JPH0343858B2

JPH0343858B2 -

Info

Publication number: JPH0343858B2
Application number: JP60139150A
Authority: JP
Inventors: Itsuki Ban; Hideo Okada; Ikumasa Ikeda; Masayuki Yamamoto
Original assignee: SEKOO GIKEN KK; YOKOO KK
Current assignee: SEKOO GIKEN KK; YOKOO KK
Priority date: 1985-06-27
Filing date: 1985-06-27
Publication date: 1991-07-04
Also published as: JPS622844A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、小出力の負荷の駆動源、例えば電子
回路の冷却用の電動フアンに利用されるもので、
１相の半導体電動機に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の１相の半導体電動機は、大別して次の３
つの技術の１相の電動機となつている。

第１には、周知の１相の電動機が自起動できな
いので、コギングトルクにより起動せしめる形式
のものである。

第２には、米国特許第3299335号に開示された
技術で、マグネツト回転子の磁極のＮ，Ｓ極の中
間に無磁界部を設けることにより、起動を容易と
したものである。

第３には、米国特許第4211963号に開示された
技術で、マグネツト回転子の主磁極に副磁極を付
加して、実質的に第２項の技術と同じ効果を有す
るものである。

〔本発明が解決しようとする問題点〕

上述した従来の１相の半導体電動機において
は、３つの問題点がある。第１に、電気角で180
度回転するときの初期と末期、特に末期において
は、逆起電力が零であることに加えて、磁心が磁
気的に飽和することにより、過大な電機子電流が
流れ、トルクに寄与しないジユール損失が大きく
なり、効率の低下を招いている。

第２に、これを防止する為に、前述した米国特
許第3299335号及び第4211963号の技術があるが、
この技術においては、マグネツト回転子の磁界の
全部をトルクに有効に利用できない為に効率の低
下を招く欠点がある。コアレスの電動機において
は、上述した磁心が磁気的に飽和する現象はない
ので、効率の低下は小さいが、低下のあることに
変りはない。

第３に、電機子コイルの通電が断たれたとき
に、蓄積された磁気エネルギを放出する為に、電
機子コイルに並列にツエナダイオードが接続され
ている。このツエナダイオードのブレークダウン
電圧は、電源電圧を超えている必要がある。従つ
て、磁気エネルギの大部分は、ツエナダイオード
の内部で消費されることになり、出力トルクに寄
与することなく無効な電力損失となる欠点があ
る。３相のこの種の電動機の場合には、ダイオー
ドが利用できるので、通電が断たれたときに、僅
少な損失のみとなり、大部分の磁気エネルギが出
力トルクに転化できるものである。

上述した理由の為に、第１、第２、第３のいず
れの場合でも、効率が低下して、35％位が限界と
なつている不都合がある。

〔問題点を解決する為の手段〕

第１の手段マグネツト回転子と固定電機子を備え、固定電
機子に装着された電機子コイルの通電が行なわれ
ないときに、マグネツト回転子が死点の位置を避
けて停止する自起動手段を有する１相の半導体電
動機において、マグネツト回転子の円周面にそつ
て等しい巾のＮ極とＳ極の磁極が交互に配設さ
れ、該磁極の中央部が最も磁界が強く、両端部に
移行するに従つて強さが漸減するように磁化され
た偶数個のＮ，Ｓ磁極と、該Ｎ，Ｓ磁極に空隙を
介して対向して固定電機子側に固定され、Ｎ，Ｓ
磁極のそれぞれの磁界の強さに例する第１、第２
の位置検知信号が得られる１個の磁電変換素子８
ａを含む位置検知装置と、起動時において基準電
圧を零電圧に保持し、設定時間後に設定電圧まで
上昇した基準電圧を出力保持する電気回路（鎖線
で囲まれたブロツク回路Ａ）と、第１、第２の位
置検知信号がそれぞれ１つの入力信号となり、前
記した基準電圧が他の１つの共通の入力信号とな
る第１、第２の比較回路３８ａ，３９ａと、第
１、第２の位置検知信号と設定電圧まで上昇して
保持された基準電圧を第１、第２の比較回路によ
り比較して、該基準電圧を越えた部分の区間のみ
が増巾出力された電気角で120度より小さい巾の
矩形波の電気信号の配列された第３、第４の位置
検知信号と、基準電圧が零電圧のときの第１、第
２の比較回路により増巾された電気角で180度の
巾の矩形波の電気信号の配列された第３、第４の
位置検知信号と、電機子コイル５ａ，５ｂに直列
に接続したトランジスタ１４ａ及び電機子コイル
５ｂ，５ｄに直列に接続したトランジスタ１４ｂ
に直流電源より供電するとともに、トランジスタ
１４ａのベースに第３、第３の位置検知信号を入
力して、各位置検知信号の巾だけ導通し、トラン
ジスタ１４ｂのベースに第４、第４の位置検知信
号を入力して、各位置検知信号の巾だけ導通せし
めて電機子コイルの通電制御を行なう通電制御回
路（鎖線Ｃで囲まれたブロツク回路Ｃ）と、電機
子コイル５ａ，５ｃに並列に接続され、第４の位
置検知信号がベース入力となり、該位置検知信号
の巾だけ導通されて、電機子コイル５ａ，５ｃの
通が断たれたときに、その蓄積磁気エネルギを電
流に転換して放電消滅せしめるトランジスタ１４
ｃと、電機子コイル５ｂ，５ｄに並列に接続さ
れ、第３の位置検知信号がベース入力となり、該
位置検知信号の巾だけ導通されて、電機子コイル
５ｂ，５ｄの通電が断たれたときに、その蓄積磁
気エネルギを電流に転換して放電消滅せしめるト
ランジスタ１４ｄとより構成されたものである。

