JPS637160A - １相の半導体電動機 - Google Patents

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、例えばカーエアコンの温度センナに室内空気
ゼ還流するブラシレス小型電動ファン及びパソコン、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ＫＭ部冷却の小型ファンとして有効である。又
電子回路の冷却フィンと一体化して、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、径カ〃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３Ｏミ＋）メートル〜ｔｌｏ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
。

〔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一一般的な要求である一〇
０００　時間の寿命とす−ることか困難となる第１の問
題点がある。

更に機械音の発生を伴なうことが第２の問題点である。

ブラシレスの電動機とすると、第１、第２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ｑ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ｌ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１８０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。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−０ 一般に、定速度制御装装置がないので、ファン電動機の
場合に風量が一定とならない第５の問題点がある。

又、過負荷による事故を防止する為の制御回路が、集積
回路（ソリッドＩＣ回路）とするのに不適当な回路とな
っている第６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１８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３０度位の通電を遮断しているので、効率が
上昇して、！；０％以上となっている。従って、第ダの
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
１００度〜ｌλＯ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１８０変の通電を行なって自起動できるようにし
ている。

速度検出回路として、位置検知信号の巾を検出して、そ
の巾により速度信号を得て、定速制御を行ない、又速度
信号を利用して、過負荷により回転速度が低下したとき
に、電機子電流を遮断し若しくは設定値以下として第５
．第６の問題点を解決している。

〔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、廉価接作ることができ、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２００００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／ｒミリ
ヘンリ位（出力が０６５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（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ときの通電の末期
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、少なくとも通電の末期の
通電を遮断して効率を周知のこの種の電動機よりｘ−８
４位上昇せしめてｓｏｎ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
採用されている。

回転速度検出を位置検知信号の巾より得て、起動時の低
速時とは、電気角で７ｇθ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、定格負荷のときく１通電角をｌ−θ変位とする
ことにより、定格運転時に最高の効果を得ることができ
る。位置検知信号の巾を検出して定速制御を行なってい
るので、応答性が早く、制御回路をＩＣ化できる構成と
することができる。

又速度信号を利用して、起動時には、電機子電流を電気
角でＩｔＯ度の巾として、起動を確実とし、過負荷によ
り回転速度が低下したときにのみ、電機子電流を遮断す
るか、若しくは、パルス発振回路の出力により、電機子
電流を変調して、その平均値を抑止低下せしめて焼損事
故を防止している。又かかる制御回路は、ＩＣ化し易い
構成となっている。

〔実施例〕

次に、本発明装置を図面に示す実施例によリ、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、その説明は省略する。第１、第２図を併せて説明
する。

第２図は、本発明装置の断面図を示すもので、記号ｌは
側板であるが、これは軟鋼板で作られた円板で、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／ｌ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ｑ８．
ｌＩｈ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ＩＯ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、　１０　ｂ　。

１０　ｃ　、　ｉｏ　ｄ、には、電機子コイルクα、ｔ
ｂ、？ｅ、？ｄ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１０　Ａの記号１０　ｔ　、　ｌＯｆで示す空隙部
分中は異なり、後者の方が大きくされている。これは後
述するように、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ｉｏα、１０ｃ、１０ｄ、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／ｌ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３の右側開口部の内側には、円環状（リング状）
のマグネット６（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、　１０　ｈ　
、・・・に対向している。

マグネット回転子６は、第３図に示すように、Ｎ、Ｓ磁
極４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、マグネット回転子６を展開して示したもので
、紙面に直角の方向が、第７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
、矢印ルー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１０　ｅＬ、　ＩＯＡ　、・・・に対
向する主磁極の着磁方向である。ホール素子／コは、第
２図に示すように、側板ｌの空孔に支持体１２αにより
固着され、マグネット回転子乙の端面の着磁面に対向し
ている。

主磁極は、記号６α　１．ｈ、４ｃ、　Ａｄで、又端面
の磁極は、記号６ｆ　ｔ　’　！Ｉ　＊　”　ａ　”で
示されている。

ホール素子／コは、磁極’　ｆ　＊　’　！ｉ’　＊・
・・に対向しているので、各磁極の膨出部で最大出力が
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１２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。

