JP3142575B2 - 電子的に切り換えられる反作用電動機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、コイルの巻かれた磁気ヨークを含み、回転
子を駆動する回転磁界が磁気ヨークのコイルの電子的な
切り換えによって生成される、新規な形式の直流電動機
に関する。

電子的に切り換えられる大部分の電動機とは反対に、
本発明の電動機は、有用な回転力を発生するのに永久磁
石を必要とせず、そのために、この種普通の電動機より
も遙に安価に製造することができる。

この種の電動機は、例えば、英国のタスク・ドライヴ
ズ・リミテッド（Tasc Drives Ltd.）社の設立趣意書か
ら公知である。

この電動機は、八極の固定子と、これらの固定子の中
で回転する一つの六極回転子を有している。

回転子を励磁する磁束は、二つの対向配置された磁極
間を介して進み、固定子の半円周部分と回転子の直径を
通過し、単に磁束の損失になるに過ぎない可成り長いコ
イルの巻かれていない鉄製ヨークを通過する。

独乙公開明細書第2953032/79号の図１には、互いに絶
縁された三つのコイルの巻かれた固定子を有する形式の
電動機が示されている。

この場合、固定子ヨークは120度の角度間隔で配置さ
れていて対向した位置にないので、回転子には強い半径
方向の力が作用し、軸受が短時間で摩耗してしまう。

本発明の技術的な課題は、電子的に切り換えられる或
る形式の電動機をどのようにして構成するかの幾つかの
可能性を示すことにあり、且つ安価且つ軽量で損失の少
ない磁気回路と切換え回路の両者について一般的に適用
可能な解決策を提案することにある。

この技術的課題は、請求項１に教示された手段により
達成され、その構成の詳細は、独立した各請求項又は図
面に示されている。

次に、全般的な理論的考察について述べる： 本発明による電子的に切り換えられる反作用電動機
は、長い間、磁極の磁化エネルギーが永久磁石から来る
のではなくて、電磁極が回転子磁極を引き付けようとす
るとき毎にこの磁化エネルギーが電気的な方法によって
供給されなければならないために、永久磁石によって励
磁される電動機としては、劣悪なものと考えられてい
た。本発明の教示によれば、この磁化エネルギーは、ヨ
ーク11の消磁エネルギーにより発生する自己インダクタ
ンス電圧Uaが予備的な磁化エネルギーの形で次のヨーク
11Xへ印加されるため、周期的に再生されて作用的に次
に来るヨークへ送られる。このため、スイッチオフされ
た磁極から離れて行く回転子磁極が近づいて行くヨーク
内に磁束が急速に発生するばかりでなく、エネルギーの
節約（高度の有効性）が達成される。

本発明のより十分な理解を得るために、ここでは、図
面の参照数字の付け方が限定されて、参照数字の１桁目
は指示された部材又は部分が属する小群を指している。
詳細には下記の通りである： −（有用な回転力を発生させる）起電回路部品は図１か
ら始まっている； −電動機巻線の電気制御回路部品は図２から始まってい
る； −電磁励起回路の磁極に対する回転子磁極の位置を検出
するのに役立つ回路部品は図３から始まっている； −回転子を（変形例の総てに利用はされない）出発位置
へ動かす磁気回路部品は図４から始まっている。

原則として、これら総ての部品は、従来から多くの形
で知られており、且つ有効な組合せによりそれらが重要
な新規の特徴を有する起磁回路（鉄ヨークと巻線）と相
互作用する範囲に対してのみ本発明の主題を構成する。

磁気駆動回路は、コイルの巻かれた磁気ヨーク側（及
び可能な限り回転子側）で、出来るだけ短い（磁力線の
形で理解される）磁路が利用されるという点で特徴があ
る。コイルの巻かれたヨークの磁気回路長の少なくとも
50％の部分は、電流が流される巻線内にあるため、駆動
磁束の発生に積極的に寄与している。

最も好ましい場合としては、巻線はヨーク11の全長の
90％を含むことが起こり得る。

コイルの巻かれた一対の（又は複数の）ヨークは、半
径方向の磁力は発生しないが回転力は発生するように、
回転子に対して対称的に配置される。

図１は、限定されない一実施例として、本発明による
電動機の全体図を示している。

電動機磁気回路は、二つのＵ字形磁気ヨーク11Xと四
つの垂直磁気ヨーク11Yから成っており、この場合、四
つの磁気ヨークは同一形状であって、各ヨークは、回転
子へ向けられていて、主コイル112又は二次コイル113に
電流が流された時Ｎ極性とＳ極性を夫々とる二つの極11
1を有している。

その結果、軸上で回転する回転子を囲む円の円周上に
は、八つの極となるセグメントが構成される。

回転子は、外側の極111から狹い空気間隙をもって離
されていて、極111の面積に略対応する面積とヨーク11
の二つの脚の間隔に略対応する幅を有する六つの極121
を有している。

図１から分かるように、回転子の四つの極121が垂直
ヨーク111Yの四つの極と対向する位置にあるとき、残り
の水平な外側の極111Xは極121の極間隙122に対向した位
置にある。回転子極121は、これらの部品が凹み部分の
ある丸い輪郭を有する打ち抜きされた電磁シートメタル
から成る回転子12の薄板パックの単なる構成体であるよ
うに、共通の回転子ヨーク123により、互いに結合され
ている。

