JPS63310395A

JPS63310395A - 高速直流電動機

Info

Publication number: JPS63310395A
Application number: JP62145219A
Authority: JP
Inventors: Itsuki Ban; 伴　五紀
Original assignee: Secoh Giken Co Ltd
Current assignee: Secoh Giken Co Ltd
Priority date: 1987-06-12
Filing date: 1987-06-12
Publication date: 1988-12-19

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〕レザービームのポリゴンミラーの駆動源、ドリルマシン
のドリルの駆動源等は、毎分致方回転（２００００−１
０００００回転）の電動機が必要となっている。

上記した電動機を得る目的に利用されるものである。

〔従来の技術〕

直流電動機は、理論的に高速度回転をするのに困難な点
があるので、誘導電動機を利用し、インバータにより、
４Ｌｏｏサイクル〜Ｓキロサイクル位の交流を作り、こ
の電源により高速電動機を得ている。

〔本発明が解決しようとしている問題点〕インバータと
高周波による誘導電動機の場合には、次に述べる問題点
がある。

第１に、電源が大型高価となる。

第ＪＫ、誘導電動機の回転子の径は小さく設定され、そ
の結果細長型となる。従って、界磁３相巻線の装着に手
数を必要とし、価格が上昇する。

第３に、誘導電動機の出力は、小出力のものなので、効
率が悪くなる。

〔問題点を解決する為の手段〕

本発明は、直流電動機となっているので、誘導電動機の
持っている欠点即ち前項の第１゜第２。第３の問題点が
すべて解決される。

又電機子コイルの通電制御に新規な手段を採用すること
により高速回転を可能とし℃いる。

第１Ｋ、制御回路を半導体化しているので、高速回転す
ることができる。

第２に、位置検知信号は、一般に電気角で／１０度〜ｌ
−Ｏ度であるが、これを９０度若しくはこれより設定角
度だけ大きいものとしている。

第ＪＫ、電機子コイルの蓄積磁気エネルギを電源正極側
に環流して、その急速な消滅を行なつ℃いる。

〔作用〕

第１に、マグネット回転子を必要あれば内転型とするこ
とにより、特に高速回転に耐えられるようにしてｂる。

第２に、位置検知信号を論理回路により処理をして、始
点より電気角で９０度若しくはこれより設定角度だけ大
きい巾としているので、電機子コイルのインダクタンス
により、通電の立上りが、おくれることを防止し、又蓄
積磁気エネルギによる反トルクの発生を防止して高速回
転を行なっている。

第３に、印加電圧を大きくして、電機子電流の立上りの
速度を大きくし、又該電圧により、蓄積磁気エネルギの
急速な消滅を行なっているので、トルクが増大し、又反
トルクの発生がなく、従って高速回転を行なうことがで
きる。

第９に、高速回転の為に印加電圧が大きくなっているの
で、起動時に過大な電流が通電され、電機子コイルが焼
損する。

これを防止する為に、回転速度の上昇に対応して、印加
電圧を自動的に上昇せしめる手段が採用されている。

〔実施例〕

次に、第１図以下につき、各実施例の説明をする。各図
面の同一記号のものは同一の部材若しくは同一の表示な
ので重複した説明は省略する。

第１図は、周知のコ相の半導体電動機のマグネット回転
子ノと電機子コイルコ＊、　２ｂ　　・・・の展開図で
ある。

以降の角度表示はすべて電気角で行なうものとする。

マグネット回転子ｌの磁極は＆極で、Ｎ、Ｓ磁極ｌα、
ｌｂ、・・・が着磁され、等しいピッチで配設されてい
る。矢印Ｇは回転方向である。

電機子コイルコ１．２Ｃは同相で、端子３１゜３ｈより
通電される。又電機子コイル２ｂ、コｄは上記した電機
子コイルと位相がｑｏ度すらし℃配設されている。端子
４ｔＬｓ、ｑｂより通電されている。

両電機子コイル群は固定電機子を構成し、コアのある場
合とコアレスの場合とがある。

点線２ｇのコイルが電機子コイルコｄの位置Ｋ、又点線
２ｆのコイルが電機子コイルλｂの位、ｆｉｌｔに移動
したと考えれば、λ相の電機子であることが理解される
筈である。

位置検知素子となるホール素子は記号！１゜３ｂで示さ
れ、図示の位置で電機子側に固定され、画素子は、マグ
ネット回転子ｌの各磁極に対向し℃、その磁界に感応し
て出力が得られるように構成されている。次に第を図（
＜）　Ｋつき、　　′電機子フィル２ｍ、２ｂ＃・・・
の通電制御回路につき説明する。直流電源正端子３１よ
り、ホール素子３４．ｚｂは供電され、それぞれの出力
）気オペアンプ１０　迄、　！；Ｏｂにより矩形波の出
力が得られる。これ等の出力が第Ｓ図のタイムチャート
忙おｈて、曲線２ｂ　４　、２ｂ　ｂ　、・・・及び曲
線２７８゜コクｂ、・・・として示されている。両者の
位相差は９０度で、各曲線の巾は１８０度である。通常
の２相の電動機の場合には、位置検知信号２６αの巾だ
け、電機子コイルに通電するが、高速度となると、イン
ダクタンスの為に、電機子電流の立上りは点ａ−ｕｙの
よ５になり、降下部は点線２６んのようになる。点線２
１．　Ａの部分の通電は反トルクとなり、速度の上昇が
抑止され、一般に毎分３０００〜弘０００　回転位とな
る。

本発明は、上述した問題を解決し、２００００回転以上
の電動機とすることに特徴を有するものである。

第３図（りのアンド回路Ｓｔ　ａの上側の入力は、曲線
：ｕ　４　、　！Ａ　Ａ　、・・・となり、下側の入力
は、曲線２７　＠　、　２りｂを反転回路で反転した第
Ｓ図の曲線２９４　、２９　ｂ　、・・・となる。アン
ド回路＆／ａの出力は、第３図の曲線、７θａ　、　、
７０ｈ　、・・・となり、その巾は９０度となる。

