JPS62104491A

JPS62104491A - 半導体電動機

Info

Publication number: JPS62104491A
Application number: JP60242631A
Authority: JP
Inventors: Itsuki Ban; 伴　五紀
Original assignee: Secoh Giken Co Ltd
Current assignee: Secoh Giken Co Ltd
Priority date: 1985-10-31
Filing date: 1985-10-31
Publication date: 1987-05-14

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】本発明は、小型で強力な出力と高速回転を必要とするル
ームエアコンのシロッコファンの駆動源若しくは、電動
回転研磨板の駆動源若しくはロボットの駆動源となるサ
ーボ装置等に利用されるものである。

本発明装置は、次に述べる特性が要求される駆動源の場
合に適用されるものである。

小型若１，＜は偏平な構成であることが必要なとき、な
らびに大きい出力トルクと高速回転若しくはそれ等のい
ずれかが必要であるとき、ならびに耐用時間を大きく必
要とするときに利用されるものである。

〔従来の技術）従来の技術において、代表的なものは、多相の整流子電
動機で、特に、界磁磁極として励磁コイルを利用したも
のが、出力トルクが大きく、高速回転である為に利用さ
れている。

しかし耐用時間が極めてみじかい欠点がある。

半導体Ｍ電動機（ブラシレス電動機）とすると、耐用時
間は大きくなるが、出力トルクが大巾に減少するので使
用できない。

界磁磁極を希土属マグネットとすると出力トルクは大き
くなるが高価と々り実用件が失々われる。

〔本発明が解決しようとしている問題点〕励磁コイルに
より励磁された界磁（Ｉ磁極は強力で、出力トルクも大
きく々る。耐用時間を大きくする為に、半導体電動機と
すると、界磁磁極が回転子となる為に、これを励磁する
為の回転トランスが大型と々る第１の問題点がある。

第２の問題点としては、半導体電動機は、その電機子電
流制御回路が、価格の問題で、相数を大きくで＾ない。

従って、′ｄｆ機子電流の断接により、蓄積磁気エネル
ギが出入するのに時間がかかり　高速回転が不可能とな
る不都合がある。

特に出力トルクの大きい励磁型の界磁磁極の場合には、
電機子の磁極の磁路の空隙が小さいので、蓄積磁気エネ
ルギが大きく、上記した不都合は助長される。

高トルクとする程この問題は解決不能となるものである
。

第、？の問題点としては、この神の電動機は、瀞ｒＩｊ
’　、１−、　Ｊｆ’ｌが著しいので、周知のホール素
子を位置検知素子とすることが困難となり、耐熱性のあ
る高価外ホール素子の位置検知装置となる不都合がある
。

第１の問題点として、ｌ相性の通電が電気角でｔ　ｇ　
ｏ　Ｉ−９の通電となっているので、通電の初期比較１
７て／／ユ位の効率となる不都合がある。又蓄積磁気エ
ネルギの放電の為に反トルクを発生ｊ７、出力と効率の
低下を招く不都合がある。

〔問題点を解決する為の手段〕

第７の問題点を解決する為に、３０　Ｋ　Ｃ位の高周波
交流を利用するソフトフェライト製の回転トランスを使
用して、界磁の励磁を行々う。

偏平に構成する為には回転トランスの２次側のコアを、
回転子の内部に収納固定する。

第一の問題点を解決する為に、位置検知信号を矩形波と
しないで、中央部の電圧が大きく、その両端部の電圧を
漸減する正弦波類似の波形とするか若１〜くは、１８０
度（電気角）の巾の位置検知信号の後縁部を所定角だけ
切断し７た矩形波とし、電動機のインダクタンスと高電
圧の電源を利用して、ジュール損失を伴なうことなく、
電機子電流を位置検知信号と相似（−７だ波形で通電す
る。

第３の間！ｐｉ点を解決する為に、回転トランスを利用
して位置検知信号を得ている。

第ｑの問題点け、第２の問題点を解決する手段により同
時に解決さオ］乙。

〔作用）第１の問題点解決の為に、同転トランスの１次コイルの
入力を高周波交流（５ｏＫＣ位）を利用しているので、
小型で大川Ｊｌのものが得られ、２次コイルの出−ｈに
よりｙ＋！−磁磁極の励磁′電流を得ている。従って、
出力［・ルクが大きくなる。出力トルクは、希土属マグ
ネットとほぼ同じ位となり、小型で廉価となる特徴があ
る。又−次側のコアを回転イの内部に収納できるので偏
平で、径の大きい出力トルクの大きい電動機が得られる
。

第一及び第りの問題点の解決の為に、高電圧の電源と、
トランジスタブリッジ回路による電機子電流の通電制御
を行なっている。従って、ｌ相性の宙、接子電流曲線を
電気角で１８０度の区間に制御ｊ−でいるので、その初
期の立上りのときには、印加電圧を大きくすることによ
り、速い立トリとなり、末期では、電動機のインダクタ
ンスと？に源電圧を利用した電流制御により、０速に電
機子電流値を降下している。

従って界磁磁極数を多くして、出力トルクを増大１．て
も、電機子電流は、その所要の電流値が保持され、又反
トルクを発生することがない。

従って、犬＾い出力トルクでしかも高速回転する電動機
が得られる。

通電の初期と末期の電機子電流値が小さいので、両端部
の出力トルクに無効な電機子電流が抑止されて効率が上
昇し、実測によると、電気角でＨθ度の巾の矩形波通電
の場合のユ倍の効率となっている。

第３の問題Ｍの解決に、回転トランスを利用しているの
で、位置検知信号のＳＮ比が大きくなり、又波形を自由
に選択できる。

従って、最も効率のよい、大きい出力トルクと高速回転
が得られる位置検知信号の波形を得ることができる。

〔実施例〕

第７図（α）を矢印４方向よりみた図が第２図なので、
両者を併せて説明する。同実施例の同一＝２号のものは
同一部材で、その作用も又同じである。従って１複しだ
説明は省略する。