これらの部品は、弾性部材53により電動機軸52上に装
着されている。

この弾性部材は、例えば、弾力性を有するプラスチッ
クで作られており、その目的は、回転子の振動を減衰さ
せ、重量を減らすことにある。この部材53は、回転子積
層板12の孔に電動機軸52が直接圧入される場合には、省
略されてもよい。

コイルの巻かれたヨーク11は同様にＵ字形のシートメ
タル積層板から構成されており、その積層板の厚さは電
動機の回転速度（切換え周波数）に応じて選択される。

回転子積層板の厚さとヨーク11の積層板の厚さの標準
値は0.1mmから1mmの範囲で、その場合、高速回転（50.0
00rpm）用には薄いものが適当であり、約500−1000rpm
までの回転速度用には厚いものが使用される。

ヨーク11と回転子12用の最も安価な材料としては、
（変圧器用）のシリコン積層板が推薦される。

又、コイルの巻かれるヨーク11用としては、Ｕ字形に
打ち抜かれた薄板の形において好ましい方向（この場
合、好ましい方向はＵ字形の脚部と平行な方向）又は
（ストリップ状に曲げられた切断部分を有する変圧器の
場合のように）曲げられて切断され且つ研磨されたコア
ーの形において好ましい方向を有する組織が特定方向に
向けられている積層板を使用することも可能である。然
し、この積層板を使用すると比較的安価になる。

何れにしても、ヨークの横断面は、比較的太い巻線
（横断面積が1mm²以上）を巻き付けるときに問題とな
る、方形である。

特殊な実施例においては、薄板間の絶縁層は、磁歪振
動を減衰させるために或いは積層体パッケージを密封す
るのに役立ち得る弾力性を有している。

（好ましくは、予め製作された）Ｕ字形ヨークにコイ
ルが摺動可能に装着されるが、その場合、各ヨークは少
なくとも一つの主コイル112を有している。

これらのコイルは、一般的な方法で、コイル枠なしで
（自着線で）図２に示されたように、エナメル絶縁電線
で製作することができる。

正規の電線コイルでは、比較的細い電線で製作される
二次コイル113は、主コイル112の下でコイル枠114上に
配置される。

但し、本発明では、テープコイル、より正確に言え
ば、絶縁された又は絶縁されていない銅又はアルミニウ
ムのテープが使用されている。本発明の場合には、主コ
イルテープは、金属製のコイルテープの螺旋状に巻かれ
た端縁間に短絡が起こらないように、図３に示されるよ
うに、導電テープよりも若干幅広の（例えばポリエステ
ル製の）絶縁箔115で、片側が守られている。

特に好適な解決策は、主コイル12と横断面が小さい二
次コイル113とを同時に製作することである。コイルテ
ープが同じ厚さで異なる幅を有する場合には、同じで十
分に幅の広い絶縁箔115が適当な距離に亘って平行に巻
き付けられる。

これらのコイルの組立には、コンデンサーや変圧器の
製造から知られている技術が使用されるので、結線の構
造や枠なしコイルの補強策に関しては詳細な説明を省略
する。

図２及び３に関連して説明した各二つのコイルは、必
要に応じて連結されるヨーク111の二つの脚全体に摺動
可能に挿入することができる。

かくして、磁気起動回路１は、回転子12と共に、夫々
二つのコアー11Xと11Yを有するコイルの巻かれたヨーク
11と、八つの主コイル112と、場合によっては二次コイ
ル113とから構成される。

一つのヨーク11と二つの回転子磁極121を、これらの
磁極を接続するヨーク123のその部分と共に独立させて
考えて、二つのコイル112に通電すると、図１に破線で
示したように磁束が生成されて、この磁気回路は、電気
カミソリの振動電動機の磁気回路と似たようになる。

回転子磁極121が外側ヨークの磁極111Xに対向配置さ
れておらず（図１）且つヨーク11Xが固定されている場
合には、通電すると、磁極111Xは回転子磁極121を約30
゜引きつけるであろう。これらの不連続な30゜の運動を
連続回転運動となるようにするために、軸ＸとＹの方向
に巻かれたヨークへの電流誘導が、回転子位置検出回路
３により調整される対応したシーケンスにおいて行わ
れ、且つ電子制御回路２により、コイルの制御信号に変
換されることが必要である。

回転子の30゜の回転に追従してＸ軸又はＹ軸のコイル
に対するスイッチオフ信号を供給すべき回転子位置検出
回路３は、図４によれば、六対の磁極を有し且つ最良の
作用点を見出すために、その位置で電力制御即ち回転変
化に適合し得る固定のホールセンサー31の前を走行する
回転子上に装着された多極磁気円盤32から成っている。
磁気円盤32の磁極がホールセンサー31の前を連続移動す
ると、図５から分かるように、回転子位置によってホー
ルセンサーの出力端に、論理信号“ロー”又は“ハイ”
が現れる。

コイル112と113の制御回路は、図６から分かるよう
に、主コイル112X又は112Y及び電動機の外部に設けられ
た電流源と直列に接続された二つのパワートランジスタ
（選択によりMOSFET電界効果トランジスタ）21X,21Yか
ら成っている。

