JPS6192148A

JPS6192148A - １相の半導体電動機

Info

Publication number: JPS6192148A
Application number: JP59210486A
Authority: JP
Inventors: Itsuki Ban; 伴　五紀
Original assignee: Secoh Giken Co Ltd
Current assignee: Secoh Giken Co Ltd
Priority date: 1984-10-09
Filing date: 1984-10-09
Publication date: 1986-05-10

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】グネット回転子を備えた直流半導゛体゛電動機の新規な
構成に関するもＣである。

特に外転型の電動機とした場合には電動ファンとして好
適なこの種の電動機を得ることが目的である。

ｌ相の半導体電動機は構成が簡素化され、廉価に作るこ
とができる特徴がある反面に、自起動する為に特殊な手
段が必要となり、従つで摩擦トルクが増大したときに起
動不能となり、不測の事故を招く欠点があり、更に効率
が悪く、電磁騒音が大きい欠点が・ある。

かかる欠点を１除去する為に、マグネット回転子の磁極
を一組とＬ．７つけダ極，他はｇ極′としたものが従来
より知られて°いる。

本発明装置は、後者の電動機を改良することにより、効
率を上昇し、安定な作動を行！なうこ二とかで睡、又電
磁騒音をより小さくすることに成功したものである。

更に又補、極が．必要でないので、突極に対する電機子
コイルの装着が容易となり、量産性のすぐれた電動機が
得られ、突極の巾を増加することができるので、出力ト
ルクの増大及び効率が上昇する特徴・がある。

第１図において、回転軸ｔＦｉ、軸承ｌα（ボールベア
リング）に上り回動自在に支持されている。

本体（図示せず）Ｋ植立した円筒支持体ｘｅＫ圧入され
たボールベアリングｌαにより回転軸ｌは支持されてい
る。又円筒支持体評には、電機子３゛の中央空孔が圧入
固着されている。

電機子Ｊは、図示した形状の磁性体薄板（珪素鋼板）を
型抜きして積層する周知の手段により作−られている。

電機子Ｊは第１の固定電機子となるもので、９０度へだ
てでアームが設けられ、それぞれの先端には、突極ｊａ
，ＪＡ，Ｊｅ，Ｊｄｌ）ｌ設けられ、突極Ｊ　ａ．Ｉ　
Ｊ　ｂ　、・・・は、僅かな空隙を介して、第７のマグ
ネット回転子ｙ（ｆＪＳａ図につき後述する。）の磁極
面に対向している。突極３ａ，３ｂ，Ｊｃ，３ｄ及び中
央空孔（軸承／’ａ・が圧入される空孔）を有する形状
の磁性体薄板（一般には硅素鋼板若しく°け軟鋼板が使
用される。）を型抜きし、これを積層固化して、第１図
の形状のｆｉｓｔの固定電機子が作られる。

突４ｆ３’ａ，Ｊｂ，・・・にけ、それぞれ電機子コイ
ルｌａ，　４Ｉｂ，ダｅ，ｌｉｄが装着されている。

第１図において、９０度離間したアームの先端には、突
極りａ．７ｂ，りＣ，りｄ（その巾は、ｌＩタ度若しく
けそれよ妙小さくされているＪ詳細は第一図につき後述
する。）を有する形状に磁性体薄板を型抜きして、積層
固化して第一の固定電機子が作られる。記号７ａ，７Ａ
，？ｅ。

７ｄけ副突極である。

突極．３ａ，Ｊｌｌ，・・・は、それぞれ？Ｏ度離間し
。

又副突極７ａ，７６，・・・も同じ（９０度離間し、突
極３α，Ｊｂ，・・・と重ねられた位置に副突極りＩａ
，７に，・：・があるよ、うにｆｊｒＪｌ，第２の固定
電機子は重ねで固定される。

第１のｉグネ・ット回転子Ｓ及び第一のマグネット回転
子６の展開図が第２図（ａ）に示されている．両者は並
置され、若しくは同一のリングマグネットに所要の磁化
を行なって作ることもでき，る。

第１図（、）の展開図は、第一図のマグネット回転子！
，６を内側よりみた展開図で、磁＠Ｓα。

ｓｈ，・・・は等しいピッチでＮ，　５極がダ個設けら
れ磁極６α．６ｈｌ・・・け等しいピッチのａＳ度の開
角のＮ，５極が３個設けられている。両マグネット回転
子ｓ，ｂＶｉカップ状の軟鋼製の回転子５−の内側に固
定されている。回転子５−の底面の中央部に回転軸ｌが
固定されている。マグネット回転子！は、リング状の形
状で、そのＮ。