アンド回路Ｓ／ｂの上側の入力は、第Ｓ図の曲線λり＠
、２りす、・・・、下側の入力は、曲線２６１゜２６ｂ
、・・・を反転回路で反転した曲線コ１．・・・となる
。アンド回路ｘｉ　ｂの出力は、曲＠１７／Ｌ、・・・
となる。

アンド回路ｓ／ｅ　、　５ｌｃＬ　ｔｈそれぞれの上側
の入力は、曲線コク喘、コアｂ、・・・及び曲線２７ａ
、２７ｂ。

・・・を反転した曲線コテ１．コ９ｂ、・・・となる、
それぞれの下側の入力は、曲線ツ爆２，２４６．・・・
及び曲線コロ＠、ムｂ、・・・を反転した曲線２Ｈｇ、
コｂ。

・・・となる。アンド回路ｓ／１？の出力は、曲線３コ
１゜３コｂ、・・・となる。又アンド回路ｒｔ　ｄの出
力は、曲線３３ｑ、・・・となる。

記号Ｊ／　４　、２１　ｂ　、コ／ｅは、直流電源の端
子で、端子Ｊ／　Ｉｓは最も高い正電圧、端子コｉｈは
端子２１１の半分の電圧である。端子：ｌ／　ｅは負電
圧端子となっている。コミ源方式と呼ばれている電源で
ある。

電機子コイル；α、−〇は直列若しくは並列忙、又電機
子コイル２ｈ、コｄも同様に接続されている。

トランジスタｕｒ　Ｉｓ、　４ｔＫ　ｅが導通すると、
電機子コイルコ喀、コＣ及び電機子コイルコｂ、２ｄ）
ま右方に通電され、トランジスタａｘ　ｂ　、　ｌＩｘ
　ｔｉが導通すると、左方に通電される。

ダイオード弘ｑ＠、ダ９６．ダデ０．弘９ｄは、それぞ
れトランジスタｕＫ＠、　４１１６　、１ＩＫｅ　、　
ｔｌＫｃＬニ並列に逆接続されている。

電動機を、駆動する為の通電と同時に、規準正電圧端子
ＳＳに電圧が印加され、抵抗よ！ｂを介してコンデンサ
ｓｒ　４は充電される。

従って通電の初期には、ツェナダイオードタｓ−を介し
て、アンド回路５ｔＩａ　、　ｒ４１ｂの入力はハイレ
ベルとなる。

従って、オア回路！３４　、　！３　ｂの下側と上側の
Ｍ苺ｈ＞、それぞれ第５図の曲線２６１．コｊＡ、・・
・及び曲線２ざ１．・・・となる。

所定時間経過すると、アンド回路ｓｕ　４　、　ｗ　ｂ
のツェナダイオードＳ３Ｃを介する入力はローレベルと
なり、曲線、ｕ　４　、．２４　ｂ　、・・・と曲線２
ｇ　Ｇ　。

・・・の電気信号によるオア回路！３４　、　！；３　
ｂの入力は消滅する。

従って、オア回路！ｒ３４　、　！；、３　ｂの出力は
、アンド回路ｓｉ　ａ　、　ｓｉ　ｂの出力である曲線
、７０４　、　、？Ｏｂ・・・及び曲線、３１１１　、
・・・となる。

オア回路ｊ３４の出力により、トランジスタ４１ｒ１が
導通して電機子コイル２１．−一は右方に通ｆｌｆされ
、オア回路ｓ、ｙ　ｂの出力により、トランジスタｑｔ
ｒ　ｂが導通して電機子２、イル、２１．コＣは逆方向
に通電される。

従って、駆動の初期においては、電機子コイル−α、コ
Ｃは往復してｉｇｏ度の通電が行なわれ、次に９０度の
通電が行なわれる。

アンド回路に／　ｅ　、　５／　ＣＬの出力により、電
機子コイル、２ｂ、４ｄは、上述した回路と全く同じ構
成の回路により通電制御が行なわれている。

記号３２で示すものは、上述したアンド回路よ４’α。

ｉ　ｂ　、オア回路！３　’！　、　＆、？　ｂを含む
回路と同じ特性の回路を示すものである。

コンデンサｓｒ　ａ　、抵抗貧す、ツェナダイオードＳ
Ｓ　ａを含む回路は共通に使用されている。

従って、ツェナダイオードタＳＰの出力がハイレベルの
ときには、第Ｓ図の曲線コクａ　、　２７ｂ　。

・・・の電気信号に付勢されて、トランジスタ＜／にＣ
が導通して、電機子コイルコｂ、　、２ｄは右方に通電
され、曲線λ９４　、．２９　ｂ　、・・・の電気信号
により、トランジスタ’ＩＩ　ｄが導通して左方に通電
される。

ツェナダイオードＳＳｅの出力がローレベルに転化する
と、トランジスタｔｌＩｒｅ　、　ｒｉｇ　ｃｌは、そ
れぞれ第５図の曲線Ｊ２　Ｉｓ　、　ｊコｂ、・・・及
び曲線３３１゜・・・の電気信号に付勢されて導通して
、電機子コイル２ｈ、コｄは往復して通電される。

