JPH01133594A - 3相半導体電動機 - Google Patents

3相半導体電動機

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JPH01133594A
JPH01133594A JP62289536A JP28953687A JPH01133594A JP H01133594 A JPH01133594 A JP H01133594A JP 62289536 A JP62289536 A JP 62289536A JP 28953687 A JP28953687 A JP 28953687A JP H01133594 A JPH01133594 A JP H01133594A
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coil
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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〕 コアレスのもの若しくはコアのある3相の直流電動機と
して、産業機器、民生機器の動力源として利用されるも
のである。
〔従来の技術〕
本件出願人による特公昭5g−コ6ユAダ号、特公昭3
9−3/10号等がある。他に周知の整流子、刷子を有
し、若しくはホール素子を利用する3相直流電動機があ
る。
〔本発明が解決しようとしている問題点〕整流子刷子を
備え九3相直流電動機シま長い歴史を持ち、従って技術
的に研究しつくされている。
従って、その構成の簡素さ、組立の容易さ、価格につい
てほぼ問題なく、現在においても広い用途を持っている
しかし、整流子、刷子の磨耗により耐用時間がみじかい
ことと、これによる故障率の多いこと及び機械ノイズ、
電気ノイズが大きいこと等の欠点は解決されていない。
カセットレコーダ、コンパクトデスク等の駆動源とした
場合に定速制御を行なう必要がある。
この為に一般にブリッジサーボ回路が利用されているが
、使用中に刷子と整流子間の摺動により、抵抗が変化し
、この変化は、速度変化の信号と同じなので、逆に速度
変動を発生して、再生音質を劣化せしめる問題点がある
第2の問題点。
ホール素子(磁電変換素子の1つ)を位置検知素子とし
てマグネット回転子の角位相を検出し、トランジスタ回
路(3相ブリッジ回路)を付勢して、電機子電流の制御
をして3相の直流電動機を得る手段がある。
この手段によると、前述した整流子型の直流電動機の欠
点はすべ℃除去される。
し全し、組立作業が錯雑となり、又高価となる欠点が発
生する。特に小型偏平なものとなる程この問題は太き(
なる。
ホール素子を3個使用するので、その導出線が/−本と
なる。ホール素子のある空間は狭い空隙部なので、この
処理を考えても理解される筈である。
第3の問題点。
構成を簡素化し、小型偏平な電動機(例えばウオークマ
ンと呼ばれる小型テープレコーダのキャプスタンモータ
)とする為に、ホール素子を除去して、逆起電力を位置
検知信号とする手段も採用されているが、起動をステッ
ピングモータとして行なうので、起動が失敗する場合が
多い。
又ユ相の電動機とすると、リプルトルクが増大し、/相
の電動機とすると更にリプルトルりが増大し、又起動に
問題が多くなる。
上述したように、構成を簡素化し、偏平廉価なるものに
すると特性上に問題点が発生し、実用性が失なわれてい
る現状である。
第4の問題点。
出力が10ワット以下位の小型の半導体電動機(ブラシ
レス電動機)では、その制御回路は電動機の筐体内に収
納することが望まれている。
この目的を達成する為に電子回路を集積回路(以降はI
Cと呼称する)とすることがよい。
この為の商品もいくつか出ているが、いずれも回路の一
部のIC化が行なわれているのみなので、上述した目的
は達成できない。達成できない問題点は次に述べること
である。
即ち、ホール素子は3個ともに特定の位置に分離して配
設する必要があるので、全体のIC化が困難となるから
である。
第5の問題点として、ホール素子は、出力が小さく、又
高温で使用できないので、太きい出力の電動機に使用で
きない問題点がある。
第6の問題点として、前述した特公昭59−3180 
号記載の技術は、振動が多く、衝撃音(軸承と回転軸と
の衝突する音)が構成上避けることか不可能で、耐用時
間は数時間となり実用性が失なわれている。耐用時間が
みじかいのは、含油軸承が衝撃により磨耗するからであ
る。
〔問題点を解決する為の手段〕
本発明装置は、刷子整流子のないブラシレス電動機(半
導体電動機)となっているので、第1の問題点が解決さ
れる。
ホール素子7個若しくはコイル/個〜二個を位置検知素
子とする3相直流電動機を構成した為に第λ〜第6の問
題点が解決される。
次にその詳細を説明する。
ホール素子を1個とする為に、位置検知用のマグネット
回転子をトルク発生用の界磁マグネット回転子と区別し
て設け、前者は、磁極中が電気角で120度の7V、5
磁極を1組として、これを複数組設け、これ等を電気角
で/−〇度離間し、ホール素子の出力をN、S極に対向
した電気角でl−0度(以降は電気角の表示を省略する
。)の第7、第2の位置検知信号及び無磁界部に対向し
た第3の120度の巾の位置検知信号を得る。
これ等の位置検知信号をベース入力として導通する第1
.第2、第3のトランジスタ及び他の3個のトランジス
タよりなるトランジスタブリッジ回路が必要となる。
3相ブリッジ回路(Y型接続)に含まれる3個の電機子
コイルに誘起される誘導出力(発電力)は位置検知信号
となるので、この信号より周知の論理回路により、1.
10度の巾の所要の位置検知信号を得て、他の3個のト
ランジスタの導通制御をすると、3相Y型電動機と全く
同じ駆動力が得られるものである。
起動時においては誘導出力がないので、第1゜第2、第
3のトランジスタのみの制御となり、他の3個のトラン
ジスタは不導通に保持され、このときに、3相の111
機子コイルの一端の接続点を設定された時間だけ、電極
正極若しくは負極と接続する回路が必要となる。又ホー
ル素子の代りに、径の小さいコイルを利用することがで
きる。この詳細については、実施例につき説明する。
位置検知用マグネット回転子は特別に設けることなく、
界磁マグネット回転子の一部を利用することができる。
軸方向空隙型のコアレス電動機の場合には、更に特別な
構成とすることにより、小型偏平化を行なうことができ
る。
即ち、電動機の厚みを増加しない為に、隣接する電機子
コイルの隣接部及びその近傍の空隙にホール素子が設け
られるように、界磁磁極と位置検知用磁極の位相差を調
整する。又この状態において、電機子コイルの120度
の通電は、界磁磁極の中央部の磁界の最も強い部分とな
るようにして効率を上昇せしめる。
位置検知用マグネットは界磁磁極の外周部の同一平面内
に円環状に設け、しかも扇型コイルの外周部の巻線中部
ちコイル巾とほぼ等しい巾と−ナーる。
扇型コイルの外周部は出力トルクに寄与しないので、こ
の部分の空間を利用して、位置検知用マグネットを設け
ているので、径の小さい電動機とすることができる。
ホール素子は出力が小さく、温度特性が悪いので、大き
い出力の?Ii動機には使用できない。
第5図につき後述する手段により、1個のコイル又は二
個のコイルを用いて、ホール素子と同じ位置検知信号が
得られるので、この手段を利用すると、出力が大きく、
耐熱性のある装置が得られる。従って第5の問題点が解
決される。
小型の電動機の場合には、制御回路の全部を電動機本体
の内部に収納することが望まれている。
本発明装置は、ホール素子を含んで7個の集積回路(I
C)とすることができ、外イ」部材はコンデンサと可変
抵抗等のみとなり、又速度制御回路も含んでIC化でき
るので上言1した目的に最適のものとなる。
コイルを位置検知素子とする場合には、コイルは外付部
品となる。コイルの径は数ミリメートルなので小型化に
問題はない。
コイルを一個・使用する場合もあるが、この場合には、
電機子コイルの訪導出力を利用する必要がなく、電気回
路が簡素化される。回転モードは、周知の3相Y型の直
流電動機と全(同じとなるので、第6の問題点が解決さ
れる。又同時に第1〜第りの問題点も解決されるもので