第１図（α）、第一図において、記号ｇは、珪素鋼板の
積層体よりなる周知の固定電機子で、その各スロットに
は、！相の電機子コイル４ａ。

Ａｈ、・・・が装着する。この詳細は第３図につき後述
する。

プレス加工により作られたカップ状の外ｆｒｊ　９と外
筐／θは１円周部で第２図示のように嵌合固定され、外
ｒπ？　、１０の中央部には、軸承／ｂ。

／ａが設けられ、これ等には回転軸ｌが回動自在に支持
されている。

珪素鋼板を積層して作られた回転子７のスロットには、
励磁コイルＳが装着され、該コイルの励磁により、磁極
７　ａ、　？　Ａ　、　山が、図示の、［うにＮ、９極
に励磁されている。

磁極７α、ｑｂ、・・・と突極ｇａ、ｇｂ、・・・は、
僅か々空隙を介して対向している。

回転子７の中央空孔には、外側コアコロ、内側コア、２
ａより々ろつは型のコア（ソフトフェライトｆｌ＋！り
及び回転軸ｌが、プラスチック材（記号／／で打点部と
して示されている。）により埋設固着されている。

外筐１０にも、同じ構成のり／′１型コア、？α、３ｂ
の底面が、第一１図示のように固定されている。

外側コア２ｂと３ｂ及び内側コアツα、３αの磁路開放
端は、第２図示のように、空隙（Ａ−θミクロン位）を
介して対向している。

コアーα、２６及びコア３ａ、Ｊｂには、励磁コイル４
ｔａ、ｑｂが装着されている。

上述した１組のコアは、周知の回転トランスとなるもの
であるが、第り図につき更にその詳細を説明する。

第９図（ｇ）にお層で、外側コアＪｂＫ（ｄ、径方向の
突出外側リング／Ａが設けられている。

点線／Ａ　Ｑ　、　／Ａ　ｂ　、・・・は突出部で、そ
れ等の中間は四部となっている。

第７図（ｈ）の外側コア３ｂには、径方向の突出部３０
．３ｅが設けられ、円柱Ｊｄ、３ｆが突出している。

円柱３ｄには、第９図（Ｃ）のコイル／’７　Ｑの中央
空孔／７が嵌合されている。円柱、？　ｆには同じくコ
イル／？ｂが嵌合されている。

円柱（ソフトフェライト）３ｄ、３ｆ＠、第゛飢が回転
すると、円柱３ｄ、３ｆを通る磁束は変化して、コイル
／りα、／７ｂに誘導出力が発生する。この出力は位置
検知出力となるもので、周知のリゾルバとなるものであ
る。

１次コイルｔｙｂには、第７図（ｂ）に示すように、ト
ランジスタよりなる発振回路ムのＳθＫＣ位（７）交流
が通電されている。かかる発振回路は、例えば重子発光
器（ストロボライト）の発振回路がその１ま利用され、
この場合には、１次コイルｌｌｂは発振コイルも兼ねて
いる。

λ次コイルダαの出力は、整流回路、２ｔ（回転子７に
固定されている。）で整流され、第１図（ａ）の励磁コ
イルＳに通電されている。励磁コイル！は、第３図（ａ
）につき後述するように、各スロットにジグザグ状に装
着されて、各磁極をＮ。

５極に交互に励磁している。

回転子７の量産手段は周知であり、又磁界の強さは、一
般の界磁励磁型の整流子電動機と全く同様なので、フェ
ライトマグネットの３倍以上の磁界が得られる。従って
出力トルクが増大する効果がある。

つは型コアツα、２ｂ及びコアＪｌｌ、３ｈの磁路開放
端の９隙は、０．２〜０．５４９メートルで対向し、宿
、力の伝送効率Ｆ１．６０％以上となる。

又１次コイルクｂの通電は、窩周波交流が利用されてい
るので、１０ワツトの伝送を行なうのに必要なつは型コ
アの径は、２ｊ−’　１７メートル位ですみ、比較的小
型の出力の電動機にも適用することができる効果がある
。

次に、第３図の回転子７．電機子ｇの展開図につき説明
する。

第３図（−）において、回転子７には、スロット及び等
しい巾の磁極７ａ、り６．・・・が／、２何役けられ、
点線で示すように、励磁コイルＳがジグザグ状に各スロ
ットに装着されている。

回転子ざには、スロット及び等しい巾の突極ｇα、ｇｈ
、・・・が１２個何役られ、突極ｇａ、ｔｂ、・・・に
け、電機子コイルＡａ、Ａｉｒ、・・・がそれぞれスロ
ットに装着されている。

本実施例では、磁極ｑａ、’ｌｈ、・・・は１２個であ
る訃ＹＮ、／２．・・・個のいずれでもよい。

又電機子コイルＡｊＸ、Ａｈ、・・・の代りに、回転子
の励磁コイル５のようにジグザグ巻きとして電機子コイ
ルを装着しても同じ目的が達成できる。

本実施例し［、内転型となっているが、外転型とすると
ともできる。第３図（α）の記号、２．ｂで示すもの１
１、外側コア、２ｂの展開図で外側リング／Ａには１８
０度（電気角）のピッチで突部／乙α。

／Ａ　ｂ　、・・・が設けられている。その下段の展開
図は、上記した突出部の側面図で、はぼ′正弦曲線とな
る曲線／ｇが示されている。

前述］７たコイル／？　ａ　、　／？　ｂは図示の位置
で、固定電機子に側に固定されている。従って回転子７
の矢印Ｂ方向の回転とともにＳθＫＣの周波数で、曲面
ｉｇに対応して変調された位置検知出力が、第５図のタ
イムチャートに、曲線、？７として示されている。曲線
３りは、コイル／’７　ａの出力で、コイル／’７　ｂ
の出力は、曲線３ｇとして示されている。

第７図（ａ）の記号２Ａは、（ｂ）図に示すＳθＫＣめ
高周波発振器で、その出力は、１次コイル４（Ａに通電
され、その磁束は、コイル／７α、ｉ’ｙｂに誘導出力
を発生している。

