JPS61280751A - 1相の半導体電動機 - Google Patents

1相の半導体電動機

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JPS61280751A
JPS61280751A JP12064285A JP12064285A JPS61280751A JP S61280751 A JPS61280751 A JP S61280751A JP 12064285 A JP12064285 A JP 12064285A JP 12064285 A JP12064285 A JP 12064285A JP S61280751 A JPS61280751 A JP S61280751A
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armature
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coil
fixed
curve
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JP12064285A
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Inventor
Itsuki Ban
伴 五紀
Hideo Okada
秀夫 岡田
Ikumasa Ikeda
池田 育正
Masayuki Yamamoto
正幸 山本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yokowo Co Ltd
Secoh Giken Co Ltd
Original Assignee
Secoh Giken Co Ltd
Yokowo Mfg Co Ltd
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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、小出力の負荷の駆動源、例えば電子回路の冷
却用の電動ファンに利用されるもので、l相の半導体電
動機に関するものである。
〔従来の技術〕
従来のl相の半導体電動機は、大別して次の3つの技術
の/相の電動機となっている。
第1には、周知の!相の電動機が自起動できないので、
コギングトルクにより起動せしめる形式のものである。
第2には、米国特許第3.−99..131号に開示さ
れた技術で、マグネット回転子の磁極のN。
S極の中間に無磁界部を設けることにより、起動を容易
としたものである。
第JKは、米国特許第グ、コ//、913号に開示され
た技術で、マグネット回転子の主磁極に副磁極を付加し
て、実質的に第2項の技術と同じ効果を有するものであ
る。
〔本発明が解決しようとする問題点〕
上述した従来のl相の半導体電動機におりては、一つの
問題点がある。第tK、電気角で1gQ度回転するとき
の初期と末期、特に末期においては、逆起電力が零であ
ることに加えて、磁心が磁気的に飽和することにより、
過大な電機子電流が流れ、トルクに寄与しないジュール
損失が大きくなり、効率の低下を招いている。
第2に、これを防止する為に、前述した米国特許第、7
,299..33g  号及び第q、コit、デー63
号の技術があるが、この技術においては、マグ坏ット回
転子の磁界の全部をトルクに有効に利用できない為に効
率の低下を招く欠点がある。
上述した理由の為に、第1.第二のいずれの場合でも、
効率が低下して、33%位が限界となっている不都合が
ある。
〔問題点を解決する為の手段〕
電機子コイルの通電の末期において過大なジュール損失
を発生することを防止する為に、通電の末期の所定の区
間だけ通電を停止せしめ、起動を容易とする為に、起動
時のみ上記した停止作用を抑止せしめる手段を採用して
本発明の目的を達成している。
〔作用〕
電機子コイルの通電の初期では、コアのある為にそのイ
ンダクタンスはπミリ6フ9位(出力が/〜コヮットの
電動機の場合)なので、電流の立上シは比較的おそく、
逆起電力は小さいが、電流値が小さく、ジュール損失も
小さく効率に与える影響は少ない。
しかし通電の末期では、マグネット回転子の磁束により
