００３５】又、可変容量コンデンサ１５を使用したこ
とにより、超電導コイル７と可変容量コンデンサ１５と
の間の自由振動の周期を任意に調整することができるた
め、ロータ４の回転数を容易に制御（調整）することが
できる。

【００３６】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、電
流がロータにて消費されることを防止して、電力損失が
少なく効率がよいという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のブラシレスモータを示す構成図であ
る。

【図２】励磁回路の超電導コイル及びサンプリングコイ
ルが磁極に対して巻回されている状態を示す一部拡大構
成図である。

【図３】超電導コイルとコンデンサとの間における自由
振動の波形を示す波形図である。

【図４】超電導コイルに電流が流れたときトランジスタ
がオン動作すること説明する電気回路図である。

【図５】超電導コイルに逆電流が流れたときトランジス
タがオフ動作すること説明する電気回路図である。

【図６】ロータを回転させるために各励磁回路の超電導
コイルとコンデンサとの間における自由振動の波形を１
２０°づつ位相を異ならせたことを示す波形図である。

【図７】本発明の別例を示すブラシレスモータの構成図
である。

【符号の説明】

４…ロータ、５ａ〜５ｃ…ステータとしての磁極、７…
超電導コイル、９…増幅回路としてのトランジスタ、１
０…コンデンサ、１１…サンプリングコイル、１５…可
変容量コンデンサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のステータが所定順に磁化されるこ
   とによりロータが誘導されて回転するブラシレスモータ
   において、 各ステータに巻回される超電導コイルと、 前記各超電導コイルに並列接続されるコンデンサと、 各ステータに巻回されそのステータに巻回された超電導
   コイルにて誘導されるサンプリングコイルと、 前記サンプリングコイルに基づいて動作して前記超電導
   コイル及びコンデンサの並列回路に電流を正帰還する制
   御回路とを備えたことを特徴とするブラシレスモータ。
2. 【請求項２】 可変容量コンデンサとしたことを特徴と
   する請求項１のブラシレスモータ。