JPH0832150B2 - リラクタンス型電動機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 一般の直流機より小型で高速高トルクの動力源として
使用されるものである。例えば、ルームエアコンのシロ
ッコフアン及びコンプレサの駆動源である。

誘導機，直流機の代りに一般的に使用することができ
るものである。又マグネットがないので、廉価に構成さ
れる。従って一般用の半導体電動機としても利用するこ
とができる。更に又、数万回転の電動機とした場合に、
焼結マグネットは遠心力により破損するおそれがあるの
で、一般に補強の為の装置が必要となるが、本発明装置
では、珪素鋼板のみの回転子となっているので、補強の
必要がなく、高速電動機とすることが容易なので高速電
動機として利用できる。

〔従来の技術〕

リラクタンス型の電動機は、高出力であるが、磁極数
が増加し、又界磁マグネットがないので、磁極の蓄積磁
気エネルギが著しく大きく、該エネルギの出入に時間が
かかり、周知の重ね巻き多相直流電動機のように高速度
とすることが不可能で、従って高トルク低速の電動機し
か得られていない現状にある。

更に、運転中に烈しい機械振動とこれによる騒音が発
生するので、実用化された例はない。

〔本発明が解決しようとしている課題〕

第１に、リラクタンス型の電動機は、駆動トルクに関
係のない突極と磁極間の径方向の磁気吸引力が著しく大
きく、（空隙長が0.1ミリメートル位となっている為）
各磁極と対向突極の空隙長が異なることにより、回転子
が径方向にランダムな力を受ける。この為に大きい機械
振動と騒音を発生する問題点がある。

第２に、リラクタンス型電動機は、一般の整流子電動
機のように相数を多くできない。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。

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くなり、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。

〔課題を解決する為の手段〕

回転子の突極面は、回転中に同一円周面にあるように
構成し、半周面内にある磁極と突極間の空隙長に対し
て、他の半周面内にある磁極と突極間の空隙長を異なら
しめて第１の問題点を解決している。

又、出力トルクと回転数に対応した高い直流電源を使
用し、励磁電流の立上りを急峻とし、蓄積磁気エネルギ
を電源に環流せしめることにより、急速に放電電流を消
滅している。従って、位置検知信号曲線の形状に対応し
た励磁コイルの通電を行なうことができ、又電気角で18
0度の通電角の巾の初期と末期の所定角度の通電を小さ
くして、第２の問題点を解決している。

他の手段として、出力トルクと回転速度に対応した高
い電圧の直流電源を使用し、各相の磁極励磁の為の通電
角を電気角で90度の巾としている。この巾は、一般の18
0度の位置検知信号を利用し、論理回路により処理をし
て、始端から電気角で90度（以降はすべて角度表示を電
気角とする。）の巾の位置検知信号とし、この信号の巾
だけ励磁コイルの通電を行なっている。

かかる手段により、励磁電流の巾は180度を越えるこ
とがないので、高速時においても、反トルクの発生がな
い。従って第２の問題点が解決される。

〔作用〕

半周面の磁極と突極との空隙を、例えば0.1ミリメー
トルとし、他の半周面の磁極と突極との空隙を0.12ミリ
メートルとすると、空隙長の小さい方向に回転子は常に
吸引される。

従って、回転中に回転子が、径方向に往復してランダ
ムに吸引される力が消滅するので、機械振動と騒音の発
生が抑止される作用がある。

このときに、回転子の突極円周面は完全に軸対称の面
とする必要がある。

上述した作用により第１の問題点となる課題が解決さ
れる。

又、出力トルクを指定する為の励磁電流の大きさを、
エネルギ損失のないインダクタンスによる制御を行なっ
て独立に処理している。従って、磁極の大きいインダク
タンスは出力トルクに有効に利用されている。通電巾を
電気角で180度内とし、設定された通電波形とする為
に、電源電圧を高くして、磁気エネルギを電源に環流し
て高速度とする為の目的を達成している。

以上の説明のように、電源電圧は、励磁電流と無関係
とした為に高い電源電圧を利用して、通電電流曲線の立
上りが急峻となり、又大きい蓄積磁気エネルギは、高い
電源電圧に急速に環流して、急速に放電できる。

又励磁コイルの通電区間は、電気角で180度以内とな
るようになっているので、上述した作用と併せて、高速
高トルクのリラクタンス半導体電動機を作ることができ
る。

他の手段として、有効な出力トルクの発生する回転子
の突極が固定電機子の磁極上に侵入始めた点より、励磁
コイルの通電を開始し、90度回転したときに通電を停止
する。

従って、大きい蓄積磁気エネルギが放出されるが、励
磁コイルに直列に接続されたトランジスタとこれ等に並
列に逆接続されたダイオードにより、上記した磁気エネ
ルギは、電源に環流され、従って急速に消滅するので、
180度の通電角以内で必ず消滅する。従って反トルクの
発生がなく高速度とすることができる。

