JPS6026480A - 永久磁石回転子型同期電動機 - Google Patents

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 本発明は小型オレンジ絞シジユーザー等の家庭用機器の
駆動源として用いる出力数ワットから数十ワットの永久
磁石回転子型同期電動機の回転方向の制御に関するもの
である。

従来例の構成とその問題点 従来より家庭用小型オレンジ絞りジューサー等には永久
磁石回転子をもつ同期電動機が用いられている。前記永
久磁石回転子型同期電動機は第１図に示すように構成さ
れている。すなわち、回転軸２と直角方向に２極に着磁
された円筒形永久礎石回転子（以下単に回転子という）
１と、固定子鉄心（以下単に固定子という）３と、固定
子３０回りに巻かれた電機子巻線４よりなっている。な
お、１図中の６は電源プラグであシ、６は電機子巻線４
に流れる電流を制御するスイッチである。

上記の構成において電源プラグ６を家庭用コン流が電機
子巻線４に流れ、固定子３には交番磁束が発生する。す
ると固定子端面３ａ、３ｂにばＮ極あるいはＳ極の磁界
が交互に発生する。この磁極と回転子１に着磁された磁
極との間で吸引あるいは反発力が発生して、回転子１は
回転し始める。

つぎに回転子１の始動について第２図を参照してくわし
く説明する。図の状態は始動回転の瞬間に固定子端面３
ａ、３ｂに発生した磁界が回転子１に反発力を及ぼして
いる場合である。ここで回転子１上の任意の対向する４
点Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄに働く反発力Ｆａ、　Ｆｂ　、　ＦＣ
、Ｆ（ｉを円周方向成分Ｆａ＋　、　Ｆｂ＋　、　Ｆｃ
＋　、　Ｆｄ＋　と軸方向成分Ｆａ２　。

１’ｂ２　、　ＦＣ２、Ｆｄ２に分けると、点Ａと点Ｇ
Ｋ働く反発力は回転子１金時計回りに回転させる偶力Ｆ
ａｔ　、　Ｆ（、Ｉ　を生じ一点Ｂと点りに働く反発力
は回転子１を反時計回りに回転させる偶力Ｆｂ＋　。

Ｆｄ＋　を生じている。

ここで、２対の偶力（Ｆａ＋　−１−Ｆｃ＋　）と（Ｆ
ｂ＋＋Ｆｄ＋）の大きさが等しければ一回転子１に働く
トルクは零になり回転子１を静止したままである。

ここで１回転子１と固定子端面３ａ、３ｂとの間のエア
ギャップを不均一にしたり、外部から回転子１に力を与
えるなどして一２対の偶力のバランスをくずすと回転子
１は、（Ｆ２Ｌ１　＋　ＦＣｌ）＞　（Ｆｂ１＋Ｆｄ１
）の場合には時計回りに、（Ｆｂ＋　＋　Ｆｄ＋　）＞
　（Ｆａ＋　＋　Ｆｃ１）の場合には反時計回りに回転
し始める。

このように、２対の偶力の大小関係によって始動時の回
転方向が決定され、電機子巻線４に電流が供給され続け
る限り、回転子１は始動時の回転方向に回転を持続する
。

そして−スイッチ６を切るか一電源プラグ５をコンセン
トから抜くかして、電機子巻線４に流す電流を切ると一
固定子３に発生する磁束も消滅するため１回転子１との
間に働く磁力がなくなり、回転子１はしばらく慣性力で
回転を続けるがやがて停止する。

しかし−その停止位置は一定しておらず１回転子１と固
定子３との位置関係は７たとえば第３図＜Ｌ）、　（ｂ
）　、　（０）　、　（ｄ）に示すように様々である。

１だ第４図＜？Ｌ）　、　（ｂ）に示すように、電機子
巻線４に流れ始める電流の方向によって一固定子端面３
ａ、３ｂは始動時にＮ極、Ｓ極のいずれにもなり得る。

そのため、次の機会に電機子巻線４に電流を流して回転
子１を回転始動させようとしても、始動時における回転
子１と固定子３の磁気的な関係により１時計回り１反時
計回りのいずれの方向にも回転始動が可能となり１回転
方向についての制御ができないという問題があった。

