JPH04133646A

JPH04133646A - ３相リラクタンス型電動機

Info

Publication number: JPH04133646A
Application number: JP2248643A
Authority: JP
Inventors: Itsuki Ban; 伴　五紀
Original assignee: Secoh Giken Co Ltd
Current assignee: Secoh Giken Co Ltd
Priority date: 1990-09-20
Filing date: 1990-09-20
Publication date: 1992-05-07
Also published as: DE69115250D1; EP0500963B1; US5278482A; DE69115250T2; WO1992005627A1; EP0500963A4; EP0500963A1

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〕太きい出力トルクのりラフタンス型室動機として産業機
器の駆動源として広く利用されるものである。

〔従来の技術〕

相似した技術は従来の同種の電動機にはない。

〔本発明が解決しようとしている課題〕第１の課題リラクタンス型の電動機の出力トルクは、第１図につい
て後述するように、励磁電流を増大すると磁極の磁束が
飽和した後も直線的に増加する。

従って、励磁コイルのアンペアターンを増大することに
より、太きい出力トルクを得ることができる特徴がある
。

銅損の増大を抑止して、アンペアターンを増大する為に
は、励磁コイルの捲着すべき空間を増大する以外に手段
はない。

従って、電動機の外径が所定値の場合に、励磁コイルの
装着空間を最大とする構成を得ることが、１つの問題点
となり、又課題となる。

第２の課題３相片波のリラクタンス電動機の標準となるものは磁極
数が６個、回転子の突極数が９個若しくは３個である。

各相の通電時のトルクは、磁極二個の励磁コイルの通電
により発生する。トルク発生する磁極をｔ個とすること
によりトルクが２倍となる。

従来の手段によると、隣接する突極（第二図（ａ）の突
極／ａとｚｂ）に２個の磁極を対向せしめているので、
二個の磁極間の巾は突極中と同じ巾となり、励磁コイル
を捲着すべき空間が小さくなり、アンペアターンが少な
く、銅損も増大して、前記した出力トルクがコ倍となる
効果は著しく減少して意味を失なうこととなる。

これを解決するのが７つの課題である。

第３の課題リラクタンス型の電動機は磁極を通る磁束密度が大きく
、電気角でＩｇＯ度回転する毎に磁束の蓄積と消滅が行
なわれ１回転子の／回転毎に、６回繰返される。

従って、鉄損が増大して効率が劣化する問題点となる解
決すべき課題がある。

第ダの課題出力トルクを増大する為に磁極数を多くすると、対向す
る突極数も多くなる。

従って、各磁極に蓄積される磁気エネルギの蓄積と消滅
に時間を要し、回転速度を上昇することが不可能となる
問題点となる課題がある。

〔課題を解決する為の手段〕

第１の手段３相の助出コイルの捲着された磁極を有する同定電機子
と、その内側で回転するとともに外周面に突極を有する
３相片波通電のりラフタンス型の電動機において１円環
状の磁性体で作られた磁心と、回転軸と軸受により回動
自在に支持され、特しい巾と等しい離間角で２６個の突
極が外周面に配設された円柱状の磁性体で作られた回転
子と、１つの突極の両側の２つの突極に僅かな空隙を介
して対向するとともに、円環状の磁心の内側より突出さ
れた２個の磁極ならびに円環状の磁心の内側で対称の位
置において突出された同じ構成の二個の磁極と、前記し
た９個の磁極のそれぞれに捲着された９個／組の第１の
相の励磁コイルと、前記した二個の磁極より６θ度離間
して、円環状の磁心の内側より突出された同じ構成の２
個の磁極ならびに円環状の磁心の内側で対称の位置にお
いて突出された同じ構成の二個の磁極と、これ等のｑ個
の磁極のそれぞれに捲着されたｑ個／組の第２の相の励
磁コイルと、第２の相の励磁コイルの捲着されている２
個の磁極より６０度離間して、円環状の磁心内側より突
出された同じ構成の二個の磁極ならびに円環状の磁心の
内側で対称の位置において突出された同じ構成の２個の
磁極と、これ等のｑ個の磁極のそれぞれに捲着されたｑ
個／組の第３の相の励磁コイルと、円環状の磁心の内側
面が露出され、その外側面が埋設されるようにダイキャ
スト手段により作られた金属外筐と、該外筐の両側に固
定された側板に設けた軸受により回動自在に支持された
前記した回転軸と、第１、第２、第３の相の励磁コイル
の捲着された二個の磁極の隣接する部分の円環状の磁心
を内側より削除して磁路を遮断する手段と、回転子の突
極の位置を位置検知素子により検知して、電気角で７−
０度の巾で互いに隣接するとともに、第１の相の矩形波
の第１の位置検知信号ならびに第２、第３の相の第２、
第３の同形の位置検知信号を得る位置検知装置と、第１
．第２．第３の相のそれぞれに含まれるｑ個／組の励磁
コイルを接続して１つの励磁コイルとし、これに通電す
ることにより、隣接する二個の磁極をＮ、Ｓ極に磁化す
る手段と、第１第２、第３の相の各励磁コイルの両端に
接続されたスイッチング素子と、スイッチング素子と対
応する励磁コイルの直列接続体のそれぞれに逆接続され
たダイオードと、第１．第２．第３の相の励磁コイルに
対応するスイッチング素子をそれぞれ第１．第２．第３
の位置検知信号の巾だけ導通して励磁コイルに直流電源
より通電して駆動トルクを発生せしめる通電制御回路と
、逆接続されたダイオードにより、励磁コイルの磁気エ
ネルギの蓄積と消滅を急速とする磁気エネルギの処理回
路とより構成されたものである。