ある。
〔作用〕
上述した構成により次に述べる作用がある。
第1に、1個の部品(1−C)により駆動されるので構
成が簡素化され、組立を容易とし、量産性がある。
第2に電機子コイルの通電制御は3相ブリッジ回路と同
じものとなるので、出力トルクが大^く、効率が上昇す
る。
その他の作用は、一般のブラシレス電動機と全く同じで
ある。
軸方向空隙型のコアレス電動機に適用すると、小型偏平
化に有効な技術を供与できる。
第3に、ホール素子は、一般に温度が上昇すると使用す
ることができない。この場合には、ホール素子の代りに
、位置検知素子として、小径のコイルを利用し、これに
/−、−jメガサイクル位の通電をし、位置検知用マグ
ネット回転子の代りに、例えば3段の段差を円周面に有
する導体回転子(マグネット回転子と同期回転する)の
段差面に上記したコイルを対向せしめる。
かかる手段によると、コイルの磁束による渦流損失が変
化し、コイルの通電電流が変化する。
この通電電流の変化を位置検知信号とすることができる
ので、高出力で温度上昇の大きい電動機にも本発明が適
用できるものである。
起動時には、3相片波の通電となるが、7個の電機子コ
イルに全電圧が印加されて大きい起動トルクが得られる
ので、上記した不都合が除去できるものである。
第4に、位置検知素子となるコイルを一個とし、互いに
IgO度離間せしめて配設し、一個のコイルによる位置
検知出力により3相ブリッジ回路を駆動することができ
る。
従つ℃、周知の3−相Y型の′1に動機と全く同じ駆動
トルクとなり、その特性も同じと寿る。
IC化した場合に、コイルは外付部品となるが、導線は
3本(両コイルの1本は共通となる)ですむので、配線
が簡素化される。
〔実施例〕
第1図以降の実施例につき、本発明装置の詳乳1を説明
する。図面中の同一記号のものは同一部材なので、重複
した説明は省略する。
第1図において、基板a上には、磁路となる珪素鋼円板
7が貼着され、その上に扇型の電機子コイル6が貼着さ
れている。
電機子コイル乙の詳細が第2図(句に示されている。ト
ルクに有効な導体部の巾は機械角で90度で、等しいピ
ッチで、磁路となる磁性体円板7に図示のように、電機
子コイル10 fL 、 10 b 。
70戸が配設されている。基板、21C+土、円筒3が
植立され、その内部に嵌着された軸承ta(打点部)に
回転軸lが回動自在に支持されている。
軸承としては、オイルレスペアIJ 7グ若シクはボー
ルベアリングが利用される。基板°コの突出部コαには
、電機子コイル104 、10 b 、 10 /’の
通電制御回路がIC化されて記号−qαとして載置され
ている。
第1図に戻り、回転軸/VCは、軟鋼円板≠の中央部が
固定され、この裏面には、円環状の界磁マグネット回転
子夕が貼着されている。
第2図(りにその詳細が示されている。
界磁マグネット回転子夕は、円周面にそって、N、S磁
極Sα、5b 5・、りd(巾が機械角で90度)が等
しいピッチで設けられた円環状のフェライトマグネット
により構成されている。
記号デは内部の空孔である。本実施例は、軸方向空隙型
のコアレス電動機となっている。
界磁マグネット回転子3の外周は、円環状の位置検知用
マグネット回転子tとなり、その磁極は、図示のように
/V、Sが1組となり、2組設けられている。1組のN
、S極と他の7組の間の間は無磁界部となり、Oの表示
がされている。この中1i/V、S極の巾と同じである
N、S極の巾は機械角で60度、電気角で120度とな
っている。
位置検知用マグネット回転子tの磁極は記号gtt、g
;b、・・・として、又零磁界部若しくはマグネットの
切欠部は記号qrL、・・・とじて示されている。切欠
部とした方がSN比の良い信号が得られる。
次に第3図の展開図につき、上述した構成の作用効果に
ついて説明する。
第3図において、電機子;イルio rL、 10 b
 。
1017は周知の3相の電機子コイルである。点線の電
機子コイル10を記号106の位置に移動した形式とな
っているので、電機子コイル10α、 101r、/θ
CもJ相の電機子コイルとなる。
各電機子コイルの巾は電気角で1tro度、間隔は60
度である。以降の角度表示はすべて電気角とする。
ホール素子//りは、第2図(句に示すように、隣接す
る電機子コイル101! 、 10 f’lの隣接部の
中間に載置されて、位置検知マグネット回転子gに対向
している。
位置検知用マグネット回転子tの径方向の巾は、第2図
(句に示されるように、扇型の電機子コイルの外周部の
コイル巾とほぼ等しくされている。
この部分のコイルの通電は、出力トルクに無効なので、
界磁磁極があっても無効である。
かかる無効部分に、位置検知用マグネット回転子tを設
けて、電動機の外径を小さくしたことが本発明装置の7
つの特徴となっている。
又ホール素子//1は、前記した空間に載置固定しであ
るので、電機子コイルと重畳することがなく、従って偏
平に構成できる特徴がある。
第3図に矢印B、Cで示すように、それぞれの巾は、1
0度となって、界磁マグネット回転子Sが矢印A方向に
、10度向回転ると、ホール素子ll迄は磁極にdの磁
界下に侵入するので、出力が得られ、この出力により電
機子コイルio aが通電される。更にiso度回転す
ると、ホール素子// LLは磁極gaの磁界下に入り
その出力により、電機子コイル/θCが通′邂さする。
通電角は120度となり、界磁磁極りa、z゛ctの最
も磁界の強い部分のフレミングの力により駆動トルクが
得られる。従って効率は3相Y型のものと同じとなる特
徴がある。以上の条件を満足するように、界磁マグネッ
ト回転子5の磁極と位置検知用マグネット回転子gの磁
極の位相を図示のように配設したことも本発明装置の特
徴である。界磁マグネット回転+3が矢印A方向に回転
するとホール素子//4が、磁極td。
rP、零磁界?1に侵入するに従って、電機子コイル1
0α、/θQ、10bがそれぞれ1.20度の通電が行
なわれて出力トルクが得られるので、−3相の電動機と
して回転するものである。
次に、上述した通電制御を、第7図(りのタイ・ムチヤ
ードと第7図(α) 、 (b) 、 (CJ・・・の
通電制御回路を用いて説明する。
第7図(りにおいて、ホール素子//1の出力は、オペ
アンプ27α、27bにより増巾され、矩形波の出力と
なる。記号3/4は直流電源正極である。
オペアンプ:17fLは、ホール素子//GがN極に対
向したとき、オペアンプ27 bはS極に対向したとき
に出力が得られる。
オペアンプ271の出力は、第り図(勾のタイムチャー
トにおいて、1.20度の巾の曲線となる筈であるが、
N、S磁極の境界点には、不感帯があるので、120度
より小さくなる。
オペアンプ27 bの出力も同じ事情でbW度より巾が
小さくなり、第を図(りで曲線Hbとして示されている
。オペアンプ271の出力は曲Iv;lll−3αとな
っている。
曲線qy a 、 ++ bは、位置検知用マグネット
回転子ざの磁極N、Sの磁界分布曲線である。
第7図(αノに戻り、エクスタル−シブオア回路(不一
致回路) sgの上、下段の入力は、それぞれオペアン
プ=りbの出力とオペアンプコアαの出力を反転したも
のとなる。
従って、第を図(りの曲線qSbと曲i<zxとなる。
不一致回路2gの出力は、曲線q7α、ti’ybとな
る。
従って、端子、?θa 、 、?o b 、 3o a
の出力は、それぞれ第9図1(勾の曲線41q c 、
グ3b、ダ7α、グクbとなる。記号、?/ a 、 
J/ bは電源正負端子である。
第7図(−Jの回路は、第7図(d)において記号7/
としてブロック図として示され℃いる。同一記号の端子
3θc 、 、?o b 、 3o aの出力は、反転
回路を介してトランジスタ3s a 、 J! b 、
 3!; aのベースに入力されて導通制御をしている
第7図(d)において、電機子コイル10α、10h。
10 C)まY型に接続されて、トランジスタ3S1゜
、?j b 、・・・、3sfにより構成されたトラン
ジスタブリッジ回路により通電制御が行なわれている。
端子2?θp1、?θb 、 、70 /’の出力によ
り、それぞれ反転回路を介してトランジスタ3A; 4
 、3A; b 。
3SPのベース制御が行なわれているので、第9図(α