第２の手段マグネツト回転子と固定電機子を備え、固定電
機子に装着された電機子コイルの通電が行なわれ
ないときに、マグネツト回転子が死点の位置を避
けて停止する自起動手段を有する１相の半導体電
動機において、マグネツト回転子の円周面にそつ
て等しい巾のＮ極とＳ極の磁極が交互に配設さ
れ、該磁極の中央部が最も磁界が強く、両端部に
移行するに従つて強さが漸減するように磁化され
た偶数個のＮ，Ｓ磁極と、該Ｎ，Ｓ磁極に空隙を
介して対向して固定電機子側に固定され、Ｎ，Ｓ
磁極のそれぞれの磁界の強さに例する第１、第２
の位置検知信号が得られる１個の磁電変換素子８
ａを含む位置検知装置と、起動時において基準電
圧を零電圧に保持し、設定時間後に設定電圧まで
上昇した該基準電圧を出力保持する電気回路（鎖
線で囲まれたブロツク回路Ａ）と、第１、第２の
位置検知信号がそれぞれ１つの入力信号となり、
前記した基準電圧が他の１つの共通の入力信号と
なる第１、第２の比較回路３８ａ，３９ａと、第
１、第２の位置検知信号と設定電圧まで上昇して
保持された基準電圧を第１、第２の比較回路によ
り比較して、該基準電圧を越えた部分の区間のみ
が増巾出力された電気角で120度より小さい巾の
矩形波の電気信号の配列された第３、第４の位置
検知信号と、基準電圧が零電圧のときの第１、第
２の比較回路により増巾された電気角で180度の
巾の矩形波の電気信号の配列された第３、第４の
位置検知信号と、１相の電機子コイルＢに往復し
て通電するように、トランジスタ４個４７ａ，４
７ｂ，４７ｃ，４７ｄよりなるトランジスタブリ
ツジ回路（鎖線で囲まれたブロツク回路Ｄ）と、
該トランジスタブリツジ回路に供電する直流電源
と、該トランジスタブリツジ回路の対角線の位置
にあるトランジスタ４７ａ，４７ｃのベース入力
制御を第３、第３の位置検知信号により行なつ
て、各位置検知信号の巾だけ導通して電機子コイ
ルＢを１方向に通電し、他方の対角線の位置にあ
るトランジスタ４７ｂ，４７ｄのベース入力制御
を第４、第４の位置検知信号により行なつて、各
位置検知信号の巾だけ導通して電機子コイルＢを
反対方向に通電する電気回路と、電機子コイルＢ
に並列に接続され、第４の位置検知信号がベース
入力となり、該位置検知信号の巾だけ導通され
て、電機子コイルＢの通電が断たれたときに、そ
の蓄積磁気エネルギを電流に転換して放電消滅せ
しめるトランジスタ４８ａと、電機子コイルＢに
同じく並列に接続され、第３の位置検知信号がベ
ース入力となり、該位置検知信号のだけ導通され
て、電機子コイルの通電が断たれたときに、その
蓄積磁気エネルギを電流に転換して放電消滅せし
めるトランジスタ４８ｂとより構成されたもので
ある。

〔作用〕

電機子コイルの通電の初期では、磁心即ちコア
のある電動機の場合にはそのインダクタンスは20
ミリヘンリ位（出力が１〜２ワツトの電動機の場
合）なので、電流の立上りは比較的おそく、逆起
電力は小さいが、電流値が小さく、ジユール損失
も小さく効率に与える影響は少ないが、効率の低
下を招くことになる。

しかし通電の末期では、マグネツト回転子の磁
束によりコアがほぼ飽和し、コイルのみのインダ
クタンスとなるので、５ミリヘンリ位にインダク
タンスが減少する。従つて界磁磁界が小さく若し
くは零の通電の末期では、著しく大きい電機子電
流が流れ、しかもこれはトルクに寄与しないので
効率を劣化する主因となる。

かかる不都合を除去する為に、位置検知素子１
個を用いて、通電の初期と末期の通を切断して、
効率を周知のこの種の電動機より15〜20％上昇せ
しめているので本発明の作用である。コアレスの
電動機の場合には、インダクタンスが４〜５ミリ
ヘンリ位なので、効率の低下の原因となるものが
小さいが、上述した手段により、効率の上昇する
事情は全く同様である。従つて同じ手段により同
じ作用を有するものである。

又上述した手段によると、コギングトルクによ
る起動が困難となるので、起動時においては、か
かる手段を不作用に保持する手段を付加したもの
である。更に又電機子コイルに蓄積した磁気エネ
ルギをトランジスタのようなスイツチング素子を
利用して、出力トルクに転化して更に効率を上昇
（３〜４％効率が増大する。）せしめる手段を付加
したものである。

〔実施例〕

次に、本発明装置を図面に示す実施例により、
その詳細を説明する。尚図面中の同一記号のもの
は同一の部材なので、その説明は省略する。

第１図は磁心のある電動機の全体の構成を示す
正面図である。

第１図において、記号４は、珪素鋼板を積層し
て作つた電動機磁心である。４ボールの構成とな
り、突極は記号４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄとして示
され、それ等の巾は90度より少し小さくされ、90
度離間している。

各突極には、電機子コイル５ａ，５ｂ，５ｃ，
５ｄが装着されている。磁心４の中央部は突孔と
なり、金属円筒２が嵌着され、この円筒２によ
り、磁心４は本体（図示せず）に固定されて、固
定電機子を構成している。

円筒２の内部には、ボール軸承３の外輪が嵌着
され、内輪には、回転軸１が回動自在に支持され
ている。

回転軸１の１端には、カツプ状にプレス加工さ
れた軟鋼カツプ１３の底面中央部が固定されてい
る。

カツプ１３の内側には、円環状のマグネツト回
転子６が固定され、マグネツト回転子６には、90
度の開角のＮ，Ｓ磁極が図示のように配設され、
その磁極は、空隙（0.5ミリメートル位）を介し
て突極４ａ，４ｂ，……と対向して、回転軸１と
ともに回転する。

突極７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄを備え、軟鋼板若
しくは珪素鋼板を型抜きして、図示の形状に作ら
れた磁心７の中央部リングは、磁心４に重ねて固
着されている。

突極７ａ，７ｂ，……の巾は、磁極４ａ，４
ｂ，……のほぼ１／２となつて、90度ずつ互いに
離間し、突極４ａ，４ｂ，……と45度ずらして配
設されている。突極７ｂの基部７ｅは、図示のよ
うに、電機子コイル５ｂと５ｃの中間にあるよう
に設定されている。

