JP3147920B2

JP3147920B2 - 低電圧モータ

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Publication number: JP3147920B2
Application number: JP09959291A
Authority: JP
Inventors: 亮拿佐藤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-04-02
Filing date: 1991-04-02
Publication date: 2001-03-19
Anticipated expiration: 2016-03-19
Also published as: JPH05328646A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は全く新規な構造の低電
圧モータに関し、特に超低電圧，大電流，大トルクの低
電圧モータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の直流電動機は、速度トルク特性曲
線が一定でなく、このため負荷の特性によっては、系が
安定にならないという問題があった。また、従来の直流
電動機は、整流子やブラシをもっているので、始動時に
回路の全電流を加えて直接始動しようとすると、大電流
が流れて整流子，電機子巻線やブラシを損傷するため、
始動の際には電機子回路に直列に始動抵抗を入れて始動
電流を抑えるようにしていたが、これは電力のロスであ
るとともに、投入電力の割におおきな始動トルクは得ら
れないこととなった。また、始動の際には、界磁電流は
最大にして始動トルクを大きくし、速度上昇を速やかに
して過電流の流れる時間を短縮するようにしていたが、
これも電力のロスであった。また、電機子コイルには亀
の子コイルを用いており、これは図８に示すように、円
筒型鉄芯に対し、その軸方向に走る巻線８５１と、次の
同じく軸方向に走る巻線８５２とが円筒の中心軸から見
て所定角離れた位置に配置されているため、これらの巻
線８５１，８５２間をつなぐ部分８５１’，８５２’は
円筒体の側面でかなりの長さを有することとなり、これ
に流れる電流は、その発生する磁束が動力の発生に寄与
しないものであるため、無効電流となり、電力−動力変
換効率を悪化させる原因となっていた。

【０００３】また、従来の誘導電動機は、鉄よりなる中
空円筒体からなる固定子の内側に溝を設けてここにコイ
ルを収納し、一方この固定子の内側に中空円筒の側面上
に位置する複数の導体からなり、その前後両端がエンド
リングで短絡されたかご形回転子を入れ、上記固定子内
に回転磁界が発生するよう、上記固定子のコイルに直
流、又は単相，２相，３相等の交流を印加して該固定子
内に回転磁界を発生させ、この回転磁界と、これにより
回転子の導体内に誘導される誘導電流との相互作用によ
って回転子を回転させるようにしたものである。

【０００４】ここで、この誘導電動機における回転磁界
の発生方法は、その駆動用の電源が、直流電源であるか
交流電源であるかによって、あるいは交流電源の相数が
いくつであるか等によって異なるものであり、以下代表
的な電源による回転磁界の発生方法について説明する。

【０００５】まず、直流電源により回転磁界を発生する
方法を図９について説明すると、この場合、固定子側に
回転子の回りに１２０度間隔で３つのコイルＡ〜Ｃを配
置し、さらに各コイルＡ〜Ｃに対向する位置に３つのコ
イルＡ′〜Ｃ′を配置し、対向するコイル同士を直列に
接続している。一方電源装置５０では、図９(a) に示す
ように、直流電源Ｅの正側端子及び負側端子間に、スイ
ッチ素子ＳＣＲ１とＳＣＲ４、ＳＣＲ２とＳＣＲ５、Ｓ
ＣＲ３とＳＣＲ６をそれぞれ直列に接続してなる第１〜
第３の直列接続体を並列に接続し、各直列接続体の接続
点Ｐ₁をコイルＡ，コイルＣ′に、接続点Ｐ₂をコイル
Ｂ，コイルＡ′に、接続点Ｐ₃をコイルＣ，コイルＢ′
に接続している。

【０００６】そして回転磁界の発生は、スイッチ素子Ｓ
ＣＲ₁〜ＳＣＲ₆を図９(b) の表のようにそのオン・オ
フの順序とその期間を制御することにより行う。すなわ
ち、モードＩでは、ＳＣＲ₁とＳＣＲ₅が２π／６の期
間導通となっているため、図９(a) の太線で示すような
回路が構成され、コイルＡ及びＡ′に直流電流が流れ
る。次のモードIIではＳＣＲ₁とＳＣＲ₆が導通とな
り、コイルＣ，Ｃ′に直流が流れる。従ってモードＩに
対してモードIIでは磁界が空間的に２π／６だけ時計方
向に回転したことになる。モードIII 〜モードVIに対し
てもまったく同様で、各モードごとに磁界は２π／６ず
つ回転移動し、これによって回転磁界が発生する。また
この回転速度はＳＣＲのオン・オフの周期を変えて自由
に調整できる。