上述したように、通電の初期で、電機子コイル２ｂ、コ
ｄは第３図の曲線！’７４　、２７　ｈ　、・・・の位
置検知信号により右方に通電され、曲線２９Ｇ。

２９ｂ、・・・の位置検知信号により左方に通電される
。

従って、周知のコ相の電動機として起動する。

この状態で回転速度が上昇すると、第Ｓ図の点線２Ａ　
ｇ　、　２６にで説明したように、反トルクが混入して
、上昇に限界が発生する。

しかし、設定時間後に、電機子コイルの通電中が９０度
となるので、電機子電流の立上り・の曲線は、第５図の
点線、７θダのように、降下の曲線は点線３０んのよう
になる。これは、第３図（１）のダイオード４Ｉ９　ｎ
ｂ　、　ｅ９　ｂ　、　１４９　Ｉ？、　１４９　ｄの
作用によるものである。

点線３０ダの右側の飽和点まで、の巾が９０度となるよ
うに、諸常数を設定しておくと、降下部の点線３０　Ａ
も９０度以内となり、反トルクが発生しない。従って回
転速度が上昇して、本発明の目的が達成される効果があ
る。

他の位置検知信号３／　Ｉｓ　、　３／　Ａ　、・・・
その他も点線で示す通電が行なわれて、反トルクの発生
が防止できるものである。

ダイオード４１？　ｂの作用について説明する。

第Ｓ図の曲線３ｏ　４の電気信号により、トランジスタ
ｐ１が導通して、電機子コイル、２４．Ｊ−は右方に通
電され、電機子電流は、点線、？Ｏダのように立上り通
電される。

トランジスタｅｒαが不導通となると、蓄積磁気エネル
ギは、点線、７０んで示すように放電して消滅される。

このときに蓄積磁気エネルギによる通電は、電源正端子
２１ｂ、電源負端子２／ｃ。

ダイオードｌＩ９　ｂを介して行なわれる。電源を充電
する形式となるので、通電は急速に消滅して、通電はｌ
ｔＯ度以内に消滅する。

高速度の運転となると、点線３０ダで示す通電の印加電
圧を大きくする必要がある。立上りの傾斜角を大きくす
る為である。

このときには、当然端子２／　ｂと２／　ｅの電圧も太
き（なるので、磁気エネルギの消滅の為の通電時間もみ
じか（なり、通電は１８０度以内となり、反トルクの発
生はない。従って、印加電圧を大きくすることにより高
速度の運転ができる効果がある。

他のダイオードｅ９　ａ　、　１１９　ｃ　、　ｔＩ９
　ｄについても事情は全（同じである。

トランジスタｔｓ　４．　ａｑ　ｂ　、・・・が不導通
に転化したときに、ダイオード９９　Ｎ　、　４ｔ９　
ｂ・・・の導通のおくれにより、トランジスタがブレー
クダウンして、鋭いスパイク電圧が発生する。この電圧
が大きいと、トランジスタが破損する。これを防止する
為には、各ダイオードに並列にコンデンサを接続するこ
とが効果的である。

本実施例では、コンデンサ３１＠、抵抗！より。

ツエナダイオードタ３Ｃを利用して、起動時の特性を良
好としたが、回路調整を、して、第Ｓ図の曲線、１０４
　、３λＧ　、　Ｊ／　’！　、　３３１Ｂの間の時間
的空隙を無くすれば、コンデンサ３３＠、抵抗ｓｓ；ｂ
、ツェナダイオード３ｅを含む回路は必ずしも必要なも
のではない。

次に第６図のタイムチャートについて説明する。

この場合の位置検知素子は弘個となる。第１図において
、ホール素子５ｒ、５ｇ（９０度即ち（ｔｇｏ＋ｑｏ　
）度の位相差）及びホール素子、ｌ−ｄ。

ｓｆが、ホール素子ｒｅ、ｓｅよりそれぞれ設定角だけ
９０度より小さく、左方にずらして電機子に固定されて
いる。

ホール素子！ｆ！、ｋ（Ｌは、第Ｓ図（＋？）の回路に
より、オペアンプ！；ｇ＠　、ＭＡより出力が得られ、
それ等の出力は、第６図のタイムチャートにおいて、曲
線ｙａ　＠、　３４Ｌｂ　、−及び曲線３！’Ｌ、８ｈ
。

・・・として示され、それ等の位相差は、９０度より設
定値だけ小さくされている。

アンド回路５９の端子３９　ａの出力は、第６図で、曲
線３１．　＠　、　、３ｂ　ｂ　、・・・とし℃示され
℃いる。

第３図（Ｃ）のアンド回路６０の入力は、曲線３ｑ＠。

３ｕ　ｂ　、・・・及び曲線３１１ｍ　、　３５　ｂ　
、・・・を反転回路により反転したものなので、アンド
回路６ｏの出力端子６０＠の出力は、第６図の曲線３り
α、・・・として示される。

端子５９１の出力は、第３図（ｃＬ）のトランジスタ回
路のトランジスタｒｉｇ　＋ｚを導通せしめるように、
又端子６ｏ　ｆｌの出力は、トランジスタａｘ　ｂを導
通せしめるように構成されている。

従って、電機子コイル２ａ、Ｊｔ−は往復して通電され
る。

第１図のホール素子ｒｅ、ｓｆの出力も、図示していな
いが、オペアンブコ個により増巾されている。その出力
は、第６図において、曲線３１１！　、　３ｇ　ｂ　、
・・・及び曲線、？？　４　、３９　ｂ　、・・・とし
て示される。これ等の位置検知信号のアンド回路を介す
る出力が、第６図におい℃、曲線り１゜すす、・・・と
して示されている。

又位置検知信号を反転回路により反転し、アンド回路の
λつの入力とすると４、その出力は、曲線弘／　＠　、
・・・として示されている。

第Ｓ図（りのトランジスタ９１７　ｅ　、　ｌｆ　ｄに
、それぞれ曲線ＧＪ　ｆＬ　、　ｕ　ｂ　、・・・及び
曲線＃／　４　、・・・の電気信号によりベース入力が
得られるので、電機子コイルコｂ、２ｃｔも往復して通
電される。