このように永久磁石回転子型同期電動機の始動時の回転
方向が決ぼらないのは、前述のように。

停止時の回転子１と固定子３の磁気的な位置関係が定１
らないことの他に、電源投入時におい”Ｃ固定子端面に
発生する磁極の極性が定まらないためである。

したがって、この種の同期電動機の回転方向を制御する
ためには、電源投入後の一定時間内に固定子と回転子の
磁気的な位置関係を一定にした後に一固定子端面に発生
する磁極を一定にすればよいＯ 発明の目的 本発明は従来のこのような問題に留意し、電動機として
の他の特性をそこなうことなく、しかも構造が簡単であ
るという本来のメリットも失わずに、始動時の回転方向
を制御し、小型オレンジジューサー等の機器の駆動源と
して使用できる永久磁石回転子型同期電動機を提供する
ものである０発明の構成 前記目的を達成するため本発明の永久磁石回転子型同期
電動機は、磁極部を有する固定子と、この固定子を励磁
する電機子巻線と、前記磁極部間に回転自在に軸支され
、永久磁石極を有した回転子とを備え一電源が投入され
て一定時間後にはじめて固定子端面に母権を発生させる
初期動作制御手段と、その時間内に回転子と固定子を一
定の磁気関係に保つ補助固定子を回転子付近に配置し。

この補助固定子に一定の磁界を与えて回転子の位置を固
定する回転子位置制御手段とにより電源投入時の回転子
の位置を制御した後に、固定子端面に一定の極性の磁界
を発生させて回転子の回転始動方向を一定にして継続的
な回転を行なわせる定常動作制御手段を配備し、電源投
入後の経過時間を測定する２種類の時間測定手段が、前
記初期動作制御手段および定常動作制御手段の動作開始
タイミングを別々に与え、電源投入後の一定時間に固定
子に対して回転子を一定位置に保った後に一回転子の回
転方向が常に同一方向になるように回転子の受ける磁力
が一定方向になるようにしたものである。

実施例の説明 第６図に本発明の一実施例のブロック図を示す。

なお、第６図において、第１図と同じ動きをするものに
ついては同じ付量をつけ、ここでは説明は省略する。

第５図において、１０ａおよび１Ｑｂは補助固定子で、
その周シに巻かれた補助巻１１１ａおよび１１ｂに流れ
る電流により励磁される０１３は電源投入から一定時間
後に時間測定手段Ａ１５の情報により動作を開始する初
期動作制御手段であり、１２は回転子１の回転始動方向
が一定になるまでの間−流れる電流の方向を制御して回
転子１の位置を制御する回転子位置制御手段である。

１７は時間測定手段Ｂ１６の情報により回転子１の回転
を継続的に開始させるための定常動作制御手段である。

１４は電源が投入されたことを検知する電源投入検知手
段−１６は電源が投入されてからの経過時間を測定し、
初期動作制御手段１３の動作開始時間Ｔｊヲ与える時間
測定手段Ａでおり、１６は同じく電源が投入されてから
の経過時間を測定し、定常動作制御手段１了の動作開始
時間Ｔ２を与える時間測定手段Ｂである。また、１８は
初期動作制御手段１３．電源投入検知手段１４、時間測
定手段Ａ１６１時間測定手段Ｂ１６および定常動作制御
手段１７に直流電圧を与える直流電圧発生手段である。