従つて電機子コイル５ｂ，５ｃに基部７ｅが重
なることが避けられるので、電動機の厚さ（紙面
に垂直方向の長さ）を小くできる効果がある。他
の突極７ａ，７ｃ，７ｄの基部についても、上述
した事情は全く同じである。

第２図ｂは、突極４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ及び
７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄの360度に亘る展開図で
ある。詳細については後述するが、記号８ａはホ
ール素子即ち位置検知素子で、固定電機子４に適
宜な支持体を介して固定され、マグネツト回転子
６の磁極面に対向しているものである。

突極４ａ，４ｂ，……と突極７ａ，７ｂ，……
との間は、矢印で示す空隙７ｆがあるが、密接し
て配置しても差支えない。

第２図ａは、マグネツト回転子６の磁極６ａ，
６ｂ，……の360度に亘る展開図である。点線で
示す突極４ａ，４ｂ，……及び突極７ａ，７ｂ，
……及びホール素子８ａは、それぞれの部材とマ
グネツト回転子６との対向状態を示すものであ
る。

ホール素子８ａの出力により、これがＮ極下に
あるかＳ極下にあるかを区別して、電機子コイル
５ａ，５ｃ及び電機子コイル５ｂ，５ｄを交替し
て通電すると、周知の１相の半導体電動機とな
り、小型の電動フアンの駆動源として広い用途に
使用されている。

突極７ａ，７ｂ，……の為に、マグネツト回転
子６にコギングトルクが発生して、矢印Ｇ方向に
所定角度だけ回転しているので、自起動すること
ができる。上述した電動機は、次に述べる理由に
より、効率が劣化し、入力が１〜２ワツト位のも
ので、その効率は32％−35％位となつている。３
相のこの種のものは、60〜70％の効率となつてい
るのに比較すると、効率は著しく劣化している。

本発明装置は、かかる効率の劣化する原因を除
去して、効率を20％〜25％上昇せしめて、55％〜
60％位とした構成としたものである。次にその詳
細を説明する。

第９図のグラフの曲線２２ａ，２２ｂ，……
は、一般の１相の電動機の出力トルク曲線であ
る。又曲線２３は、前述したコギングトルク曲線
で、両者の合成トルク曲線には死点がなく、自起
動できる。

電機子電流の曲線は、曲線２５ａ，２５ｂ，…
…として示される。この曲線について、第１０図
につき説明する。

第１０図は、マグネツト回転子６の１部の磁極
６ａ，６ｂ，６ｄ及びこれに対向する突極４ａ、
電機子コイル５ａの展開図を示している。

突極４ａが磁極６ａに正対したときの図面が示
されている。電機子コイル５ａが通電され、Ｎ極
に励磁され、磁極６ａが矢印Ｇ方向に回転する場
合を考えると、磁極６ａによる磁束は矢印３２の
方向となり、又電機子コイル５ａによる磁束の方
向は矢印３２と反対方向となり、通電とともに急
速に矢印３２の方向の磁束は減少するので、大き
い逆起電力が発生し、電機子電流は、第６図の曲
線２５ａの左端の立上り部となり、過大な電流は
抑止される。従つて、この部分の界磁磁界は零若
しくは小さく、出力トルクも小さいが、ジユール
損失も僅少となり、効率に大きい影響を与えるこ
とはない。

次にマグネツト回転子６が矢印Ｇ方向に45度回
転する間に、磁極６ａよる矢印３２の方向の磁束
は減少して零となる。又この間に電機子コイル５
ａによる矢印３２と反対方向の磁束は、ほぼ一定
なので、合成磁界は、矢印３２と反対方向に漸増
し、これによる逆起電力も増加して、45度回転し
たときに逆起電力は増大する。即ち電機子コイル
５ａを貫通する磁束の大きさの時間に対する変化
率が大きくなるものである。従つて電機子電流
は、第９図の電動機２５ａの中央部の低い値とな
る。

次の45度の回転時には、その初期において、６
ｄ（Ｓ極）により、矢印３３の方向の磁束が突極
４ａに流入し、この方向は電機子コイル５ａによ
る磁束と方向が一致するので、合成磁束の時間に
対する変化率は最大となり、従つて逆起電力も最
大値となり、電機子電流も最低値となり、又効率
も最大となる。この点が第６図の点線２７ｂの少
し左側の点となつている。

更にマグネツト回転子６が回転すると、矢印３
３で示す磁極６ｄによる磁束が急速に増加して、
磁心は飽和に近づくので、誘導常数が急速に１に
近づき、インダクタンスが急減する。実測による
と、曲線２５ａの左端部ではインダクタンスが20
ミリヘンリ、右端では、５ミリヘンリ位となる。
ただし、入力が１ワツト〜２ワツト位の電動機の
場合である。従つて、逆起電力も急減して電機子
電流は急増する。更に又インダクタンスに比例す
る磁気エネルギも急減するので、放出された磁気
エネルギは電機子電流を増大せしめる結果とな
る。従つて、第６図の曲線２５ａの右端の曲線の
ように、電機子電流が急増し、90度回転したとき
に、電機子電流は切断されるが、このときのピー
ク値は実測によると、起動電流とほぼ同じ値とな
る。

この近傍では、界磁磁界は小さいか零となつて
いるので、出力トルクは殆んどなく、無効なジユ
ール損失が急増する。

他の磁極４ｂ，４ｃ，４ｄについても事情は全
く同じである。

マグネツト回転子６が回転するに従つて、第９
図の電動機２５ａ，２５ｂ，……に示す曲線の電
機子電流となる。

毎分3000回転の電機子とすると、１回転毎に４
個の電動機２５ａ，２５ｂ，……が得られるの
で、毎分12000個の曲線２５ａ，２５ｂ，……で
示す通電が行なわれる。この事実は極端な表現を
すると、１分間に12000回起動が行なわれる直流
電機子となり、効率の劣化を招く主原因となつて
いることが理解される筈である。

