JPS6026482A - 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υジューサ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
された円筒形永久磁石回転子１（以下単に回転子という
）と、固定子鉄心３（以下単に固定子という）と、固定
子３の回シに巻かれた電機子巻線４よυなっている。な
お図中の５は電源プラグであり、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。

前記の構成において、電源プラグ６を家庭用コンセント
に差し込みスイッチ６を閉じると、交流電流が電機子巻
線４に流れ、固定子３には交番磁束が発生する０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０ つぎに前記回転子１の始動について第２図を参照して詳
しく説明する。図の状態は始動回転の瞬間に固定子端面
３ａ、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土の任意の対向する
４点Ａ、Ｂ、Ｇ、Ｄに働く反発力Ｆａ、　Ｆｂ、　Ｆｃ
、　Ｆｄを円周方向成分Ｆａ＋＋　Ｆｂ＋＋　Ｆｃ＋＋
　Ｆｃｂ　と軸方向成分Ｆａ２．Ｆ０２．Ｆｄ２に分け
ると、点Ａと点Ｃに働く反発力は回転子１を時計回りに
回転させる偶力ＦａｌｌＦｃｊを生じ、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
１．Ｆｄ１　を生じている。

ここで、２対の偶力（Ｆａｌ　＋ＦＣ１）と（Ｆｂ、＋
Ｆｃｈ　）の大きさが等しければ、回転子１に働くトル
クは零になり回転子１は静止したま＼である。

ここで、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、２対の偶力のバランスをくずすと回転子
１は、（Ｆａｌ　＋Ｆｃ＋　）　＞　（Ｆｂ＋十Ｆｄ、
）の場合には時計回りに、（Ｆｂ、＋　Ｆｄｌ　）　＞
（Ｆａ、十Ｆ。１）の場合には反時計回りに回転し始め
る０ 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、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、
固定子３に発生する磁束も消滅するため、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、回転子１と固
定子３との位置関係は決捷らない。寸た電機子巻線４に
流れ始める電流の方向によって、固定子端面３ａ、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、時計回り、反時
計回りのいずれの方向にも回転始動が可能となり、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回転始動が難し
いのは起動トルクを有しないためである。

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。

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、釆久磁石物を有した回転子とを備え、この回転子の
近傍にその周囲に補助巻線が巻かれた補助固定子を配置
し、前記固定子と補助固定子を１対ずつ組とし、それぞ
れに発生する磁極が異極となるように構成し、電源投入
後の一定時間だけ補助固定子を励磁し、かつ電源位相が
反転する前にその励磁全中止し、固定子と補助固定子に
発生する磁極と回転子の磁極との間に働く磁力により、
回転始動を容易にして、一定時間経過後は固定子に発生
する磁極と回転子の磁極との間の磁力により、円滑な回
転を継続させるようにしたものである。

実施例の説明 第３図に本発明の一実施例のブロック図を示す。

第３図において、第１図と同じ働きをするものについて
は同じ料量を付け、ここでは説明は省略する０ 第３図において、Ｉ　Ｑ　ａおよび１０ｂは補助固定子
で、その周りに巻かれた補助巻線１１ａおよび１１ｂに
流れる電流により励磁され、いずれも回転子１の近傍に
配置される。１３ばこの補助巻線に煎れる電流の方向を
制御する補助固定子片励磁手段であり、このため補助固
定子１０ａおよび１０ｂには一定の磁極しか発生しない
。

１２は前記補助固定子１０　ａおよび１ｏｂと補助固定
子片励磁手段１３に流れる電流を制御する初期動作制御
手段、１４は電源位相が正の半波か負の半波かを検知す
る電源位相検知手段、１５はこの電源位相検知手段１４
がいったん動作すれは、そのことを記憶する記憶手段、
１ｅは前記電源位相検知手段１４、記憶手段１６および
初期動作制御手段１２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４図とともにその動作を説明する
。第４図は第３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。まず、時刻ＴＯにおいて電源が投入さ
れる。その位相によって補助固定子片励磁手段１３が動
作したりしなかったりする。今、電源の正の半波でのみ
補助固定子片励磁手段１３が動作すると、補助固定子片
励磁手段１３によって第４図に示す波形があられれる〇
そして、電源位相が正の半波になって一定の遅れ時間後
時刻Ｔ１に記憶手段１５が動作する。すると初期動作制
御手段１２はこの出力を受けてその動作を解除する。す
なわち、時刻Ｔｏ−Ｔ、の間でのみ補助固定子１０ａお
よび１０ｂは励磁可能状態になり、さらに電源位相が正
の半波の区間のみ補助固定子１０ａおよび１０ｂは励磁
されて一定の磁極が発生する。

