JPS6311052A

JPS6311052A - ２相リラクタンス型半導体電動機

Info

Publication number: JPS6311052A
Application number: JP15171086A
Authority: JP
Inventors: Itsuki Ban; 伴　五紀
Original assignee: Secoh Giken Co Ltd
Current assignee: Secoh Giken Co Ltd
Priority date: 1986-06-30
Filing date: 1986-06-30
Publication date: 1988-01-18

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、小型で強力な出力と高速回転を必要とするル
ームエアコンのシロッコファンの駆動源若しくは、電動
回転研磨板の駆動源若しくはロボットの駆動源となるサ
ーボ装置等に利用されるものである。

本発明装置は、次に述べる特性が要求される駆動源の場
合に適用されるものである。

小型若しくは偏平な構成であることが必要なとき、なら
びに大きい出力トルクと高速回転若しくはそれ等のいず
れかが必要であるとき、ならびに耐用時間を大きく必要
とするときに利用されるものである。又サーボ特性を良
好とする為に平滑なトルク特性が要求されるときに利用
されるものである。

回転子が、磁性体のみで、コイル無しで構成され、てい
るので、高速回転時でも破損することなく、又必要あれ
ば偏平なコ相のりラフタンス型の電動機が構成できるの
で、シロッコファンの駆動源として有効である。

又マグネットがないので、廉価に構成される。

従って一般用の半導体電動機としても利用することがで
きる。更に又、致方回転の電動機とした場合に、焼結マ
グネットは遠心力により破損するおそれがあるので、一
般に補強の為の装置が必要となるが、本発明装置では、
珪素鋼板のみの回転子となっているので、補強の必要が
なく、高速電動機とすることが容易である。

〔従来の技術〕

リラクタンス型の電動機は、高出力であるが、磁極数が
増加し、又界磁マグネットがないので、磁極の蓄積磁気
エネルギが著しく大きく、該エネルギの出入に時間がか
かり、周知の重ね巻き多相直流電動機のように高速度と
することが不可能で、従って高トルク低速の電動機しか
得られていない現状にある。

同じ目的を達する高速高トルクの半導体電動機として界
磁磁極を稀土属マグネットとすると出力トルクは大きく
なるが高価となり実用性が失なわれる。

Ｃ本発明が解決しようとしている問題点〕第１の問題点
として、リラクタンス半導体電動機は、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。

第２の問題点として、特に出力トルクの大きいリラクタ
ンス型の電動機の場合には、電機子の磁極の数が多くな
り、又その磁路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。

高トルクとする程この問題は解決不能となるものである
。

第３の問題点として、ｌ相毎の通電が電気角で１１０度
の通電となっているので、通電の初期と末期で、出力ト
ルクに無効な通電が行なわれて効率を劣化せしめる。特
に、末期における損失が著しい、従って、３相Ｙ型接続
の電動機に比較してｌ／２位の効率となる不都合がある
。又蓄積磁気エネルギの放電の為に反トルクを発生し、
出力と効率の低下を招く不都合がある。

第グの問題点として、前述したように、高速度の電動機
の場合に、焼結型のマグネットが回転子となるので、遠
心力による破損が問題となっている。

第５の問題点として、コ相のりラフタンス型の電動機と
すると、その突極数が増加して高速回転が困難となる問
題点がある。

〔問題点を解決する為の手段〕

第ｚ、第ｊの問題点を解決する為に次の手段が採用され
ている。

出力トルクと回転数に対応した高い直流電源を使用し、
励磁電流の立上りを急峻とし、蓄積磁気エネルギを電源
に還流せしめることにより、急速に放電電流を消滅して
いる。又電気角で１１０度の通電角の巾の初期と末期の
所定角度の通電を小さくして、第３の問題点を解決して
いる。或いは、位置検知信号を１１０度の巾とし、中央
部を太き（、両端を漸減する通電曲線として問題点を解
決している。第５の問題点を解決する為に、電機子の磁
極となるコ型の電磁石５個を円周面に等しいピッチで配
設することにより目的を達成している。

〔作用〕

本発明装置の作用の第１は、次の点にある。

出力トルクを指定する為の励磁電流の大きさを、エネル
ギ損失のないインダクタンスによる制御を行なつ【独立
に処理している。従って、磁極の大きいインダクタンス
は出力トルクに有効に利用されている。通電中を電気角
でｔｔＯ度内とし、設定された通電波形とする為に、電
源電圧を高くして、磁気エネルギを電源に還流して高速
度とする為の目的を達成している。

以上の説明のように、電源電圧は、励磁電流と無関係と
した為に高い電源電圧を利用して、通電電流曲線の立上
りが急峻となり、又大きい蓄積磁気エネルギは、高い電
源電圧に急速に還流して、急速に放電できる。

又励磁コイルの通電区間は、電気角で１８０度以内とな
るようになっているので、上述した作用と併せて、高速
高トルクのりラフタンス半導体電動機を作ることができ
る。又同時に、出力トルクに無効な通電が行なわれない
ので、効率を著しく上昇せしめる作用がある。電機子の
磁極がコ型の電磁石を個となっているので、互いの間の
洩れ磁束がなく、回転子の突極数は７４１個ですむので
、コ相のりラフタンスミ動機の構成が簡素化される作用
がある。

又位置検知信号による励磁電流の中央部が大きく、両端
が漸減しているので、回転時の騒音を小さくする作用が
ある。

〔実施例〕

第１図は、リラクタンス型のコ相の電動機の実施例を示
すものである。第７図において、回転子コは、図示のよ
うな形状に珪素鋼板を打抜いて積層する周知の手段によ
り構成されている。突極コ４．λｂ、・・・の数は１０
個で、それぞれの巾は等しく、又突極間の空隙も突極中
に等しくされている。

