JPH0746808A - ３相リラクタンス型電動機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 振動が少なく、高速回転でしかも大きい出力
トルクで、トルク特性の平坦な出力トルクの３相リラク
タンス型電動機を得ることが目的である。 【構成】 ｎ個（ｎは２以上の正整数）の等しい巾と等
しい離間角で配設された突極を有する回転子と、その外
周に３相の電機子コイルの装着された磁極が対向して設
けられた第１の固定電機子と、第１の固定電機子により
得られる出力トルクのリプルトルクを除去する出力トル
クを付加する為の第２の固定電機子ならびにこれに対応
する回転子の突極とにより構成されたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】大きい出力で、しかもトルクリプ
ルが少ないので動力源として広い用途がある。例えば電
気自動車、電気自転車、クレーン、電気掃除機等に利用
できる。

【従来の技術】リラクタンス型電動機は、出力トルクの
大きい特性があるが、回転速度がおそいこと、振動が発
生すること等の欠点の為に実用化された例はない。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】第１の課題 リラクタ
ンス型の電動機の場合には、電機子コイルの磁路が、突
極と磁極の磁路が殆んど閉じられているのでインダクタ
ンスが大きく従って磁極と突極に蓄積され若しくは放出
される磁気エネルギの量が大きく、又１回転毎の蓄積と
放出の回数が多い。従って、出力トルクは大きい長所が
ある反面に低速となる問題点がある。大出力の電動機と
なると上述した問題は解決することが更に困難となる。
第２の課題 図１は周知の３相片波通電のリラクタンス
型電動機の平面図である。記号１６は固定電機子で、珪
素鋼板積層体で作られ、磁極１６ａ，１６ｂ，…には電
機子コイル１７ａ−１，１７ｂ−１，…が装着される。
回転子１は矢印Ａ方向に回転する。記号５は回転軸であ
る。電機子コイル１７ｂ−１，１７ｅ−１が通電される
と、回転子１は矢印Ａ方向に回転し、電気角で１２０度
回転すると通電が停止され、次に電機子コイル１７ｃ−
１，１７ｆ−１が通電され、電気角で１２０度通電する
と同じ角度回転する。上述したように、電機子コイル１
７ａ−１，１７ｄ−１→１７ｂ−１，１７ｅ−１→１７
ｃ−１，１７ｆ−１の順の通電により矢印Ａ方向に回転
する。上述した回転のトルクは、突極が２個づつ関与
し、他の４個は関与しない。６個の突極が同時にトルク
を発生すればトルクは３倍となるが、これが達成できな
い問題点がある。第３の課題 電機子コイル１７ａ−
１，１７ｄ−１が通電されると、磁極１６ａ，１６ｄは
突極１ａ，１ｅに径方向に吸引されるので、固定電機子
１６は吸引力により変形歪曲する。回転して磁極１６
ｂ，１６ｅと磁極１６ｃ，１６ｆと対向突極との吸引に
より固定電機子１６は変形する。かかる変形により振動
が発生する問題点がある。又突極と磁極間の空隙を一定
とすることが技術的に困難なので回転子１の受ける吸引
力は回転とともに変化して回転子１が径方向に振動す
る。従って振動音を発生し、又回転子１の回転軸の軸受
の耐用時間を少なくする問題点がある。大型で大出力の
ものとなると上述した問題点は解決が困難となる。第４
の課題 第２の課題を解決すると、図１０について後述
するように大きいリプルトルクを発生する問題点があ
る。

