JPS62277089A

JPS62277089A - １相の半導体電動機

Info

Publication number: JPS62277089A
Application number: JP61119316A
Authority: JP
Inventors: Itsuki Ban; 伴　五紀; Akihiro Nakajima; 章博中島
Original assignee: Secoh Giken Co Ltd
Current assignee: Secoh Giken Co Ltd
Priority date: 1986-05-26
Filing date: 1986-05-26
Publication date: 1987-12-01

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】３発明の詳細な説明〔産業上の利用分野〕本発明は、例えばカーエアコンの温度センサに室内空気
を還流するブラシレス小型電動ファン及びパンコン、コ
ンピュータの回路の冷却ファンとして使用されるもので
ある。特に局部冷却の小型ファンとして有効である。又
電子回路の放熱フィン（ヒートシンク）と一体化して、
冷却効果を自然対流によるものより著しく大きくする部
品として構成して有効な手段を供与できるものである。

更に又、廉価に供給できる用途の広い小型のｌ相の半導
体電動機を供与できるものである。

〔従来の技術〕

上述した同じ目的を達成する為に、ブラシレス小型電動
ファンは各種類提案されている。

本発明装置と近似した形式のものとしては、径が２０ミ
リメートル乃至３０ミリメートル位の周知の直流整流子
電動機の回転軸に径が３０ミリメートル〜ｑＯミリメー
トル位のファンを設けたものである。

又上述した構成で、ブラシレス電動機としたものがある
。

Ｃ本発明が解決しようとしている問題点〕上述したファ
ン電動機は、整流子電動機なので、機械的摩耗部分があ
り、その耐用時間はみじかく、一般的な要求である２０
０００時間の寿命とすることが困難となる第１の問題点
がある。

更に機械音の発生を伴なうことが第コの問題点である。

ブラシレスの電動機とすると、第ｔ、ｉｌｌコの問題点
が解決されるが高価大型となる第３の問題点が発生する
。又ｌ相ブラシレス電動機とすると廉価小型となるが、
効率が著しく劣化する第りの問題点がある。これは次に
述べることである。

上述した従来の／相の半導体電動機においては、次の問
題点がある。電気角でｌにθ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太き
（なり、効率の低下を招いている。又飽和しない場合に
おいても、逆起電力がない為に大きい電流が流れている
ので、同じく効率の低下を招いている。

一般に形状が細長型となっているので、冷却フィンに送
風して冷却効果を高める為に、冷却フィンとファン電動
機を一体化して７つの部品として構成することが困難と
なる第５の問題点がある。

〔問題点を解決する為の手段〕

ｌ相の半導体電動機とした為に、第１．第コ、第３の問
題点を解決している。

電気角で１８０度の通電を行なうことなく、通電の末期
の電気角で３θ度位の通電を遮断しているので、効率が
上昇して、Ｓ０チ以上となっている。従って、第ｑの問
題点が解決されている。

本発明装置では、電機子コイルの通電区間は、電気角で
１２０度〜１５０度として、上述した目的を達している
。従ってコギングトルクによる自起動が不可能となる不
都合がある。この欠点を解決する為に、起動時にのみ電
気角で／！ｒＯ度の通電を行なって自起動できるように
している。

又かかる自起動手段は、定速度制御のできる手段を含む
ので、定速度運転の電動ファンを作ることができる。又
電機子コイルの蓄積磁気エネルギを、トランジスタによ
り放電しているのでスイッチングノイズを減少できる。

第１図に示すような特殊な構成とすることができるので
、比較的偏平な電動機とすることができる。従って、冷
−１４１フインと一体化することが容易となるので、第
Ｓの問題点が解決される。

〔作用〕

前述した本発明の手段によると、従来の技術の問題点即
ち欠点が除去される作用効果がある。

即ち、騒音が減少し、効率が上昇し、偏平。

軽量、廉価に作ることができ、又３ｓミリメートル以下
の径のファンを使用することもできる特徴がある。又半
導体電動機なので耐用時間を５ｏｏｏｏ時間以上とする
ことができる。

更に又、電機子コイルの通電の初期では、磁心即ちコア
のある電動機の場合にはそのインダクタンスは７５６９
６７９位（出力が０５ワット位の電動機の場合）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
響は少ないが、若干の効率の低下を招くことになる。

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、堕相し、コイルのみのインダクタンスと
なるので、３ミリへノリ位にインダクタンスが減少する
。従って界硼、啓界が小さく若しくは零のときの通この
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、少な（とも通電の末期の
通電を遮断して効率を周知のこの種の電動機より１　、
３４位上昇せしめてＳｏチ位としているのが本発明の作
用である。かかる手段によると、コギングトルクによる
自起動が不可能となる。自起動を行なう為に次の手段が
採用起動時の低速時には、電気角でｌに０度の巾の通電
を電機子コイルに行なって自起動を確実とし、設定速度
を越えると通電角を１８０度より減少せしめて効率を上
昇せしめている。

従って、定格負荷のときに、通電角を／−θ変位とする
ことにより、定格運転時に最高の効率を得ることができ
る。又併せて必要あれば、定速制御をすることができる
ものである。電機子′　コイルの蓄積磁気エネルギをト
ランジスタを用いて、放電しているので、従来品のよう
に、放電が急速でなく、従ってスイッチングノイズが減
少される作用がある。

上記したように、電機子コイルの通電角の両端若しくは
末端を削除するには、位置検知信号を正弦曲線に相似し
た波形とすることが必要となるが、マグネット回転子の
端面の形状を特別な構成として目的を達成している。

又ホール素子の位置検知信号が矩形波に近い場合には、
その末期を削除する為に、新規な、コンデンサの充電曲
線により削除する手段が採用されて目的を達成している
。

第１図に示す構成即ち外転型で、偏平な構成とすると、
送風は軸方向と、外側径方向とが選択できる。従って軸
流ファンとしても使用することができ、又冷却フィンと
組合せて一体化したとき小型に構成できるものである。

〔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。尚図面中の同一記号のものは同一の部材な
ので、その説明シ工省略する。第１．第２図を併せて説
明する。