従って、コ相の電動機として運転することができる。

このとき−に１位置検知信号による電機子コイルの出力
トルクが零となる点はないので、自起動することができ
る。

これは、曲線３６喀、　、７４　ｂ　、・・・、３υ１
・・・、すｒａ　、　ｑｏ　ｂＩ・・・、　＃／　＠　
、・・・の巾がすべて９０度以上となるように構成され
ているので、零トルクの点がなくなった為である。

回転速度が上昇すると、第６図の曲線ｊＡ　４の場合の
電機子電流は点線３６ダ、３６ＡのようＫなるが、前実
施例と同じように１通電角は１８０度の巾を越えること
のないようになっている。

従って反トルクの発生がなく、高、速度の電動機が得ら
れる効果がある。

このときに、電機子に対し℃、ホール素子ＳＣと３ｄ、
及びＳ−とｚｆの離間している角度は９０度より小さく
、従って位置検知信号の巾は９０度より設定値だけ大き
くなっている。

次に第２図に示す展開図は、Ｊ相の電動機の場合である
。マグネット回転子ｔは磁極となり、等しい巾の磁極ｑ
ｔｓ、ｔｂ、・・・が設けられている。

ホール素子１０４　、１０　ｂ　、　１０　ｅは、７２
０度だけ互いに離間して電機子に固定され、誘導コイル
／／　ａ　、　／／　ｈ　、　／／　Ｐも同じく電機子
に固定され、ホール素子ｉｏ　ａと誘導コイル／／４は
ＩＳＯ度離している。他のホール素子１０　ｈ　、　１
０　Ｐと誘導コイル１１　ｂ　、　／／　ｅ　Ｋついて
も事情は全く同じである。

電機子コイルｉ＠、ｔｂ、ｒｅは図示の位置で電機子に
装着されている。点線ｌｃＬで示す電機子コイルが、電
機子コイルｔｏの位置まで移動しているので、３相の電
動機となっている。

ホール素子１０ａ　、１０ｈ　、１０６及び誘導コイル
／／　ａ　、　／／　ｂ　、’　／／　ｅはマグネット
、回転子りの磁極面に対向して出力が得られている。

誘導コイルの出力は、微分出力となるので、ホール素子
１０４と誘導コイル／／　１にの出力の位相差は９０度
となる。他のホール素子ｉｏ　ｂと誘導コイル／／ｂ及
びホール素子１０　ｅと誘導コイル／／　ｌ？について
も事情は同じである。

次に、電機子コイルｊａ、７ｂ、ｇｅの通電制御回路忙
つき説明する。

第７図において、直流電源正極３ノにより通電されてい
るホール素子１０１（第２図に同一記号で示す）の出力
は、オペアンプ４１！　４により増巾され、４４点の出
力波形は、第９図のタイムチャートの曲線／４””、／
４１”Ｉ・・・で示される。

誘導コイル／／４は、第２図に示したように、磁極？４
．ｑｂ、・・・に対向しているので、その誘導出力が得
られる。

反転回路４１７６を介する出力即ち８点の電気信号は、
第参図で曲線／ダ１．ｌダｂ、・・・を反転したものと
なる。

誘導コイルｌ／α（以降はコイル／／１と呼称する。）
の誘導出力は、マグネット回転子りの磁界の曲線の微分
出力となるので、９Ｑ度の位相差となる。従って、第２
図に示すように、ホール素子１０１とコイル／／　１に
との位置の差を１８０度とすることＫより、ホール素子
１０　ｍの出力に対して、コイル／／８の誘導出力を９
０度だけ進相して得ることができる。記号ｌＩ２　ｂは
オペアンプで、出力は矩形波の曲線１！ｒ　４　、　／
！ｒ　ｂ　、・・・となる。

ホール素子１０１とコイルｌ／　４は、マグネット回転
子フの磁極面若しくは、端面に対向して本体側忙固定さ
れるが、実用的には、第り図示の電気回路が設けられる
プリント基板上に固定される。

コイル／／４の出力は、オペアンプダコｂにより、矩形
波に増巾整形される。０点の電気信号は第９図におい℃
、曲線／！　’ｌ　、　／！　ｂ　、・・・として示さ
れ、曲線１ｕ唱、／４Ａｂ、・・・に対して９０度位進
和している。

コイル／／１の出力は、ダイオードで整流され、コンデ
ンサｑ３により平滑化され１、端子３０より、回転速度
に比例した出力が得られている、点線記号ｔＩ３　ｃＬ
は、リニヤ増巾回路である。コイルＩ／１の出力を両波
整流して、端子３０の出力とすると、特性の良い速度信
号を得ることができる。

第９図のＤ点の電気信号は、０点の電気信号を反転回路
ａｔ　ｄにより反転したものとなるので、第９図の曲線
／！　’！　、　Ｂ　ｂ　、・・・を反転したものとな
る。

起動の初期においては、コイル／／４の誘導出力が小さ
いので、オペアンプｑ３の一端子の入力信号は、子端子
（規準正電圧端子ｔｌｊ；＊の入力信号）のそれより小
さく、オペアンプｔＩｊの出力はハイレベルとなってい
る。

従って、オア回路ｔｉｌｌ　４　、４１　ｂを介するア
ンド回路４ｉＡ　Ｉｓ　、　ＩＩＡ　ｂの下側の入力も
ハイレベルとなっている。

アンド回路１１Ａ４　、４ＬＡ　Ａの出力即ちＥ、Ｆ点
の電気信号は、Ａ、８点の電気信号と同じ波形となり、
第ダ図の曲線ｌ弘喀、／μｈ、・・・及び曲線ｌダ喝、
　／Ｑ　ｂ　、・・・を反転したものとなる。

