JPS61293192A

JPS61293192A - １相の半導体電動機

Info

Publication number: JPS61293192A
Application number: JP60130723A
Authority: JP
Inventors: Itsuki Ban; 伴　五紀; Hideo Okada; 秀夫岡田; Ikumasa Ikeda; 池田　育正; Masayuki Yamamoto; 正幸山本
Original assignee: Secoh Giken Co Ltd; Yokowo Mfg Co Ltd
Current assignee: Yokowo Co Ltd; Secoh Giken Co Ltd
Priority date: 1985-06-18
Filing date: 1985-06-18
Publication date: 1986-12-23

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、！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７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７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３．２９９．３３Ａ；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３には、米国特許第グ、　、２／／、　９１．３　　
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いては、３つの
問題点がある。第１に、電気角で７ｇθ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３１
コ９９．３３Ａｒ　　号及び第グ、コ１１．デー６３号
０巷１；があるが、この技術においては、マグネット回
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。

第３に、電機子コイルの通電が断たれなときに、蓄積さ
れた磁気エネルギを史押すキ衾ギ放出する為に、電機子
コイルに並列にツェナダイオードが接続されている。こ
のツェナダイオードのブレークダウン電圧は、電源電圧
を超えている必要がある。従って、磁気エネルギの大部
分は、ツェナダイオードの内部で消費されることになり
、出力トルクに寄与することなく無効な電力損失となる
欠点がある。３相のこの種の電動機の場合には、ダイオ
ードが利用できるので、通電が断たれたときに、僅少な
損失のみとなり、大部分の磁気エネルギが出力トルクに
転化できるものである。

上述した理由の為に、第１、第２。第３のいずれの場合
でも、効率が低下して、３Ｓチ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ならび′に
電機子コイルに蓄積された磁気エネルギを出力トルクに
有効に転化す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ｍミリハフ９位（出力が／−Ｕワットの
電動機の場合）なので、電流の立上りは比較的おそく、
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ミリへ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１個若しく
はコ個を用いて、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／！；−Ｊ％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。更に又電機子
コイルに蓄積した磁気エネルギをトランジスタのような
スイッチング素子を利用して、出力トルクに転化して更
に効率を上昇（３〜ダチ効率が増大する。）せしめる手
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。冑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図において、記号ダは、珪素鋼板を積層して作った
電機子磁心である。ｑポールの構成となり、突極は記号
９ａ、＆Ａ、４’＃、　ｌＩｄとして示され、それ等の
巾はｑｏ度より少し小さくされ、９０度離間している。

各突極には、電機子コイル３α、ｓｈ、ｓｃ。

！ｒｄが装着されている。磁心ダの中央部は空孔となり
、金属円筒−が嵌着され、この円筒コにより、磁心ダは
本体（図示せず）に固定されて、固定電機子を構成して
いる。

円筒コの内部には、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１３の内側には、円環状のマグネット回転子ｔが
固定され、マグネット回転＋６には、ｑｏ度の開角のＮ
、Ｓ磁極が図示のように配設され、その磁極は、空隙（
０，Ａ；　ミ１７メートル位）を介して突極ダα、９Ａ
、・・・と対向して、回転軸ｌとともに回転する。

突極？ｇ、７Ａ、りＣ，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７の中
央部リングは、磁心ｑに重ねて固着されている。

突極ｔａ、ｑｂ、・・・の巾は、磁極ｌα、ｙｂ。

・・・のほぼ／７．となって、ｑｏ度ずつ互いに離間し
、突極ｐａ、ｆＡ、・・・とａＳ度ずらして配設されて
いる。突極りｂの基部７ｇは、図示のように、電機子コ
イルＳ６と３ｃ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、ｓｃに基部クーが重なること
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？ａ、　　ｔ
ｙ、ｔｄの基部にっ？いても、上述した事情は全く同じである。

第２図（ｂ）は、突極グｇ、４１Ａ、ダー、ｌＩｄ及び
りｇ、？Ａ、７ｏ、　りｄの３Ａθ度に亘る展開図であ
る。詳細については後述するが、記号ｇｇ、ｔｂけホー
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
ネット回転子乙の磁極面に対向しているものである。