だ円板で、第１図は、第２図のものを矢印Ｅ方向よりみ
た平面図である。

側板ｌの中央部の円孔には、金属円筒／／の右端が圧入
固定され、その内部円孔の両端には、含油軸承グα、ｑ
ｈが嵌着され、これに回転軸−が回動自在に支持されて
いる。

記号１０は、珪素鋼板を積層した電機子磁心で、矢印Ｅ
方向よりみた詳細が、第１図に示されている。即ち図示
の形状のダ突極（互いに９０度はなれている。）が設け
られ、突極１０α、　ｉｏ　ｈ　。

７０　ｃ　、　１０　ｄ　Ｋハ、電機子−ｙイルｑ　ａ
、、　７　ｂ　、　７ｃ、７ｉが装着されている。第１
図には、上記した部材の右半分のみが示されている。

突極１０ｈの記号１０　ｅ　、　１０　ｆで示す空隙部
分巾は異なり、後者の方が大きくされている。これは後
述するように１コギングトルクを発生して自起動せしめ
る為の手段である。突極／Ｑ　ａ。

ＩＯＣ，１０ＣＬも同じ構成となっている。

電機子磁心１０の中央部空孔は、円筒／／の外側に嵌着
されて固定電機子となっている。

カップ状に軟鋼板をプレス加工して作られた第２図示の
回転子！の右側開口部の内側には、円環状（リング状）
のマグネット乙（マグネット回転子）が貼着されて、そ
の内側が僅かな空隙を介して突極１０α、　／Ｑ　ｂ　
、・・・に対向している。

マグネット回転＋６は、第３図に示すように、Ｎ、Ｓ磁
極９個が等しいピッチで配設され、径方向に各磁極が磁
化されている。

第３図は、マグネット回転＋６を展開して示したもので
、紙面に直角の方向が、第１図の径方向となるものであ
る。従って、下側の凹凸部が、マグネットの端面となり
、矢印Ａｅの方向に端面着磁が行なわれている。紙面に
垂直方向が、突極１０α、　１０　ｂ　、・・・に対向
する主磁極の着磁方向である。ホール素子／２は、第２
図に示すように、側板ｌの空孔に支持体／２αにより固
着され、マグネット回転子６の端面の着磁面に対向して
いる。

主磁極は、記号ルα、６ｂ、４ｃ、Ａｄ−で、又端面の
磁極は、記号ｂｆ、ｂｙ、Ａん、６もで示されている。

ホール素子／ユは、磁極ｔ、ｆ、ｂダ、・・・に対向し
ているので、各磁極の膨出部で最内出力が得られて、位
置検知信号の出力曲線がサイン曲線に相似した波形とな
るように、上記した膨出部の曲面が設定されている。

ホール素子／２は、突極の中間の位置にあるように、側
板ｌに固定されている。

回転軸−の左端には、基部にの円周部に等しい開角で固
定されたファンざα、にす、・・・が設けられている。

ファンざα、ｇｈ、・・・は７枚で、ラジアルファンと
なっている。ファンｇα、にり、・・・が回転すると、
矢印Ｅ方向より空気が流入し、矢印Ａ、Ｂ方向に空気流
が得られるラジアルファンとなる。

点ａｇｊ、にに、・・・（第２図示）のように、径方向
に関して、ファンを捩って軸流型のファンとすることが
できる。

この場合には、空気流は、外側より流入し、矢印Ｃ，Ｄ
方向より流出する。

カップ状の回転子５の左側中央部が、第２図示のように
外側に膨出している為に、次に述べる効果がある。

第１に、軸承ｑα、ｑｂの間隔が大ぎくとれろ。第２に
、他流ファンの場合に、外側より空気が流入する空間を
得ることができる。

第１図の突出部／α、　ｌｈ、・・・には空孔が図示の
ように設けられ、空孔により、本体にビス止めできるよ
うになっている。

上述した実施例は、本発明装置の電動機の機構の７例を
示したものであるが、他の周知の／相の電動機の場合で
も本発明を実施することができるものである。

上述したように、第１図示の装置は、／相の　　−半導
体電動機となるものであるが、その回転手段を第１，５
図について説明する。

第９図（（ｚｉにおいて、ホール索子ｌユは、マクネッ
ト回転子６ＯＮ、Ｓ磁極に対向するように、固定電機子
に固定されている。

従って、Ｎ、Ｓ磁極に対向することにより、ホール素子
／２の出力はリニヤ増巾回路／ｑα、／弘すにより増巾
される。Ｎ極に対向したときのこれ等の出力が第５図（
α）のタイムチャートにおいて、曲線ｑｏｃＬ、ｑθｂ
、・・・とじて示されている。

これ等の中間の位置において、同じ形の位置検知信号が
Ｓ極に対向したときに得られるが、これ等が第９図（α
）において曲線４（／α、　ＩｉＺ／　ｂ、・・・とし
て示されている。

マグネット回転＋６のＮ、Ｓ磁極の着磁は、出力トルク
と効率を大きくする為に、矩形波に近いものとなってい
る。

ホール素子／ユによる位置検知信号は、後述する説明よ
り判るように、正弦波に相似した波形であることが好ま
しい。従ってマグネット回転＋６の端面を着磁し、この
磁界により位置検知出力を得ることがよい。この場合に
正弦波着磁は困難で、出来たとしても使用中に減磁する
ので不適当な手段となる。

本実施例では、第３図で説明したように、端面に凹凸部
を作って、この形状を、ホール索子／２の出力曲線が、
正弦曲線となるように設定することにより容易に目的が
達成される。

第９図（ａ）において、記号／／α、／／ｂは電源圧負
極、記号／３はツェナダイオードで定電圧回路を構成し
ている。

ホール素子１２のλつの出力は、オペアンプ／りα、ｌ
りｂにより、それぞれ矩形波に整準される。

Ａ、８点の電気信号が、第５図（ａ）において、曲線３
／α、　、？／　ｂ　、・・・及び曲線３ユα、Ｊ２１
）、・・・とじて示されている。これ等は、電気角で１
８０度の巾で互いに／１０度離間口、前者と後者は１８
０度の位相差がある。以降は電気角の呼称を省略して単
なる角度表示とする。記号／７　ｂは、微分回路で、入
力信号の立上り点で微分パルスが得られる。従って０点
の通気信号は、第５図（ａＪにおいて、記号３３α、　
、３３　Ａ　、・・・とじて示される。