【０００３】

【課題を解決するための手段】第１の手段 ３相両波通
電のリラクタンス型電動機において、磁性体回転子の外
周面の両側部に等しい巾と等しい離間角で配設されたｎ
個（ｎは２以上の正整数）の第１，第２の突極と、円筒
状の第１の固定電機子の内周部に等しい離間角で配設さ
れた３ｎ個のスロットと、隣接する２個のスロットのそ
れぞれに装着された３ｎ個の第１，第２，第３の相の電
機子コイルと、第１の固定電機子と全く同じ構成で、そ
のスロットに位相が電気角で１２０度づつ順次にずらし
て第１，第２，第３の相の電機子コイルが装着された第
２の固定電機子と、第１，第２の固定電機子のスロット
の相対位置をずらして、対応する第１，第２，第３の相
の電機子コイルと第１，第２，第３の相の電機子コイル
の相対位置を電気角で６０度の奇数倍だけずらして配設
するか若しくはこれ等を同相として、対向する第１の突
極と第２の突極の位置を６０度の奇数倍だけずらして配
設する手段と、第１の突極の回転位置を検出して、電気
角で１２０度の巾で互いに２４０度離間した第１の相の
位置検知信号ならびにこれ等より位相が電気角で１２０
度おくれた第２の相の位置検知信号ならびにこれ等より
位相が電気角で１２０度おくれた第３の相の位置検知信
号ならびに第１，第２，第３の相の位置検知信号よりそ
れぞれ位相が電気角で６０度の奇数倍おくれた第１，第
２，第３の相の位置検知信号が得られる位置検知装置
と、第１，第２，第３，第１，第２，第３の相の電機子
コイルのそれぞれに直列接続された半導体スイッチング
素子と、該電機子コイルと半導体スイッチングとの直列
接続体に供電する直流電源と、第１，第２，第３，第
１，第２，第３の相の位置検知信号を介してそれぞれ第
１，第２，第３，第１，第２，第３の相の電機子コイル
に直列に接続した半導体スイッチング素子を位置検知信
号の巾だけ導通して電機子コイルを通電する通電制御回
路と、半導体スイッチング素子が位置検知信号の末端で
不導通に転化したときに、該半導体スイッチング素子と
電機子コイルとの接続点より、ダイオードを介して電機
子コイルにより蓄積された磁気エネルギを小容量のコン
デンサに流入充電して保持することにより電機子コイル
の通電電流の降下を急速とする電気回路と、設定された
角度だけ磁性体回転子が回転して次に通電される電機子
コイルが位置検知信号によりその巾だけ通電されるとき
に、その通電の開始されると同時に前記した小容量のコ
ンデンサに蓄積された静電エネルギを、該電機子コイル
に流入せしめて、通電電流の立上がりを急速とする電気
回路とより構成されたものである。第２の手段 ３相片
波通電のリラクタンス型電動機において、磁性体回転子
の外周面に等しい巾と等しい離間角で配設されたｎ個
（ｎは２以上の正整数）の第１の突極と、磁性体回転子
と同軸で同期回転する磁性体回転子の外周面に等しい巾
と等しい離間角で配設された３ｎ個の第２の突極と、円
筒状の固定電機子の内周部に等しい離間角で配設された
３ｎ個のスロットと、隣接する２個のスロットのそれぞ
れに装着された３ｎ個の第１，第２，第３の相の電子コ
イルと、固定電機子に並置された円筒状磁性体の内周部
に等しい離間角で突出されるとともに所定の巾の少なく
ともｎ個の磁極ならびにこれ等に装着された励磁コイル
と、第１，第２の突極のそれぞれを僅かな空隙を介して
前記した固定電機子内周面と円筒状磁性体の磁極と対向
して保持する手段と、第１の突極の回転位置を検出し
て、電気角で１２０度の巾で互いに２４０度離間した第
１の相の位置検知信号ならびにこれ等より位相が電気角
で１２０度おくれた第２の相の位置検知信号ならびにこ
れ等より位相が電気角で１２０度おくれた第３の相の位
置検知信号が得られる位置検知装置と、第１，第２，第
３の相の電機子コイルと励磁コイルのそれぞれに直列接
続された半導体スイッチング素子と、電機子コイルと励
磁コイルのそれぞれと半導体スイッチング素子の直列接
続体に供電する直流電源と、第１，第２，第３の相の位
置検知信号を介してそれぞれ第１，第２，第３の相の電
機子コイルに直列接続した半導体スイッチング素子を位
置検知信号の巾だけ導通して電機子コイルを通電する通
電制御回路と、第２の突極の位置を検出して得られる位
置検知信号により、第２の突極に対向する磁極に該突極
が侵入する点より励磁コイルを通電し、両者が対向した
点で通電を断つ電気回路と、半導体スイッチング素子が
位置検知信号の末端で不導通に転化したときに、該半導
体スイッチング素子と電機子コイルとの接続点より、ダ
イオードを介して電機子コイルにより蓄積された磁気エ
ネルギを小容量のコンデンサに流入充電して保持するこ
とにより電機子コイルの通電電流の降下を急速とする電
気回路と、設定された角度だけ磁性体回転子が回転して
次に通電される電機子コイルが位置検知信号によりその
巾だけ通電されるときに、その通電の開始されると同時
に前記した小容量のコンデンサに蓄積された静電エネル
ギを、該電機子コイルに流入せしめて、通電電流の立上
がりを急速とする電気回路ならびに前記した励磁コイル
の通電を電機子コイルの通電電流に対応した値に保持す
る通電電流制御回路と、電機子コイルの通電による出力
トルクのリプルトルクの凹部に励磁コイルの通電による
リプルトルクの突部を合致せしめるようにトルクを発生
する部材の相対位置を調整する手段とより構成されたも
のである。

【０００４】

【作用】第１の作用 リラクタンス型の電動機は、電機
子コイルの通電による電機子磁心と回転子の突極の磁路
が殆ど閉じられているので、そのインダクタンスが大き
い。従って電機子コイルの通電の初期の立上りがおそ
く、又通電が断たれたときに電流の降下が延長される。
従って高速回転が不可能となる欠点がある。大出力の電
動機とするとこの欠点は助長される。本発明装置では、
電機子コイルの通電が断たれたときに、電機子コイルの
磁気エネルギを小容量のコンデンサに充電して電流降下
を急速とし、該コンデンサの高電圧を利用して次に通電
される電機子コイルの通電の立上りを急速としている。
従って大きい出力の電動機即ち径が大きく、突極数の多
い電動機でも高速回転とすることができる。

【０００５】第２の作用 回転子の突極のすべてが出力
トルクに休止することなく寄与しているので、大きい出
力トルクが得られる作用がある。第３の作用 回転子の
突極のすべてが径方向に外側方向に磁気的に吸引されて
いるので振動の発生が防止される。

【０００６】第４の作用 上述した第２の作用を達成す
るように構成すると次に述べる欠点を発生する。即ち図
１０につき後述するように磁極巾に対応した大きいリプ
ルトルクを発生する。本発明装置では、リプルトルクの
凹部の位置にリプルトルクの突部のある出力トルク曲線
を有する装置を付加して出力トルクを平坦として上述し
た欠点を除去する作用がある。

【０００７】

【実施例】次に実施例につき本発明装置の詳細を説明す
る。各図面の同一記号の部材は同じ部材なので重複した
説明は省略する。図２において、外筺９の内側には、円
筒状の固定電機子１６が固着されている。固定電機子１
６は、珪素鋼板を積層した周知の手段により作られてい
る。この内周面にはスロット６個が等しい離間角で配設
され、各スロットに電機子コイルが捲回して装着され
る。スロット１７ａ，１７ｂには電機子コイルが捲回さ
れ、電気角で１２０度離間した２個のスロットに装着さ
れる。以降の角度表示はすべて電気角とする。スロット
１７ｂ，１７ｃ及びスロット１７ｃ，１７ｄにもそれぞ
れ電機子コイルが捲回される。他の電機子コイルも同様
な構成となり、隣接するスロットに捲回装着される。外
筺９の両側の軸受には回転軸５が回動自在に支持され、
これに磁性体回転子１が固定される。回転子１は固定電
機子１６と同じく珪素鋼板積層体で作られている。回転
子１の外周には１８０度の巾で１８０度離間した突極１
ａ，１ｂが突出して設けられ、この外周は０．５ミリメ
ートル位の空隙を介して磁極１６ａ，１６ｂ，…と対向
する。

