JPH02101988A

JPH02101988A - ３相リラクタンス型電動機

Info

Publication number: JPH02101988A
Application number: JP63251855A
Authority: JP
Inventors: Itsuki Ban; 伴　五紀
Original assignee: Secoh Giken Co Ltd
Current assignee: Secoh Giken Co Ltd
Priority date: 1988-10-07
Filing date: 1988-10-07
Publication date: 1990-04-13

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〕従来周知の誘導電動機、半導体電動機（ブラシレスモー
タ）に代って使用できるものである。

特に、偏平な構成で、出力トルクの大きい場合に利用し
て有効である。

（従来の技術〕ブックタンス型の電動機は、その出力トルクが大きいが
、低速度となり、又その他の欠点もあるので、実用化さ
れた例は少ない。

特に小型、偏平な形状で、高速度の回転が要求される用
途に使用された例はない。

〔本発明が解決しようとしている課題〕第１に、電動機
用の電源となるコンバータ若しくはインバータは大型、
高価となる問題点となる課題がある。

第２に、励磁コイルのインダクタンスが大きいので、バ
ッテリ電源による電動車の駆動源とすると、印加電圧が
／：ｌ　−評ボルト位なので、助出コイルの磁気エネル
ギの蓄積と放出に時間がかかり低速の電動機となり、実
用性が失なわれる問題点となる課題がある。

第３の課題として、一般に、磁極の磁束が飽和するまで
使用するのが、直流電動機の通例であるが、リラクタン
ス型の電動機では、磁束の飽和以後にも大きい出力トル
クが得られる特性がある。

従って、磁束の飽和以前と以後において、励磁コイ、ル
のインダクタンスが大きく変化し、周知のチョッパ回路
による励磁電流の制御が困難となる問題点がある。

第弘の課題として、リラクタンス型の電動機は、一般の
整流子電動機のように相数を多くできない、これは、各
相の半導体回路の価格が高い為に実用性が失なわれるか
らである。

従って、各磁極の蓄積磁気エネルギは大きくなり、その
放出と蓄積に時間がかかり、高トルクとなるが高速とな
らない問題点がある。

同じ問題点として、リラクタンス型の電動機の場合には
、突極と対向する磁極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。

〔課題を解決する為の手段〕

３相の電動機は、第弘図と第３図（”）の実施例につき
後述するように、ｌ相と８相の励磁コイルに分けて処理
することができる。

従って、各７相を独立にチョツノ（回路により処理して
、設定電流で駆動することができる。

従って、チョッパ回路は、ユ系統となる。

上述したチョッパ回路は、Ａ相、Ｂ相のそれぞれについ
で、励磁電流を検出回路で検出して、励磁電流が設定値
を越えたときから所定値まで降下する区間だけ、直流電
源より、Ａ相、Ｂ相に対する供電を停止し、停止中に、
電源に並列に接続されたコンデンサより励磁電流を通電
している。

従って、励磁コイルのインダクタンスにほぼ無関係にチ
ョッパ周波数がコンデンサの容量により定められる特徴
がある。

以上の手段が第１の手段となる。

第２の手段は、電動機の励磁電流の制御を位置検知信号
により行なう慣用されている手段に付加して、前記した
チョツノく回路により、指定された励磁電流値とし、印
加電圧と無関係に励磁電流を基準電圧により制御する。

第３の手段は、交流電源の電圧のピーク値のり以下の電
圧によって前記した励磁電流値が得られるように交流電
源の電圧を選択する。

第Ｖの手段は、励磁コイルの位置検知信号による電気角
で所定の巾の通電制御を行なう場合に、励磁コイルに蓄
積された磁気エネルギを、その末端で電源に環流して、
急速に消滅せしめて、反トルクの発生を防止するととも
に、蓄積磁気エネルギにより、次段の励磁コイルの通電
の立上りを急速として、減トルクの発生を防止する。

この為に、Ａ相、Ｂ相の各励磁コイルを通電する為の位
置検知信号は、重畳することなく、連続したものが使用
される。

従って従来のこの種の電動機より高速度の電動機とする
ことができる。

〔作用〕

チョッパ回路により、負荷に対応した励磁電流値となる
ように制御されているので、電動機の印加電圧が、設定
値を越えていれば、印加電圧に無関係に電機子電流は負
荷に対応する設定値に保持される。従って、交流の電圧
のピーク値を前記した設定値が得られる電圧の２倍以上
のものとすることにより、励磁電流の通電に寄与する電
圧の巾は、半サイクルの食中のり３位となる。

従って、供電交流側の通電中が広（なり、周知のコンバ
ータのように電圧のピーク値の近傍のみのパルス的通電
が避けられ、力率を改善し、機械的、電気的なノイズの
発生が防止される。

従って直流電源の構成が簡素化され、第１の課題が解決
される作用がある。チョッパ回路の周波数は、コンデン
サ（例えば第５図（勾のコンデンサ４Ｌｔ　ａ　、　ｌ
Ｉｔ　ｂ　）の容量により変化するので、磁極の磁束の
量に余り影響を受けない。ただし励磁電流が一定の場合
である。従って、第３の課題が解決される。

第参の手段により、第参の課題が解決される作用がある
。即ち、位置検知信号のある区間では、チョッパ制御に
より、励磁電流を設定値に保持し、その末端でのみ、励
磁コイルの蓄積磁気エネルギを急速に消滅せしめている
ので、反トルクの発生が防止され、又始端部でも高い印
加電圧により急速に通電電流を増大せしめている。