突極−α、コｂ、・・・は、等しい巾で等しいピッチで
、円周面に配設されている。記号／は回転軸で、空孔に
１金属スリーブｌαにより圧入固定されている。回転軸
ｌは、図示しない軸承により、外筐（図示せず）に回動
自在に支持されている。

固定電機子Ｊは、図示の形状の珪素鋼板を打抜いて、積
層する周知の手段により作られている。

記号３ｓ、３ｈ、・・・、記号ｌＩｓ、４１ｈ、・・・
は磁極である。

各磁極の巾は等しく、突極−α、コｂ、・・・の巾と同
じである。又各磁糎には、励磁コイル！α、５ｂ、・・
・及び４ｇ、４ｈ、・・・が図示のように捲着されてい
る。

磁極３ｅＬ、３ｈと磁極、ｙ　ｆ　、　、ｙ　４は軸対
称の位置に、又磁極３ｃ、３ｄと磁極３１．３んも軸対
称の位置にある。又磁極３α、３ｂ及び３ｃ、３ｔｉ及
び、ニアｅ、ｊｆ及び３ｇ、Ｊｋのそれぞれの離間して
いる空隙の巾は、磁極中と等しくされている。

磁極４Ｉ傷、ゲｂ、磁極ｔｉｅ、ｑｆは軸対称の位置に
、又磁極４Ｉｅ、ｑｄ、、磁極’Ｉｆ、ダｈも軸対称の
位置にある。

各励磁コイルを磁極に捲着した後に、電機子３及び励磁
コイルを埋設して、プラスチック成型により、円環状の
プラスチック材として成型加工する。かかるプラスチッ
ク円環が本体に固定されている。磁極３ａ、３ｈ、・・
・と磁極ｐ　ｃ。

ｔａｂ、・・・の内側端面ば、同一円周面にあり、僅か
な空隙を介して、突極コ傷、コｂ、・・・と対向してい
る。かかる空隙は一般に／３０−一００　　ミクロン位
である。

上述したプラスチック円環は外筺（図示せず）に固着さ
れている。プラスチック円環は、点線７ａ、７ｂ、・・
・で示す部分が、カッタにより切削除去されている。従
って、磁極３ｇ、３ｂ及び励磁コイル３ｇ、１ｈは他の
磁極より磁気的に独立した電磁石となっている。

磁極３ｅ、３ｄ、磁極、３ｇ、３ｆ、磁極３　ｆ。

３ん、磁極ｇα＃４Ｉｂ＃磁極ｑｃ、ｑｄ、磁極ｐｇ、
ダｆ、磁極９５．Ｑｋについても上述した事情は全（同
様である。

点線で示すコイル／／　＠　、　／／　Ａ　、・・・は
、位置検知素子となるもので、本体側に固定され、コイ
ル面が、突極コｓ、２ｂ、・・・に対向し、回転子コが
矢印Ｃ方向に回転したときに、誘導常数の変化により、
位置検知信号を発生するものであるが、詳細は第５図に
つき後述する。

第２図は、磁極及び突極の３ＡＯ度の展開図である。

励磁コイルｚａ、ｇｈは直列若しくは並列に接続されて
いる。他の励磁コイル３ｃ、ｇｄ及びｚｇ、ｓｆ及びｓ
ｇ、ｓんならびに励磁コイル４ｇ、４ｈ、及びＡｃ、　
６ｄｌ及び６ｅ、６ｆ及びＡ！！、Ａんについても直並
列接続の事情は同じである。励磁コイルｓａ、ｒｈ、ｓ
ｔ。

！ｒｆと励磁コイルｓｅ、ｒｃＬ、ｒｇ、ｓｈと＆叡突
極コα、２ｂ、・・・がｔｇ：ｏ度（電気角）回転する
毎に通電が交替されるので、ｌ相のリラクタンス型の電
動機としての駆動トルクを発生する。

以降の角度表示はすべて電気角とする。このときに、磁
極３［相］、Ｊｈと磁極３Ｃ，３ｆと突極との間に大き
い吸引力（軸方向）が発生するが、互いに打消し合うよ
うになっているので、振動の発生が抑止される効果があ
る。

磁極３ａ、３ｄと磁極３ｆ、Ｊｋについても上記した事
情は全く同じである。

磁極ｙａ、４ｔｈは磁極３ａ、、ｙｂに対してり０度の
位相差の位置にある。又磁極ｌＩｃ、ａｔは磁極３ｔ、
Ｊｄ−に対して９０度の位相差がある。

他の磁極３ｇ、Ｊｆと磁極ＩＩａ、ｑｆ及び磁極３ダ、
３にと磁極４ｔ！、ａｈの関係も同様である。

励磁コイル４ｅＬ、ｉ、ｈ、ｔｓｅ、Ａｆ及び励磁コイ
ルＡｅ、Ａｔ、６（１，ＡＡを、突極コα。

コｂ、・・・がｌｔＯ度回転する毎に交互に通電すると
、ｌ相のりラフタンス型の電動機として駆動トルクが発
生する。この出力トルクと前述した磁極３ａ、３ｂ、・
・・による出力トルクとは、９０度の位相差があるので
、−相のりラフタンス型の電動機となる。