【０００８】図２の展開図を図３に示す。点線Ｂの左側
が図２の展開図である。回転子は記号１として固定電機
子は記号１６として示される。図３において、スロット
１７ａ，１７ｂに捲回される電機子コイルは最下段の電
機子コイル９ａとして表示できる。スロット１７ｂ，１
７ｃに捲回される電機子コイルは、電機子コイル９ｃと
して表示できる。同様に他の電機子コイルも記号９ｅ，
９ｂ，９ｄ，９ｆとして表示できる。電機子コイル９
ａ，９ｂは直列に接続され端子８ａ，８ｄより供電され
る。電機子コイル９ｃ，９ｄ及び電機子コイル９ｅ，９
ｆもそれぞれ直列に接続され、端子８ｂ，８ｅと端子８
ｃ，８ｆより供電される。各電機子コイルは１２０度離
間し、電機子コイル９ａ，９ｂ，電機子コイル９ｃ，９
ｄ，電機子コイル９ｅ，９ｆはそれぞれ第１，第２，第
３の相の電機子コイルとなる。回転子１が１２０度左方
に移動して停止しているときに、第１の相の電機子コイ
ル９ａ，９ｂに通電すると、突極１ａ，１ｂは磁極１６
ａ，１６ｄにより磁気的に吸引されて矢印Ａ方向に回転
する。１２０度回転したときに通電を停止し、電機子コ
イル９ｃ，９ｄ（第２の相の電機子コイル）を通電する
と更に右方に回転し、１２０度回転したときに通電を停
止し、第３の相の電機子コイル９ｅ，９ｆに通電すると
更に右方に回転する。上述した説明より判るように第
１，第２，第３の相の電機子コイルに１２０度の区間だ
け順次に通電すると、回転子１は矢印Ａ方向に回転して
３相片波通電のリラクタンス型電動機となる。

【０００９】突極１ｃを付加して３突極とすることがで
きる。この場合には点線Ｂは右方に３６０度移動する。
突極数は２個以上複数個の突極とすることができ、比例
して出力トルクが増大する。図１の電動機の場合には、
突極１ａ，１ｂ，…は６個あるが出力トルクに有効なも
のは２個である。本発明の手段によると、６個の突極よ
り出力トルクが得られるので３倍の出力トルクとなる効
果がある。従来の図１に示す電動機の場合には、突極１
ａ，１ｅにより固定電機子１６は磁気吸引力を矢印４−
１，４−４の方向に受けて変形し、１２０度回転する
と、突極１ｂ，１ｆにより矢印４−２，４−５の方向の
吸引力により変形し、次に１２０度回転すると、矢印４
−３，４−６の方向の吸引力により変形する。従って固
定電機子１６は回転とともに変形の方向が変化して振動
を発生する欠点がある。本発明装置では、突極のすべて
に同時に吸引力が発生するので固定電機子１６は同周方
向の圧縮力が発生するのみで変形がなく、従って振動の
発生が抑止される作用効果がある。電機子コイルにより
磁化される磁極の極性は、図２において軸対称の位置に
ある磁極が異極となるように磁化される。

【００１０】次に図３の回転子１が対向する固定電機子
１６により駆動される電機子コイルの通電制御手段を説
明する。図３の電機子コイル９ａ，９ｂを電機子コイル
３９ａ，電機子コイル９ｃ，９ｄ，電機子コイル９ｅ，
９ｆをそれぞれ電機子コイル３９ｂ，３９ｃと呼称す
る。図３の回転子３は回転子１と同軸で同期回転するよ
うに構成され、アルミニユームのような導体で作られ
る。突極３ａ，３ｂ，３ｃ…は１８０度の巾となり、図
示の相対位相で回転する。コイル１０ａ，１０ｂ，１０
ｃは、突極３ａ，３ｂ，…の位置を検出する為の位置検
知素子で、図示の位置で電機子１６の側に固定され、コ
イル面は、突極３ａ，３ｂ，…の側面に空隙を介して対
向している。コイル１０ａ，１０ｂ，１０ｃは１２０度
離間している。コイルは５ミリメートル径で３０ターン
位の空心のものである。図６に、コイル１０ａ，１０
ｂ，１０ｃより、位置検知信号を得る為の装置が示され
ている。図６において、コイル１０ａ，抵抗１５ａ，１
５ｂ，１５ｃはブリッジ回路となり、コイル１０ａか突
極３ａ，３ｂ，…に対向していないときには平衡するよ
うに調整されている。従って、ダイオード１１ａ，コン
デンサ１２ａならびにダイオード１１ｂ，コンデンサ１
２ｂよりなるローパスフイルタの出力は等しく、オペア
ンプ１３の出力はローレベルとなる。記号１０は発振器
で２メガサイクル位の発振が行なわれている。コイル１
０ａが突極３ａ，３ｂ，…に対向すると、銅損によりイ
ンピーダンスが減少するので、抵抗１５ａの電圧降下が
大きくなり、オペアンプ１３の出力はハイレベルとな
る。

【００１１】ブロック回路１８の入力は、図１２のタイ
ムチヤートの曲線４５ａ，４５ｂ，…となり、反転回路
１３ａを介する入力は、曲線４５ａ，４５ｂ，…を反転
したものとなる。図６のブロック回路１４ａ，１４ｂ
は、それぞれコイル１０ｂ，１０ｃを含む上述したブロ
ック回路と同じ構成のものを示すものである。発振器１
０は共通に利用することができる。ブロック回路１４ａ
の出力及び反転回路１３ｂの出力は、ブロック回路１８
に入力され、それらの出力信号は、図１２において、曲
線４６ａ，４６ｂ，…，及び曲線４６ａ，４６ｂ，…を
反転したものとなる。ブロック回路１４ｂの出力及び反
転回路１３ｃの出力は、ブロック回路１８に入力され、
それらの出力信号は、図１２において、曲線４７ａ，４
７ｂ，…及びこれを反転したものとなる。曲線４５ａ，
４５ｂ，…に対して、曲線４６ａ，４６ｂ，…は位相が
１２０度おくれ、曲線４６ａ，４６ｂ，…に対して、曲
線４７ａ，４７ｂ，…は位相が１２０度おくれている。
ブロック回路１８は、３相Ｙ型の半導体電動機の制御回
路に慣用されている回路で、上述した位置検知信号の入
力により端子１８ａ，１８ｂ，…，１８ｆより１２０度
の巾の矩形波の電気信号が得られる論理回路である。端
子１８ａ，１８ｂ，１８ｃの出力は、図１２において、
それぞれ曲線４９ａ，４９ｂ，…，曲線５０ａ，５０
ｂ，…，曲線５１ａ，５１ｂ，…として示されている。
端子１８ｄ，１８ｅ，１８ｆの出力は、それぞれ曲線５
１ａ，５１ｂ，…，曲線５２ａ，５２ｂ，…，曲線５３
ａ，５３ｂ，…として示されている。タイムチヤートの
上部３段の信号より下部６段の信号を得ることができ
る。例えば曲線５１ａ，５１ｂ，…を得る為には、次の
手段が採用される。曲線４５ａ，４５ｂ，…と曲線４７
ａ，４７ｂ，…を反転した曲線を２つの入力とするアン
ド回路の出力が曲線５１ａ，５１ｂ，…となる。端子１
８ａと１８ｄの出力信号、端子１８ｂと１８ｅの出力信
号，端子１８ｃと１８ｆの出力信号の位相差は６０度で
ある。又端子１８ａ，１８ｂ，１８ｃの出力信号は、順
次に１２０度おくれ、端子１８ｄ，１８ｅ，１８ｆの出
力信号も同じく順次に１２０度おくれている。