従って、高速高トルクの電動機を効率良く構成すること
ができる。

位置検知信号は、重畳することなく、しかも連続してい
るので、磁極の蓄積磁気エネルギは、次に励磁される磁
極の蓄積すべき磁気エネルギに転化することができる。

又この転化は急速に行なわれるので、減トルクと反トル
クの発生が抑止される。従って、高速化と高効率化され
る作用がある。

低電圧の電源の場合にも上述した作用があるので、第コ
の課題が解決される。

その他の作用として、第１図の構成とすることＫより、
低出力で偏平な電動機を構成することができる。

第ダ図につき後述するように、リラクタンス型の電動機
の欠点となっている機械振動の発生を防止できる作用が
ある。

７Ｊ相の一電動機でも位置検知素子が一個どなり、構成
が簡素化される作用がある。

〔実施例〕

第１図以降について本発明の詳細な説明する。各図面の
同一記号のものは同一部材なので、その重複した説明は
省略する。

第１図は、本発明が適用される３相のリラクタンス型電
動機の１例で、その回転子の突極と固定電機子の磁極と
励磁コイルの構成を示す断面図である。以降の角度表示
はすべ℃電気角とする。

第１図示の実施例は１本発明の手段を、比較的低出力で
偏平小型な電動機に適用した場合である。

第１図において、基板Ｊには、円筒ＩＯが植立され、そ
の内部に嵌着したポール軸受！、乙には、回転軸弘が回
動自在に支持されている。

回転軸弘の上端には、逆カップ状の軟鋼製の回転子コの
中央部が固定され、その内周面忙は、第φ図の展開図に
、同一記号ｌとして示される回転子ｌの外周面が固定さ
れている。

回転子ｌの突極／ａ　　１ｂ　　・・・は、等しい巾で
、等しい離間角で設けられ、７個の突極となる。

回転子ｌは、珪素鋼板による周知の積層体となっている
。固定電機子１６は、第９図に展開図が同一記号で示さ
れ、６個の磁極／６　ｆＬ、　／（、ｂ・・・が設けら
れ、珪素鋼板の積層体により構成されている。

各磁極は、突極とｏ、ｌｓミリメートル位の空隙で対向
し、その巾は突極中と等しい。

鵜磁極には、励磁コイル／７　（第を図で励磁コイル／
’１　ｇ　、　／りｂ　・・・とじて示される。）が捲
着されている。

回転子２の外周折曲部／ダには、マグネット回転子９が
固定されている。

その詳細が第２図（勾に示されてｂる。即ち円環状のマ
グネット７には、ＵＯ個のＮ、Ｓ磁極が着磁されている
。点線／ｌは、Ｎ　Ｓ磁極を省略して図示したものであ
る。

マグネット９の磁極に対向して、基板３上にプリント配
線技術により、屈曲した導体部が貼着され誘導コイル／
３が構成されている。点線部ｌコは、誘導コイル／３の
ある部分を示している。

第二図（ａＪ　（勾の装置は、回転子コの回転速度に比
例する電気信号が得られる周知の周波数発電機（ＦＧ）
を示すもので、第３図（ｂ）　Ｋ記号！６として示され
ているものである。

第１図の折曲部／４には、プレス作業により、第参図に
記号ＩＩＩ　ａ　、　／ｌｌｂ　　・・・で示される段
部が設けられ、各段部に対向して、基板３にコイルを港
　ｆｂが固着されている。

コイルｇａのみが第１図に示されている。

コイルｇａ　　ｇｂは、設定角度離間している。

本実施例では（ｇｏ十八へ）度離間している。−般に、
離間角は（ｔ、ｏ＋　ｔｓハ）度と表示できる。

ルシま零を舟む正整数である。

段部／ｌα、　／４ｔｈ　、・・・の巾は、１２０度で
ある。

点線Ｒは各段部を省略して点線で示したものである。

第３図は、コイルｇａ　　１ｂより位置検知信号を得る
手段を示したものである。第３図において、記号りは、
ノー５メガサイクルの発振器である。抵抗弘３４　、１
Ｉ３ｂ　、　１Ｉ３ｅ　、す３ｄとコイルＨａ　　ｌｂ
は、それぞれブリッジ回路を構成し、；イルｔａ　　ｇ
ｂが対向すべき導体部がないとき、即ち渦流損失がない
ときには、コンデンサ。

ダイオードよりなるローパスフィルタを介するオペアン
プ’Ｉｔ　Ｓ　、　ｔＩＡ　ｂの子端子の入力が無いよ
うに調整されている。コイルｔａが、第を図のる。

オペアンプ９６ｂの出力についても上述した事情は全く
同じである。

コイルざ信が突出部／ｌＩ４χ対向すると、その渦流損
失が最大となり、このときのオペアンプ９６１ｍの出力
即ちオペアンプ／ｒ　ＣＬの子端子の入力電圧が一端子
のそれより大きくなっている。

上述した場合に、オペアンプ／ｌ　ｂ　、　／ざＣの出
力はハイレベルとなっているので、アンド回路／９　Ｋ
　、　／９　ｂの反転回路を介する１つの入力がローレ
ベルとなり、それ等の出力もローレベルとなる。従って
、端子２３　ｒＬはハイレベルとなる。