コ相のリラクタンス電動機は周知であるが、本発明装置
は、磁極３ａ、３ｈ、磁極３Ｃ２３ｄ　、　、、、及び
磁極４１ａ、ａｈ、磁極４１ｃ、　１ＩｃＬ。

・・・が独立した電磁石となっているので、次に述べる
作用効果がある。

各電磁石間に洩れ磁束がないので、反トルクの発生がな
い。従って出力トルクが増大し、効率が上昇する。

例えば、磁極３ｂとグαの両者に１つの突極が対向する
ことがあるが、磁極ｔｌＣにより突極は、矢印Ｃ方向の
トルクを発生する。このときに、磁極３ｈに洩れ磁束が
ないので、両者の吸引力による反トルクの発生がない。

従って、磁極３ｂとダ、１間の空隙を突極中より小さく
できるので、突極の数を少なくできる効果がある。

この為に回転速度をより大きくすることのできる効果が
ある。

一般に、この種の電動機では、突極の数を多くする・と
、出力トルクが大きくなるが、回転速度が低下するので
、上述した構成は有効な技術を供与できるものである。

励磁コイル３α、５ｂ、・・・及び励磁コイル６１．６
ｈ、・・・をそれぞれ第１相の励磁コイル及び第２相の
励磁コイルと呼称する。

第１゛図は、内転型のものを示したが外転型としても本
発明が実施できるものである。

第Ｓ図は、コイル／／　ＬＬ、／／Ａにより、位置検知
信号を得る為の電気回路である。

−ｒ４ルｔ／ｍ、／／Ａ、　抵抗２ｓａ、、ｕｈはブリ
ッジ回路となっている。記号ｌには発掘回路で、その出
力周波数はｌメガサイフルル１００　キロサイクル位と
なっている。

コイル１１　ａ　、　／／　ｈは空心コイルで、第１図
の突極２ｇ、コｂ、・・・に対向すると、渦流損失の為
に、そのインピーダンスが小さくなり、抵抗−一４若し
くは抵抗−一すの電圧降下が大きくなる。

コイル／／　ＣＬのみが突極に対向すると、コンデ電圧
降下はオペアンプ１９αの子端子に入力される。

コンデンサ２１　ｂ　、抵抗ｎｂ、、、ダイオードより
なるローパスフィルタによる抵抗ｎｈの出力は、オペア
ンプ／９８の一端子の入力となっている。

オペアンプｉｑ　ｃＬはリニヤ増巾器となっているめで
、端子Ｘａの出力は次のようになる。

第７図のグラフにおいて、突極コｂの両側に、コイルｌ
／　ｃＬ、　／／　ｈが対向していると、第Ｓ図の抵抗
２２　ｇ　、　ｕ　ｈの電圧降下は等しいので、端子２
０Φの出力はアースレベルとなる。又同時に端子ｘｈの
出力もアースレベルとなる。第７図の突極コＡが矢印Ｃ
方向に移動すると、オペアンプ１９αの子端子の入力は
減少し、一端子の入力が増大するので、端子２ＤｃＬの
出力はアースレベルに保持される。

オペアンプ／９　ｂの子端子の入力は増大し、一端子の
入力は減少するので、端子〃ｌの出力が増大する。

コイＡＩｌ／ｈが、突極、！ｂに完全に対向すると、コ
イル１ｌｅＬは突極コｂより完全に離脱する。このとき
の端子ｘｂの出力が最大となり、その後は、この値を保
持する。

コイル／／Ａの中心が、突極コｂの左端に対向するとき
には、コイル／／　ＣＬの中心は突極コΦ（図示せず）
の右端に対向するので、端子Ｊｈの出力はアースレベル
となる。

次に、突極コαが、矢印Ｃ方向に移動すると、コイルｌ
Ｉ　ＬＬは完全に突極２ｃＬに対向するので、端子２０
αの出力は増大し、端子ｍ６の出力は、アースレベルに
保持される。

以上の説明のように、回転子コが回転するに従って、ｌ
に０度毎に端子ｍｓ、２０ｂの出力は交替し、その出力
は、第７図の曲線／６のようになる。

曲線／ルの両端の立上りと降下部は漸増、漸減するもの
であるが、この程度は、フィル／／　８　。

／／ｂの径を変更することＫより、自由に選択できる。

第５図の手段は、同じ目的を達するものであ示す形状と
すると、端子Ｊα、ｘｔｈの出力は、曲線／Ａ　Ｇのよ
うに変形することができる。

又第１図の上段に示すように、コイル／／　ｃＬ。

／／ｂの対向する部分−のみを、上述した手段により、
曲線ｌコで示すように変形すると、端子Ｊα。

２Ｉ）ｈの出力は、曲線ｌ弘のようになる。

リラクタンス電動機のｌ相の出力トルクは、一般に左右
対称でないので、後述するように、位置検知信号を非対
称として、出力トルクを調整することにより、リプルト
ルクの制御を行なうことができるものである。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、第５図０）のタイムチャートの点線曲線７９　
Ａ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。

第３図は、突極コαと磁極３αとの間の磁気吸引力の発
生する状態を図示したものである。

磁極３ａの巾は、突極コαの巾より小さく、若しくは大
きくされる。本図の場合は前者である。

突極コΦを矢印Ｃ方向に駆動するトルクは、矢印Ｊ及び
点線矢印で示す磁束である。この大きさは、突極コαと
磁極３ａの対向面積が小さいとき即ち初期は大きく、末
期では小さくなる。

