JPH01295656A - リラクタンス型電動機 - Google Patents

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〕 一般の直流機より小型で高速高トルクの動力源として使
用されるものである。例えば、ルームエアコンのシロッ
コファン及びコンプレサの駆動源である。

誘導機、直流機の代りに一般的に使用することができる
ものである。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なので高速電動
機として利用できる。

〔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。

更に、運転中に烈しい機械振動とこれによる騒音が発生
するので、実用化された例はない。

［゛本発明が解決しようとしている課題〕第１に、リラ
クタンス型の電動機は、駆動トルクに関係のない突極と
磁極間の径方向の磁気吸引力が著しく大きく、（空隙長
がｏ、　ｔ　ミリメートル位となっている為）各磁極と
対向突極の空隙長が異なることにより、回転子が径方向
にランダムな力を受ける。この為に大きい機械振動と騒
音を発生する問題点がある。

第一に、リラクタンス型電動機は、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。

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
。

〔課題を解決する為の手段〕

回転子の突極面は、回転中に同一円周面にあるように構
成し、半周面内にある磁極と突極間の空隙長に対して、
他の半周面内にある磁極と突極間の空隙長を異ならしめ
て第１の問題点を解決している。

又、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
電源に環流せしめることにより、急速に放電電流を消滅
している。従って、位置検知信号曲線の形状に対応した
励磁コイルの通電を行なうことができ、又電気角で１１
０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２の問題点を解決している。

他の手段として、出力トルクと回転速度に対応した高い
電圧の直流電源を使用し、各相の磁極励磁の為の通電角
を電気角で１０度の巾としている。

この巾は、一般のｌ♂０度の位置検知信号を利用し、論
理回路により処理をして、始端から電気角で９０度（以
降はすべて角度表示を電気角とする。）の巾の位置検知
信号とし、この信号の巾だけ励磁コイルの通電を行なっ
ている。

かかる手段により、励磁電流の巾はｉｒｏ度を越えるこ
とがないので、高速時においても、反トルクの発生がな
い。従って第２の問題点が解決される。

〔作用〕

半周面の磁極と突極との空隙を、例えばｏ、ｌミリメー
トルとし、他の半周面の磁極と突極との空隙を０．　／
λミリメートルとすると、空隙長の小さい方向に回転子
は常に吸引される。

従って、回転中に回転子が、径方向に往復してランダム
に吸引される力が消滅するので、機械振動と騒音の発生
が抑止される作用がある。

このときに、回転子の突極円周面は完全に軸対称の面と
する必要がある。

上述した作用により第１の問題点となる課題が解決され
る。

又、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ょる制御を行なって
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１１０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環流して
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
源電圧に急速に環流して、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
高トルクのリラクタンス半導体電動機を作ることができ
る。

他の手段として、有効な出力トルクの発生する回転子の
突極が固定電機子の磁極上に侵入始めた点より、励磁コ
イルの通電を開始し、９０度回転したときに通電を停止
する。

従って、大きい蓄積磁気エネルギが放出されるが、励磁
コイルに直列に接続されたトランジスタとこれ等に並列
に逆接続されたダイオ−Ｐにより、上記した磁気エネル
ギは、電源に環流され、従って急速に消滅するので、ｉ
ｒｏ度の通電角以内で必ず消滅する。従って反トルクの
発生がなく高速度とすることができる。

又高速度となると、通電する時間がみじかくなり、又逆
起電力も増大するので、励磁電流のピーク値が小さくな
る。しかしこのときに大きい印加電圧とすることにより
、これが改善されて出力トルクを増大せしめることがで
きる。

上述した場合においても、励磁電流の巾はｉｒ。

度を越えることはないので、高速度を保持することがで
きる作用がある。従って、第２の問題点となる課題が解
決される。

〔実施例〕

次に、第１図以下につき本発明による実施例の詳細を説
明する。各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μ図につき後述するコイルＩａ、Ｉｂ、りａ。

りｂは、突極の位置を検出して位置検知信号を得る為の
ものである。

第２図に、コイルＩａ、♂ｂより、位置検知信号を得る
為の装置が示されている。第２図において、コイルｒａ
、Ｉｂ、抵抗／３ｈ、／Ｓｂはブリッジ回路となってい
る。記号７は発振回路で、その出力周波数は／−ｊメガ
サイクル位となっている。

コイルｆａ　、　ｒｔ＋は空心コイルで、径が！ミリメ
ートル位、巻数はＳＯターン位である。固定電機子側に
固定され、第ψ図の突極／ａ、／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／ｊａ若しくは抵抗ｌＳｂの電圧降下が大きくな
る。

コンデンサ／２ａ、ダイオード／／ａよりなるローパス
フィルタにより平滑化された抵抗／ｊａの電圧降下はオ
ペアンプ１３の子端子に入力される。

コンデンサ／２ｂ、ダイオード／／１）よりなるローパ
スフィルタによる抵抗／ｊｔ）の出力は、オペアンプ１
３の一端子の入力となっている。

オペアンプ／Ｊ　、　／Ｊ　１）はリニヤ増巾器となっ
ているので、端子／Ｊａの出力は次のようになる。

第６図のグラフにおいて、第μ図の突極／１）の両側に
、コイルｆ　ａ　、、　Ｉ　ｂが対向していると、第２
図の抵抗／ｊａ、／ｊｂの電圧降下は等しいので、端子
／Ｊａの出力はアースレベルとなる。第を図の突出部／
ｂが矢印Ａ−／方向に移動すると、オペアンプ１３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／Ｊａの出力はアースレベルに保持される。