回転軸コの左端には、基部ｇの円周部に等しい開角で固
定されたファンｇｃＬ、ｇｈ、・・・が設けられている
。ファンｇａ、ｇｈ、・・・は７枚で、ラジアルファン
となっている。ファンｔα、ざす、・・・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。

点線ｔｊ、ｔｋ°、・・・（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，Ｉ
）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１ＩｃＬ、ダｂの間隔が太き（とれる。第
２に、軸流ファンの場合に、外側より空気が流入する空
間を得ることができる。

第７図の突出部１ｃＬ、１ｈ、・・・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
う釦なっている。

上述した実施例は、本発明装置の電動機の機構の１例を
示したものであるが、他の周知のｌ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。又負荷
としては、ファン以外のものでもよい。第２図の記号３
は、カップ状の外筐である。

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４１．ｊ図に
ついて説明する。

第４図（ｃＬ）において、ホール素子ｌ：ｌは、マグネ
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Ｋより、ホール素子
／コの出力はリニヤ増巾回路／４Ｚ　４　、　／４１ｈ
Ｋ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（ｔＬ）のタイムチャートにおいて、曲線９０
α、　ｔＩｏｈ　、・・・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（ｃ
Ｌ）において曲線ダ／　ａ　、　＃／　ｈ　、・・・と
して示されている。

マグネット回転子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／２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子乙の端面を着磁し、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、ホール素子７．２の出力曲線が
、正弦曲線となるように設定すること忙より容易に目的
が達成される。

第４図（ＬＸ）において、記号ＩＩα、１１ｈ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の一つの出力は、オペアンプｌＳα、１
ｒｈｒ１ｃより、それぞれ矩形波に整置される。

Ａ、Ｂ点の電気信号が、第Ｓ図（勾において、曲線、７
／　Ｉｚ、　Ｊｌ　ｂ　、　−・・及び曲線３２　Ｉｓ
　、　３：ｌ　ｈ　、　、、、とじて示されている。こ
れ等は、電気角で１８０度の巾で互いに１８０度離間し
、前者と後者は１８０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／？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点の電気信号は、第Ｓ図（ｅＬ）におい
て、゛記号３Ｊ　ｌ！　、　、７．７．７Ｓ　Ｑ・・・
として示される。

記号／Ａ　ｈ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５図（α）において、曲線
３ｔα、　３ａ　ｈ　、・・・として示され、この電気
信号により、アナログスイッチ／ｇ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／７ｄ、）ランジスタ〃αにより、コンデンサ／
ｑａは充電されるが、はぼ定電流の充電がされる。

反転回路１７を介するＥ点の電気信号が、第５図（りに
おいて曲線３６α、　、７Ａ　ｂ　、・・・として示さ
れている。各曲線の立上り点の微分回路／り１を介する
ものはＦ点の電気信号として得られて、第Ｓ図（勾にお
いて、記号３７■、　、１７　ｈ　、・・・として示さ
れる。

単安定回路／Ａ　Ｇの出力即ちＧ点の電気信号は、曲線
３ざ４，３ざす、・・・として第Ｓ図（α）に示されて
いる。

トランジスタＪ６のベース電圧は、Ｂ点の電圧即ち第３
図（ｅＬ）の曲線３２４　、　ｊｕ　ｂ　、・・・の電
圧とがっているので、そのノ・イレペルのとき、には、
トランジスタ〃αは不導通に保持される。従ってコンデ
ンサ１９αが充電されるのは、Ａ点の曲線、３／　！　
、　Ｊｌ　ｈ　、・・・のある区間のみとなる。この充
電曲線が、第５図（り）で、点線３９α、　３９　Ａ　
、・・・とじて示される。

アナログスイッチ／ｌが、曲線３りα、　３４１ｂ　、
・・・の電気信号により閉じられるので、コンデンサ／
９　ｈ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Ｓ図（りの電
気信号３ｔ　ｃ　、　３ｇ　ｂ　、・・・により、トラ
ンジスタ２Ｄｈが導通して、コンデンサ／９αは放電さ
れる。点線３！；　ｌｉｄ　、　、３！ｉ　ｈ　、・・
・は上記した充電曲線である。コンデンサ／９　ｈの電
圧は、抵抗／／Ｃにより調整されて、オペアンプ／Ｊ−
Ｃの一端子の入力となる。端子１５より回転速度を指令
する規準電圧が入力されているので、オペアンプｌＳＣ
の出力は、端子／よの入力即ち規準電圧に対して、オペ
アンプ／ｊ　Ｃ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／！ｒ　
Ｃの出力は増大し、減少するとオペアンプ／ＳＣの出力
は減少する。