、コアがほぼ飽和し、コイルのみのインダクタンスとな
るので、3ミリヘンリ位にインダクタンスが減少する。
従って界磁磁界が小さく若しくは零の通電の末期では、
著しく大きい電機子電流が流れ、しかもこれはトルクに
寄与しないので効率を劣化する主因となる。
かかる不都合を除去する為に、位置検知素子2個を用い
て、通電の末期の通電を切断して、効率を周知のこの種
の電動機より/左〜、20%上昇せしめているのが本発
明の作用である。
又上述した手段によると、コギングトルクによる起動が
困難となるので、起動時においては、かかる手段を不作
用に保持する手段を付加したものである。
〔実施例〕
次に、本発明装置を図面に示す実施例により、その詳細
を説明する。同図面中の同一記号のものは同一の部材な
ので、その説明は省略する。
第1図は全体の構成を示す正面図である。
第1図忙おいて、記号qは、珪素鋼板を積層して作った
電機子磁心である。qボールの構成となり、突極は記号
11a、jib、’46.41dとして示され、それ等
の巾は90度より少し小さくされ、qo度離間している
各突極には、電機子;イルタα、左b  !re5dが
装着されている。磁心yの中央部は空孔となり、金属円
筒コが嵌着され、この円筒コによシ、磁心qは本体(図
示せず)に固定されて、固定電機子を構成している。
円筒二の内部には、ボール軸承3の外輪が嵌着され、内
輪には、回転軸lが回動自在に支持されている。
回転軸lのl端には、カップ状にプレス加工された軟鋼
カップ/3の底面中央部が固定されている。
カップ/3の内側には、円環状のマグネット回転モルが
固定され、マグネット回転モルには、qo度の開角のN
、S磁極が図示のように配設され、とともに回転する。
突極7α、7b、’le、7dを備え、軟鋼板若しくは
珪素鋼板を型抜きして、図示の形状に作られた磁心りの
中央部リングは、磁心qに重ねて固着されている。
突極りα、りす、・・・の巾は、磁極qα、ダb。
・・・のほぼ/7.となって、qo度ずつ互いに離間し
、突極qa、 lIb、・・・と轄度ずらして配設され
ている。突極7hの基部りCは、図示のように、電機子
コイル5bとSCの中間にあるように設定されている。
従って電機子コイルsb、styに基部り6が重なるこ
とが避けられるので、電動機の厚さく紙面に垂直方向の
長さ)を小さくできる効果がある。他の突極7α、  
 e、7dの基部についても、上述した事情は全(同じ
である。
第2図(b)は、突極lα、 lIh、 lla、ac
t及び?a、7b  7e、7dの34O度に亘る展開
図である。詳細については後述するが、記号ざ6部gb
はホール素子、記号9はコイルで、それぞれは位置検知
素子で、固定電機子ダに適宜な支持体を介して固定され
、マグネット回転モルの磁極面に対向しているものであ
る。
突極’It、41b、・・・と突極7α、7b、・・・
との間は、矢印で示す空隙7fがあるが、密接して配置
しても差支えない。
第2図(a)は、マグネット回転子tの磁極、6a。
AA、・・・0360度に亘る展開図である。点線で示
す突極qα、llb、・・・及び突極7α、fb。
・・・及びホール素子ざα、tb、コイル9は、それぞ
れの部材とマグネット回転子6との対向状態を示すもの
である。
ホール素子ざαの出力により、これがN極下にあるかS
極下にある今を区別して、電機子コイル5α、SC及び
電機子コイル!b、!dを交替して通電すると1周知の
l相の半導体電動機となり、小型の電動ファンの駆動源
として広い用途に使用されている。
突極’)a、1b、・・・の為に、マグネット回転モル
にコギングトルクが発生して、矢印G方向に所定角度だ
け回転しているので、自起動することができる。上述し
た電動機は、次に述べる理由により、効率が劣化し、入
力が/〜2ワット位のもので、その効率は、?コチ〜3
S俤位となっている。3相のこの種のものは、60〜7
(7%の効率となっているのに比較すると、効率は著し
く劣化している。
本発明装置は、かかる効率の劣化する原因を除去して、
効率を/!r%〜2o係上昇せしめて、SOチ〜S5チ
位とした構成としたものである。次にその詳細を説明す
る。
第6図のグラフの曲線2コα、2コb、・・・は、一般
のl相の電動機の出力トルク曲線である。又曲線2Jは
、前述したコギングトルク曲線で、両者の合成トルク曲