上述した欠点を除去するには、第９図の点線２
７ｂで示す点で電機子電流の通電を停止すること
が最適の手段となる。即ち点線２７ｂの点で電流
を切することがよい。又第８図ａにつき後述する
理由により、通電の初期においても点線２７ａの
点で通電が切断される。点線２７ａより左方のト
ルクは小さいので、効率に与える影響は僅少であ
る。

上述したように、通電の初期と末期において通
電が遮断されているので、ホール素子８ａの位置
が若干ずれていても反トルクの混入がなく、製造
が容易となる利点がある。

従つて通電の曲線は、曲線２６ａ，２６ｂ，…
…のようになる。

上述した事情は、マグネツト回転子６の磁極数
及び対応して突極の数を増加した場合においても
全く同様である。

以上不都合を除去する為の制御回路を第８図ａ
について、次に説明する。

第８図ａにおいて、直流電源正極１０ａにより
通電されているホール素子８ａ（第２図に同一記
号で示す）の出力は、オペアンプ３８ｂにより増
巾され、Ｅ点の出力波形は、第６図のグラフの曲
線１５ａ，１５ｂ，……で示される。

ホール素子８ａは、第２図に示したように、磁
極６ａ，６ｂ，……に対向しているので、その出
力が得られる。トランジスタ３７ａの出力即ちＦ
点の出力は、第６図の２０，２０ａのようにな
る。かかる非対称の出力を得る為には、第７図に
示すように、磁極６ａ，６ｂ，……の着磁を行な
う必要がある。即ち、各磁極の境界部を互いに、
点線の間の矢印２１で示す巾だけ侵入せしめて着
磁する。

ホール素子８ａは、記号８で示す長方形の軟鋼
片の中央部に固定される。軟鋼片８を磁極６ａ，
６ｂ，……の全巾に亘つて対向せしめると、図示
の位置より、マグネツト回転子６が回転し始めた
とすると、磁極６ｂにより、第６図の曲線２０の
点線２７ａのある部分のように、ホール素子８ａ
の出力は急速に立上り、ピーク値となり、次に軟
鋼片８が、矢印２１で示す部分に達すると、Ｎ，
Ｓ極は軟鋼片８により短絡されて磁が閉じられる
ので、ホール素子８ａを通る磁束は減少する。従
つて第６図の曲線２０の点線２７ｂのある側は、
図示のようにゆるい曲線で降下する。

以上の説明のように、ホール素子８ａの出力曲
線は、非対称の曲線となる。

磁極６ａ，６ｂ，……は、慣用される磁化曲線
とし、磁極６ａ，６ｂ，……の側面に、磁化曲線
が曲線２０の形状となるように端面着磁を行な
い、ホール素子８ａを磁極の側面に対向せしめて
も同じ目的が達成できる。この場合には、第９図
の電動機２２ａ，２２ｂ，……のような対称形の
出力トルクが得られるように、磁極６ａ，６ｂ，
……を着磁することができる。オペアンプ３８ａ
は、比較回路となつている。

端子１０ｂに正電圧が印加されると同時に、端
子４０にも規準電圧が印加されるように構成され
ているので、このときに、オペアンプ３８ａの一
端子は、抵抗４１ａの電圧降下の為にローレベル
となり、Ｈ点の出力は、第６図の曲線１５ａ，１
５ｂ，……と同じ出力となる。従つてトランジス
タ１４ａの導通は、電気角で180度の区間づつ同
じ角度だけ離間した区間だけ行なわれ、従つて該
導区間だけ電機子コイル５ａ，５ｃは矢印方向に
通電される。

トランジスタ３７ｂによるオペアンプ３９ａの
＋端子の入力と−端子の入力によるオペアンプ３
９ａの１点の出力も全く同じ事情により、Ｈ点の
出力と位相が180度（電気角）で異なる180度毎の
矩形波の出力が得られ、この出力によりトランジ
スタ１４ｂが導通される。

従つて、電機子コイル５ａ，５ｃ及び５ｂ，５
ｄは交互に通電されて、１相の電動機として回転
される。

所定時間後に、オペアンプ３８ａ，３９ａの一
端子の入力は、抵抗４１ａと４１ｃとコンデンサ
４１ｂにより、規準電圧となり、この電圧は、第
６図の点線１６ａで示す値となる。

オペアンプ３８ａのＨ点の出力は、点線２７
ａ，２７ｂの間の区間の出力となり、第６図の電
動機１８ａ，１８ｂ，……となり、又オペアンプ
３９ａのＩ点の出力は曲線１９ａ，１９ｂ，……
のようになる。

点線２７ａ，２７ｂは、第９図の点線２７ａ，
２７ｂと対応する位置となるように、規準電圧１
６ａが設定されているので、第９図につき前述し
たように、効率が上昇する。

電機子コイル５ａ，５ｃ及び５ｂ，５ｄは直列
並列のいずれの接続でもよい。ホール素子８ａ
は、磁電変換素子となるものであるが同じ目的を
達するものであれば他の位置検知素子でもよい。

前述したように、突極７ａ，７ｂ，……により
コツギングトルクにより自起動することができ
る。

本実施例によるコギングトルクの曲線は、第９
図で記号２３として示したものなので、突極７
ａ，７ｂ，……の厚みを増加することにより、出
力トルクを大きくすることができる。従つて曲線
２２ａ，２２ｂ，……と曲線２３の合成トルクを
ほぼ平坦とすることもできる効果がある。

又突極４ａ，４ｂ，……の巾が90度に近いの
で、出力トルクが大きく、しかもこれ等によるコ
ギングトルクが僅少となるので、起動が確実とな
り、又機械騒音の少なくなる効果がある。

効率を良好とする為に、第９図の点線２７ｂの
点で電機子電流を切断する必要がある。かかる手
段よると、点線２７と２７ｂの間の出力トルクが
無くなるので、点線２７ｂの点では、コギングト
ルク曲線２３によるトルクもなく、起動できな
い。従つて前述した手段により起動し、起動後に
点線２７ａ，２７ｂの点の外側で電流を遮断する
必要がある。