第７図（α）のコイル／りｈの出力は、ダイオードで整
流され、コンデンサー？ｈにより高周波成分が除去され
る。０点の出力は、第５図で曲線りθで示されている。

コイル／７αの出力は、ダイオードで整流され、コンデ
ンサ、２７αにより高周波成分が除去される。

６点の出力は、第５図で曲線３９として示されている。

第７図（ａ）のＧ、Ｆ点の出力は、第５図で曲線３ｇ、
３２として示され−Ｃいろ。オペアンプ、２ｇの出力即
ち８点の出力は、曲線４ｆ／とし−Ｃ示されている。曲
線９／の半周期の＋１１は、電機子ｇの突極及び回転子
りの磁極の巾とほは等しい。

乗算回路２９の端子、２ｑａの入力により乗算された出
力は、オペアンプ３θの反転端子に入力されている。

次に第１１図のタイムチャートにより、第７図（ａ）の
三角波発生回路３６とオペアンプグ３の作用を説明する
。

回路、ｙｘの出力は、第１／図で曲線５ｇとして示され
ている。

点線５９は、メペアンプ３０の出力で、電流検出回路グ
３（電機子コイル乙が右方若しくは左方に通電されるこ
とに対応して、正負の比例する大きさの出力が得られる
ように構成されている。）の出力と乗舞回路、２ｑの出
力を比較して、前者か後者より大きいときには、点線５
ｑのレベルが上昇し、反対のときには降下する。

従って、第１／図の矢印ｔ、Ｏａの巾の区間では、オペ
アンプク、？の出力はハイレベルとなるので、反転回路
ダＪＩＩにより、トランジスタ舛αは導通し、又トラン
ジスタｎ’　Ａも導通する。電機子電流は、曲線Ａ／　
ａのように上昇する。矢印ｃｏ　ｈで示す区間でけ、オ
ペアンプ４１３の出力はローレベルとなるので、トラン
ジスタ件ａ　、　４ｔ＜ｔ　ｂは不導通になる。

電機子コイル乙に蓄積された磁気エネルギは放電され、
この電圧は電源電圧より大きいので、ダイオードｌｌｓ
　ｏ　、電源端子、？／　ｇ　、　３１　ｂ　、ダイオ
ードｌＩ３　ｄを介して放電される。このＩｆＩイ流は
、第１／図で曲線ｔｉ　ｂとして示されている。このと
きに、トランジスタＦ／％　Ｃ，Ｆ＜ｊ　ｄ　Ｉｆ、導
通しているが、電機子コイル乙の両端の電圧が電倣電圧
、Ｌり大きいので左方には通電さ第１′ｆｒし）。

次に、トランジスタ件ａ１件２が導通して、曲線Ａ／　
０のように通Ｙｌｆされる。以トの説１明のように、電
機子電流値は、点線５９が降下すると増大し、上昇する
と減少する。

オペアンプ３θの出力が曲線ｐｉ　（第ｇ　Ｍ　）の正
の部分のときに、その立トリ部による電機子コイル乙の
通電につき、第６図（α）を用いて次に説明する。重機
子コイル乙に、第１，３図の電機子コイルｔａ、ｔｂ、
・・・の直列若しくは並列接続体である。

第６図（α）の点線２３は、オペアンプ３０の入力の上
記した立上り部である。トランジスタｌＩグａ。

＋Ｆ　Ａが導通しているので、曲線Ｑ７　Ｇのように、
電機子電流は増大するが、これによりオペアンプ３θの
十端子の人力が上昇するので、その出力も−に契する。

従って第１／図で説明したように、点線ノ、７に従′）
て曲線２３　ａ　、　：１．３　ｂ　、　、２．、？　
Ｃ、−のように、トランジスタｑ／ｌ−ａ　、　＋／Ｉ
ｂのオンオフ動作により　、’ｆＫ機子電流は増減しな
がら増大する。

上述したザイクルにより、■１１機子電流は、点線−５
？にそって上昇する。次に、オペアンプ３ｏの出力電圧
の降下時には、第を図（ｂｌの点線２３のように出力電
圧が降下する。

トランジスタ件ａ１件すが不導通となると、π電機子電
流は曲線〃ｂのように減少し、オペアンプ、？θの十喘
子の入力電圧が所宇値寸で降下すると、オペアンプ３θ
の出力も降下し、曲線、：１４Ａ。

〃α５・・・の３Ｌうに増減を繰返して電機子電流は降
下する。このときに、曲線〃にで示す降下部の傾斜は、
点線）、？の傾斜より犬Ａい必要がある。

この為には、１１１述したように、電源を充電するエネ
ルギを大きくする必要がある。従って印加重圧を酸１η
イ圧とする必要がある。しかし、出力トルク即ち電機子
電流は、第３図の曲線ｌｌ／にイ／Ｅって変化せしめら
れている。端子３１　Ｇの入力を変更することにより、
−１一連した出力トルク乞１、自由に調整できるととが
本発明の特徴となりている。

従って、高速、高トルクの電動機をａＩることかできる
ものである。

第３図の曲線ｑ／の負の部分に対応するオペアンプ３θ
の出ノＪにより、トランジスタ１ｌ−１ＩＣ、ｕ＋　ｄ
の導通制御が行なわれ、電機子コイル乙には逆方向の通
電が行なわれる事情も全く同じで、曲線ｑ／にそって、
相似した形の電機子１（電流が通１１イされる。

トランジスタダ／／Ｃ２件ｄが不導通に転化したときに
、蓄積磁気エネルギによる通′￥ｔｒ　ｉｔ’、　、ｔ
ｌｆ機子電流ルＡ→ダイオード轄ａ→止端イ、７／ａ→
負端子３／　ｂ→ダイオードＱ−Ａ−ｂの順で行なわ第
１るものである。

端子、？Ａａより設定１ぜ圧を人力せしめると、乗算回
路２９により、オペアンプ３θの出力電圧の大きさを、
ト記した設定電圧に対応して変更できる。従って、電機
子電流も対応して増減できるので、出力トルクの制御を
行々うことができる。

？！ｆ機子電流ｆｆ流は、第３図の曲線ｑ／に対応した
ものとなるので、ｌ相の電動機として運転することがで
きる。即ち回転子７は、第３図（α）で矢印ｌノ方向に
駆動される。