コイルｇ↓が突出部／ＩＩ　ｂに対向すると、オペアン
プ７Ｉｒαの一端子の入力は、子端子のそれより太き（
なり、出力がローレベルとなる。オペアンプ’Ｉｌ、　
ＬＸの出力電圧が、抵抗ｔｕ＞ｂ、ｐｏｅの電圧降下よ
り大きくなっているので、オペアンプｉｇ　ｂの出力は
ハイレベル、上述したように、オペアンプｌす４の出力
はローレベルに転化する。

オペアンプ／ｇ　ｅの出力は、ハイレベルであるが、反
転回路を介するアンド回路／？ｂの上側の入力がローレ
ベルなので、端子、２Ｊ６の出力はローレベルとなって
いる。、従って、端子ｕｂのみがハイレベルとなる。

オペアンプ＃Ａ　ＩＢの出力が抵抗ｔｉ−ｏｅの電圧降
↑より大きく、抵抗ｔｔｏ　ｂ　、　＜ｖ　ｅの電圧降
下より小さくなるので、オペアンプ／ｌ　ｅの出力が）
１イレペル、オペアンプ／ざα、１ｔｒｂの出力はとも
にローレベルとなる。従って、端子ｐＣのみがノ＼イレ
ペルとなる。

上述した説明より判るように、コイルｔ４に。

突出部／ＩＩ　Ｉｌ　、　／４（ｂ　、　／４　ｅが対
向するに従って、端子２．３４．２Ｊ　ｂ　、　２３６
のハイレベルの出力は。

１＠次に変更され、）１イレペルの区間の巾はへＷ度と
なる。

従って、上述した位置検知信号は、第ｇ図のタイムチャ
ートの曲線３／　Ｇ　、　３１　ｂ　、・・・８曲線３
２　Ｇ　、　３２　ｂ　　、−、、曲線、３３　ｅＬ　
、　、？、？　ｂ　　−・・となる。

オペアンプ’ｌｌ、　ｂの出力も、ブロック回路Ｂ（抵
抗ｕｏ　ａ　、　Ｉｌ、ｏ　ｂ　、　ａｏ　ｅ　、　’
Ｉｒペアンプ／ｇ　ＣＬ／ざ６．１ｇｅ、アンド回路／
９　ｃＬ、　／９　ｂと同じ作用を行なう回路）に入力
され、その端子ｕｄ２、？　＃　、　２Ｊｆの出力は連
続したノ１イレベルの１２０度の巾の電気信号となる。

この電気信号は、端子ｕ　ｉ！　、コｂ　、−２Ｊ　ｅ
の出力信号より１ｇＯ度位相がおくれでいるので、第を
図の位置検知信号曲線３６　ｆｉ　、　３９り　・・・
３曲線３！　＠　、　Ｊｊ　ｂ　、−、曲線３Ａ　＠　
、　３ルｂ　・・・となる。

一般に、上述した位置検知信号は、３個の位置検知素子
を必要とするが、本発明の手段によると、二個ですむの
で構成が簡素化される効果がある。第１図の回転子コを
アルミ、ニューム板で構成すると、渦流損失が大きくな
り、位置検知出力が大きくなる。

位置検知素子が一個ですむものであれば、他の手段でも
本発明を実施することができるものである。例えば、ホ
ール素子−個を使用し、位置検知用の回転子として、１
２０度の巾のＮ極。

Ｓ極、無硼極を配設したものを利用することができる。

次に、第参図につき・、動作原理の説明をする。

リラクタンス型の電動機は、次に述べる欠点がある。

第１に、出力トルクとは無関係な磁極と突極間の磁気吸
引力が大きいので機械振動を誘発する。

これを防止する為に、一般に同相で励磁され゛る磁極を
、回転軸に関し対称の位置に一個１組配設して、上記し
た磁気吸引力をバランスしているが、バランスすること
が困難な為に機械振動を発生する。

第２に、第を図のタイムチャートの点線曲線タコで示す
ように、突極が磁極に対向し始める初期はトルクが著し
く大きく、末期では小さくなる。従って合成トルクも大
きいりプルトルクを含む欠点がある。かかる欠点を除去
するには、次の手段によると有効である。

即ち突極と磁極の対向面の回転軸の方向の巾を異ならし
める手段とする。かかる手段により対向面の洩れ磁束に
より、出力トルク曲線は第ｇ図の曲線ダ２Ｃのように平
坦となる。

第６図に詳細が示されている。突極ｌ＠と磁極／６ａの
トルク発生について示されているが、他の突極と磁極の
トルクについても全く同様である。

矢印Ａは、突極ｌ＠の回転方向である。

磁極／ｌ、　ａの巾は、図示のように突極１６の巾より
小さくされている。突極／＠を回転する力は、矢印Ｐ、
Ｇ（点線は突極ｌ曝の裏面の磁束を示している。）の磁
束と、矢印Ｈ（裏面の磁束で両側にある。）の磁束によ
るもので、これ等は洩れ磁束と考えられる。

突極ｌ＠が磁極／６＄の右端に侵入し始めるときは、磁
束Ｐ、Ｇのみで、突極と磁極の巾が等しいと、このとき
のトルク曲線は、第ｊ図の曲線ダλとなる。

侵入するに従って、磁束Ｈの量が増大するので、トルク
が増大し、曲線グコ曝のように平坦なトルク特性とする
ことができる。

実測によると、突極巾Ｉミリメートルのとき磁極中はｉ
ｓミリメートル位がよい。

かかる手段によると、磁極１６番に励磁コイルを捲着し
たときに、その厚みが突極中を越えないように構成でき
るので、第１図のような偏平な電動機の構成に有効であ
る。

第３に効率が劣化する欠点がある。

励磁電流曲線は、第を図において１曲線ｔＩＡのように
なる。

通電の初期は磁励＄コイルのインダクタンスにより電流
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１６のようになる。