対向配置されたヨークに見られるべきコイル112又は1
13X（又はＹ）は、電動機が運転されている電圧レベル
に依存して直列又は並列に接続されるのがよい。

トランジスタ21X及び21Yは、プッシュプル式に、回転
子位置検出回路３の単純な電子回路によって制御され
て、ホールセンサーの出力が“ハイ”の時トランジスタ
21Xは導通し、ホールセンサー31の出力が“ロー”の時
はトランジスタ21Yが導通するようになる。水平方向に
巻かれたヨーク11X又は垂直方向に巻かれたヨーク11Y
も、回転磁界が回転子を起動させる磁極111に現れるよ
うに、連続的に磁化される。

図７には、トランジスタ21X,21Yのドレンとコイル112
X及び112Y間の接合点における（０＝マイナスと比べ
て）正電圧が連続線により描かれている。主コイル112
を流れる電流は、誘導率の影響で、図７の点線のコース
をとる。その結果、初期位相では、電流はゆっくり立ち
上がり、有効な駆動用磁束も同様にゆっくりと立ち上が
る。コイルへの電流が切られると、その内部には、損失
エネルギーを構成し且つトランジスタ21を破壊に至らし
め得るUn＝電動機の定格電圧よりも高い電圧Uaが発生せ
しめられる。この自己誘導電圧は、それがスイッチオン
しようとしているコイルへ供給されるならば、有用な起
動効果に転換され得る。

図6aから明らかなように、これは、正の過剰電圧を供
給し且つコイル112Yに対してコイル112Xがスイッチオフ
されたとき（又はその反対のとき）発生せしめられる正
の過剰電圧を供給する結合ダイオード22の助けにより、
なされなければならない。

分離ダイオード23は、電圧源の正接続部へ自己誘導電
圧が供給されるのを防止する。

然し、この回路は、自己誘導電圧Uaの電気回路の閉合
が、トランジスタ21又は電流源を介して行われるとい
う、欠点がある。この欠点は、図6bから分かるように、
同じヨーク11上に配置された二次コイルの使用により、
回避することは可能である。

自己誘導電圧Uaは、（電源として）主コイル112X内に
発生して、受容器として垂直ヨークの二次コイル113Yへ
供給される。

従って、主コイル112Xからの自己誘導過剰電圧Uaの助
けで、二次コイル113Y内には有用な電流が発生して、同
コイルが巻かれているヨーク11Yには磁束が発生せしめ
られる。

同時に、二次コイル113Yによる電流の生成で、トラン
ジスタ21Xの遮断と同時にトランジスタ21Yが導通するの
で、主コイル112Yにも定格電圧U_Nが供給される。二次コ
イル113Y中に相当急速に立ち上がる過渡電流の急速な発
生の効果、及び垂直ヨークを介して磁束の急速な増加を
招き、それ故駆動効果を増大させる結果となる、主コイ
ル112Yを介しての長く続くが可成りゆっくりと立ち上が
る電流の効果が、付加される。

回転子12は、上述の作用の繰り返しにより、連続回転
運動状態にセットされて、各対のヨークが六つの制御パ
ルスを受けた時には回転子は完全な回転を行うようにな
る。

切換え点の最適化は、実際には、ヨーク11に対するホ
ールセンサー31の移動により行うことができる。

電動機の磁気的及び電気的構成要素は、図１及び８か
ら分かるように、プラスチック材料で作られるか又は適
当な非磁性金属で鋳造される収容枠５に固定することが
できる。この枠は、広範囲の異なる形式で実施される
が、主として、ヨーク11と電動機軸の軸受54を取付ける
凹部を有している。

冷却器として役立つこの枠５上には、通常、その他の
機械的及び電気的な構成要素（基板，ホールセンサー
等）は勿論パワートランジスタ21,ダイオード22及び23
を同様に取り付けることが可能である。パワートランジ
スタ21のゲートトリガーに必要な高電圧は、自己誘導電
圧Uaのピークの集成によって得ることができる。

より十分な理解を得るために、図１の拡大詳細図であ
る図1aを参照して以下に説明する。図１及び1aは、図6b
の改良詳細図である図6cと関連して参照されるべきであ
る。

図１によれば、四つの回転子磁極が磁極111Yと略一致
しているときは、直ちに高い自己誘導電圧Uaを出現させ
て二次コイル113Xへ伝送する関連した主コイル112Yは接
続されておらず、主コイル112Xへ電流源から電流が供給
される。これらのコイルに配置された四つの磁極111Xは
急速に磁化されて、スイッチオフされたヨーク11Yの二
つの関係磁極から丁度離れようとしている四つの回転子
磁極121を引き付けることができる。

これが行れる予備条件は、さもなければ水平ヨークの
磁極111Yの磁化が、コイル112X,113X中で電流が急峻に
立ち上がるが如何なる有用な効果をも及ぼすことなし
に、丁度良い時に回転子磁極に吸引効果を作用させるこ
とが出来ないので、磁極111Xの鋭角をなす末端が磁極11
1Yの対応する末端の近くにあるということである。

この事実の重要性を示すために、図1aにおいては、磁
極111Xと111Yの外側の角と角の間の角度“U"に関係する
距離が、図１に描かれたその距離に比べて小さくされて
いる。