又高速度となると、通電する時間がみじかくなり、又
逆起電力も増大するので、励磁電流のピーク値が小さく
なる。しかしこのときに大きい印加電圧とすることによ
り、これが改善されて出力トルクを増大せしめることが
できる。

上述した場合においても、励磁電流の巾は180度を越
えることはないので、高速度を保持することができる作
用がある。従って、第２の問題点となる課題が解決され
る。

〔実施例〕

次に、第１図以下につき本発明による実施例の詳細を
説明する。各図面中の同一記号のものは同一部材なの
で、重複した説明は省略する。

第４図につき後述するコイル8a,8b,9a,9bは、突極の
位置を検出して位置検知信号を得る為のものである。

第２図に、コイル8a,8bより、位置検知信号を得る為
の装置が示されている。第２図において、コイル8a,8b,
抵抗15a,15bはブリッジ回路となっている。記号７は発
振回路で、その出力周波数は１〜５メガサイクル位とな
っている。

コイル8a,8bは空心コイルで、径が５ミリメートル
位、巻数は50ターン位である。固定電機子側に固定さ
れ、第４図の突極1a,1b,…に対向すると、渦流損失の為
に、そのインピーダンスが小さくなり、抵抗15a若しく
は抵抗15bの電圧降下が大きくなる。

コンデンサ12a,ダイオード11aよりなるローパスフイ
ルタにより平滑化された抵抗15aの電圧降下はオペアン
プ13の＋端子に入力される。

コンデンサ12b,ダイオード11bよりなるローパスフイ
ルタによる抵抗15bの出力は、オペアンプ13の−端子の
入力となっている。

オペアンプ13,13bはリニヤ増巾器となっているので、
端子13aの出力は次のようになる。

第６図のグラフにおいて、第４図の突極1bの両側に、
コイル8a,8bが対向していると、第２図の抵抗15a,15bの
電圧降下は等しいので、端子13aの出力はアースレベル
となる。第６図の突出部1bが矢印Ａ−１方向に移動する
と、オペアンプ13の＋端子の入力は減少し、−端子の入
力が増大するので、端子13aの出力はアースレベルに保
持される。

オペアンプ13bの＋端子の入力は増大し、−端子の入
力は減少するので、端子13cの出力が増大する。

コイル8bが、突極1bに完全に対向すると、コイル8aは
突極1bより完全に離脱する。このときの端子13cの出力
が最大となり、その後は、この値を保持する。

コイル8bの中心が、突極1bの左端に対向するときに
は、コイル8aの中心は突極1aの右端に対向するので、端
子13cの出力はアースレベルとなる。

次に、第４図の突極1aが、矢印Ａ−１方向に移動する
と、コイル8aは完全に突極1aに対向するので、端子13a
の出力は増大し、端子13cの出力は、アースレベルに保
持される。

以上の説明のように、回転子１が回転するに従って、
180度毎に端子13a,13cの出力は交替し、その出力は、第
６図の曲線24のようになる。

曲線24の両端の立上りと降下部は漸増，漸減するもの
であるが、この程度は、コイル8a,8bの径を変更するこ
とにより、自由に選択できる。

第3,4図の回転子１と突極1a,1b,…と同じ形状のアル
ミニユーム円板を作り、回転子１と同期回転し、アルミ
ニユーム円板の突出部にコイル8a,8bを対向せしめても
同じ作用効果がある。

このときに、アルミニユーム円板の突出部を第６図の
曲線22のように変形すると、オペアンプ13bの出力は、
曲線22aのように非対称とすることができる。かかる位
置検知信号が必要な場合を次に説明する。

リラクタンス電動機の１相の出力トルクは、一般に左
右対称でないので、後述するように、位置検知信号を曲
線22aのように、非対称として、出力トルクを調整する
ことにより、リプルトルクの制御を行なうことができる
ものである。リラクタンス型の電動機は、次に述べる欠
点がある。

第１に、前述したように、大きい機械振動と騒音を発
生する。これ等は負荷トルクが大きくなると、対応して
大きくなる。

第２に、第７図（ａ）のタイムチヤートの点線曲線29
で示すように、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
クも大きいリプ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。

第５図は、突極1aと磁極16aとの間の磁気吸引力の発
生する状態を図示したものである。

突極1aの巾（図面の上下方向の巾）は、磁極16aの巾
より大きくされている。他の突極と磁極も同じ構成とさ
れているので、突極1aと磁極16aについて、その出力ト
ルクの説明をする。

突極1aを矢印Ａ−１方向に駆動するトルクは、矢印Ｊ
及び点線矢印で示す磁束である。この大きさは、突極1a
と磁極16aの対向面積が小さいとき即ち初期は大きく、
末期では小さくなる。従って出力トルクは非対称とな
る。例えば、第７図（ａ）の曲線29のようになる。しか
し矢印K,Lで示す磁力線は、初期は少なく、末期が多く
なるので、両者の対向の初期より末期の方がトルクが増
大する。