自起動する為に、周知の手段を採用する必要がある。第
７図（ａ）の実施例では、突極ｇα１ｇｂ、の右側を少
し突出して、コギングトルクを発生１７、死点において
正トルクを発生して、自起動せ第７める。他に永久磁石
により、死点をずらす周知の手段により起動せしめるこ
ともできる。

’ＴＧ　７　Ｍ　（Ｑ）のＦＧ回路３．１．ＦＶ回路３
り、誤差増巾回路、？、Ｓ−ｉ−１、定速制御の為のも
のである。

電動機の回転速度は、ＦＣ回路３．７により、エンコー
ダを利用して電気パルスの周波数に変換され、ＦＶ開回
路７４＋により電圧信号にｉ更される。

端子３３αより、定速度を指令する規準電圧が入力され
ている。

設定速度を越えて、増加すると、回路３Ｓの出力電圧は
降下するので、オペアンプ、？θのＩＮカ市電圧減少し
て、　ｌ！Ｕ１転連）口′が降下し、出力トルクも減少
して、負ｒｎｊ　＋−ルクとバランスした回転速度とな
る。

設定速度を越えて、減少したときには、反対の制御が行
なわれて定速１１１が保持される。

上述した説明より判るように、電機子電流の制御は、電
機子コイルのインダクタンスにより行なわれているので
、ジュール損失が無く有効である。又通電波形は、第３
図の曲線ｑ／のようになるので、効率がトケイする。こ
の詳細を次に説明する。

第３図の曲線値ａ、侵すは、一般のｌ相の電動機のＮ磯
子電流の曲線で雷、気角で１ＩＣ度の区間が示されてい
る。

通電の初期は、電機子コイルのインダクタンスによす電
流値は小さく、中央部は逆起電力により、更に小さくな
る。末期では、逆起電力が小さいので、急激に上昇し、
曲線＆、２ｈのようになる。このピーク値は、起動時の
電流値と等しい、この区間では、出力トルクがないので
、ジュール損失のみと々す、効率を大Ｉｔ］に減少せし
める。

毎分３０００回転で、本実施例のように、／２磁極の界
磁とすると、１分間に３θθ０×／２＝３４０００　　
回の起動を行なうことと同じジュール損失がある。との
為に効率は一般に２０％位となる。

本発明装置では、曲線ｑ／に相似した点線侵で示す１ｌ
ｆ１市波形となるので、初期と末期の、特に末期におけ
る大きいジュール損失が減少される効果がある。

従って、効率が著しく一ヒ昇して、６０％位となる特徴
がある。

出力トルクを増大するには、第１図の磁極数を増加する
ことが必要となる。このときに回転数を所要値に保持す
ると、第１図の突極ｇα。

ざす、・・・に蓄積される磁気エネルギにより、電機子
電流の立上り傾斜がゆるくなり、又通電が断たれても、
第７図（α）のダイオードダ３ａ、’Ｉ！；ｂ。

・・・を介する放電電流が消滅する時間が延長され、従
って、反トルクが発生する。

かかる事情により、電機子電流値のピーク値は小さく々
す、反トルクも発生するので、出力。

効率ともに小さい値となる。

本発明装置によると、電動機の印加電圧を大きくするこ
とにより、　’Ｔｉｆ機子１電流流曲線１２の初Ｊυ１
の立上りは急速とすることができ、曲線ｑ／即ち第７図
（・）のオペアンプ諭モ出力波形に相似した通電波形と
なるので、通事区間は、′市気角で１８０度とがり、反
トルクの発生は抑１１−９される。

従って上述した不都合が消滅して、高速で高トルクの／
相の半導体１１（動機が得られる特徴がある。又通電の
末期の大きい電機子電流も抑止されるので、効率が上昇
する効果がある。本発明装置では、前述したように、回
転子７にフェライトマグネットを使用しないで、励磁型
の磁極りａ、りす、・・・を使用しているので、界磁磁
極の強さが数倍となり、出力トルクが増大されるが、反
面に突極ｇａ、ｇｂ、・・・は回転子７により磁路が閉
じられているので、大きい磁気エネルギが蓄積される。

従って、電機子電流を、第７図（α）のオペアンプコア
出力と相似した波形となるように、印加電圧と電機子コ
イルのインダクタンスにより強制する手段が不可欠のも
のとなるものである。

第３図（α）の記号／ｇで示す凹凸部の波形を変更して
、第７図（・）のオペアンプ畜病出力波形を、第３図の
点線ｌＩ２　Ｃのように変形すると、更に出力トルクと
効率を大きくすることができる。点線’７２　Ｄの中央
部の大きいトルクの部分の巾が大きくなるからである。

第１図（ａｌの実施例では、回転トランスを利用して位
置検知出力を得ているが、ホール素子を利用して同じ目
的を達することができる。この手段を第Ｓ図につき次に
説明する。

第５図（α）において、回転軸ｌと同期回転するように
、フェライトマグネットリング１９が、打点部がプラス
チック材で作られて構成されている。

マグネット／９の外周部には、等しいピッチでＮ、９極
が／、２個磁化されている。

ホール素子２０は上記した磁極に対向している。

第Ｓ図（ｂ）において、ポール素子２０のｌ１ｌｊ　力
は、リニヤ増巾をするオペアンプ、２／α、　２／　ｈ
により増巾されている。

ホール素子コθがＮ極に対向すると、磁界の強さに比例
する正の電圧がオア回路ｎより出力される。

ホール素子２０が９極に対向すると、磁界の強さに比例
する負の電圧がオア回路２．２より出力される。

従って端子２λａの出力波形を、第３図の曲線９／と同
じものとすることができる。従って第７図（α）のオペ
アンプ２ｇの出力の代りに、第Ｓ図の端子２．２αの出
力を乗算回路２９の上側の端子の入力とすることにより
同じ目的が達成されるものである。