記号／Ａ　ｂは単安定回路で、所定の巾の電気信号が得
られる。Ｄ点の電気信号が第Ｓ図（α）において、曲線
３ｑα、　、ｙｏ　ｈ　、・・・とじて示され、この電
気信号により、アナログスイッチ／にが閉じられるサン
プルホールド回路となっている。

高抵抗２トランジスタ〃αにより、コンデンサ／９αは
充電されるが、はぼ定電流の充電がされる。

反転回路／７を介するＥ点の電気信号が、第５図（α）
において曲線３６α、　ＪＡ　ｂ　、・・・として示さ
れている。各曲線の立上り点の微分回路／りαを介する
ものはＦ点の電気信号として得られて、第Ｓ図（ａ）に
おいて、記号３７α、　Ｊ’）　ｂ　、・・・とじて示
される。

単安定回路／Ａσの出力即ちＧ点の電気信号ｆｉ。

曲線Ｊｇα、　Ｊｇ　Ａ　、・・・として第５図（４１
に示されている。

トランジスタＸ）ａのペース電圧は、Ｂ点の電圧即ち第
Ｓ図（ａ）の曲線３ユα、　、１２　ｂ　、・・・の電
圧となっているので、そのハイレベルのときには、トラ
ンジスタ２０αは不導通に保持される。従ってコンデン
サ／９αが充電されるのは、Ａ点の曲線、３／　Ｑ　、
　、３１　ｂ　、・・・のある区間のみとなる。この充
電曲線が、第Ｓ図（σ）で、点線、？？　（Ｌ　、　Ｊ
？　Ａ　、・・・とじて示される。

アナログスイッチ／ｇが、曲線３なα、　３ｔＡｈ　、
・・・の電気信号により閉じられるので、コンデンサ／
９　ｂの電圧は、点線３Ｓとなり、この電圧は、回転速
度に反比例するものとなる。その後に、第５図（ａ）の
電気信号３ざａ、Ｊｇｂ、・・・により、トランジスタ
２Ｄｂが導通して、コンデンサ／９αは放電される。点
線３ｓ　ａ　、　３３　ｂ　、・・・は上記した充電曲
線である。コンデンサ／９　ｂの電圧は、抵抗／／Ｃに
より調整されて、オペアンプ１５　Ｃの一端子の入力と
なる。端子／Ｓより回転速度を指令する規４電圧が入力
されているので、オペアンプ／ＳＣの出力は、端子１５
の入力即ち規準電圧に対して、オペアンプ／ｊＣの一端
子の入力即ち回転速度に反比例する電圧が増減すること
に対応して、増減する。即ち回転速度が設定値を越えて
増大すると、オペアンプ／Ｓｃの出力は増大し、減少す
るとオペアンプｉｓ　ｃの出力は減少する。

オペアンプ１５１”の出力は、オペアンプ／、ｄ。

／ｊ　ｔ　Ｋ入力されて、１点と１点の電圧即ち第５図
（α）の曲線グＯａ、ｒｉｏｂ、…と曲線ダ／α、弘／
ｂ。

・・・と比較され、点ｍ’１２（Ｌ、’１２１）Ｃオペ
アンプ／ＳＣの出力電圧）より高い電圧の区間のみが、
オペアンプ／ｓｄ、ｉｒｅより出力される。

かかる出力電圧曲線が、第５図＜ａ’ｒで、曲線ｔ３ａ
　、　ｑ３　Ａ　、　、−・及び曲線１１３ｆ　、　ｔ
ｌ、７ｇ　、　−・・とじて示されている。

第７図（α）の記号りは、第１図の電機子コイル７σ、
７ｂ、・・・の直列若しくは並列接続体である。トラン
ジスタ２１ａ　、　、２／　ｂ　、・・・は、電機子コ
イル７を含むブリッジ回路を構成している。

起動時の回転速度が低いとぎには、オペアンプ１５（！
の出力はローレベルにあるので、オペアンプ／３；　ｄ
　、　／！：　ｅの出力の巾は１８０度とな９、マグネ
ット回転＋６が１８０度回転する毎に、トランジスタ」
／α、　ｒ／ｂとトランジスタコ／ｃ１．２／ｄの導通
が交替して、ｔ、＝子コイルクは往復して通電される。

従ってｌ相の電動機として回転する。

第Ｓ図（α）の曲線ｑ６は、コギングトルク曲線で、前
述したように、第１図において、突極１０ＣＬ。

１０ｂ、・・・の外側面が記号１０　ｆで示すように斜
めに削除されている為のもので、コギングトルク曲線ｑ
Ａの正のピーク値が、トルク曲線の死点（トルク零の点
）の位置にあるようにされている。

従ッて、死点が除去されているので、マグネット回転＋
６がいかなる位置にあっても自起動できる構成となって
いる。かかる自起動手段は、他の周知の手段によるもの
でも本発明を実施することができる。

設定伸度を越えて、回転速度が上昇すると、前述したよ
うに、アベアンブｉｒｄ、／３ｅの出力は、１ｇ０度の
巾より小さくなるので、トランジスタ２／α、　ｒｉ　
ｂ　、・・・の導通区間も対応して小さくなり、′重機
子コイルクの曲直区間も小さくなる。従って、著しく効
率が上昇する。次にその理由を説明する。

ｉ／図のマグネット回転子６の磁極と突極の１つが完全
に対向したときに電機子コイルの通電が開始され、駆動
されて次の磁極と対向するまで、即ち１８０度の間だけ
通電されるのが一般のｌ相の電動機である。

このときの通電曲線は、磁気エネルギの蓄積の為に立上
りは急峻でなく、第５図（ａ）の曲線件の左側のような
曲線となる。この部分では出力トルクも小さいが、ジュ
ール損失も小さくなり、効率に大きい影響を与えること
はない。