以上の説明より判るように、起動時において
は、各電機子コイルに電気角で180度の通電が交
互に行なわれるので、前述したコギングトルクに
より正確に起動することができ、増速されるに従
つて、通電の初期がおくれ、末期が早く終了し、
通電は180度より小さくなり、定格運転時には、
第９図の点線２７ａ，２７ｂの位置の外側で通電
が断たれる。

従つて、効率が上昇し、周知のこの種の電動機
に比較して、15〜20％加算された効率が得られる
特徴がある。

尚第６図の規準電圧となる点線１６ａの高さを
調整することにより、上述した通電の末期の位置
を変更できるので、最大の効率の点を選択するこ
とができる。

本実施例では、突極７ａ，７ｂ，……によりコ
ギングトルクを得ているが、他の周知の手段によ
り実施することもできる。

第６図の曲線２０を対称形としても、通電に初
期と末期も対称的となる。従つて通電区間を例え
ば電気角で120度とすることもできる。かかる手
段によると、３相のＹ型結線による半導体電動機
の１相の部分のコイルによる通電と同じ通電とな
る。従つて出力トルクは1/2となるが、効率は同
等となり、60％に近い効率を得ることができるも
のである。

次に第８図ｂに示す回路につき説明する。

第８図ｂにおいて、記号４３は単安定回路であ
る。第８図ａの端子１０ｂに電圧が印加されると
同時に、端子４２にも電気パルスが入力されて、
単安定回路４３が作動し始め、その出力は反転回
路４４を介して端子４４ａはローレベルトとな
る。端子４４ａの出力は、第８図ａのオペアンプ
３８ａ，３９ａの一端子に入力されているので、
その出力により、トランジスタ１４ａ，１４ｂ
は、電気角で180度毎に交互に導通して、電機子
コイル５ａ，５ｃ及び５ｂ，５ｄを通電する。

従つて、コンデンサ４１ｂ、抵抗４１ａ，４１
ｃによる時定数回路の場合と同じ自起動する。

設定時間後に即ち単安定回路４３の出力の消滅
したときに、端子４４ａは、設定電圧即ち第６図
の点線１６ａの電圧となるので、トランジスタ１
４ａ，１４ｂの導通の初期と末期が停止されるの
で、同じ目的が達成されるものである。

第８図ｃに示すものは、上述した目的と同じ目
的を達成する他の手段である。

第８図ｃにおいて、端子４５の入力は、電動機
の回転速度に比例する電圧が入力されている。か
かる電圧は周知の手段により得ることができる。
起動時に端子４５の入力はアースレベルとなつて
いる。

このときに、トランジスタ４５，４６は不導通
となつているので、端子４６ａの出力はローレベ
ルとなり、この出力がオペアンプ３８ａ，３９ａ
の一端子に入力されているので、前実施例と同様
に自起動できる。

電動機の回転速度が上昇すると、トランジスタ
４５，４６が導通するので、端子４６ａの出力
は、端子４０の電圧まで上昇する。端子４０の電
圧は、規準電圧即ち第６図の点線１６ａと同じ電
圧となつているので、第８図ａのオペアンプ３８
ａ，３９ａの出力は、電気角で180度より小さく
なり同じ目的が達成されて、効率の良好な１相の
半導体電動機を得ることができる。

次に第８図ａにつき、電機子コイルに蓄積され
た磁気エネルギを出力トルクに有効に転化する手
段について説明する。

オペアンプ３８ｂ，３９ｂの出力は、それぞれ
トランジスタ１４ｄ，１４ｃのベース入力となつ
ている。オペアンプ３８ｂ，３９ｂの出力がロー
レベルのときのみに、トランジスタ１４ａ，１４
ｃは導通される。

従つて、オペアンプ３９ｂに正の出力のあると
きには、トランジスタ１４ｃは不導通となり、こ
のときに電機子コイル５ｂ，５ｄが通電されてい
る。オペアンプ３９ｂの出力がローレベルとなる
と、トランジスタ１４ｃは導通状態にあるが、電
機子コイル５ａ，５ｃが通電されているので、ト
ランジスタ１４ｃのコレクタ電流はない。しかし
電機子コイル５ａ，５ｃの通電が断たれると、矢
印方向に流れる磁気エネルギの放出による電流
は、トランジスタ１４ｃを流れ、有効なトルクと
なるので目的が達成される。

オペアンプ３８ｂの出力によるトランジスタ１
４ｄのベース制御の効果も全く同じ事情にあるの
で、その作用効果も又同じである。

以上の説明より理解されるように、第９図の点
線２７ｂの点で電機子電流が断たれたときには、
大きい磁気エネルギーが電機子コイルに蓄積され
ているが、この磁気エネルギは正トルクに転化さ
れるので、更に効率が上昇する。

この種の電動機においては、電機子コイルに蓄
積された磁気エネルギの放出の為に、ツエナダイ
オードが利用されている。又このブレークダウン
電圧は、電源電圧より大きい必要がある為に、磁
気エネルギの大部分が、ツエナダイオードの内部
で消費され、他の部分は反トルクとなる。かかる
手段に比較して、本発明の手段は上述したように
電機子コイルに蓄積された磁気エネルギの大部分
を有効なトルクに転化できる特別な効果を有する
ものである。

本発明は、コアレスの電機子に適用することも
できる。次にその説明をする。第３図は、軸方向
空隙型のコアレス電機子の電機子を示すものであ
る。

第３図に戻り本体（図示せず）に植立した円筒
形の支持体１５には、ボールベアリング２８ａが
圧入され、これには回転軸２８が回動自在に支持
されている。

回転軸２８の上端には、第４図ｂ示すように、
軟鋼円板３１の中心部が固着され、軟鋼円板３１
が磁路を形成するように円板状のマグネツト３０
が固着されている。

第４図ａは、マグネツト３０の正面図で、Ｎ，
Ｓ磁極が90度の等しいピツチで交互に磁化され、
磁極は記号３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄで表
示されている。マグネツト３０の磁界は、電機子
コイル１１ａ，１１ｂ，……，１１ｄを貫挿し
て、その下側の磁性体円板１２（一般に軟鋼板が
使用されているが、回転数が300回／毎分を越え
る場合には、渦流損失のないように、磁性体粉を
プラスチツク材で成型したもの若しくは、珪素鋼
の粉末の焼結体が利用される。）により、その磁
路が閉じられる。磁性体円板１２には、プラスチ
ツク材のような絶縁皮膜が設けられ、この上に電
機子コイル１１ａ，１１ｂ，……が、接着剤によ
り固定されている。上述した電機子コイルは、１
相のコイルとなるものである。