突極りａ、ｔｉｈ、・・・と突極７ａ、’）ｂ、・・・
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（α）は、マグネット回転＋６の磁Ｊｉ　Ａα。

ｂｂ、・・・の３ＡＯ度に亘る展開図である。点線で示
す突極ｑ　ａ　、　’ｘ　ｂ　、　・・・及び突極ｑａ
、７ｂ。

・・・及びホール素子ｇα、ｇｂ、コイル９は、それぞ
れの部材とマグネット回転＋６との対向状態を示すもの
である。

ホール素子ｇαの出力により、これがＮ極下にあるか９
極下にあるかを区別して、電機子コイル３ａ、３ｅ及び
電機子コイル３ｂ、３ｄを交替して通電すると、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。

突極りａ、りす、・・・の為に、マグネット回転＋６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ｌ−λワット位のもので、その効率は、？、２　％〜
３！ｉ％位となっている。３相のこの種のものは、６０
〜７１７　％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％−，２θ係上昇せしめて、左θチ〜３３
４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図のグラフの曲線ユクα、〃ｂ、・・・は、一般の
ｌ相の電動機の出力トルク曲線である。又曲線コ３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、曲線バａ　、　、２３　ｂ　、・
・・として示される。この曲線について、第７図につき
説明する。

第を図は、マグネット回転子６の１部の磁極Ａｌｌ、Ａ
Ａ、Ａｄ及びこれに対向する突極ｌα。

電機子コイルＳａの展開図を示している。

突極１１ａが磁極６ａ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６αが矢印Ｇ方向に回転する場合を考えると、磁極
１．ａによる磁束は矢印、？ユの方向となり、又電機子
コイル３ａによる磁束の方向は矢印、？コと反対方向と
なり、通電とともに急速に矢印、？コの方向の磁束は減
少するので、大きい逆起電力が発生し、電機子電流は、
第を図の曲線おａ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々い。

次にマグネット回転＋６が矢印Ｇ方向に＋１度回転する
間に、磁極６αによる矢印、？−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Ｓαによる矢印、
？コと反対方向の磁束は、はぼ一定なので、合成磁界は
、矢印、？λと反対方向に漸増し、これによる逆起電力
も増加して、′＋、を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Ｓα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図の曲線ユＳαの中央部の低い値とな
る。

次のＵＳ度の回転時には、その初期において、磁極１．
　ａ　（Ｓ極）により、矢印３．？の方向の磁束が突極
４１１１に流入し、この方向は電機子コイル３ａ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
機子電流も最低値となり、又効率も最大となる。この点
が第６図の点線、２７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３、？で示
す磁極Ａｄ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、曲線お６の左端部では
インダクタンスが３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ワット〜コワット位の電
、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。更に又インダク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４図
の曲ｍ２３ａの右端の曲線のように、電機子電流が急増
し、ｑｏ度回転したときに、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％ｌｌｂ、ｌｌｃ、りｄについても事情は全く同
じである。

マグネット回転＋６が回転するに従って、第を図の曲線
、：ｚｓ　ａ　、　ｘ、ｔ　ｈ　、・・・に示す曲線の
電機子電流と々る。

毎分３００θ回転の電動機とすると、１回転毎に１個の
曲線ＸＳａ、Δｂ、・・・が得られるので、毎分／２０
００個の曲線ＳＳ　ａ　、Ｊｂ、・・・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／
２０００　　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図の点線コアで示す
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λ７の点で電流を切断することがよい。

上述した事情は、マグネット回転＋６の磁極数及び対応
して突極の数を増加した場合においても全く同様である
。

以上の不都合を除去する為の制御回路を第３図（α）に
ついて、次に説明する。

第３図（ａ）において、直流電源正覧極１０　（＋によ
り通電されているホール素子ｇａ（第２図に同一記号で
示す）の出力は、オペアンプＩ／　ｇにより増巾され、
４点の出力波形は、第９図のグラフの曲線１５　Ｑ　、
　１５　ｂ　、・・・で示される。

コイルタは、第２図に示したように、磁極Ａｇ、Ａｂ、
・・・に対向しているので、その誘導出力が得られる。

Ｂ点の出力は、第１図の曲線／Ａで示されている。ホー
ル素子ｇαとコイル９と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／／　ｈ　、　ｉｉ　ｏの出力即ちＣ１０点
の出力波形は、それぞれ第１図の曲線／’７　ｔｌ　、
　／？　ｂ　。