従って、出力トルク曲線はほぼ対称形となり、第７図
（ａ）の点線29aの曲線となる。

他の突極と磁極との間にも同じ手段が採用されている
ので、出力トルクも対称形となる。かかるトルク曲線
が、第７図（ａ）のタイムチヤートで、曲線32a,32b,…
として示されている。又第６図で説明したように、位置
検知信号を曲線22aのようにして、この信号電圧に比例
した励磁電流とすると、曲線29（第７図（ａ））で示す
トルク曲線を対称形とすることができ、リプルトルクが
減少される効果がある。

第３に効率が劣化する欠点がある。

励磁電流曲線は、第７図（ａ）において、曲線46のよ
うになる。

通電の初期は、電機子コイルのインダクタンスにより
電流値は小さく、中央部は逆起電力により、更に小さく
なる。末期では、逆起電力が小さいので、急激に上昇
し、曲線46のようになる。この末期のピーク値は、起動
時の電流値と等しい。この区間では、出力トルクがない
ので、ジユール損失のみとなり、効率を大巾に減少せし
める欠点がある。曲線46は180度の巾となっているの
で、磁気エネルギは点線46aのように放電し、これが反
トルクとなるので更に効率が劣化する。

第４に、出力トルクを大きくすると、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４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４図の磁極16a,16b,
…に蓄積される磁気エネルギにより、電磁子電流の立上
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、電機子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。

次に、本発明装置の構成を説明する。

第３図において、円環部16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
路となる電機子磁心である。

磁極16a,16bには、励磁コイル17a,17bが捲着されてい
る。他の励磁コイルは省略されて図示していない。

図示していないが、本体の１部となる外筐に設けたボ
ール軸受には、回転軸８が回動自在に支持され、これに
回転子１が固着されている。

回転子１の外周部には、突極1a,1b,…が設けられ、磁
極16a,16b,…と0.1ミリメートル位を空隙を介して対向
している。回転子１も、電機子16と同じ手段により作ら
れている。

本実施例は、内転型であるが、外転型として構成する
ことができる。第３図の展開図が第４図に示されてい
る。

第４図において、突極は10個となり、等しい巾と等し
い離間角となっている。磁極16a,16b,…の巾は突極巾と
等しく、８個が等しいピッチで配設されている。

励磁コイル17b,17f,17c,17gが通電されると、突極1b,
1g,1c,1hが吸引されて、矢印Ａ−１方向に回転する。

90度回転すると、励磁コイル17b,17fの通電が停止さ
れ、励磁コイル17d,17hが通電されるので、突極1d,1iに
よるトルクが発生する。矢印18aは、図示の状態より90
度回転するときの励磁極性を示すもので、磁極16b,16c
はＮ極，磁極16f,16gはＳ極となる。かかる極性の磁化
は、磁束の他磁極に対する洩れによる反トルクを小さく
する為である。

次の90度の回転即ち矢印18bの間では、各磁極は図示
のN,S極性となる。０の表示は無励磁のものを示してい
る。

次の90度の回転、その次の90度の回転は矢印18c,18d
の間の極性に磁化される。

上述した励磁により、回転子１は、矢印Ａ−１方向に
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、突極巾の1.5倍となっているので、
励磁コイルを装着する空間が、大きくなっっている。従
って太い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。

上述したように、磁極数，突極数は、周知の手段に比
較して第３図のものは増加して、従来の思想によると、
回転速度が低下して問題点が残り、実用化できなくな
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。次にその説明をする。

第10図（ａ）において、励磁コイルA,Bは、第４図の
励磁コイル17a,17b及び17c,17gをそれぞれ示し、２組の
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A,Bの両端には、それぞれトランジスタ10
a,10c及び10b,10dが挿入されている。

トランジスタ10a,10b,10c,10d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68a,68bより供電が行なわれてい
る。

アンド回路65a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10a,10cが導通して、励磁コイルＡ
が通電される。アンド回路65b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10b,10dが導通して、
励磁コイルＢが通電される。

端子51a,51bには、第２図の端子13a,13cの出力がそれ
ぞれ入力されている。

本実施例においては、コイル8a,8b,9a,9bは、突極1a,
1b,…の側面に対向し、珪素鋼板の銅損，ヒステリシス
損により位置検知信号が得られている。突極1a,1b,…と
同形のアルミニユーム板を積層して、各コイル面をこれ
に対向すると、よりSN比のよい電気信号を得ることがで
きる。

端子51a,51bの入力は、矩形波に、増巾回路64a,64bに
より整形されて、アンド回路65a,65bの入力となってい
る。

第10図（ａ）の端子58aより出力トルクを指定する基
準電圧が入力されている。従って、乗算回路58の出力
は、第２図の端子13a,13cの電気信号と相似し、しかも
端子58aの入力により高さの異なる電気信号となる。