Ｓの磁極面が、僅かな空隙を介して、突極Ｊ　ａ。

ｊ　ｈ　、Ｊ　ｅ　、　ｊ　ｄとのみ対向している。又
マグネット回転子６は、Ｎ，Ｓの磁極が、第一の固定電
機子の副突極７ａ，７４，・・・にのみ対向する構成と
なって、いる。

第２図（、）は、アゲネット回転子３の展開図で同一記
号で示しである。

ｍ／のマグネット回転−Ｆ：３と同期回転するように、
第一のマグネット回転子６が並置されている。これもリ
ング状のフェライトマグネットにより作られ、弘３度の
開角の磁憚６α、６ｈ。

・・・により構成され、これ等は、側突極７α、７ｂ、
・・・と僅かな空隙を介して対向している。

突極ｊ　ａ　、　、３　ｂ　、−、−・の巾は９０＃：
より小さく、側突極７α、りす、ｉ・・の１コけ９５度
若しくはＩＩｓ度より小さくされている。両者とも対向
する磁極の巾と同一とすることが理想的であるが、電機
子コイルｔα、、　＜ＩＩ　６　、・・・の装置の為に
、突極３ｍ、３に、・・・は、それぞれの巾が小さくな
っているものである。

第２図ｃ通）に示すものは、第、１図の電機子２の突極
Ｊ　ｇ　、　、ｊ　ｂ　１・・・及び側突極７．ａ６７
ｂ、・・・を外側よりみた展開図である。

突、［３ａ　、　ｊ　ｂ　、・・・の巾は５ｏ度よυ若
干小学く、それぞれの突極は９０度離間している。

側突極７α、７ｂ、・・・の巾は、ＩＪ＆度で、側突極
の巾と同一である。突極３α、ａｈ、・・・の巾がｑｏ
度より小さいのは、“電機子コイルＩＩ　ａ　、　４”
　＃。

・・・の装着の為である。突極、７１１．Ｊｈ、・・・
の巾は９０度に近い方がコギングトルクが小さくなり又
出力トルクと効率が増大するが、本発明の構成によると
、上述した点を、周知の補極を使用する形式のものに比
較して、著しく改善できる特徴がある。

第７．第一の固定電機子３．りの構成の詳細を第３図に
つき説明する。

第１図の点線Ｊの断面を、矢印方向よりみたものが第３
図（ｌＩ）で、点線Ｈの断面を矢印方向よりみたものが
第３図（ｂ）である。

第３図（ａ）において、電機子コイルは、電機子のアー
ム（点線）に装着され、突極３ｄと側突れぞれ等しくさ
れている。

１／ｊ５３図←）の記号デで示すものけ、第３図（Ｃ）
　Ｋ記号９で示す円環状の磁性体で、珪素鋼板を積層し
て構成するか若しくは磁性体粉末を焼結して作られる。

突極３ｄのアーム部に電機子コイルｌｌｄを装着し、又
他の突極にも電機子コイルを装着し、磁性体９をスペー
サとして、第１．第一の固定電機子を圧接固定して構成
される。

上述した構成の為に、磁性体りは磁路を構成することが
でき、又電機子コイルダα、ｔｔｂ。

・・・の装着作業が容易となる効果がある。記号デαで
示す空孔け、第１図の円筒支持体評の挿入される空孔で
ある。　４次に電機子コイルμα、ｒｉｂ、・・・の通電制御装置
を第４図につき説明する。

第一図（ｂ）の点線２４　ａより上側が、第１図に示す
形状の軟鋼薄板を積層固化して作られた第１−の固定電
機子となり、点線ムｂの下側が、第１゛図に示す形状の
軟鋼薄板を積層固化して作られた第一の固定電機子７と
なっている。又第１゜成されるように、磁気的に接続さ
れている。

＠１．第λのマグネット回転子ｊ、６の回転中において
、磁極ｓａ、ｓｏｂ、・・・は、第１の固定電機子の突
極３α、３ｂ、・・・にのみ対向してトルクを発生し、
又磁極Ｌα、６ｂ、・・・け、第一の固定電機子７の突
極７ａ、ｔｂ、・・・にのみ対向してトルクを発生して
いることが本発明装置の構成の特徴となっているもので
、効率を上昇せしめるとともに電磁騒音を減少する効果
を有するものである。