オペアンプ／りＣの出力は、オペアンプ１ｓｔｔ。

／Ｓｅに入力されて、Ｈ点と１点の電圧即ち第５図（ｅ
Ｌ）の曲線１　ａ　、　１８０　ｈ　、・−・と曲線ダ
／α、　Ｆ／　ｂ　。

・・・と比較され、点線ｅｘ　＜　、　ｔｔｓ　ｂ　（
オペアンプ／左Ｃの出力電圧）より高い電圧の区間のみ
が、オペアンプ／！　ｄ　、　／ｊ　ｔより出力される
。

かかる出力電圧曲線が、第５図（ｃＬ）で、曲線グ３α
、　４（ｊ　ｈ、・・・及び曲線ｔｉａ　ｆ　、　ｔｔ
３！１．・・・として示されている。

第９図（ｃＬ）の記号７は、第１図の電機子コイル７ａ
、？Ａ、・・・の直列若しくは並列接続体である。トラ
ンジスタλｌα、　ｓｉ　ｈ　、・・・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きには、オペアンプ／ＳＣの
出力はローレベルにあるので、オペアンプ／！ｄ−Ｑ／
！；ｔの出力の巾は１８０度となり、マグネット回転子
６が１８０度回転する毎に、トランジスタ、２／　ｃＬ
、　２／　ｂとトランジスタ２／　ｌ？　、　、２／　
ｔＬの導通が交替して、電機子コイルクは往復して通電
され金。従ってｌ相の電動機として回転する。

第Ｓ図（αンの曲線ｌＩ６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１０α。

ｉｏ　ｂ　、・・・の外側面が記号／＜）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
線らの正のピーク値が、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。

従って、死点が除去されているので、マグネット回転子
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。

設定速度を越えて、回転速度が上昇すると、前述したよ
うに、オペアンプ／！ｄ、Ｂ；ｔの出力は、１８０度の
巾より小さくなるので、トランジスタ２１α、　２１ｂ
　、・・・の導通区間も対応して小さくなり、電機子コ
イル７の通電区間も小さくなる。従って、著しく効率が
上昇する。次にその理由を説明する。

第１図のマグネット回転チルの磁極と突極の１つが完全
に対向したとぎ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（勾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。

曲線’％Ｑの中間では、逆起電力が大きく、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、図示のよう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Ｓ図（ＬＬ）
の曲線件の右端のように、電機子電流が急増し、ＩｇＯ
度回転したときに１．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。

他の磁極についても事情は全く同じである。

毎分３ｏｏｏ回転の電動機とすると、／回転毎にダ個の
曲線←が得られるので、毎分１２０００個の曲線ｌＩ’
ｌ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ｌ−０００回起動が行なわれる直流電動
機となり、効率の劣化を招（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Ｓ図（６Ｌ）の点線、
ｘｊ　ｈ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。即ち点線轄α、４’ｊｂの点で電流
を切断することがよい。点線１７３　ｇ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５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／Ｌ／素子ｌコの位置が若干ずれ
ていても反トルクの混入がなく、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、ｔ
ｇｏ度通電のｌ相の電動機は効率がコチ位であるが、本
実施例によるものは効率がｇｏ　ｓ位となる効果がある
。

点線ｌＩｓ　ｈ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＜ｔ４ｉ１）のよ５ＩＣ，第９
図（Ｉｚ）のトランジスタＪ／α、コ／ｈ、・・・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、蓄積磁気エネルギは点線ｐｕ
　ｗ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。

電機子コイルクの通電区間は、トランジスターｌα、　
２／　Ｃの導通区間と−致し、トランジスタ２ｉ　ｂ　
、　２／　ｄは、／ｌ：０度の導通角となっている。

トランジスタ２／　ａが不導通となったときに、トラン
ジスタλｌｂ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、２１ｈを介して放電され
ることなく、トランジスタｎｂを介して放電される。

トランジスタｗｈのベースは、Ｂ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、頴方向の電圧となるので放
電されるものである。