前述したプラスチツク皮膜の上には、プリント
配線が施され、電機子コイル１１ａ，１１ｃ及び
１１ｂ，１１ｄは、それぞれ直列若しくは並列に
接続されるように、各導出端子は、プリント配線
により接続される。このプリント配線は省略して
図示していないが、各コイルに供電する導出端子
１２ａ，１２ｂ，１２ｃのみが図示されている。

高速の回転の場合には、磁性体円板２０に渦流
損失が発生するので、点線Ｋで示すように、中央
部に空孔を設けるか、若しくは、磁性体円板１２
を除去して、プラスチツク基板とし、これにプリ
ント配線を行なつて所要の配線を行なう手段を採
用することもある。しかし出力トルクは減少す
る。磁性体円板１２には、ホール素子８ａが、電
機子コイル１１ｂ，１１ｃの中間部に固定されて
いる。

図示の形状の軟鋼板２９ａ，２９ｂは、電機子
コイル１１ａと１１ｃの内部に固定されている。
軟鋼板２９ａ，２９ｂは、前実施例の突極７ａ，
７ｂ，……（第２図示）に対応する作用を行なう
ものである。

ホール素子８ａの出力により、電機子コイル１
１ａ，１１ｂ，……の通電を制御する回路は、第
８図ａと全く同じものが使用される。第８図ａの
電機子コイル５ａ，５ｂ，……を電機子コイル１
１ａ，１１ｂ，……と読み替えることにより、１
相の半導体電動機として運転することができる。
次に、第５図、第１１図につき、本実施例の特徴
について説明する。

第８図ａの端子１０ｂに電圧が印加されると同
時に端子４０より規準電圧が印加される。このと
きに、オペアンプ３８ａ，２９ａの一端子はロー
レベルに保持されるので、Ｈ点の出力は、180度
（電気角）の巾の矩形波の出力が、ホール素子８
ａがマグネツト回転子３０のＮ極下にある毎に得
られる。Ｓ極に磁界下にホール素子８ａがある毎
に、同じ巾の矩形波の出力が、オペアンプ３９ａ
のＩ点より得られる。従つて、トランジスタ１４
ａ，１４ｂは、マグネツト回転子３０が90度回転
する毎に交互に導通して、これ等に直列に接続さ
れている電機子コイル１１ａ，１１ｃ及び電機子
コイル１１ｂ，１１ｄを交互に通電する。

従つて、第３図示の軟鋼片２９ａ，２９ｂによ
るコギングトルクの作用により自起動して回転す
る。

設定時間後に、コンデンサ４１ｂが充電される
ので、オペアンプ３８ａ，３９ａの一端子は、規
準電圧となる。この電圧が第５図のグラフで点線
１６ａとして示されている。

トランジスタ３７ａを介するホール出力（Ｆ点
の出力）は、第５図で曲線１６ｂ，１６ｃとして
示されているので、点線１７ｃと１７ｄの間のみ
が、オペアンプ３８ａの出力となり、第５図の曲
線１８ａ，１８ｂ，……となる。従つて電機子コ
イル１１ａ，１１ｃの通電の巾は120度位（電気
角）となる。界磁磁界を出力トルクを大きくする
為に、矩形波に近い形の磁界としてきには、ホー
ル素子８ａを磁極面より少し離間して設けること
により、ホール出力を曲線１６ｂ，１６ｃのよう
にすることができる。トランジスタ３７ｂ、オペ
アンプ３９ａを介するＩ点の出力も全く理由によ
り、第５図の曲線１９ａ，１９ｂ，……となり、
その巾は120度位（電気角）となり、トランジス
タ１４ｂにより、電機子コイル１１ｂ，１１ｄが
通電される。

以上の回転の場合における、出力トルクと電機
子コイルの通電電流の曲線が第１１図のグラフに
されている。

第１１図において、第９図と同一記号の曲線２
２ａ，２２ｂ，……及び曲線２３は、それぞれに
電機子コイル１１ａ，１１ｃ及び１１ｂ，１１ｄ
により交互に得られる出力トルク及び軟鋼片２９
ａ，２９ｂによるコギングトルクである。これ等
の出力トルクは、起動時における出力トルクであ
るが、死点がないので自起動する。

電機子電流は、曲線３５ａ，３５ｂ，……とし
て示されている。各曲線の初期に小さいピーク値
があり、末期に大きいピーク値がある。コアレス
の電動機の場合には、電機子コイルのインダクタ
ンスが４ミリヘンリ位（入力が１〜２ワツト位の
場合）なので、第９図の曲線２５ａ，２５ｂ，…
…と異なり、初期にピーク値が付加される。

起動後においては、第５図のグラフの曲線１８
ａの巾の通電となるので、点線３４ａ，３４ｂの
外側部の通電が除去されて、出力トルクは曲線３
６ａのようになる。この巾は120度位となつてい
る。

曲線３５ａの左右の電流のピーク値の部分は、
界磁磁界が小さく、出力トルクが小さく、ジユー
ル損失が大きく、効率を劣化せしめる原因となつ
ている。120度位（（電気角）の通電となつている
ので、かかる原因が除去されて効率が良好となる
効果がある。