オペアンプ57の＋端子には、第10図（ａ）の抵抗70a
の電圧降下即ち励磁電流の検出電圧が入力されている。

第８図のタイムチヤートは、励磁コイルＡを流れる電
流曲線を示すものである。

第８図の点線曲線48は、第７図（ａ）の位置検知信号
25aに、乗算回路58の端子58aの入力電圧を乗算したもの
を示している。

第10図（ａ）の反転回路55の入力はローレベルなの
で、アンド回路65aの入力がハイレベルとなっている。
このときに、端子51aに位置検知信号が入力されると、
アンド回路65aの上側の入力もハイレベルとなるので、
その出力がハイレベルとなり、トランジスタ10a,10cが
導通する。

抵抗70aの電圧降下が、励磁コイルのインダクタンス
により漸増し、第８図の曲線49aに示すように励磁電流
が増大する。

オペアンプ57の＋端子の入力電圧が、−端子のそれ即
ち第８図の曲線48を越えると、オペアンプ59の出力はハ
イレベルに転化し、この信号の始端部の微分パルスが、
微分回路57aにより得られる。

この微分パルスにより、単安定回路56が付勢され、そ
の出力が短時間だけ、ハイレベルとなるので、反転回路
55の出力が対応する時間だけローレベルに転化して、ト
ランジスタ10a,10cを不導通とする。

従って、励磁コイルＡに蓄積された磁気エネルギは、
ダイオード67b,電源，抵抗70a,ダイオード67aを介して
放電され、この曲線が第８図で曲線49bとして示され
る。

電源を充電する形式となっているので、印加電圧を高
くすることにより、曲線49bは急速に降下する。又曲線4
9aの上昇も急速となる。短時間後に、単安定回路56の出
力はローレベルに復帰するので、アンド回路65aの出力
もハイレベルとなり、励磁コイルＡの通電が開始され、
この通電曲線が第８図で曲線49cとして示される。

上述した通電サイクルが繰返され、位置検知信号曲線
48の右端で通電が停止する。

通電曲線は、位置検知信号に相似した形となり、端子
58aの入力により通電電流を制御できる。

第８図の点線間の矢印47が、単安定回路56のハイレベ
ルとなる時間巾である。オペアンプ57は少しヒステリシ
ス特性を有するものがよい。この特性を利用すると、微
分回路57aを除去することができる。

全く同じ事情で、端子51bより入力される位置検知信
号により、トランジスタ10b,10dが制御されて、励磁コ
イルＢの通電が制御され、同形の通電曲線となる。端子
58aの入力によりその大きさを変更できることも同様で
ある。以上の説明より判るように、１相の電動機として
回転する。

第10図（ａ）の励磁コイル，は、第４図の励磁コ
イル17b,17f及び励磁コイル17d,17hをそれぞれ示すもの
である。２組の励磁コイルは、直列若しくは並列に接続
されている。

コイル9a,9bによる位置検知信号は、第７図（ａ）の
曲線26a,26b,…及び曲線28a,28b,…となっている。

かかる位置検知信号は、第10図（ａ）のアンド回路65
a,65b,乗算回路58,オペアンプ57等と全く同じ構成の電
気回路の端子51a,51bに対応するものに入力される。

このときのアンド回路65a,65bに対応するアンド回路
の上側の入力信号が、第７図（ａ）の曲線26a,26b,…及
び曲線28a,28b,…を矩形波に整形したものとなってい
る。かかる制御回路のアンド回路65a,65bに対応する回
路の出力を、端子69a,69より入力せしめて、トランジス
タ10e,10g,10f,10hのオンオフを制御して、全く同様に
励磁電流の制御を行なうことができ、その作用効果も又
同じである。

端子70cは、抵抗70bの電圧降下即ち励磁電流の検出端
子となり、又端子58aの基準電圧は共通に利用できる。

ダイオード67e,67f,…の作用も同じである。

従って、２相のリラクタンス型の電動機として回転子
１は回転するものである。

励磁コイルA,Bによるトルクは、第７図（ａ）の曲線3
2a,32b,…として、又励磁コイル，によるトルク
は、曲線33a,33b,…となり、合成トルクが出力トルクと
なる。

本発明装置の特徴は次の点にある。

出力トルクは、端子58aの基準電圧により規制され
て、印加電圧に無関係である。印加電圧は、磁気エネル
ギの急速な蓄積と放出に効果を挙げている。

リラクタンス型の電動機は、高トルクとすると、大き
い磁気エネルギの蓄積があるので、回転速度が著しく低
下する。しかし位置検知信号に相似した通電が強制的に
印加電圧を大きくすることにより出来るので、反トルク
の混入と、電流と立上りのおくれが除去される。

従って高速高トルクの電動機が得られ、有効な技術が
供与できる効果がある。従って、前述した第４の欠点が
除去される。

180度の通電の初期と末期は電流値が小さく抑止され
ているので第７図（ａ）の通電曲線46について前述した
効率の低下が防止でき、一般の直流機と同等な効率の得
られる効果がある。従って、前述した第2,第３の欠点が
除去される。

又、通電波形が、位置検知信号48（第８図図示）に見
られるように、滑らかな立上りと降下なので振動の誘発
が防止できる効果がある。又上述した立上りと降下の特
性は、第６図について説明したように、自由に変更でき
るので、振動の制御をすることができる。