)の曲線Qα、桔b 、 97α、 f7 bの巾だけ
各トランジスタは順次に導通される。
上述した通電により、電機子コイル/θ4.10b 、
 106は一方向のみの通電が行なわれている。
このときに、トランジスタ3s cl 、 、ts e
 、 、ys fは不導通に保持され℃いる。
しかし、トランジスタJj yが導通しているので、上
述した通電が行なわれ℃いる。トランジスタJSgの導
通制御は次のようにして行なわれている。
ブロック回路で示されている記号72は、電機子コイル
の誘導出力により得られる位置検知信号の演算処理をし
て、トランジスタ3Sα、3!b。
・・・、tsfのベース制御信号を得る回路である。
この詳細については後述する。
ブロック回路72の端子128 、72b 、・・・、
72fの出力信号1ま、第を図(りの曲線7A II 
、 7/、 b 、 ?AC及び曲線71!、77b、
77’?となる。
これ等の電気信号は、オア回路7qφ、79bを介して
、単安定回路♂os、gobに入力され、その出力は、
コンデンサg3で積分される。
従って、オペアンプ、7.? dの一端子の入力は、回
転速度に比例する信号電圧となっている。
回転速度に比例する電気信号を得る手段は、他の周知の
手段でもよい。
+端子の入力は、規準電圧端子、33 gの規準′亀圧
である。
前述したように、ブロック回路71の出力により、トラ
ンジスタ334 、3! b 、 3!; Oが導通さ
れたときに、回転速度が設定値以下のときには、オペア
ンプJj dの出力はノ為イレベルとなり、トランジス
タJ!r 、!7は導通する。
従って、トランジスタJ!; rt 、 、7!; &
 、 Ju; eが120度の巾で導通すると、電機子
コイル104゜10−、10 bも順次に/、20度へ
の巾の通電が行なわれる。
このときのトルク曲線が第7図(りにおいて、曲線tI
r LL、 qg b 、 qg *として太線で示し
である。
点線部は電機子コイルにltO度の通電を行なった場合
のトルク曲線である。
従って起動して回転する。回転速度が上昇して、オペア
ンプ33dの一端子の入力電圧が子端子の入力′電圧を
越えると、オペアンプ3k (tの出力は、ローレベル
に転化してトランジスタ3S!1は不導通となる。
抵抗361は、起動時の電機子電流を制御するもので、
電機子コイルio a 、 10 b 、 io eの
焼損が発生しない範IyJにおいて、抵抗3乙曝は小さ
い方が起動トルクが増大する。曲線g7b(第9図(す
)による通電は反トルクとなり起動時に逆転するが、す
ぐ正転して起動することができる。
このときに、電機子コイル101& 、 10 e 、
 10 bには誘導出力(発電出力)が発生する。
かかる誘導出力は、第7図(d、)のオペアンプ334
 、336 、 t?、? 6 K入力されている。即
ち各電機子コイルの共通接続点は、抵抗36を介してア
ースされ、アース点の電圧は、電源電圧の′/2の点と
されている。共通接続点は、オペアンプ3.?α、 、
?、7 b 、 、73 ’!の一端子に入力され、そ
れぞれの子端子には、電機子コイル10信、10e、1
0hの他端が接続されている。
上述した構成なので、リニヤ増巾回路となっているオペ
アンプ33α、 、7J h 、 、3J eの十一端
子の入力は、第7図(=)のタイムチャートにおいて、
曲線341 @ 、 !’I b 、−及び曲線!rj
 a 、 r! b ・・・及び曲線具a 、tA b
・・・となる。中央部の平坦部は、トランジスタ、H1
m 、 、3; b 、 jj 6の導通区間となる。
各曲線の位相差は720度である。
しかし、コンデンサ317 a 、 39 b 、 3
Q eの為に積分され、実際の入力波形は、第9図(C
)の曲線り7,5Bsqとなる。各曲線は位相がおくれ
るもノテある。曲線ru 6L、 5tIbに対し、曲
線s7は30度位相がおくれている。
30度のおくれのあるように、上記したコンデンサの容
量が選択されるものである。曲線5g。
59もそれぞれ位相が、7Q度おくれでいる。30度の
位相おくれは、小さくても、又0度であってもよい。し
かし30度が最もトルクが大きく、効率も良好となるも
のである。
曲線’;7.!;II、59の電気信号は、矩形波整流
整形回路3コα、 Ju b 、 326 Kより、正
の部分のみがとり出され、第9図(C)の曲線73 g
 、 7J h、・・・及び曲線Wrt、7’Ab:・
・及び曲線7S尊、7!;b、・・・となる。
曲線73Φ、 7J b 、・・・はlざO変能間して
いる。
他の曲線も同様である。又曲線73・と笹aと751は
、l−0度ずつ位相がおくれでいる。
記号7コで示すブロック回路は、上記した位置検知信号
が入力されたときに、端子’)28.7:lb。
・・・tx fより、第9回(C)の曲線76信、76
b、76’。
77 K 、 77 b 、 ?7 eの位置検知信号
が出される慣用されている論理回路である。
論理回路72は、慣用されているホール素子3個を使用
したときの位置検知信号の処理の為の論理回路と全く同
じものが利用できる。
例えば、第を図示の論理回路である。第g図におい℃、
端子671! 、 All 、 Aleの入力信号は、
それぞれ第7図(C)の曲線73α、 7j b 、・
・・及び曲線744 eL 、 ?4t h 、 ・・
・及び曲線754 、756 、 ・・・どなっている
。アンド回路AJ LLの入力は、曲IQ73’Lと曲
線7Q Gを反転したものなので、その出力は曲線76
4となる。
アンド回路6ざり、6ざe、・・・、7gfの出力は、
+4.   ウ それぞれ曲線76b 、 %ぐ、77電、77叡、77
焚となる。
従って端子6q c 、 t、q b 、・・・、bq
fの出力信号は、第7図(d)の端子72藝、 ?! 
b 、・・・、72fの信号と同じものとなり目的が達
成されるものである。第り図(e)の曲線76αの信号
列はlユ0度のノ1巾で互いにito度の位相差がある
。他の曲線76b。
76’ 、 77α、?71S、77/−についても同
様である。
曲線7A G 、 76 & 、 X Z−及び曲線7
7尽、??A。
?? ”は、図示のように、12a度の巾で連続して得
られている。
曲線76α、 76 b 、 77; eの電気信号に
より、第7図Cd)のトランジスタ3夕傷、 Jj I
s 、 Jj eはそれぞれ導通され、又曲線7qa 
、 77b 、 77/?の電気信号により、トランジ
スタ3夕d、35a、、ysfが導通される。
上記したトランジスタ3Sα、 3!; b 、 33
 ”の導通角と位相は、第7図(勾の端子30 G 、
 、70 h 、 3θCの出力による導通角と位相と
完全に合致することがよいが、必ずしもその必要はない
。端子726L、?2b、72eVCよるトランジス、
5133G、3!;b 、 33 cのベース制御を行
なわなくても差支えない。
上述した説明より理解されるように、一般の3相Y型の
電動機と全く同じ特性で、駆動され、ホール素子は1個
ですむ特徴がある。
点線3−で囲んだ部分をIC化すると、ホール素子//
αを含んだものとなるので、第2図0句。
第を図(勾、(句(後述する。)に示すように、ICJ
9a、/湯側のみで、ICビy3ta、3/hその他の
所要の/Cピンに、電源端子、電機子コイルを接続する
ことにより構成することができるので、構成が簡素化す
る、一般の整流子刷子の1に動機と同じく量産性のある
廉価な電動機が得られる特徴がある。
IC化した場合に、入力電流のピーク値は0゜タアンペ
ア位以下とすることが望ましいので、小型電動機として
特に音響機器用として充分な出力を持つものが得られる
ホール素子// l&は、ガリウムアルセナイド若しく
はシリコンをベースとしたものが利用できる。
出力の大きい電動機の場合には、第7図(d)のトラン
ジスタ3!α、’ Jj; h 、・・・、ysfを外
付部品とするICとし、該トランジスタにより、6個の
出力の大きいトランジスタを駆動して、各電機子ごイル
104 、10 e 、 10 bの通電制御をするこ
とにより目的が達成される。
第7図(dJにおいて、論理回路7コの上側3段の出力
を使用しないで、前述したように下側3段の出力即ち端
子72d 、 7j d 、 ?2fのみの出力により