・・・及び曲線／ｇα、　１ｇ　ｂ　、・・・となる。

第９図の点線／Ａ　（ｔ　、　／乙すは、オペアンプ／
／　ｈ　、　／／　Ｃ（７）それぞれの子端子及び一端
子の電圧を示している。

ア・ド回路・−兆出力即ちＥ点の出力波形は第１図の曲
線／９α、　／９　ｂ　、・・・となる。

反転回路／Ω０を介する入力とＤ点の出力により作動す
るアンド回路／λｂの出力即ちＦ点の出力波形は、第９
図の曲線、２Ｑ　ａ　、　Ｊｂ　、・・・となる。

Ｅ、Ｆ点の出力により、トランクス・り／ダα、　／４
ｂのベース制御が行なわれているので、電機子コイル５
　ａ　、　ｊ　ｅ及び！；ｂ、！；ｄは、マグネット回
転子ｔがｑｏ度回転する毎にその通電が交替されて、ｌ
相の半導体電動機として駆動される。

同記号ＩＯＡ　、　１０　ｅ及び／θｄ　、　１０−は
直流電源圧負極である。電機子コイルｇ　ａ　、　ｊ；
　ｅ及びｊｂ。

！ｒｄは直列並列のいずれの接続でもよい。ホール素子
ｇα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、突極りα、７６、・・・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、第を図で記号
−！３として示したものなので、突極りα、りす、・・
・の厚みを増加することにより、出力トルクを大きくす
ることができる。従って曲線、２−１ｇ　、　：１．２
　ｈ　、・・・と曲線コ３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ｙａ、ｌｌｂ、・・・の巾が９０度に近いので、
出力トルクが大きく、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図の点線コクの
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、点線コアとコクαの間の出力トルクが無くなるの
で、点線コアの点では、コギングトルク曲線２３による
トルクもなく、起動で＠ない。従って第り図で説明した
手段により起動し、起動後に点線２７の点で電流を切断
する必要がある。

次に第Ｓ図（ａ）につきその説明をする。

第９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格運転になっ
たときに、コイルワの出力は増大１曲線／乙のようにな
ったことが第９図と異なっている。

従ってオペアンプ／／’ｈの出力は、曲線／７　（１。

／？Ａ、・・・となり、又オペアンプ／／ｅの出力は、
曲線Ｉｔ　ｔＬ　、　１ｇ　ｂ　、・・・となり、それ
ぞれ第４図の同一記号の電気信号の巾よりせまくなって
いる。

従って、アンド回路／λ（１、／Ｊ　ｂの出力は、曲線
／９　ａ　、　／９　ｂ　、　−及び曲線、ｌｔ）　ａ
　、　：）Ｉ）　ｂ　、　”’となり、これ等の波形と
ホール素子ｇａの出４力即ちオペアンプ／／　ａの出力
とを対比してみると、曲線／ｑα、　／９　ｂ　、・・
・と曲線２０α、〃ｂ、・・・は交互に得られ、これに
より電機子コイルＳα、ｓ。

及び！ｂ、３ｄも交互に通電される。

通電の初期は、ホール素子の出力（／、！−７１、／左
す、・・・）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１８０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ｌｔＯ度より小さくなり、定格運転時には、
第６図の点線コク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、／！ｒ−２０係加算された効率が得られる特徴があ
る。

尚第４図の規準電圧となる点線ｌル（ｔ　、　／Ａ　Ａ
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７１１，７ｂ、・・・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り実施する
こともできる。

コイル９とホール素子ｇａとの距離は、前述したように
して定められる。即ち、第５図の曲線／、Ｓ−ｔｔと／
９　ａの末期の位相差は、電気角で３θ度〜ｇｔ度位が
適当なので、かかる値となるように、ホール出力（曲線
／６）及び規準電圧（点線／Ａα。

）Ａｂ）及びコイルタとホール素子ざＣとの距離を選択
する必要がある。

第ダ図の曲線／乙のピーク値が低下すると、曲線／りα
の右端と曲線／ｌ　ｈの左側が接近して、曲線ｌ乙のピ
ークが、点線／Ａαと合致したときに、右端と左端が接
するようにされている。