従って、第３図（α）の点線ｔｉａ　ｈに示す電流の降
下は比較的ゆっくりして、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２１α、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
ズな発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（α）のＡ点の電圧によ
り付勢されているので、電機子コイル７の左方への通電
が断たれたときのみに、磁気エネルと、対応して／ＪＳ
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Ｓ図（りの点線４１ｓα、４１ｓｈの間の巾即ち
通電角は７００度〜／、２７７度位に諸常数を選択する
と最も効率が良くなる。

この調整の１つの手段は、抵抗／／Ｃを調整することで
ある。

第７図（α）において、起動の為に端子ｌ／α、　ｉｉ
６より電圧が印加されると同時に、反転回路／りＩにも
電圧が印加されて作動するように構成されている。

従って、起動前には、コンデンサ／’ｌ　Ａには電圧の
印加はないが、起動とともに、オペアンプ／ｊＣの出力
は、コンデンサ７ｔ　ｈの電圧が正の大きい値なので、
負のレベルとなる。従って、反転回路ｌクーの出力はハ
イレベルに転化し、コンデンサ／りｈの充電が開始され
る。しかし、回転速度が上昇して、オペアンプ／左Ｃの
出力が正電圧に転化するまでの数秒間は、コンデンサ／
りんの電圧の上昇は小さい値となるように時定数が設定
されている。

従って、オペアンプＢｄ、／！ｔの一端子の入力電圧も
小さい値となり、電機子コイルクの通電角はほぼ１８０
度となり自起動が行なわれる。

オペアンプ／ＳＣの出力が正電圧となり、定速制御が行
なわれ始めると、反転回路／りｅの出力はローレベルに
転化するので、オペアンプ／ＳＣの出力電圧のみにより
、オペアンプ／りｄ、／りＣの一端子の入力が制御され
、前述した定速制御が行なわれる。

過負荷により、回転速度が低下して、オペアンプｌ左Ｃ
の出力が負に転化すると、反転回路ｌグーの出力がハイ
レベルとなり、コンデンサ／りｈの充電が開始され、オ
ペアンプ１ｚｔｔ、ｉｒｅの一端子の電圧が上昇するの
で、電機子コイルクの通電角が減少して、電動機は停止
し、又発熱も小さくなり焼損することが防止される。

電源スィッチを切り、コンデンサ／りんが放電した後に
再び電源スィッチを投入すると起動することができる。

以上の説明より判るように、過負荷時に事故が防止でき
る効果がある。

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ｚｔＬ、ざす、
・・・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、比較的偏平に、又径を
小さく（径が３０〜ＩＩＯ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。ファンの回転以外に他の負荷の動力源
としても利用できるものである。

第４図（ｂ）は、電機子電流制御の他の実施例である。

第７図（ｈ）において、ホール素子／コが、マグネット
回転子６の端面のＮ、Ｓ磁極に対向するに従って、オペ
アンプｎαの出力は、第５図Ｃｈ）のタイムチャートに
示される曲線３／が得られる。

これが第９図（ｂ）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２Ｊｂは、矩形波の竪型回路となり、反転回
路コαを介するに点の電気信号は、第５図（ｂ）で曲線
Ｊ／　８　、．７／　ｂ　、・・・として示されている
。

反転回路ｘｈを介する出力は、第３図（ｈ）で、Ｌ点の
電気信号として曲線３コα、　７４　ｈ　、・・・とし
て示されている。

一オペアンプ２．Ｉｄ、）ランジスタ２６　ｅの作用は
、全波整流回路となるもので、Ｘ点の電気信号は、第５
図（ｈ）で曲線ｊ／　Ｗ　、　！／　ｈ　、・・・及び
曲線５２α。

ｊＪ　Ａ　、・・・とじて示されている。

記号ｉｔ　ａは、微分回路で、に点の電気信号（第５図
（句で曲線３／　ｃＬ、　Ｊ／　ｂ　、・・・として示
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／ｌ　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５図（ｂ）で曲線ｔｔｑ　ｃＬ、　ＩＩｔ　ｂ　。

・・・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）Ｘに入力されているので、Ｎ点
の電気信号は第９図（句で曲線ｔＩにｉ　、　ａｔ　ｈ
　、・・・として示されている。