時刻Ｔ１以後は初期動作制御手段１２の動作は解除され
るため、補助固定子１Ｑａおよび１Ｑｂには電源の位相
にかかわらず、磁極は発生しない。

しかし、電機子巻線４には電源が切れる時刻で２まで常
に電流が流れるため、電源位相によって固定子端面３ａ
および３ｂに発生する磁極は反転する０つまり１時刻Ｔ
Ｏ〜Ｔ１は、固定子端面３ａ丸・よひ３ｂに発生する磁
極、補助固定子１０ａおよび１０ｂに発生する磁極と回
転子１との間の磁力によって回転子１は一定方向に回転
始動を始める。

時刻Ｔ１〜Ｔ２の間は回転子１には固定子端面３ａおよ
び３ｂＫ発生する磁極との磁力によって一定方向に継続
回転を続けることになる。

第５図に第３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０ 第６図において２ｏａ１２０ｂはともにトランジスタで
スイッチング素子として用いている。

２１はＯＲ回路で図のように入力の一本と出力を接続し
てバッファとして用いている。２２ａはノーマル・クロ
ーズ接点２２ｂを駆動する駆動コイルである。２３は補
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、
電源投入後、ダイオード２３により補助固定子１０ａ、
１０ｂに発生する磁極め関係が第６図で与えられるもの
とする０ たとえは、補助磁極１０ａが固定子端面３ａ寄りに、補
助磁極１０ｂが固定子端面３ｂ寄りに、１０ａと１０ｂ
が対向して、配置しであるとすると、時刻Ｔ。−Ｔ１の
間の負の半波の区間は補助固定子１０　ａおよび１０ｂ
には磁極は発生せず、固定子３のみが励磁されて固定子
端面３ａおよび３ｂに磁極が発生する。この磁極と回転
子１０間に磁力が働き、固定子３に対して回転子１の位
置が決まる。次に電源波形が正の半波になると、補助固
定子１０　ａおよび１ｏｂも励磁されて第６図に示す磁
極が発生する。回転子１はこの磁極と固定子端面３ａお
よび３ｂに発生した磁極との間で第７図に示すように、
回転子１には点Ｅでは固定子端面３ａとの反発力Ｆｅ１
と補助固定子１０ａとの吸引力Ｆ。２の合成力Ｆｅが、
点ｑでは固定子端面３ｂとの反発力Ｆｇ１と補助固定子
１０ｂとの吸引力Ｆ９２の合成力Ｆ９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。

そして、時刻Ｔ１になるとＯＲ回路の一人力に電源が投
入されたことを知らせる情報が出入され、その出力は第
４因に示すように、ｔｔ　ＨＩ＋一定となる。すると、
この情報を受けて駆動コイル２２ａが励磁され、ノーマ
ル・クローズ接点２２ｂを吸引し、補助固定子を励磁す
る回路は切断される〇したがって時刻Ｔ１以降は回転子
１は固定子端面３ａおよび３ｂからのみ力を受けて回転
を続ける。

ここで、もし時刻Ｔ１の設定が第４図Ｔ′、であったと
すると、補助固定子１には第６図に示すとは反対極性の
磁極が発生し、回転子１には反時計方向の力が働く。

したがって、時刻Ｔ１は必ず正の半波が終了する前に設
定しなければならない。そうすれば、回転子うには電源
投入後の正の半波の一期間のみに第６図に示す時計回り
の力が働くことになり、回転子１には常に時計回りの力
を受け回転を続けることができる。

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、励磁巻線を１カ所に
集中してもよい。

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、
永久磁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、容易に始動回転をさせることがてきるばか
りでなく、この種の電動機の欠点である回転方向が一定
でない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図は本発明の一実施例
のブロック図、第４図は第３図の各部の動作を表わすタ
イミングチャート、第６図は第３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６図は第６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７図は本発明の一実施例の要部
拡大図である。 １・・・・・・永久研石回転子、３・・・・・・固定子
鉄心、４・・・・・・電機子巻線、１０ａ、１０ｂ・・
・・・・補助固定子、１１ａ、１１ｂ・・・・・・補助
巻線、１２・・・・・・初期動作制御手段、１３・・・
・・・補助固定子片励磁手段、１４・・・・・・電源位
相検知手段、１５・・・・・・記憶手段、１６・・・・
・・直流電圧発生手段。 第６図 第７図 ｔｇ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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、この回転子近傍に補
   助巻線を巻いた補助固定子を設けて、固定子に発生する
   磁極と、電源位相に同期して補助固定子に発生する磁極
   と回転子の磁力によって偶力のアンバランスを発生させ
   、電源の位相が反転する前に補助固定子の励磁を中止し
   、固定子のみ励磁して、回転子の回転始動を容易にし、
   円滑な継続回転を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. （２）固定子と補助固定子を１対ずつ組とし、それぞれ
   が近接した位置に配置され、かつ発生する磁極が異極に
   な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０