この距離は、各電動機の電気機械なパラメーターに応
じて最適化させられなければならず、それは、ヨーク11
Xと11Yとの間の直接の接触により磁気損失が生じるのを
避けるために、ヨーク11と回転子12との間の空気間隙よ
りも少なくとも２倍乃至３倍大きい。

固定された支持体への電動機の連結は勿論のことヨー
ク11の相互の取付けは、振動の少ないコイルと回転子の
間のこの領域内で行われるのが好ましい。

図6cは、電動機作動用の完全な回路線図を示してお
り、コイル112と113の次の点線はそれらの出発端を示
し、112Xは例えば直列又は並列に接続することのできる
ヨーク11Xの四つの主コイルを示している。

ここで、二次コイル113の出発端に更に自己誘導電圧U
aを導びく二つの結合ダイド22だけが必要とされる。ダ
イオード24は、電動機の起動に続いて供給電圧Ubatより
も高くてトランジスタ21Y,21Xのゲート電極の制御回路
への給電を保証するコンデンサー25へ電圧ピークUaを導
くのに使用されている。この電圧はツエナーダイオード
26により制限されている。

スイッチ27が閉じられると、ホールセンサー31が付勢
され、トランジスタ21Yのゲート電極に接続されたホー
ルセンサーのデジタル出力端には、ホールセンサー31の
前に多極磁気円盤32のＮ極からＳ極の何れが現れるかに
依存して、論理信号“ハイ”又は“ロー”が現れる。

この論理信号は、トランジスタ21Yのゲート電極に
“ハイ”信号が現われたときトランジスタ21Xのゲート
電極に“ロー”信号を入力させる反転トランジスタ28に
も供給される。ホールセンサー31の上にある矢印は、ホ
ールセンサーがその支持体に対して可動であって、多極
磁気円盤32が回転するとき発生する論理信号の位相を変
えることができるようになっていることを、示してい
る。

電動機の回転速度の制御は、供給電圧の変化により制
御信号の位相を変えることなしに、行うことも出来る。

トランジスタ21の抵抗を変えることにより即ちそのゲ
ート電圧を制御することによって、回転速度の変更を行
うことも可能である。然しながら、この制御は、オーム
損失を生じ、トランジスタを使い過ぎて痛め且つ低出力
でのみ使用することになるので、不利である。

電動機のオーム抵抗を増大させることによって、例え
ば、図6dから分かるように並列に接続されたコイルの一
半分を分離することによって、二段階の制御を行うこと
ができる。

トランジスタ21,21′を介して並列に接続されたコイ
ル112,112′は、電動機に全出力が要求されるときに
は、同時に制御される。出力の低減が望まれる場合は、
トランジスタ112′はトリガーされず、コイル112′は不
作動状態に維持される。従って、電動機は高損失且つ低
出力で作動する。

より広範囲の出力制御についてのより有利な変形は、
原理的に図6eに示されている。

電動機の制御回路には、自由変換ダイオードとして動
作し、発生したコイルの自己誘導電圧を戻すがこの時制
御可能である、二つの別の半導体モジュール（ここで
は、バイポーラートランジスタ）が、付加される。

図5bは、回転子の回転角とは別に、自己誘導電圧Uaを
戻すトランジスタ21と211の制御信号を示している。

図5bの横軸には、回転子角度30゜に対応し且つトラン
ジスタ211Yのベースに印加される電流パルスと同じ持続
時間をもつ、ホールセンサーの出力信号が示されてい
る。

出力制御のためMOSFETトランジスタ21Yに印加される
正電圧パルスの持続時間は、下の横軸上に二つの変態で
示されていて、この場合、この持続時間は全負荷状態に
おいてのみ30゜に達する。

第一の変形例Ａでは、トランジスタ21と211は、同時
に導通し、これは、ホールセンサーの出力端における論
理信号が“ロー”から“ハイ”へ変わったときに行われ
る。

部分負荷においては、トランジスタ21Yは、ホールセ
ンサーが論理信号“ロー”へ今一度切り換わる前即ち回
転子が30゜回転する前に、遮断される。トランジスタ21
の遮断は、例えば、電流又は回転速度（切換え周波数）
が限界値に達することにより、遂行することができる。

これが起きたときには、自己誘導電圧Uaは、トランジ
スタ211Yが供給電圧Ubatの正の接続点にこの電圧を導び
くため、第二コイル113Xへ直ちに供給されることはな
い。回転子磁極121を引き付け続けるヨーク11Yの消磁
は、それによって抑制される。

回転子の回転角度が30゜に達すると、即ち、トランジ
スタ211Yのベース電流が停止してホールセンサー31の出
力が論理レベル“ロー”になると、トランジスタ211Yを
介しての残留電流はなくなり、自己誘導電圧Uaは二次コ
イル113Xへ供給される。

同様の方法であるが30゜差し引きされた回転角（例え
ば、０−30゜ではなくて30−60゜）では、Ｙ軸について
発生したそれは、水平ヨーク11Xに関して繰り返され、
従って、トランジスタ21Xと211Xは、ホールセンサーの
出力端における論理信号が“ハイ”ではなくて“ロー”
になるため、導通状態となる。

