JPS61164452A - １相の突極型半導体電動機 - 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】 力トルクを改良した新規な構成に関するものである。

突極型のｌ相の半導体電動機は、構成が簡素化され、廉
価に量産できる特徴がある反面に、自起動が困難である
こと及び出力トルクリプルがｌｏｏ％になるという重欠
点がある。又これ等の欠点を除去した技術がすでにいく
つか提案されている。

しかし出力トルク特性を自白に変更することができ、又
必要あれば平坦なトルク特性とし、従って電磁的機械的
な騒音を小さくしたものは知られていない。

本発明装置は、上述した点を改善し、コスト上昇を伴な
うことなく、上記した重欠点を除去したことに特徴を有
するものである。例えば周知の小型ファン電動機に採用
されている半導体電動機のようにコ倍周波数のトルクを
付加して、上述した欠点を除去すると、反トルクが混入
して、効率を劣化し、出力トルクが平坦でなくなる欠点
が付加される。

本発明装置によれば、起動を完全とし、更に出力トルク
特性をより平坦とし、効率を上昇せしめる特徴を有する
ものである。

次に上述した効果を有する本発明装置の詳細を第１図以
下について説明する。

第１図において、本体（図示せず）に植立した円筒形の
支持体コには、ボールベアリングｌαが圧入され、これ
には回転軸ｌが回動自在に支持されている。

突極３グ、Ｊｂ、３ｃ、３ｄ及び補極ｑα。

≠ｂ、１７６、　ｌＩｄは、図示の形状とされ、珪素鋼
板を型抜きし、積層固化する周知の手段により作られて
いる。突極３α、３ｂ、・・・の巾はｑ。

度より小さく、又各突極は等しいピッチで配設されてい
る。補極ｅ、、ａｈ、・・・は、各突極の中間の位置に
配緯される。突極、３ａ、３ｈ、・・・には、電機子コ
イルＳα、　！ｒｂ、・・・が装着されている。上述し
たものは固定電機子となるもので、その中央部空孔には
、支持体２が嵌着されている。支持体コは、図示しない
本体基板に植立されているものである。

記号７で示すものは、カップ状に軟鋼板をプレス加工し
て作られた回転体で、その底面の中−央部には、回転軸
ｌが固着されている。回転体７の内側には、マグネット
回転＋６となる１ノング状のフェライトマグネットが圧
入固定されている。

磁極６α、ＡＡ、Ａｌ？、ｘｇは、径方向に硼化され、
それぞれの開角は９０度となっている。

突極、補極の外周面は、同一円周面に配設されているが
、磁極６α、６ｈ、・・・け、図示のように、各突極、
各補極との空隙長が異なっている。

記号ｂｅ、ｌ、ｆの点け、Ｎ、Ｓ極の境界となっている
が、これ等の点より外側になるに従って、空隙長が小さ
くなるように構成されている。

従って、マグネットの厚みも増加して、界磁磁界の強さ
が強ぐなシ、対応して出力トルクが増大するように構成
されている。

本実施例は、外転型のものであるが、内転型のものを構
成することもできる。

マグネット回転子６は、矢印Ｅ方向に回転するものであ
るが、その原理を、第２図（り）の突極３α、３ｂ、・
・・、補極グｔｘ、ｌｌｂ、・・・及びマグネット回転
＋６の展開図につき説明する。第１図と同一記号のもの
け同一部材である。

第二図（り）において、記号／／けへ位置検知素子とな
るホール素子で、磁極６α、６ｈ、・・・の磁界が貫挿
する位置において、本体側に固定されている。

第ダ図（ｈ）は、ホール素子／／の出力をトランジスタ
／りα、ｉ’ｙｈにより導出する回路で、ホール素子／
／がＮ極の磁界下にあるときにはトランジスタ／りｂを
介して、出力が得られて、電機子コイル！ｂ、！ｒｄが
、又Ｓ極の磁界下にあるときには、トランジスタ／？４
が導通して、電機子コイルＳα、３ぐが通電される。記
号／りａ　、　／！ｒｂは電源圧負極である。

第９図（、）に示すものけ、ホール素子／／の代りにホ
ール／　Ｃｌ／　ａを利用した場合で、ホールＩＣ／／
　ａは、ホール素子／／と同じ位置に固定され、Ｎ極の
磁界下にあると正の出力が得られ、トランジスタ７ｇ、
／ｇαを付勢して、これを導通し、電機子コイルＡ；’
ｂ、！；ｄを通電する。Ｓ極の磁界下にあると、その出
力はローレベルとなり、トランジスタ／ｇ　Ａが導通し
て、電機子コイル５ｃ、！；ｃが通電される。間第ｑ　
７　（ｂ）と同一記号のものは同一部材を示すものであ
る。従ってホ−ル素子／／もホールｔｃｉｉａによる通
電も、ともに同一の作用を行なっている。