【０００７】次に３相交流による回転磁界の発生につい
て説明する。図１０(a) ，(b) に示すように対称３相巻
線７１，７２，７３に平衡３相交流ｉa ，ｉb ，ｉc が
流れると、図１０(c) の時刻ｔ₁では、ｉa ＝Ｉ_m，ｉ
b ＝ｉc ＝−Ｉ_m／２となり、これによる各巻線の起磁
力Ｆa ，Ｆb ，Ｆc は図１０(d) に示すようにａ相では
巻線軸方向に、ｂ相，ｃ相では各巻線軸と反対方向に発
生する。この結果これら３つの起磁力の空間ベクトルの
和として図に示す合成起磁力Ｆが生ずる。同様なことを
ｔ₂〜ｔ₇について行うと、図１０(d) に示すようにＦ
は時計方向に回転して、回転磁界が発生することにな
る。

【０００８】また２相交流による回転磁界の発生は、図
１１(a) に示すように２相対称巻線８１，８２に位相が
９０度異なる平衡二相電圧、つまりｅ_x＝Ｅ_msin ωt
，ｅ_y＝Ｅ_mcos ωt を印加すると（図１１(b) ）、
各巻線軸にはφ_x，φ_Yの二相交流磁束が生じ、この合
成磁界は周期Ｔ（＝２π／ω）の回転磁界となる。なお
図１１(c) は上記平衡２相電圧ｅ_x，ｅ_yを合成した合
成電圧のオシロスコープによる表示を示している。

【０００９】さらに単相交流による回転磁界の発生は、
くまとりコイル方式とコンデンサ分相方式に分けられ
る。図１２に示すように固定子の突極８１１の一部にく
まとりコイル８１２を装着した状態で、巻線ｆに交流電
圧ｖを印加すると、移動磁界が生じる。すなわち図１３
(a) のように磁束が増大する場合、くまとりコイル８１
２で遮蔽されない部分Ａは、磁束が遅滞なく増大して磁
束密度は大になるが、くまとりコイルの装着部分Ｂはこ
れが磁束の変化を妨げるため、この部分の磁束密度は上
記Ａ部分より若干遅れて磁束密の状態になる（図１３
(b) ）。その後図１３(c) のようにＡ部分の磁束が減少
し始めると、Ｂ部分はくまとりコイルが前の磁束密の状
態を維持する方向に電流を誘導するため、このＢ部分は
Ａ部分よりややおくれて磁束粗になる（図１３(d) ）。
このようにして単相交流により移動磁界を発生すること
ができ、これによって回転磁界を発生することができ
る。

【００１０】またコンデンサ分相方式では、図１４に示
すように全く相等しい抵抗Ｒ，リアクタンスＸ_Lの第
１，第２の２つのコイル９１，９２を空間的に直交さ
せ、一方にコンデンサＸ_Cを挿入し、図のように結線し
て単相電圧を印加すると、各コイル９１，９２に流れる
電流と電圧の関係は図１４(b) に示すようになって、第
１のコイル９１の電流Ｉ_Mと第２のコイル９２の電流Ｉ
_Aとの間に位相差θが生じる。この結果固定子内で発生
する磁界も上記くまとりコイルの場合と同様移動するこ
ととなり、これによって回転磁界が発生し、回転子が回
転する。

【００１１】しかしながら、このような従来の誘導電動
機においても、固定子コイルについては上記直流電動機
と同じ問題があり、また巻線形回転子を用いるもので
は、この巻線形回転子にもやはり亀の子コイルを用いて
いるため、電力−動力変換効率が悪いという問題があっ
た。

【００１２】また上記のような従来の単相誘導電動機で
は、回転磁界を発生するために固定子の突極にくまとり
コイルを装着したり、駆動電源の単相出力をコンデンサ
を用いて分相したりする必要がある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、このよう
に従来の直流または単相，２相，あるいは３相の誘導電
動機においては、固定子巻線あるいは電機子巻線のかな
りの部分に電動機の回転に寄与しない無効電流が流れて
いるということに着目し、このようなロスが全くなく、
超低電圧で、大電流，大トルクの得られる低電圧モータ
を得ることを目的としている。

【００１４】またこの発明は、直流電源あるいは３相交
流電源の出力を、効率のよい波形の単相，２相，あるい
は多相の駆動電流に変換することができる電源装置を備
えた低電圧モータを得ることを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明に係る低電圧モ
ータは、複数本の直線導体が円筒状に間隔を開けて配置
されており且つ互いに隣り合う所定本数の直線導体が一
つの組にされた直線導体群と、前記複数本の直線導体の
一端側のすべてを短絡する１つの円環状接続導体と、前
記複数本の直線導体の他端側を前記直線導体群の各組毎
に短絡する複数の円弧状接続導体とを有した固定子と、
当該固定子と対になった回転子とを備えており、前記円
弧状接続導体を介して前記直線導体群の各組に電圧が各
々印加されると、前記直線導体群の各組に電流が各々流
れて回転磁界を発生し、当該回転磁界により前記回転子
が回転する構成となっていることを特徴としている。

【００１６】またこの発明に係る低電圧モータは、電源
装置として、直流電源の正及び負電圧に接続された正側
及び負側接点を有し、正側及び負側接点のオン，オフあ
るいは正側，負側接点間での切換が可能なスイッチ回路
と、リアクタンス成分を有し該スイッチ回路に接続され
たリアクタンス回路とからなり、直流を交流に変換する
１つまたは複数の変換部と、上記直流電源の正及び負電
圧の中間電位に接続されたニュートラル端子と、上記ス
イッチ回路のオン，オフあるいは切換動作を制御する制
御回路とを備え、上記各変換部の出力端子とニュートラ
ル端子との間に単相交流を出力する，単相又は多相の交
流電源装置を用いたものである。