第２図の回転トランスのコアｓａ、２ｂとコア３（１，
，３ｂは、回転軸ｌに左右に並置されているが、径Ｊｊ
向に配設しても同じ目的が達成できるものである。

次に第７０図（ａ）につき、電機子コイル乙の他の通電
手段につき説明する。

第１Ｏ図（りにおいて、第７図（−）と同一記号のもの
は同一部材で、その作用効果も又同じである。

トランジスタ件ａ９件ｂ　、　＜ｚ＋　ｃ　、グＱｄは
、電機子コイルｔとともに、周知のトランジスタブリッ
ジ回路となっている。

第５図の説、明では、市１電流電流の曲線を指定する位
置検知信号の曲ｍは、曲線ｑ／となっている。この曲線
は対称形となっているが、必ずしもその必要は々い。

非対称通電の場合につき第９図のタイムチャートにつき
次に説明する。第９図において、最−上段のものけ、第
１．り図のコア２ｂの外側に設けた突出部の展開図であ
る。曲線／ｇの代りに、突部ダｇ　ａ　、　ｐｇ　ｂ　
、・・・が設けられ、これにコイル／７　Ｇ　、　／り
ｂが対向している。

始点より点線、Ｓ’、２　ａ　、点線５２Ｇより点線！
；２　Ａの区間はそれぞれ電気角で１８０度となってい
る。

従って突出部の［１１は１２０度ずつとなっている。

又突出部間の距離は、２１Ｉｏ度となっている１、第１
０図の回路を併せて使用してｒ’＋ｉ！、明する。コイ
ル／’ｌ　ｎ　、　／’７　ｂが突出部’Ｉ−Ａ　（ｔ
　、　’ＩＡ　ｂ　、　−・・に対向したときに誘導出
力が最大とｋるので、回転子７即ちコア２ｈが欠口Ｂ方
向に回転Ｉ７たときに、アンド回路Ｓ、′３αの上段の
端子の人力は、曲線クンα、　＋？　ｂ　、・・・とな
り、アンド回路５３　ｂの−Ｆ段の端子の入力は曲線’
％Ａ’　ｔｘ　、　４７Ｐ：Ａ・・・となる。

アンド回路ｊ３αの出力がハイレベルのときには、反転
回路を介するトランジスタａｙ　ａのベース入力により
、トランジスタ鉢αは導通し、又同時にトランジスタ１
ｌｉｉ　ｂのベースにけハイレベルの入力があるので、
これが導通する。

従って、電機子コイル乙は右方に通電される。

アンド回路３３　ｂの出力がハイレベルのときには、反
転回路を介するトランジスタｑｔｉ　ｃのベース入力に
より、トランジスタ＜ｔｙ　ｃは導通し、又同時にトラ
ンジスタ件ｄのベースにハ、ハイレベルの入力があるの
で、これが導通する。従って電機子コイル６は左方に通
電される。

′＋１？　ｎ東端子３／α、３／ｈに印加される電圧は
高電圧（一般の電動機の場合の数倍の電圧）となってい
るので、電機子電流曲線Ｓθαの立上り部は急峻となり
、電流検出の為の抵抗犯の電圧降下が、規準電圧（出力
トルクを指定する為の電圧即ち、端子、？Ａ　ａの入力
）より大きく若しくは小さくなることに対応して、フリ
ップフロップ回路”；ｙ　ａ　、悼すを付勢して、電機
子電流の制御を行なっている。次にその詳細を第１／図
のタイムチャートとともに説明する。

第１／図において、曲線Ｓ７け、第を図の位置検知信号
ＩＩ７　（Ｌを示してｂる。第１θ図のアンド回路ｓ３
ａを介する曲線Ｓ７の電気信号の入力により、トランジ
スタｔｔｙ　ａ　、　ｌ／ｌｌｂが導通する。

発振回路ＳＳ　、煩安宗回路Ｓ６の出力は、第１／図で
記号６２　ｇ　、　６２　ｂ　、・・・とじて示されて
いる。両回路はパルス発振器と寿っているものである。

電気パルス６２　ｂが、フリップフロップ回路５ｔα。

５Ｑ　Ａを付勢して、アンド（［Ｊ路ｓ３ａの下段の入
力がハイレベルとなるので、電機子電流は、第１／図の
曲線ＡＩＩＱに示すように増大する。

点線６３のレベルは、端子３Ａ　ａの電圧である。

従って、電機子電流が増大して抵抗３１の重圧降下が、
端子３Ａαのそれを越えると、オペアンプ５７の出力は
ローレベルとなり、フリップフロップ回路タ１１ａ、秤
２は反転（７て、アンド回路５３αの下段の入力がロー
レベルとなり、トランジスタｑりａは不導通となる。

電機子コイル乙の蓄積磁気エネルギは、トランジスタｑ
ｑ　ｈ　、抵抗戦、ダイオード’ＩＮ　ｄを介して放電
される。電源を通らない放電なので、降下する曲線６ｑ
　ｂは漸減するものとなる。７４び電気パルス６２　Ｃ
が到来すると、フリップフロップ回路Ｗ　Ｑ　、　５４
Ｚ　Ａは付勢されて、アンド回路５３ｇの出力は、ハイ
レベルとなるので、電機子コイル乙の通電電流は増大し
、曲線６４ＩＣのようになる。

かかるザイクルを繰返して、電流値の上限は点線６３即
ち第７０図の端子３１．　ａの入力信号により規制され
る。

ベルとなるので、トランジスタダグα２件すは不導通と
なる。従って、電機子コイル乙の蓄積磁気エネルギは、
ダイオードＱｊ　ｃ　、電源、ダイオ−トゲｔｄを介し
て放電される。この放電は、電源を充電、する形式とな
るので、急速に放電電流は減少し、第１／図の曲線６’
ｌ　ｄのようになる。

平Ｊ１］部のＭ電流の増減は、曲線６１Ｉｂの降下が小
さいので、増減周波数が小さく彦り、との為に］・ラン
ジスタのスイッチング損失が小さくなり、又リシル宙、
流分が少々くなる効果がある。

いる。

電源電圧が高いので、曲線Ｓθａの立上り部が急峻で、
その後は、電機子コイルのインダクタンスにより、通電
電流が抑止され、降下部５３゜も電源電圧が高い為に、
急速に降下する。

従って、大きい出力トルクのときに、大きい電機子のイ
ンダクタンスが存在している場合でも、電機子電流の曲
線Ｓθａ、り３・は、電気角で１ｇ０度の区間内にある
ようにすることができ、従って出力ｌ・ルクと効率の上
昇に寄与するものである。