【００１２】電機子コイルの通電手段を図８につき次に
説明する。電機子コイル３９ａ，３９ｂ，３９ｃの両端
には、それぞれトランジスタ２０ａ，２０ｂ及び２０
ｃ，２０ｄ及び２０ｅ，２０ｆが挿入されている。トラ
ンジスタ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，…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。直流電源正負端子２ａ，２ｂより供電が行なわれ
ている。アンド回路４１ａの下側の入力がハイレベルの
ときに、端子４２ａ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２０ａ，２０ｂが導通して、電機
子コイル３９ａが通電される。同様に端子４２ｂ，４２
ｃ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２０ｃ，２０ｄ及びトランジスタ２０ｅ，２０ｆが
導通して、電機子コイル３９ｂ，３９ｃが通電される。
端子４０は励磁電流を指定する為の基準電圧である。端
子４０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。電源スイッチ（図示せず）を投入す
ると、オペアンプ４０ｂの−端子の入力は＋端子のそれ
より低いので、オペアンプ４０ｂの出力はハイレベルと
なり、トランジスタ２０ａ，２０ｂが導通して、電圧が
電機子コイル３９ａの通電制御回路に印加される。抵抗
２２ａは、電機子コイル３９ａの励磁電流を検出する為
の抵抗である。記号３０ａは絶対値回路である。

【００１３】端子４２ａの入力信号は、図１２の位置検
知信号４８ａ，４８ｂ…又端子４２ｂ，４２ｃの入力信
号は、位置検知信号４９ａ，４９ｂ，…及び５０ａ，５
０ｂ，…となっている。上述した位置検知信号曲線の１
つが図７のタイムチヤートの１段目に曲線４８ａとして
示されている。この曲線４８ａの巾だけ電機子コイル３
９ａが通電される。矢印２３ａは通電角１２０度を示し
ている。通電の初期では、電機子コイルのインダクタン
スの為に立上がりがおくれ、通電が断たれると、蓄積さ
れた磁気エネルギが、図８のダイオード４９ａ−１が除
去されていると、ダイオード２１ａ，２１ｂを介して電
源に還流放電されるので、点線Ｋ−１の右側の曲線２５
の後半部のように降下する。正トルクの発生する区間
は、矢印２３で示す１８０度の区間なので、反トルクの
発生があり、出力トルクと効率を減少する。高速回転と
なるとこの現象は著しく大きくなり使用に耐えられぬも
のとなる。

【００１４】反トルク発生の時間巾は、高速となっても
変化しないが、正トルク発生の区間２３の時間巾は回転
速度に比例して小さくなるからである。他の位置検知信
号４９ａ，５０ａによる電機子コイル３９ｂ，３９ｃの
通電についても上述した事情は同様である。曲線２５の
立上がりもおくれるので、出力トルクが減少する。即ち
減トルクが発生する。これは、磁極と突極により磁路が
閉じられているので大きいインダクタンスを有している
からである。リラクタンス型の電動機は大きい出力トル
クを発生する利点がある反面に回転速度を上昇せしめる
ことができない欠点があるのは、上述した反トルクと減
トルクの発生の為である。かかる欠点を除去する為の周
知の手段は、突極が磁極に侵入する以前に進相して、電
機子コイルの通電を始めることである。

【００１５】進相通電をすると、磁極のインダクタンス
が著しく小さいので、急速に立上がるが、出力トルクの
発生する点即ち突極が磁極に侵入し始めると、インダク
タンスが急速に大きくなり、電流も急速に降下する。従
って出力トルクが減少する欠点がある。正逆転の運転を
する場合には、位置検知素子の数が２倍必要となる欠点
がある。本発明装置は、図８の逆流防止用のダイオード
４９ａ−１，４９ｂ−１，４９ｃ−１とコンデンサ４７
ａ，４７ｂ，４７ｃを付設することにより、上述した欠
点を除去したことに特徴を有するものである。曲線４８
ａの末端で通電が断たれると、電機子コイル３９ａに蓄
積された磁気エネルギは、逆流防止用ダイオード４９ａ
−１により、直流電源側に還流しないでダイオード２１
ｂ，２１ａを介して、コンデンサ４７ａを図示の極性に
充電して、これを高電圧とする。従って、磁気エネルギ
は急速に消滅して電流が急速に降下する。

【００１６】図７のタイムチヤートの１段目の曲線２６
ａ，２６ｂ，２６ｃは、電機子コイル３９ａを流れる電
流曲線でその両側の点線２６−１，２６−２間が１２０
度となっている。通電電流は曲線２６ｂのように急速に
降下して反トルクの発生が防止され、コンデンサ４７ａ
は高電圧に充電して保持される。次に位置信号曲線４８
ｂにより、トランジスタ２０ａ，２０ｂが導通して再び
電機子コイル３９ａが通電されるが、このときの印加電
圧は、コンデンサ４７ａの充電電圧と電源電圧（端子２
ａ，２ｂの電圧）が加算されるので、電機子コイル３９
ａの電流の立上がりが急速となる。この現象により、曲
線２６ａのように急速に立上がる。以上の説明のよう
に、減トルクと反トルクの発生が除去され、又矩形波に
近い通電となるので、出力トルクが増大する。