従って出力トルクは非対称となる。例えば、第Ｓ図（勾
の曲線？９　ｈのようになる。しかし矢印Ｋ。

Ｌで示す磁力線は、初期は少な（、末期が多くなるので
、両者の対向の初期より末期の方がトルクが増大する。

従って、出力トルク曲線はほぼ対称形となるものである
。

他の突極と磁極との間にも同じ手段が採用されているの
で、全出力トルクも対称形となる。

かかるトルク曲線が、第５図（α）のタイムチャートで
、曲線７弘ａ、７弘６．・・・として示されている。

従って合成トルク曲線のりプルトールクが小さくなる。

又第９図で説明したように、位置検知信号を曲線７ダの
ようにして、この信号電圧に比例した励磁電流とすると
、曲線／、７で示すトルク曲線を対称形とすることがで
き、更Ｋ　１７プルトルクが減少される効果がある。曲
線／Ｊは、第を図（ａ）の曲線７４！α、　？４ｔ　ｈ
　、・・・の１つを示すものである。

第２に効率が劣化する欠点がある。

励磁電流曲線は、第５図（ＬＬ）において、曲線フタの
ようになる。

通電の初期は、電機子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７９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７９は１１０度の巾となっているの
で、磁気エネルギは点線７９　ｇ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３に、出力トルクを大きくすると、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
さくなる欠点がある。

一般に、リラクタンス型の電動機では、出力トルクを増
大するには、第７図の磁極数を増加し、又空隙を小さく
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１図の磁極３ａ、３４．・・・に蓄積され
る磁気エネルギにより、電機子電流の立上り傾斜が相対
的にゆるくなり、又通電が断たれても、磁気工水ルギに
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、反トルクが発生する。

かかる事情により、電機子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。

第１の欠点の説明で示したように、トルクリプルが小さ
くできるが、特に平坦なトルク特性の必要な場合には、
問題点が残るものである。

次に、上述した諸欠点を除去する手段につき説明する。

第７図につき、励磁コイルの通電制御手段につき説明す
る。第７図において、励磁コイルＡ。

Ｂは、第１図の励磁コイル！ａ、ｊ；ｂ、！ｒｅ。

ｚｆ及びよｅ、！ｒｄ、！ｌ、ｊ−んをそれぞれ示して
いる。

励磁コイルＡ、Ｈの両端には、それぞれトランジスタＩ
ＯＬＬ、　１０　ｅ及び１０　ｂ　、　１０　Ｃ１が挿
入されている。

トランジスタ１０　＠　、　１０　ｂ　、　１０　ｅ　
、　１０　ｄ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。

直流電源正負端子ダｏａ、１Ｉｏｂより供電が行なわれ
ている。

アンド回路３７８より正の電気信号が入力されると、ト
ランジスタ１０　ｅＬ、　１０　ｅが導通して、励磁コ
イルＡが通電される。アンド回路３りｂより正の電気信
号が入力されると、トランジスタｉ。

ｂ、／Ｑｔが導通して、励磁コイルＢが通電される。

端子ｔＩ／１１！、ダ／ｈには、第５図の端子、２６　
Ｗ　、にｂの出力がそれぞれ入力されている。

これ等は、矩形波に、増巾回路／Ａ　Ｇ　、　／４４に
より成型されて、アンド回路３７α、３７ｂの入力とな
っている。かかる電気信号が、第３図（ｃＬ）のタイム
チャートにおいて、曲線７０　曝、　７０　ｂ　、　　
・・及び曲線７／　ｃＬ、　？／　ｂ　、・・・とじて
示されている。

トランジスタ１０　ｇ　、　１０　ｅのペース制御回路
（記号Ｊ７　Ｇ　、　ｊりす、ｔｑ、ｔａ等）が同一記
号で第６図（α）Ｋ示しであるので、両者を用いて制御
手段の説明をする。

第７図の記号Ｔの回路は、第６図（勾の同一記号のもの
である。又端子＋ｆ　ｄ　、　ＩＩＫ　ｇの入力は、第
７図の増巾回路／４　Ｇ　、　／Ａ　Ａの出力となり、
端子ダにα、１Ｉｒｂの出力は、第Ｓ図のＭ、Ｎ点の出
力となる。

第７図の端子３ｇより出力トルクを指定する規準電圧が
入力されている。従って、乗算回路６ダの出力は、第Ｓ
図の端子にα、２０ｈの電気信号と相似し、しかも端子
３ｇの入力により高さの異なる電気信号となる。第６図
（ｃＬ）の端子’Ｉｔ　ｌ！の入力は、第７図の端子Ｆ
／α、１１１ｂの入力となり、端子ａｔ、　ｂの入力は
、端子３ｇの入力となっている。

オペアンプ６ｑの一端子の入力は、端子６９ａより入力
される。これは第７図の抵抗３！　ＬＬの電圧降下即ち
励磁電流の検出電圧が入力されていることになる。

第３図（ｈ）のタイムチャートは、励磁コイルＡを流れ
る電流曲線を示すものである。

第５図（ｈ）の電気信号Ａ２ｇ　、　６：ｌｈ　、−・
・は、第６図（−）の発振回路ＳＳ　、単安定回路ＳＡ
による出力パルスである。

この出力パルスにより、フリップフロップ回路ｔａｇ　
ｃＬ、　ｔｑ３　ｂが付勢されて、アンド回路、３７　
ｅＬの入力をハイレベルとする。このときに、位置検知
信号が入力されると、ｔＷＯ度の間は、アンド回路Ｊり
αの上側の出力はノ・イレペルとなる。従ってアンド回
路３り儂の出力もノーイレペル１となる。