線には死点がなく、自起動できる。
電機子電流の曲線は、曲線コα、 2!r b 、・・
・として示される。この曲線について、第1図につき説
明する。
第1図は、マグネット回転子6の1部の磁極1slI、
Ah、l、d及びこれに対向する突極ダα。
電機子フィルタαの展開図を示している。
突極qαが磁極6αに正対したときの図面が示されてい
る。電機子コイルSαが通電され、N極に励磁され、磁
極乙αが矢印G方向に回転する場合を考えると、磁極ル
αによる磁束は矢印、?コの方向となり、又電機子フィ
ルタaによる磁束の方向は矢印、72と反対方向となり
、通電とともに急速に矢印、?2の方向の磁束は減少す
るので、大きい逆起電力が発生し、電機子電流は、第6
図の曲線コαの右端の立上り部となり、過大な電流は抑
止される。従って、この部分の界磁磁界は零若しくは小
さく、出力トルクも小さいが、ジュール損失も僅少とな
り、効率に大きい影響を与えることはない。
次にマグネット回転モルが矢印C方向に4t、5一度回
転する間に、磁極Aαによる矢印Jλの方向の磁束は減
少して零となる。又この間に電機子コイルタαによる矢
印、72と反対方向の磁束は、はぼ一定なので、合成磁
界は、矢印、?2と反対方向に漸増し、これによる逆起
電力も増加して、Q度回転したときに逆起電力は増大す
る。即ち電機子コイル5αを貫通する磁束の大きさの時
間に対する変化率が大きくなるものである。従って電機
子電流は、第6図の曲線コαの中央部の低い値となる。
次のtIり度の回転時には、その初期において、磁極A
ct(S極)により、矢印3,7の方向の磁束が突極ダ
αに流入し、この方向は電機子コイル5aによる磁束と
方向が一致するので、合成磁束の時間に対する変化率は
最大となり、従って逆起電力も最大値となり、電機子電
流も最底値となり、又効率も最大となる。この点が第6
図の点線−りの少し左側の点となっている。
更にマグネット回転子6が回転すると、矢印J、?で示
す磁極6dによる磁束が急速に増加して、磁心は飽和に
近づくので、誘導常数が急速に零に近づき、インダクタ
ンスが急減する。実測によると、曲線8aの左端部では
インダクタンスがJミリヘンリ、右端では、5ミリへン
リ位となる。ただし、入力がlワラトル−ワット位の電
動機の場合である。従って、逆起電力も急減して電機子
電流は急増する。更に又イン、1ダノタンスに比例する
磁気エネルギも急減するので、放出された磁気エネルギ
は電機子電流を増大せしめる結果となる。従って、第6
図の曲線8aの右端の曲線のようく、電機子電流が急増
し、qo度回転し六ときに、電機子電流は切断されるが
、このときのピーク値は実測によると、起動電流とほぼ
同じ値となる。
この近傍では、界磁磁界は小さいか零となっているので
、出力トルクは殆んどなく、無効なジュール損失が急増
する。
他の磁極’Ib、’IC,4Idについても事情は全く
同じである。
マグネット回転子6が回転するに従って、第6図の曲線
、2J a 、 ! b 、・・・に示す曲線の電機子
電流となる。
毎分3000回転の電動機とすると、1回転毎に9個の
曲線w a 、 h b 、・・・が得られるので、毎
分12000個の曲線Jα、 h b 、・・・で示す
通電が行なわれる。この事実は極端な表現をすると、1
分間に72000回起動が行なわれる直流電動機となり
、効率の劣化を招く主原因となっていることが理解され
る筈である。
上述した欠点を除去するには、第6図の点線、27で示
す点で電機子電流の通電を停止することが最適の手段と
なる。即ち点線27の点で電流を切断することがよい。
この為の制御回路を第3図(りについて、次に説明する
第3図(a)において、直流電源圧負極10α、故朱に
より通電されているホール素子tα(第2図に同一記号
で示す)の出力は、オペアンプl/αにより増巾され、
7点の出力波形は、第1図のグラフの曲線B a 、 
/& A 、・・・で示される。
コイル9は、第2図に示したように、磁極6α、6b、
・・・に対向しているので、その誘導出力が得られる。
8点の出力は、第1図の曲線/Aで示されている。ホー
ル素子faとコイルテトの位置の差だけ位相差のある曲
線が得られる。
オペアンプ// A 、 // ryの出力即ちC,D
点の出力波形は、それぞれ第り図の曲線/7α、 /?