【００１７】次にチョッパ回路について説明する。電機
子コイル３９ａの電流が増大して、その検出の為の抵抗
２２ａの電圧降下が増大し、基準電圧端子４０の電圧
（オペアンプ４０ｂの＋端子の入力電圧）を越えると、
アンド回路４１ａの下側の入力がローレベルとなるの
で、トランジスタ２０ａ，２０ｂは不導通に転化し、励
磁電流が減少する。オペアンプ４０ｂのヒステリシス特
性により、所定値の減少により、オペアンプ４０ｂの出
力はハイレベルに復帰して、トランジスタ２０ａ，２０
ｂを導通して励磁電流が増大する。かかるサイクルを繰
返して、励磁電流は設定値に保持される。図７の曲線２
６ｃで示す区間がチョッパ制御の行なわれている区間で
ある。曲線２６ｃの高さは基準電圧端子４０の電圧によ
り規制される。図８の電機子コイル３９ｂは、端子４２
ｂより入力される位置検知信号曲線４９ａ，４９ｂ，…
により、その巾だけトランジスタ２０ｃ，２０ｄの導通
により通電され、オペアンプ４０ｃ，抵抗２２ｂ，絶対
値回路３０ｂ，アンド回路４１ｂによりチョッパ制御が
行なわれる。ダイオード４９ｂ−１，コンデンサ４７ｂ
の作用効果も電機子コイル３９ａの場合と同様である。
電機子コイル３９ｃについても上述した事情は全く同様
で、端子４２ｃに図１２の位置検知信号曲線５０ａ，５
０ｂ，…が入力されて電機子コイル３９ｃの通電制御が
行なわれる。トランジスタ２０ｅ，２０ｆ，アンド回路
４１ｃ，オペアンプ４０ｄ，抵抗２２ｃ，絶対値回路３
０ｃ，ダイオード４９ｃ−１，コンデンサ４７ｃの作用
効果も前述した場合と全く同様である。

【００１８】各電機子コイルの通電は、突極が磁極に侵
入する点若しくは少し前の点のいずれでもよい。回転速
度、効率、出力トルクを考慮して調整し、位置検知素子
となるコイル１０ａ，１０ｂ，１０ｃの固定電機子側に
固定する位置を変更する。以上の説明より理解されるよ
うに３相片波通電の電動機として効率良く、大きい出力
と高速回転を行なうことができるので本発明の１つの目
的が達成される。しかし出力トルクに大きいリプルがあ
るので使用目的により問題が残る。本発明は３相両波通
電とすることにより上述した問題を解決したことに特徴
を有するものである。

【００１９】図１０は、３相片波通電の場合のトルク曲
線で、よこ軸は回転子の回転角度たて軸は出力トルクを
示している。曲線２７ａ，２７ｂ，２７ｃは電機子電流
がそれぞれ１アンペア、１．５アンペア、２アンペアの
場合を示している。回転子の径が２２ミリメートル、固
定電機子の外径が５０ミリメートル、その長さも同じく
５０ミリメートルの場合である。よこ軸は回転する角度
で示してある。リプルトルクは７０％位となる。トルク
曲線の凹部は突極の端部がスロットに侵入した点となっ
ている。曲線２７ｃの左端即ち零度の点では出力トルク
が小さい。従って電源投入時に突極が上記した位置にあ
ると起動困難となる。図１１につき後述するように大き
い出力トルクが得られる反面に上述した欠点がある。従
って３相全波通電若しくは他の手段により点線曲線３３
若しくは３３ａで示す出力トルクが得られる装置を付加
することにより、上述した欠点が除去される。これが本
件発明の１つの目的である。図１１は出力トルク曲線
で、よこ軸は電機子電流、たて軸はトルクである。この
電動機は前述した構成のものである。曲線４３の初期は
２乗曲線となり、その後は１乗曲線となる。一般の電動
機の場合には、点線４３ａの点で磁束が飽和して点線４
３ａ以下の出力トルクとなる。本発明装置ではその後も
リニヤにトルクが増大するので、同型の他の電動機の７
倍位の出力トルクが得られる特徴がある。

【００２０】図１０の点線３３で示すトルクを付加する
には突極若しくはスロットの位相が６０度の奇数倍ずれ
た３相片波通電の電動機を回転軸を共通として付設すれ
ばよい。次にその手段を説明する。図５は全体の構成を
示す断面図である。図５において、金属製の外筺（円筒
状）２５−１の右側には円形の側板２５−２の外周折曲
部が嵌着され、両側の中央部に設けたボール軸受２９
ａ，２９ｂには回転軸５が回動自在に支持される。回転
軸５には回転子１が支持体５−１を介して固定される。
回転子１の突極（図示せず）は、図２の回転子１の突極
と同じ構成となっている。突極に磁極が対向すね固定電
機子Ｃは外筺２５−１の内側に固定され、その構成は図
２，図３の固定電機子１６と同じ構成となっている。回
転子１の右側面には同形の外周部の突出部を有するアル
ミニユーム製の回転子３が固着し回転子１と同期回転す
る。外周部にはコイル１０ａ，１０ｂ，１０ｃが対向し
ているので、図６で前述したように図１２に示される位
置検知信号を得ることができる。

【００２１】固定電機子ＣとＣ−１は同じ位相で外筺２
５−１に固定され、回転子１は回転子１と同じ構成で位
相を回転子１の突極に対して相対的に６０度ずらして
（軸方向のまわりに６０度回転する）同期回転する。固
定電機子Ｃ，Ｃ−１の磁極は回転子の外周突極と空隙を
介して対向する。固定電機子Ｃ−１の磁極の電機子コイ
ルは３相となり、これ等を電機子コイル３９ｄ，３９
ｅ，３９ｆと呼称する。電機子コイル３９ｄ，３９ｅ，
３９ｆを図８と同様な電気回路により、図１２の位置検
知信号５１ａ，５１ｂ，…，５２ａ，５２ｂ，…，５３
ａ，５３ｂ，…を介して電機子コイル３９ｄ，３９ｅ，
３９ｆの通電制御を行なうことにより３相片波通電の電
動機として運転することができる。固定電機子Ｃ，Ｃ−
１の両者により３相両波通電の電動機となる。