従って、トランジスタ１０　ａ　、　１０　ｅが導通す
るので、第７図（句の曲線６Ｊ　Ｓに示すように励磁電
流が増大する。

励磁電流が増大して、点線曲線１２（これはオペアンプ
６９の子端子の入力となっている。）を越えると、オペ
アンプ６デの出力はローレベルに転化し、フリップフロ
ップ回路ａｓ　ａ　、　＋ｔ　ｈはリセットされて、ア
ンド回路３りｑの下側の入力がローレベルとなるので、
トランジスタ１０α、　ＩＯＣは不導通となる。

励磁コイルＡＫ蓄積された磁気エネルギは、ダイオード
３６ｂ、電源、抵抗３５α、ダイオード、７４　（Ｌを
介して放電され、この曲線が第３図（ｈ）で曲線６３　
ｂとして示される。

電源を充電する形式となっているので、印加電圧を高く
することにより、曲線６Ｊ　Ａは急速に降下する。又曲
線４３ｇの上昇も急速となる。

次に、電気信号６２　ｃの到来により、フリップフロッ
プ回路ｐｇ　ｓ　、　ｕ！ｒ　ｈは再び付勢されるので
、励磁コイルＡの通電が開始され、曲線６３　ｅのよう
に電流が上昇する。曲線♂コとの交点で通電が停止され
、このときに電気信号６２ｄにより通電が開始されるが
、これはすぐに停止され、曲線６３ｄに示すように励磁
電流は減少する。

上述したサイクルを繰返すことにより、励磁電流の曲線
は、電気信号！２と同形のものとなる。

曲線程は、乗算回路ＡＩＩの出力で位置検知信号（第１
図の曲線／Ａ）に規準電圧（端子３ｇの入力）を乗算し
た値となっている。

以上の説明より判るようＫ、励磁コイルＡに流れる電流
は、位置検知信号と相似したものとなり、この大きさは
、端子３ｇの規準電圧により変更できる。

全く同じ事情で、端子’Ｉ／　ｂより入力される位置検
知信号により、励磁コイルＢの通電が制御され、同形の
通電曲線となる。端子３ｇの入力によりその大きさを変
更できることも同様である。

以上の説明より判るように、！相の電動機として回転す
る。

記号／ｒ　、　、／？は、それぞれＦＧ、及びＦＶ回路
で、電動機の回転速度に反比例した出力が得られるよう
になっている。端子３ｇの入力の代りにＦＶ回路の出力
を乗算回路６弘の入力とすると、低速で出力トルクが大
きく、高速となると出力トルクが小さくなる一般の直流
機の特性に似た特性のものが得られる。

第７図の励磁コイルＡ、Ｂは、第１図の励磁コイルＡ’
Ｌ、Ａｈ、Ａｔ、Ａｆ及び励磁コイルＡＣ，Ａｄ、Ａダ
、ＡＡをそれぞれ示すものである。

第１．−図のコイル／／　ｅ　、　ｌ／　ｄはＩｇＯ度
離間し、コイル／／＠、／／Ａと９０度位相差を持つよ
うに本体に固定゛し、又突極コα、コｂ、・・・に対向
している。

第Ｓ図と全く同じ回路により、即ちコイルｌ／α、／／
ｈをコイルｉｉ　ｃ　、　ｉｉ　ｔｌに置換した回路に
より、端子Ｘ）　ｉ　、　Ｘ）　ｂより位置検知信号が
得られている。従って、この端子：ｖａ　、　Ｊ　Ａの
出力は、位置検知信号となっている。この信号は、コイ
ル／／　８　、　／／　ｂによるものとｑｏ度の位相差
がある。

かかる位置検知信号は、前述したアンド回路３りα、３
りす１回路Ｔ、オペアンプ６デ等と全く同じ講成の制御
回路の端子’Ｉ／　ＣＬ　、　４’／　ｈに相当するも
のに入力される。このときのアンド回路３りα。

３７ｂの上側の入力信号力ｔ、第Ｓ図（ｃＬ）　におい
て、曲線７２Ｇ、７コｈ、・・・及び曲線７Ｊ　ＩＬ、
　７３　ｂ　、・・・として示されている。かかる制御
回路のアンド回路３７　ＣＬ　、　ｊりＡｒｃ相当する
回路の出力を、端子３９ｂ、３デより入力せしめて、ト
ランジスタ１０　＃　。

／（１）　ｇ　、　１０　ｆ　、　１０　Ａのオンオフ
を制御して、全く同様に励磁電流の制御を行なうことが
でき、その作用効果も又同じである。

端子、７ｊ　ｅは、抵抗３３ｂの電圧降下即ち励磁電流
の検出出力端子となり、又端子３ｇの規準電圧は共通に
利用できる。

ダイオード３１　ｇ　、　３６　ｆ　、・・・の作用も
同じである。

従って、コ相のリラクタンス型の電動機として回転子コ
は回転するものである。

本発明装置の特徴は次の点にある。

第１に、出力トルクは、端子３ｔの規準電圧により規制
され【、印加電圧に無関係である。印加電圧は、磁気エ
ネルギの急速な蓄積と放出に効果を挙げている。

リラクタンス型の電動機は、高トルクとすると、大きい
磁気エネルギの蓄積があるので、回転速度が著しく低下
する。しかし位置検知信号に相似した通電が強制的に印
加電圧を大きくすることにより出来るので、反トルクの
混入と、電流の立上りのおくれが除去される。

従って高速高トルクの電動機が得られ、有効な技術が供
与できる効果がある。

第２に、１８０度の通電の初期と末期は電流値が小さく
抑止されているので第５図（勾の通電曲線７ｑについて
前述した効率の低下が防止でき、一般の直流機と同等な
効率の得られる効果がある。