次に、第３図（ｈ＞につき、コイルｔ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ｇαの出力は、オペアンプ／／Ｋ及び反転回
路／、２　Ｃを介して、アンド回路／２　ｇ　、　／２
ｂの１つの入力となっていることは、第３＠（ａ）の実
施例と全く同じである。ホール素子ざｂの出力は、オペ
アンプ／／ｄ、反転回路／、２　ｄを介して、オア回路
、２ｇ　ａ　、　２ｇ　ｂの入力の！つとなっている。

オペアンプｌ／αの４点の出力は、第９図の曲ｆｆ９ｉ
ｓａ、ｉりす、・・・となる。オペアンプ／／ｄのに点
の出力は、第９図の曲線３４１ｔｘ　、　、７４　ｂ　
、・・・となり、両者の位相差は、ホール素子ｇａ、ざ
ｂの距離となる。後者が電気角でゲタ度進相している。

起動のスイッチの投入と同時に、コンデンサ２ｑは正端
子より充電されるので、抵抗３θの電圧降下により、オ
ア回路ｘ　ａ　、　ｘ　ｂのｌっの入力はハイレベルと
なり、アンド回路１２α、／：ｌｂの１つの入力もハイ
レベルとなる。従って、第９図の曲線／９　ａ　、　／
９　Ａ　、・・・及び曲線コθＣＬ　、　２０　ｂ　、
・・・で示す電気信号が、それぞれ端子、？／　ａ　、
　３／　Ａより出力される１３この出力は、第３図（α
）のトランジスタ！４Ｉａと／４（ｈ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、電機子コイル
Ｓａ、！；ｂ、！；ｅ、Ａｉｄは交互に通電されてＩ相
の電動機として起動することは、第３図（ｔＬ）の実流
側と全く同様である。

コンデンサ２９の充電が終了とともに、抵抗３０の電圧
降下は消滅して、オペアンプ／／ｄのに点の出力により
、アンド回路／２　ｔｔ　、　／２　ｂの下側の入力は
制御される。

従って、アンド回路ｌλα、ｉｘｂの出力即ちＭ。

Ｎ点の出力は、第９図の曲線３Ｓα、　、７５　ｂ　、
・・・及び曲線３Ａα、　３Ａ　ｂ　、・・・となる。

この曲線の出力が、第３図（ａ）のトランジスタ／ｌα
、／１１ｈのベースを制御するので、電機子コイルＳα
、Ｓｄ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（α）の場合と全く同様とな
り、効率が上昇する効果がある。電動機に対する通電を
断つと、コンデンサ２ｑに対する印加電圧が断たれるの
で、抵抗３０αにより、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（ａ）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（ａ）において、コイル９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。

第３図（Ｃ）に示すものは更に他の実施例で、単一のホ
ール素子１個のみにより同じ目的が達成される効果を有
するものである。

第３図（−）において、ホール素子ｇαがＮ、Ｓ磁極下
にあるときに、その出力は、トランジスタ３７　ｃｌ　
、　３りｂを介して、オペアンプ３１！：ａ、３ｇｂ。

３９　ｇ　、　３’ｌ　ｈの十端子に入力されている。

オペアンプ・３ｇＡは、比較回路となっている。

そのＴ点の入力は、第Ｓ図（ｂ）のグラフで曲線見ｇ、
ｓ２ｈとして示されている。この曲線の性質は、サイン
曲線のような曲線が望ましいが、磁極Ａｇ、ＡＡ、・・
・は、矩形波に近い磁界分布曲線の方が出力トルクが大
きく、又効率も上昇する。従ってホール素子ｇ−は、磁
極６α、Ａｈ。

・・・の側面に、サイン曲線類似の磁界分布の着磁を別
に行ない、この磁極にホール素子ｇａを対向して設ける
ことがよい。

オペアンプ３９　ｂも、上述した場合と同じ事情にある
。

オペアンプ３ｇ　１１　、３９　（ｌは、波形整形回路
とな沙、その出力は矩形波となっている。例えばＮ点の
出力は、第３図（ｂ）で同一記号の点の曲線９７ｇ、４
（りｂとなっている。オペアンプ３ｑαの出力は、曲線
４’？　ＣＬ　、　１Ｉ７ｂ　、・・・を反転したもの
である。

