JPS5843991B2 - 電気機械 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子式整流子と、少なくとも部分的に磁気材料
から成り、固定コイルと共働する同転子とを有し、該回
転子に接続した磁気的にコード化される本体と共働して
、回転子位置に応じて固定子コイルに電流を選択的に供
給する複数個の磁気感応素子、特にホール素子を具えて
いる電気機械に関するものである。

斯種の電気機械は米国特許第３４８６０９９号明細書か
ら既知であり、この場合には上記固定コイルを、中心に
口出しタップを有する２個のコイルとし、これらのコイ
ルを互いに９０’の位置関係で配置している。

また回転子を、直径方向にＮ−８極を磁化した永久磁気
材料製としている。

この回転子の磁界中には２個のホール素子を設け、これ
らを実際上回転軸に対して９０°の角度で配置している
。

従って、この場合には回転している回転子の磁界により
信号を９０°の位相差で誘起させ、この信号によって上
記コイルに流れる電流を制御して、回転磁界を回転子の
回転と同期させて発生させる。

これと同様な原理は、例えば３個のホール素子を互いに
１２０°の相対的位置関係で配置する３相電動機の如き
他の電動機にも使用するこＷＳできる。

固定子コイルに流れる電流を制御するための従来の磁界
検出法には、各ホール素子毎に固定子と回転子との間に
適当なヌペースを必要とし、また各ホール素子に対して
多数の信号および給電リードを設ける必要があると云う
欠点がある。

本発明の目的は上述した欠点を除去し得るように適切に
構成配置した上述した種類の電気機械を提供せんとする
にある。

本発明は冒頭にて述べた種類の電気機械にむいて、前記
磁気的にコード化される本体上に複数個の磁り的にコー
ド化したトラックを設け、これらの各トラックを１個の
磁気感応素子と共働させ、前記磁気的にコード化される
トラックを、前記回転子の一方の軸方向境界面に対して
ほぼ平行に回転子軸に設けたディスク状本体とし、かつ
前記磁気的にコード化したトラックを同心リングとし、
これらの同心リングを前記ディヌク本体上に配置し、前
記磁気感応素子をすべて１個の担体プレート上に設け、
該担体プレートを半導体結晶とし、該結晶中に前記磁気
感応素子を増幅回路と一緒に集積回路技法により組込み
、前記増幅回路によって磁気感応素子からの信号を増幅
して、前記増幅回路の出力を同定子コイルに導くように
したことを特徴とする。

本発明による電気機械を使用する際には、ホール素子を
その電気機械内部または所要に応じ外部にむける適切な
位置に配置することができる。

従来の電動機には前述した欠点以外に、空間的に配置す
るホール素子の使用が電動機の絹み立てに際し欠点とな
る。

その理由は、各ホール素子に対して多数の機械的および
電気的な接続を必要とすると共に相対的な位置を正確に
調整する必要があるからである。

このような欠点をなくすために、数個の独立的にコード
化するトラックを設けることができる本発明による電気
機械では、磁気感応素子を１枚の担体プレートの上に設
ける。

半導体材料にｚり製造し得る磁気感応素子（大底の場合
ホール素子）を用いる場合にかいては、上記担体プレー
トを半導体結晶とし、該結晶中に上記磁気感応素子を増
幅回路と一緒に集積回路技法により組み込み、上記増幅
回路によって磁気感応素子からの信号を増幅して、上記
増幅回路の出力を固定子コイルに導くようにするのが特
に有利である。

磁気的にコード化されるトラックの相対的位置関係につ
いて、本発明によるｎ相様の好適な実施に当っては、ｎ
個の磁気感応素子を１枚の担体プレートの上に設けると
共に、各素子をψ１（ｉ＝１゜２、・・・・・・・・・
ｎ）の角度に亘って第１番目の磁気感応素子に対して離
間させ、関連する磁気感応素子角度に亘って第１番目の
トラックに対して離間させる。

なおこ＼に、ｉは連続番号であり、ｎ個の磁気、感応素
子は第１素子に対してφ２・・・・・・ψｎの角度を威
し、関連するｎｒｆｌの磁気的にコード化するトラック
は関連する第１トラツクに対しての角変に亘って離間さ
せる。