前記構成において、第６図とともにその動作を説明する
。第６図は第６図の各部の動作状態を表わすタイミング
チャートである。

時刻Ｔｏにおいて電源が投入されると、電源投入検知手
段１３は電源が投入されたことを検知し時間測定手段Ａ
１５および時間測定手段Ｂ１ｅｓに情報を出力する。す
ると時間測定手段Ａ１５および時間測定手段Ｂ１ｅは電
源投入後の時間測定を開始するが−それぞれ定められた
時刻Ｔ１及びＴ２　（Ｔ１　＜Ｔ２とする）に達する葦
では−いずれの時間測定手段も情報を出力しない。した
がって初期動作制御手段１３および定常動作制御手段１
７ともに動作は行なわない。この間ＴＯ〜Ｔ１は、回転
子位置制御手段１２のみが動作する。初期動作制御手段
１３が動作しないので電機子巻線４には電流が流れず、
固定子端面３ａ、３ｂには磁極が発生しない。補助巻線
１１亀、１１ｂには回転子位置制御手段１２により制御
された電流が流れ一補助固定子１０＆、１０ｂ’ｉ一定
磁極に励磁するＯすなわち一時刻Ｔ、〜Ｔ１においては
７回転子１と補助固定子１０ａ、１Ｑｂ間の磁力により
１回転子１は固定子３に対して一定位置に制御される。

次に一電源が投入されて一定時間Ｔ１が経過すると１時
間測定手段Ａ１５ｔｊ：初期動作制御手段１３に情報を
出力し、初期動作制御手段１３は動作を開始する。する
と−電機子巻線４には回転子位置制御手段１２で制御さ
れた電流が流れるため。

固定子端面３ａ、３ｂには一定の磁極が発生する。

この磁界と回転子１の磁界および補助固定子１０ａ。

１０ｂの磁界によって、回転子１は一定方向に磁力を受
けるため、一定方向に回転始動を開始する。

すなわち、時刻Ｔ１〜Ｔ２では１回転子１は一定方向に
回転を始める。

そして、一定時間Ｔ２が経過すると、今度は時間測定手
段Ｂ１６が定常動作制御手段１７に情報を出力し一定常
動作制御手段１７は回転子位置制御手段１２の動作に優
先する動作を開始する。すると−電機子巻線４に流れる
電流は制御が解除され、結局第１図で説明したのと同じ
動作状態になるため一電源が切られる時刻Ｔ３まで回転
子１は一定方向に回転を継続する。すなわち１時刻Ｔ２
以降は電機子巻線４には電源電流が制御されずそのまま
流れるため、固定子３に発生する磁極は交互に変化し一
回転子１は時刻Ｔ１〜Ｔ２に決まった回転方向に回転を
継続する。

−第７図に第６図のプｏｙり図をもとにした本発明の一
実施例の回路図を示す。この回路の動作は前記の動作説
明に同じであるが、若干補足説明する。

第７図において２０は直流定電圧を発生する三端子レキ
ュレータ、２１ａ、２１ｂ、２１（！ｉ、ｔペアンプで
いずれもバッフ１として用いている。

２２＆はノーマル・オープン接点２２ｂ’ｉ駆動する駆
動コイル、２３ａはノーマル・オープン接点２３ｂを駆
動する駆動コイルである。２４は電機予巻ａ４及び補助
巻線１１ａ、１１ｂに流す電流の方向を半波制御するダ
イオードである。

今、たとえば回転子１を常に時計回りに回すものとし、
ダイオード２４により補助固定子１０ａ。

１０ｂに発生する磁極の極性が第８図（ａ）で、固定子
端面３ａ、３ｂに発生する磁極の極性が第８図（ｂ）で
与えられるものとする。

たとえば、補助固定子１０ａが固定子端面３ａ寄りに、
補助固定子１０ｂが固定子端面３ｂ寄りに配置されてい
るとすると一時刻’ｒｏ−Ｔ１においては一回転子１は
第９図に示すように、補助固定子１０ａ寄りにはＮ極が
一補助固定子１０ｂ寄りにはＳ極が位置することになる
。

そして時刻Ｔ１〜Ｔ２には、第８図（ｂ）に示すように
、固定子端面ｓａ、３ｂに磁極が発生するから、第９図
に示すように、回転子１には点Ｅ”′ｃは固定子端面３
ａとの反発力Ｆθ１と補助固定子１０ａと　・の吸引力
Ｆｅ２の合成力Ｆａが１点Ｇでは固定子端面３ｂとの反
発力Ｆｇ１と補助固定子１ｏｂとの吸引力Ｆｇ２の合成
力Ｆｇが作用するので、回転子１は時計回りに回転始動
するようになる。