オペアンプ／Ｊｂ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／Ｊｃの出力が増大する。

コイルざｂが、突極／１）に完全に対向すると、コイル
ｒａは突極／１）より完全に離脱する。このときの端子
／Ｊｃの出力が最大となり、その後は、この値を保持す
る。

コイルｒｂの中心が、突極ｌｂの左端に対向するときに
は、コイルｆａの中心は突極／ａの右端に対向するので
、端子／Ｊｃの出力はアースレベルとなる。

次に、第弘図の突極／ａが、矢印Ａ−／方向に移動する
と、コイルｆａは完全に突極／ａに対向するので、端子
／Ｊａの出力は増大し、端子／ｊｃ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ｌが回転するに従って、／
♂Ｏ度毎に端子／ｊａ、／Ｊｃの出力は交替し、その出
力は、第６図の曲線評のようになる。

曲線Ｊ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、コイルＪ’ａ、♂ｂの径を変更す
ることにより、自由に選択できる。

第３．弘図の回転子ｌと突極／＆、／ｂ、・・・と同じ
形状のアルミニューム円板を作り、回転子ｌと同期回転
し、アルミニューム円板の突出部にコイル♂ａ、♂ｂを
対向せしめても同じ作用効果がある。

このときに、アルミニューム円板の突出部を第６図の曲
線−のように変形すると、オペアンプ１３ｂの出力は、
曲線２２ａのように非対称とすることができる。かかる
位置検知信号が必要な場合を次に説明する。

リラクタンス電動機のｌ相の出力トルクは、−般に左右
対称でないので、後述するように、位置検知信号を曲線
Ｕａのように、非対称として、出力トルクを調整するこ
とにより、リシ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、前述したように、大きい機械振動と騒音を発生
する。これ等は負荷トルクが大きくなると、対応して大
きくなる。

第２に、第７図（ａ）のタイムチャートの点線曲線コタ
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（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／ａと磁極／Ａａ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。

突極／ａの巾（図面の上下方向の巾）は、磁極／Ａａの
巾より太き（されている。他の突極と磁極も同じ構成と
されているので、突極／ａと磁極／Ａａについて、その
出力トルクの説明をする。

突極／ａを矢印Ａ−／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／
ａと磁極／Ａａ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７図（ａ）の曲線２９のようになる。

しかし矢印に、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り、第７図（
ａ）の点線コ９ａの曲線となる。

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、出力トルクも対称形となる。かかるトルク曲線が、
第７図（ａ）のタイムチャートで１曲線３コａ、、７！
ｂ、・・・として示されている。又第６図で説明したよ
うに、位置検知信号を曲線Ｕａ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２９（第７図（
ａ））で示すトルク曲線を対称形とすることができ、リ
シルトルクが減少される効果がある。

第３に効率が劣化する欠点がある。

励磁電流曲線は、第７図（、）において、曲線弘６のよ
うＫ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、
曲線弘６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４４６は１１０度の巾となっている
ので、磁気エネルギは点線ダ６ａ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μ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ψｉ勾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、第弘図の磁極／６ａ、
／＆’ｂ、・・・に蓄積される磁気エネルギにより、電
磁子電流の立上り傾斜が相対的にゆる（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、電機子電流値のピーク値は小さ（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。

次に、本発明装置の構成を説明する。

第３図において、円環部１６及び磁極／＆ａ、／Ａｂ。

・・・は、珪素鋼板を積層固化する周知の手段により作
られ、図示しない外筐に固定されて電機子となる。記号
／６の部分は磁路となる電機子磁心である。

磁極／Ａａ、／６ｂには、励磁コイル／７ａ、／７ｂが
捲着されている。他の励磁コイルは省略されて図示して
いない。

図示していないが１本体の１部となる外筐に設けたゼー
ル軸受には、回転軸♂が回動自在に支持され、これに回
転子／が固着されている。

回転子／の外周部には、突極／ａ、／ｂ、・・・が設け
られ、磁極／６ａ、／Ａｂ、・・・と０．　／ミリメー
トル位を空隙を介して対向している。回転子ｌも、電機
子／６と同じ手段により作られている。