第４図の実施例は、次に述べる特徴がある。

リラクタンス型の電動機は出力トルクは大きいが、磁極
と突極間の径方向の磁気吸引力も大きくなる。従って回
転中の機械振動と騒音が大きくなる欠点がある。第４図
において、矢印Ａ−１方向に回転したときの出力トルク
の曲線は第７図（ａ）の曲線32a,33a,32b,33b,…と変化
する。

このときの磁極と突極間の径方向の出力トルクに無関
係な磁気吸引力のある区間は、矢印34a,34b,34c,…のよ
うに移動する。従って必ず磁気吸引力は90度ずつ重畳し
て発生しているので、回転軸８は、軸受に押圧されなが
ら回転している。

従って、押圧力が零となる点がないので、振動するこ
となく、又機械音の発生も抑止される効果がある。

上述した場合に、磁極16aと16e及び磁極16bと16f及び
磁極16cと16g及び磁極16dと16hは軸対称の位置にある。
従って、径方向の突極に対する磁気吸引力はバランスし
ている筈であるが、空隙長の差により残留するアンバラ
ンスな磁気吸引力があり、これが振動を誘発する。かか
る振動は、負荷が大きくなることに比例して増大する。

次に上述した振動を除去し、前述した第１の欠点を解
決する手段について説明する。

第１図は、第３図の構成より突極と磁極と除去し、簡
略化して図示したものである。

第１図において、点線４は、回転軸８により回転する
回転子１の突極面の軌跡を示すもので、突極面は、点線
４にそって回転している。

点線４は、回転軸８の回転中心軸を中心とする円周面
となることがよい。

点線３は、電機子磁心16の磁極面にそった円周を示し
ている。

点線2a,2b,2c,…は、それぞれ第3,4図の磁極16a,16b,
16c,…の中心の位置を示している。

点線2aと2e及び点線2bと2f及び点線2cと2g及び点線2d
と2hはそれぞれ回転軸８に関して対称の位置にある。

各対称の位置にある磁極と突極の径方向の磁気吸引力
は非常に大きいが、バランスしていれば振動は発生しな
い。

しかし、磁極と突極の空隙長は、トルクを大きくする
為に、0.1ミリメートル位となっているので、アンバラ
ンスな力が残留し、この力は回転子１を径方向に往復し
て、ランダムに押圧する力となり振動を誘発する。この
振動を防止する手段を次に説明する。

点線2a,2b,2c,2dの位置の磁極面の高さと点線2e,2f,2
g,2hの位置の磁極面の高さに差を設け、空隙長を異なら
しめるように研摩仕上げを行なう。

例えば前者の磁極面と突極面の空隙長（矢印5a,5bで
示す）を、後者の磁極と突極の空隙長（点線矢印6a,6b
で示す）より小さくする。両者の空隙長の差は20ミクロ
ン位がよい。若しくは、両者の励磁コイルの巻数に差を
設ける。回転子１は、常に点線矢印5bの方向を吸引力を
受け、吸引力の方向は、余り変化しないので振動が防止
される効果がある。

磁極面の円周面を、回転軸８に関して非対称の円周面
３となるように研摩仕上げを行ない、点線矢印5a,5bの
空隙長を点線矢印6a,6bの空隙長より大きくしても同じ
目的が達成される。第４図において、磁極16e,16f,16g,
16hの高さを僅かに低く、即ち点線E,F,…までの高さと
して、空隙長を大きくすることにより目的が達成される
ものである。

以上の説明より判るように、前述した第１の欠点が除
去される。

第４図の展開図を右方に２倍の長さとすると、突極数
は20個，磁極数は16個となる。かかる手段により本発明
装置を構成することもできる。出力トルクが２倍となる
が、回転速度は1/2となる。実測によると１万回／毎分
まで回転速度が上昇するので、実用的に有効な手段とな
る。

このときに、磁極数を８個としてもよい。径の小さい
電動機の場合に励磁コイルの装着空間を大きくできる利
点がある。

第４図の磁極間の離間角（位相角）の一般的表現は、
次のようになる。

磁極16aと16cの位相差は、（180＋360n）度、磁極16a
と16bの位相差は（90＋360n）度、磁極16bと16dの位相
差は（180＋360n）度である。ｎは正整数である。

第９図の回路は、第10図（ａ）の左側の回路と同じ目
的を達成する為の他の手段である。

第９図において、端子62a,62bの出力は、第10図
（ａ）のＭ点及びＮ点の入力となっている。

第10図（ａ）の抵抗70a,70bの電工降下を両波整流す
る回路即ち絶対値回路が設けられる。記号52が絶対値回
路で、その入力端子52a,52bには、第10図（ａ）の抵抗7
0aの両端の電圧信号が入力されている。絶対値回路52の
出力は励磁電流に比例し、正逆いずれに通電されても、
その大きさに比例する正の電圧信号が、オペアンプ60の
−端子に入力されている。