本発明は３相機にも関するものである。

３相機では３個の磁気感応素子を用いて相互位相差が１
２０°の信号を発生させ、これらの信号を３個の固定子
コイルに供給する。

例えば、磁気感応素子としてホール素子を用い、これら
のホール素子を前述した米国特許明細書から既知の如く
、間単な方法で電子回路に組み込む場合には、各ホール
素子毎に互に１８０°移和している２つの信号を用いる
ことができる。

回転子軸に対して空間的に１２００シフトされている２
個のホール素子を用いると、４つの信号のうちの２信号
を合成することにより第３番目の相の信号を発生し得る
ため、２個のホール素子で３つの相信号を実現すること
ができる。

本発明による電気機械の使用により、関連する電子回路
を具えている磁気感応素子を１個の集積回路に絹み込む
ことができるため、本発明による３相機にとっては、こ
れに２個のホール素子を設け、これらのホール素子の電
極を増幅回路に接続して、その出力を固定子コイルに導
き、一方のホール素子のホール電極、すなわちこの素子
によって駆動される増幅回路の一点を他方のホール素子
、またはこれによって駆動される増幅回路の関連する点
に接続し、また、増幅回路を上記接続点からは共通の回
路とし、この共通回路の出力を１個の固定子コイルに接
続するのが有利である。

３相作動に適合し、集積回路に組み込昔れる２個の磁気
感応素子と共働する２個の磁気的にコード化されるトラ
ックを具えている本発明による斯種の電気機械は、１個
の集積回路にむける３個の磁気感応素子と共働する３個
の磁気的にコード化されるトラックを具えている３相機
よりも、廉価な電気機械を大量生産する場合においては
遥かに有利である。

なお、この場合磁気的にコード化するトラックの幅に関
する公差については何等厳格な要求を課する必要がない
。

その理由は、２個の磁気感応素子を設ける場合に、その
一方を２個のトラック間の境界線の各片側に設けるだけ
で十分であるからである。

３個の磁気感応素子を有する３個のトラックを用いる場
合には、中央トラックの公差に対して厳格な要求を課す
る必要がある。

その理由は、上記中央トラックを、集積回路に組み込１
れる中央の磁気感応素子と共働させ、その中央トラック
の寸法を技術的な理由からして限定する必要があるから
である。

図面につき本発明を説明する。

第１図は本発明による電気機械の一例を示す無ブラシ直
流電動機の一例を示し、これは永久磁化した回転子１を
具えており、この回転子を回転子軸２に取り付ける。

上記回転子１は固定子コイル３と外匣４とによって囲む
。

回転子軸２にはディスク５を設け、このディスク上に２
個の磁気的にコード化したトラック６むよび７を配置す
る。

トラック６および７は互いに９０°シフトさせる。

上記ディヌク５に対して平行に集積回路８を設ける。

この集積回路８にはトラック６および７と共働する２個
の磁気感応素子を設ける。

捷た、上記集積回路８は図示のように、電動機の外匣４
に連結する支持体９に取り付ける。

図面の簡略化のために各コンポーネントへの種々の接続
線は図示してない。

集積回路８への電気的な接続線は、例えば支持体９の上
に配線することができる。

なお、第１図の電動機は４相機である。

第２図は２個のホール素子１０お−よひ１１を有してい
る３相機用のディヌク５の一例を示す斜視図である。

ディヌク５には相対的に１２０°シフトしている２個の
トラック６お・よび７を設ける。

この場合、トラックリングの表面に垂直な磁界強度成分
が、リングの位置関数として正弦波状のパターンとなる
ように各トラックを磁化する。

この磁界強度成分を第２図では矢印にて示しである。

集積回路８は２個のホール素子１０．１１および電子回
路（図示せず）を具えている。

しかし、種々の電気接続リードは図示してない。

既知の如く、ホール素子は半導体材料で構成し、これを
介して接点１２と１３との間に通電させる。

この電流方向に対して垂直な方向にホール電圧が取り出
される。

第２図にてこの電圧が取り出されるのはホール電子１０
釦よび１２に対し、それぞれ接点１４と１５および１６
と１７の間である。

これらのホール電圧は、電流方向に垂直で、しかもホー
ル素子に垂直な磁界強度成分に比例する。

ディスク５の位置を角度φで表わし、Ｎ−８磁化方向を
第２図の矢印によって示すような方向とすれば、第３図
に示すような角度φの関数としてのホール電圧Ｖ１＄−
よび■２が接点１４と１５あ・よび１６と１７との間に
それぞれ得られる。