本実施例は、内転型であるが、外転型として構成するこ
とができる。第３図の展開図が第弘図に示されている。

第μ図において、突極は７０個となり、等しい巾と等し
い離間角となっている。磁極／Ａａ、／Ａｂ。

第２、…の巾は突極中と等しく、２個が等しいピッチで
配設されている。

励磁コイル／７ｂ　、／７ｆ　、／７ｃ　、／７ｇが通
電されると、突極／ｂ、／ｇ、／ｃ、／ｈが吸引されて
、矢印Ａ−／方向に回転する。

９０度回転すると、励磁コイル／７１）　、　１７ｆの
通電が停止され、励磁コイル／７ｄ、／７ｈが通電され
るので、突極ｌｄ、１１によるトルクが発生する。

矢印／ｌｈは、図示の状態より９０度回転するときの励
磁極性を示すもので、磁極／Ａｂ、１６ｃはＮ極。

磁極／Ａｆ、／ＡｇはＳ極となる。かかる極性の磁化は
、磁束の他磁極に対する洩れによる反トルクを小さくす
る為である。

次の９部度の回転即ち矢印／♂ｂの間では、各磁極は図
示のＮ、Ｓ極性となる。Ｏの表示は無励磁のものを示し
ている。

次の９０度の回転、その次の９０度の回転は矢印／ＩＣ
，／ｌａの間の極性に磁化される。

上述した励磁により、回転子ｌは、矢印Ａ−／方向に回
転して２相の電動機となるものである。

各磁極間の巾は、突極中の４５倍となっているので、励
磁コイルを装着する空間が、大きくなっている。従って
太い線を利用することができ、銅損を減少して効率を上
昇せしめる効果がある。

リラクタンス型の電動機は、界磁マグネットがないので
、その磁束分まで磁極による発生磁束を太き（する必要
がある。従って、磁極間の空間の大きいことは重要な意
味を有するものである。

上述したように、磁極数、突極数は、周知の手段に比較
して第３図のものは増加して、従来の思想によると、回
転速度が低下して問題点が残り、実用化できなくなる。

しかし、本発明の手段によると、上述した不都合が除去
され、出力トルクが増大する効果のみが付加される。次
にその説明をする。

第１０図（ａ）において、励磁コイルＡ、Ｂは、第ａ図
の励磁コイル／７ａ、／７ｅ及び／７ｃ、／７ｇをそれ
ぞれ示し、２組の励磁コイルは、直列若しくは並列に接
続されている。

励磁コイルＡ、Ｈの両端には、それぞれトランジスタ１
０ａ、１０ａ及び１０ｂ、１０ｄが挿入されている。

トランジスタ１０ａ　、１０ｂ　、１０ｃ　、／（７ｄ
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Ａ＃ａ、Ａ＃ｂより供電が行なわれて
いる。

７７１回路Ａｊａ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１０ａ、１０ｃが導通して、励磁コ
イルＡが通電される。アンド回路ｔｓｂ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ｉｏｂ、ｉｏ
ｄが導通して、励磁コイルＢが通電される。

端子ｊ／ａ、ｊ／ｂには、第２図の端子／３ｈ、１３ｃ
の出力がそれぞれ入力されている。

本実施例においては、コイルｌｒａ、ｒｂ、りａ。

りｂは、突極／ａ、／ｂ、第２、…の側面に対向し、珪
素鋼板の銅損、ヒステリシス損により位置検知信号が得
られている。突極／ａ、／ｂ、・・・と同形のアルミニ
ューム板を積層して、各コイル面をこれに対向すると、
よりＳＮ比のよい電気信号を得ることができる。

端子ｊ／ａ、３／ｂの入力は、矩形波に、増巾回路Ａ’
ｌａ、６弘すにより整形されて、７７１回路Ａ３ａ。

ｔ、ｓｂの入力となっている。

第ｉｏ図（ａ）の端子ｊすａより出力トルクを指定する
基準電圧が入力されている。従って、乗算回路５ｇの出
力は、第２図の端子／Ｊａ、１３ｃの電気信号と相似し
、しかも端子５ざａの入力により高さの異なる電気信号
となる。

オペアンプｊ７の子端子には、第ｉｏ図（ａ）の抵抗？
（１）ａの電圧降下即ち励磁電流の検出電圧が入力され
ている。

第２図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２図の点線曲線ｔ♂は、第７図（ａ）の位置検知信号
Ｊａに、乗算回路ｓｒの端子Ｓｔａの入力電圧を乗算し
たものを示している。

第１Ｏ図（ａ）の反転回路５Ｓの入力はローンにルなの
で、アンド回路４ｊａの入力がハイレベルとなっている
。このときに、端子５／ａに位置検知信号が入力される
と、７７１回路Ａｊａの上側の入力もノ・イレペルとな
るので、その出力がハイレベルとなり。

トランジスタ１０ａ、１０ｃが導通する。

抵抗７０ａの電圧降下が、励磁コイルのインダクタンス
により漸増し、第２図の曲線仰ａに示すように励磁電流
が増大する。

オペアンプｊ７の子端子の入力電圧が、一端子のそれ即
ち第２図の曲線弘ざを越えると、オペアンプ３ｑの出力
はハイレ（ルに転化し、この信号の始端部の微分パルス
が、微分回路３７ａにより得られる。

この微分パルスにより、単安定回路Ｓ６が付勢され、そ
の出力が短時間だけ、ハイレベルとなるので、反転回路
ＳＳの出力が対応する時間だけローレベルに転化して、
トランジスタ１０ａ、１０ｃを不導通とする。

従って、励磁コイルＡに蓄積された磁気エネルギは、ダ
イオード６７ｂ、電源、抵抗７０ａ、ダイオ−ｔＦｊ７
ａを介して放電され、この曲線が第を図で曲線’１４９
ｔ＋とじて示される。