Ｅ点の電気信号により、反転回路４ｔ７４を介して、ト
ランジスタｔｔｒ　４が導通し、Ｆ点の電気信号により
、トランジスタ＜＜ｆ　Ａが導通されるので、電機子コ
イル２（第２図の電機子コイルｇａを示す。）は往復し
て通電される。

Ｅ点の電気信号和より、反転回路ｌＩ７１Ｋを介してト
ランジスタ４ｔＸ　ａが導通し、電機子コイルＺは右方
に電気角でｔｇｏ度の区間だけ通電される。

マグネット回転子９がｉｇｏ度回転すると、Ｆ点の電気
信号により、トランジスタＱｆ　Ａが導通し、電機子コ
イルＺは、左方に通電され、電気角で１８０度のマグネ
ット回転子の回転が行なわれる毎に往復して通電される
。

設定時間後に、即ち回転速度が増大すると、コイル／／
４の出力も増大し、オペアンブリＳの一端子の入力信号
が十端子のそれより大きくなるので、オペアンブリ３の
出力はローレベルとなる。

従って、０点の電気信号（第ｑ図の曲線／！＠。

／！Ｉ；　ｂ　、・・・）は、アンド回路ＩＩＡ　Ｉｓ
の下側の入力となり、又０点の電気信号を反転回路４Ｐ
ｌ　ｄで反転゛した９点の電気信号がアンド回路ＩＩＡ
　ｂの下側の入力となる。

アンド回路ｑ６＠のＥ点の電気信号は、第ｑ図の曲ｍ／
＆＠＊／Ａｈ＠・・・となり、それ等の巾は？Ｏ度とな
る。又アンド回路ＱＡ　ｂのＦ点の電気信号は、第ｑ図
の曲線／ｌ　１１　、・・・となり、それ等の巾は９０
度となる。

従って、電機子コイルＺ　（ｔ　＠）は往復して通電さ
れるが、初期の９０度で通電が終了するのは、電機子コ
イルの蓄積磁気エネルギが、ダイオード１７９　（、ｅ
９　ｈにより放電される為の電流を示している。電源釦
磁気エネルギが環流されるので、通電電流はみじかい時
間で終了するものである。

従って、前実施例と同様に、電機子コイルの通電は、ｌ
ｔＯ度の間に終了し反トルクの発生がないので、高速回
転ができる。当然であるが、電機子コイルの抵抗、イン
ダクタンス、印加電圧は、回転速度に対応して諸常数が
設定されるものである。

トランジスタｇ　ｓ　、　１７１　ｂのペース制御ヲｔ
ｇ。

度の巾で行なう周知の手段忙よると、ベース入力信号は
、第弘図の曲線／ｊとなり、電機子電流は点線／コａ、
ｉ２ｂとなり、点線／コｂは反トルクとなり回転速度の
上昇は望めない。又Ｙ型接続とすると、ペース入力信号
は曲線１３となり、電機子電流の立上りは点線１３＠と
なり出力トルクが減少し、又降下部は点線／３　ｈとな
り、末期に反トルクを発生して、回転速度の上昇が望め
ない。

しかし、本発明手段によると、前述したように、高い回
転速度が得られる効果がある。

第２図の電機子コイルｔｂ、ｒｅについても、第７図と
全く同じ制御回路が構成され、ホール素子１０　ｂ　、
　１０１？及びコイルｔｔ　ｂ　、　ｔｔ　ｅの位置検
知信号により同じ通電制御が行なわれ、その作用効果本
又同じである。

電機子コイル８を例として説明する。

ホール素子１０　ｂの出力は、第を図の曲線２Ｏ−２Ｄ
ｈ、・・・となり、曲線ｔｅ　＠、　ｌｅ　ｂ　、　＊
−・よりｔｓ。

度の位相差でおくれている。

コイル／／Ａの出力は、曲線コｉ　＠、　Ｊ／　ｂ　、
・・・となり、曲線２ｏ　＠、　２Ｄｂ　、・・・と９
０度位相差がある。

第７図のアンド回路ｙ４　ａ　、　ＭＡ　ｂ　Ｋ対応す
るアンド回路の出力は、曲線ｕ＠、ｕＡ　、・・・及び
曲ｘｂのようになり、反トルクの発生が防止される。

以上の説明より判るようｋ、３相の電動機が得られ、反
トルクの発生がなく、しかも出力が大きく、高速度の半
導体電動機が得られる。

又起動時には、１８０度の通電が行なわれるので起動特
性が良好となる。同じ思想によりダ相の電動機も構成で
きる。

第を図のオア回路ｑダａ　、　４１　ｈ　、オペアンプ
ダ３を除去し、０点の出力を直接にアンド回路４１Ａ　
４の下側の入力とし、ゞ又反転回路４１７　ｄの出力を
直接にアンド回路ダ＾ｂの下側の入力とし℃も本発明を
実施することができる。

ダイオード４４９　＠、　ｅｑ　ｂの作用は前実施例と
同様である。

第１，２図のマグネット回転子１．りを毎分６万回転位
とすると、一般の焼結型のマグネットは遠心力により破
損する。

これを防止する為に回転面にグラスファイバーの混入し
たプラスチック皮膜を被冠している。

この手段によると、電機子コイルとマグネット回転子面
Ｅの空隙が大きくなり、出力トルクを減少せしめる不都
合がある。

第３図（ｂ）に示す手段は、上述した欠点を除去する手
段である。

第３図（ｂ）において、回転軸７３は打点部（軟鋼円筒
）Ｋ固定され、該円筒の円周部に、７エライトマグネツ
ト／ｄが被冠されている。

磁極は６０度の巾でＮ、Ｓ極となり、第１図のマグネッ
ト回転子ノとなっている。

マグネツ）／ｄには、マグネ、ツ）／−が嵌着される。

マグネットｌ＃はフェライトマグネットのように脆いも
のでなく、鍛造できる例えばアルニコ系のマグネットが
使用される。従って高速回転時に破損することが防止さ
れる効果がある。