この末期のピーク値は、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
なり、効率を大巾に減少せしめる欠点がある。曲線ψ６
は１ｇｏ度の巾となっているので、磁気エネルギは点線
グ６０のように放電し、これが反トルクとなるので更に
効率が劣化する。

第φに、出力トルクを太き（すると、即ち突極と磁極数
を増加し、励磁電流を増加すると、回転速度が著しく小
さ（なる欠点がある。

一般に、リラクタンス型の電動機では、出カドＩりを増
大するには；・第亭図の磁極と突極の数を増加し、又両
者の対向・空隙を小さく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、第参図の磁極／Ａ　
Ｉ　、　／ｌａ　６　、・・・と突極／＠、／ｂ、、、
に蓄積される磁気エネルギは大きくなり、それＫより、
励磁電流の立上り傾斜が相対的忙ゆるくなり、又通電が
断たれても、磁気エネルギによる放電電流が消滅する時
間が相対的に延長され、従って、大きい反トルクが発生
する。

かかる事情により、励磁電流値のピーク値は小さくなり
、反トルクも発生するので、回転速度が小さい値となる
。

１回転する間に、７つの磁極に出入する磁気エネルギ、
の回数は５周知の３相Ｙ型の直流電動機に比較して著し
く多くなることも、リラクタンス型の電動機の回転速度
が低下する原因となりでいる。

＠４’図に＊イテ、磁極１６＠、ｌ＆ｂ、・・・ニハ、
励磁コイル／？　喀、　／りｂ　・・・が捲着されてい
る。

記号１６の部分は出路となる磁心である。記号１６及び
記号／４６！　、　／Ａ　ｂ　、、・・・を固定電機子
と呼称する。

突極は７個となり、等しい巾と等しい離間角となってい
る。磁極１６α、／６ｂ　・・・の巾は突極中と等しく
、６個が等しいピッチで配設されている。

励磁コイル／７　ｂ　、　／？　ｅが通電されると、突
極／ｂ　　／ｅが吸引されて、矢印Ａ方向に回転する。

Ｊｏ度何回転ると、励磁コイル／７　ｂの通電が停止さ
れ、励磁コイルｎｄが通電されるのテ、突極／ｄによる
トルクが発生する。

回転子ｌが６０度回転する毎に、励磁コイルの通電モー
ドが変更され、磁極の励磁極性は、磁極／ｌ、　ｂ　（
Ｎ極）、ｔｂｅ（Ｓ極）→磁極／６ｅ（Ｓ・極）、ｔｂ
ｄ（Ｎ極）→磁極／ｌ、ｄ（Ｎ極）　、　／Ａ　ｇ（Ｓ
極）→磁極／Ａ　ｇ　（Ｓ極）、ｉｔ、ｆ（Ｎ極）→出
極／Ａ　ｆ　（Ｎ極１．／Ａ藝（Ｓ、極）→とサイクリ
ックに交替されて、矢印Ａ方向に回転子Ｉが駆動される
Ｊ相のリラクタンス電動機となる。

励磁される。２個の磁極が常に異極となっている為に、
非動Ｓ磁極を通る洩れ磁束は互いに反対方向となり、反
トルクの発生が防止される。

上述した洩れ磁束を更に小さくする為には、第１の相の
磁極１６＠をコ個１組とし、それぞれを電機子コイルの
通電により、Ｎ、Ｓ磁極に励磁する。それぞれの２個の
磁極による洩れ磁束は、他の磁極において打消されて消
滅して、洩れ磁束が無くなる。

他の磁極／Ａ　６　、　／６ｅ　　・・・、ｌｂｆも、
それぞれ−組の構成となり、Ｎ、Ｓ極に励磁されるコ個
Ｉ組の磁極となる。効果も同様で洩れ磁束が消滅する。

この場合の突極１ｔｔ　　１ｂ　　・・・の数は。

７１個となる。各励磁コイルの１２０度の巾の通電区間
は、・最大トルクが得られるよう忙調整されている。

次に、第３図（りの回路により、Ｊ相のリラクタンス型
電動機即ち第１図及び第９図に示す電動機の通電制御に
ついて説明する。

ｌ？−の両端には、それぞれトランジスタ２Ｄ＠。

〃ｂ及び２０　ｅ　、　２０　ｄ及びＸ）　ｇ　、　Ｘ
）　ｆが挿入されている。トランジスタＸ）　＠、　２
０　ｂ　、　Ｘ）　ｏ　　・・・は、スイッチング素子
となるもので、同じ効果のある他の半導体素子でもよい
。例えばパワモスＦＥＴが使用される。

直流電源正負端子２ｍ、コｂより供電が行なわれている
。

端子！！１よりハイレベルの電気信号が入力されると、
トランジスタ２１）　ａ　、　２０　ｂが導通して、励
磁コイル７７４が通電される。端子夕！　ｂ　、　ｊｊ
−ｅよりハイレベルの電気信号が入力されると、トラン
ジスタ２ｉ：）　ｅ　、　２０　ｄ及びトランジス・り
〃ｄ２ｏｆが導通して、励磁コイル／７　ｐｐ　、　／
７　ｇが通電される。