第９図（α）において、ホールＩＣ（ホール素子でもよ
い。）／／は、第１図の点線／／で示す位置において、
本体側に固定されている。例えば、突極ＪＩ１．Ｊｂの
端部にプラスチック成型体／／ａの両端を圧入固定し、
その中央部にホールｌＣを固着し、磁極５α、！ｈ、・
・・の磁束が、ホールｔＣを貫挿するようにすることが
できる。

かかる手段により、位置検知素子となるホールＩＣを正
確な位置で、大きい出力がちるように、又容易に装着す
ることのできる特徴がある。

ホニルＩＣ７／は、Ｎ極の磁界下にあると、正の出力が
あるように、構成されているので、トランジスタ１０α
が導通して、電機子コイルイ・が、直流電源圧負極ｇα
、ｇｈ↓り通電される。

このときに、トランジスタ／ｐ　ｌｒは不導通となるの
で、電機子コイルＢは通電されない。

ホールＩＣ／／がＳ極の磁界下にあシ、その出力がロー
レベルとなると、トラン、ジスタ１０α。

１０　Ａの導通が交替して、電機子フイ〜ＢのみがＡ？
Ｉ（される。点線記号１０　ｄは増巾回路で、必要あれ
ば付加されるものである。１電機子コイルｒ４．Ｂは、それぞれ第１図の電機子コイ
ルｑα、ｔｉｅ及び電機子コイル４ＬＡ、。

ｌＡｄを示すもので、電機子コイルダ・α、・４Ｉｂ・
。

・・・の通電により、突極３ａ、３ｂ、・・・け対応・
ＵてＮ極となるように構成されている。

第５・図に示すものけ、第１図示の突極及び、磁極によ
る駆動トル１りを説明する為の展開５図である。第Ｓ図
（、）の状態は、第１図における突極・と磁極の相対位
置を示し、第５図（ｂ）の状態は、マグネット回転子５
，６が矢印に方向に９０度回転した場合を示している。

第５図（α）において、ホールＩＣ／／が、磁極ｊａ（
Ｎ極）Ｋ侵入し始めた点と考えられるので、電機子コイ
ルダα％ｃが通電きれて、図示のように、突極Ｊα、ｊ
ｃけＮ極、側突極２α。

７６　りｅ、７ｄ及び突極ＪＡ、Ｊｔｌは誘導磁極Ｓ極
が発生する。

従って、側突極りσけ磁極６α、ＡＡとの間で、吸引１
反撥力により矢印に方向のトルクを受けて、マグネット
回転子３．Ａをに方向に駆動する。側突極７ｂ、７ｃ、
７ｄについても事情は全く同じで、マグネット回転・子
５．６を矢印に方向に駆動するトルクを発生する。

マグネット回転子ｊ、４が２２．５度回転すると、上述
したトルクは反トルクに転化するが、このときに磁極＆
　ａ、！ｒ　ｂ、・・・と突極３α、３ｂ。

・・・との間の大きい吸引９反撥力によるトルクが、矢
印に方向に発生しているので、マグネット回転子ｊ、Ａ
は更に同方向に駆動され、第５図（、）の状態より９０
度回転すると、第５図（Ａ）の状態となる。即ち第１図
において、矢印に方向に９０度回転するものである。

このときに１ホール／−Ｃ／／は、Ｓ極の磁界下に侵入
するので、その出力はローレベルどなり、電機子コイル
ｌｌｂ、１ｌｃｔが通電されるので、突極Ｊ　ｂ　、３
ｄけＮ極、他の突極、側突極はすべてＳ極に転化する。

前述した場合と全く同じ理由で、側突極７８゜７ｂ、・
・・と磁極ｂａ、ｌ−ｂ、・・・間の吸引１反撥力によ
り、マグネット回転子Ｓ、乙は、矢印に７方向の駆動ト
ルクを受けて同方向に引続い九回動が行なわれるもので
ある。