又回転速度を上昇した場合にもト述した特性により、大
きい回転速度を得ることができる。

次に、アンド回路３３　ｂに曲線ｙｇαの電気信号が入
力されると、その出／Ｊけハイレベルとなるので、トラ
ンジスタ’７−’Ｉ　Ｃ，４１ｄが導通して電機子コイ
ルＡは左方に通電される。曲線Ｓθｂけ、そのときの電
機子′ｔ１を流であるが、立上り部は急峻となり、その
後は、フリップフロップ回路外α、　ｔ＋　ｂ　、オペ
アンプ５７０回路５５．高の作用によす、トランジスタ
ｑｑｔＪｊ、オンオフを繰返して、端子３Ａ　Ｑの入力
電圧に対応する電機子電流となり、曲線ｙｇαの末端で
通電が停市される。その後は、電機子コイル乙の蓄積磁
気エネルギが急速に放電されて、電流が急減する事情は
、曲線りθａの場合と全く同じである。

以−］二の説明のように、電機子電流は、曲線５０α１
３−θｂ　、　ｓｏ　ｃ　、・・・のようになる。

電機子電流の平坦部の巾は、できるだけ大きい方がよい
。従って曲線ダクαの巾は７．２０度より大きいことが
よい。この為には、電流の降下部５３　Ｃの巾は小さい
程よいので、印加電圧を大きくすることにより目的が達
成される。しかし実用的には限界があり、５３０部の巾
は電気角で３θ度〜６０度位となる。上述したｌ相の電
動機の場合には、自起動に問題があるので、上記した角
度は３０度位となる。

ＰＧ回路３．１．ＦＶ回路３り、誤差増巾回路３Ｓによ
る定速制御は、前実施例と同様に行なうことができる。

第７図（ａ）、第７０図（α）の回路のトランジスタダ
グα、　＜ｚｖ　ｂ　、・・・は、内部損失の小さい静
電誘導型のザイリスタを利用することもできる。又同じ
目的を達するものであれば、他のスイッチング素子でも
よい。

点線６６で示すものは、トランジスタで、これにダイオ
ードが逆接続されている。アンド回路！；３　Ｋ　、　
５Ｊ　ｂを除去し、フリップフロップ回路外α、ｓａｈ
の出力を端子Ａｔ　Ｇに入力して、トランジスタｔ６を
制御しても本発明の目的が達成できる。

上述した実施例は、ｌ相の電動機についてであるが、同
じ思想によりコ相、３相の電動機を構成することができ
る。

コ相、３相の電動機は、全く同じ思想なので、コ相の場
合を例として、”４／図（ｈ）につき説明する。

第１図（ｈ）は固定電機子のみが示されているが、この
内部には、第１図（α）の回転子りと同じ構成の回転子
が設けられている。

第１図（ｂ）の展開図が、第３図（ｂｌに示されている
ので、両者を併せて次に説明する。

固定電機子／３は、外筐？に嵌着され、その内側には、
突極／３ａ、／Ｊｂ、・・・が設けられている。

突極／３　Ｇ　、　／、３　ｂ　、・・・の巾は等しく
、又磁極７α。

？Ａ、・・・の巾と等しくなっている。

突極／、３　Ｑ　、　／、３　ｂ　、・・・には、それ
ぞれ電機子コイル／ＩＩ　Ｑ　、　／４７ｈ　、・・・
が装着されている。突極／３ａ　、　／、？　ｂ　、・
・・の数はｇ個で、等しいピッチで配設されている。第
３図（ｂ）の展開図で判るように、磁極？　＋’　、　
？　ｄ　、　’７　、ｑ　、　’７　）と正対している
突極は、／３α、　／、？　Ｃ、／３瀘、７３ｇとなっ
て層る。

他の突極／、？　ｈ　、　／３　ｄ　、　／３　ｆ　、
　／、３　Ａは、電気角でｑｏ度位相がずれた位置にあ
る。従って、全部がＮ極に励磁されたとすると、回転子
７け矢印Ｂ方向に駆動される。このとき突極／、？Ｑ、
／ＪＣ。

／３　ｇ　、　／、？　、ｑはＮ極に励磁されるので、
引続いて回転する。

電機子コイル／４１　Ｑ　、　／りａ、／りｅ、／ダク
を直列若しくけ並列接続し、電機子コイル乙としてこれ
に第７図（α）若しくは第１Ｏ図（α）の電気回路によ
り通電すると、ｌ相の電動機として駆動できる。

同時に、Ｍイ電流コイル／ダｂ、ｌグｄ　、　／９　ｆ
　、　／４１ｋに、位相が電気角でｑｏ度ずれた通電を
すると。

一相の電動機として駆動できる。

両者の出力トルクの位相差もｑｏ　ｌｉとなるので、一
相の電動機として運転される。第１図（＝）の実施例と
異なり自起動できるので、前述１〜た磁極ｇα、ｇＡ、
・・・の右側の突出部は軍曹となる。

電機子コイル／りｂ　、　／’Ｉｄ　、　／４ｔｆ　、
　／４’Ａに通電する為の電気回路は、第７図（ａ）若
しくは第７０図（ａ）の回路が利用できるが、位置検知
信号発生の為のコイルの位置が異なる。第、７図（ａ＋
の外側リング／ｌの曲ｌｆｉＩ７ｇに対向してコイル／
りり、／’）ｄか設けられ、コイル／ｑ　ｃと／’７　
ｄの巾は電気角で１８０度となり、コイル／７　ａとコ
イル／７　ｃは電気角で９０度離間している。

かかる手段により、第７図（α）、第１Ｏ図（α）のコ
イル／７　ｇ　、　／７　ｈをコイル／りｃ、／り、ｉ
Ｖｃ置換した回路とすると、Ｍ接子コイル乙（この場合
には、電機子コイル／りり、／’Ｉｄ、／タｆ、／１１
１となる。）には、第３図の曲線４／より電気角でｑｏ
度位相のずれた電機子電流が通電される。