第３図から明らかなように、■２ の信号は信号■１
に対して１２０°移和されている。

信号■、ムよび■２の反転信号、すなわち１８０゜移相
信号を利用すると、第４図のベクトル図から明らかなよ
うに、第３相信号電圧■３を簡単に得ることができる。

この電圧■３ は■、および■２の反転信号を加算して
得られる。

第５図は２個のホール素子１０むよび１１を具えている
電子回路である。

ホール素子１０および１１は第２図に基づいて設計され
るものであり、これらの素子は差動増幅器として接続さ
れるトランジスタ対Ｔ、、Ｔ２ ＄−よびＴ３・Ｔ４の
ベース間にそれぞれ設ける。

上記各トランジスタ対は共通エミッタ抵抗Ｒｅむよびコ
レクタ抵抗Ｒｅ を具えてかり、２個のエミッタ抵抗Ｒ
ｅムよびコレクタ抵抗Ｒｅの抵抗値は簡単のために互い
に等しく選定する。

このような回路を第２図のディヌクに用いるト、トラン
ジスタＴ１のコレクタ抵抗ＲＣ間の信号電圧およびトラ
ンジスタＴ３のコレクタ抵抗間の信号電圧は、第３図に
それぞれ示す信号電圧■、むよび■２のようになる。

この場合、トランジスタＴ２およびＴ４ のコレクタ抵
抗Ｒｃ間の信号電圧はそれぞれ−Ｖ、 ＄−主び一■２
に相当する。

トランジスタＴ２ち−よびＴ４ のコレクタを第５図に
示すように接続すると、トランジスタＴ２むよびＴ４
のコレクタ電流の和電電流が、２個並列接続したコレク
タ抵抗Ｒｃに流れ、これらの抵抗間に第４図のベクトル
図から明らかなように＝（Ｖ１＋Ｖ２ ）／２、すな
わち第３相信号電圧■３に応じた電圧が発生する。

トランジスタＴ１Ｔ２・Ｔ３およびＴ４のコレクタ電圧
は各増幅回路（Ｔ５− Ｔ６）−（Ｔ７．Ｔｓ ）、
（Ｔ９．Ｔｔｏ）および（Ｔ１１．Ｔ１□ ）によって
増幅する。

トランジスタ下２釦よびＴ４のコレクタを相互接続する
ので、増幅回路（Ｔ７．Ｔ８）および（Ｔ１１．Ｔ１□
）は同じ信号を増幅するため、トランジスタＴ８釦よび
Ｔ１□のコレクタも相互接続することができる。

ついで種々の増幅回路を適当に設計し、かつバイアスす
ることによって、トランジスタＴ’ａ”Ｔ’ｓ’ ＴＩ
ＯおよびＴ１□を信号Ｖ、 、 Ｖ２． 鮫よび■３に
よって基底状態にして、トランジスタ’ｒ６− ’ｉ’
８’Ｔ’ｔｏおよびＴ１□のコレクタから各トランジス
タの飽和度によって振幅が定する方形波出力信号を得る
ことができる。

従って、３つの位相信号電圧の振幅は等しく、出力トラ
ンジスタＴ６”Ｔ８”Ｔ１０むよびＴ１２間の電圧降下
は、これらのトランジスタが基底状態にあり、しかも種
々の固定子コイルを駆動させる際に最小となる。

この場合、電動機はトランジスタ’ｒ６’ Ｔ １０の
コレクタ回路トよびトランジスタＴ８−Ｔ１２の共通コ
レクタ回路にそれぞれ設けられる３個の固定子コイルを
有するものとする。