第９図の端子63a,63bより、第２図の端子13aの位置検
知信号を矩形波に整形した電気信号及び端子13cの位置
検知信号を矩形波に整形した電気信号が、それぞれ入力
されている。

乗算回路58の端子58aには、出力トルクを指定する基
準電圧が入力されている。

端子51a,51bには、第10図（ａ）の同一記号の端子と
同様に、第２図の端子13a,13cの位置検知信号が入力さ
れている。

位置検知信号（第７図（ａ）の曲線25a,25b,…）が入
力された場合を説明する。このときの乗算回路58の出力
を、第７図（ａ）のタイムチヤートで点線30aとして示
してある。

その始端部が入力され、端子52cの電流検出信号よ
り、乗算回路58の出力信号の方が大きいときには、オペ
アンプ60の出力はハイレベルとなるので、アンド回路61
aの出力はハイレベルとなり、トランジスタ10a,10cが導
通して、励磁コイルＡの通電が開始され、この曲線が第
７図（ａ）で曲線31aとして示されている。

電源端子68a,68bに印加される電圧は高電圧となって
いるので、電機子電流曲線31aの立上り部は急峻とな
り、前記した電流検出回路の出力が乗算回路58の出力よ
り大きくなると、オペアンプ60の出力は、ローレベルに
転化して、アンド回路61aの出力をローレベルとする。

従って、トランジスタ10a,10cは不導通となる。従っ
て蓄積磁気エネルギの放電により、曲線31bにそって電
流が減少する。所定値に減少すると、オペアンプ60の出
力は再びハイレベルとなり、トランジスタ10a,10cが導
通して、電流は曲線31cにそって増大する。かかるサイ
クルは、正帰還回路となっているオペアンプ60のヒステ
リシス特性により繰返される。電流の上限と下限は、第
７図（ａ）の点線30aと30bになる。点線30a,30bの高さ
の差は、オペアンプ60のヒステリシス特性で規制され、
又それ等の高さは、端子58aの出力トルク指令の基準電
圧信号により規制されている。トランジスタ10a,10cが
不導通に転化したときに、励磁コイルＡの蓄積磁気エネ
ルギは、ダイオード67b,電源，抵抗70a,ダイオード67a
を介して放電される。電源を充電する形式となっている
ので、放電電流は急速に降下する。立上りも電源電圧に
対応して急速となるので、高速回転時においても、位置
検知信号曲線に相似した通電波形となる。従って、反ト
ルクの発生が抑止され高速度回転が可能となる効果があ
る。又効率も上昇する効果がある。

端子51bより、位置検知信号即ち第７図（ａ）の曲線2
7a,27b,…の信号が入力された場合にも、端子62bの出力
により、トランジスタ10b,10dのオンオフ制御が同様に
行なわれる。従って１相の電動機として回転する。

励磁コイル，についても事情は同じで、第９図の
回路により同じ通電制御が行なわれる。従って２相の電
動機として回転する。作用効果は前実施例と同じであ
る。

励磁コイルの通電制御の他の手段を第10図（ｂ）につ
き、次に説明する。

第10図（ｂ）において、端子72a,72bには、第２図の
端子13a,13cの出力が入力され、端子72c,72dには、第４
図のコイル8a,8bをコイル9a,9bと置換したときの端子13
a,13cの出力に対応する位置検知信号が入力されてい
る。

端子72a,72b,…の入力は、矩形波整形回路75a,75b,…
により矩形波とされる。

端子72a.72b,72c,72dの入力に対応する上記した矩形
波の位置検知信号が、第７図（ｂ）のタイムチヤート
で、それぞれ曲線35a,35b,…及び曲線37a,37b,…及び曲
線36a,36b,…及び曲線38a,38b,…として示されている。

曲線36aは曲線35aより90度進相している。アンド回路
73aの入力は、曲線35a,35b,…及び曲線36a,36b,…とな
っているので、その出力は曲線39a,39b,…となり、90度
の巾となる。アンド回路73bの入力は、曲線37a,37b,…
及び曲線38a,38b,…となるので、その出力は、曲線40a,
40b,…となる。

アンド回路73cの入力は、曲線35a,35b,…と曲線38a,3
8b,…となるので、その出力は、曲線41a,41b,…とな
る。

アンド回路73dの入力は、曲線37a,37b,…と曲線36a,3
6b,…となるので、その出力は、曲線42a,42b,…とな
る。

トランジスタ10a,10c及びトランジスタ10b,10dは、前
実施例と同じく励磁コイルA,Bの通電制御を行なってい
る。

直流電源の投入とともに、端子68cより供電されるの
で、コンデンサ76の充電電流により、抵抗76aの電圧降
下は最大となり、アンド回路74a,74bの入力はハイレベ
ルとなる。

従って、オア回路78a,78bの出力は、第７図（ｂ）の
曲線35a,35b,…及びこれ等を反転した曲線37a,37b,…と
なる。

従って、オア回路78aの出力により、励磁コイルＡが1
80度の巾で通電され、励磁コイルＢは、180度おくれた1
80度の巾の通電が行なわれる。従って１相のリラクタン
ス電動機の出力トルクが得られる。