なお、この実施例では１対の補助固定子を用いたが、固
定子３のように１つのものにして、励磁するための励磁
巻線を１カ所に集中してもよい。

また、本実施例では定常動作制御手段１７の出力が回転
子位置制御手段１２の出力に優先するように構成したが
、各出力を選択してもよい。

発明の効果　− 前記実施例の説明より明らかなように本発明によれば、
永久礎石回転子型同期電動機としての特性をそこなうこ
となく、しかも構造が簡単であるという本来のメリット
も失わずに、始動時の回転方向を容易に制御することが
できるばかりでなく、この種の電動機の欠点である始動
回転が困難であるという問題点をも解決することができ
るすぐれた利点をもっている。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の永久磁石回転子型同期電動機の構成図、
第２図は同要部拡大断面図、第３図（ａ）。 （ｂ）　、　（Ｃ）　、　（ｄ）　！回転子の固定子に
対する磁気的な位置関係図−第４図（２Ｌ）　、　（ｂ
）は固定子の回転子に対する磁気関係図、第６図は本発
明の一実施例のブロック図、第６図は第６図の各部の動
作を表わすタイミングチャート、第７図は第６図のブロ
ック図をもとにした本発明の一実施例の回路図、第８図
（２Ｌ）は第７図の回路動作を説明するためのダイオー
ドと補助固定子に発生する磁極との関係図、第８図（ｂ
）は同じくダイオードと固定子端面に発生する磁極との
関係図、第９図は回転始動時の回転子付近の拡大図であ
る。 １・・・・・・永久磁石回転子−３・・・・・・固定子
鉄心、４・・・・・・電機子巻紐、１ｏａ　、　１ｏｂ
・・・・・・補助固定子、１１ａ、１１ｂ・・・・・・
補助巻線、１２・・・・・・回転子位置制御手段、１３
・・・・・・初期動作制御手段、１４・・・・・・電源
投入検知手段、１６・・・・・・時間測定手段人。 １６・・・・・・時間測定手段Ｂ−１７・・・・・・定
常動作制御手段。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第２
図 りし 第３図 （α）（Ｃ） 第４図 （ｔ−ｔ　（ｂ） ｌ　／ 第８図 （（Ｌ） （７７） 第９図 ／７４　ｆＯ番

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）磁極部を有する固定子と、この固定子を励磁する
   電機子巻線と、前記磁極部間に回転自在に軸支され、永
   久磁石極を有した回転子とを有し。 電源投入後の一定時間内は初期動作制御手段により前記
   固定子の励磁を解除しておき−この間に補助固定子を一
   定に励磁して回転子と固定子の磁気的な位置関係を一定
   に保っておいて、前記初期動作制御手段を解除し固定子
   を一定に励磁することによシ回転子の回転始動方向を一
   定に制御し、その後は定常動作制御手段により回転を継
   続的に行なわせるように構成した永久磁石回転子型同期
   電動機。 （２）回転子の初期位置を一定にするために、電源投入
   後の一定時間は主励磁を中止し−その間に補助励磁を行
   なうことにより回転子と固定子の磁気関係を一定にする
   ように構成した特許請求の範囲第（１）項に記載の永久
   磁石回転子型同期電動機。 （３）回転子の回転始動方向を一定にするために。 電源投入後の一定時間は、生励研される固定子と補助励
   磁される補助固定子に発生する磁極を一定に制御するよ
   うに構成した特許請求の範囲第（１）項に記載の永久磁
   石回転子型同期電動機。 （４）回転子の動作制御の入力情報として、回転子位置
   制御手段の出力情報と定常動作制御手段の出力情報を用
   いて、定常動作制御手段の出力情報が回転子位置制御手
   段の出力情報を解除するように構成した特許請求の範囲
   第（１）項に記載の永久磁石回転子型同期電動機。 （６）回転子と固定子の磁気的な初期位置が一定になっ
   たことを調べるのに、電源投入後の経過時間を測定する
   時間測定手段を用いた特許請求の範囲第（１）項に記載
   の永久磁石回転子型同期電動機０ （６）回転子の回転始動が一定になったことを調べるの
   に、電源投入後の経過時間を測定する時間測定手段を用
   いた特許請求の範囲第（１）項に記載の永久磁石回転子
   型同期電動機。