【００１７】

【００１８】この発明に係る低電圧モータは、上記筒体
の側面上に該筒体の軸方向と平行な導体部分を有する回
転子に代えて、筒体の側面上の位置にＮ極あるいはＳ極
を有する回転子を用い、上記と同様にして固定子の回り
に回転磁界を発生させ、上記回転子が固定子に対し同期
電動機の原理によって回転駆動されるようにしたもので
ある。

【００１９】

【作用】この発明においては、固定子の上記複数の直線
導体の２点間に、各直線導体群ごとに異なる電圧を印加
して、上記固定子の回りに回転磁界を発生させ、この回
転磁界内に配置された回転子が誘導電動機の原理によっ
て回転駆動されるようにしてモータを構成したから、各
直線導体群の各直線導体にはそれぞれモータの回転駆動
に寄与する電流のみが軸方向に平行に流れることとな
る。この際、従来の亀の子コイルのようにモータの回転
駆動に寄与しない電流が流れる部分がまったくなく、リ
アクタンス成分がまったくないから該直線導体にはきわ
めて低電圧の印加でもって大電流が流れることとなり、
これにより超低電圧で大トルクの発生が可能となる。即
ち、固定子導体の、回転磁界の発生に寄与しない電流の
無効成分はまったくなくなり、該固定子導体に流れる電
流が発生する回転磁界は、すべて回転子の回転駆動に寄
与するものとなり、きわめて効率のよい，超低電圧，大
電流，大トルクのモータが得られる。

【００２０】またこの発明においては、上記電源装置と
して、直流電源の正及び負電圧を交互に切り換えて、あ
るいはその一方を断続的に出力可能なスイッチ回路と、
該スイッチ回路に接続されたリアクタンス成分を有する
回路とからなる直流交流変換電源装置を用いたので、上
記モータの駆動電流を鋸歯状波形とすることができ、電
気エネルギーの機械（回転）エネルギーへの変換効率を
向上することができる。またスイッチ回路の切換動作の
タイミングを適宜制御することにより回転磁界の速度を
変えることができ、さらに上記リアクタンス回路のリア
クタンス成分を可変することにより、各モータに適した
所望の駆動電流波形を得ることができる。

【００２１】また、回転子として、筒体の側面上に磁極
が発生するような構成のものを用いた場合には、回転子
が同期電動機の原理によって回転駆動されることにな
る。

【００２２】

【実施例】以下本発明の実施例について説明する。図１
は本発明の一実施例による低電圧モータの構成及び動作
原理を説明するための図であり、図において、１０は固
定子で、筒体の側面上の位置に該円筒の軸方向に形成し
た複数の板状直線導体１と、該複数本の直線導体１の一
端側をすべて電気的に接続する円環状接続導体２と、上
記直線導体１の他端側を５本１組にして各組ごとに電気
的に接続して６つの直線導体群１１ａ〜１１ｆを形成す
る６つの円弧状接続導体３ａ〜３ｆとから構成されてい
る。また２０はその軸が上記固定子の軸と同軸に上記固
定子１０内に挿入されたかご型回転子、２１は円筒形状
の側面上に相互に等角度間隔に設けられた複数の回転子
棒状導体、２２は該回転子棒状導体２１の前端をすべて
接続する円環状導体、２３は該回転子棒状導体２２の後
端をすべて接続する円環状導体である。

【００２３】また４は図９(a) に示した電源装置５０と
同一の回路構成の電源装置４で、その出力端子Ｐ₁は上
記円弧状接続導体３ａ，３ｄに、出力端子Ｐ₂は円弧状
接続導体３ｂ，３ｅに、出力端子Ｐ₃は円弧状接続導体
３ｃ，３ｆにそれぞれ接続している。なおここでは直線
導体として板状のものを用いているが、これはモータの
仕様によっては丸棒状のものを用いてもよく、また回転
子は上記のようなかご型のものに限らず、筒状導電体か
らなるものを用いてもよい。

【００２４】次に動作について説明する。上記図９での
説明と同様、スイッチＳＣＲ₁〜ＳＣＲ₆を図９(b) の
表のようにオン・オフ制御すると、モードＩでは、円弧
状接続導体３ａから直線導体群１１ａ、円環状接続導体
２及び直線導体群１１ｄを介して円弧状接続導体３ｄへ
直流電流が流れ、直線導体群１１ａと１１ｄの回りには
図１(b) に示すような磁界ができ、その合成磁界として
図１(b) では左向きの磁界Ｓができ、これが上記スイッ
チＳＣＲ₁〜ＳＣＲ₆の切換により図１(c) のように回
転することにより、固定子１０内に回転磁界が発生す
る。そしてこの回転磁界を発生する固定子１０内に筒状
導体の回転子２０が配設されているので、該回転子２０
の側面には電流が誘導され、かつ該電流が上記回転磁界
内に流れることによりローレンツの法則によって筒状導
体の側面部にこれを円周方向に移動させる力が働き、該
回転子２０が回転することとなる。このときの回転子２
０の回転速度は回転磁界の回転速度と等しくなる。この
ように回転磁界内に筒状導体の回転子が配設されてこれ
が回転するのは誘導電動機における回転原理と全く同じ
であり、また回転速度は図９の場合と同様スイッチＳＣ
Ｒのオン・オフの周期を変えて自由に調整できる。