ブロック回路ｎ、Ｅ、Ｆは、励磁コイルｔ７　ｈ／？　
ｃｌ　、　／７　ｆの通電制御回路で、励磁コイル／７
　ａの通電制御回路と全く同じ構成のものである。

従ッテ、端子ｒｒｄ　、夕ｓａ、ｒｓｆにハイレベルの
入力があると、それぞれ励磁コイル１．りす。

ｔｔｄ、ｔりｆが通電される。

端子りは、励磁電流を指定する為の基準電圧であ′る。

端子りの電圧を変更することにより、出力トルクを変更
することができる。

電源スィッチ（図示せず）を投入すると、オペアンブリ
０＄の十端子の入力は一端子のそれよす低いので、オペ
アンブリαの出力はローレベルとなり、トランジスタｑ
ｌａが導通して、電圧が励磁コイル／？　＠、　／７　
ｅ　、　／りｅの通電制御回路に印加される。

抵抗、２．２　Ｋ　、　ｕ　ｂは、それぞれ励磁；イル
／７４゜７７　ｅ　、　／７　ｇ及び／７６、／’）ｃ
ｌ、／７ｆの励磁電流を検出する為の抵抗である。

オペアンプｌＩｏ　ｂについても事情は全（同じで。

電源の投入とともにブロック回路１）、Ｅ、Ｆに電圧が
印加される。

端子ｊ−ｊ　ａの入力信号は、第Ｓ図の位置検知信号Ｊ
／導、　、７／　ｂ・・・又端子ｓｒ　ｂ　、　ｓｒ　
ｅの入力信号は。

位置検知信号Ｊコ４．３コｂ、・：・及び、ＩＪ　ｅＬ
、、　、：ＩＪ　ｂ　。

・・・となりでいる。

上起した曲線は同一記号で、第１図のタイムチャートに
示されている。曲線Ｊ／　ａ　、　３２　ｇ　。

３３８　・・・は連続しているので、それ等の境界が太
線で示されている。

又第Ｓ図の位置検知信号３６α、　ＪＡ　ｂ　、・・・
３４４　、３１４　ｈ　　・、　ｊｊ　４　、３！　ｂ
　　−）！、それぞれ第５図（ＩＬ）の端子夕ｒｄ、、
ｒｒｇ、ｚｒｆに入力されている。

第１図忙は、曲線：Ｕ　ａ　、評φ、３ｊ＠　　・・・
が示され、それ等は連続し、境界は太線で示されている
。第１図の位置検知信号曲線３１αが、第３図（ａ）の
端子、ｔｊ−８に入力された場合について説明する。

第１図において、励磁電流は、点線３７墨のように増大
する。リラクタンス型の電動機では、インダクタンスが
大きいので、曲線Ｊｌ　ｅ＆始端部の立上りはおそくな
る。従って端子コＣの印加電圧を対応して大きくする必
要がある。高速度となるに従って１曲ＩＩｉ！Ｊｌ↓の
巾は小さくなるので、端子、ｉｌｌの電圧を対応して高
電圧のものを使用する必要がある。

励磁電流が設定値（第Ｓ図（ｎ）の端子ａＯの基準電圧
により指定される。）を越えると、オペアンプｐｏ　ａ
の出力がハイレベルとなるので、トランジスタｑ／ａは
不導通となる。

従って、コンデンサダクαより、励磁電流が供与され、
励磁電流値が減少し、所定値だけ減少すると、オペアン
プＩＩＱ　４のヒステリシス特性にヨリ、オペアンブリ
１の出力は再びローレベルに転化する。従って、再び励
磁電流が増大する。

設定値を越えると減少する。かかるサイクルを繰返して
、第１図の矢印Ｍ　ＣＬの区間を経過する。

曲線３／　４の末端において、第Ｓ図（４）の端子ｓｒ
αの入力が消滅する。従って、励磁コイル／７　＠に蓄
積された磁気エネルギは、トランジスタＸ）　ｓ　、　
２０　ｂがともに不導通となるので、ダイオード２１ｂ
→電源（コンデンサｑｇｃ）→抵抗＝曝→ダイオード２
／　ＣＬの順で通電されて消滅する。

次に、位置検知信号３−８により、トランジスタｘｚｅ
、ｘｄが導通するので、励磁コイル／りＣの通電が開始
され、第１図の点線３ｑ＄のように、電流が増大する。

点線、？？ｂは、上記した励磁コイル／り尋の磁気エネ
ルギの放出による電流曲線である。

矢印３１　ｂの巾は、点＠３りｂと点線、７９１にの降
下と立上り部の巾を示している。矢印３１ｂの巾が、７
０度を越えると反トルクが発生し、又トルクも減少する
。

高速度となるに従って、曲線３コ導の巾が小さくなるの
で、矢印、ｔｇ　ｂの巾も対応して小さくする必要があ
る。この為には、端子、２８の電圧を上昇することによ
り目的を達成することができる。

本発明装置では、ダイオード１７９　ＣＬが挿入されて
いるので、電源端子コ４の電圧の上昇による上述した効
果は少ないように考えられる。

しかし、次に述べる理由により同じ効果がある。

曲線３７爆の末端において、励磁コイル／７＠の通電が
断たれると、蓄積された磁気エネルギは、コンデンサ何
αを充電し、高電圧の充電電圧により、励磁コイル／’
ｌ　ｅの通電の立上りを急速とする。

従って、実質的に、端）λ＄の電圧を高くしたことと同
じ効果がある。コンデンサｔＩざαの容量を小さくする
と、充電電圧の上昇も急速となるので、電動機の回転速
度と励磁電流値に対応した容量のコンデンサとすること
がよい。