、トランジスタ、y!rd 、 3sa 、 、yzf
を制御しても同じ目的が達成できる。
又電気回路7/の3個の出力により、トランジスタ3s
 d 、 3s t 、 3s J’のベース制御を行
なっても同じ目的が達成できる。このときには、トラ6
ンジスタ3S9は、端子3/ ’Lと電機子コイルの共
通接続点との間に接続されるものである。
トランジスタ38gの導通制御は、コンデンサを含む時
定数回路を利用し、起動してから設定された時1f4m
まで導通せしめてもよい。設定時間後に、設定された回
転速度となるからである。
トランジスタ、y3d 、 、ys t 、 sr f
の導通制御が付加されると、第9図(L)の曲線(太線
部)の曲線す9α、 99 b 、 Q9 eのトルク
が付加されたものとなる。
点線間の巾M)ま、両トルクの位相差で60度となる。
例えば、曲線り9αは、電機子コイルlOtLが逆方向
に通電されたときのトルク曲線である。
第7図(りの曲線グクbは、反トルクとなるが、曲mt
qeの正トルクがあるので、正トルクが勝り差支えない
しかし振動を誘発するので、第7図(りのコンデンサ3
1を付加し、バイパスフィルタとして、[ftl#4’
?’を消滅することがよい、トルクIIII線は、位置
検知信号<7j 4 、 IIJ−hの巾が/、20度
より少し小さいので、太い線の間に少し空隙ができる。
しかし電機子コイルのインダクタンスにより連続される
ので、大きい障害トまない。
第7図において、磁性体円板7を基板コの下側に移動し
、電機子コイル6を基板−上に固着し、磁性体円板7を
回転軸/の下端に固定して、界磁マグネット回転子5と
同期回転する構成としても本発明を実施することができ
る。
第2図(CJに示す電機子は、電機子コイルの数を一倍
とした場合の実施例である。
全体の構成は、第1図と同じで、界磁マグネット回転子
夕はN、S磁極に個となる。
扇型電機子コイルは6個となり、記号101゜/θb、
・・・、10fとし℃示され、トルクに有効な導体部の
巾は<(j度(機械角)である。
記号、291で示すICは、前実施例と同じもので、基
板」の突出部、2b上に固定されている。
ホール素子//4は、電機子コイルIOA 、 106
の間に載置される。この為に電機子コイルiob。
10・の外側縁部が内側に引込まれた形状に変形されて
いる。
上述した構成より叩解されるように、第2図(−)の実
施例によっつも本発明を実施することができることは明
白である。
第2図(b) 、 (’−)の記号29 bはICピン
である。
第7 IQ (cL)のIC3コには、次に述べる定・
速制御手段が付加されている。抵抗り/、トランジスタ
33hは電機子回路に直列に接続されている。抵抗デ/
の電圧降下は、増巾回路&’/により、リニヤ増巾され
、その出力は、オペアンプ、ya fの一端子に入力さ
れている。
オペアンプJJ mの十端子には、回転速度を指定する
為の規準正電圧が端子JJMり入力され、一端子には、
回転速度信号が入力されている。
起動時には、オペアンプ、?J mの出力はハイレベル
となるので、オペアンプ、7.? fの出力もハイレベ
ルとなり、トランジスタ33hは導通する。
従って、電源正端子3/a、負端子Jl bの全電圧が
電動機に印加されて起動する。
設定された回転速度の近傍に到達すると、リニヤ増巾を
するオペアンプ3,7mの出力17M圧が降下し、オペ
アンプ3.?fの一端子の入力電圧より小さくなると、
オペアンプJ、jfの出力はローレベルに転化し、トラ
ンジスタ35hは不導通に転化する。
しかし、電機子電流は、電機子コイルの蓄積磁気エネル
ギの放出により、抵抗り/、ダイオードざ2を介して電
流が流れる。
この電流が減少して、オペアンプ、?、?fの一端子の
入力端子が十端子のそれより降下すると、オペアンプ、
7.? fの出力はハイレベルに転化して、トランジス
タ35hが導通する。従って電機子電流が増大する。
増大して、オペアンプ3.?fの一端子の入力電圧が、
十端子の入力電圧より大きくなると、オペアンプ33f
の出力はローレベルに転化し、トランジスタJShは不
導通に転化する。
かかるトランジスタ33んのオン、オフのサイクルの繰
返しにより、電機子電流は設定値に保持されるので、負
荷に対応した通電が行なわれて定速回転が保持される。
一般の定速制御手段は、トランジスタ33kが活性領域
で作動しているので、ジュール損失が大きいが、本実施
例では飽和領域で作動しているのでジュール損失が僅少
となる。特に電源電圧が変化する乾電池が使用される場
合に有効な手段となる。
又使用電圧が変更された場合にも、定電流制御なので、
電機子コイルの巻線の変更が不要となる利点がある。
定速回転速度を変更するときには、抵抗9/を変更する
ときには、抵抗9/を変更すればよい。
従って抵抗9/は外付部品とすることがよい。
他の外付部材を接続するICビンは、記号外a 、 z
p b、・・・jJ44ダとして示されている。
オペアンプJJfはヒステリシス特性を持つものが必要
である。ヒステリシス特性により、電機子電流のりプル
値の巾が指定されるものである。
次に、コア(磁心)のある電動機に本発明を実施した場
合について説明する。
第4図CG)において、軟鋼製の外電円筒/2の両側に
は側板(円形)/コα、/コbが左右より嵌着されてい
る。側板/L24 、 /コbの中央突出部には、動水
/、74 、 /、7 bが嵌着され、回転1IIl/
が回動自在に支持されている。
されている。
叉その端部(第φ図(りで右端の点線Rで示すsg)極
に着磁され、各組のN、S磁極間は切欠部となり、その
巾も720度となっている。
N、S磁極は記号2’l I! 、 2ダb、、ZQd
、2古で、又切欠部は記号sy a 、 、2tt f
とし℃示されている。
電機子/Sには、突極151m 、 /!; b 、 
15 nが設けられ、各突極には、電機子コイル3α、
 n b 。
weが捲着されている。各突極の巾は180度で磁極/
lI’L 、 /41 b 、・・・の巾と等しい。
又突極lSα、/りり、B;vは互いに60度離間して
いる。
第3図の展開図と第6図(rL)の展開図を比較してみ
ると、突極/!t’L、/jtb、/!;eの巾と電機
子コイル10 G 、’ 10 b ; 10 eの数
と巾と位置は同じである。又界磁マグネット回転子/l
Iと5の磁極も同じ構成である。
更に、位置検知用マグネット回転子の磁極評り9.2グ
h、・・・と磁極ざLL、gb、・・・の構成も又同じ
である。
ホール素子// a (両者とも同一記号となっている
)の位置も同じである。
従って第7図(α)及び第7図(d)の回路で、電機子
コイルオ導、Δb 、 2!; e−の通電制御をする
ことにより、3相の直流電動機として運転することがで
きることは明らかである。
第7図(d、)に、電機子コイル、2j G 、λ3b
、お−が図示されている。電機子コイル10α、10Q
10 bは、電機子コイルJ1.二l! 、 it b
となるものである。
本実施例は、コアがあるので、出力トルクが太き(なる
効果がある。界磁マグネット回転子の磁極数をλ倍、3
倍とすることができる。このときに突極数も対応して増
加する。
界磁マグネットのN、S@極/組に対し℃、突極数が3
個の周知の直流整流子電動機の構成としでも本発明が実
施できる。他の作用効果は実施例と同様である。
第6図(りの展開図につい℃、上述した第7図(α)、
(d)の回路による通電の7例を説明する。
界磁マグネット回転子/lが、矢印A方向に3θ度回転
すると、ホール素子//4は、磁極、2<Z eの磁界
下に入り、電機子コイルUaが通電されてN極に着磁さ
れる。
磁極/lIα、/グdの反撥と吸引作用により、界磁マ
グネット回転子/qは矢印A方向に駆動される。
このときに、磁気誘導により、磁極isb、isCはと
もにS極となるが、この磁極によりトルクは正トルク、
反トルクとなり打消し合うので、起動には差支えない。
ホール素子//αが出極ユクdの磁界下に入ると、電機
子コイルΔQが通電されるので、N極に着磁される。従
って磁極/弘す、/ダCの吸引、反撥力により、マグネ
ット回転子は更に引続いて矢印A方向に回転される。
第7図<d)のトランジスタJj 5が不導通に転化さ
れると、論理回路72の出力により、トランジスタ3!