【００２５】このような本モータにおいては、従来の誘
導電動機において使用されていた亀の子コイルは、磁界
の発生あるいは回転子の回転に直接寄与しない電流の無
効成分がかなり大きく、その結果インダクタンスが大き
く、これが導体に流れる電流に対する抵抗となってロス
が大きくなり、大電流が得られなかったのに対し、本モ
ータにおいては、モータの回転駆動に寄与しない電流が
流れる部分がまったくなく、インダクタンス成分（リア
クタンス成分）がまったくないため、固定子の直線導体
に流れる電流は低電圧でもきわめて大となり、しかもこ
の大電流のすべてが回転磁界の発生に寄与し、きわめて
効率高く回転子の回転トルクが得られ、したがって、超
低電圧，大電流，大トルクの低圧誘導モータが得られる
こととなる。

【００２６】従って例えば、大きな起動トルクが必要な
場合には、従来は直流直巻型モータを使用することによ
りこれに対応していたが、本モータを用いれば、効率の
低下を招くことなく、大きな始動トルクを極めて容易に
得ることができる。

【００２７】さらに本モータでは、固定子は、直線導
体，円弧状接続導体及び円環状接続導体の３種類の部品
により、また回転子は筒状導電体のみで構成されている
ため、構造が非常に簡単であり、大トルクのモータを極
めて軽量なものにできる。また構造が簡単であるため、
機械装置の駆動部や各部分に本モータを直接組み込ん
で、これらの部分それ自体が駆動能力を持つ、つまり回
転力や慴動力を発生するようにできる。

【００２８】従って、例えば本モータを電気自動車等の
駆動モータとして用いた場合、発進トルクを向上できる
とともに、電力使用量を大幅に削減でき、しかも車体重
量を大きく軽量化することができ、１回の充電で走行で
きる距離を飛躍的に向上することができる。また、電気
自動車の車輪のホイール内に上記本モータの固定子の構
造を組み込み、車軸側を筒状の回転子とすることによ
り、車輪自体をモータとすることができる。この場合、
駆動モータやモータの回転力を車輪に伝達する機構をな
くして車体構造を簡略化し、電気自動車を小型，軽量化
で安価なものとできる。また車輪そのものが駆動力を持
つので、ハンドル等の操舵機構により車体を操舵する従
来の電気自動車とは異なり、ハンドル等がなくてもマイ
コン制御等によって左右の車輪の回転数を変えることに
より、車体の操舵ができる等、全く新規な構造の電気自
動車を実現することができる。

【００２９】なお、固定子の構造は上記実施例のように
直線導体，円弧状接続導体，及び円環状接続導体からな
るものに限らず、これらを樹脂製の筒状体の周壁内に埋
め込んだ構造としてもよい。

【００３０】また、上記実施例では回転子は固定子と同
芯に配置しているが、回転子の軸と固定子の軸とが平行
であれば必ずしも一致している必要はない。

【００３１】また、上記実施例では、各組の直線導体群
は５本の直線導体からなるものとしたが、これは何本か
らなるものでもよく、１本のみからなるものでもよいも
のである。

【００３２】図２(a) は本発明の第２の実施例による低
電圧モータの構成を示す図、図２(b) はその固定子の斜
視図、図２(c) は回転子の斜視図、図３は該低電圧モー
タの固定子及びそのコイルの構造を示す図である。図１
において、１００は固定子、１０１は中空空胴を有する
円筒体形状に形成された固定子筒体、１０２は該固定子
筒体１０１の内面に軸方向に形成された複数の断面コ字
状の溝で、これは円筒の内周に沿って等角度間隔に６組
設けられ、各組は５つの溝からなっている。１０３は各
溝１０２内に設けられた平板状の直線導体で、その前端
縁は接続導体１０４により５本の直線導体１０３が相互
に接続されている。この接続導体１０４は、上記固定子
１００の前端面に形成された凹状部１０５に嵌め込まれ
ており、該凹状部１０５の底面と接続導体１０４との間
には第１絶縁体１０５ｂが、また凹状部１０５の側面と
接続導体１０４との間には第２絶縁体１０５ａが配設さ
れている。また直線導体１０３の後端縁は、固定子１０
０の後端面に装着された円環状の接続導体１０７により
全直線導体１０３がすべて相互に接続されている。ま
た、この円環状接続導体１０７は接地されている。１０
６は円環状の接続導体１０７と固定子筒体１０１とを絶
縁する第３絶縁体である。