曲ＩＪ＜ｚ＜ｚの中間では、逆起電力が犬きく、電機子
電流は小さいが、末端では、逆起電力が殆んどなく、磁
心も飽和に近いので、図示のよ５に電機子電流は急速に
増大する。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５図（α）の
曲線ｌＩダの右端のように、電機子電流が急増し、ｌｒ
Ｏ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（、無効なジュール損失が急増
する。

他の磁極についても事情は全く同じである。

毎分３０００　回転の電動機とすると、１回転毎に７個
の曲線ｇｐが得られるので、毎分／ＡＯＯＯ個の曲線ｑ
ｌＩ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、７分間に／Ｊ０００　　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５図Ｃａｌの点線ＩＩ
！；　ｂ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η５　ａ　、　ａｚ　ｂ
の点で′混流を切断することがよい。点線１１５ａ、よ
り左方のトルクは小さいので、効率に与える影響は僅少
である。

上述したように、通電の初期と末期において通電が遮断
されているので、ホール素子／２の位置が若干ずれてい
ても反トルクの混入がな（、製造が容易となる利点及び
効率を上昇せしめる効果がある。実測によると、１８０
度通電のｌ相の電動機は効率が２ｊ％位であるが、本実
施例によるものは効率が５０係位となる効果がある。

点線ｕ３　ｂの点で電機子電流が断たれたときに、周知
の手段によると、点線ｑｑ　ｈのように、第７図（α）
のトランジスタ２／α、２１ｂ、・・・に逆接続された
ダイオードにより電機子コイル７に蓄積された磁気エネ
ルギが放電されて出力を増加する。

１８０度の通電となると、蓄債磁気エネルギは点線鉢α
のように放電され、これは反トルクとなるので効率を減
少せしめる欠点となっている。

電機子コイル７の通電区間は、トランジスター／α１．
２／　Ｃの導通区間と一致し、トランジスタ、２／　ｂ
　、　ｒ／ｄは、１８０度の導通角となっている。

トランジスタ２ｉ　ａが不導通となったときに、トラン
ジスタ＝ｌｂは未だ導通しているが、電機子コイルの磁
気エネルギは、トランジスタｓｉ　ｂを介して放電され
ることな（、トランジスタ＝６を介して放電される。

トランジスターｂのベースは、８点の電圧により付勢さ
れているので、電機子コイル７が右方に通電されている
ときには、エミッタ、コレクタ間には逆電圧が印加され
ている。しかし通電が断たれて、電機子コイルクによる
磁気エネルギの放電時には、順方向の電圧となるので放
電されるものである。

従って、第Ｓ図（σ）の点線４４　Ａに示す電流の降下
は地紋的ゆっくりして、スイッチングノイズを減少せし
める効果がある。若し、前述したように、トランジスタ
２／α　、２／　ｂを同時に不導通とする周知の手段に
よると、磁気エネルギは、並列に接続したダイオードに
より電源に還流されて、急速に放電してスイッチングノ
イズを発生する欠点がある。

トランジスタ、２／　ｃ　、　、２／　ｄ、　、　、２
．２σによる通電３ｊ制御についても上述した事情は全
く同じである。

トランジスタココαは、第９図（ａＪのＡ点の電圧によ
り付勢されて−・るので、電機子コイルクの左方への通
電が断たれたときのみに、磁気エネルギの放電が行なわ
れるものである。

電機子コイルクの通電区間は、負荷が小さいと、対応し
て小さくなる速度制御が行なわれているが、定格負荷の
ときに、第５図（α）の点線ｑＳα、１Ｉｓｂの間の巾
即ち通電角は１０Ｃ度〜／２０度位に諸常数を選択する
と最も効率が良（なる。

この調整の１つの手段は、抵抗／／ｅを調整することで
ある。

以上の説明のように、ｌ相の電動機として回転するもの
であるが、このときに、第２図のファンｇα、ｚｂ、・
・・は回転して空気流を発生する。本発明装置は、その
構成上より理解されるように、比較的偏平Ｋ、又径を小
さく（径が３０〜ダＯミリメートル位）できるので、産
業上の利用分野の欄で前述した用途として有効な手段を
供与できる。

次に第６図につき説明する。アルミ材で作られた平板５
７ば、電子機器のパワトランジスタ等の発熱体の熱を放
散する為の放熱フィンである。

冷却フィンは上面に植立した多数の直立フィンとなり、
空気の自然対流を介して放熱せしめるものである。

自然対流による放熱は、空気流速が小さい為に大きくな
く、従って放熱フィンぼ大型となる欠点がある。当然で
あるが重量も増大する。

本発明装置は、上記した欠点を除去できる特徴がある。

次にその説明をする。

第６図において、平板５７の中央部には空孔５７αが設
けられ、この内部に第１図の電動機具が、ファンが上面
にあるように埋設固定されている。

第１図の側板ｌの円周部を空孔タフαの底面外周に固着
して電動機具が装着されているものである。

図示していないが、ファンｇα、ｇｈ、・・・の回転に
より、空気流は、第２図で矢印Ａ、Ｂ方向に吹き出すよ
うになっている。ファンｌｒα。

にす、・・・は、ラジアルファンとして構成されている
。

記号５ｇα、３８６．・・・は上方に突出したアルミフ
ィンを示している。他の点線の表示もすべてアルミフィ
ンである。

上述したアルミフィンは、すべて上方に突出したフィン
であるが、周知のアルミフィンは自然対流と温度輻射に
より熱放散を行なっているので、１方向に即ち鉛直方向
に整列している。

本実施例では、空気流は、矢印６０α、６０ｂ方向に即
ちラジアル方向に、フィン５８α、！；１ｂ、・・・の
間を吹き抜けろ形式となって冷却を行なうので、フィン
は点線で示すようにランダムに配設された方が冷却効果
が増大する。左側のフィンは省略しである。

以上の構成なので、自然対流による冷却フィンより／θ
倍位の冷却効果があり、冷却フィンを小型軽ｆＫ構成で
きる特徴がある。

第９図（Ａ）は、電機子電流制御の他の実施例である。

第７図（ｈｌにおいて、ホール素子／２が、マグネット
回転子Ａの端面のＮ、Ｓ磁極に対向するに従って、オペ
アンブコＪａの出力は、第左図（ｈ）のタイムチャート
に示される曲ｇｓ／が得られる。