第一図（り）において、磁極６α、６ｈ、・・・の形状
は、第１図のマグネット回転子ルを輪切りにした断面の
形の展開図となっている。従って、矢印に方向が各磁極
の厚さを示している。

磁極乙α、Ａｈについて説明すると、その境界点（ホー
ル素子／／のある位置）より左右に移動するに従って、
磁界が強くなシ、点線Ｆの点及びＧの点において、Ｎ、
５極がそれぞれ最も強い磁極（磁界と考えてもよい）と
なっている。

かかる事情は、磁極／、ｃ、Ａｄについても全く同様で
ある。マグネット回転＋６が左方に、図示の位置より７
５度移動した点において電機子コイル！；　ｂ　、　−
！　ｄが通電されて、突極３ｈ、３ｄが５極に励磁され
ていると、他の突極と補極の誘導による磁極はすべてＮ
極となる。このときに、突極３ｂ、３ｄによるトルクは
零となる。

しかしこの点よりマグネット回転＋６が点線Ｆ。

Ｇの間即ち／、２０度だけ矢印Ｅ方向に移動（回転）す
る間は正トルクとなり、そのトルク曲線が、第３図のタ
イムチャートにおいて曲線／２として示されている。

突極３α、３ｃによるトルクは、負のトルクで、マグネ
ット回転子６が矢印Ｅ方向に３０度回転して始めて零の
トルクとなる。その後の６０度の回転中は正トルクとな
る。従ってトルク曲線は、第３図において曲線／３とし
て示されている。

補極１１ｈ、’ｌｄけ、マグネット回転子６が、図示の
位置より、６０度だけ矢印Ｅ（右方）に回転したとき始
めてトルクが零となシ、それまでは負のトルクとなる。

零トルクの位置より６０度回転する間が正トルクとなる
ので、第３図の曲線／弘がその出力トルク曲線となる。

補極１１ａ、ｔＩｅけ、マグネット回転子６が左方に３
０度回転した点で零トルクとなり、次に矢印Ｅ方向（左
方）に６０度回転する間は正トルクとなり、次に負トル
クになる。従ってトルり曲線は、第３図の曲線／ｊとな
る。

トルク曲線／ｑと１５の合成トルク曲線は、第３図の曲
線／６で示されるものとなる。トルク曲線／コが零トル
クとなるのけ、点線りの位置となる。

従って他のトルク曲線／３．／４’、／！；、／４も点
線りの位置で、その表示を中止している。トルク曲線／
Ｊと１６の合成トルク曲線は零トルクとなるので、突極
３り、３Ｉ？及び補極ダα、ダｌ）　、　１７６゜’ｌ
ｄによる合成トルクは消滅する。

上述した合成トルクけ、突極、補極の構成によっては、
完全に零トルクとけならなく、正負のトルクが残存する
。しかし突極５ｈ、！；ｄによるトルク曲線１２に大き
い影響を与えることはない。

以上の説明より判るように、マグネット回転子乙の出力
トルクは、曲線／Ｕとなる。

ホール素子／／の位置より理解されるように、電機子コ
イル！　ｂ　＋’　３　ｄの通電されている区間は、第
３図のトルク曲線／２のｏｏ　　の点（実線Ｂで表示さ
れている。）及び９０度の点（点線Ｃで示されている）
の間となっているので、その間の壬のトルクにより一マ
グネット回転子６は矢印ソ芳向に駆動される。

ｑｏ度回転した状態が、同一記号で第２図（ｂ）に展開
図として示されている。

第１図（ｂ）において、ホール素子／／け、Ｓ極に対向
し始めるので、電機子コイル！；ａ、！；ｃが通電され
て、突極３α、３ｃがＳ極に励磁され、他の突極及び補
極けすべて誘導によりＮ極となる。

第２図（、）について説明したことと全く同じ理由によ
り、突極３α、３／−によるトルク曲線は、第３図で曲
線／２　ａとして示され、他の突極と補極による合成ト
ルクは零となる。

電機子コイル５α、ｊｃの通電される区開け、点線Ｃと
Ｕとの間となるので、その区間（ｑｏ度）の間だけ、マ
グネット回転子Ａは、矢印Ｅ方向に回転される。

更にｑｏ度回転すると、電機子コイル！ｂ、５ｄが再び
通電されるので、トルク曲線／２　Ａが得られる。

以上の説明のように、連続したトルクが得られるので、
自起動することは勿論、零トルクの点がないので、トル
クに無効な大きい電機子電流が流れて銅損を増加する欠
点が除去される。