【００３３】また２００は上記第１実施例の回転子と同
一構造のかご型回転子で、複数の回転子棒状導体２０
１、及びその前後の円環状導体２０２，２０３から構成
されている。またここでは電源装置４００としては、商
用の３相交流電力を用いている。

【００３４】次に動作について説明する。上記３相交流
の各出力ａ，ｂ，ｃを上記固定子１００の相対向する一
対の直線導体群１０３の前端側の端部に接続導体１０４
を介して印加すると、すべての固定子直線導体１０３の
後端側を接続する接続導体１０７は接地されているの
で、該各直線導体１０３にはその抵抗，リアクタンス成
分が極めて少ないことによって、大電流が流れることと
なる。そして各Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの組の直線導体
への電圧印加はａ，ｂ，ｃ，ａ，ｂ，ｃ相の順となって
いるので、各組の直線導体群１０３の回りには図５(a)
のの時点では図５(b) に示すような磁界ができ、その
合成磁界として図５(b) では左向きの磁界Ｓができ、こ
れが時間とともに回転することによって、固定子１００
の固定子導体１０１内には図５(c) に示すような回転磁
界ができることとなる。そしてこの回転磁界を発生する
固定子１００内に、複数の棒状導体２０１を有する回転
子２００が配設されているので、該棒状導体２０１には
電流が誘導され、かつ該電流が上記回転磁界内に流れる
ことによりローレンツの法則によって該直線導体にこれ
を円周方向に移動させる力が働き、該回転子２００は回
転することとなる。このときの回転子２００の回転速度
は回転磁界の回転速度と等しくなる。このように回転磁
界内にかご型回転子が配設されてこれが回転するのは３
相誘導電動機における回転原理と全く同じである。

【００３５】図６(a) は上記実施例の低電圧３相モータ
の回転数（ｒｐｍ）−出力トルクＴ特性を示す図であ
り、図に示すように、本モータの出力トルク特性は、電
源投入と同時に一定値Ｔ₀に達し、以後回転数の上昇に
かかわらず一定値を保つものである。また図６(b) は始
動特性，つまり停止状態から定常回転数の運転状態に至
るまでの回転数の変化を示す図であり、電源投入後一定
時間ｔ₀後に回転磁界の回転速度Ｗ₀と等しくなる。

【００３６】このような本モータにおいては、上記第１
実施例と同様、モータの回転駆動に寄与しない電流が流
れる部分がまったくなく、インダクタンス成分（リアク
タンス成分）がまったくないため、固定子の直線導体に
流れる電流は低電圧でもきわめて大となり、しかもこの
大電流のすべてが回転磁界の発生に寄与し、きわめて効
率高く回転子の回転トルクが得られ、したがって、超低
電圧，大電流，大トルクの３相直線コイルかご型モータ
が得られることとなる。

【００３７】図４は本発明の第３の実施例による低電圧
モータを説明するための図であり、ここでは、該モータ
の駆動電源として、本願発明者が既に開発した先願（特
願平２−２８８８７８号）にかかる直流−３相交流変換
電源装置を用いている。

【００３８】図４(a) はこの直流−三相交流変換電源装
置の構成を、図４(b) はその出力波形を示し、図におい
て、４０１は直流−３相交流変換電源装置４００の直流
電源、４０２ａ〜４０２ｃは直流電力を交流電力に変換
する変換部で、直流電源４０１の正及び負電圧に接続さ
れた正側及び負側接点４２４ａ〜４２４ｃ、４２５ａ〜
４２５ｃを有し、該正側及び負側接点のオン，オフある
いは正側，負側接点間での切換が可能なスイッチ回路４
２１ａ〜４２１ｃと、該スイッチ回路４２１に接続され
たリアクタンス回路４２２ａ〜４２２ｃとからなる。ま
た４０６ａ〜４０６ｃは上記変換部４０２ａ〜４０２ｃ
の出力端子、４３１は上記スイッチ回路４２１ａ〜４２
１ｃの切換周期Ｔ₀の１／３の位相差（１／３Ｔ₀）で
もって各スイッチ回路を切換制御する制御回路、４０７
は上記直流電源４０１の正及び負電圧の中間電位に接続
されたニュートラル端子で、ここでは接地している。

【００３９】次に動作について説明する。まず電源の動
作であるが、１相のみについて考え、制御回路４３１に
より１つのスイッチ回路４２１の切換動作を所定のタイ
ミングで行うと、リアクタンス回路４２２には誘導起電
力が発生し、これによって出力端子４０６にはニュート
ラル端子４０７に対し、図７(c) に示すように所定周期
の垂下特性を持った鋸歯状の電流が誘導されることとな
る。そしてこれを制御回路４３１により３相分のすべて
につき、一周期Ｔ₀の１／３の位相差（１／３Ｔ₀）で
もって行うと、各出力端子４０６ａ〜４０６ｃにはニュ
ートラル電極４０７に対し、図４(b) に示すような３相
交流が出力されることとなる。そしてこの３相交流の各
出力ａ，ｂ，ｃを上記固定子１００の相対向する一対の
直線導体群１０３の前端側の端部に接続導体１０４を介
して印加すると、上記第１の実施例と同様、固定子の回
りに回転磁界が発生し、これによって回転子２００が回
転する。このときの回転子２００の回転速度は回転磁界
の回転速度と等しくなる。