その結果、この形式の制御によって、トランジスタ21
X,211Xの制御は、回転子の回転角に依存して、非制御電
動機における如く開口角が30゜に固定されているのでは
なくて、最大30゜に達する可変の角度で達成される。

トランジスタ21の開放時間のこの変化により、エネル
ギー供給即ち電動機出力が制御される。

図5bに描かれた変形例Ｂによれば、回転子角30゜内で
トランジスタ21X,21Yの繰り返しの電流伝導により、同
様の効果が達成される。

これは、トランジスタ21の制御信号の適当な周波数を
もつパルス幅変調（Ｌ＝パルス,I＝間隔）により、達成
される。

トランジスタ21Yの電流伝導時間は太線で示され、ト
ランジスタ21Xの電流伝導は破線で示されている。

電動機の総ての電子構成部品は、単一の回路板上に出
来るだけ離して集積する方が有利である。

図１と８に見られるように、ヨーク11の装着は、（回
転子とコイルの巻かれたヨークとの間の空気間隙を狭く
するために）重要で且つ厳しいものである。

ここで明らかなように、ヨーク11は、両側に（可能な
らば、軸から二つの異なった距離の所に）、適当な補い
片55により釣り合い良く（図面の平面に対し垂直に）挿
入できる、凹み又は半円形の突出部116を有している。

これらの補い片は、上述の凹み116に対し負の形を構
成していて、基板57上に装着されるべき取り付け片56と
一体の部品である。

従って、回転子12に対して均一の距離（一定の空気間
隙）を確保するヨークは、確実且つ半径方向に取り付け
られている。

枠５に対し放射方向と軸方向の両方に取付けられた反
対側の軸受54′を有する軸受カバー58は、ヨーク11が軸
方向に動き得ないように該ヨーク11を所定位置に維持し
ている。これらの構成部品により電動機は作動せしめら
れる。

作動方式： 電動機は電圧Unを有する電流源に接続されると、電子
回路２は、ホールセンサー31の出力端に信号レベル“ハ
イ”又は“ロー”が存在するため、トランジスタ21の一
方例えば21Yのゲートに制御電圧を印加するであろう。
主コイル112Yは付勢されて、図１に示された初期位置か
ら30゜の回転により、磁極111X−121が一致する位置ま
で回転子12を動かす。

その結果、回転子は、Ｙ軸に関して磁極の相対位置か
ら、Ｘ軸に関して類似の位置まで到達する。この位置に
到達する前に、回転子位置検出器３は、トランジスタ21
Xが導通となり、一方トランジスタ21Yが遮断するよう
に、ホールセンサー31の出力端における論理レベルを変
化させる。既述の動作が繰り返されて、回転子は連続回
転し、且つこれらの対（Ｘ及びＹ）の各々が六つの電流
パルスを受信した後、コイルの巻かれたヨーク11に対し
完全な一回転を行う。電動機の停止又は起動は、トラン
ジスタ21のゲート端子が電圧源から電動機を切り離すこ
となしに負の電線に接続することによって、行うことが
できる。ホールセンサー31において、論理出力信号の変
化は、常に、ヨーク11の磁極111に対する回転子磁極21
の同一相対角度において行われ、この位置は角度Ｏとし
て指定される。出力即ち回転速度の制御のために、例え
ば＋１−５゜だけこの角度を変更することが必要である
かも知れない。これは、ホールセンサーの位置を機械的
に変えるか、又は外部磁界の助けで多極磁気円盤32の変
わる磁界を変更する切り換え点を動かすことにより（位
相シフトにより）、達成することができる。

アナログのホールセンサーが使用される場合には、そ
の出力端に、図５に示す正方形波信号の代わりに、単一
周波信号が発生せしめられる。この場合、切り換え点
は、切り換えをトリガーするための切り換え電圧レベル
として正弦曲線のどの点が選択されても、零に対し任意
に変えることができる。

前述の如く、この正弦曲線は、切り換えの角度を動か
すために二つの可能性が存在するように、位相シフトす
ることができる。既述の磁界を動かすには、ホールセン
サーの近くに取付けられるコイル又は永久磁石の助けに
より、実現することができ、その場合、電流は殆ど一定
でコイルを通過する。回転の変更は、ホールセンサーの
論理信号が“ロー”ではなくて“ハイ”であるときトラ
ンジスタ21Xが導通となるように図５の論理信号を変え
るか、又は前記のホールセンサーに比べて角度的に変位
せしめられた別のホールセンサーに切り換えることによ
って、行うことができる。

ここに示された刷子なし電動機は、電気部品が例えば
合成樹脂の中に埋め込まれて保護されていれば、液体例
えば燃料油の中に浸漬した状態で作動させることが出来
る。

又、これらの電動機で、空気間隙密封体の全くない単
純なポンプを実現することも可能であるが、この場合、
電動機全体は加圧されたポンプ筐体に収容されている。

この種形式の電動機は、特に、扇風機やポンプを駆動
するのに適し、更には、図８から分かるように、ポンプ
の回転子と電動機の回転子は液体と一緒に回転する。こ
の場合、回転子室はコイル又は外部空間に対して密封さ
れている必要がある。