アルニコ系のものは、抗磁力が小さく、電機子コイルに
よる磁力により減磁するので、一般に電動機のマグネッ
ト回転子として利用できない。

は、矢印のようにマグネツ）７ｇを貫挿している。

電機子コイルによる磁束により、上記した矢印方向の磁
束が減少しても、マグネツ）ｌ＊による磁束は減少しな
いので、抗磁力が小さくても減磁されることはない。

又マグネツ）／Ｃｔ、／＃の磁力は、合算されるので、
強い磁力となり、マグネツ）／ｄのみの磁力より大きく
なるので有効である。

第３図（＠）の展開図は、第１図の実施例の電機子コイ
ル２４．コｂ、・・・に中間タップを設けて、パイファ
ラ型のコイルとした例である。

通電制御回路は、第Ｓ図（句に示されているので両者に
より、電機子コイル＆＠、６Ａ、・・・の通電の説明を
する。

記号−）は電源正端子で、第を図（句の端子ｆｆ７ｇ。

３７ｂ、３７ｅ、！７ｄＫは、第を図（ａ）ノＪ　、　
Ｋ　、　Ｌ。

Ｍ点の電気信号がそれぞれ入力されている。

従って、第３図（りの−ｉｔ、−）−、コ’　ｆ　Ｉ”
　ｙの端子は、第Ｓ図（句のトランジスタｓ＆福、九す
。

ｒＡ　ｅ　、　ｒＡ　ｄのコレクタに接続されているも
のである。

端子５７＠に、第５図の曲線３０４で示す信号が入力さ
れると、電機子コイル／ｉ、ｓ、Ａｇが、第３図（＠Ｊ
の矢印で示す方向に通電される。従って、マグネット回
転子ｌは矢印Ｇ方面圧回転する。

第３図（すには省略しであるが、第８図（Ａ）に示すよ
うに、ダイオード７２１１　、７２ｂ、・・・が、各電
機子コイルの上側に挿入されてぬる。

上述した回転時に、電機子コイル４４．Ａｆ。

ＡＩ９．４！Ｉ、Ａｄ、ＡＡには逆トルク若しくは正ト
ルクを発生する逆起電力が発生するが、ｉ弓これ等はダ
イオード？！＠、７コｂ１．・・・により、通電が阻止
されて出力トルクと反トルクは打消し合って消滅する。

９０度回転した後に、第５図の曲線３コ噂の電気信号に
より、トランジスタ３４０か導通して、竜・様子コイル
４１？、４！１が９０度だけ通電されて出力トルクが得
られる。

このときに、他の遊休電機子コイルの逆起電力による通
電も、ダイオード７２Ｎ、７コｂ、・・・の存在の為に
トルクが打消し合って消滅する。

コイル４６．Ａｊを通電して出力トルクに還元消費され
るので、急速に通電が停止され、１８０度以内に通電が
終了するので反トルクの発生はない。

一又遊休電機子コイルの逆起電力による通電もダイオー
ド７Ｊ＠、７２ｂ、・・・の存在の為にトルクが打消し
合って消滅する。

以上の説明のように、各電機子コイルの通電角はｌざ０
度以内となるので、前実施例と作用効果も又同様となる
ものである。

次に、第９図について説明する。

るトランジスタ回路を示している。

端子＆３４　、４３Ａ　、　６３ｅ　、　６３ｄは、例
えば第ｊ図（勾のＪ、に、１．、Ｍ点の電気信号がそれ
ぞれ入力されている。

記号６６は回転軸に設けられたロータリエンコーダ装置
で、この出力パルスはＦＶ変換回路６５に入力され、そ
の出力は回転速度に比例する電圧としてとり出され、こ
の速度信号は、オペアンプ６１１の一端子に入力されて
いる。

正電圧端子６弘１には、規準電圧が入力されている。

従って、回転速度が、設定値に達するまでは、端子６弘
喀の入力電圧よりＦＶ変換回路６ｊの出力電圧が低いの
で、オペアンプ６ダの出力は）１イレペルとなり、トラ
ンジスタ６コは不導通となる。

しかし、回転速度が設定値を舊えると、オペアンプ６ダ
の出力が反転してローレベルとなるので、トランジスタ
６２は導通して、抵抗６１が短絡される。

以上の構成と作用なので、本発明電動機の起動時には、
抵抗６１を介して電機子コイルが通電されるので、過大
な電機子電流が流れて、電機子コイルが焼損することが
防止される。又速度が上昇すると、トランジスタ６２が
導通するので、印加電圧が上昇し、高速度となったとき
に、大きい逆起電力が発生して本充分な電機子電流を通
電することができる特徴がある。

上述した手段が必要となるのは次の理由による。即ち、
本発明電動機は、６万回以上の高速運転が行なわれるの
で、逆起電力が大きく、従って高い電圧を印加する必要
がある。又第ダ図の曲線／４　ｍの点線／７爆で示す立
上りは急速とする必要があるので、高電圧電源を必要と
する。

又点線／りｂの降下も急速とする必要があるので、高電
圧となる。

高電圧の印加が行なわれているので、起動低速時に大き
い電機子電流が通電され、焼損の発生する可能性が多い
からである。又オーバーロードが発生したときにも、低
速となるので同じく焼損事故の発生が避けられないが、
このときにも抵抗６１の電圧降下の為事故が防止される
ものである。