電源を充電する形式となっているので、印加電圧を高（
することにより、曲線＋９ｂは急速に降下する。又曲線
弘？ａの上昇も急速となる。短時間後に、単安定回路Ｓ
６の出力はローレベルに復帰するので、７７１回路６ｊ
ａの出力もハイレベルとなり、励磁コイルへの通電が開
始され、この通電曲線が第２図で曲線Ｑ−９ｃとして示
される。

上述した通電サイクルが繰返され、位置検知信号曲線弘
ｌの右端で通電が停止する。

通電曲線は１位置検知信号に相似した形となり、端子５
１ａの入力により通電電流を制御できる。

第を図の点線間の矢印弘７が、単安定回路見の〕・イレ
ベルとなる時間巾である。オペアンプＳ７は少しヒステ
リシス特性を有するものがよい。この特性を利用すると
、微分回路３７ａを除去することができる。

全く同じ事情で、端子ｓｉｂより入力される位置検知信
号により、トランジスタ１０ｂ、１０ｅＬが制御されて
、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＃ａ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、ｌ相の電動
機として回転する。

第ｉｏ図（ａ）の励磁コイルＡ、Ｂは、第弘図の励磁コ
イル／７ｂ、／７ｆ及び励磁コイル／７ｄ、／７ｈをそ
れぞれ示すものである。２組の励磁コイルは、直列若し
くは並列に接続されている。

コイルタａ、りｂによる位置検知信号は、第７図（ａ）
の曲線易ａ、２Ａｂ、・・・及び曲線２ざａ、ユｌｒｂ
。

・・・となっている。

かかる位置検知信号は、第１Ｏ図（ａ）のアンド回路Ａ
ｊａ　、　Ａｊｂ　、乗算回路ｓｔｙ　、オペアンプ５
７等と全く同じ構成の電気回路の端子ｊ／ａ、ｊ／ｂに
対応するものに入力される。

このときのアンド回路Ａｊａ、６ｊｂに対応するアンド
回路の上側の入力信号が、第７図（ａ）の曲線易ａ、：
ｕｂ、・・・及び曲線！ｆｆａ、２＆’ｂ、・・・を矩
形波に整形したものとなっている。かかる制御回路の７
７１回路Ａｊａ、Ａｊｂに対応する回路の出力を、端子
６デａ、６デより入力せしめて、トランジスタ１０ｅ。

１０ｇ、１０ｆ　、１０ｈ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７０ｃは、抵抗７０ｂの電圧降下即ち励磁電流の検
出端子となり、又端子ｊ♂ａの基準電圧は共通に利用で
きる。

ダイオード／１７６１　、Ｇ７ｆ　、第２、…の作用も
同じである。

従って、２相のりラフタンス型の電動機として回転子／
は回転するものである。

励磁コイルＡ、Ｂによるトルクは、第７図（ａ）の曲線
３：Ｌａ、３コｂ、・・・として、又励磁コイルＡ、Ｂ
によるトルクは、曲線ＪＪａ、ＪＪｂ、・・・となり、
合成トルクが出力トルクとなる。

本発明装置の特徴は次の点にある。

出力トルクは、端子！；Ｉａの基準電圧により規制され
て、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。従って、前述した第≠の欠点が除
去される。

ｌ♂０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７図（ａ）の通電曲線ＩＡ６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。従って、前述した第２．第３の
欠点が除去される。

又１通電波形が、位置検知信号＋ｌｒ（第１図図示）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６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μ図の実施例は、次に述べる特徴がある。

リラクタンス型の電動機は出力トルクは大きいが、磁極
と突極間の径方向の磁気吸引力も大きくなる。

従って回転中の機械振動と騒音が大きくなる欠点がある
。第μ図にお〜・て、矢印Ａ−／方向に回転したときの
出力トルクの曲線は第７図（ａ）の曲線３２ａ　、　Ｊ
Ｊａ　、　３２１）、　３３ｂ　、　・”と変化する。

このときの磁極と突極間の径方向の出力トルクに無関係
な磁気吸引力のある区間は、矢印３１Ａａ。

３１Ａｂ　、３１Ａａ　、第２、…のように移動する。

従って必ず磁気吸引力は９０度ずつ重畳して発生してい
るので、回転軸♂は、軸受に押圧されながら回転してい
る。

従って、押圧力が零となる点がないので、振動すること
な（、又機械音の発生も抑止される効果がある。

上述した場合に、磁極／＆ａとｔｈｅ及び磁極／Ａ’ｂ
と／６ｆ及び磁極／＆ｃと／Ａｇ及び磁極／Ａｄと／６
ｈは軸対称の位置にある。従って、径方向の突極に対す
る磁気吸引力はｊ４ランスしている筈であるが、空隙長
の差により残留するアンノ々ランスな磁気吸引力があり
、これが振動を誘発する。かかる振動は、負荷が大きく
なることに比例して増大する。