 a 、 33 b 、・・・、 3; eは前実施例
と同じ(導通制御が行なわれて、3相Y型の電動機とし
て駆動される。
出力の大きい点を除いては、前実施例と効果は同じであ
る。
〔従来の技術〕の項で引用した特公昭59−3/10号
に開示された技術では、3個の突極が順次に1個ずつ励
磁されるので、次に述べる問題点がある。
即ち第6図(α)の展開図と同じ展開図となるので、こ
れを利用して説明する。
突極/& 11が励磁されて、界Sマグネット回転子/
ダは矢印A方向に駆動されるが、このときに、磁気吸引
力も発生するので、回転軸と軸承が衝合して、回転中に
大きい機械音を発生する。
突極/sb、/3aの励磁のときも同じ衝合音が発生す
る重大点がある。この衝合時に、Ql+承がオイルレス
ベアリングの場合に、打撃により軸爪孔カ拡大し、これ
が又打撃エネルギを太きくし、この現象が互いに助長さ
れ、実測によると出力/ワット位の電動機で使用できる
のは2〜3時間である。これは致命的な欠点となる。更
に又、突極lS1がN極に励磁されて出力トルクを発生
しているときに、磁気誘導により、突極15 b 、 
/!; nはともにS極に励磁される。従ってその後の
90度の回転時に、突極is bは反トルク。
突極/SPは正トルク、次の90度の回転時に正。
反トルクが反転する。正1反トルクは打消し合うとして
も、ジュール損失と振動を誘発する不都合がある。
本発明装置によれば、前述したように起動時の短時間の
みに上述した欠点があるが、その後は、欠点が除去され
る特徴がある。回転トルクの発生が、周知の3相Y型整
流子電動機と同じとなるからである。
第6図Cb)に示す展開図は、界磁マグネット回転子/
グと位置検知用マグネット回転子評α、評す、・・・の
みの展開図を示したものである。第6図(りと異なるの
は、磁極コクα、2ダhと磁極評d。
評CのN、S磁極を反転していることである。
従って、記号Pで示す磁極の境界部の左側の磁極/’l
 G 、 、29αは同極N極となり、右側も同極S極
となる。磁極lダa、/ダd、−タd1.2りeについ
ても事情は全く同じである。
従って磁極/<<α、 /</ b 、・・・と磁極評
α、21b。
・・・の着磁を1回の作業で行なうことができ、又界磁
マグネット回転子と位置検知用マグネット回転子間の磁
束の干渉が僅少となる特徴がある。
十 上述した事情は、第さ図のマグネット回転+5゜tにつ
いても全く同じである。
次に、電機子コイルの通電制御の為の他の実施例につき
第7図(b)について説明する。
正電圧端子J/ Gより供電されるホール素子/11の
S、N磁極に対応する出力は、オペアンプ31 G 、
 31 bにより矩形波となり、この電気信号は、第9
図Cb)のタイムチャートにおいて、曲線Ba 、Hh
とし℃示される。曲線鉢α、 p+ bは、声−ル崇子
ll↓が対向するS、N磁極の礎界分布曲線である。
端子q/αの出力中は、第9図(句の曲#jタタαの巾
となる。微分回路391の入力、信号は、オペアンプ3
g aの出力を反転したもので、第7図(句の曲線q6
となる。
微分回路3テ$の出力は、曲線5〕となる。この信号パ
ルスはフリップフロップ回路(以降はF回路と呼称する
。)%αのS端子に入力され、Q端子の出力がハイレベ
ルとなり、端子’I/ bの出力もハイレベルとなる。
オペアンプ3gbの出力を反転したもの(第9図(b)
の曲線りθ1.りOb)を微分回路j9 bで微分した
微分パルス信号は、第9図(b)で曲線見として示され
ている。
曲線5−の信号は、F回路グθαのR端子に入力されて
、これを反転するので、端子’I/ bの出力中は、曲
線夕3bの巾となる。又同時に曲線タコの信号は、F回
路、Q bのS端子に入力されるので、Q端子の出力が
71イレベルとなる。
端子&/4の出力中は、第を図(句の曲線りJφ(曲線
ダSαと巾6位相が同じとなる。)となり、端子II/
 hの出力中は、曲線33 bとなり、曲線531と5
.7 b間の時間的空隙は無くなる。次に再びオペアン
プ31 Gの出力が得られると、微分回路3912を介
して、F回路uo bのR端子に微分パルスが入力され
、反転して端子u/ Cの出力中は第9図(勾の曲線!
rJ eとなる。
曲#;!r、rcの両側と曲線夕、31! 、 !;3
 bどの時間的空隙は無(なる。以上の説明のように、
端子9/α、 a/b 、 pi eの出力は、順次に
連続して行なわれる効果がある。
各端子の出力中をiao度の巾とするには、位置検知用
マグネット回転子のN、S磁極の巾を調整すればよい。
端子J/ LL 、 、7/ bは電源正負端子である
微分回路394 、 J? b 、 39 /! Kは
微分の為ノコンデンサが必要となり、これ等のコンデン
サはICの外付部品となる。これを避ける為には周知の
ニジトリガ回路を利用することができる。
第7図(C)に示す回路は、微分回路、39G、J9b
J9 eの微分の為のコンデンサを1個とし、IC化し
たときに外付部分を少なくする手段である。
端子6/α、 A/ b 、 &/ l−には、矩形波
の電気信号601& 、 60 b 、 60 Qが入
力されている。曲線60・は曲線60αを反転したもの
である。
オア回路乙=を介する曲線60α、606,600の電
気信号は、コンデンサ63.抵抗6tに通電され、その
立上り部の微分パルス3個が順次に得られる。かかる微
分パルスはアンド回路bsfL、bsb。
tSaの下側の入力となる。上側の入力は端子6/1.
61b、A/I!の入力なので、端子66@、6Ab。
66 ”より、上記した3個の微分パルスは分離して出
力される。
端子66αの出力を、第7図Cb)のF回路uo bの
S端子、端子6A bの出力をF回路ゲ0αのS端子及
びF回路uo bのS端子、端子At /=の出力をF
回路aOaのS端子に入力せしめることにより目的が達
成される。即ち外付コンデンサはコンデンサ63が1個
ですむものである。
上記した場合に、端子6/ 4 、6/ h 、 4/
 eの入力信号はそれぞれ第9図<b)の曲線t43 
a1曲線りOa 、 36 b0曲線q6となるもので
ある。
端子AA a 、 46b 、 64 n・・・の電気
パルスをI) V変換回路に変換すると速度信号が得ら
れるので、周知の手段により定速制御を行なうことがで
きる。
次に、第7図(b)の回路を第7図(d)の電気回路7
/として使用した場合の作用効果の説明をする。
第7図(d)の端子、?θ11 、30 b 、 、?
06は、第7図(b)の端子<Z/ 4 、4’/ b
 、ダ//−となる。
前述したように、端子U/α、 <7/ b 、 ta
/cの出力である位置検知信号は互いに連続し、反トル
クの発生がないので、第7図(L′L)の回路を利用し
た場合より、よりすぐれたトルク特性が得られるもので
、他の作用効果は同じである。
次に第7図(りにつき説明する。第7図(dlと同一記
号のものは同一の作用を行なうものなので説明を省略す
る。
前実施例と異なっているのは、回転速度に比例する電圧
を得る為にブリッジサーボ回路の原理を利用しているこ
とである。
点線で示すICの記号はj、2 dとされ、ICピンは
記号rgΦ、gs:b、・11.ざzhに変更されてい
る。
電動機の電機子電流の制御回路に直列に接続された抵抗
ざ9ぐよりなる直列接続体に並列に接続された抵抗g9
α、ざ9hは、ブリッジ回路を構成している。
電動機が停止したときの電機子電流(最大値となる。)
のときに、オペアンプ3,7にの出力が零で、回転し始
めると、電機子電流が減少するので、オペアンプ3,7
にの正の出力電圧が、比例して増大するようになってい
る。
従って、オペアンプ3.7にの出力が速度信号となる。
外付けのコンデンサ♂7は、上記した速度信号を平滑化
する為のものである。外付けのコンデンサg6はICピ
ンlrざんを介して電源正極(3/lL)に/極が接続
され、他極はICピンにSダ即ち抵抗ざ9b、gqeの
下端に接続されている。
ICビンgIgと電源正極、3/ 61間の電圧即ちコ
ンデンサr6の充電電圧は、抵抗90α、?Obで分割
されて、オペアンプ、311の一端子の入力となってい
る。オペアンプ33りの一端子の入力は、コンデンサt
6の電圧に比例するものとなる。
起動時には、オペアンプJJ kの出力電圧が低いので
、オペアンプ33 Aの出力は最大となる。
端子、7.7 nには、回転速度を指定する為の規準正