これが第９図（ｈｌのＲ点の電気信号となっている。

この波形は、第３図で前述したように、正弦曲線に相似
したものとなるように磁極の磁界が形成されている。

オペアンプ３ｂは、矩形波の整準回路となり、反転回路
、２Ｓ　ａを介するに点の電気信号は、第５図（６）で
曲線３／α、　Ｊ／　ｈ　、・・・として示されている
。

反転回路ｘｂを介する出力は、第左図（ｂ）で、Ｌ点の
電気信号として曲線３コα、３コｂ、・・・として示さ
れている。

オペアンプ、２３ｄ、トランジスタ、２６Ｃの作用は、
全波整流回路となるもので、Ｘ点の電気信号哄第Ｓ図（
ｂ）で曲線ｓｔ　ｃｔ　、　５／　ｂ　、−ニー及び曲
線ｉｄ。

３２ｂ、・・・として示されている。

配列／ｌσは、微分回路で、Ｋ点の電気信号（第５図（
句で曲Ｈ，ｙｔａ、３１ｂ、・・・とじて示されるもの
）の立上り点で微分パルスが得られるようになっている
。この微分パルスは、単安定回路ｉｔ　ｂに入力され、
所定の巾の矩形波出力が得られる。これ等が第Ｓ図Ｃｈ
）で曲線ダ７α、　４（７ｂ　。

・・・として示されているが、Ｍ点の電気信号となるも
のである。

Ｍ点の電気信号とに点の電気信号は、不一致回路（エク
スクル−シブオア回路）コに入力されているので、Ｎ点
の電気信号は第ｑ図Ｃｂ）で曲ｗａｇα、ｔａｒｈ、・
・・として示されている。

回転速度が増大すると、曲線Ｊ／α、　Ｊｌ　ｂ　、・
・・の巾は減少するので、曲線ＱＫα、　ｌｌｒ　ｂ　
、・・・の巾も比例して増大するので回転速度検出信号
となる。

回転速度が減少して、曲線Ｊ／αの巾が曲線ｌ１７αの
巾と一致すると、曲線ｇｒαの巾は零となる。

従ってこのときの回転速度を毎分２００回転とすると、
ＳＯＯ回転を越えるに従って速度検出信号である曲線ｑ
ｚ　ａ　、　ｖ、ｒ　ｂ　、・・・の巾は比例して増大
する。

回転速度が減少して、曲線Ｊ／α、　Ｊｌ　ｂの巾が増
大して、第ψ’＠Ｃｈ）の記号Ｐの曲線グ９α、ｔＩ９
ｈ。

・・・となると、不一致回路−ｇの出力は記号Ｑの曲線
ＳＯα、　ｓｏ　ｂ　、・・・となる。しかしこれ等は
速度検出信号として不適当なものなので、除去する必要
がある。

この為にアンド回路２９が使用される。アンド回路２９
の入力は、曲線ｌｌ？α、　４（？　ｂ　、・・・と曲
線ＳＯα、　ｓｏ　ｂ　、・・・となるので、その出力
は常にローレベルとなる。従って起動時より毎分２００
回転までは、速度検出信号は発生しない。

ＳＯＯ回転を越えて増大すると、曲線＆ｆα、　ｔＩｌ
：ｂ、・・・がＮ点の出力として得られるが、アンド回
路２９の出力は、曲線轄α、　ｔＩｒ　ｂ　、・・・と
全く同じものとなり、速度検出信号となる。

トランジスタ２６αが導通するのは、曲線ｌＩＫα。

ｔＩｇｈ、・・・の巾の間だけなので、コンデンサー−
７の充電電圧は、回転速度に比例するものとなる。

従って抵抗／／Ｃの出力も同じ性質のものとなる。

第５図（勾の曲線（点線で示す）５３αは、コンデンサ
２７の電圧で、その左端は充電時の立上り曲線である。

第９図（句の記号／ｇ　ｅは微分回路で、Ｋ点の電気信
号即ち曲線３１α、　３１　ｂ　、・・・の右端におい
て正の微分パルスが得られ、これにより、トランジスタ
２１．　ｂが導通して、コンデンサー２７を放電してい
る。

Ｘ点の電気信号即ち曲線Ｓ／α、　ｓｉ　ｂ　、・・・
と曲線ｊユＩＺ、見す、・・・及びコンデンサー一りの
電圧（転オペアンプ２．３６に入力されているので、両
者は比較されて、前者が後者より太きいときのみに、そ
の出力が得られる。従ってこれ等の出力は、第Ｓ図（ｂ
）の実線で示す曲線ｓｑα、５ｔＩｈ、・・・及び実線
５Ｓα、　！！　Ａ　、・・・が右端となり、左端が曲
線タコα、　見ｈ　、・・・の左端となる台形波の曲線
となる。

アンド回路Ｊｏ　ｂの出力は、上述した台形波曲線とな
り、後縁部のみが３θ度〜ｔｉｏ度削除されたものとな
る。

アンド回路３０αの出力は、曲線５ダα、５ＩＩｈ。

・・・となり、両端が３０度〜ｒｔｏ度削除されたもの
となる。

起動時及び毎分ＳＯＯ回転までは、コンデンサー２７は
充電されないので、オペアンプ２．３０の一端子はロー
レベルとなる。従ってアンド回路３０α、３０ｂの出力
は１ＩＣ度の巾となり、曲線３／α。

Ｊｌ　ｂ　、・・・と曲線３２α、３コｂ、・・・と同
じものとなる。従って、トランジスタコ／α、２／ｈ及
び２ＩＣ。

コ／ｄの導通はｔｒｏ度に交替し、ｌ相の電動機として
回転する。起動時には、第Ｓ図（句の曲線ダ６で示すコ
ギングトルクにより自起動できる。

２００回転を越えると、アンド回路３０　（１、３０ｈ
の出力により、トランジスタ２／　ａ、　ｊ／　ｔ”の
導通角は、１ＩＣ度より小さくなり、負荷と平衡したト
ルクの点で定速回転となる。