他の電機子電流の曲線３５ｂ，３５ｃ，……及
び３６ｂ，３６ｃ，……についても事情は全く同
様で、効率が上昇する。

電気角で120度位の通電とすると、Ｙ型結線の
３相の半導体電動機と全く同じ効率まで上昇する
特徴がある。ただし出力トルクは1/2となる。

コアレスの電動機の場合には、曲線３５ａの両
端にピーク値があるので、初期と末期の通電を切
断する区間は等しく電気角で30度とすることが最
も効率が上昇する。第３図の電機子コイル３ｃ，
３ｄを除去しても、又マグネツト回転子の磁極を
６個としても本発明を実施することができる。第
９図で説明したコアのある電動機の場合にも同じ
手段により、曲線２５ａ，２５ｂ，……の両端を
切断すると、効率の低下はあるが、実用上差支え
はない。第１１図のトルク曲線２２ａの両端で
は、磁界が電機子コイルに直角に鎖交しないの
で、第３図の紙面に垂直の方向の力が発生して振
動を誘発する欠点がある。本実施例では、この両
端部では通電が行なわれないので上記した振動が
除去されて、コアレス電動機の１つの欠点である
機械ノイズの発生が抑止される効果がある。

第８図ａのオペアンプ３８ａ，３９ｂ及びトラ
ンジスタ１４ｃ，１４ｄにより、第１１図の点線
３４ｂの点で通電が停止されたときに、電機子コ
イルの蓄積磁気エネルギを出力トルクに転化する
効果は前実施例と全く同じである。

第８図ｂ，ｃに示す手段を本実施例に適用でき
ることも明らかなので、その説明は省略する。

第８図ｄは、電機子コイルに往復して通電する
場合の実施例である。第８図ｄにおいて、第８図
ａと同一記号のものは同じ作用を行なう部材であ
る。端子４９ａ，４９ｂには、第８図ａのＦ点と
Ｄ点の出力が入力される。

記号Ｂは、前述した電機子コイル５ａ，５ｂ，
５ｃ，５ｄ若しくは電機子コイル１１ａ，１１
ｂ，１１ｃ，１１ｄの並列若しくは直列接続体を
示すものである。トランジスタ４７ａ，４７ｂ，
４７ｃ，４７ｄは、電機子コイルＢを往復して通
電する為の周知のトランジスタブリツジ回路であ
る。

オペアンプ３８ａ，３９ａの出力は、反転回路
４４ａ，４４ｂを介して、それぞれトランジスタ
４７ａ，４７ｂのベース入力となつている。

起動時においては、前実施例と同様に、オペア
ンプ３８ａ，３９ａの一端子の入力はローレベル
なので、トランジスタ４７ａ，４７ｂは、電気角
で180度毎にその導通が交替され、従つて電機子
コイルＢは往復して通電される。

コギングトルクにより自起動できることも前実
施例と同じである。

起動時においては、オペアンプ３８ａ，３９ａ
の一端子の入力は規準電圧（第５図，６図で点線
１６ａとして示した電圧）となるので、電機子コ
イルＢの通電の初期と末期が遮断されて効率が上
昇する。第８図ａの実施例と同じ電機子電流を通
電すると、出力トルクは２倍となるが効率の上昇
は前実施例と同様である。

トランジスタ４７ａが導通して、電機子コイル
Ｂが右方に通電しているときには、トランジスタ
４８ａが導通しているが、逆電圧が印加されてい
るので通電されない。末期で、電機子コイルＢの
通電が停止されると、蓄積磁気エネルギは、トラ
ンジスタ４８ａを介して放出され、この電流によ
るトルクは正トルクなので、効率を上昇せしめ
る。

トランジスタ４７ｂが導通して、電機子コイル
Ｂが左方に通電している場合にも事情は全く同じ
で、トランジスタ４８ｂにより、通電の末期にお
いて、磁気エネルギは放出されて有効なトルクと
なり効率を上昇せしめる効果がある。

〔効果〕

本発明装置を、入力が１〜２ワト位の軸流フア
ンの駆動源として利用した場合に、同一形状の従
来のものの効率が35％位であるのに比較して、効
率が50％〜55％位に向上し、又騒音が減少され、
当然電動機自身の発熱も減少して冷却効果を大き
くできる。銅損が損失の大きい部分を占める小型
１相電動機に本発明を適用すると有効である。又
電機子コイルに蓄積された磁気エネルギを出力ト
ルクに有効に転化できるので、更に付加して効率
を３〜４％上昇せしめることができる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、磁心（コア）のある本発明装置の正
面図、第２図は、マグネツト回転子と固定電機子
の突極の展開図、第３図は、磁心（コア）のない
本発明装置の固定電機子の正面図、第４図は、同
じくそのマグネツト回転子の説明図、第５図及び
第６図は、第８図のＥ，Ｆ，Ｈ，Ｉ点の出力電圧
のグラフ、第７図は、磁極とホール素子の展開
図、第８図は、電機子コイルの通電制御回路図、
第９図は、第１図の実施例の出力トルクと電機子
電流のグラフ、第１０図は、マグネツト回転子の
磁極と対向する突極間の磁束変化を示す説明図、
第１１図は、第３図の実施例の出力トルクと電機
子電流のグラフをそれぞれ示す。１，２８……回転軸、２，２８ａ……ボール軸
承、３，１５……円筒、４，４ａ，４ｂ，４ｃ，
４ｄ……固定電機子及びその突極、Ｂ，５ａ，５
ｂ，５ｃ，５ｄ，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１
ｄ……電機子コイル、６，３０……マグネツト回
転子、６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，３０ａ，３０
ｂ，３０ｃ，３０ｄ……磁極、７，７ａ，７ｂ，
７ｃ，７ｄ……コギングトルク発生の為の突極、
１３……軟鋼カツプ、８ａ……ホール素子、１０
ａ，１０ｂ……電源正極、３８ａ，３８ｂ，３９
ａ，３９ｂ……オペアンプ、１４ａ，１１４ｂ，
１４ｃ，１４ｄ，１７ａ，１７ｂ，４５，４６，
４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄ，４８ａ，４８
ｂ……トランジスタ、１５ａ，１５ｂ……Ｅ点の
出力曲線、１６ｂ，１６ｃ，２０，２０ａ……ホ
ール素子８ａの出力曲線、１６ａ……規準電圧、
１８ａ，１８ｂ……Ｈ点の出力曲線、１９ａ，１
９ｂ……Ｉ点の出力曲線、２２ａ，２２ｂ……ト
ルク曲線、２３……コギングトルク曲線、２５
ａ，２５ｂ，２５ｃ，……，２６ａ，２６ｂ，２
６ｃ，３５ａ，３５ｂ，３６ａ，３６ｂ……通電
曲線、３２，３３……磁束の方向、３１……軟鋼
円板、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ……端子、８……
軟鋼片、４３……単安定回路、４４，４４ａ，４
４ｂ……反転回路。