ここで主として問題となるのは、円管状の空気間隙の
半径方向の寸法が0.1mm程度であるため、その空気間隙
の密封についてである。

この問題は、本発明によれば、非磁性材料（プラスチ
ック又は液状で適用されるポリマー）製、又は例えば濡
れた周期電動機ポンプの空気間隙管で知られている特殊
な電気的磁気的性質を有する特別な鋼鉄製の薄肉円筒状
外皮の助けにより、解決される。この円筒状部材は、そ
れ自体は圧力に耐え得ないが、外部磁極111又は該磁極
間に存在する充填材片511上に支持されている。このよ
うにして、圧力は、0.数mmよりは大きくなく且つ磁極11
1と切片511との間の間隔に対応している円筒状外皮512
の領域上に、作用するに過ぎない。かかる小領域に圧力
が作用する時は、薄い箔（0.1mm）でも約10バールの圧
力に耐えることができる。

図８に示す如き本発明による電動機とポンプの組合せ
は、以下に詳述するように製作される。

ヨーク11は、（プラスチックか金属で作られた）枠５
に外側（左側）から取付けられて、保持環又は保持力カ
バー59が嵌着されている。

先に説明した円筒状の回転子室の間の空間は、例え
ば、ポリマーワニス，エポキシ樹脂等で密封されてい
る。

左側に固定された多極磁気円盤32を有する回転子12
は、電動機軸上に装着されて回転子12に係止されたポン
プ回転子62と一体にされ、電動機軸12は有効な電動機回
転力を伝達してはならない。

この組立体は、軸受ボルト61′を中心とするポンプカ
バー63で閉鎖されている。

ポンプの公知の詳細構造はここでは述べないで、汲み
上げられる液体の流れの方向のみが矢印で示されてい
る。

ホールセンサー31は、ポンプの（乾燥している）外側
空間内に配置されていて、“濡れている”空間内に配置
された磁気円盤32から、薄い耐圧性の透磁壁により、分
離されている。

電動機軸即ちポンプ軸52は、例えば、支持ボルト54′
と61′のための孔が設けられているセラミック管で作ら
れている。

騒音の発生を減らすことは、空調器及び送風機の主要
問題の一つであり、騒音は支持部材へ伝達される回転力
の変動により生成されることが多い。

この欠点を除去するために、本発明によれば、電動機
が、回転力を発揮すべき支持部材に振動を伝達し得る固
定要素を有しないように、反対方向へ回転する二つの回
転子を備えた電動送風機の特殊な変形を実現することが
可能である。

図10によれば、関連した電子構成要素部品と共にコイ
ル112,113を有するヨーク11は、支持部材５に装着され
ており、この場合、その支持部材は好ましくは軸孔を有
する回転軸52にも連結されている。

この支持部材には、支持部材５が右方へ回転したとき
右から左へ空気を運ぶ扇風機羽根64が同様に固定されて
いる。

軸52の端部には、軸受541又は542が設けられている。

この時、支持部材５に比べて左側で、ヨークは軸受カ
バーには装着されないで、回転子12が通っている保持環
59上に装着されている。

回転子12は、それが左方へ回転したとき右から左へ空
気を運ぶ扇風機羽根641を担持している。

回転子は、軸方向へずれることなく、軸受543の助け
で、軸52上で自由に回転する。絶縁管内の軸52の内部に
は、電動機軸52に接続されていてばね522により外方へ
弾圧された、往復動可能に絶縁された刷子521＋,521−
が収納されている。

これらの刷子は、電流源Ubatに接続されていてこの電
圧を回転刷子521＋,521−へ印加せしめる二つの固定導
線＋，−に接触している。軸受541と542は支持部材Ｓに
装着されている。

作動方式： 電動機に電流が供給されると、ヨーク11,支持部材５
及び羽根64を備えた外側回転子組立体と扇風機羽根641
を備えた回転子12の両者は、反対方向（回転子は左方，
外側回転子組立体は右方）へ回転を始め、回転子と外側
回転子組立体との間の絶対回転速度が2Vになるように、
回転速度＋V,−Ｖで回転する。

反対方向へ回転する二つの部品の回転速度は、二つの
回転子に装着された羽根64,641に対する空気の抵抗が電
動機の回転力と正確に同じ大きさになるまで、増大す
る。

二つの反対方向に回転する回転子を有するこの扇風機
は、比較的低速の、従って騒音レベルの低い二段送風機
の形で作動するという利点を有する。

然しながら、電動機に対する、二つの反対方向に回転
する部品間の設計された回転速度（相対回転速度）は2V
となる。

同じ出力の従来の単一段送風機に比べて、利点を明示
すれば： −反作用回転力がないので、回転振動は支持部材Ｓに伝
送されない： −電動機は、同一出力の二つの回転速度用に設計され、
極めて小型軽量になる、ということである。

この原理により、軸上送風機の代わりに、放射方向の
翼を有する反対方向に回転する送風機を構成することが
可能であるが、この場合には、軸方向の力が補償される
ようになる。

これらの電動機の出力を制御する場合には、外側の回
転子組立体11,5と共に回転するトランジスタ21の外部か
ら作用させることが必要である。

これは、例えば、発信コイルと受信器の助けで磁気方
式で、又は光学的方法で、動電気的な接続の全くない外
部から制御信号を受信する、従来公知の適当な電子工学
手段により可能である。