第Ｓ図（ｈ）に示す電機子コイルの通電角の場合が最も
効率が上昇する。即ちｔｇｏ度の通′賀角の後縁部を３
０度〜り度削除した状態となるように、電動機の諸常数
を調整することがよい。仙の作用効果は、前実施例と同
じである。

第３図（σ）の実施例のように、抵抗／／　Ｃの出力を
比較回路を用いて規準′電圧と比較して、その出力をオ
ペアンプ２．？　Ｃの一端子に入力すると定速時性が良
好となる。

本実施例では、第Ｓ図（Ａ）に示すように、コンデンサ
ー２７による速度検出は１８０度の区間で行ない、次の
１８０度では行なっていないが、１８０度の区間毎に行
なうことができる。かかる手段によると、電機子コイル
クの通電区間は、１８０度の後縁部のみが往復ともに削
除されることになるが、本質的な効果に大きい差はない
。

又第９図（ａ、）の記号ｉｇ、／ｑｂで示すサンプルホ
ールド回路を併用して、第９図（ｂ）のコンデンサー−
７の電圧をサンプルホールドして、オペアンプ、２Ｊ　
ｅの入力とすると、第３図（ａ）の場合と同様に、１８
０度の通電角の両端を削除することができる。

第Ｓ図（ａｌにおいて、曲線ｑｏα、ｐｏｂ、・・・及
び曲線ｌＩ／α、ダ／ｂ、・・・は、点線ｌＩλα及び
ダ２ｂより上の部分の巾が通電角となり、起動時には、
通電角が１８０度となり、定格運転時には、１００度〜
１．２０度位となる。又かかる通電角が変更されること
により定速度制御を行なうことができる。

従って、曲線ｑｏα　’４０　’　ｚ・・・及び曲線ダ
／α。

’Ｉ／　ｂ　、・・・は、正弦曲線に相似した形状とす
ることがよい。この為に、第３図につき前述したように
、マグネット回転チルの端面の形状を特別な構成とした
ものである。

第９図（ｂ）、第５図（Ａ）で説明した実施例において
も上述した事情は全く同じである。

第７図（ａ）に示す実施例は、ホール素子／２が、マグ
ネット回転チルの主磁極に対向している場合、若しくは
、第３図に示すように、端面の膨出部を作らないで、端
面にホール素子／２を対向せしめた場合である。この場
合の位置検知信号は正弦曲線でなく、台形波に近い波形
となる。

第７図（α）は、第９図（ａ、）と左の部分の回路がほ
ぼ同じであるが、Ｈ，１点の出力は、第ｇ図麹のタイム
チャートの曲線６０α、ｂｏｂ、・・・及び曲線６／α
、６／ｌ）、・・・のように、台形波に相似した波形と
なっている。前実施例のように正弦波でないので、特別
な手段が必要となる。次にその説明をする。

Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ点の電気信号は、第ｓ　９
１　Ｃａ）と全く同じで、第に図に同一記号により示さ
れている。

第７図（ａ）において、オペアンプ（比較回路）ｌＩＣ
の出力は、起動時より、設定された速度まではローレベ
ルである。従って、トランジスタｍｔは不導通となって
いる。

設定速度を越えると、この量に比例して、トランジスタ
、２ｏ　ｇ　、　２０ｄのコレクタ電流が増加し、コン
デンサ／９　ｃが充電される。

従って、コンデンサ／９　ｃの電圧は上昇し、この傾斜
角は、速度が増加するとともに比例して増大スる。この
電圧は、オペアンプ／ｊｄ、／ｒｅの下側の入力となっ
ている。

オア回路１５　ｆの出力により、トランジスタ２０Ｃが
導通するので、コンデンサ／９　ｃは放電される。

次に、かかる放電の時期について説明する。

Ａ点の電気信号は、微分回路／’７　Ｃにより、第５図
の四線Ｊ／　（Ｌ　、　、３１　ｂ　、・・・の左端で
微分パルスが得られ、次に単安定回路／Ａ　Ｃにより、
電気信号６２α、ＸＸｂ、・・・が得られ、これがＤ点
の電気信号で、オア回路／ｒ　／の入力となっている。

Ｄ点の電気信号である曲線３ｑα　、ｉｔｔ　ｈ　、・
・・も、オア回路／ｓ　ｆの入力となっている。

従って、オペアンプＢ　ｄ　、　／ｊεの下側の入力は
、始点が、曲線６２σ、４２ｂ、・・・及び曲線３１ｔ
ａ。

ｙｐ　ｂ　、・・・のそれぞれの右Ｉｌｌとなり、その
後上昇し、上昇直線の傾斜は、回転速度に比例し、その
末端は、上記した曲線の左側となる。

第５図の曲線ｂｉ　ａを例として説明すると次のように
なる。点＃ｉ！ｔ３ａが上記したコンデンサ１９Ｃの充
電電圧曲線で、その立上り点は、電気信号３りαの右端
となり、傾斜角は、回転速度に比例している。回転速度
に正しく比例はしないが、回転速度が上昇すると、点線
／＋Ｊａ、　６３ｈ　、　４Ｊｌ？。

・・・のようになる。

点線４３（Ｌ　、　４Ｊ　ｂ　、・・・の電圧が消滅す
るのは、電気信号６ｕ　Ａの左側の点である。

第７図（勾のオペアンプ／ｊ　ｅの出力は、矢印６３の
巾の矩形波となる。この巾だけ、トランジスタＪ／　ｃ
が導通するので、電機子コイル７の左方の通電において
、その末端の３θ〜グ０度が切削される。

曲線ｑｌＩは、第Ｓ図（σ）で、同一記号のものについ
て説明したように、通電曲線で、点線鈷の右側の通電が
断たれるので、効率が上昇し、又点線ｑｔｉ　ｂの降下
がゆるくなるので、スイッチングノイズが減少する特徴
は、前実施例と全く同じである。

点線ｑダαで示す反トルクが除去されることも同様であ
る。

他の曲線６０α、ｔ、ｏｈ、・・・、　Ａ／　ｈ　、　
６／　ｅ　、・・・についても事情は全く同じで、曲線
ａｏａ、ｔ、ｏｈ。

・・・は第７図（α）のオペアンプｔｒｄの上側の入力
となり、トランジスタ２１ａ、を制御して、同じ効果を
与えている。

起動時には、点線６３αは無く、コンデンサ１９Ｃの電
圧が零なので、オペアンプ１．ｇｔ、／！ｒ（Ｌの出力
中は１ｇ０度となる。従って、コギングトルク’ＩＡに
より、自起動をすることができる。