 b 。
・・・及び曲#!ira、/gb、・・・となる。第1
図の点線/Aα、/1.bは、オペアンプ// b 、
 // cのそれぞれの十端子及び一端子の電圧を示し
ている。
アンド回路/L2 Qの出力即ちE点の出力波形は第1
図の曲線/9 a 、 /9 A 、・・・となる。
反転回路/2 eを介する入力とD点の出力により作動
するアンド回路/2 bの出力即ちF点の出力波形は、
第9図の曲線シα、 、2/7 A 、・・・となる。
E、F点の出力により、トランジスタ/44α、/lb
のペース制御が行なわれているので、電機子コイルJa
、j;e及び3b、jdは、マグネット回転子6が90
度何回転る毎にその通電が交替されて、/相の半導体電
動機として駆動される。
尚記号10 b 、 10 e及び/θd 、 10 
aは直流電源圧負極である。電機子コイルにex、3g
及びりb#5dは直列並列のいずれの接続でもよい。ホ
ール素子g4は、同じ目的を達するものであれば他の位
置検知素子でもよい。
前述したように、突極75.7に、・・・によりコギン
グトルクにより自起動することができる。
本実施例によるコギングトルクの曲線は、第6図で記号
3として示し念ものなので、突極りα、7b、・・・の
厚みを増加することによりζ′出力トルクを大きくする
ことができる。従って曲線コ、2 a 、 22 A 
、・・・と曲#j!nの合成トルクをほぼ平坦とするこ
ともできる効果がある。
又突極41aIqI1.・・・の巾が10度に近いので
、出力トルクが犬きく、′シかもこれ等によるコギング
トルクが僅少となるので、起動が確実となり、又機械騒
音の少なくなる効果がある。
上述した電動機は、効率が悪くなることは前述した通り
である。効率を良好とする為には、第6図の点線、27
の点で電機子電流を切断する必要がある。かかる手段に
よると、点線コクとニアαの間の出力トルクが無くなる
ので1点線27の点では、コギングトルク曲線23によ
るトルクもなく、起動できない。従って第1図で説明し
た手段によシ起動し、起動後に点線コクの点で電流を切
断する必要がある。
次に第左図につきその説明をする。
第1図と同一記号のものは、同一点の出力波形である。
起動後において、速度が設定値を越えて定常運転になっ
たときに、コイルタの出力は増大し、曲線/乙のように
なったことが第1図と異なっている。
従ってオペアンプ// lrの出力は、曲線lりα。
/76、・・・となり、又オペアンプ//Dの出力は、
曲線/rα、 lr il 、・・・となシ、それぞれ
第1図の同一記号の電気信号の巾よシせまくなっている
従って、アンド回路/、2 n 、 /2 bの出力は
、曲線19α、19h、・・・及び曲線Xα、 r b
 、・・・となり、これ等の波形とホール素子ざαの出
力即ちオペアンプ//αの出力とを対比してみると、曲
線/9α、 /? A 、・・・と曲線r a 、 &
 b 、・・・は交互に得られ、これにより電機子コイ
ル3α jc及び!;b、rdも交互に通電される。
通電の初期は、ポール素子の出力(13g、/!rb、
・・・)の立上りと一致するが通電の末期は、ホール素
子の出力の消滅する以前となっている。
以上の説明より判るように、起動時においては、各電機
子コイルに電気角で110度の通電が交互に行なわれる
ので、前述したコギングトルクにより正確に起動するこ
とができ、増速されるに従って、通電の末期が早く終了
し、通電はtgo度より小さくなり、定格運転時には、
第6図の点線=7の位置で通電が断たれる。
従って、効率が上昇し、周知のこの種の電動機に比較し
て、75〜コO%加算された効率が得られる特徴がある
尚第グ図の点線/A a 、 /A bの高さを調整す
ることにより、上述した通電の末期の位置を変更できる
ので、最大の効率の点を選択することができる。
本実施例では、突極7g、りす、・・・によりコギング
トルクを得ているが、他の周知の手段にようにして定め
られる。鴫第q図の曲線/6のピーク値が低下すると、