第り図（ｂ月ま、抵抗６１に対応するものを２個使用し
、即ち抵抗ＡＩ　４　、６／　ｂを使用し、これ等をト
ランジスタ＆２　＠　、　＆２　ｂにより短絡する。

起動して第１の設定速度に達するまでは、端子６７＠の
規準電圧により、速度信号（ＦＶ回路６５の出力電圧）
が低いので、トランジスタ６２喝は不導通に保持される
。又端子６７＠の電圧より、端子６Ｉ喀の規準電圧の方
が高いので、トランジスタ＆２ｂも不導通に保持される
。

記号１，７．６１はオペアンプである。

第１の設定速度を越えると、トランジスタ６２信が導通
して、抵抗６／１は短絡されるので、電動機の印加電圧
が上昇する。

第２の設定速度を越えると、オペアンプ６ｇの出力が、
ローレベル忙転化するので、トランジスタ４２　ｂが導
通して、抵抗＆／　喀、　６２６の電圧降下が消滅して
、電源電圧が直接印加される。

以上の構成なので、起動時より、一段階に印加電圧が上
昇する。従って、第９図（＠）の場合より、電動機は円
滑に回転速度が上昇し、電機子コイルの焼損を防止でき
る。特に高速度の場合に有効な手段となる。

ｑ直警懺抗Ａ／　＠　、　Ａｌ　ｂ　、・・・及びトラン
ジスタめ数を更に増加することもできる。ダイオード６
デ鴫、　６９　ｂは電機子フィルの通電が断たれたとき
に、磁気エネルギを電源に環流消滅せしめる為のもので
ある。

次に第９図（＝３につい℃説明する。

第９図（ｅ）において、起動時には、規準電圧Ｕ／Ｎオ
ペアンプ７０の一端子の入力）がオペアンプ７０の子端
子より高いので、オペアンプ７０の出力はローレベルと
なり、トランジスタ＆２　ｅが導通する。

コンデンサ７／が充電され、トランジスタ≠四古−回路
６３の印加電圧が上昇して起動し始める。

コンデンサ７／の電圧が上昇して、抵抗７／１゜７７６
で分割された電圧も上昇して、オペアンプ７０の子端子
の入力が一端子のそれを越えると、出力がハイレベルと
なり、トランジスタ６２　ｅは不導通に転化する。

かかるトランジスタ６２１９０オンオフの繰返しにより
回転速度が上昇すると、ＦＶ変換回路６ｊの出力も増大
し、オペアンプ７０の一端子の入力電圧が上昇して、ト
ランジスタ６２ｅが導通し、トランジスタを牢テテ回路
６３の印加電圧が上昇して、更に回転速度が上昇する。

コンデンサ７／の充電電圧即ちトランジスタてｍ−回路
６３の印加電圧が上昇しすぎると、トランジスタ＆２ｅ
は不導通に転化するので、回転速度の上昇に対応して、
印加電圧が上昇する。

トランジスタ＆２　ｅが導通したままに保持されるまで
回転速度が上昇する。

以上の説明より判るように、前実施例よりすぐれた効果
があり同じ目的が達成される。

電動機の出力が小さい場合には、トランジスタ６２　ｅ
を活性領域で制御して同じ目的が達成できる。

この場合には、回転速度の上昇に比例して、トランジス
タ６１ｎのベース電流を増加し、最後に飽和領域で回転
するよう忙すればよい。

第９図（α）、（句、（ｅ）の実施例は、コ相、３相の
各７相の制御を示してバるが、全部の相に同じ手段が適
用されるものである。

又全部の相をまとめて、即ちトランジスタ回路の全部を
記号６３０回路として実施することもできる。

〔効果〕

実施例につき説明したように、本発明装置は、コアのあ
るもの、コアレスの両者に適用することができ、コアレ
スの場合には、電機子コイルのインダクタンスが小さい
ので、より高速とすることができる。