コンデンサ’１３　ａ　、抵抗ｌＩ３　ｈは微分回路と
なり、その出力即ち１点の出力は同一記号の第５図（Ａ
）の曲線ｑｔｒ　ａ　、曽Ｉｒｈとなる。

微分回路を構成するコンデンサ侵ａ、抵抗侵すについて
も事情は同じで、その出力パルスは、曲線轄０　、　ｕ
ｆｆ　Ａ　、・・・の中間にある。

記号ｐ＋　ａ　、　ｙｅ　ｈは単安定回路で、その出力
は、所定の巾の電気信号となり、これは第Ｓ図（Ａ）で
、曲線９９　ａ　、　Ｑ９　ｂとして表示されている。

単安定回路４’４’　Ａの出力は同じ性質の電気信号で
、曲線４（９α、　４’９　Ａ　、・・・の中間にある
。

電源の投入とともに、端子ダ０より規準電圧（第Ｓ図（
Ａ）で点線Ｓ３として表示されている。）が印加される
ので、コンデンサＱ／　ｂは充電されるがその初期にお
いては、オペアンプ３ｇ　Ａの一端子の入力はアースレ
ベルに近く、漸次に上昇して、第Ｓ図（ｂ）の点線Ｓ３
の位置となる。

ａ　、　ｑ’ｙ　ｈ　、・・・のようになり、漸次に曲
線Ｓθα。

！ｒＯＡ　、・−・のように、曲線ダクａ　、　ｌＩ？
　Ａの初期と末期が切断される。この場合には、切断さ
れる角度は電気角でＵＳ度となっている。

オペアンプ３？１の出力についても事情は全く同じで、
コンデンサ４１４　Ａ　、抵抗４ｔＡ　ａの為に、出お
いては、オア回路４Ｉ！；　１１　、　’Ｉ！　Ａを介
して、トランジスタ／’ｌ　（ｔ　、　／９　ｂのべ一
亥入力が得られるので、電機子コイル３ａ、３ｃ及び！
ｒｂ、！；ｄは、電気角で１８０度ずつ交互に通電され
、／相の電動機として起動する。

起動後においては、第Ｓ図（ｂ）の曲線Ｓθα、　ＳＯ
ｂの左側に曲線１７９　ａ　、　’１ｑｂが付加される
ので、電機子コイルＳα、３ｃの通電は、末期の所定区
間だけが切断される。即ち曲線ｙｑ　ａの右端と曲線Ｓ
０αの右端との位相差（電気角でｌｌｓ度）の分だけ通
電が切断される。　　　　　　　　　゛パ−電機子コイ
ル！；ｂ、ｋｄについても全く同じ事情にある。従って
前実施例と同じ作用効果を有するものである。上記した
通電の切断区間は、電気角で３０度〜１１．Ｓ度位がよ
い。

次に第３図につき、電機子コイルに蓄積された磁気エネ
ルギを出力トルクに有効に転化する手段について説明す
る。

第３図（α）において、アンド回路ｓｉｔαの１つの入
力は、記号Ａの点の出力となり、第Ｓ図（ａ）の曲線／
９　ａ　、’　／９　ｈ　、・・・を反転回路ｌ−εに
より反転した出力が他の１つの入力となっている。従っ
てアン、ド回路牌αの出カ即ちＱ点の出方は、第Ｓ図（
−）の曲線３３ａ、汀す、・・・となる。

この出力は、反転回路／２　ｇを介して、トランジスタ
／４ｔｃのベース入力となっているので、電機子コイル
Ｓ１１．ｓｃの通電が断たれると同時に、矢印方向に流
れる蓄積磁気エネルギーによる通電を行ない、この通電
により発生するトルークは、正方向なので、出力トルク
に転化する。