電圧が入力されているものである。
従って、オペアンプ331の出力はハイレベルとなり、
トランジスタJSAは導通する。
従って、コンデンサざ6は急速に充電され、この電圧が
トランジスタブリッジ回路と抵抗gq cの直列回路に
印加・されるので、′電動機は加速される。回転速度が
設定値に近づ(と、オペアンプ、?、?Aの出力電圧も
小さくなり、オペアンプ3、?ダの出力がローレベルに
転化して、トランジスタ35ルは不導通に転化する。
コンデンサit、の放電により、電機子電流が流れ、コ
ンデンサざ6の電圧が降下するので、トランリスタ33
 、hは導通する。
上記したトランジスタ33へのオン、オフヲ繰返して、
コンデンサg乙の電圧即ち電動機の印加電圧は負荷に対
応するものとなり、定速制御を行なうことができる。
トランジスタ3Shは飽和領域で作動するので、ジュー
ル損失が小さ(なる効果がある。
オペアンプ3,7gは、ヒステリシス特性を有するもの
が必要である。
コンデンサざぶ、抵抗90α 9Qb、$ベアング3、
?ダを除去し、オペアンプ、?、?Aの出力により、ト
ランジスタJJt Aを活性領域で制御すると、周知の
ブリッジサーボ回路となるので、この手段によって本発
明を実施することもできる。
上記した手段による定速制御は速度変動が大きい。
この理由の1つは、逆起電力が界磁マグネット回転子の
温度特性により変化し、他の7つは、抵抗ざ9Cと電機
子コイルの温度による抵抗値の変化である。
前者は、サーミスタによる補償を行ない、後者は、抵抗
ざ9eを銅の細線を利用することにより完全に補償する
ことができる。
第り図(tL)、(りに示す107個により、3相の電
動機を、駆動することができるので、構成が簡素化され
、廉価となり、整流子刷子型の′電動機より小型に、し
かも同じ程度の価格とすることができ、更に半導体電動
機としてのすぐれた特性のものが得られる特徴がある。
本実施例のようI/c%ブリッジサーボ回路を採用する
と、整流子電動機の場合には、整流子と刷子間の抵抗値
の変化が速度変動となり、不安定な定速制御となる欠点
がある。
本発明装置では、かかる欠点が除去される効果がある。
次に、第7図<t) 、 (e)の電動機の逆転手段に
ついて説明する。両者とも同じ手段なので、第7図(り
について説明する。
逆転の条件は、同一磁界下で電機子コイルを逆方向に通
電する手段を付加することである。
トランジスタ3k LL 、 、Hb 、 J!; I
!を導通すると、電機子コイルは右方に通電され、トラ
ンジスタ33 d 、 33 e 、 、3!; fを
導通すると、左方に通電される。
従って、端子3θa、3θb、30cの出力により、ト
ランジスタ3!rct、3左t 、 3s fのベース
制御をして導通するようにする。
かかる手段により、同一磁界下で各電機子コイルは、左
方に通電されて逆転する。
起動時には、トランジスタ33gを不作用とし、別設し
たトランジスタにより設定時間だけ、電機子コイルの共
通接続点と電源正端子371間を導通せしめる必要があ
る。
この為に、オペアンプ3、?dの出力を電子切替スイッ
チ(アンド回路二個を利用した周知の手段でよい)によ
り切替えて、トランジスタJ!; 、!7ト他の1つの
トランジスタのベース入力の切替えをすればよい。
1透導出力により位置検知信号を得ている場合、即ち論
理回路72の出力により、トランジスタ3お、3! b
 、・・・、 3s fの導通制御を行なう場合には、
正逆転いずれの場合にも駆動トルクが得られるので、端
子72↓、72b、・・・とトランジスタJjTL。
J! b 、・・・のベースm+の配線を変更する必要
はない。第4図(す、(句の実施例の場合には、IC/
7の一部に収納されたホール素子//LLVCより1叱
動できる。/(:’/7は、IC3,2,3コdに相当
するものである。第4図(α)の点線Rの右側が位置検
知用マグネット回転子となり、第を図(句の場合(fc
は、界磁マグネット回転子ユコの下側が位置検知マグネ
ット回転子として端面着磁されている。
ホール素子// L’tの代りに、コイルを利用するこ
とができる。次に第夕図につきその説明をする。
第5図(りにおいて、界磁マグネット回転子/qの右端
には、アルミニューム導体板ムが貼着されている。その
詳細が第5図(b)に示されている。
プレス加工により、図示の形状にされ、段部、2t。
α、 26 b 、・・・、26fの巾は/コO度で等
しい。
コイル//は、〃ターン位の空心巻線である。
コイル/lは、段部に対向しているので、回転子コ乙が
矢印方向に回転すると、順次に渦流損失が変化する。対
向導体面積が変化するからである。
従ってインダクタンスも変化する。段部、26α。
ユ6b 、 21. Cと対向するに従ってインダクタ
ンスは段階的に大きくなる。
コイル7ノー/はltO度おくれて同じインダクタンス
の変化がある。
上記した目的の為には、切欠部の代りに高低の段差を設
けてもよい。
第夕図0)は、第を図(b)の実施例に適用されるもの
である。
第5図(/−)は、第φ図(blを矢印S方向から見た
図である。
界磁マグネット回転子(打点部)−コの端面には、アル
ミニューム導体板に段部2/c、λlb。
2//′及び段部2/ d−、2/ e 、 21 f
を設けたものが図示のように貼着されている。各段部の
巾は720度の巾となり、段部にコイル//、//−/
が対向し℃いる。コイル//、//−/はigo度離変
能し、各コイルはチップ部品化されて、本体基板上に固
着されている。
矢印方向に回転すると、コイル// 、 // −/の
インダクタンスは段階的に変化するものである。
次に第7図(J)につき、コイル//、//−/より位
置検知信号を得る手段を説明する。
第7図01において、記号グOは、l−5メガサイクル
の交流の発振器である。この出力は、コイル// 、抵
抗// b 、 it ty 、 // d (ブリッ
ジ回路を構成している。)に通′准されている。
上記したブリッジ回路の出力は、ダイオードとコンデン
サで平滑直流化されて、オペアンプ70の入力となって
いる。
コイル//と導体部との対向面積の最も大きい段部26
信に対向したときには、インダクタンスが最も小さいの
で、抵抗//bの電圧降下が最も太き(なる。段部−4
b、λ6/−に対向するに従って電圧降下は段階的に小
さくなる。規準電圧正端子ダ3より、抵抗1736L 
、 !J h 、・・・は通電されているので、オペア
ンプ70α、 70 b 、 70’!の一鵡子の入力
は、段階的に低下している。
コイル//が段部uA l?に対向したときのオペアン
プ7h出力電圧より抵抗μ3cLの電圧降下は小さく設
定されているので、オペアンプ7Q Cの出カババイレ
ベルとなる。
このときにオペアンプ70 bの出力はローレベルなの
で、アンド回路296の出力は)・イレベルとなる。
コイル//が段部2A bに対向すると、オペアンプ7
0の出力電圧が増大し、オペアンプ70 hの出力がハ
イレベルに転化するので、アンド回路2qbの出力はロ
ーレベルとなる。
オペアンプ70 ’Lの出力はローレベルなので、アン
ド回路sq aの出力はノ\イレペルに転化する。
段部ムαがコイル//に対向すると、オペアンプ70α
の出力がハイレベルとなるので、アンド回路294の出
力はローレベルとなる。
コイル/lが段部s6fに対向すると、オペアン7’7
0 LL、 70 bの出力はローレベルに、又オペア
ンプ7Q eの出力がノ\イレベルとなり、lサイクル
が終了する。段部コA4 、.2A A 、・・・にコ
イル//が対向したときの端子ダ2a 、 ’12 b
 、グコCのハイレベルの出力中は120度で連続し、
第5図(b)の回転子26が矢印(時計方向)に回転す
ると、上記した位置検知信号は、端子グ21→yr b
−+ttコCとサイクリックに出力される。
上述した説明より理解されるように、端子値α y2 
b 、 ta2eの出力は、720度の巾ノハイレペル
の位置検知信号が隣接して得られるので、第7図<b>
の回路と全く同じ作用効果を有するものとなる。
従って、第7図(d) 、 (g)の電気回路の信号7
/で示した電気回路と置換して使用することができる。
本実施例の特徴は次の点にある。
ホール素子は、高い温度では使用できなく、又出力信号
が小さいので、小型電動機に使用する場合には有効であ
る。
ホール素子は非常に小型化ができ、又IC内部に収納で