第を図のタイムチャートは、上述したトルク曲線を示す
ものである。

第６図において、曲線／ｇα、　ｉｔ　ｂ　、・・・は
、第Ｓ図（α）の磁極ｊと突極Ｊ　ａ、’　２　、ｂ　
、、・・・による回転トルクで、１回転ＫＩＩ個のピー
ク値と死点を有している。当然である。が、これのみで
は自起動できなく、又大きいりプルトルクにより、電磁
騒音発生の原因となっている。

トヶク曲線３け、第Ｓ図（α）の磁極６α、６ｂ。

・・・と側突極、りα、７ｈ、・・・との吸引９反撥に
よりトＡ／りを示すもので、トルク曲線／ｇα、／Ｋｂ
。

・・・の零点（死２点）の位置がピーク値となっている
。

従って、合成トルク曲線は、記号２１で示すものとなる
。トルク、曲線Ｊのピークｒ直を、トルク曲線／ｇｋ、
’、／ざ・ｂ、・・・のビークイ直の先　とした場合が
理想°的な条件となり、図示のように、最も平滑化され
た゛回転トルクが得られる。しかし、トルク曲線Ｘには
、反トルクが含まれているので、銅損を増加する。゛小
型電動機の場合にけ、銅損が大き″いので、トルク曲線
Ｊのピーク値を７１位とすることにより効率を上昇せし
めることがよい。かかるトルクのピーク値の調整は、第
一図（ａ）の矢印２Ｓαと２ｊ　ｂの長さの比を変更す
ることにより行なうことができる。

以上の構成なので、自起動できることば勿論トルクリプ
ルが小さくなり、電磁騒音も少なくなる特徴がある。又
側突極７ａ、りす、・・・の巾を変更しても上述したト
ルクの調整を行なうことができる。

第５図（α）の磁極Ａａ、４Ａ、・・・と磁極ｌα。

ｇｂ、・・・の相対位置が、例えば右方に７０度ずれた
としても、側突極りα、７ｂ、・・・と突極３ａ。

第１図において外転型の電動機の構成としたが、内転型
のものとすることもできる。

又第５図（、）　、　（ｈ）において説明したように、
電機子コイルｑα、　ＩＩｈ、・・・により励磁される
磁極けＮ極となる場合を説明したがダ・極に励磁しても
同じ目的が達成できるものである。

本発明装置は、突極３α、３ｂ、・・・の数を６−個と
し、対応してマグネット回転子ｊ・の磁極を６個として
も実施できることは明らかである。

突極３α、３ｂ、・・・及びマグネット回転子３の磁極
数をｇ個としても同様に実施することができるｇ ′第Ｓ図（、）　、　（Ａ）につき説明したことより判
るように、側突極７ａ、７ｂ、’・・・は、いずれかの
１個のみがあればよい。しかし対称の条件を満足するこ
とが、電磁騒音を減少することを考え併せると、側突極
りａ、７Ｃのみ若しくは側突極７ｂ、７ｅｌのみを残し
て、他を除去しても本発明を実施することができるｉも
のである。

第９図（Ａ）に示す回路は、ホール／　−ｃ　’ｔｉ　
、増巾回路１０　ｄ　、　１０　ｃの出力により、トラ
ンジスタ１０ａ　、　１０　ｂを制御して、電機子コイ
ルＡ、Ｂの通電制御を行なうときに、各電機子コイルに
蓄積された磁気エネルギーを出力トルクに有効に利用し
て効率が上昇する効果を有するものである。

又トランジスタ１０　ａ　、　１０ｈを保護する効果を
有するものである。

ホールＩＣ／／の正の出力のあるときては、トランジス
タ１０αが導通して、電機子コイルイが通電される。こ
のときに、ホールＩＣ／ｌの出力は増巾回路１０　ｃに
より、電源正電圧の電圧まで上昇しているので、トラン
ジスタｉｏ　ｂは不導通に保持されている。

ホールＩＣ，／／の出力が１．ローレベルとなると、ト
ランジスタ・１０αは不導通に、ト・ラツ、ンスタ１．
１０ｂは導通して励磁コイルＢが通電される。

例えば、トランジスタ１０α・が導通して、電機子コイ
ルイが、通電さ・・れ、次にトランジスター１０ａが不
導通に転化したとする。と、矢印り方向の蓄積磁気エネ
ルギーによる電圧は、双方向・パリネタ３コを介して、
電１機、子、コイルＢをＦ・方向に通電し、トランジス
タ１０　Ａの導通による励磁コイ゛ル。