電磁気磁極により回転子磁極を次々と引き付けること
による単純な作動原理のこの種電動機（又はポンプ）
は、又、例えば四つではなくて六つ又は八つの異なる数
のヨークと、これに対応して数の増大する回転子磁極
で、達成される。

それは、又、多相方式において、例えば従来のような
180゜の代わりに120゜の電気角で等間隔に配置された三
つの位相R,S,Tで達成することも出来る。

回転子磁極又は電磁石磁極が好都合に適合せしめられ
た場合は、脚が接線方向ではなくて軸方向に配置された
Ｕ型ヨークを使用することも可能である。この電動機に
おいては、回転子位置検出センサー無しで済ませること
も可能であるが、これは、下記の原理に従って若干複雑
な電子的始動及び操作プログラムを使用しなければなら
ないことを意味している： −電動機の始動前に、コイルの誘導性とは独立して変化
せしめられる電気信号がコイルに供給されるが、その場
合、電気信号は、影響を受けるヨークの磁気回路に磁気
抵抗（誘導性）を生ぜしめるため、回転子の位置に依存
する。

−電子論理はこれらの変調された信号を比較して、この
回路の出力端にトランジスタ21X又は21Yの制御信号が現
れるように、そこからの回転子位置を決定する。

−導通トランジスタと直列に配置されたコイルはトリガ
ーされて、影響により磁化される回転子を起動させる。

−かくして磁化された回転子磁極が消磁された磁極に接
近すると、回転子が引き付けられ続けるようにこのコイ
ル（位相）に定格電圧を供給する回路によって評価され
る電圧が、消磁された磁極に誘起される。

これらの作用は、回転子が回転位置検出センサーによ
り制御されたように回転するように繰り返される。

電動機が一旦始動すると、コイルを流れる電流が最大
値又は所定値を越えると例えばコイルを切り離すよう
な、切り換えのための他の自動制御の可能性が存在す
る。正規の電動機運転中にかかる値に到達すると、これ
は、回転子磁極121が、このコイルの部分を構成する磁
極111により既に引き付けられたことを意味する。

コイル（例えば112X）の切り離しにより、電子的な論
理を経て、（多分所定の遅延後）次のコイル例えば112Y
がスイッチオンせしめられる結果となる。

三つ（又はそれ以上）の位相が存在する場合には、ヨ
ーク対Ｘ−Y,Y−Ｘ又はＲ−Ｓ−T,R−Ｓ−T,‥‥の連結
された周期的制御が、回転位置検出センサーにより、又
は、電動機パラメーター（電流，誘起電圧）に依存し
て、行われ得る。

場合によっては、この周期的な制御は外側から実行す
ることができるが、その場合には、電動機は外側から所
定の回転速度で運転される。この場合、トランジスタ21
X,21Yは、電動機外の発電機から来る信号により制御さ
れる。

この形式の制御に対しては、図１で説明した回転子の
代わりに同期回転子（かご形回転子）の使用が好都合で
ある。

同じ電磁基準で考えるときは、この形式の電動機は、
コップ形の回転子の内部に設けられたヨークで実施する
ことも出来る。

本発明による電動機のより簡単な変形例が図９に示さ
れている。この電動機は、対向配置されていてコイルの
巻かれた二つのヨーク11と、これらのヨークのコイルに
直列に接続された単一のパワートランジスタと、四つの
回転子磁極121とを有している。

電気回路は図6aに相当しているが、軸“X"に関する構
成要素部品（ヨーク11X,コイル112X,トランジスタ21X）
を有していない。ダイオード22と23は不要である。この
電動機の回転子は、該回転子を始動位置へ動かし、トラ
ンジスタ21の導通位相即ち回転子磁極121がヨーク11の
磁極111と一致していない回転子位置に対応している、
二つ又は四つの回転子位置決め用磁石４を有している。

これらの磁石は、回転子の位置を検出する目的で、ホ
ールセンサー31をもトリガーすることができ、寸法がさ
く、そのために回転子12に作用する電磁力に比べて無視
できる力を及ぼす。

作動方式： 位置決め用磁石４はヨーク11の磁極の下部に引き付け
られるので、回転子は上述の位置をとる。

トランジスタ21は導通となり、ヨーク11の磁極111は
磁化されて、一番近くにある回転子磁極121を引き付け
る。回転子磁極121が外側磁極111とほぼ一致すると、磁
石４の一つは、ホールセンサー31の前を通過して、該ホ
ールセンサーの論理状態を変えて、コイルが消磁される
ようになる。回転子は、初期位置に相当する、ヨーク11
の磁極に対する回転子磁極121の相対位置に至るまで、
慣性により動き続ける。この位置への途上で、別の磁石
４がホールセンサー31の前を通過して、ホールセンサー
の論理状態を変え、既述の動作が繰り返されて、電動機
は回転する。

問題が更に単純化された場合には、電動機は、図９に
示されたのと同様に構成することができるが、たった一
つのＵ型ヨークを有し、延長されたＵ型の脚間には磁極
111として作用する円形片が備えられ、その間で二つの
磁極を有する回転子121が回転せしめられる。これら二
つの磁極は、二つの電流パルスに相当する回転子の約90
゜の有効な回転力角回転毎に二回間欠的に駆動せしめら
れる。