反トルクの発生が防止されるので、高速度（λｏｏｏｏ
　−ｔｏｏｏｏｏ　）回毎分の直流電動機を得ることが
できる。

必要により、起動特性を良好とすることができ、又速度
信号を得て、速度制御を行なうこともできる。

第９図に示した装置を付加すると、電機子コイルの焼損
が防止でき、更に高速度の回転が得られるものである。

【図面の簡単な説明】

第７図及び第２図は、コ相及びＪ相の本発明装置のマグ
ネット回転子と電機子コイルの展開図、第３図は、他の
実施例のマグネット回転子と電機子コイルの展開図及び
マグネット回転子の一部の説明図、第ダ図は、３相の電
動機の通電制御回路の各部の電気信号のタイムチャート
、第Ｓ図及び第６図は、コ相の電動機の通電制御回路の
各部の電気信号のタイムチャート、第７図は、３相の電
動機の通電制御回路図、第５図は、−相の電動機の通電
制御回路図及びホール素子を含む電気回路図、第９図は
、電動機の印加電圧の調整の為の電気回路図をそれぞれ
示す。／４．／ｂ、…、／、７ｇ、？ｂＩＴ＋？、、。マグネット回転子、　　　コ１．コｂ、・・・、ざ１゜
ざす、・・・電機子コイル、　　　　ｚａ、１ｂ、・・
・。ｓ　ｆ　、　１０　ａ　、　１０　ｂ　、　１０　ｅ　
、・・・ホール素子、７３・・・回転軸、　　／／　４
　、　／／　ｂ　、　／／　ｔ−・・・誘導コイル、　
　　６ａ、４ｂ、ｌ、ｅ、・・・電機子コイル、１ｄ、
１ｇ・・・マグネット、　　／２、ｌユ１１・・・。１３Ｉ／３α、・・・、／４１＠、／ダｂ、・・・、　
　　／！４　／！；ｂ　Ｉ　　…　Ｉ　／ル　１　Ｉ　
ｌル　ｂ　、　…　、／７　　ＩＳ　、　／７　　ｂ　
、　　・・・　。／ｌ　ａ　、　　／ｒ　ｂ　、　　−、／９　ａ　　、
　　／９　ｂ　、　　−、２１）　＠　、　　Ｘ）　ｂ
。・・・、　２／　ａ　、　２１　ｂ　、　　−、２２４
、ｎ　ｂ　、　　２３　＠　、　２．３　ｈ。・・・、評１．評す、・・・、コ１．コｂ、・・・、第
を図の制御回路の各部の電気信号曲線、　　λ６曝。２＆ｂ、・・・、２νｇ　、　２７　ｂ、・・・、　Ｍ
　Ｉｓ　、コｂ、・・・。ユ９　Ｔ１　、２ｑ　ｂ　、・・・、　３０　Ｇ　、　
３θｂ、・・・、　３１１！　、　、３／　ＩＶ。 −・−、Ｊｊ　ａ　、　ｊＪ　ｂ、　・＋＊　、　ＪＪ
　ａ　、　３３　ｂ、　・・・、　３Ｑ　ｍ　。３４Ａｂ　、・・・、　３３　＠　、　３３　ｂ　、・
・・、３６信、　ｊＡ　ｂ　、・・・。、？７４　、　Ｊ７　ｂ　、・・・、　ｊｔａ　、　３
１　ｂ　、・・・＊　３９＠、　３９　ｂ。・・・、　４ｔｏ　ａ　、　ｌＩｏ　ｂ　、・・・、　
ｔｌ／　４　、・・・第を図の制御回路の各部の電気信
号曲線、　　＋２４　、ダコｂ　、　ｕｓ。！ｆ１７４　、　！ｒｉｂ　、　！；ｇｃＬ、　Ｍｈ　
、　７０・−オペアンプ、鉢１ｓダＩＩ　ｂ　、　、ｊ
ｔａ　４　、　！７３　ｂ・・・オア回路、ダＡｉ、ダ
Ａｈ、夕／　４　、３１　ｂ　、・・・、！；／ｄ、！
ダ１．Ｓダｂ、ｓｑ、ｔ、ｏ・・・アンド回路、　　ｑ
信、　ｔＩ、ｔ　ｂ　、・・・。Ｒｄ　、見１．見す、・・・トランジスタ、コ／、３／
、ダｓａ、ｓｓ、コ１１おコｔｂ、コ／ｅ・・・直流電
源正端子、　　Ａ／、　４／４　、６１ｂ・・・抵抗、
６２．６２喀、６２ｂ、ｌ、コＣ・・・トランジスタ、
６３・・・トランジスタ回路、６１，６７．６ｇ・・・
オペアンプ、ニス−６ｓ・・・ＦＶ変換回路、６６・・
・エンコーダによるパルス発生装置１．ｓ−・・・アン
ド回路ｓｕ　ａ　、　ｓｅ　ｈ　、オア回路！Ｊ　＠　
、　ｊｔａ　ｂと同じ作用をする論理回路。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）マグネット回転子を有する複数相の直流電動機に
おいて、各相に対応する電気角で１８０度の巾で互いに
同じ角度だけ離間した電気信号ならびにこれ等を反転し
た電気信号よりなる第１の位置検知信号を得る複数個の
位置検知素子と、各相の電機子コイルを正方向に通電を
する為に、第１の位置検知信号の始端より電気角でほぼ
９０度の巾の第２の位置検知信号を出力する論理回路な
らびに各相の電機子コイルを逆方向に通電をする為に、
第１の位置検知信号の始端より電気角でほぼ９０度の巾
で、第２の位置検知信号より電気角で１８０度離間した
第３の位置検知信号を出力する論理回路と、正電圧端子
及び負電圧端子及びそれ等の中間電圧端子を有する直流
電源と、正電圧端子と各相のそれぞれの電機子コイルと
中間電圧端子との直列回路と、中間電圧端子と前記した
電機子コイルと負電圧端子の直列回路と、高電圧端子と
前記した電機子コイルとの間に挿入された第１のスイッ
チング素子ならびに負電圧端子と前記した電機子コイル
との間に挿入された第２のスイッチング素子と、第１、
第２のスイッチング素子のそれぞれに逆接続された第１
、第２のダイオードと、各相に対応する第２、第３の位
置検知信号により、それぞれ対応する第１、第２のスイ
ッチング素子を導通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高速直流電動機。
（２）マグネット回転子を有する複数相の直流電動機に
おいて、各相に対応する電気角で１８０度の巾で互いに
同じ角度だけ離間した電気信号ならびにこれ等を反転し
た電気信号よりなる第１の位置検知信号を得る複数個の
位置検知素子と、第１の位置検知信号に含まれる位相が
順次に１８０／ｎ度（ｎ＝２、３、・・・）だけおくれ
ている第２、第３、第４、第５、・・・の位置検知信号
のそれぞれの始端より電気角でほぼ９０度の巾の＠第２
＠、＠第３＠、＠第４＠、＠第５＠・・・の位置検知信
号を出力する論理回路と、直流電源ならびにこれにより
順次に通電される順序に従つて、第１、第２、第３、第
４、・・・の電機子コイルとしたときに、該電機子コイ
ルのそれぞれと直流電源の正極側との間に挿入されたダ
イオードならびに電機子コイルのそれぞれに直列に接続
された第１、第２、第３、第４、・・・のスイッチング
素子と、該スイッチング素子の１つの導通が不導通に転
化したときに、次に導通すべきスイッチング素子に接続
された電機子コイルの高電圧側に、前段の電機子コイル
に蓄積された磁気エネルギを放出通電せしめるための第
１、第２、第３、第４、・・・のダイオードを含む電気
回路と、＠第２＠、＠第３＠、＠第４＠、＠第５＠、・
・・の位置検知信号により、それぞれ第１、第２、第３
、第４、・・・のスイッチング素子を順次に導通せしめ
る通電制御回路とより構成されたことを特徴とする高速
直流電動機。