【００２２】前述した固定電機子Ｃ−１は図３において
記号１６として示され、回転子は記号１として、その突
極は記号１ａ，１ｂ，１ｃ，…として示されている。突
極１ａ，１ｂ，１ｃ，…は突極１ａ，１ｂ，１ｃ，…に
対して位相が６０度ずれて同期回転する。各突極を同相
として固定電機子１６と１６の位相を６０度ずらしても
同じ目的が達成できる。固定電機子１６の構成は固定電
機子１６と同じ構成なので点線で略示してある。突極の
数が３個以上の場合には、固定電機子も点線Ｂの右側に
対応して延長される。以上の説明のように３相両波通電
を行なうことにより、図１０の出力トルク曲線２７ｃの
凹部のそれぞれに曲線３３で示すトルクが付加されるの
で合成トルク曲線は平坦化され欠点が除去される。曲線
２７ｃと３３の位相差は６０度となっている。

【００２３】次に図４につきリプルトルクを除去する他
の手段を説明する。図３と同じ記号のものは同じ部材で
作用効果も同じなので説明を省略する。異なっているの
は電機子１６、１個のみの３相片波通電となり、回転子
も１個で記号１として示されている。回転子４は磁性体
で作られ、回転子１と同軸で同期回転するように構成さ
れ、外側に突極４ａ，４ｂ，…が突出して設けられ、突
極の巾は４８度で７２度離間している。固定電機子６は
固定電機子１６と同軸で隣接して外筺内側に固定され
る。固定電機子６の内側には磁極６ａ，６ｂが突出さ
れ、突極４ａ，４ｂ，…と空隙を介して対向する。固定
電機子６と回転子４は珪素鋼板積層体で作られている。
磁極６ａ，６ｂには励磁コイル６−１，６−２が捲着さ
れ互いに異極となるように励磁される。磁極６ａ，６ｂ
の巾は６０度で、突極１ａ，１ｂ，…の数と同じであ
る。又突極１ａ，１ｂの２倍の数としてもよい。

【００２４】前実施例と同様に点線Ｂの右側に延長して
突極１ａ，１ｂの数を増加し、又対応して突極４ａ，４
ｂ，…と磁極６ａ，６ｂの数を増加しても実施すること
ができる。固定電機子１６と回転子１による出力トルク
曲線は前述したように図１０の曲線２７ｃに示すものと
なりリプルトルクがある。図４の突極４ａ，４ｂ，…に
よるトルク曲線は点線曲線３３ａで示すように、曲線２
７ｃの凹部に突出部があり従って出力トルクが平坦とな
る作用効果がある。図４の突極１ａ，１ｂ，…と突極４
ａ，４ｂ，…と磁極６ａ，６ｂと固定電機子１６との相
対位相は上述したリプルトルクを除去できる条件を満足
するように設定する必要がある。磁極６ａ，６ｂの中間
に更に２個づつの磁極を配設することができる。この場
合には図１０の曲線３３ａで示すトルクのピーク値が大
きくなるので、磁極６ａ，６ｂ，…の回転軸方向の長さ
を１／２位とすることができる。従って電動機の長さを
短くできる効果がある。例えば図５の固定電機子Ｃ−１
を図４の固定電機子６とし、回転子１を図４の回転子４
とすると、矢印２９ｄの巾は矢印２９ｃの巾の１／２位
となるので、回転軸５の方向の長さを短くすることがで
きる。励磁コイル６−１，６−２のアンペアターンを大
きくすると更に長さを短くできる効果がある。

【００２５】図８につき励磁コイル６−１，６−２の通
電制御手段を説明する。図８において、励磁コイル６−
１，６−２は直列若しくは並列に接続され、この両端に
はトランジスタ２０ｇ，２０ｈ，ダイオード４９ｄ−１
が接続される。抵抗２２ｄ，絶対値回路３０ｄ，オペア
ンプ４０ｅ，コンデンサ４７ｄはそれぞれ前述した電機
子コイル３９ａ，３９ｂ，３９ｃの通電制御と同じ構成
となり作用効果も同じである。ブロック回路Ｄは、図４
の突極４ａ，４ｂ，…の位置検知装置で、小さい径の位
置検知用のコイル１０ｄが突極４ａ，４ｂ，…の側面に
対向し、対向したときに鉄損によりインピーダンスが変
化するように構成されている。従って図６の回路と同じ
構成で、オペアンプ１３に対応するオペアンプの出力の
巾は突極４ａ，４ｂ，…の巾となり、この出力が図８の
アンド回路４１ｄの入力となる。他の１つの入力はオペ
アンプ４０ｅの出力なので、基準電圧源４０の電圧に対
応した励磁コイル６−１，６−２の通電電流となる。か
かる通電電流によるトルク曲線のピーク値即ち図１０の
点線３３ａのピーク値は曲線２７ｃの凹部を除去するよ
うに調整することがよい。

【００２６】図８では、電機子コイルの両端に設けたト
ランジスタにより通電制御が行なわれているが、電機子
コイルの負電圧側にトランジスタを１個のみ使用しても
本発明を実施できる。図９につきその説明をする。図９
において、電機子コイル３９ａ，３９ｂ，３９ｃの下端
には、それぞれトランジスタ２０ａ，２０ｂ及び２０ｃ
が挿入されている。トランジスタ２０ａ，２０ｂ，２０
ｃ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。直流電源正負端子２ａ，２ｂ
より供電が行なわれている。本実施例では、トランジス
タ２０ａ，２０ｂ，２０ｃは電機子コイルの下端即ち電
源負極側にあるので、その導通制御の入力回路は簡素化
される特徴がある。