定格回転と定格負荷のときに、オペアンプ１５ｔの出力
中は矢印６３となり、通電の末端が３０度位削除される
ように、諸常数を予め設定すると最高の効率とすること
ができる。

定格速度を越えて、回転速度が上昇すると、点線１．３
　ｔＬは、点線１，３　ｂの方に回転するので、オペア
ンプ／ｒ　ｇの出力中は矢印６３より小さくなり、出力
トルクが減少するので、回転速度が降下して定速度が保
持されるものである。次に、第７図（ｂ）の回路につい
て説明する。この回路は、第９図（ｈ）の回路の右側を
変更したもので、左側の同一記号の部材は同じ作用を行
なうものである。

従って、コンデンサコクの充電電圧は、回転速度に比例
するものである。しかし、トランジスタｕＡ　Ａにより
、周期的に放電されるので、平滑回路ａｑａ（サンプル
ホールド回路でもよい）により平滑化され、リプル電圧
が除去されて、オペアンプ１５１′に入力されている。

起動時に、オペアンプ１５ｃの出力はないが、規準電圧
である端子／！の入力を、平滑回路コクαの出力が越え
ると、オペアンプ／ｓｃの出力は正の電圧となり、この
電圧は、トランジスタ２０ｇ。

コ０ｄにより、リニヤ増巾されて、コンデンサ／９Ｃを
充電する。

端子７５　ｇ　、　／よんには、それぞれ第ｇ図の電気
信号６２α１６ユ６、・・・と評α、評す、・・・と全
く同じものが入力されている。この回路は省略して図示
していないが、第７図（σ）と同じ回路である。

オア回路／ｒ　ｆを介して、トランジスタ２０　Ｃが導
通して、コンデンサ／ｑｃを放電するので、コンデンサ
ｉｑ　ｃの電圧は、第７図＜ａ＋の同一記号のコンデン
サの電圧と同じもの即ち第に図の点線６３σ、　６Ｊ　
ｂ　、・・・となる。

この電圧は、オペアンプ２３　ｅの一端子の入力となっ
ているので、その出力は、第７図（σ）のオペアンプ／
３ｄ、／３ｔの出力を合せたものとなる。

アンド回路３Ｑ　ａ　、　３０　ｂにより、これ等は分
離されるので、アンド回路３０　ｔＬ　、　３θｂの出
力は、それぞれ第２図（ｄ）のオペアンプ／Ｓｄ−，／
！ｒｅの出力と同じ性質のものとなる。

従って、トランジスタコｌα、　、２／　ｂ　、・・・
による電機子コイルクの通電制御も第７図（Ｅｌの場合
と同じ作用と効果を有するものとなる。

〔効果〕

比較的偏平で、径の小さい、電子機器冷却用のファン電
動機を得ることができる。

その構成よりみて、怪量、廉価に製造することができ、
ｌ相の半導体電動機となっているので、機械ノイズの発
生が少なく長い耐用時間が得られる効果がある。

又通電区間のｌｔＯ度の両Ｚ！１１若しくは末端で所定
角度の通電が断たれているので、効率を一倍位に増大で
きる効果があり、しかも自起動できる特徴がある。低速
時には、１８０度の通電を行ない、高速となると通′１
に区間の両端若しくは末端で、回転速度に対応して所定
４通電が断たれているので、自起動と効率の上昇と定速
制御の三者の効果を併せて有する電動機が得られる。