端子２８の電圧をあまり高くしないで、高速度とする為
に、ダイオードＲＩＢは不可欠の部材となる。

コンデンサａｔ　ａの容量は小さい本のでよく、出力の
小さい電動機の場合には除去することもできる。

出力トルクを増大する為には、第Ｓ図（りの基準電圧端
子ｌＩＯの電圧を上昇すればよい。

以上の説明のように、本発明装置では、高速回転をする
ことができ、出力トルクは、基準電圧（出力トルクの指
令電圧）により、独立に制御されることが特徴となって
いる。

励磁コイル／７０の位置検知信号による制御電流の制御
は、第３図（ａＪのオペアンプａｏａ　　トランジスタ
ｕ／　ＩＢのチョッパ作用により、第１図の点線、７９
　ｂで示すように、トランジスタｌＩ／　ａのオンオフ
により変化し、曲線３コαの末端において、点線のよう
に急速に降下する。

次に、位置検知信号３３１！が、第Ｓ図（−）の端子ｊ
３ｑに入力されると、励磁コイル／’ｌ　ｇの通電が同
様に行なわれる。

以上のように、励磁コイル／’）　ＩＢ　、　／りｅ　
、　７７１！は、順次に連続して通電されて出力トルク
が発生する。

以上の通電のモードをＡ相の通電モードと呼称する。

第を図の位置検知信号３ｔ、　ｔｘ　、　３ｔ、　ｂ　
　・・・、ＪダＣ０３ダｂ　・・・、　：ｌＪ　４　、
　ｊｊ　ｂ　　・・・は、それぞれ第３図ＣＧ）の端子
ｓｒｄ　、　ｓｒ−、ｓｒ　ｆに入力され、ブロック回
路１）、ＥＦＶｃ含まれる励磁コイル／７　ｂｉｙｄ、
ｔｔｆの通電を制御する。

第１図に、曲線３１．　、ｇ　、３４（α、　３３↓が
示されている。これ等は１．２０度の巾で隣接し、上段
の曲線より６０度位相がおくれでいる。

曲線３４８　、３ダｅＬ　、　Ｊ！；αの両端の点線部
は、励磁電流の立上りと降下部を示している。立上りと
降下部の巾は、ダイオード１Ｉｑｂ　　コンデンサｐｇ
　ｂにより規制されることは、Ａ相の場合と同様である
。

又コンデンサ’１７ｂ　　トランジスタｔｔｉｂ２オペ
アンプグθｂ、基準電圧端子グ０の電圧による各曲線の
中間部のチョッパ制御もＡ相の場合と同様である。作用
効果も又同様である。

曲線３Ａ　＠　、　３／、　ｂ−ｊダ、　　３Ｑｂ−３
！；ａ３３ｂ　・・・による励磁コイル／７　ｂ　、　
／７ｄ　、　／’）ｆの通電制御をＢ相の通電モードと
呼称する。

本実施例のよりな３相の電動機は、第１相。

第コ相、第３相の通電モ゛°−ドとなることが一般的な
表現であるが゛、本明細書では、一つに分離してＡ相、
Ｂ相の通電モードと呼称している。

抵抗ｎ＠に流れる電流、抵抗−ｂＶＣ流れる電流をそれ
ぞれ同相の励磁電流と呼称する。

第を図の曲線杯は、Ａ相の励磁コイルによるトルク曲線
を示し、曲線結（点線）はＢ相の励磁コイルによるトル
ク曲線を示し、両開線の合成トルクが出力トルクとなる
。矢印の線分鉢αｌＩｓ　ａは、位置検知信号３コ−（
励磁コイル／りＣによるもの）及び位置検知信号３ａａ
（励磁コイル／’Ｉ　（Ｌによるもの）によるトルク曲
線の区間を示している。

３相Ｙ型接続の半導体電動機に相似したトルク曲線とな
り、効率良く、比較的平坦なトルク特性となる特徴があ
る。

上述した説明より理解されるように、第ｇ図の位置検知
信号曲線３７ａ　、　Ｊ／　ｂ　　・・・１曲線３コ＄
Ｊ２　ｂ　　・・・２曲線３Ｊα、　３．３　ｂ　、・
・・は、励磁コイル／７　ｍ　、　／？　ａ　、　／７
　ｇの１２０度の巾の通電制御を行ない、又位置検知信
号曲線ＪＡＬＸ　、　ＪＡ　ｂ　、・・・９曲線、？＆
　Ｇ　、　ＪＩ４　ｂ　、　−、、曲線３１　ｃＬ、　
３！　ｂ　　−は、励磁コイル／７　ｂ　、　／ｌ　ｄ
　、　／りｆのｌ−〇度Ω巾の通電制御を行なっている
。

一般のチョッパ回路は、励磁コイルのインダクタンスに
より周波数が変化する。

リラクタンス型の電動機は、磁極の磁束量が太き（変化
するので、インダクタンスも大きく変化して、チョッパ
周波数を大きく変化して、チョッパ作用が不安定となる
不都合がある。

しかし、本発明装置によると、チョッパ周波数を決定す
る主要な要素となるのは第５図（−）のコンデンサダグ
１．ダクｂの容量となるので、上述した著しいチョッパ
周波数の変動が避けられて、実用化できる特徴がある。