【００２７】次に図３で説明した３相全波通電による本
発明装置の電機子コイルの通電制御回路の詳細を図９に
より説明する。図９において、端子４２ａ，４２ｂ，４
２ｃより入力される位置検知信号はそれぞれ図１２の曲
線４８ａ，４８ｂ，…，曲線４９ａ，４９ｂ，…，曲線
５０ａ，５０ｂ，…である。端子４２ａより入力がある
と、アンド回路４１ａを介してトランジスタ２０ａが導
通して電機子コイル３９ａの通電が開始され、その後は
抵抗２２，絶対値回路３０ａ，オペアンプ４０ｂによる
チョッパ作用により、端子４０の基準電圧に対応した通
電電流値に制御される。端子４２ａの入力が消滅する
と、トランジスタ２０ａは不導通に転化し、電機子コイ
ル３９ａの磁気エネルギはダイオード２１ａ，３３ａを
介してコンデンサ４７ａを充電して高電圧とする。前述
したチョッパ作用のあるときにも小量づつコンデンサ４
７ａが充電されているので、その磁気エネルギが付加さ
れてコンデンサ４７ａの充電電圧を上昇する。この電圧
は使用するトランジスタの耐電圧により調整する必要が
ある。

【００２８】端子４２ｂの入力により、トランジスタ２
０ｂが導通したときもチョッパ作用により通電制御が行
なわれ、不導通に転化すると、電機子コイル３９ｂの磁
気エネルギは、ダイオード２１ｂ，３３ｂを介してコン
デンサ４７ｂを高電圧に充電する。端子４２ｃの入力に
より、トランジスタ２０ｃが導通したときにも、チョッ
パ作用により通電制御が行なわれ、不導通に転化する
と、電機子コイル３９ｃの磁気エネルギは、ダイオード
２１ｃ，３３ｃを介してコンデンサ４７ｃを高電圧に充
電する。端子４２ｃの入力の初期で、ブロック回路４
（微分パルスを介する単安定回路を含む回路）の出力を
介して、トランジスタ３４ｂ，３４ａ，ＳＣＲ１９ａが
導通するので、コンデンサ４７ａの高電圧が電機子コイ
ル３９ｃに印加されて電流の立上りを急速とする。端子
１９ｄ，１９ｅにはそれぞれ端子４２ａ，４２ｂの入力
の初期に得られる電気パルスが同様な手段で入力され
る。従ってコンデンサ４７ｂ，４７ｃの高電圧が電機子
コイル３９ａ，３９ｂに印加されて、通電の立上りを急
速とする。以上の説明より判るように、前実施例と同様
に高速で反トルクと減トルクの発生のない高効率の電動
機を得ることができる。

【００２９】電機子コイル３９ｄ，３９ｅ，３９ｆは図
３の固定電機子１６に装着された第１，第２，第３の相
の電機子コイルで、ブロック回路３９は電機子コイル３
９ａ，３９ｂ，３９ｃと全く同じ構成の電気回路とな
り、端子４２ｄ，４２ｅ，４２ｆの位置検知入力により
通電制御が行なわれる。端子４２ｄ，４２ｅ，４２ｆの
入力は、それぞれ図１２の曲線５１ａ，５１ｂ，…，曲
線５２ａ，５２ｂ，…，曲線５３ａ，５３ｂ，…となっ
ているので、対応する電機子コイルの３相片波通電が行
なわれる。電機子コイル３９ａ，３９ｂ，３９ｃの通電
による出力トルクに対して、電機子コイル３９ｄ，３９
ｅ，３９ｆの通電による出力トルクは位相が６０度おく
れているので、図３，図１０につき前述したように、リ
プルトルクが除去される作用効果が得られる。図３の突
極１ａ，１ｂの巾は１２０度〜１８０度の巾でも本発明
の目的が達成される。図８において、切換スイッチ４０
ａを設け、ブロック回路４０−１の出力に切換えると次
の作用を行なうことができる。ブロック回路４０−１は
電動機の回転速度が設定値のときに所要の出力電圧が得
られ、設定値より上昇し若しくは降下すると対応して出
力電圧が減少若しくは上昇して設定された回転速度を保
持する周知の回路である。従って定速制御を行なうこと
ができる。

【００３０】

【発明の効果】第１の効果 同形の誘導電動機と比較し
て出力トルクが１０倍位となり、必要により毎分２万回
転位までの回転速度が得られる。図１に示す周知のリラ
クタンス型の電動機と比較して振動が減少し回転が円滑
となる。第２の効果 出力トルク特性が平坦となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のリラクタンス型電動機の固定電機子と回
転子の断面図