きるからである。しかし大きい出力の電動機は高゛温と
なり、電気ノイズも太き(なるので使用が困難と々る。
コイル//を利用すると、上述した不都合はすべ℃除去
される効果がある。
コイルl/による出力は高温でも余り変化がなく、発振
器りの出力電流を太き(すれば、大きい出力の位置検知
信号が得られるからである。
第7図(ct)のコイル//(ICビygut、g+f
に接続されている。)は、コイル//を外付部材として
使用した場合の例である。
ホール素子に比較して、コイル//は廉価にチップ部品
とすることができ、配線端子は2個ですむので有効な技
術となる。
従って、コイルを二個使用しても、ICビンは3本です
み、誘導出力を利用して位置検知信号を得る回路が不要
となるので、ICが廉価となる。
従って、上述した手段も有効な技術となる。
次に第7図σンについてその詳細を説明する。
第7図(f)において、前実施例と同一記号のも−のは
同一部材なのでその説明は省略する。
ICは点線ju (として、又ICピンは記号3/α、
 q2α、9コb、・・・、qユ!i 、 、、?/ 
bとして示されている。
電機子コイルは、記号1!r 4 、Δb 、 、lu
 eとなり、第を図(勾、(句の実施例に適用されるも
のである。
電気回路71αは、第7図(!1)の回路を示し、端子
グコ+z、lIコb、侵tの出力(第7図<b)の曲線
53a 、 5J b 、 5.7 /!Ic対応する
モノとなる。)Kより、トランジスタ334 、3!;
 b  3!; l!のベース制御が行なわれて導通制
御が行なわれる。電気回路7/ bは、第7図0)と全
く同じ回路で、コイル//がコイル//−7に置換され
たものである。
コイル//とii −/は外付部材となる。
電気回路7/ bの出力は、端子112(L、グコe、
弘コfより得られ、かかる出力は端子l121B 、 
’72 b 。
qs cの出力より、/gθ度位相のおくれた位置検知
信号となる。
端子11.2 cL、 ’12 g 、 ’%コfの出
力により、トランジスタ3s d 、 3s g 、 
、ys fの導通制御が行なわれるので、電機子コイル
、B 4 、 x h 、ΔCの通電は、一般の3相Y
型の通電となり、全く同じ特性の、駆動が行なわれて回
転する。
ICビンq2 dと92 fは共通に1本とすることが
できる。
電動機を逆転する為には、次の手段により行なう。即ち
端子lIユ4 、11.2 b 、ダコCの出力により
、それぞれトランジスタ3s cL、 3s e 、 
3s fのベース制御をして、導通制御を行ない、同時
に端子ケ2d、グ2t、11.2fの出力により、トラ
ンジスタ3!; 4 、 、?!; b 、 3!; 
eのそれぞれのベース制御を行なって導通制御をすると
逆転する。
この為に電子切替装置が必要となる。端子t2IZ 、
 i b 、 lI2 ffの出力の切替手段が第7図
(A)に示されている。
第7図(h)において、端子値α、グコb、弘ユClま
、第7図(7)の同一記号の端子の出力が入力される端
子である。
端子q4’ LL 、芹す、qダCは、第7図σノのト
ランジスdi 、3!;α 33 b 、 ys cの
ベースに接続された反転回路0人力となっている。
端子9ダcl 、 qlIg 、 qlIfは、トラン
ジスタ3A;(t。
3s a 、 3s fのそれぞれのベース入力となっ
ている。
端子q5にハイレベルの入力があると、アンド回路q3
4.デ3 h 、 q、7 I?を介して、端子ダλα
、侵b 、 1I2cの入力は、端子94(4、、9’
l b 、芹Cの出力となる。この状態が第7図σ〕の
正転のモードである。端子9jの入力がローレベルとな
ると、アンド回路qJ cl 、 q3t 、 q、?
 fを介して、端子4ua 、 lI2 b 、 ’1
2 eの入力は、端子91IrL 、 911 t 、
 911fの出力となり、トランジスタ、33 d 、
 33 t、 33fの導通制御が行なわれて、電動機
は逆転のモードとなる。第7図(f)の端子値d、グ2
6.’Iλfの出力についても全く同じ構成の電子切替
スイッチにより、通電のモードの切替が行なわれる。
端子9Sの入力信号は共通となっているので、端子95
の入力が71イレベルのときには正転し、ローレベルと
すると逆転せしめることができるも″′C:ある0第7
図(f)の実施例のICK、第7図(dJの定速制御回
路を付設すると、負荷に対応した電検子電流制御を行な
うことができ、定速度回転となることは明白である(1
従ってその脱荷に対応した印加電圧の制御を行なうこと
カーでき、定速度回転となることは明白である。従って
その説明も省略する。
更に又第7図Ce)について説明したように、周知のブ
リッジサーボ回路を第7図ののIC回路に付設して定速
制御を行なうこともできる。
第5図(b) 、 (6)のコイル//と//−/の離
間角tま1g0度であるが、一般的な表現とすると−(
60十1.20n)度で、ルは0.l、コ、・・・とな
る。
〔効果〕
第1に、位置検知素子が1個なので、毒IJ御回路の全
部をIC化でき、電動機本体内にJCを収納することが
できる。
第2に、位置検知素子をコイルとすることもできるので
、出力の大きいJ相電動機を構成することができる。
第3に、位置検知素子となるコイルコ個で駆動すると、
誘導出力よ・り位置検知信号を得る回路が省略できて回
路がTI?累化される。コイルはチップ部品としてlC
の外付けができるので、廉価でI産性のある電動機の構
成ができる。又第2項の効果もある。
第4に、電気回路をIC化した場合Vc/個のICとな
るので、量産効果により3相整流子電動機とほぼ同じ生
産価格となり有効な手段となる。
第5に、位置検知素子がコイルの場合には、3相電や機
を駆動するときに、制御回路が本体外部にある場合に、
位置検知素子と制御回路との回線が簡素化される。
第6に、定速制御回路が、定電流制御若しくは定電圧制
御手段により行なっているので、電源電圧が変更されて
も同じ制御ICを利用することができる。又定速制御の
ときの電力損失が小さくなる。
【図面の簡単な説明】
第1図ハ、コアレス型の本発明装置の構成の説明図、第
2図は、第7図の装置の、グネット回転子と固定電機子
の平面図、第3図は、第1図の装置のマグネット回転子
、電機子コイルの展開図、第φ図口ま、コアのある形式
の本発明装置の二つの実施例及び位置検知装置の説明図
、第5図は、位置検知素子としてコイルを利用した場合
の位置検知装置の説明図、第6図は、第9図の装置のマ
グネット回転子、電機子コイルの展開図、第を図は、本
発明装置の電機子コイルの通電制御回路図、第5図は、
第7図(d)のブロック論理回路72の回路図、第9図
は、発明装置の位置検知信号、出力トルクのタイムチャ
ートをそれぞれ示す。 /・・・回転子、   /α・・・軸承、   コ・・
・基板、3.79・・・円筒、  ダ・・・軟鋼板1.
S、t。 /It、2.2・・・マグイ、ット回転子、  乙、1
0Φ、 10b100、・・・おα、 25b、おC・
・・′電機子コイル、デ・・・空孔、  sa、rb、
・・・、ざα、gb。 ・・・、na、iダb、・・・I評α、評す、・・・礎
極、7・・・s性体板、  // @・・・ホール素子
、コ嶋24 ’L 、 2Ab 、・・・、 2/ I
s 、 21 b 、・・・回転子、及びその段部、 
 ////−/・・・コイル、/’)、3コ 、 3コ
 d 、 JJ 6 ・・・ IC、ts、  23 
・・・電機子、      ノ2  、  i2  a
  、  /2  b  −外筺、      /J 
 c  、  /327 a 、 2’) b 、 M
 a 、 3!: b 、 J、? a 、 、?、?
 b 、 、7.? c 。 ・・・、 7o、 7oa 、 7ob 、 7oe 
、・・・オペアンプ。 3!; 4 、 JA; b 、・・・、 3s g 
、 n A 、・・・トランジスタ、Ju a 、 3
1 b 、 ju n・・・矩形波整形回路、72・・
・論理回路、  ?/ 、 ?/ a 、 ?/ b・
・・第7図(り又は(句又は0)の電気回路、  3/
 a 、 3/ b・・・電源正負極、  qo・・・
発振器、  rio rL、 tio b・・・フリッ
プフロップ回路、  39 G 、 3qb 、 、7
9 ff・・・微分回路、  3.3 G 、 、3.