出力トルク即ち励磁電流値を指定するのは、基準電圧（
第ま図（−）の端子Ｑの電圧）のみなので、印加電圧に
無関係となる。従って、第５図（ｇ）の電源端子−ａ　
　２ｂのりプル電圧は余り関係がないので、交流電源の
場合に、その整流の為のコンデンサは大容量の必要がな
く、又交流電源が３相の場合には、コンデンサは更゛に
小容量となり、電源を簡素化できる特□徴がある。

上述した説明より判るように、本発明装置によれば、前
述したリラクタンス型の電動機のい（つかの欠点を除去
できる特徴がある。

第１図示の実施例は、外転型であるが、内転型として構
成しても本発明を実施することができる。

第ｑ図につき説明したように、励磁される磁極は、／Ａ
　”　＊　／４　ｂ＋／６ｂ、　／Ａ　’　Ｘ　→ｓ／
Ａ　’　ｅ　／Ａつ磁気吸引力のベクトルは励磁の変化
とともに回転する。

従って、回転軸と軸受の押圧力も、磁気吸弓力のベクト
ルと同期して回転し、回転軸は軸受を１方向に押圧した
まま回転する。

従って振動の発生が抑止され、リラクタンス型の電動機
の重欠点の１つである機械振動が除去される特徴がある
。

第１図示の実施例によると、径が３０ミリメートル、高
さがｔミリメートルで出力トルクがｙｏｏ　−ｓｏｏグ
ラムセンチメートル位のものを得ることができる。従っ
て、稀土属元素をマグネットに利用した直流電動機より
すぐれた特性の電動機を得ることができる。従って、フ
ロッピデスクの駆動電動機として利用できる。

この場合の定速制御手段について説明する。

第２図（＠）　Ｃｂ）の装置は、前述したように、回転
数に比例した周波数の電気信号を得る為の周知の手段で
、ＦＧ装置と呼称される。ＦＧ装置は、第３図（ｂ）に
記号具で示されている。

ＦＧ装置Ｓ６の出力はＦＶ回路５７に入力され、その出
力は、回転速度に比例する電気信号となり、オペアンプ
ＳＳの一端子の入力となっている。

オペアンプｊｌの子端子の入力信号は、回転速度を設定
値に保持する為の基準圧電８入力される。

端子ｓｇ　ａの出力は、第３図（Ｑの端子ｔｉｏに接続
つされ、又端子り基準電圧源は除去される。

起動時には、第ｊ図Ｃｂ）のオペアンプＳＳの子端子の
入力は、一端子の入力より大きいので、端子ｓｓ　６１
の出力即ち第３図（６）の端子りの入力電圧は最も大き
くなる。

従って、励磁電流は最大となり起動し、設定された回転
数の近傍に達すると、オペアンプＳｓの一端子の入力電
圧が子端子の入力電圧に近ず（ので、オペアンプＳＳの
出力即ち励磁電流を規制する電気信号も小さくなり、負
荷に対応する出力トルクで平衡して設定速度が保持され
て定速制御を行なうことができる。

〔効果〕

第１の効果交流を電源として、整流して電源とする場合に、整流用
のコンデンサが小容量ですみ、又力率を改善し、電気ノ
イズの発生が抑止される。

第２の効果運転中の機械振動と騒音の発生が防止される。

又小出力の電動機の場合には、突極数が７個となり、小
型、小径の電動機の得られる効果がある。

第３の効果実施例の説明より理解されるように９、回転速度は印加
電圧により、又出力トルクは、励磁電流により独立に制
御できるので、使用目的に応じて、高速、高トルクのリ
ラクタンス電動機を自由に設計することができる。従っ
て直流電動機として利用して有効な手段を提供できる。

特に、回転子が単なる珪素鋼板の積層体となるので、高
速度の回転でも遠心力により破損することがない。又回
転子に高価な稀士属マグネットを使用しないで、同等の
出力トルクが得られる効果がある。

出力トルクに無効な励磁電流が遮断されているので、効
率を上昇せしめることができる。

回転速度と出力トルクを独立に自由に変更できるので、
かかる特性を利用して、トルクと回転速度の特性を良好
とすることができる。

又励磁電流を制御することにより定速制御を行なうこと
ができる。

第ダの効果高トルクとすると、特にリラクタンス型の電動機では、
励磁コイルのインダクタンスが大きくなり、反トルクを
発生するので低速となる。

これを防止して高速高トルクの特性を得る為に、励磁コ
イルに蓄積された磁気エネルギを電源に急速に環流して
、励磁電流曲線を／ざ０度の巾の間にあるように規制し
て目的を達成しているものである。

第３の効果必要により、偏平小型な電動機とすることができる。

第６の効果３相の電動機をＡ相とＢ相の通電モードとすることがで
きるので、励磁電流の制御回路が一系統ですみ、電気回
路が簡素化される。位置検知素子も２個となり簡素化さ
れる。