トランジスタ／４／ｃは飽和領域で使用されるので、そ
の内部電力損失は僅少である。

ツェナダイオードを使用する周知の手段が、内部損失が
大きく、又逆トルクとなることに比較して、本発明の手
段は有効な手段となるものである。

アンド回路ｔａ　ｂの入力の１つは、反転回路／、２Ｃ
の出力、他の１つけ、Ｆ点の出力を反転回路／２　ｆに
より反転したものとなるので、アンド回路ｓｑ　ｂの出
力は、第Ｓ図（ａ）の曲線Ｓ３　ａ　、　Ｓ３　ｈの中
間の点となる。この出力を反転回路／２　Ａを介して、
トランジスタ／ｌＩｄのベース入力としているので、作
用効果は前述した場合と同様である。

第３図（ｈ）に示すものは、同じ目的の為の他の手段で
ある。

第３図（ｂ）において、端子ｊｔ　ｅ　、　３ｔ　ｃｔ
はそれぞれトランジスタ／９’￥　、　／〆（のベース
に接続されている。

端子３／　ｅに正の出力のあるときには、トランジスタ
／’Ｉ　ｅは不導通となり、このときに電機子コイル！
；’ｂ、’！；ｄが通電されている１゜端子、？／　ｅ
がローレベルとなると、トランジスタ／’Ｉ　ｅは導通
状態にあるが、電機子コイルＳα　ｊ　ａが通電されて
いるので、トランジスタ／ｌ　ｅのコレクタ電流はない
。しかし電機子コイルｊａ、’ｊ；ｅｒの通電が断たれ
ると、矢印方向に流れる磁気エネルギの放出による電流
は、トランジスタ゛／９　ｅを流れ、有効なトルクとな
るので目的が達成される。

端子３／　ｄの出力によるトランジスタ／’Ｉ　ｄのベ
ース制御の効果も全く同じ事情にあるので、その作用効
果も又同じである。

次に第３図（＃）につき、同じ目的を達する手段につい
て説明する。

第３図（Ｃ）にお−いて、オペアンプ３９αの出力は、
子３／　ａの出力により、トランジスタ／４０のベース
制御を行なって目的が達成されていることは、前述した
連転である。従って第３図（ｃ）の場合にも同じ目的が
達成されることは明らかである。

第３図（Ｃ）のトランジスタ／４’　ｄのベース入力に
ついても事情は全く同じで同じ効果がある。

尚第３図（ａ）　、　（ｂ）　、　（’）におけるトラ
ンジスタ／ダｃ、／グｄは、ＳＣＲ若しくはトライアッ
クを使用してもよい。この場合に、これ等のゲート入力
がローレベル入力により、トリガされるものの場合には
、第３図のトランジスタ／Ｑ　Ｏ、／９　ｄの代りにＳ
ＣＲ若しくはトライアックとし、ベース入力をそのまま
ゲート入力とすればよい。

この場合に、トランジスタ／ｅ　Ｃ、／４ｔｄのコｌ／
クタ側に挿入されたダイオードは不要となる。

第３図（ｂ）　、　（ｅ）のコンデンサ２９　、　ｌＩ
／　ｈ　、　＋乙す及び抵抗３０　、　’Ｉ／　ａ、り
６ａよりなる時定数回路は、単安定回路による時定数回
路によっても同じ目的が達成できる。電源の投入ととも
に、単安定回路を作動して、所定時間巾の出力信号を利
用して、その出力信号の間だけ電機子コイルの１８０度
に亘る通電を起動時に行なうことにより同じ目的が達成
できるものである。

〔効果〕

本発明装置を、入力が／−２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３Ｓ係位であるのに比較して、効率がｇｏ　４〜５
５１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。又電機子コイルに蓄積された磁気エネル
ギを出力トルクに有効に転化できるので、更に付加して
効率を３〜４１％上昇せしめることができる効果がある
。