次に上述した振動を除去し、前述した第１の欠点を解決
する手段について説明する。

第１図は、第３図の構成より突極と磁極を除去転する回
転子ｌの突極面の軌跡を示すもので、突極面は、点線≠
にそって回転している。

点線ｔは、回転軸ざの回転中心軸を中心とする円周面と
なることがよい。

点線３は、電機子磁心ｌ乙の磁極面にそった円周を示し
ている。

点線Ｊａ　、２ｂ　、コＣ２・・・は、それぞれ第３゜
μ図の磁極／Ａａ　、／６ｂ、／Ａｃ　、第２、…の中
心の位置を示している。

点線Ｊａと２０及び点線２ｂと２ｆ及び点線−〇と一２
ｇ及び点線２ｄと２ｈはそれぞれ回転軸♂に関して対称
の位置にある。

各対称の位置にある磁極と突極の径方向の磁気吸引力は
非常に大きいが１．ｅランスしていれば振動は発生しな
い。

しかし、磁極と突極の空隙長は、トルクを大きくする為
に、０．７ミリメ一ドル位となっているので、アン、６
ランスな力が残留し、この力は回転子ｌを径方向に往復
して、ランダムに押圧する力となり振動を誘発する。こ
の振動を防止する手段を次に説明する。

点線２ａ　、Ｊｂ　、、２ｃ　、、２ｄの位置の磁極面
の高さと点線ｕｓ　、Ｊｆ　、、２ｇ　、２ｂの位置の
磁極面の高さに差を設け、空隙長を異ならしめるように
研摩仕上げを行なう。

例えば前者の磁極面と突極面の空隙長（矢印ｊａ、ｊｂ
で示す）を、後者の磁極と突極の空隙長（点線矢印４ａ
、Ｊｂで示す）より小さくする。

受け、吸引力の方向は、余り変化しないので振動が防止
される効果がある。

磁極面の円周面を、回転軸ｒに関して非対称の円周面３
となるように研摩仕上げを行ない、点線矢印ｊａ、ｊｂ
の空隙長を点線矢印Ａａ、Ａｂの空隙長より大きくして
も同じ目的が達成される。

第弘図において、磁極／ｂｅ　、／Ａｆ　、１６ｇ、／
６ｈの高さを僅かに低く、即ち点線に、？、・・・まで
の高さとして、空隙長を太き（することにより目的が達
成されるものである。

以上の説明より判るように、前述した第１の欠点が除去
される。

第弘図の展開図を右方に２倍の長さとすると、突極数は
Ｊ個、磁極数は７４個となる。かかる手段により本発明
装置を構成することもできる。出力トルクが２倍となる
が、回転速度は％となる。実測によると７万回／毎分ま
で回転速度が上昇するので、実用的に有効な手段となる
。

このときに、磁極数を１個としてもよい。径の小さい電
動機の場合に励磁コイルの装着空間を大きくできる利点
がある。

第≠図の磁極間の離間角（位相差）の一般的表現は、次
のようになる。

磁極／ｂｅ、と／Ａｃの位相差は、（ｌざ０　＋　３６
０ｒｈ　）度、磁極／Ａａと／Ａｔ）の位相差は（９０
−４−３６Ｏｎ）度、磁極／６ｂと／Ａｄの位相差は（
１ｉｒｏ　＋３ｔｏｎ　）度である。ｎは正整数である
。

第り図の回路は、第１０図（ａ）の左側の回路と同じ目
的を達する為の他の手段である。

第２図において、端子＆２ａ、６２ｂの出力は、第ｉｏ
図（ａ）のＭ点及びＮ点の入力となっている。

第１Ｏ図（ａ）の抵抗７０ａ、７０ｂの電工降下を両波
整流する回路即ち絶対値回路が設けられる。記号ｊ２が
絶対値回路で、その入力端子ｊ２ａ、ｊ２ｂには、第１
０図（ａ）の抵抗７０ａの両端の電圧信号が入力されて
いる。絶対値回路！；２の出力は励磁電流に比例し、正
逆いずれに通電されても、その大きさに比例する正の電
圧信号が、オペアンゾロ０の一端子に入力されている。

第り図の端子６Ｊａ、６Ｊｂより、第２図の端子／３ａ
の位置検知信号を矩形波に整形した電気信号及び端子／
ｊｃ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５ｇの端子３１ａには、出力トルクを指定する
基準電圧が入力されている、 端子ｊ／ａ、ｊ／ｂには、第１０図（ａ）の同一記号の
端子と同様に、第２図の端子／ｊａ、／Ｊｃの位置検知
信号が入力されている。

位置検知信号（第７図（ａ）の曲線８ａ　、Ｑ５ｂ　、
・・・）が入力された場合を説明する。このときの乗算
回路Ｓｇの出力を、第７図（ａ）のタイムチャートで点
線３０ａとして示しである。

その始端部が入力され、端子３２ｃの電流検出信号より
、乗算回路ｓｒの出力信号の方が大きいときには、オペ
アンプ６０の出力はハイレベルとなるので、７７１回路
Ａ／ａの出力はハイレベルとなり、トランジスタ１０ａ
、１０Ｑ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７図（ａ）で曲線Ｊ／ａとして示されてい
る。

電源端子６ｇａｊ＃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ｊ／ａ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ｓｒの出
力より大きくなると、オペアンプ６０の出力は、ローレ
ベルに転化して、７７１回路Ａ／ａの出力をローレベル
とする。

従って、トランジスタ１０ｒｓ、１００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３１ｂ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ＡＯの出力は再びハイレベルとなり、トランジスタ１
０ａ、１０ｃが導通して、電流は曲線Ｊ／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
ペアンプ６０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７図（ａ）の点線ＪＯａと、３０
ｂになる。点線３０ｈ、３０ｂトルク指令の基準電圧信
号により規制されている。