コイル／９　ａ　、　／７　ｂを位置検知コイルとしだ
場合には、電機子コイルｔは電機子コイルｌりａ。

／’Ｉ　Ｏ、／クー、／クダとなるので、本実施例は一
相の電動機として運転されるものである。

自起動できることと、出力トルクリプルの小さい点を除
く他の作用効果は第１図（α）の実施例と同じである。

又各ｌ相の電機子電流の曲線を変更して、各ｌ相にある
出力トルクを正弦曲線の次乗に比例するものとすると、
その合成トルクは一定となり、トルクリプルのない出力
トルクが得られる効果がある。

第３図（ｂ）の突極の配置は、特別の構成となっている
が、周知の一相の重ね巻き巻線を実施しても本発明の目
的が達成される。３相の場合もこの市悄は全く同じであ
る。

第７０図（ａ）の回路により、、２相の電動機を構成し
た場合に、ｌ相の電機子電流曲線は、第り図の曲線ｓｏ
　ｇ　、りθｂ、・・・となる。

他の７相の電機子電流曲線は、曲線Ｓ／　ａ、　Ｓｌｂ
、・・・となる。

曲線りθａ、３θｂ、・・・及び曲線Ｓ／　ＬＸ　、　
Ｓｌ　ｂ　、・・・による通電により、合成トルクは死
点が々く、トルクリプルの小さい出方トルクが得られる
。

曲線！ｉＯα、　ｓｏ　ｂ　、・・・の通電は、第３図
（ｂ）の電機子コイル／りα、　／’ｌ　ｅ　、　／’
Ｉ　ａ　、　／ダｌに、父曲線Ｓ／　ｇ　、　！；／　
Ａ　、・・・の通電は、第３図（ｂ）の′醒電流コイル
／’ｌ　ｂ　、　／りｄ、／りｆ　ｍ　’ダｈに対して
行なわれるものである。

第１Ｏ図（りの回路の１部を第７０図（ｂ）のように変
更しても同じ目的が達成できる。第７０図（ｂ）の回路
は、同一記号で第り図（ａ）において説、明したもので
ある。

第１０図（ｂ）において、端子、？λα、　、？；ｌ　
ｂには、第１Ｏ図（ａ）のコンデンサ、２７α、２７ｂ
の出力がそれぞれ入力されている。端子、？、２．？　
、、？、２ｄの出力は、反転回路を介１ッて、第７０図
（α）のトランジスタ＋＋ａ１件Ｃに入力されている。

端子Ｓ２　ａの入力は、第７０図（α）の抵抗犯の電圧
降下である。

端子ＪＯｎより、出方トルクを指令する規準電圧が人力
されている。

電機子電流値即ち端子５２αの入力電圧が、規準重圧即
ち端子ａＯａの電圧より高く若しくは低くなるととに対
応して、オペアンプグ３の出力が十ケイオ’ｉ　Ｌ、　
＜は降下するので、アンド回路５３ａ。

５．１　ｈの出力はノ・イ若しくはローレベルの区間の
長短が５１、ｌ整されて、電機子電流値のピーク値を端
子３０　Ｇの入力に対応するものとすることができる。

従って本発明の目的が達成されるものである。

ｑ％　ｓ図（ｂ）のオペアンプ、２／ａの出力を端子、
？コαの入力に、又オペアンプ２１　ｂの出力を≠鉢判
壜牡弁由＃１端子、？、２　ｂの入力としても、本発明
を実施できる。

但し、オペアンプＵ／α、　２１　ｂの出力は矩形波ど
なるように、又出力信号の巾は、第９図の曲線ｌ１７　
ａ　、　ｔｌ７　ｂ　、・・・及び曲線グｇα、ダＫｂ
、・・・の巾と々るように、第５図（−）のマグネット
／９のＮ。

Ｓ磁極の中間に零磁界部を作る必要がある。

〔効果〕

本発明電動機の特徴は、電源電圧を高くすることＫより
、ジュール損失を伴なうことなく、高トルク、高速回転
の半導体電動機が得られることである。

出力トルクの大きいものは、電機子コイルのインダクタ
ンスが大きくなり、高速回転が不可能となる欠点がある
。励磁型の界磁磁極を有するものは、リラクタンス型の
電動機と同じく高トルクのものが得られる。１−か１〜
電機子に蓄積される磁気エネルギが大きい為に低速度と
存る欠点がある。

本発明装置によると、畠い印加電圧−と大きい！［子コ
イルのインダークタンスを利用して、ジュール損失々１
．に、′ｄイ機機宜電流所定のＩＪと高さに設定できる
ので、大きい出力トルクと高速回転の半導体電動機が得
られる効果がある。