ブロック回路Ｔは、励磁コイル，の通電制御回路
でトランジスタ４個を使用したトランジスタ回路を示し
ている。励磁コイルA,Bのトランジスタ回路と全く同じ
構成となっている。又オア回路78a,78b,アンド回路74a,
74bに対応するものも含まれている。

従って、端子77a,77b,77cの入力により、励磁コイル
，は180度の巾の通電が、曲線36a,36b,…及び曲線3
8a,38b,…の電気信号に対応して行なわれる。

コンデンサ76,抵抗76aの時定数回路は共用して使用で
きる。

従って、設定された時間だけ、２相のリラクタンス型
の電動機として起動する。

この状態では、速度が上昇すると、前実施例について
説明したように、反トルクが発生して、上昇が停止し、
効率も劣化する。

しかし設定時間経過すると、アンド回路74a,74bの１
つの入力がローレベルに転化するので、出力はローレベ
ルとなる。従ってアンド回路73a,73bの出力により、励
磁コイルA,Bの通電制御が行なわれる。又端子79a,79bの
出力により、同様に励磁コイル，の通電が行なわれ
る。

従って、励磁コイルA,B,，の励磁電流の曲線は第
７図（ｂ）の点線43a,43b,…及びその他の点線曲線とな
る。

位置検知信号39aの場合につき上述した励磁電流の性
質を次に説明する。

励磁コイルＡのインダクタンスの為に立上りは、点線
43aのようになり、曲線39aの右端で、トランジスタ10a,
10cが不導通となるので、蓄積磁気エネルギは、ダイオ
ード67a,67bを介して電源を充電するように環流される
ので、急速に励磁電流が消滅する。

電源電圧を高くすると、曲線43aのピーク値が大きく
なり、出力トルクが増大する。このときにも電源に環流
する磁気エネルギは、電源電圧が高いので、更に急速に
消滅する。

従って、励磁電流の曲線43a,43b,…の巾は180度を越
えることがなく反トルクの発生はない。高速度とした場
合にも180度を越えることはない。他の励磁コイルにつ
いても上述した事情は全く同じである。

従って、高速高トルクのリラクタンス電動機を得るこ
とができるものである。即ちリラクタンス型の電動機の
特徴である出力トルクが大きい特性を保持して、しかも
高速度まで、印加電圧により速度が変更できるものが得
られる特徴がある。

実測によると、出力トルクが10キログラムセンチメー
トル位で毎分６万回転の電動機を作ることができる。

制御回路が前実施例と比較して簡素化されているの
で、インバータ付の可変速度の誘導機より著しく廉価に
作ることができる。

前実施例も含めて、回転子は珪素鋼板のみなので、高
速でも遠心力による破損はない。

起動時のトルクが余り必要でないものは、第10図
（ｂ）のコンデンサ76,抵抗76a,オア回路78a,78b,アン
ド回路74a,74bを含む回路は不要である。第７図（ｂ）
の曲線44a,44b,…及び曲線45a,45b,…は、それぞれ励磁
コイルA,B及び励磁コイル，の通電による出力トル
ク曲線である。

前実施例と同様に、各トルク曲線は90度ずつ重なって
いるので、径方向の磁気吸引力による振動の発生は防止
される。その他の振動の発生も前実施例と同じ手段によ
り同様に防止される。

上述した各実施例は、２相のリラクタンス型の電動機
の場合であるが、３相のリラクタンス型の電動機にも全
く同じ思想の技術手段が適用できる。

次に第10図（ｃ）について説明する。第10図（ｃ）は
第10図（ａ），（ｂ）と同じ目的が達成される２電源方
式の通電制御回路である。

端子80a,80cは直流電源正負端子で、その中間値の電
圧が端子80bとなっている。

抵抗70の電圧降下は励磁電流に比例している。この電
圧降下は両波整流回路（絶対値回路）Ｒにより、出力端
子に常に正電圧が出力されるようにされている。この出
力電圧は励磁電流に比例する信号として利用される。端
子82a,82bには、第10図（ａ）のＭ点とＮ点の出力がそ
れぞれ入力される。

端子82a若しくは82bの入力信号がハイレベルのとき
に、励磁コイルＡ若しくはＢが通電される。

端子82aの入力がローレベルに転化すると、トランジ
スタ81aが不導通となり、励磁コイルＡの蓄積磁気エネ
ルギは、電源80b,80c,ダイオード83bを介して放電され
る。電源にエネルギを返す回路となっているので、第10
図（ａ）と同じく通電は急速に停止する。トランジスタ
81bが不導通に転化したときもダイオード83aを介する同
じ作用がある。本実施例は、第９図，第10図（ａ）の回
路を組合せても、又組合せないで、第10図（ｂ）で説明
した通電制御手段の両者に適用できるものである。第10
図（ａ），（ｂ）の回路と比較して、ダイオードとトラ
ンジスタの数が1/2となる利点がある。