【００４０】この実施例では、鋸歯状波形の電流がモー
タに印加されるので、上記第１の実施例のサインカーブ
の駆動電流に比べてより電力−機械変換効率よくモータ
を駆動することができる。また上記電源装置４００の出
力の３相交流の周波数を変化させることにより所望の回
転速度を得ることができ、また電源装置の出力波形をそ
のリアクタンス回路４２２を調整することにより、個々
のモータに最適な駆動電流波形にすることができる。

【００４１】なお、この第３の実施例では、直流を交流
に変換する変換部を３つ有する電源装置を用い、３相交
流によりモータを駆動する場合を示したが、上記変換部
は３つに限るものではなく、２つでも、４つ以上でもよ
い。例えば、電源装置を、２つの直流交流変換部を備
え、９０度位相の異なる平衡２相交流を出力するよう構
成し、４つの直線導体群を有する２相誘導電動機を図１
１(a) のようにして駆動するようにしてもよい。また２
相電源の各相出力は鋸歯状波に限定されるものではな
く、９０度位相の異なるものであれば任意の波形のもの
でよい。

【００４２】図７は本発明の第４の実施例による低電圧
モータを説明するための図であり、図７(a) は電源装置
の回路構成を示す図である。この実施例では、電源装置
として、商用の３相交流を鋸歯状波の３相交流に変換す
る電源装置を用いている。この電源装置は本発明者の開
発になる先願（特願平２−１５４５４１号）にかかるも
ので、図において、７０４は電源装置、７０１〜７０３
は３相交流の入力端子、７２１ａ，７２１ｂ，７２１ｃ
はサイリスタ、７２３は３相交流の各相の正弦波の零ク
ロス点を検出する零クロス点検出器、７２２ａ，７２２
ｂ，７２２ｃは該零クロス点検出器７２３の出力を受
け、各相のサイリスタ７２１ａ，７２１ｂ，７２１ｃの
点弧角を調整する位相調整器である。また図７(b) ，
(c) にこの電源装置７０４により得られる３相交流の出
力波形を示す。

【００４３】次に動作について説明する。入力端子７０
１〜７０３からの３相交流電源は図７(a) に示す電源装
置７０４により各相の交流正弦波形の位相点弧角が、図
７(b) に示すように、１２０°〜１８０°の範囲となる
ように制御され、これが固定子１００の相対向する一対
の直線導体群１０３の前端側の端部に接続導体１０４を
介して印加される。このとき、各相の電流は各相の正負
の半波の位相角１２０°〜１８０°の範囲のみ流れるの
で、３対の直線導体群のうち常に１対の直線導体群のみ
に電流が流れ、通電される直線導体群が次々に一定の回
転方向でもって切り換わっていく。しかもこの電流は図
７(c) の波形図からわかるように、３相交流の３倍周波
となっており、しかも急峻に立上ったのち、急速に降下
する垂下特性を持つものとなっている。このような波形
の電流が直線導体に流れると、固定子と回転子間の回転
磁界が発生し、これによって回転子が回転することとな
る。

【００４４】以上では、３相あるいは直交する２相交流
電源により駆動する低電圧モータについて説明したが、
本発明では、電源には単相を用いることもできるもので
ある。この場合、第１の方法として、固定子の直線導体
群を４つとし、そのうち対向する２対の直線導体群に、
通常の単相交流をコンデンサにより分相した各相を印加
することによって低電圧単相モータを構成でき、また第
２の方法としては、２対の直線導体群の一方にくまとり
コイルを装着して移動磁界を発生し、全直線導体群に通
常の単相交流を印加することにより低電圧単相モータを
構成できる。ここで単相交流電源としては、通常の単相
交流の他に、上記第２実施例の電源装置の変換部を１つ
備え、該変換部の出力とニュートラル端子との間に単相
交流を出力する電源装置を用いることができることはい
うまでもない。

【００４５】このような本発明の低電圧単相モータにお
いても、固定子の直線導体には低電圧で大電力を流すこ
とができ、超低電圧、大電流，大トルクのモータを得る
ことができる。

【００４６】また、以上では、回転子を固定子内に配置
したモータを示したが、本発明においては、固定子を回
転子の内側に配置してもよく、この場合、固定子の外周
面に上記溝を形成し、ここに直線導体を挿入すればよ
い。

【００４７】さらに、上記説明では、誘導電動機の原理
により駆動される低電圧モータを例に挙げたが、これは
同期電動機の原理により駆動されるもの，つまり固定子
側の磁極と、回転子側の磁極とが反発あるいは引き合う
力により回転子が回転するものでもよい。