【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、同じくその
側面図、第３図は、電機子及び回転子の展開図、第９図
は、回転トランスの説明図、第Ｓ図は、ホール出力によ
る位置検知装置及び電気回路図、第６図は、電機子コイ
ルのインダクタンスによる電機子電流制御のグラフ、第
７図は、電機子コイル及び励磁コイルの通電制御回路図
、第３図は、位置検知出力及び電機子電流のタイムチャ
ート、第９図は、他の実施例の位置検知装置の展開図及
び位置検知信号及び電機子電流のタイムチャート、第１
Ｏ図は、電機子コイルの通電制御回路の他の実施例、第
１／図は、電機子電流を電機子コイルのインダクタンス
により制御する電気回路の各部の電気信号のダイムチヤ
ードをそれぞれ示す。ｌ・・・回転軸、　　−α、２ｂ、３　　。つホ型コア、　　　　’ｌ＠、Ｑｂ・・・１次コイル、
２次コイル、　　Ｓ・・・励磁コイル、　　　６ｇ、４
ｂ・・・、　／＋α、　／ｌｌｂ　、・・・、Ａ・・・
電機子コイル、ｇ、／３・・・電機子、　　９．／θ・
・・外筒、　　／／・・・プラスチック部材、　　１６
・・・外側リング、／Ｇ、／ｂ・・・軸承、　　　りα
、’ｙｈ、・・・磁極、ざａ　、　ｇ　ｂ　、−、ｉ３
ａ　、　ｉ３ｂ　、　−・・突極、／Ａ　（Ｌ　、　／
Ａ　ｂ　、・・・突出部、　　７ｇ・・・凸曲、／７α
、　／？　ｂ　、　／’７　Ｃ、／’７　ｄ・・・コイ
ル、　　／９・・・マグネット、　　ユθ・・・ホール
素子、　　３／　（１、Ｊｌｂ・・・電源端子、　　、
２／　ｇ　、　２／　Ａ　、　、２ｇ　、　、、？θ、
グ３゜５７・・・オペアンプ　　　ｎ・・・発振回路１
．２ｋ・・・整流回路、　　が・・・乗算回路、　　件
α。グ４ｔｂ、件Ｃ１件ｄ、６６・・・トランジスタ、３、
？・・・ＦＧ回路、　　３り・・・ＦＶ回路、　　３３
−・・・誤差増巾回路、　　３Ａ・・・三角波発生回路
、４ｔ、？・・・電流検出回路、　　、２．？、＜１’
／・・・オペアンプ２ｇの出力信号、　　ｊ３ｇ　、　
２３ｂ　、　…、　、２？−ｔｌ　、　２’ｌ−ｂ。・・・　　　左θ　ａｓｏｂ　　　　タθ　０　　　・
・・　　　Ｓ／　　ａ　　　Ｓｌｂ　　　　−争・４１
２　Ｇ　、　値Ａ　、　・４／　ｔＬ　、　Ａｌ　ｂ　
、　・、　４Ｑ　α、　４９　ｂ　−・・電機子電流曲
線、　　、７７、　、？ｆ、　３９．　Ｉｌｎ、　１１
／・・・第７図（ａ）のＦ、Ｇ、Ｃ，ｌ）、Ｅ点の出力
曲線、ａｔ、　ａ　、　＜ｚｇ　ｂ　、　…コア２ｂの
突出部、　　ｔｌ７　Ｑ　。ｔｌ７　ｂ　、轄ａ、ダＫ　ｂ　、　５７・・・位置検
知信号曲線、Ｓ’ｌ　Ｇ　、　Ｓ’ｉ　Ａ・・・ノリツ
プフロツフ回路、５Ｓ・・・発振回路、　　５６・・・
単安定回路、　　５９・・・三角波の曲線、　　６．２
ｉ１，６２ｂ、・・・単安定回路５１．の出力信号。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）界磁磁極が回転子となるｍ相（ｍ＝１、２、３、
・・・）の半導体電動機において、等しい巾の２ｎ個（
ｎは２以上の正整数）のＮ、Ｓ磁極が交互に円周部に配
設されるように磁性体で作られた回転子と、該回転子を
回動自在に支持する回転軸及びその軸承と、前記したＮ
、Ｓ磁極群をそれぞれ励磁する励磁コイルと、互いに磁
路開放端が僅かな空隙を介して対向して相対回転される
とともに、前記した回転子の回転軸に中央空孔が固定さ
れたソフトフェライトよりなる第１のコアならびに外筐
側に固定されたソフトフェライトよりなる第２のコアに
より構成された回転トランスと、第１、第２のコアのそ
れぞれに装着された２次コイルならびに１次コイルと、
該１次コイルに高周波交流を通電せしめる高周波発振器
と、２次コイルの出力を整流して、前記した励磁コイル
に通電する電気回路と、前記した回転子に配設したＮ、
Ｓ磁極に僅かな空隙を介して対向するとともに、ｍ相の
電機子コイルを装着した磁性体により作られた固定電機
子と、中央部の電圧値が大きく、左右に電圧値が漸減し
て、それぞれの隣接点が零値となる等しい波形のｍ相の
回転子の位置検知信号を発生する位置検知装置と、各相の電機子コイ
ルの通電を位置検知信号を介して制御するトランジスタ
ブリッジ回路ならびに各トランジスタに逆接続されたダ
イオードと、各相の電機子コイルの電機子電流を検出す
る電機子電流検出回路と、該回路の検出電圧と前記した
位置検知信号の対応する相の電圧とを比較して、電機子
電流の通電区間と遮断区間との長さを制御し、前記した
位置検知信号の波形に相似した電機子電流を通電せしめ
る電機子電流制御回路とより構成されたことを特徴とす
る半導体電動機。
（２）界磁磁極が回転子となるｍ相（ｍ＝１、２、３、
・・・）の半導体電動機において、等しい巾の２ｎ個（
ｎは２以上の正整数）のＮ、Ｓ磁極が交互に円周部に配
設されるように磁性体で作られた回転子と、該回転子を
回動自在に支持する回転軸及びその軸承と、前記した磁
極群をそれぞれ励磁する励磁コイルと、互いに磁路開放
端が僅かな空隙を介して対向して相対回転されるととも
に、前記した回転軸に中央空孔が固定されたソフトフェ
ライトよりなる第１のコアならびに外筐側に固定された
ソフトフェライトよりなる第２のコアにより構成された
回転トランスと、第１、第２のコアのそれぞれに装着さ
れた２次コイルならびに１次コイルと、該１次コイルに
高周波交流を通電せしめる高周波発振器と、２次コイル
の出力を整流して、前記した励磁コイルに通電する電気
回路と、前記した回転子に配設したＮ、Ｓ磁極に僅かな
空隙を介して対向するとともに、ｍ相の電機子コイルを
装着した磁性体により作られた固定電機子と、電気角で
１８０度の巾の末端部の電気角で６０度より小さい所定
の巾が零となつている等しい巾の矩形波の回転子の位置検知信号を発生する位置検
知装置と、各相の電機子コイルの通電を位置検知信号を
介して制御するトランジスタブリッジ回路ならびに各ト
ランジスタに逆接続されたダイオードと、各相の電機子
電流を検出する電機子電流検出回路と、該回路の検出電
圧と設定された電圧とを比較して、電機子電流の通電区
間と遮断区間との長さを制御し、前記した設定された電
圧に対応する大きさの電機子電流値となるように、又各
１相の電機子電流曲線の全巾が電気角で１８０度を越え
ないように電機子電流制御回路に高電圧を供電する直流
電源とより構成されたことを特徴とする半導体電動機。