第３に、通電波形が、位置検知信号ｔコ（第を図（勾図
示）に見られるように、滑らかな立上りと降下なので振
動の誘発が防止できる効果がある。又上述した立上りと
降下の特性は、第７図について説明したように、自由に
変更できるので、振動の制御をすることができる。

第６図（ａ）の誤差増巾回路の説明をする。ＦＧ回路／
ｌｒ、ＦＶ回路／７．誤差増巾回路侵は定速制御の為の
ものである。

電動機の回転速度は、ＦＧ回路／ｇにより、エンコーダ
を利用して電気パルスの周波数に変換され、ＦＶ回路ｌ
りにより電圧信号に変更される。

端子ダ３４より、定速度を指令する規準電圧が入力され
ている。　　′ 設定速度を越えて、増加すると、誤差増巾回路４ＺＪの
出力電圧は降下するので、乗算回路６ダの右側の入力電
圧も減少して、回転速度が降下し、出力トルクも減少し
て、負荷トルクとバランスした回転速度となる。

設定速度を越えて、減少したときには、反対の制御が行
なわれて定速度が保持される。

次に第６図（ｈ）の回路につき説明する。第６図Ｃｂ）
の回路は、第６図（ａ）と同じ目的を達する為の他の手
段である。

第６図＜ｈ）において、端子６コｅＬ、６２ｂの出力は
、第７図のＭ点及びＮ点の入力となっている。

第７図の抵抗３１　ＣＬ　、　、？！　Ａは除去され、
その代りに、励磁電流が正逆いずれの方向に流れても、
電流に比例した正の出力の得られる電流検出回路″が挿
入される。若しくは、抵抗３ｊφ、３３ｈの電圧降下を
両波整流する回路を設けても同じ目的が達成される。か
かる出力が第６図Ｃｂ）の端子ｔ、ｏｈの入力となって
いる。

第６図（句の端子６３　ｃＬ、　４ｊ　ｂより、第Ｓ図
の端子２ｏαの位置検知信号を矩形波に整形した電気信
号及び端子２０ｂの位置検知信号を矩形波に整形した電
気信号が、それぞれ入力されている。

乗算回路６ｔＩ４の端子３ｇ１には、出力トルクを指定
する規準電圧が入力されている。

端子ｔＬｌｌα、Ｆｅｂには、第７図の同一記号の端子
と同様に、第５図の端子２１）　ａ　、　２０　ｈの位
置検知信号が入力されている。

位置検知信号が入力された場合を説明する。

このときの乗算回路６ダ１の出力を、第３図（勾のタイ
ムチャートで点線ｒｔ　ａとして示しである。

その始端部が入力され、端子６ｏ　ｂの電流検出信号よ
り、乗算回路６４ａの出力信号の方が太きいときには、
オペアンプ６０の出力は）〜イレペルとなるので、アン
ド回路６／鴎の出力はノーイレペルとなり、トランジス
タ”　ｆＬ、　１０　ｃが導通して、励磁コイルＡの通
電が開始され、この曲線が第Ｓ図（ｈ）で曲線Ａｔ　（
ｌとして示されている。

電源端子ｌｌ０ａ　、　ｒａｙ　ｂに印加される電圧は
高電圧となっているので、電機子電流曲線６６αの立上
り部は急峻となり、前記した電流検出回路の出力が乗算
回路４１１ｅＬの出力より大きくなると、オペアンプ６
０の出力は、ローレベルに転化して、アンド回路６１α
の出力をローレベルとする。

従って、トランジスタ１０　＠　、　１０　ｅは不導通
となる。従って蓄積磁気エネルギの放電により、曲線６
Ａ　Ａにそって電流が減少する。所定値に減少すると、
オペアンプ６０の出力は再び）１イレベルとなり、トラ
ンジスタ１０１！　、　１０　ｅが導通して、電流は曲
線ｔ、ｂ　ｃにそって増大する。かかるサイクルは、正
帰還回路となっているオペアンブル０のヒステリシス特
性により繰返される。電流の上限と下限は、第を図（ｂ
）の点線ざコａと６６になる。

点線１２　ｆｉ　、　Ａ＆の高さの差は、オペアンブル
０のヒステリシス特性で規制され、又それ等の高さは、
端子３１４の出力トルク指令の規準電圧信号により規制
されている。

上述した通電制御により、通電曲線は、第３図（ｈ）の
曲線１２　ｍに相似した形即ち位置検知信号に相似した
形状となる。

端子’ＩＩ　ｂより、位置検知信号が入力された場合に
も、端子６２　ｈの出力により、トランジスタ７ｔ）　
ｂ　、　１０　ｄのオンオフ制御が同様に行なわれる。

従って／相の電動機として回転する。

励磁コイルＡ、Ｂについても事情は同じで、第６図＜ｈ
）の回路により同じ通電制御が行なわれる。従ってコ相
の電動機として回転する。作用効果は前実施例と同じで
ある。

次に、トルクリプルの制御について説明する。

コ相の電動機において、ｌ相のトルク曲線が５ｉｔ−〇
　となり、他の／相のトルク曲線をＣＯ−に比例するも
のとすると、５ｉｒ−θ＋Ｃｏｔλθ＝ｌとなるので、トルクリプルが消滅することが知られてい
る。第５図（ＬＬ）のタイムチャート及び第９図を用い
て、トルクリプルを除去して平坦なトルク特性を得る手
段につき説明する。