回転速度が増大すると、曲線Ｊ／　ｌ！　、　３１　ｂ
　、・・・の巾は減少するので、曲線ｕＫ　４　、　Ｒ
ｈ　、・・・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３／■の巾が曲線ダ７αの巾
と一致すると、曲線轄１の巾は零となる。

従ってこのときの回転速度を毎分ＳＯＯ回転とすると２
００　回転を越えるに従って速度検出信号である曲線Ｉ
　Ｇ　、　ｌ　Ａ　、・・・の巾は比例して増大する。

回転速度が減少して、曲線３１α、　３／　ｈの巾が増
大して、第３図（勾の記号Ｐの曲線グ９α、ダ９ｈ。

・・・となると、不−致回路コの出力は記号Ｑの曲線！
０８　、　！ＯＡ　、・・・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２ｑ
の入力は、曲線ダクａ　、　ｌＩｔ　ｈ　、・・・と曲
線ＳＯα、　ｓｏ　ｈ　、・・・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ＳＯＯ
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、曲線朔α。

４１にす、・・・がＮ点の出力として得られるが、アン
ド回路、２ｑの出力は、曲線ｔＩｒα、　ｔＩｒ　ｈ　
、・・・と全く同じものとなり、速度検出信号となる。

トランジスタコＡαが導通するのは、曲線＜ｚ、ｒα。

轄り、・・・の誤ＰＣなので、コンデンサー２７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／
／ｅの出力も同じ性質のものとなる。

第Ｓ図（ｈ）の曲線（点線で示す）５３１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ｑ図Ｃｂ）の記号ｉｔ　ｃは微分回路で、１点の電
気信号即ち曲線、ｌ／　Ｇ　、　Ｊｌ　ｂ　、・・・の
右端において正の微分パルスが得られ、これＫより、ト
ランジスタコロｈが導通して、コンデンサー一りを放電
している。

Ｘ点の電気信号即ち曲線Ｓｌα、　！／　ｈ　、・・−
と曲線Ｓコα、　鳳Ａ　、・・・及びコンデンサーコク
の電圧は、オペアンプＤｅＫ入力されているので、両者
は比較されて、前者が後者より大きいときのみに、その
出力が得られる。従ってこれ等の出力は、第５図（ｈ）
の実線で示す曲線ｓｔ！４　、　ｒダｂ、・・・及び実
線ｓｒα、　５５　ｂ　、・・・が右端となり、左端が
曲線Ｓコα、　ｓｓ　ｂ　、・・・の左端となる台形波
の曲線となる。

アンド回路３０ｂの出力は、上述した台形波曲線となり
、後縁部のみが３０度〜ｔｉｏ度削除されたものとなる
。

アンド回路３０　Ｇの出力は、曲線５ダα、　ｓｉｔ　
ｈ　。

・・・となり、両端が３０度〜ｑ度削除されたものとな
る。

起動時及び毎分ＳＯＯ回転までは、コンデンサーコアは
充電されないので、オペアンプｎｃの一端子はローレベ
ルとなる。従ってアンド回路３０８　、３ＯＡの出力は
／に０度の巾となり、曲線Ｊ／α、　、？／　ｂ　、・
・・と曲線３２Φ、　、３２　ｂ　、・・・と同じもの
動機として回転する。起動時には、第Ｓ図（ｈ）の曲＃
４１４で示す；ギングトルクにより自起動できる。ＳＯ
Ｏ回転を越えると、アンド回路３０　’Ｌ　。

３０　Ａの出力により、トランジスタ２１　ｇ　、　Ｊ
ｌ　ｅの導通角は、１８０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５図（ｂ）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１８０度の通電角の後縁部を３θ
度〜ダθ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。他の作用効果は、前実施例と同
じである。

１１２次に、アンド回路ＪＯ４、３０ｈを制御する単安
定回路／ｌａｄ、オア回路２１　Ｇ等について説明する
。

記号５７はパルス発振−路で、正パルスの巾と正パルス
間の距離の比がＩ対３位となっている。

即ち平均電流がピーク値の７５位となるようになってい
−る。

起動と同時に１図示しない単安定回路より、端子５Ｓα
に電気パルスが入力されるので、フリップフロップ回路
ＳＳのＱ端子の出力が・・イレベルに転化して、オア回
路コαを介して、アンド回路３０Φ、３０ｂの入力の１
つはハイレベルとなる。