j b 、・・・、 、3.3 t 、 J、3j’。 JJ m 、 、7.7 A 、 j、? A 、−・
オペアンプ、ざハ・・増巾回路、  どOα、ざoh・
・・単安定回路、2g・・・不一致回路、  79G、
79b、l、λ・・・オア回路、  グqα、q弘b・
・・磁界曲線、ttsα、4Isb、t& 、 +71
1 、 <77 b 、りOα、左□ b 、 s3a
 、 !;、3 b 、 &j e・・・位置検知信号
曲線、” + ” −微分ハ/l/ ス曲線、  Il
、g i 、 +r b 、 rig/! 、 II9
α、 99 b 、 99 ”・・・トルク曲線、  
タダ1゜Sりす、りSl、タタb、見α、りt、 b 
、 ff7.3&、 !;9゜73a 、 7J b 
、 ?弘1.7弘す、−’73;α、 7j b 、 
?A a。 74 b 、 74 c 、 ?? LL、 ?? b
 、 77 rr・・・発電力(逆起電力)曲線及び位
置検知信号曲線。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)3相の半導体電動機において、3相の電機子コイ
    ルが装着された固定電機子と、該固定電機子に設けた軸
    承により回動自在に支持された回転軸と、該回転軸に中
    央部が固定されて同期回転するとともに、磁束が電機子
    コイルを貫挿して駆動トルクを発生する界磁磁極を備え
    た界磁マグネット回転子と、該マグネット回転子と同期
    回転する位置検知用の回転子と、該回転子の回転面に対
    向し、回転位置を検出して、電気角で120度巾の第1
    、第2、第3の互いに隣接した位置検知信号がサイクリ
    ツクに得られる1個の位置検知素子を含む位置検知装置
    と、直流電源正電圧側にエミッタが接続されたPNP型
    の第1、第2、第3のトランジスタ及び負電圧側にエミ
    ッタが接続されたNPN型の第4、第5、第6のトラン
    ジスタよりなるトランジスタブリッジ回路にY型接続さ
    れた前記した3相の電機子コイルと、3相の電機子コイ
    ルの第1相、第2相、第3相の電機子コイルが所定方向
    に通電されたときの両端の電圧を検出し、検出電圧を矩
    形波に整形して、各相に対応する電気角で180度の巾
    の第1、第2、第3の電気信号列を得る電気回路と、第
    1、第2、第3の電気信号列より、電気角で120度の
    巾で、互いに電気角で180度の位相差のある第4の位
    置検知信号及びこれより電気角で120度位相のおくれ
    た同じ巾、同じ位相差の第5の位置検知信号及びこれよ
    り電気角で120度位相のおくれた同じ巾、同じ位相差
    の第6の位置検知信号が得られる論理回路と、第1、第
    2、第3の位置検知信号により、それぞれ第1、第2、
    第3のトランジスタのペース制御を行なつて、各トラン
    ジスタを導通せしめる第1のモード若しくはそれぞれ第
    4、第5、第6のトランジスタのペース制御を行なつて
    、各トランジスタを導通せしめる第2のモードのいずれ
    かの第1の通電制御回路と、第1のモードの場合には、
    第4、第5、第6の位置検知信号により、第4、第5、
    第6のトランジスタのペース制御を行なつて各トランジ
    スタを導通せしめるとともに、各相の電機子コイルの一
    端の共通の接続点を設定された回転速度に上昇するまで
    、電源負極に接続した第7のトランジスタを介して電機
    子コイルの通電を行ない、第2のモードの場合には、第
    4、第5、第6の位置検知信号により、第1、第2、第
    3のトランジスタのペース制御を行なつて各トランジス
    タを導通せしめるとともに、各相の電機子コイルの一端
    の共通の接続点を設定された回転速度に上昇するまで、
    電源正極に接続した第7のトランジスタを介して電機子
    コイルの通電を行なう第2の通電制御回路と、回転速度
    の検出回路と、該検出回路の出力信号により、設定速度
    を保持して回転せしめる定速制御回路とより構成された
    ことを特徴とする3相半導体電動機。
  2. (2)第(1)項記載の特許請求の範囲において、第1
    、第2の通電制御回路に直列に接続された抵抗の電圧降
    下より電機子電流値を検出する検出回路と、回転速度の
    検出回路の出力を−端子の入力とし、規準電圧を+端子
    の入力とするオペアンプと、該オペアンプの出力を+端
    子の入力とし、前記した電機子電流の検出回路の出力を
    −端子の入力とするヒステリシス特性を有するオペアン
    プと、該オペアンプの出力によりベース制御が行なわれ
    るとともに、第1、第2の通電制御回路に直列に接続さ
    れたトランジスタとより構成されたことを特徴とする3
    相半導体電動機。
  3. (3)第(1)項記載の特許請求の範囲において、第1
    、第2の通電制御回路とコンデンサの並列回路と、該並
    列回路に直列に接続されたトランジスタと、コンデンサ
    の充電電圧の検出回路と、回転速度検出回路の出力によ
    り、回転速度が設定値を越えたときには、前記したトラ
    ンジスタを不導通とし、設定回転速度より降下したとき
    には導通せしめる定速制御回路とより構成されたことを
    特徴とする3相半導体電動機。
  4. (4)第(1)項記載の特許請求の範囲において、位置
    検知素子となるホール素子と第1、第2の通電制御回路
    を含む1個の集積回路と、コンデンサ、可変抵抗及び電
    機子コイル等の外付部材とより構成されたことを特徴と
    する3相半導体電動機。
  5. (5)3相の半導体電動機において、3相の電機子コイ
    ルが突極に装着された珪素鋼板積層体により作られた固
    定電機子と、該固定電機子に設けた軸承により回動自在
    に支持された回転軸と、該回転軸に中央部が固定されて
    同期回転するとともに、磁束が突極及び電機子コイルを
    貫挿して駆動トルクを発生する界磁マグネット回転子と
    、該マグネット回転子と同軸で同期回転する導体回転子
    と、該導体回転子の回転面に空隙を介して対向する第1
    のコイル及び該コイルより電気角で(60+120n)
    度・・・nは零を含む正整数・・・離間した第2のコイ
    ルと、第1、第2のコイルに高周波交流を通電せしめる
    発振器と、導体回転子が電気角で120度回転する毎に
    、順次に第1、第2のコイルによる渦流損失を変化せし
    めて、インダクタンスが変化する装置と、第1のコイル
    のインダクタンスの変化を検知して、電気角で120度
    の巾で、180度の位相差の第1の位置検知信号及びこ
    れより電気角で120度位相のおくれた同じ巾、同じ位
    相差の第2の位置検知信号及びこれより電気角で120
    度位相がおくれた同じ巾、同じ位相差の第3の位置検知
    信号を得る電気回路と、第2のコイルのインダクタンス
    の変化を検知して、第1、第2、第3の位置検知信号よ
    りそれぞれ電気角で180度位相のおくれた同じ性質の
    第4、第5、第6の位置検知信号を得る電気回路と、直
    流電源正電圧側にエミッタが接続されたPNP型の第1
    、第2、第3のトランジスタ及び負電圧側にエミッタが
    接続されたNPN型の第4、第5、第6のトランジスタ
    よりなるトランジスタブリッジ回路にY型接続された前
    記した3相の電機子コイルと、第1、第2、第3の位置
    検知信号により、それぞれ第1、第2、第3のトランジ
    スタのベース制御を行なつて各トランジスタを導通せし
    める第1の通電制御回路と、第4、第5、第6の位置検
    知信号により、それぞれ第4、第5、第6のトランジス
    タのペース制御を行なつて各トランジスタを導通せしめ
    る第2の通電制御回路と、回転速度の検出回路と、該検
    出回路の出力信号により、設定速度を保持して回転せし
    める定速制御回路とより構成されたことを特徴とする3
    相半導体電動機。
  6. (6)第(5)項記載の特許請求の範囲において、第1
    、第2の通電制御回路に直列に接続された抵抗の電圧降
    下より電機子電流値を検出する検出回路と、回転速度の
    検出回路の出力を−端子の入力とし、規準電圧を+端子
    の入力とするオペアンプと、該オペアンプの出力を+端
    子の入力とし、前記した電機子電流の検出回路の出力を
    −端子の入力とするヒステリシス特性を有するオペアン
    プと、該オペアンプの出力によりペース制御が行なわれ
    るとともに、第1、第2の通電制御回路に直列に接続さ
    れたトランジスタとより構成されたことを特徴とする3
    相半導体電動機。
  7. (7)第(5)項記載の特許請求の範囲において、第1
    、第2の通電制御回路とコンデンサの並列回路と、該並
    列回路に直列に接続されたトランジスタと、コンデンサ
    の充電電圧の検出回路と、回転速度検出回路の出力によ
    り、回転速度が設定値を越えたときには、前記したトラ
    ンジスタを不導通とし、設定回転速度より降下したとき
    には導通せしめる定速制御回路とより構成されたことを
    特徴とする3相半導体電動機。
  8. (8)第(5)項記載の特許請求の範囲において、第1
    、第2の通電制御回路を含む1個の集積回路と、第1、
    第2のコイル、可変抵抗及びコンデンサ等の外付部材と
    より構成されたことを特徴とする3相の半導体電動機。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0920113A1 (de) * 1997-11-28 1999-06-02 SAIA-Burgess Electronics AG Gleichstrommotor
CH693032A5 (de) * 1996-11-07 2003-01-31 Ciba Sc Holding Ag Benzotriazol-UV-Absorptionsmittel mit erhöhter Haltbarkeit.

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US6211588B1 (en) 1997-11-28 2001-04-03 Saia-Burgess Electronics Ag Electromoter having a position sensor with a plurality of field sensitive elements on a semiconductor chip

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