【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、第３図は、電機子
コイルの通電制御回路図、第９図及び第５図は、第３図
の回路の各部の電圧のグラフ、第を図は、出力トルク及
び通電電流のグラフ、第７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、　　ス・・・ボール軸承、　　３・・
・円筒、　　　ｑ、グ１１．　ｌｌｂ、４’ｃ、’Ｉｄ
＝・・固定電機子及びその突極、　　ｓａ、！ｒｈ　　
５Ｃ３ｄ・・・電機子コイル、　　　６・・・マグネッ
ト回転子、　　　Ａａ、Ａｈ、ＡＤ、Ａｄ・・・磁極、
り、７ｇ、　？ｂ　７Ｃ，ｔｄ・・・コギングトルク発
生の為の突極、　　／３・・・軟鋼カップ、ｇａ、ｇｈ
・・・ホール素子、　　　９・・・コイル、１０　ａ、
　／θｂ　、　１０　Ｄ　、　１０　ｄ　、　１０　ｅ
　−電源圧負極、／／　ａ　　、　　／／　ｈ、　　／
／　　ｅ　　、　　、３ｇ　（ｔ　　、　　３ｇ　ｂ　
　、　　３９　（１、３ワｂ　。・・・オペアンプ、　　／、２α、／〕ｂ　、　ｑ＜＜
　ａ　、タグｂ・・・アンド回路、　　／２　ｃ　、　
／２　ｄ　、　１２　ｇ　、　／２　ｆ　１１１２ｇ　
、　１．２　Ａ　−反転回路、　　ｘ　ａ　、　ｒｇ　
ｂ　、　１１．ｔ　ａ　。４’Ｊ−ｂ　中オア回路、　　／４ｔ（Ｌ　、　／’１
６　、　／’１６　、　／Ｑｄ。１７α、　／’７　ｂ・・・トランジスタ、りｙａ　　
ａ４１ｂ・・・単安定回路、　　／Ｓα、１５Ａ’、・
・・４点の出力曲線、　　／Ａ・・・コイルｔの出力曲
線、　　１６α。／Ａ　ｂ　、　！；３−・・規準電圧、　　／ｌ　ｔｘ
　、　／りｂ　、　・ｃ点の出力曲線、　　ｉｇα、ｉ
ｇｈ・・・Ｄ点の出力゛曲線、／９ａ、／９ｂ、−Ｅ点
の出力曲線、　　ｘｔａ２Ｄｈ、・・・Ｆ点の出力曲線
、　　３りα、　３０　Ａ　、・・・Ｋ点の出力曲線、
　　３Ｓ・、　３！；　ｂ　、・・・Ｍ点の出力曲線、
　　３Ａ　（ｔ　、　３Ａ　ｂ　、・・・Ｎ点の出力曲
線、２．２α、２Ωｂ、・・・トルク曲線、２３・・・
コギングトルク曲線、　　２左ｉｔ　、　２Ｊ　ｂ　、
　２！；　ｅ　、　・、　、　２１　（１゜２Ａ　ｂ　
、　、２Ａ　Ｏ、・・・通電曲線、　　３．２，３．’
？・・・磁束の方向、　　ダ７ａ、ダクｂ・・・８点の
出力曲線、’ＩＩ’：　（１、ＩＩＩ　ｂ　・７点の出
力曲線、　　１７９　ａ　、　Ｑ９　ｂ・・・１点の出
力曲線、　　！０１Ｅ　、　！ＯＡ・・・Ｒ点の出力曲
線、　　ＳｉＣ，！；Ｉ　ｂ・・・５点の出力曲線、５
２σ、”；２ｈ・・・１点の入力曲線、　　５３α　３
３　ｂ・・・Ｑ点の出力曲線。

Claims

【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偶数個
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、突極と等しい数の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、前記した位置検知素子の出力と等価な出力
により、奇数番目の電機子コイルならびに偶数番目の電
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電気
角で１８０度ずつ通電し、起動後においては、前記した
位置検知素子の出力により、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、第１、第２、第
３、・・・の電機子コイルのそれぞれに並列に接続され
たスイッチング素子と、少なくとも電機子コイルの通電
の末期の前記した通電の切断区間の間を、前記したスイ
ッチング素子を導通状態に保持する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。（１）等しいピッチで円周面にそつて配設された偶数個
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、突極と等しい数の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単一の位置検
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、前記した位置検知素子の出力により
、奇数番目の電機子コイルならびに偶数番目の電機子コ
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電気角で１
８０度ずつ通電し、起動後においては、前記した位置検
知素子の出力により、電機子コイルの通電の初期と末期
の所定区間の通電を切断する第１の通電制御回路ならび
に通電の前記した初期の所定区間の通電を付加する第２
の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。