曲線/7αの右端と曲線/7bの左端が接近して1曲線
/6のピークが、息吹に、第3図(b)につき、コイル
?を除去し、この代りにホール素子tb(第2図示)を
付加した制御回路について説明する。
ホール素子ざαの出力は、オペアンプ//a及び反転回
路/、20を介して、アンド回路ノコa 、 /26の
1つの入力となっていることは、第3図(りの実施例と
全く同じである。ホール素子gbの出力は、オペアンプ
// d 、反転回路/J dを介して、オア回路21
1: Q 、 2g bの入力の1つとなっている。
オペアンプ//αのイ点の出力は、第q図o曲線/りα
、15A、・・・となる。オペアンプ//dのに点の出
力は、第9図の曲線3tα、 3’i’ A 、・・・
となり、両者の位相差は、ホール素子gα、gbの距離
となる。後者が電気角でIl、を度進相している。
起動のスイッチの投入と同時に、コンデンサ29は正端
子より充電されるので、抵抗30の電圧降下により、オ
ア回路uA’α、 ur bの1つの入力はハイレベル
となり、アンド回路12 ex 、 12 b (7)
 1つの入力も・・イレベルとなる。従って、第41@
の語線lva、19b、・・・及び曲線mα、 2ob
 、・・・で示す電気信号が、それぞれ端子31 ft
 、 、31 bより出力される。この出力は、第3図
(α)のトランジスタ/弘αと/4! bのそれぞれの
ベース入力となるように構成されているので、電機子フ
ィルタα、jCとkb、A;dは交互に通電されてl相
の電動機として起動することは、第3図(りの実施例と
全く同様である。
コンデンサ2qの充電が終了とともに、抵抗3θの電圧
降下は消滅して、オペアンプ/l dのに点の出力によ
り、アンド回路/J a 、 /コbの下側の入力は制
御される。
従って、アンド回路/コσ、/2hの出力即ちM。
8点の出力は、第1図の曲線Jk a 、 J! b 
、・・・及び曲線3ルα、3ルb、・・・となる。この
曲線の出力が、第3図(りのトランジスタ/4tα、/
41bのペースを制御するので、電機子コイル!a、よ
dの通電の末期において、第6図の点線27の点で、通
電が切断される。
従って作用効果は、第3図(αJの場合と全く同様とな
り−効率が上昇する効果があp0電動機に対する通電を
断つと、コ/デ/サコデに対する印加電圧が断たれるの
で、抵抗30αによか、コンデンサ29は放電して、次
の起動に備えることができる。
第3図(りの実施例では、コイルの誘導出力により、電
機子コイルの通電の末期を切断したので、回転速度によ
り切断する位置が変化するが、第3図(b)の実施例で
は、切断点は変化しない。
第3図(−)において、フィルタの誘導出力をダイオー
ドとコンデンサにより平滑化した直流として端子9αよ
りとり出すと、電動機の速度信号が得られる。この信号
を利用して電動機の回転速度を制御し、若しくは過負荷
時に自動的に電源を遮断して焼損を防止することができ
る。゛〔効果〕 本発明装置を、入力がl−コワット位の軸流ファンの駆
動源として利用した場合に、同一形状の従来のものの効
率が33チ位であるのに比較して、効率がrO%〜53
1位に向上し、又騒音が減少され、当然電動機自身の発
熱も減少して冷却効果を大きくできる。銅損が損失の大
きい部分を占める小型l相電動機に本発明を適用すると
有効である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明装置の正面図、第2図は、マグネット
回転子と固定電機子の突極の展開図、のグラフ、第6図
は、出力トルク及び通電電流のグラフ、第1図は、マグ
ネット回転子の磁極と対向する突極間の磁束変化を示す
説明図をそれぞれ示す。 l・・・回転軸、  コ・・・ボール軸承、  3・・
・円筒、  ダl 411  1  ’I ”・・・固
定電機子及びその突極、  Sα、 5 b、 j;e
。 3d・・・電機子コイル、   乙・・・マグネット回
転子、  6α、6b、乙e、Ad・・・磁極、?  