第一図（α）で、記号／ｇα、／ざｂは直線となってい
るが、これを点線／９　ｃ　、　／９　ｂで示すように
曲線とすることにより、第３図の出力トルク（曲線／−
１／コｒｘ、／コｂ、・・で表示されているもの）の平
坦性を自由に制御できる特徴がある。他の磁極ＡＱ、ｌ
、ｄも同じ構成とされている。

点線／？　ａ　、　／９　ｈけ下に突出しているが、上
に突出せしめてもよい。かかる手段により、出力トルク
のりプルイ直を自由に選択できる自由度を有することが
本発明の特徴である。

一般に、出力トルクは平坦であることがよいが、負荷の
種類によって、上述した変化が必要となるものである。

本実施例でけ、磁極６α、Ａｈ’、・・・の厚みと空隙
の大きさにより界磁磁界の強弱を制御する機構を採用し
たが、同じ目的を達するものであれば他の手段でも差支
えない。例えば、突極３ａ状を変更することにより同じ
目的が達成されるものである。

本実施例以外に、突極の数を２個、補極を二個とし、マ
グネット回転子の磁極を二個としてもよい。

一般的な表現をすると、ルを１以上の正整数としたとき
、磁′極数及び突極数は２ｒＬ個となり、マグネット回
転子が、３ｔＯ／２ｎ度回転する毎に、位置検知出力に
より奇数番目と偶数番目の突極を交互に同一極性に励磁
することにより、本発明の目的が達成される。

以上の説明より理解されるように、本発明装置によれば
、冒頭において述べた目的が達成されて効果著しきもの
である。

【図面の簡単な説明】

第７図は、本発明装置の説明図、第２図は、突極、磁極
及び補極の展開図、第３図は、同じくそれ等による出力
トルクのタイムチャート、第７図は、電機子コイルの通
電制御回路図をそれぞれ示す。 ／・・・回転軸、　　　　／　Ｚ・・・ボールベアリン
グ、ユ・・・円筒状支持体、　　３・・・固定電機子、
Ｊ　４　、３　ｂ　、　、？　ａ　、　Ｊ　ｄ　−突極
、　　　’Ｉｔｘ、’Ｉｂ、ｌＩｃ、ｌＩｄ・・・補極
、　　　左ａ、Ｊｈ、！；ｃ。 ５ｄ・・・電機子コイル、　　６・・・マグネット回転
子、　　６　ｒｘ　、　Ａ　ｂ　、　＆　ｅ　、　Ａ　
ｄ　・”磁極、７・・・回転体、　　／／　ｑ　、　／
／・・・ホール素子、／２．／２α、　／２　ｂ　、、
　７．３・・・突極によるトルク曲線、／’Ｉ、／Ａ；
、／ル・・補極によるトルク曲線、　　ｌ！り。 ／Ｓｂ・・・電源圧負極、　　／クク、　／７　ｈ　、
　１ｇ　、　１ｇり。 ｔｇ　ｂ・・・トランジスタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 界磁磁極が回転子となる突極型半導体電動機において、
   等しい巾の２ｎ個（ｎは１以上の正整数）のＮ、Ｓ磁極
   を含み、ｎ組のＮ、Ｓ極よりなる磁極のそれぞれが、Ｎ
   、Ｓ極の境界より外側部になるに従つて、漸次に連続し
   てより強い磁界となるように、又隣接する磁界が異極と
   なるように着磁された磁極群を備えた界磁磁極となるマ
   グネット回転子と、本体の基板上に固定されるとともに
   、２ｎ個の突極が、界磁磁極に空隙を介して対向し、等
   しいピッチで配設された磁性体突極群ならびにこれ等の
   それぞれに装着された２ｎ個の電機子コイルを備えた固
   定電機子と、前記した各突極間の中間の位置で、界磁磁
   極に空隙を介して対向するように、磁性体により突極と
   １体に作られた２ｎ個の補極群と、本体に固定された位
   置検知素子により、マグネット回転子が３６０／２ｎ度
   回転する毎に、第１、第２の位置検知信号を交互に出力
   する位置検知装置と、該位置検知装置より得られる第１
   の位置検知信号により、奇数番目の電機子コイルを通電
   し、第２の位置検知信号により、偶数番目の電機子コイ
   ルを通電せしめて、平坦な出力トルクを発生せしめる通
   電制御回路とより構成されたことを特徴とする１相の突
   極型半導体電動機。