冷却フィンと組合せることにより、１０倍位の冷却効果
のある冷却フィンを構成することができるので、冷却フ
ィンの形状を小型に軽賛にすることができる効果がある
。

位置検知信号を正弦曲線とすることにより、通電角の制
御を容易とし、又台形波に相似した位置検知信号の場合
でも同じ目的を達する手段を供与できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明装置の正面図、第二図は、同じくその
横断面図、第３図は、マグネット回転子の展開図、第１
図は、電機子コイルの通電制御回路図、第５図は、出力
トルク、位置検知信号等のタイムチャート、第６図は、
冷却フィンの説明図、第７図は、他の実施例の電機子コ
イルの通電制御回路図、第に図は、同じくその出力トル
ク、位置検知信号等のタイムチャートをそれぞれ示す。ｌ・・・側板、　　−・・・回転軸、　　ダα、ｌＩｈ
・・・軸承、　　　５．Ａ・・・マグネット回転子、７
．７α、・・・、りｄ・・・電機子コイル、　　　ｇ。にα、ｇｂ、・・・、ｇｊ、ｇｋ、・・・ファン、１０
．１０α、１０ｈ、・・・、１０ｄ・・・固定電機子、
突禾／／・・・円筒、　　／２・・・ホール素子、　　
／ｑα、　／ｌｌｂ　、、、増巾回路、　　／ｓａ　、
　ｔｓｌｒ　、−、／ｓｄ　、　、２Ｊα、　ｕＪ　ｂ
　、・・・、　２３　ｄ　、・・・オペアンプ、／７α
、／７ｂ　、１ｔｔ　、／’／ｃ・・・微分回路、／Ａ
　ａ　、　／Ａｂ　、　７ｇ　ｂ　、　／Ａ　ｃ　−・
・単安定回路、７ｇ−・・アナログスイッチ、　　コＯ
ＬＩ　、　２０ｂ　、　２０ｃ。２０（Ｌ、　　　コ／　　ａ　　、　　　二ｌ　　ｂ　
　　、　　　２）　ｃ　　　、　　　ｒ／　ｄ　　　、
　　　ｎ　　ａ　　　、　　＠２ｓ　　ｈ　　　。易α、コロ７Ｓ、コロＣ・・・トランジスタ、　　コ９
，３０ｄシａ　、　）□　Ａ・・・アンド回路、　　コ・・・不一
致回路、Ｊ／α、　３ｉ　ｈ　、・・・、Ｊコα、ＪＪ
ｂｌ・・・、　ｌＩｏα、ＩＩｏｈ。・、　４１４／　（Ｌ　、　＋７／　ｂ　、　・−、！
９　ａ　、　ｕ９　ｂ　、　・、　５／　、　５／α、
　ｊ／　ｂ　、・・・、５λα、　！；２　ｂ　、　６
０σ、ｔ、ｏｈ、・・・。Ａ／α、４／Ｉ）、・・・１位置検知信号、　　３３α
、３Ｊｂ、・・・１３７α、３７１ｙ、・・・微分パル
ス、　　評α。３ｔｔ　ｂ　、・・・、　３ｇα、　３ｇ　ｂ　、・・
・単安定回路の出力、３６α、　Ｊｌ、　ｈ、・・・Ｅ
点の電気信号、　　ｑｑ・・・電機子電流曲線、　　グ
６・・・コギングトルク曲線、４ｆα、　ｙｇ　ｉｓ　
、・・・Ｎ点の速度検出信号、　　５７・・・アルミ平
板、　　５７α・・・空孔、　　５６・・・電動機、ｓ
ｔｔα、　！；ＩＡ　、−・・アルミフィン、　　　６
ａ、Ａｈ。・・・ｂ、ｆ、ｉｙ、・・・磁極、　　／ｒ　ｆ・・・
オア回路。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）側板の中央部に固定された金属円筒と、該円筒の
両端に圧入された摺動軸承と、該軸承に回動自在に支持
された回転軸と、前記した円筒の外側に中央部が固定さ
れるとともに、偶数個の突極を有する固定電機子と、該
突極に捲着された１相の電機子コイルと、底面が外側に
膨出され、底面の中央部が前記した回転軸に固着された
偏平なカップ状の磁性体回転子と、該磁性体回転子の外
周内側に固定されるとともに、突極数と同じ数のＮ、Ｓ
磁極が僅かな空隙を介して突極に対向しているリング状
のマグネットと、該マグネットの端面磁極に空隙を介し
て対向するように、隣接する突極の中間部において、前
記した側板に固定されたホール素子と、磁性体回転子の
外側において回転軸に中央部が固定された複数枚のファ
ンと、コギングトルクによる自起動手段と、起動時には
、ホール素子より得られる位置検知信号により、電機子
コイルに電気角で１８０度の通電を行ない、起動後にお
いては、上記した１８０度の通電の末端部の所定角度の
通電を停止して、回転子を駆動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。
（２）ホール素子の位置検知信号により、電機子コイル
に往復して通電を行なう１相の電動機において、電機子
コイルと４個のトランジスタにより構成されたトランジ
スタブリッジ回路と、マグネット回転子の回転位置を検
出して１相の位置検知信号を発生するように、マグネッ
ト回転子の磁極面に対向して設けられたホール素子と、
電機子コイルに並列に逆接続された第１、第２のトラン
ジスタと、コギングトルクによる自起動手段と、起動時
には、トランジスタブリッジ回路の対角線の位置にある
２個１組よりなる第１、第２のトランジスタ群を電気角
で１８０度の巾だけ交互に導通せしめ、起動後において
は、電気角で１８０度の巾の末端部の所定の角度だけ第
１、第２のトランジスタ群の導通を停止せしめる通電制
御回路と、第１のトランジスタ群の導通している間のみ
、第１のトランジスタを電機子コイルの蓄積磁気エネル
ギを放電する方向に導通せしめ、第２のトランジスタ群
の導通している間のみ、第２のトランジスタを電機子コ
イルの蓄積磁気エネルギを放電する方向に導通せしめる
電気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。
（３）ホール素子の位置検知信号により、電機子コイル
に往復して通電を行なう１相の電動機において、マグネ
ット回転子のＮ、Ｓ磁極の端面に、Ｎ、Ｓ磁極の中央部
が膨出した形状の磁極を備えた磁極群と、該磁極群に空
隙を介して対向して、Ｎ、Ｓ磁極のそれぞれの磁界の強
さに比例した正弦曲線に相似した波形の位置検知信号を
出力する１個のホール素子と、該位置検知信号の奇数番
目と偶数番目の出力のそれぞれより、電気角で１８０度
の巾で１８０度離間した矩形波の位置検知信号を得る第
１、第２の矩形波整型回路と、該矩形波整形回路の矩形
波信号の巾に比例した電圧出力が得られる回転速度検出
回路と、該回転速度検出回路の電圧出力若しくはこれに
相似した電圧出力と前記した位置検知装置の出力電圧と
を比較し、後者が前者より大きいときのみに正の電圧出
力が得られる比較回路と、該比較回路の正の電圧出力が
電気角でほぼ１２０度位となる定格負荷と、前記した比
較回路の正の出力のある区間だけ、１相の電機子コイル
に往復して通電する通電制御回路と、コギングトルクに
よる自起動手段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。
（４）ホール素子の位置検知信号により、電機子コイル
に往復して通電を行なう１相の電動機において、固定電
機子に固定されるとともにマグネット回転子の磁極に対
向して、そのＮ、Ｓ極のそれぞれの磁界の強さに比例し
た波形の位置検知信号の得られる位置検知装置と、該位
置検知信号の奇数番目と偶数番目の出力のそれぞれより
、電気角で１８０度の巾で１８０度離間した矩形波の位
置検知信号を得る第１、第２の矩形波整形回路と、該矩
形波整形回路の矩形波信号の巾より、回転速度に比例し
た電圧出力が得られる回転速度検出回路と、該検出回路
の電圧出力に比例した電流により、前記した磁界の強さ
に比例した波形の位置検出信号の始端部より充電が開始
され、末端部において放電されるコンデンサーと、該コ
ンデンサーの充電電圧と、磁界の強さに比例した波形の
位置検知信号を比較し、後者が前者より大きいときのみ
に正の電圧出力が得られる比較回路と、該比較回路の正
の電圧出力の巾が、電気角でほぼ１５０度変位となる定
格負荷と、前記した比較回路の正の出力のある区間だけ
、１相の電機子コイルに往復して通電する通電制御回路
と、コギングトルクによる自起動手段とより構成された
ことを特徴とする１相の半導体電動機。