第５図（１）において、第５図の回路の端子ｍα。

ｗｈの出力を矩形波に整形したのが、曲線７０８゜７ｏ
ｈ、・・・及び曲線？／　’Ｓ　、　７／　ｈ　、・・
・として示されている。

コイル／／ｅ、／／ｄの出力を第５図と同じ回路でとり
出し、矩形波に整形したものが、曲線７２ａ、７２ｈ、
・・・及び曲線７３　ｔｇ　、　７３ｂ＋・・・で示さ
れている。

位置検知信号７０４　、７（７ｂ　、・・・で示す巾だ
け定電流で、第７図の励磁コイルＡに通電した場合のト
ルク曲線は、前述したように曲線悴喀、悴す、・・・と
なる。このトルク曲線は、第３図で説明した手段により
始端部のピーク値を低くしたものである。

他の位置検知信号によるトルク曲線も相似した形状とな
っているが省略して図示していな（・。

これ等のトルク曲線の合成トルク曲線は太きいりプルト
ルクを含んでいるものである。

前述したように、かかるトルクリプルな除去するには、
位置検知信号７０　Ｇ　、　７０　ｈ　、・・・及び７
／ａ　、　１１　ｈ　、・・・による通電波形を変更し
て、それぞれのトルク曲線を、曲線７４１！、　７Ａ　
ｂ　、・・・及び曲線７Ｓ’Ｓ　、　７ｊ　ｂ　、・・
・のｒうに、即ちサイン曲線の成果に比例した形状とし
、図示していないが、・・・で示す形状に相似したもの
とし、後者がｑｏ度位相がおくれだサイン曲線即ちコサ
イン曲線の成果曲線とすると、合成トルクは定数となり
、トルクリプルは除去される。

本発明装置では、前述したように、位置検知信号の曲ａ
Ｋ相似した通電波形を得ることができる特徴があるので
、出力トルク曲線がサイン曲線の成果曲線となるように
、位置検知信号の波形を設定することにより目的が達成
される。

例えば、トルク曲線７弘１を曲Ｉ／５７４４のよ５にす
るには、位置検知信号曲線は記号７ｇのようにすればよ
い。

曲線７ｇの形は、実測により定めてもよいが、計算によ
ってもできる。リラクタンス電動機の場合には、トルク
は励磁電流の成果に比例することを利用して計算できる
。

点＠Ｒの点では、曲線７ＩＡ４は曲線７６１のコ倍とな
っている。従って通電電流の曲線７ｇは４Ｇとすればよ
い。

曲線７ｇのような位置検知信号は、リゾルバを利用して
得ることができる。

他の位置検知信号も曲線７ｇと同じ形状とすることＫよ
り、合成トルク曲線は・平坦となる。

１曲線７ざの形状の位置検知信号を得る他の手段を第９
図につき説明する。

第４図において、点線／３のように、コイルｌ／ａ　、
　／／　ｂに対向する部分を変形すると、位置検知信号
は、点線／６４となることは前述したが、このときに、
点線／Ａ　８の曲線を、第Ｓ図（勾の曲線７ｇに示す曲
線に相似するよ５Ｋ、点線ｉｓの形状を予め設定する。

従って、励磁電流は曲線／Ａ　４に比例して通電される
ので、トルク曲線は正弦曲線の成果曲線となる。

他の位置検知信号も同じ形状の曲線となるので、出力ト
ルクはサイン曲線とコサイン曲線の成果曲線となり、合
成トルクは平坦となり、目的が達成される。

〔効果〕

各実施例の説明より理解されるように、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
てファンモータ、コンブレサモータ、グラインダモータ
、サーボモータに利用して有効な手段を提供でざる。

特に、サーボモータの場合には、回転子が単なる珪素鋼
板の積層体となるので、細長型とすることができ、小さ
い慣性となるので有効である。又回転子に高価な稀”上
域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。又必要によっては、リプルトルクを除
去できるのでサーボ特性を良好とすることができる。

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。

又一般にコ相のリラクタンス型の電動機は、磁ｊ数も増
加するが、第１図のような構成とすることにより、磁極
間の洩れ磁束による反トルクの混入を排除し、従って磁
極数が少なくなり、径が小さく偏平で効率の良いリラク
タンス電動機を得ることができる。

又第３図のように、対向磁極面の形状を変更することに
より、出力トルク白線の対称性を改善することができる
。

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、サーボ特性を良好とすることが
できる０本発明装置の効果の要旨は次の点にある。即ち
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
ギを電源に急速に還流して、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。