トランジスタ１０ａ、１０ｃが不導通に転化したときに
、励磁コイルＡの蓄積磁気エネルギは、ダイオード６７
ｂ、電源、抵抗７（７ａ、ダイオードＡ７ａを介して放
電される。電源を充電する形式となっているので、放電
電流は急速に降下する。立上りも電源電圧に対応して急
速となるので、高速回転時においても、位置検知信号曲
線に相似した通電波形となる。従って、反トルクの発生
が抑止され高速度回転が可能となる効果がある。又効率
も上昇する効果がある。

端子Ｓｌｂより、位置検知信号即ち第７図（ａ）の曲線
！７ａ、２７ｂ、第２、…の信号が入力された場合にも
、端子６２ｂの出力により、トランジスタ１０ｂ、１０
ｄのオンオフ制御が同様に行なわれる。従ってｌ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、第り図の回
路により同じ通電制御が行なわれる。

従って２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。

励磁コイルの通電制御の他の手段を第１０図（ｂ）につ
き、次に説明する。

第１Ｏ図（ｂ）において、端子７２ａ、７Ｊｂには、第
一図の端子／Ｊａ、／Ｊｃの出力が入力され、端子７コ
Ｃ２７２ｄには、第μ図のコイルＪ’ａ　、　ｒｂをコ
イルタａ、りｂと置換したときの端子／Ｊａ、／Ｊｃの
出力に対応する位置検知信号が入力されている。

端子？２ａ、７２ｂ、第２、…の入力は、矩形波整形回
路７ｊａ、７ｊｂ、・・・により矩形波とされる。

端子７Ｊａ　、　７Ｊｂ　、　７２ａ　、　７！ｄの入
力に対応する上記した矩形波の位置検知信号が、第７図
（１））のタイムチャートで、それぞれ曲線Ｊ５ａ、Ｊ
ｓｂ、・・・及び曲線Ｊ７ａ　、Ｊ７ｂ　、　−及び曲
線Ｊ６ａ　、　Ｊ６ｂ　、　・・・及び曲線３♂ａ、３
１ｂ、・・・とじて示されている。

曲線Ｊ６ａは曲線３３ｒＬよりり０度進相している。

アンド回路７Ｊａの入力は、曲線３ｊａ　ｔ　３３；　
ｂ　ｅ・・・及び曲線Ｊ６ａ、ＪＡｂ、・・・となって
いるので、その出力は曲線Ｊｑａ、Ｊ９ｂ、・・・とな
り、９０度の巾となる。

アンド回路７３ｔ）の入力は、曲線３フａ、Ｊ７ｂｐ’
・・及び曲線３１ａ、３１ｂ　、・・・どなるので、そ
の出力は、曲線りａ　、　Ｑ−Ｏｂ　、・・・となる。

アンド回路７Ｊｃの入力は、曲線３３　ａ　ｔ　Ｊｊ　
ｂ　＃・・・と曲線Ｊｌｈ、３１ｂ、・・・となるので
、その出力は、曲線ｌＡ／ａ、弘／ｌｌ、・・・となる
。

アンド回路７Ｊｄの入力は、曲線Ｊ７ａ　、Ｊ７ｂ　、
・・・と曲線Ｊ６ａ、ＪＡｂ、・・・となるので、その
出力は、曲線弘Ｊａ、４Ｃ２ｂ、・・・となる。

トランジスタ１０ａ、１０ａ及びトランジスタ１０ｂ。

１０ｄは、前実施例と同じく励磁コイルＡ、Ｂの通電制
御を行なっている。

直流電源の投入とともに、端子Ａｌｃより供電されるの
で、コンデンサ７６の充電電流により、抵抗７Ａａの電
圧降下は最大となり、アンＰ回路７４’ａｔ７弘すの入
力はハイレベルとなる。

従って、オア回路７＃ａ、７＃ｂの出力は、第７図（ｂ
）の曲線Ｊ、ｔａ、Ｊｊｌ）、・・・及びこれ等を反転
した曲線Ｊ７ａ、Ｊ７ｂ、・・・となる。

従って、オア回路７♂ａの出力により、励磁コイルＡが
ｌｌｒＯ度の巾で通電され、励磁コイルＢは、ｉｒｏ度
おくれた１１０度の巾の通電が行なわれる。

従ってｌ相のりラフタンスミ動機の出力トルクが得られ
る。

ブロック回路Ｔは、励磁コイルＡ、Ｂの通電制御回路で
トランジスタＶ個を使用したトランジスタ回路を示して
いる。励磁コイルＡ、Ｂのトランジスタ回路と全く同じ
構成となっている。又オア回路７Ｊ　ａ　、　７１　ｂ
　ｓアンド回路７弘ａ、７ダｂに対応するものも含まれ
ている。

従って、端子７７ａ　、　７７ｂ　、　７７ｃの入力に
より、励磁コイルＡ、Ｂはｉｒｏ度の巾の通電が、曲線
３６ａ、Ｊ６ｂ、・・・及び曲線Ｊｊａ　、　３１ｂ　
ｌ第２、…の電気信号に対応して行なわれる。