特に、高電圧電動機には、従来公知の電気制御回路２
を応用しながら、MOSFETトランジスタ21の代わりに、サ
イリスター（多分，ゲート上で切り離され得るもの、即
ちGTO），バイポーラートランジスタ等の如き他の半導
体をも使用することが可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−178519（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−272851（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−18667（ＪＰ，Ｕ) 登録実用新案344592（ＪＰ，Ｚ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02K 29/00,21/00 H02K 19/10 H02P 5/05,7/05

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】脈動する磁界を発生させるため磁気的に相
   互に分離されたコイルの巻かれたヨーク（11）と、該ヨ
   ーク（11）に対して回転可能で該ヨークの磁極（111）
   により引き付けられ得る回転子磁極（121）を有する回
   転子（12）とを備え、前記回転子磁極（121）と同様に
   前記ヨーク（11）の磁極（111）は対をなして電動機回
   転軸（52）に対して直径方向に対称に配置されており、
   且つ前記回転子磁極（121）間には非磁性の間隙が存在
   し、前記回転子磁極（121）はヨーク（123）により相互
   連結されている、電子的に切り換えられる反作用電動機
   において、 Ｕ字形の前記ヨーク（11）は、二つの主巻線（112）
   と、より小さい横断面を有する二つの好ましくは平行な
   二次巻線（113）とを支持していて、前記主巻線（112）
   は、電圧源と直列に接続された唯一つの半導体（21）を
   介して制御可能であることを特徴とする反作用電動機。
2. 【請求項２】前記主巻線（112）の一つが開放されて電
   流源から切り離された時に発生する消磁エネルギーが、
   結合ダイオード（22）の助けで前記ヨークにより相互に
   伝導され得るようになっている請求項１に記載の電子的
   に切り換えられる反作用電動機において、 主巻線（112）から発生する自己誘導電圧（Ua）は、該
   主巻線と該主巻線（112）をトリガーするためのパワー
   トランジスタ（21）との接続点に印加されて、結合ダイ
   オード（22）を介して作用的に追従するヨーク（11）に
   配置された二次巻線（113）へ直接導かれ得るようにな
   っていることを特徴とする反作用電動機。
3. 【請求項３】二次巻線（113）の末端は主巻線（112）の
   始端に接続されていることを特徴とする請求項１又は２
   に記載の反作用電動機。
4. 【請求項４】螺旋状に巻かれた金属バンドで製作された
   主巻線（112）と二次巻線（113）を有し、これらの巻線
   は前記金属バンドに当てがわれた絶縁箔または絶縁層に
   より互いに絶縁されていることを特徴とする請求項１乃
   至３の何れかに記載の反作用電動機。
5. 【請求項５】より小さい導体横断面を有する二次巻線
   （113）を備えた少なくとも一つの主巻線（112）を有
   し、これらの巻線は間隔を置いて並べて配置されて相互
   に平行に巻かれた金属バンドから成っていることを特徴
   とする請求項４に記載の反作用電動機。
6. 【請求項６】磁気的に作用する部品（11,12）は、中間
   の磁極片（511）を担持し前記ヨーク（11）の磁極（11
   1）の位置に係止された剛固な非磁性の支持部材（５）
   の助けで相互に配置されて、これらの磁極（111）と回
   転子軸（52）との間で剛固な結合が最短の仕方で行われ
   るようになっていることを特徴とする請求項１乃至５の
   何れかに記載の反作用電動機。
7. 【請求項７】ヨーク（11Y）の相互の取り付けは巻線と
   回転子の間の領域内にある外部磁極の角部でのみ行われ
   ることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の反
   作用電動機。
8. 【請求項８】前記ヨーク（11）には、該ヨーク（11）を
   確実に取り付けるために、巻線（112）と回転子（12）
   との間に配置された補い片（55）の突起部分に係合する
   凹陥部（116）が形成されていることを特徴とする請求
   項１乃至７の何れかに記載の反作用電動機。
9. 【請求項９】回転子位置センサー（31）の少なくとも一
   つのデジタル出力は、主巻線（112）をトリガーするた
   めのパワー半導体（21Y）のゲート電極に直接接続され
   ていることを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載
   の反作用電動機。
10. 【請求項１０】プラスチック，重合体またはエラストマ
    ーの層或いは適当な磁気または電気的特性を有する合金
    から成っている薄い外皮（512）によって外部に対し蜜
    封された回転子室が形成され、前記外皮は、外部磁極
    （111）またはこれらの磁極間に設置された非磁性の充
    填物の上にその表面の最大部分で支持されているため、
    最小の中間領域にのみ圧縮力により作用せしめられてい
    ることを特徴とする請求項１乃至９の何れかに記載の反
    作用電動機。
11. 【請求項１１】反作用電動機の回転子（12）はポンプの
    回転子（62）に直結せしめられており、これらの回転子
    は好ましくはセラミック材料で作られていて軸受（54）
    間で回転する回転軸（52）上に配置されていることを特
    徴とする請求項１乃至10の何れかに記載の反作用電動機
    を用いたポンプ。