【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２図は、同
じくその展開図、第３図は、出力トルク曲線を対称形と
する為の手段の説明図、第ｑ図は、位置検知信号曲線の
グラフ、第５図は、位置検知用のコイルの通電制御回路
図、第６図は、励磁コイルの通電制御回路の１部の回路
図、第７図は、励磁コイル全部の通電制御回路図、第３
図は、位置検知信号、出力トルク、励磁電流のタイムチ
ャートをそれぞれ示す。／　、　７１１　ｈａｍ回転軸、　　−ａ、コｂ　、　
、、、突極、コ・・・回転子、　　３・・・固定電機子
、　　３ａ。３ＩＪ、・・・、４Ｉα、ダｂ、・・・磁極、　　より
、ｊｂ、−、ｂ　ａ、ｂｈ、　・、Ａ、Ｂ、Ａ、Ｂ、、
、励磁コイル、　　　りα、りす、・・・削除部、／／
　（、ｔｔ　ｂ　、　／／　ｃ　、　／／　ｃＬ　−−
−＝ｒイル、　　　／２．／！ｒ…コイル／／　４　、
　／／　ｈの対向部、　　／Ｊ・・・トルク曲線、　　
／Ｑ、／Ａ、／Ａ４・・・位置検知信号曲線、／ｒ・・
・発振回路、　　／９４　、　ｔｑ　ｂ・・・オペアン
プ、ダ０’Ｌ、ｔ１０１）・・・電源圧負極、　　１０
４　、　／θｂ、／θｃ、１０ｄ・・・トランジスタ、
　　／Ａ　４　、　／ルｂ・・・矩形波成型回路、　　
６デ、６０．・・・オペアンプ、６Ｑ　、　６４”Ａ・
・・乗算回路、　　ｌり・・・ＦＶ回路、／ざ・・・１
０回路、　　ｑ３・・・誤差増巾回路、ＳＳ・・・発振
回路、　　Ｓ６・・・単安定回路、ａｓ　４　、　ＩＩ
ｔ　ｂ・・・フリップフロップ回路１．７７ｒｔ　、　
Ｊ７１）　、　Ａ／４　、６／ＩＩ　、　・７：／ド回
路、１０　ｔ　、　１０　ｆ　、　１０　ｆ　、　ＩＯ
Ａ・・・トランジスタ、７０ａ、７０ｈ、　・・−，７
／ａ、？／ｂ、　・−・、７２ｃＬ、　７２４゜・・・
、７３α、７３４．・・・、　７ｇ・・・位置検知信号
、７弘　曝　、　７弘　ｂ　、　　・−、７，１ｔ’ｌ
　　、　　７５　　ｂ　、　　　・・・　、　　７デ　
ｈ　、７６　ｇ。７Ａ　Ａ　、・・・トルク曲線、　　　？？、　６Ｊ４
　、　＆、３ｂ　、・・・。／ｓＡａ、　ＡＡＩＩ　、−、，４励磁電流曲線、６１
　Ｇ　、　６２　Ａ　、・・・発振回路３に、見の出力
信号。

Claims

【特許請求の範囲】等しいピッチと等しい巾の１４個の突極を備えた磁性体
回転子と、２個の磁極の巾が突極の巾と等しく、互いに
磁極の巾だけ離間したコ型の磁心及び該磁心に捲着され
た励磁コイルとよりなる８個の電磁石と、該電磁石の磁
極面が回転子の突極面に僅かな空隙を介して対向して円
周面に配設されるとともに、８個の電磁石が同一円周面
にそつて、等しいピッチで互いに固定された固定電機子
と、回転子の突極の位置を検出して、電気角で１８０度
の巾で、互いに１８０度離間するとともに、中央部が最
も大きく両端部が漸減する形状の電圧曲線となる第１の
位置検知信号ならびに第１の位置検知信号より電気角で
１８０度位相の異なる同じ波形の第２の位置検知信号を
得る第１の位置検知装置と、第１、第２の位置検知信号
より電気角で順次に９０度の位相差のある同じ波形の第
３、第４の位置検知信号を得る第２の位置検知装置と、
前記した８個の電磁石を円周面にそつて第１、第２、・
・・、第８の電磁石と呼称し、それぞれの電磁石に捲着
された励磁コイルを第１、第２、・・・第８の励磁コイ
ルと呼称したとき、第１、第５の励磁コイルの直列若し
くは並列接続体の両端子と直流電源の正負端子との間に
挿入された第１、第２のスイッチング素子と、第３、第
７の励磁コイルの直列若しくは並列接続体の両端子と直
流電源の正負端子との間に挿入された第３、第４のスイ
ッチング素子と、前記した各スイッチング素子と励磁コ
イルのそれぞれに並列に接続された第１、第２のダイオ
ード及び第３、第４のダイオードと、第１、第２の位置
検知信号により、それぞれ第１、第２及び第３、第４の
スイッチング素子を付勢して、第１相の第１、第５の励
磁コイル及び第３、第７の励磁コイルに交互に通電を行
なう第１の通電制御回路と、出力トルクを指定する規準
電圧と第１、第２の位置検知信号電圧を乗算する乗算回
路と、該乗算回路の出力と励磁電流の検出回路の出力を
比較して、後者が前者より大きいときには励磁電流を遮
断し、後者が前者より設定値だけ、小さくなると通電を
復帰して、前記した乗算回路の出力に対応した励磁電流
とする第２の通電制御回路と、第１相の励磁コイルの通
電曲線を前記した位置検知信号に比例した形状とするよ
うに、第１、第２、第３、第４のダイオードを介して、
励磁コイルに急速に磁気エネルギを蓄積し、又該蓄積磁
気エネルギを直流電源に急速に還流するように設定され
た出力トルク及び回転速度に対応した高い電圧の前 Lした直流電源と、第２、第６の励磁コイルの直列若し
くは並列接続体の両端子と直流電源の正負端子との間に
挿入された第５、第６のスイッチング素子と、第４、第
８の励磁コイルの直列若しくは並列接続体の両端子と直
流電源との間に挿入された第７、第８のスイッチング素
子と、前記した各スイッチング素子と励磁コイルのそれ
ぞれに並列に接続された第５、第６のダイオード及び第
７、第８のダイオードと、第３、第４の位置検知信号に
より、それぞれ第５、第６及び第７、第８のスイッチン
グ素子を付勢して、第２相の第２、第６の励磁コイル及
び第４、第８の励磁コイルに交互に通電を行なう第３の
通電制御回路と、出力トルクを指定する規準電圧と第３
、第４の位置検知信号電圧を乗算する乗算回路と、該乗
算回路の出力と励磁電流を比較して、第１相の励磁コイ
ルの励磁電流と全く同じ通電制御を行なう第４の通電制
御回路とより構成されたことを特徴とする２相リラクタ
ンス型半導体電動機。