Ｂの通電め１立上りを助けて、急速な通電を可・能とす
る効果がある。

・又電機子コイルイの蓄積磁気エネル、ギーけ、電機子
コイル・桁δ蓄積磁気エネルギーと出力−トルクに転換
するので、励磁コイルイの通電は急速に停止されて、効
率・の上（昇・及び、電機子コイルイの通電の停止がお
くれて、反トルク・を発白して、効率の劣化せしめる現
象を防止できｌる）効：来がある。

以上の説明より判るように、本発明装置によれば、従来
周知の９の種の電動機の特性の改善に役立ち実用上の効
果著しきものである。

【図面の簡単な説明】

第′１図は、本発明装置の説明図、第２図は、同じくそ
の突極及び磁極の説明図、第３図は、突極を・構成する
磁性体薄板Ｖ部の説明図、第ダ図は、電機子コイルの通
電制御回路図、第３図は、突極及び磁極の展開図、第６
図は、出力トルク曲線のタイムチャートをそれぞれ示す
。ｌ・・・回転軸、　　　ｌα・・・軸承、　　３α、３
ｂ、・・・、３ｄ・・・突極、　　　ｔｄ、　ｔＩｈ、
・・・、ｔｄ・・・□電機子コイル、　　評・・・円筒
支持体、！；、３ａ、！ＡＢ！；ｃ、！ｒｄ＝・第１の
マグネット回転子、　　Ｓ−・・・カップ状の回転子、
Ａ、Ａα、６ｈ、・・・、Ａｄ・・・第２のマグネット
−回転子、　　２・・・第１の固定電機子、７・・・第
、ユの固・定電根子、　　　７α、７ｈ、７ｃ。７ｄ・・・側突極、　　タ・・・円環状磁性体、ｇ　ａ
ｌｇ　ｂ　・＝直流電源圧負極、　　１０　ａ　、　１
０　ｂ・・・トランジスタ、３コ・・・双方向バリスタ
、　。１０　ｃ　、　１０　ｄ…増巾回路、／／・・・ホール
素子、ｉｉα・・・支持体、　　／ｇα、　１ｇ　ｂ　
、　／ｌ：　ｃ　、　／ｙ　ｄ・・・突極３ａ、３ｂ、
・・・によるトルク曲線。Ｊ・・・側突極７α、７ｂ、・・・によるトルク曲線、
コ／・・・合成出力トルク曲線。

Claims

【特許請求の範囲】

回転軸及び軸承により本体に回動自在に支持されるとと
もに回転外周面にそって、等しい開角のＮ、Ｓ磁極が偶
数個配設された第１のマグネット回転子と、該マグネッ
ト回転子の回転面に並置されて同期回転するとともに、
第１のマグネット回転子の磁極巾の１／２の開角でＮ、
Ｓの１組の磁極の中央部と、第１のマグネッ回転子の１
つの磁極の中央部とが所定の対応関係にあるようにＮ、
Ｓ磁極が偶数個配設された第２のマグネット回転子と、
突極が円周面にそって、第１のマグネット回転子の磁極
の数だけ等しいピッチで配設され、該突極の磁路開放端
の突極面が、第１のマグネット回転子の磁極の回転面に
のみ僅かな空隙を介して対向し、上記した突極の巾が前
記した磁極巾より小さくされるように、磁性体薄板を積
層して作成した突極型の第１の固定電機子と、該固定電
機子の突極に空隙を保持して並置され、該突極の磁路を
構成するように、又第２のマグネット回転子の磁極の回
転面にのみ僅かな空隙を介して対向し、第１の固定電機
子の突極に対応して、所定の位置に配設された副突極を
備えて、磁性体薄板を積層して第１の固定電機子と一体
に作られた第２の固定電機子と、第１の固定電機子の奇
数番目の突極を同一の極性となるように励磁する第１の
電機子コイル群と、偶数番目の突極を前記した場合と同
一の極性に励磁する第２の電機子コイル群と、第１のマ
グネット回転子のＮ、Ｓの磁極の位置を検出して、それ
ぞれ第１、第２の位置検知信号を得る位置検知装置と、
第１、第２の位置検知信号により、それぞれ第１、第２
の電機子コイルに直列に接続された半導体スイッチング
素子を付勢して、直流電源より、第１、第２の電機子コ
イルを交互に通電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相の半導体電動機。