〔効果〕

第１に、第１図で説明したように、負荷が大きいと
き、即ち励磁電流の大きいときに発生する機械振動と騒
音が除去される。

第２に、各実施例の説明より理解されるように、回転
速度は印加電圧により、又出力トルクは、励磁電流によ
り独立に制御できるので、使用目的に応じて、高速，高
トルクのリラクタンス電動機を自由に設計することがで
きる。従って直流電動機として利用して有効な手段を提
供できる。

特に、回転子が単なる珪素鋼板の積層体となるので、
細長型とすることができ、小さい慣性となるので有効で
ある。又回転子に高価な稀土属マグネットを使用しない
で、同等の出力トルクが得られる効果がある。

出力トルクに無効な励磁電流が遮断されているので、
効率を上昇せしめることができる。

回転速度と出力トルクを独立に自由に変更できるの
で、かかる特定を利用して、トルクと回転速度の特性を
良好とすることができる。

本発明装置の効果の第３は次の点にある。即ち高トル
クとすると、特にリラクタンス型の電動機では、励磁コ
イルのインダクタンスが大きくなり、反トルクを発生す
るので低速となる。これを防止して高速高トルクの特性
を得る為に、励磁コイルに蓄積された磁気エネルギを電
源に急速に環流して、励磁電流曲線を180度の巾の間に
あるように規制して目的を達成しているものである。

第４に、第10図（ｂ）の実施例では、インバータ付の
誘導機と同じ特性が得られ、回路が簡素化されるので廉
価となり、出力トルクが大きくなる効果がある。

第５に、位置検知素子としてコイルを利用できるの
で、耐熱性があり、高出力の電動機とすることができ
る。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明装置の振動発生防止手段の説明図、第
２図は、位置検知素子となるコイルを含む電気回路図、
第３図は、本発明装置の構成の説明図、第４図は、本発
明装置の磁極と突極と励磁コイルの展開図、第５図は、
出力トルク曲線を対称形とする為の手段の説明図、第６
図は、位置検知信号曲線のグラフ、第７図は、位置検知
信号，出力トルク，励磁電流のタイムチヤート、第８図
は、励磁電流曲線のタイムチヤート、第９図は、励磁コ
イルの１部の通電制御回路図、第10図は、同じく励磁コ
イルの他の実施例の通電制御回路図をそれぞれ示す。 １…回転子、1a,1b,1c,…突極、2a,2b,…,2h…磁極の位
置を示す点線、３…磁極面を含む円周面、４…突極面を
含む円周面、16…固定電機子、８…回転軸、７…発振回
路、13,13b,57,60,…オペアンプ、16a,16b,…磁極、17
a,17b,A,B,，…励磁コイル、22…突出部、24,25a,2
5b,…,26a,26b,…,27a,27b,…,28a,28b,…,35a,35b,…,
36a,36b,…,37a,37b,…,38a,38b,…,39a,39b,…,40a,40
b,…,41a,41b,…,42a,42b,…,30a,30b,48…位置検知信
号、29,29a,32a,32b,…,33a,33b,…,44a,44b,…,45a,45
b,…トルク曲線、31a,31b,…,46,46a,43a,43b,…,49a,4
9b,…励磁電流曲線、68a,68b,68c…電源正負極、10a,10
b,10c,10d…トランジスタ、64a,64b,…,75a,75b,…矩形
波成型回路、58…乗算回路、Ｔ…励磁コイル，の通
電制御回路、81a,81b…トランジスタ、80a,80b,80c…直
流電源正負極、R,52,絶対値回路、56…単安定回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】リラクタンス型の電動機において、本体に
   設けた軸受により回動自在に支持された回転軸に中央部
   が固定された磁性体の回転子と、該回転子の回転面にお
   いて、等しい巾と等しいピッチで配設された複数個の磁
   性体突極と、円環状の磁性体により作られ、本体に固定
   された固定電機子磁心と、突極に対向するとともに軸対
   称の位置において、電機子磁心より突出し、僅かな空隙
   を介して突極と対向し、突極と同じ巾の２個１組で構成
   され、互い設定された角度だけ離間し、各磁極が円周面
   にそって等しい離間角で配設された第1,第2,…の磁極
   と、第1,第2,…の磁極のそれぞれに捲着された第1,第2,
   …の励磁コイルと、前記した電機子磁心側に固定され、
   電気角で180度以内の複数相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、複数相の
   位置検知信号により、第1,第2,…の励磁コイルのそれぞ
   れに直列に接続されたトランジスタを付勢して対応する
   励磁コイルに直流電源により通電して、電気角で180度
   を越えない通電角として１方向の駆動トルクを得る通電
   制御回路と、半周面内にある第1,第2,…の磁極と対向突
   極との径方向の磁気吸引力に対して、他の半周面内にあ
   る第1,第2,…の磁極と対向突極との径方向の磁気吸引力
   を僅かに異ならしめて、回転子が、常時所定の径方向の
   磁気吸引力を受けて回転する手段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。