従って、前述したように、起動時においては、オペアン
プ２３　ｅの出力により、はぼ１８０度の通電角で電機
子コイル７が通電されて起動する。

設定速度を越えると、アンド回路２９の出力は、第Ｓ図
（ｂ）の電気信号ダｇα、ダｒｈ、・・・となるので、
これ等がフリップフロップ回路５ＳのＳ端子に入力され
て反転し、Ｑ端子の出力はローレベルとなる。

しかし単安定回路／ｌ　ｄにも電気信号ｔａｇ　ｃＬ、
　ＱＫｂ・・・が入力されるので、その出力は、連続し
たノ九イレベルの信号となり、これがオア回路Ｍαを介
して、アンド回路３０　ＬＬ、　３０　ｈに入力される
。

従って、電機子コイル７の通電角も負荷に対応したもの
となり、前述した定速制御が行なわれる。

過負荷により、回転速度が、上述した設定値より低下す
ると、電気信号ｐｒ　４　、　ｒｉｇ　ａ　、・・・が
消滅するので、単安定回路／ｇ　ｄの出力がローレベル
に転化する。

従って、発振回路Ｓ７の正パルスのある間のみ、アンド
回路３０　＠　、　３θｂの出力がハイレベルとなるの
で、電機子コイル７０通電の平均電流は１８０度の巾の
通電の／／、？位の平均′ｇｔ、流となり、焼損事故が
防止できる。

過負荷の原因が除去され、再び電源スィッチを投入する
と正常な運転に復帰する。

発振回路Ｓ７は必ずしも必要なものではない。

これを除去すると、過負荷時に、オア回路コざの出力が
ローレベルとなり、アンド回路３０α、３θ６の出力も
ローレベルとなるので、電機子コイルクの通電が停止さ
れて焼損事故が防止される効果がある。

第５図（−）の実施例のように、抵抗／／ｅ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ｊ、７　ｅの一端子に入力すると定速特性が良好と
なる。

本実施例では、第７図（ｈ）に示すように、コンデンサ
ーコアによる速度検出は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
７の通電区間は、／ざ０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７図（勾の記号ｙｒ、／ｑｂで示すサンプルホール
ド回路を併用して、第１図（ｈ）のコンデンサー２７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（α）の場合と同様に、ＩｔＯ度の
通電角の両端を削除することができる。

第を図（αＪにおいて、曲線りθａ、侵り、・・・及び
曲線弘ｌｔＬ、１Ｉｌｈ、・・・は、点線ダコ４及びｌ
Ｉλｂ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〜
７２０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ｑ
ｏα、すす、・・・及び曲線弘ｌα。

Ｆ／　ｈ、・・・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＋６の端面の形状を特別な構成としたもの
である。

第７図（ｈ）、第Ｓ図（ｈ）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。

〔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、軽量、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。

又通電区間のＩｔＯ度の両端若しくは末端で所定角度の
通電が断たれているので、効率をコ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、高速となると通電区間の両
端若しくは末端で、回転速度に対応して所定角度の通電
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。

速度検出信号を位置検知信号の巾より得ているので、応
答性の早い定速制御が得られ、又その電気信号を利用し
て、過負荷時に電機子電流を停止せしめて、焼損事故が
防止できる効果がある。