【００４８】図１５はこのような磁極を有する回転子を
用いた、本発明の第４の実施例による低電圧モータの基
本的な構成を示す。ここでは、第１実施例の構成におい
て、かご型の回転子に代えて、巻線５０１への通電によ
りＮ極，Ｓ極の磁極を発生するようにした回転子５２０
を配置している。５０２は上記回転子５２０の回転軸５
２０ａにこれと絶縁して取付けられた接触子で、上記巻
線５０１の両端が接続されている。また該接触子５０２
近傍には、ブラシ部材５０３をその先端を該接触子と接
触させて配置し、その他端側を直流電源５に接続してい
る。

【００４９】このような構成の低電圧モータでは、上記
第１実施例と同様にして固定子１０の回りに回転磁界を
発生すると、図１(c) のモードＩでは、図１５に示すよ
うに回転磁界による磁極（Ｎ），（Ｓ）極が生じ、これ
が巻線５０２への直流の通電により形成される回転子側
の磁極Ｎ，Ｓ極と反発，引き合うことにより回転子が回
転する。

【００５０】なお、上記第４実施例では、回転子として
巻線への通電により磁極を発生するものを示したが、こ
れは回転子あるいはその一部を磁性体で構成したもので
もよい。例えば、図１６(b) ，(c) に示す具体例では、
表面側がＮ極、裏面側がＳ極となっている平板状磁性体
をＳ極が内側になるよう断面円弧状に湾曲させた湾曲部
材６０１と、上記平板状磁性体をＮ極が内側になるよう
断面円弧状に湾曲させた湾曲部材６０２とを図１６(c)
のように対向して配置し、各湾曲部材の前端側及び後端
側をリング状支持部材６０３，６０４により接続固定し
て回転子６２０を構成している。図１６はこの回転子６
２０を上記固定子１０内に配置した状態を示している。
また図１７(b) に示すように回転子自体を、例えば内面
側がＳ極、外面側がＮ極となっている筒状磁性体で構成
してもよく、図１７(a) は該回転子７２０を上記固定子
１０内に配置した状態を示している。また電源装置は第
１実施例のものに限らず、上記第２あるいは第３実施例
の電源装置を用いてもよい。このような同期電動機の原
理により駆動される低電圧モータにおいても、上記誘導
電動機の原理により駆動される低電圧モータと同様な効
果が得られる。

【００５１】

【発明の効果】以上、この発明に係る低電圧モータによ
る場合、複数本の直線導体が円筒状に間隔を開けて配置
されており且つ互いに隣り合う所定本数の直線導体が一
つの組にされた直線導体群と、前記複数本の直線導体の
一端側のすべてを短絡する１つの円環状接続導体と、前
記複数本の直線導体の他端側を前記直線導体群の各組毎
に短絡する複数の円弧状接続導体とを有した固定子と、
当該固定子と対になった回転子とを備えており、前記円
弧状接続導体を介して前記直線導体群の各組に電圧が各
々印加されると、前記直線導体群の各組に電流が各々流
れて回転磁界を発生し、当該回転磁界により前記回転子
が回転する構成となっている。それ故、従来例による場
合とは異なり、固定子に流れる電流は回転駆動に大きく
寄与し、そのリアクタンス成分が小さいことから、直線
導体には超低電圧の印加でもって大電流が流れることに
なる。即ち、電流の無効成分が非常に小さいことから、
きわめて効率のよい、超低電圧、大電流、大トルクのモ
ータが得られる効果がある。

【００５２】またこの発明によれば、上記電源装置とし
て、直流電源の正及び負電圧を交互に切り換えて、ある
いはその一方を断続的に出力する可能なスイッチ回路
と、該スイッチ回路に接続されたリアクタンス成分を有
する回路とからなる直流交流変換部を有する交流電源装
置を用いたので、上記モータの駆動電流を鋸歯状波形と
することができ、電気エネルギーの機械回転エネルギー
への変換効率を大きく向上でき、またスイッチ回路の切
換動作のタイミングを制御することにより、回転磁界の
回転速度を変えることができ、さらに上記リアクタンス
回路のリアクタンス成分を可変とすることにより、個々
のモータに最適な駆動電流波形を得ることができる効果
がある。

【００５３】

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による低電圧モータの構成
を説明するための図である。

【図２】この発明の第２の実施例による低電圧モータを
説明するための図である。

【図３】(a) は上記実施例の固定子の前端部の一部切欠
斜視図、(b) は上記実施例の固定子の後端部の一部切欠
斜視図である。

【図４】本発明の第２の実施例による低電圧モータを説
明するための電源装置を示す図である。

【図５】上記実施例のモータの回転原理を説明するため
の図である。

【図６】上記実施例のモータの回転数−出力トルク特
性，始動特性を示す図である。

【図７】(a) は本発明の第３の実施例によるモータの電
源装置を示す図、(b) はその出力波形を示す図、(c) は
３対の直線導体部に流れる電流波形を示す図である。