Claims

【特許請求の範囲】１マグネツト回転子と固定電機子を備え、固定
電機子に装着された電機子コイルの通電が行なわ
れないときに、マグネツト回転子が死点の位置を
避けて停止する自起動手段を有する１相の半導体
電動機において、マグネツト回転子の円周面にそ
つて等しい巾のＮ極とＳ極の磁極が交互に配設さ
れ、該磁極の中央部が最も磁界が強く、両端部に
移行するに従つて強さが漸減するように磁化され
た偶数個のＮ，Ｓ磁極と、該Ｎ，Ｓ磁極に空隙を
介して対向して固定電機子側に固定され、Ｎ，Ｓ
磁極のそれぞれの磁界の強さに比例する第１、第
２の位置検知信号が得られる１個の磁電変換素子
８ａを含む位置検知装置と、起動時において基準
電圧を零電圧に保持し、設定時間後に設定電圧ま
で上昇した該基準電圧を出力保持する電気回路Ａ
と、第１、第２の位置検知信号がそれぞれ１つの
入力信号となり、前記した基準電圧が他の１つの
共通の入力信号となる第１、第２の比較回路３８
ａ，３９ａと、第１、第２の位置検知信号と設定
電圧まで上昇して保持された基準電圧を第１、第
２の比較回路により比較して、該基準電圧を越え
た部分の区間のみが増巾出力された電気角で120
度より小さい巾の矩形波の電気信号の配列された
第３、第４の位置検知信号と、基準電圧が零電圧
のときの第１、第２の比較回路により増巾された
電気角で180度の巾の矩形波の電気信号の配列さ
れた第３、第４の位置検知信号と、電機子コイル
５ａ，５ｃに直列に接続したトランジスタ１４ａ
及び電機子コイル５ｂ，５ｄに直列に接続したト
ランジスタ１４ｂに直流電源より供電するととも
に、トランジスタ１４ａのベースに第３、第３の
位置検知信号を入力して、各位置検知信号の巾だ
け導通し、トランジスタ１４ｂのベースに第４、
第４の位置検知信号を入力して、各位置検知信号
の巾だけ導通せしめて電機子コイルの通電制御を
行なう通電制御回路Ｃと、電機子コイル５ａ，５
ｃに並列に接続され、第４の位置検知信号がベー
ス入力となり、該位置検知信号の巾だけ導通され
て、電機子コイル５ａ，５ｃの通電が断たれたと
きに、その蓄積磁気エネルギを電流に転換して放
電消滅せしめるトランジスタ１４ｃと、電機子コ
イル５ｂ，５ｄに並列に接続され、第３の位置検
知信号がベース入力となり、該位置検知信号の巾
だけ導通されて、電機子コイル５ｂ，５ｄの通電
が断たれたときに、その蓄積磁気エネルギを電流
に転換して放電消滅せしめるトランジスタ１４ｄ
とより構成されたことを特徴とする１相の半導体
電動機。２マグネツト回転子と固定電機子を備え、固定
電機子に装着された電機子コイルの通電が行なわ
れないときに、マグネツト回転子が死点の位置を
避けて停止する自起動手段を有する１相の半導体
電動機において、マグネツト回転子の円周面にそ
つて等しい巾のＮ極とＳ極の磁極が交互に配設さ
れ、該磁極の中央部が最も磁界が強く、両端部に
移行するに従つて強さが漸減するように磁化され
た偶数個のＮ，Ｓ磁極と、該Ｎ，Ｂ磁極に空隙を
介して対向して固定電機子側に固定され、Ｎ，Ｓ
磁極のそれぞれの磁界の強さに例する第１、第２
の位置検知信号が得られる１個の磁電変換素子８
ａを含む位置検知装置と、起動時において基準電
圧を零電圧に保持し、設定時間後に設定電圧まで
上昇した該基準電圧を出力保持する電気回路Ａ
と、第１、第２の位置検知信号がそれぞれ１つの
入力信号となり、前記した基準電圧が他の１つの
共通の入力信号となる第１、第２の比較回路３８
ａ，３９ａと、第１、第２の位置検知信号と設定
電圧まで上昇して保持された基準電圧を第１、第
２の比較回路により比較して、該基準電圧を越え
た部分の区間のみが増巾出力された電気角で120
度より小さい巾の矩形波の電気信号の配列された
第３、第４の位置検知信号と、基準電圧が零電圧
のときの第１、第２の比較回路により増巾された
電気角で180度の巾の矩形波の電気信号の配列さ
れた第３、第４の位置検知信号と、１相の電機子
コイルＢを往復して通電するように、トランジス
タ４個４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄよりなる
トランジスタブリツジ回路と、該トランジスタ
ブリツジ回路に供電する直流電源と、該トランジ
スタブリツジ回路の対角線の位置にあるトランジ
スタ４７ａ，４７ｃのベース入力制御を第３、第
３の位置検知信号により行なつて、各位置検知信
号の巾だけ導通して電機子コイルＢを１方向に通
電し、他方の対角線の位置にあるトランジスタ４
７ｂ，４７ｄのベース入力制御を第４、第４の位
置検知信号により行なつて、各位置検知信号の巾
だけ導して電機子コイルＢを反対方向に通電する
電気回路と、電機子コイルＢに並列に接続され、
第４の位置検知信号がベース入力となり、該位置
検知信号の巾だけ導通されて、電機子コイルＢの
通電が断たれたときに、その蓄積磁気エネルギを
電流に転換して放電消滅せしめるトランジスタ４
８ａと、電機子コイルＢに同じく並列に接続さ
れ、第３の位置検知信号がベース入力となり、該
位置検知信号の巾だけ導通されて、電機子コイル
の通電が断たれたときに、その蓄積磁気エネルギ
を電流に転換して放電消滅せしめるトランジスタ
４８ｂとより構成されたことを特徴とする１相の
半導体電動機。