又上述した回路に大きいコンデンサが含まれないのでＩ
Ｃ化が容易となる効果がある。

【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
横断面図、第３図は、マグネット回転子の展開図、第７
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をそれぞれ示
す。 ｌ・・・側板、　　コ・・・回転軸、　　弘α、ｌＩｂ
・・・軸承、　　５．６・・・マグネット回転子、？、
７ｇ、・′・、７ｃＬ・・・ｓｍ子コイル、　　　　ｆ
。 ｔα、ざす、・・・、ｓノ、ｔｈ、・・・ファン、１０
．１０α、１０４．・・・、１０（ｔ・・・固定電機子
、突極、ｌ／・・・円筒、　　／：１・・・ホール素子
、　　／ｌＩ４　、　／Ｑｈ　、、、増巾回路、　　／
！ｒ（Ｌ　、　／！ｈ　、　・、　／ｊ？ｄ　、　ｕα
、　ｎ　ｈ　、・・・、３ｄ、・・・オペアンプ、／り
α、／りり、ｉｒｅ、ｔりＣ・・・微分回路、／Ａ　ｃ
ｔ　、　／＆　ｂ　、　１ｇ　ｈ　、　Ｉｔ　ｄ　、　
／Ａ　ｅ　・・・単安定回路、／１・・・アナログスイ
ッチ、２０α　２０ｈ２ＤｅＪ　ｄ、、２／α、　２／
　ｂ　、コ／Ｃ，コ／ｄ、２ユα、ユコｂ。 ２１、４　、　ｕＡ　ｈ　、　ｕＡ　ｅ　、、、　）ラ
ンジスタ、　　、２９，３０ａ、３０Ａ・・・アンド回
路、　　２ｇ・・・不一致回路、３／　８　、．３／　
ｈ　、−、３２ｅＬ、　ｊｕ　ｈ　、−、’１０　ｄ　
、　’７０　ｂ。 ・・・　、　　グ／　　ＬＬ　、　　ｌＩ／　ｂ　　、
　　　・・・　、　　ダｑａ　　、　　ダタ　ｂ　、　
　・・・　、　　　！／　　、　　　ｊｌｏｃ　、　３
１ｂ　、−−−、見ｅ　、　ｊコｂ　、　ｂｏｃＬ、　
６ｏｂ　、　・。 ６／Φ、ｌ、／ｂ、・・・９位置検知信号、　　、３３
　Ｗ　、　３３ｂｌ　”’ｌ　３７α、’　、７？　ｈ
　、　、、、、微分パルス、　　Ｊｌｔａ。 ３１Ａ　ｂ　、　・・−、３１ｃＬ、　３１　Ａ　、　
−・・単安定回路の出力、ｊＡ　ｃＬ、　３Ａ　ｈ　、
・・・Ｅ点の電気信号、　　件・・・電機子電流曲線、
　　４１Ｊ・・・コギングトルク曲線、２ｇ　ＬＬ・・
・オア同時、　　Ｓｔｔ・・・フリップフロップ回路、
　　５７・・・パルス発振回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）１相の電機子コイルを設けた固定電機子及び電機
   子コイルに１相の電機子電流を通電することによりマグ
   ネット回転子を駆動する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
   た正弦曲線に相似した波形の検知出力の得られる位置検
   知装置と、該位置検知出力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、該矩形波整型回路の出力矩形波の巾に比例し
   た電圧出力が得られる回転速度検出回路と、該検出回路
   の電圧出力が設定値を越えたときにのみ、両者の差に比
   例した出力電圧の得られる第１の比較回路と、該比較回
   路の出力電圧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
   得られる第２の比較回路と、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
   コイルに通電する通電制 御回路と、第１の比較回路の出力がローレベルにある時
   間が小さい起動時においては、ローレベルの電圧を保持
   し、過負荷により回転速度が減少して、第１の比較回路
   の出力がローレベルにある時間が大きい場合には、該出
   力電圧が漸増する時定数回路と、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。
2. （２）１相の電機子コイルを設けた固定電機子及び電機
   子コイルに１相の電機子電流を通電することによりマグ
   ネット回転子を駆動する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
   た正弦波曲線に相似した波形の検知出力の得られる位置
   検知装置と、該位置検知出力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、該矩形波整型回路の出力矩形波の始端より
   設定した巾の規準矩形波信号を得る電気回路と、規準矩
   形波信号の巾と前記した矩形波整型回路より得られる位
   置検知信号の巾の差を検出する電気回路と、該電気回路
   の出力より、回転速度が設定速度を越えて上昇したとき
   に、上昇分の回転速度に比例した巾の矩形波の電気信号
   を得て、これより該電気信号の巾に比例した電圧を得る
   回転速度検出回路と、該電圧若しくはこれに相似した電
   圧と前記した位置検知装置の位置検知出力とを比較して
   、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の平均
   値が、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
   コイルに通電する第１の通電制御 回路と、起動時より、前記した回転速度に比例した巾の
   矩形波の電気信号が発生するまでの時間帯においては、
   電機子コイルに電気角で１８０度の巾の通電を行ない、
   過負荷により回転速度が減少して、前記した回転速度に
   比例した巾の矩形波の電気信号が消滅した場合には、こ
   れにより電機子電流を制御して、平均電流値を零若しく
   は設定値以下に抑止する第２の通電制御回路と、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。