【図８】従来の電機子巻線（亀の子コイル）を示す斜視
図である。

【図９】従来の直流電源により誘導電動機を駆動する方
式を説明する図である。

【図１０】従来の３相交流により誘導電動機を駆動する
方式を説明する図である。

【図１１】従来の２相交流により誘導電動機を駆動する
方式を説明する図である。

【図１２】従来の、単相交流によりくまとりコイル型誘
導電動機を駆動する方式を説明する図である。

【図１３】単相交流により回転磁界を発生する様子を示
す図である。

【図１４】従来の、単相交流によりコンデンサ分相型誘
導電動機を駆動する方式を説明する図である。

【図１５】本発明の第４の実施例による低電圧モータの
構成を示す図である。

【図１６】上記第４実施例の低電圧モータに用いる回転
子の構造を示す図である。

【図１７】上記第４実施例の低電圧モータに用いる他の
回転子の構造を示す図である。

【符号の説明】

１，１０３直線導体２，１０７円環接続導体３ａ〜３ｆ円弧状接続導体４電源装置５バッテリー１０，１００固定子１１ａ〜１１ｆ直線導体群２０，２００，５２０，６２０，７２０回転子１０１固定子導体１０２溝１０３直線導体１０４接続導体１０７円環状接続導体２０１回転子棒状導体２０２前端円環状導体２０３後端円環状導体４００直流−３相変換電源装置４０１直流電源４０２ａ〜４０２ｃ変換部４２１ａ〜４２１ｃスイッチ回路４２４ａ〜４２４ｃ正側接点４２５ａ〜４２５ｃ負側接点４２２ａ〜４２２ｃリアクタンス回路４０６ａ〜４０６ｃ出力端子４３１制御回路７００３相交流電源装置

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】誘導電動機又は同期電動機と同一の原理
により動作する低電圧モータであって、複数本の直線導
体が円筒状に間隔を開けて配置されており且つ互いに隣
り合う所定本数の直線導体が一つの組にされた直線導体
群と、前記複数本の直線導体の一端側のすべてを短絡す
る１つの円環状接続導体と、前記複数本の直線導体の他
端側を前記直線導体群の各組毎に短絡する複数の円弧状
接続導体とを有した固定子と、当該固定子と対になった
回転子とを備えており、前記円弧状接続導体を介して前
記直線導体群の各組に電圧が各々印加されると、前記直
線導体群の各組に電流が各々流れて回転磁界を発生し、
当該回転磁界により前記回転子が回転する構成となって
いることを特徴とする低電圧モータ。
【請求項２】請求項１記載の低電圧モータにおいて、
前記直線導体群を構成する直線導体として板状直線導体
が用いられていることを特徴とする低電圧モータ。
【請求項３】請求項１又は２記載の低電圧モータにお
いて、前記固定子は、中空の筒体の内面又は外面に軸方
向に向けて所定ピッチ間隔で形成された複数の溝内に前
記直線導体が各々挿入された構成となっていることを特
徴とする低電圧モータ。
【請求項４】請求項１、２又は３記載の低電圧モータ
において、前記回転子は、円筒状に等間隔を開けて配置
された複数本の棒状導体と、前記棒状導体の両端側を各
々短絡する円環状接続導体とを有した構成となっている
ことを特徴とする低電圧モータ。
【請求項５】請求項１、２又は３記載の低電圧モータ
において、前記回転子は、中空の導電性筒体からなるも
のであることを特徴とする低電圧モータ。
【請求項６】請求項１、２又は３記載の低電圧モータ
において、前記回転子は、筒体の側面上に磁極が発生す
るような構成となっていることを特徴とする低電圧モー
タ。
【請求項７】請求項１、２、３、４、５又は６記載の
低電圧モータにおいて、前記直線導体群の各組に印加す
べき多相電圧を生成する多相電源装置を備えており、前
記固定子の円環状接続導体が接地された構成となってい
ることを特徴とする低電圧モータ。
【請求項８】請求項７記載の低電圧モータにおいて、
前記多相電源装置は、前記直流電源の正極、負極側出力
に接続された正側、負側接点のオン、オフあるいは正
側、負側接点間での切換が可能なスイッチ回路と、該ス
イッチ回路の出力側に各々接続されたリアクタンス回路
とを有しており且つ上記直流電源の直流を交流に変換し
て前記直線導体群の各組に各々出力する複数の変換部
と、前記直流電源のアース側出力に接続されたニュート
ラル端子と、前記スイッチ回路のオン、オフあるいは切
換動作を制御する制御回路とを備えた構成となっている
ことを特徴とする低電圧モータ。
【請求項９】請求項７記載の低電圧モータにおいて、
前記多相電源装置は、商用多相交流の各相電圧を位相制
御することにより鋸歯状波形の各相電圧に変換して出力
する構成となっていることを特徴とする低電圧モータ。
【請求項１０】請求項７記載の低電圧モータにおい
て、前記固定子は、隣接するもの同士対をなす、２の倍
数本の直線導体を有しており、前記多相電源装置は、位
相が９０度異なる２相交流の各相電圧を生成して前記固
定子の直線導体群の一対の各組に各々に出力する構成と
なっていることを特徴とする低電圧モータ。