?a、りす、7e、7d・・・コギングトルク発生の為
の突極、  13・・・軟鋼カップ、ga、tb・・・
ホール素子、   9・・・コイル、10 a 、 1
0 b 、 10 e 、 10 d 、 10 a・
・・電源上負極、ii a 、 tt b 、 ii 
e・・・オペアンプ、  /2 fX 、 /コb・・
・アンド回路、  lコe、12d・・・反転回路、コ
α、Mb・・・オア回路   /4 a 、 /4! 
b・・・トランジスタ、  /jt LX 、 /より
、・・・イ点の出力曲線、/6・・・コイルデの出力曲
線、  /Aα、ibb・・・規準電圧、  /’7 
a 、 /’) A 、・・・0点の出力曲線、/r 
ff 、 /l b ・D点の出力曲線、  /9 a
 、 /9 b。 ・・・E点の出力曲線、  Jα、 2ob 、・・・
F点の出力曲線、   39 G 、 、74? b 
、・・・E点の出力曲線1.33G、、3kb、−M点
の出力曲線、  37. a 、 3Abl・・・N点
の出力曲線、  J、2 a 、 n A 、・・・ト
ルク曲線、  n・・・コギングトル2曲線、5α、 
23 b 、 2!r a 、−、2A a 、 24
 b 、 M e 、 ・=通電曲線、  、?=、3
、?・・・磁束の方向。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 等しいピッチで円周面にそつて配設された第1、第2、
    第3、第4の4個の突極を備えるとともに珪素鋼板を積
    層して作られた固定電機子と、それぞれの突極に装着さ
    れた第1、第2、第3、第4の電機子コイルと、固定電
    機子の中央部に設けた軸承に回動自在に支持された回転
    軸により、カップ内側面が前記した突極面と対向して回
    転するようにされたカップ状の磁性体と、該磁性体のカ
    ップ内側面に固着され、磁極面が僅かな空隙を介して突
    極に対向し、異極が隣接するように等しいピッチでN、
    S極に着磁された円環状のマグネット回転子と、隣接す
    る2個の突極の間の中央部において、マグネット回転子
    と対向して固定電機子側に固定され、該回転子の位置を
    検出して位置検知信号を発生する第1の位置検知素子と
    、第1の位置検知素子より所定角度ずらして、マグネッ
    ト回転子の位置を検出して位置検知信号を発生する第2
    の位置検知素子と、コギングトルクを利用する起動手段
    と、起動の初期においては、第1の位置検知素子の出力
    と等価な出力により、第1、第3の電機子コイルならび
    に第2、第4の電機子コイルのそれぞれに直列に接続さ
    れた第1、第2のトランジスタを付勢して両電機子コイ
    ル群を交互に通電し、起動後においては、第1、第2の
    位置検知素子の出力により、両電機子コイルの通電の末
    期の所定区間を切断する通電制御回路とより構成された
    ことを特徴とする1相の半導体電動機。
JP12064285A 1985-06-05 1985-06-05 1相の半導体電動機 Pending JPS61280751A (ja)

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JP12064285A Pending JPS61280751A (ja) 1985-06-05 1985-06-05 1相の半導体電動機

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59139846A (ja) * 1983-01-26 1984-08-10 Matsushita Electric Works Ltd ブラシレスモ−タ

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS59139846A (ja) * 1983-01-26 1984-08-10 Matsushita Electric Works Ltd ブラシレスモ−タ

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