トランジスタＴ６．Ｔ８．Ｔ１ｏむよびＴ１２はエミッ
タ共通接続とし、これにより「４−トランジスタ差動増
幅器」を構成する。

これらのトランジスタのベースにおける駆動信号が十分
に大きい場合には、適時式る１個の固定子コイルのみが
附勢されるようになる。

第５図の回路の利点は、トランジスタＴ２およびＴ４の
コレクタ間の接続線とトランジスタＴ８むよびＴ１゜の
コレクタ間の接続線を集積回路の外側に配線する場合に
、上記接続線を単になくすだけでこの集積回路を本発明
による４相機にも用い得ると云う点にある。

第５図の回路を３相および４相機の倒れにも用いる必要
がない場合には、ホール電圧を取り出す接点１５と１６
とを互いに接続するだけで十分である。

この場合、電子回路の関連部分、すなわちトランジスタ
Ｔ２．Ｔ７．Ｔ８およびトランジスタＴ３．Ｔ９．Ｔ１
ｏはそれぞれ連帯的に設けることができる。

本発明は上述した例のみに限定されるものでなく、幾多
の変更を加え得ることができる。

例えば、磁気的にコード化されるトラックはドラム状の
ものの上釦よび回転子の非磁化部分の上に設けることも
できる。

トラック、相むよび磁気感応素子の数およびディスク等
の各コンポー久ントの取す付は位置も上述した例に限定
されるものではない。

トラックの磁気コードに対しては多数の変更が可能であ
り、例えばコード化されるリングの円周に沿う磁界強度
お・よび磁界方向を様々に変化させて、矩形波または鋸
歯状波信号を発生させることができる。

また、凡ゆる例に磁気感応素子を設けることができ、こ
れらの素子は集積回路に組み込む代りに、１個の担体プ
レートの上に設けたりすることができる。

また、ホール素子の代りに、例えば磁気感応抵抗の如き
他の種々の磁気感応素子を用いることができ、さらに「
磁気的にコード化されるトラック」とは第２図に示す例
に限定されるものではなく、例えばディヌク全体を磁化
することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による無ブラシ直流電動機の一例を一部
切欠して示す斜視図、第２図は互いに１２０°異なる２
方向に磁化される２個のリングと２個のホール素子とを
具える磁気的にコード化したディヌクの一例を示す斜視
図、第３図は第２図のディスクを回転させた場合に第２
図のホール素子に発生するホール電圧を示す特性図、第
４図は他の相電圧から第３番目の相電圧を取り出すベク
トル図、第５図は２個のホール素子を用いて３相信号を
発生させる電子回路の一例を示す回路図である。 １・・・回転子、２・・・回転子軸、３・・・固定子コ
イル、４・・・電動機外匣、５・・・ディスク、６，７
・・・磁気コード化トラック、８・・・磁気感応素子を
設ける集積回路、９・・・支持体、１０，１１・・・ホ
ール素子、１２．１３・・・給電、接点、（１４，１５
）、（１６゜１７）・・・ホール電圧取り出し接点。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電子式整流子と、少なくとも部分的に磁気材料から
   成り、固定子コイルと共働する回転子とを有し、該回転
   子に接続した磁気的にコード化される本体と共働して、
   回転子位置に応じて固定子コイルに電流を選択的に供給
   する複数個の磁気感心素子、特にホール素子を具えてい
   る電気機械において、前記磁気的にコード化される本体
   上に複数個の磁気的にコード化したトラックを設け、こ
   れらの各トラックを１個の磁気感応素子と共働させ、前
   記磁気的にコード化されるトラックを、前記回転子の一
   方の軸方向境界面に対してほぼ平行に回転子軸に設けた
   ディスク状本体とし、かつ前記磁気的にコード化したト
   ラックを同心リングとし、これらの同心リングを前記デ
   ィスク本体上に配置し、前記磁気感応素子をすべて１個
   の担体プレート上に設け、該担体プレートを当導体結晶
   とし、該結晶中に前記磁気感応素子を増幅回路と一緒に
   集積回路技法により組込み、菌種増幅回路によって磁気
   感応素子からの信号を増幅して、前記増幅回路の出力を
   固定子コイルに導くようにしたことを特徴とする電気機
   械。