コンデンサ７６、抵抗？Ａ　ａの時定数回路は共用して
使用できる。

従って、設定された時間だけ、コ相のリラクタンス型の
電動機として起動する。

この状態では、速度が上昇すると、前実施例について説
明したように、反トルクが発生して、上昇が停止し、効
率も劣化する。

しかし設定時間経過すると、アンド回路％ａｔ％ｂの１
つの入力がローレベルに転化するので、出力はローレベ
ルとなる。従って７７１回路７３ａ。

７Ｊｂの出力により、励磁コイルＡ、Ｂの通電制御が行
なわれる。又端子７？ａ、７？ｂの出力により、同様に
励磁コイルＡ、Ｂの通電が行なわれる。

従って、励磁コイルＡ、Ｂ、Ａ、Ｂの励磁電流の曲線は
第７図（ｂ）の点線ｔＡＪａ、＜＆Ｊｂ、・・・及びそ
の他の点線曲線となる。

位置検知信号Ｊｑａの場合につき上述した励磁電流の性
質を次に説明する。

励磁コイルＡのインダクタンスの為に立上りは、点線弘
３ａのようになり、曲線Ｊ？ａの右端で、トランジスタ
１０ａ、１０ｃが不導通となるので、蓄積磁気エネルギ
は、ダイオードＡ？ａ、ｌｂを介して電源を充電するよ
うに環流されるので、急速に励磁電流が消滅する。

電源電圧を高くすると、曲線９Ｊａのピーク値が大きく
なり、出力トルクが増大する。このときにも電源に環流
する磁気エネルギは、電源電圧が高いので、更に急速に
消滅する。

従って、励磁電流の曲線弘Ｊａ、ｔＡＪｂ、第２、…の
巾はｉｒｏ度を越えることがなく反トルクの発生はない
。

高速度とした場合にも１８０度を越えることはない。

他の励磁コイルについても上述した事情は全く同じであ
る。

従って、高速高トルクのリラクタンス電動機を得ること
ができるものである。即ちリラクタンス型の電動機の特
徴である出力トルクが大きい特性を保持して、しかも高
速度まで、印加電圧により速度が変更できるものが得ら
れる特徴がある。

実測によると、出力トルクがｉｏキログラムセンチメー
トル位で毎分６万回転の電動機を作ることができる。

制御回路が前実施例と比較して簡素化されているので、
インバータ付の可変速度の誘導機より著しく廉価に作る
ことができる。

前実施例も含めて、回転子は珪素鋼板のみなので、高速
でも遠心力による破損はない。

起動時のトルクが余り必要でないものは、第ｉ。

図（ｂ）のコンデンサ７６、抵抗７６ａ、オア回路７♂
ａ。

７１ｂ、アンｒ回路？Ｑａ、７弘すを含む回路は不要で
ある。第７図（ｂ）の曲線ｕａ　、　’１ｌＡｂ、・・
・及び曲線ｔｔＳａ、μ５ｂ、・・・は、それぞれ励磁
コイルＡ、Ｂ及び励磁コイルＡ、Ｂの通電による出力ト
ルク曲線である。

前実施例と同様に、各トルク曲線はｑｏ度ずつ重なって
いるので、径方向の磁気吸引力による振動の発生は防止
される。その他の振動の発生も前実施例と同じ手段によ
り同様に防止される。

上述した各実施例は、コ相のりラフタンス型の電動機の
場合であるが、３相のりラフタンス型の電動機にも全く
同じ思想の技術手段が適用できる。

次に第１０図（ｃ）について説明する。第ｉｏ図（ｃ）
は第１Ｏ図（ａ）　ｌ　（ｂ）と同じ目的が達成される
コミ源方式の通電制御回路である。

端子ｔＯａ、♂Ｏａは直流電源正負端子で、その中間値
の電圧が端子♂Ｏｂとなっている。

抵抗７０の電圧降下は励磁電流に比例している。

この電圧降下は両波整流回路（絶対値回路）Ｒにより、
出力端子に常に正電圧が出力されるようにされている。

この出力電圧は励磁電流に比例する信号として利用され
る。端子ｇ２ａ、＆Ｊｂには、第１０図（ａ）のＭ点と
Ｎ点の出力がそれぞれ入力される。

端子Ｉ２ａ若しくはＩ２ｂの入力信号がノ・インベルの
ときに、励磁コイルＡ若しくはＢが通電される。

端子ざ２ａの入力がローレベルに転化すると、トランジ
スタｒ／ａが不導通となり、励磁コイルＡの蓄積磁気エ
ネルギは、電源ｒｏｂ、ざＯａ　、ダイオ−Ｆざ３ｂを
介して放電される。電源にエネルギを返す回路となって
いるので、第１Ｏ図（ａ）と同じく通電は急速に停止す
る。トランジスタざ／ｂが不導通に転化したときもダイ
オ−）’ｒ、７ａを介する同じ作用がある。本実施例は
、第２図、第１０図（ａ）の回路を組合せても、又組合
せないで、第ｉｏ図（ｂ）で説明した通電制御手段の両
者に適用できるものである。

第１Ｏ図←）　、　（１，）の回路と比較して、ダイオ
−Ｐとトランジスタの数が％となる利点がある。

〔効果〕

第１に、第１図で説明したように、負荷が大きいとき、
即ち励磁電流の大きいときに発生する機械振動と騒音が
除去される。

第２に、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、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土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。