第１の効果位置検知素子をコイルとすることにより、廉価となり、
又耐熱性の良好な位置検知装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明装置の実施例の説明図、第一図は、周
波数発電装置の説明図、第３図は、位置検知信号を得る
電気回路図、第を図は、回転子埃極と固定電機子磁極の
展開図、第３図は、励磁コイルの通電制御回路図、第６
図は、出力トルクを平坦とする手段の説明図、第１図は
、位置検知信号のタイムチャート、第ｊ図は、位置検知
信号、励磁電流、出力トルクのタイムチャートをそれぞ
れ示す。／、／４　　ｌｂ　　・・・回転子と突極、コ４　２ｂ
・・・直流電源圧負極、　　３・・・基板、弘・・・回
転軸、　　！、＆・・・軸受、　　１７　／７爆／７ｂ
、・・・励磁コイル、　　／ｌ、　　ｔｔ、ｅｓ　　ｔ
ｔ、ｂ　　・・・磁極、　　１０・・・円筒、　　コ・
・・回転子、　　／９゜／４ｔ１！　、／ダｂ　・・・
段差部、　　ざα　ｇｂ・・・コイル、　　　デ・・・
円環状マグネット回転子、／コ、／３・・・誘導出力を
得る導体部、　　７・・・発振器、　　ｐ６ｇ　、　＜
ｔａ　ｂ　、　／ｌ；　４　、　ｉｇ　ｂ　、　／ざｅ
、ａ６ｔｔｔｉｏ　ｂ　、　ｓｇ・・・オペアンプ、　
　Ｂ・・・位置検知信号を得るブロック回路、　　、Ｚ
）、Ｅ、Ｆ・・・励磁コイル／？ｂ　、／７ｄ、／７ｆ
の通電制御ブロック回路、２０ｓ　、　２０ｂ　　・−
、２０ｆ　、　ＩＩ／　ｓ　、　ｔａ／ｂ・・・トラン
ジスタ、　　タロ・・・ＦＧ装置、　　５７・・・ＦＶ
回路、３／　＠　、　Ｊｌ　ｂ　　・、　Ｊ２　藝、　
、３２　ｂ　　−、３３ｒＬ　、　３．３　ｂ。 …、　３４ｃｍ　、　３１ｔｂ　　…、　ｊｋａＬ　、
　３１；ｂ　、−、３１＠ＪＡｂ　　・・・位置検知信
号曲線、　　ｕａ　、　ｐｘ　ｅ・・・励磁電流曲線、
　　　ダコ、ダ２Ｃ，ダダ、ダ５・・・トルク曲線。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　３相のリラクタンス型の電動機において、回転
子と同期して同軸で回転する位置検知用回転子と、該回
転子の円周面において、電気角で１２０度の巾で、順次
に物理的性質の異なる３つの部分がｎ組（ｎは正の整数
）配設され、これ等に対向して物理的性質の差を検知し
て、電気角で１２０度の巾で、時間的に重畳しなく、し
かも順次に連続した位置検知信号が配設されるＡ相の位
置検知信号及びＡ相の位置検知信号と電気角で６０度の
位相差のある同じ構成のＢ相の位置検知信号が得られる
互いに電気角で（６０＋１２０ｎ）度離間して設けられ
た位置検知素子２個を含む位置検知装置と、第１の相の
励磁コイル１組を第１，第■の励磁コイル、第２の相の
励磁コイルを第２，第■の励磁コイル、第３の相の励磁
コイルを第３，第■の励磁コイルと呼称し、又、第１，
第２，第３の励磁コイルをＡ相の励磁コイル、第■，第
■，第■の励磁コイルをＢ相の励磁コイルと呼称したと
きに、Ａ相の位置検知信号により、Ａ相の励磁コイルの
それぞれに直列に接続されたトランジスタをサイクリツ
クに付勢して対応する励磁コイルを直流電源より通電し
、Ｂ相の位置検知信号により、Ｂ相の励磁コイルのそれ
ぞれに直列に接続されたトランジスタをサイクリツクに
付勢して対応する励磁コイルを直流電源より通電して、
１方向の出力トルクを発生せしめる通電制御回路と、前
記した直流電源正極とＡ相，Ｂ相の励磁コイルとの間に
それぞれ挿入された第１，第２のダイオードと、第１，
第２のダイオードの入力側と直流電源負極側に接続され
たコンデンサと、直流電源正極と第１，第２のダイオー
ドとの間にそれぞれ挿入された第１，第２の半導体スイ
ツチング素子と、Ａ相とＢ相の励磁コイルの励磁コイル
の励磁電流を検出して、励磁電流が設定値を越えたとき
から、所定値まで減少する区間だけ検出信号を発生する
電気回路と、該検出信号により、対応する第１若しくは
第２の半導体スイツチング素子を不導通に保持して、励
磁電流を設定値とするチヨツパ回路と、位置検知信号に
より、励磁コイルの通電される区間が、最大トルクを発
生する区間と合致するように前記した位置検知素子を固
定電機子側に固定して設ける手段とより構成されたこと
を特徴とする３相リラクタンス型電動機。
（２）　第（１）項記載の特許請求の範囲におい、基板
に設けたポール軸受により、回動自在に支持された回転
軸と、該回転軸の上端に底面中央部が固定された逆カツ
プ状の偏平な回転子と、該回転子の内側面に外周が固着
され，内周面に等しい巾で、等しい離間角で配設された
７個の突極と、該突極に僅かな空隙を介して対向し、突
極と同じ巾の第１，第２，第３の相の１組の磁極をそれ
ぞれ第１，第■の磁極、第２，第■の磁極、第３，第■
の磁極と呼称したときに、第１，第２，第３，第■，第
■，第■の順で外周面に等しいピツチで各磁極が配設さ
れた固定電機子と、第１，第２，第３，第■，第■，第
■の磁極にそれぞれ捲着された第１，第２，第３，第１
，第２，第３の励磁コイルと、回転速度を検出して回転
速度に比例する速度検出信号を得る電気回路と、該速度
検出信号により、励磁電流を設定値とするチヨツパ回路
の設定値を変更して、負荷に対応する励磁電流として定
速回転を行なう電気回路とより構成されたことを特徴と
する３相リラクタンス型電動機。