【図２】本発明による３相リラクタンス型電動機の固定
電機子と回転子の断面図

【図３】本発明による３相リラクタンス型電動機の回転
子、固定電機子、電機子コイルの展開図

【図４】本発明による３相リラクタンス型電動機の他の
実施例の回転子、固定電機子、、電機子コイルの展開図

【図５】本発明装置の横断面図

【図６】３相リラクタンス型電動機の位置検知信号を得
る電気回路図

【図７】位置検知信号と対応するトルクのグラフ

【図８】３相リラクタンス型電動機の通電制御回路図

【図９】３相リラクタンス型電動機の通電制御回路の他
の実施例の回路図

【図１０】３相リラクタンス型電動機の出力トルク曲線
のグラフ

【図１１】リラクタンス型電動機の通電電流と出力トル
クのグラフ

【図１２】３相リラクタンス型電動機の位置検知信号曲
線のタイムチヤート

【符号の説明】

１，１ａ，１ｂ，… 回転子と突極 ５ 回転軸 ９，２５−１，２５−２ 外筺 １６，１６，６ 固定電機子 １６ａ，１６ｂ，… 磁極 １７ａ−１，１７ａ−２，…，９ａ，９ｂ，…，３９
ａ，３９ｂ，… 電機子コイル １７ａ，１７ｂ，… スロット ３，１，４，３ａ，３ｂ，…，１ａ，１ｂ，…，４ａ，
４ｂ，… 回転子と突極 １０ａ，１０ｂ，１０ｃ 位置検知コイル ６，６ａ，６ｂ 固定電機子と磁極 Ｃ，Ｃ−１ 固定電機子 １０ 発振器 １８，１４ａ，１４ｂ ブロック回路 ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ 絶対値回路 ４０−１，Ｄ，３９ ブロック回路 ６−１，６−２ 励磁コイル ４０ 基準電圧端子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】３相両波通電のリラクタンス型電動機にお
   いて、磁性体回転子の外周面の両側部に等しい巾と等し
   い離間角で配設されたｎ個（ｎは２以上の正整数）の第
   １，第２の突極と、円筒状の第１の固定電機子の内周部
   に等しい離間角で配設された３ｎ個のスロットと、隣接
   する２個のスロットのそれぞれに装着された３ｎ個の第
   １，第２，第３の相の電機子コイルと、第１の固定電機
   子と全く同じ構成で、そのスロットに位相が電気角で１
   ２０度づつ順次にずらして第１，第２，第３の相の電機
   子コイルが装着された第２の固定電機子と、第１，第２
   の固定電機子のスロットの相対位置をずらして、対応す
   る第１，第２，第３の相の電機子コイルと第１，第２，
   第３の相の電機子コイルの相対位置を電気角で６０度の
   奇数倍だけずらして配設するか若しくはこれ等を同相と
   して、対向する第１の突極と第２の突極の位置を６０度
   の奇数倍だけずらして配設する手段と、第１の突極の回
   転位置を検出して、電気角で１２０度の巾で互いに２４
   ０度離間した第１の相の位置検知信号ならびにこれ等よ
   り位相が電気角で１２０度おくれた第２の相の位置検知
   信号ならびにこれ等より位相が電気角で１２０度おくれ
   た第３の相の位置検知信号ならびに第１，第２，第３の
   相の位置検知信号よりそれぞれ位相が電気角で６０度の
   奇数倍おくれた第１，第２，第３の相の位置検知信号が
   得られる位置検知装置と、第１，第２，第３，第１，第
   ２，第３の相の電機子コイルのそれぞれに直列接続され
   た半導体スイッチング素子と、該電機子コイルと半導体
   スイッチングとの直列接続体に供電する直流電源と、第
   １，第２，第３，第１，第２，第３の相の位置検知信号
   を介してそれぞれ第１，第２，第３，第１，第２，第３
   の相の電機子コイルに直列に接続した半導体スイッチン
   グ素子を位置検知信号の巾だけ導通して電機子コイルを
   通電する通電制御回路と、半導体スイッチング素子が位
   置検知信号の末端で不導通に転化したときに、該半導体
   スイッチング素子と電機子コイルとの接続点より、ダイ
   オードを介して電機子コイルにより蓄積された磁気エネ
   ルギを小容量のコンデンサに流入充電して保持すること
   により電機子コイルの通電電流の降下を急速とする電気
   回路と、設定された角度だけ磁性体回転子が回転して次
   に通電される電機子コイルが位置検知信号によりその巾
   だけ通電されるときに、その通電の開始されると同時に
   前記した小容量のコンデンサに蓄積された静電エネルギ
   を、該電機子コイルに流入せしめて、通電電流の立上が
   りを急速とする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。
2. 【請求項２】３相片波通電のリラクタンス型電動機にお
   いて、磁性体回転子の外周面に等しい巾と等しい離間角
   で配設されたｎ個（ｎは２以上の正整数）の第１の突極
   と、磁性体回転子と同軸で同期回転する磁性体回転子の
   外周面に等しい巾と等しい離間角で配設された３ｎ個の
   第２の突極と、円筒状の固定電機子の内周部に等しい離
   間角で配設された３ｎ個のスロットと、隣接する２個の
   スロットのそれぞれに装着された３ｎ個の第１，第２，
   第３の相の電機子コイルと、固定電機子に並置された円
   筒状磁性体の内周部に等しい離間角で突出されるととも
   に所定の巾の少なくともｎ個の磁極ならびにこれ等に装
   着された励磁コイルと、第１，第２の突極のそれぞれを
   僅かな空隙を介して前記した固定電機子内周面と円筒状
   磁性体の磁極と対向して保持する手段と、第１の突極の
   回転位置を検出して、電気角で１２０度の巾で互いに２
   ４０度離間した第１の相の位置検知信号ならびにこれ等
   より位相が電気角で１２０度おくれた第２の相の位置検
   知信号ならびにこれ等より位相が電気角で１２０度おく
   れた第３の相の位置検知信号が得られる位置検知装置
   と、第１，第２，第３の相の電機子コイルと励磁コイル
   のそれぞれに直列接続された半導体スイッチング素子
   と、電機子コイルと励磁コイルのそれぞれと半導体スイ
   ッチング素子の直列接続体に供電する直流電源と、第
   １，第２，第３の相の位置検知信号を介してそれぞれ第
   １，第２，第３の相の電機子コイルに直列接続した半導
   体スイッチング素子を位置検知信号の巾だけ導通して電
   機子コイルを通電する通電制御回路と、第２の突極の位
   置を検出して得られる位置検知信号により、第２の突極
   に対向する磁極に該突極が侵入する点より励磁コイルを
   通電し、両者が対向した点で通電を断つ電気回路と、半
   導体スイッチング素子が位置検知信号の末端で不導通に
   転化したときに、該半導体スイッチング素子と電機子コ
   イルとの接続点より、ダイオードを介して電機子コイル
   により蓄積された磁気エネルギを小容量のコンデンサに
   流入充電して保持することにより電機子コイルの通電電
   流の降下を急速とする電気回路と、設定された角度だけ
   磁性体回転子が回転して次に通電される電機子コイルが
   位置検知信号によりその巾だけ通電されるときに、その
   通電の開始されると同時に前記した小容量のコンデンサ
   に蓄積された静電エネルギを、該電機子コイルに流入せ
   しめて、通電電流の立上がりを急速とする電気回路なら
   びに前記した励磁コイルの通電を電機子コイルの通電電
   流に対応した値に保持する通電電流制御回路と、電機子
   コイルの通電による出力トルクのリプルトルクの凹部に
   励磁コイルの通電によるリプルトルクの突部を合致せし
   めるようにトルクを発生する部材の相対位置を調整する
   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。