本発明装置の効果の第３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Ｋｌｌ流して、励磁電流曲線を１１０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≠に、第１Ｏ図（ｂ＞の実施例では、イン・々−タ付
の誘導機と同じ特性が得られ１回路が簡素化されるので
廉価となり、出力トルクが大きくなる効果がある。

第！に１位置検知素子としてコイルを利用できるので、
耐熱性があり、高出力の電動機とすることができる、

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明装置の振動発生防止手段の説明図、第
２図は１位置検知素子となるコイルを含む電気回路図、
第３図は、本発明装置の構成の説明図、第≠図は、本発
明装置の磁極と突極と励磁コイルの展開図、第５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６
図は、位置検知信号曲線のグラフ、第７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、第ｒ図は、励
磁電流曲線のタイムチャート、第り図は、励磁コイルの
１部の通電制御回路図、第１０図は、同じく励磁コイル
の他の実施例の通電制御回路図をそれぞれ示す。 ハ・・回転子、　ｔ　ａ　ｐ　／　ｂ　＋　／　ｃ　＋
・・・突極、Ｊａ、Ｊｂ、・・・、コｈ・・・磁極の位
置を示す点線、３・・・磁極面を含む円周面、　≠・・
・突極面を含む円周面、　１６・・・固定電機子、ｔ・
・・回転軸、　７・・・発振回路、　　／３．ｊｊｂ、
！；７，６０．・・・オペアンプ、／Ａａ　、ｊｊｂ　
、＝磁極、　／７ａ、／７ｂ、Ａ、Ｂ、Ａ。 Ｂ・・・励磁コイル、　ｎ・・・突出部、　２．ｕ　、
　ｕａ　、　２３ｂ　、　・・・、：ｕａ　、ｊｊｂ　
、”・、Ｊ７ａ　、２７ｂ　、−，２＆ａ　。 ２１ｂ　、・−，３３ａ、ｊｊｂ　、＝　、ｊＡａ　、
ＪＡｂ　、−、Ｊ７ａ　、Ｊ７ｂ　、−，３１ａ、３１
ｂ、・・・、３ｑａ、Ｊｑｂ　、−・−。 ｌｌ０ａ、　　弘Ｏｂ　　、・・・　、ｔＡ／ａ　　、
４４／ｂ　　、−＝、　　弘Ｊａ、　弘２ｂ　。 ＝−、３０ａ　、　３０　’ｂ　、　’ＡＩ−−−位置
検知信号、　　２９．１９ａ。 ３２ａ、３：Ｌｂ、−、ＪＪａ　、ＪＪｂ　、”・、ｕ
ａ　、＃ｂ　。 ・・・、弘ｊａ、４’ｊｂ、・・・トルク曲線、　、７
／ａ、Ｊ／ｂ。 −，４’Ａ　、４’６ｔｓ　、ｕＪａ　、＜４Ｊｂ　、
　”・、４’ｑａ　、弘ｑｂ、−・・励磁電流曲線・　
６ざａ、６ｔｈ、＋ＩＣ・・・電源圧負極。 １０ａ　、１０ｂ、１０ｃ　、１０ｄ・・）ランジスタ
、　６弘ａ。 ４Ｑｂ　、　−、７ｊａ　、　７５　ｂ　、　・・・矩
形波成型回路、　５ｇ・・・乗算回路、　Ｔ・・・励磁
コイルＡ、Ｂの通電制御回路、　ｔ／　ａ　、　ｔ／ｂ
−・−）ランジスタ、　ｒＯａ、１０ｂ、ｒＯａ・・・
直流電源正電極、　Ｒ１５２・・・絶対値回路、　３６
・・・単安定回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. リラクタンス型の電動機において、本体に設けた軸受に
   より回動自在に支持された回転軸に中央部が固定された
   磁性体の回転子と、該回転子の回転面において、等しい
   巾と等しいピッチで配設された複数個の磁性体突極と、
   円環状の磁性体により作られ、本体に固定された固定電
   機子磁心と、突極に対向するとともに軸対称の位置にお
   いて、電機子磁心より突出し、僅かな空隙を介して突極
   と対向し、突極と同じ巾の２個１組で構成され、互い設
   定された角度だけ離間し、各磁極が円周面にそって等し
   い離間角で配設された第１、第２、…の磁極と、第１、
   第２、…の磁極のそれぞれに捲着された第１、第２、…
   の励磁コイルと、前記した電機子磁心側に固定され、電
   気角で１８０度以内の複数相の位置検知信号が得られる
   複数個の位置検知素子を含む位置検知装置と、複数相の
   位置検知信号により、第１、第２、…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付勢して対応
   する励磁コイルに直流電源により通電して、電気角で１
   ８０度を越えない通電角として１方向の駆動トルクを得
   る通電制御回路と、半周面内にある第１、第２、…の磁
   極と対向突極との径方向の磁気吸引力に対して、他の半
   周面内にある第１、第２、…の磁極と対向突極との径方
   向の磁気吸引力を僅かに異ならしめて、回転子が、常時
   所定の径方向の磁気吸引力を受けて回転する手段とより
   構成されたことを特徴とするリラクタンス型電動機。