第２の手段印加直流電源側に順方向に挿入された逆流防止用のダイ
オードにより、隣接する位置検知信号の境界部にお（・
て、前段の励磁コイルに蓄積された磁気エネルギを次段
の励磁コイルの蓄積磁気エネルギに逆接続されたダイオ
ードにより急速に転換して、各励磁コイルの通電初期の
立上り部にょる減トルクと末期の降下部の延長による反
トルクの発生を最少値に保持する磁気エネルギの処理回
路とより構成されたものである。

〔作用〕

第２図（ａ）において、磁極汀１は突極／ａに対向し１
．磁極／Ａａは突極／Ｃに対向している。

従って磁極／Ａａ８．−は突極中のダ倍離間しているの
で、励磁コイル／７ａ、／７ａを捲着する空間が太き（
なる。他の磁極についても構成が同様なので第１の課題
が解決される作用がある。

第１の相の磁極は磁極＃＋ａ、＃＋ａ及び対称の位置に
ある磁極／６ｄ、−である。従ってｑ個の磁極による出
力トルクが得られる。第２、第３の相も同じ構成の磁極
となっているので、出力トルクが２倍となる。

磁極数が多いので、突極／ａ、／ｂ、・・・の巾も小さ
くなるが、前述したように磁極間の離間角が大きいので
、励磁コイルの捲着すべき空間が太き（なり、出力トル
クの減少が抑止される。

従って第；の課題を解決する作用がある。

磁極／４ａ、／４ａを通る磁束は、点線Ｆのようになり
、磁路長がみじか（、又他の磁極、突極を通る磁束はな
い。

これは、後述するように、切欠部２１１ａ、２弘ａ及び
Ｊ’ｂ、！４’ｂの存在の為に磁路が遮断されている為
である。

磁路長がみじかいので、磁束量が大きく、従って出力ト
ルクが増大する作用がある。

又磁束のある磁心空間体積が小さいので、鉄損を減少し
て効率を上昇せしめる作用がある。

他の磁極についても上述した作用は同様である。

従って第３の課題を解決する作用がある。

本発明装置は、上述した作用を得る為に、突極数が２６
個となり、磁極数も７２個となる。

従って、磁極に蓄積される磁気エネルギの処理がおくれ
ると、回転速度がおそくなり実用性が失なわれる。

本発明装置では、７つの磁極に蓄積された磁気エネルギ
を、第Ｓ図（ｂ）の逆流防止用ダイオード／ｇ及び逆接
続されたダイオード−２／　ａ　＋　２１　ｂ　＋・・
・の作用により、次に通電して磁化する磁極に急速に転
換している。

従って、高速度（毎分数万回転）で効率の良い電動機の
得られる作用があるので、第ｑの課題を解決する作用が
ある。

〔実施例〕

第１図以降の実施例につき本発明の詳細な説明する。各
実施例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。以降の角度表示はすべて電気角とする。

第１図は、出力がＳθθワット位のリラクタンス型電動
機の励磁電流と出力トルクの関係を示す曲線である。

磁極を励磁する為に励磁コイルの通電電流を増大すると
、出力トルクは、電流の次乗に比例して増大し、磁極を
通る磁束に飽和する部分が発生すると、その後の出力ト
ルクはリニヤに増大する。

前者が曲ＩＩ！３　ａで示す部分で、後者が３ｂで示す
部分である。励磁電流が二アンペアが両者の区分点とな
ってし・る。

一般に直流電動機においては、曲線３ｂの部分の出力ト
ルクは存在しない。しがしりラフタンス型の電動機では
、出力トルクの大部分が曲線３ｂの区間となっている。

上述した特性の差の生ずる原因は、リラクタンス型電動
機では、磁極の飽和後の洩れ磁束によるトルクが、出力
トルクの大きい部分を占めているからである。

曲線３ｂの区間の出力トルクを得る為の必要条件は、磁
極に装着される励磁コイルのアンベヤターンを大きくす
ることである。この為に励磁コイルの装着されるべき空
間を大きくすることが必要となる。

本発明の第１の目的は、設定された外径の電動機におい
て、上述した条件を満足する手段を得る為の技術である
。

第２の目的は、磁極数を増加して出方トルクを増大する
ことである。

第３の目的は、鉄損を減少することである。

第弘の目的は、回転速度を上昇せしめることである。

上述した目的を達成する手段の詳細を第２図以降の実施
例について説明する。

第２図（ａ）において、円環部／６及び磁極／ｂａ、／
Ａｂ、・・・は、珪素鋼板を積層固化する周知の手段に
より作られ、外筐２３に固定されて電機子（固定子）と
なる。記号／６の部分は磁路となる磁心である。

磁極／６ａ、／６ｂ、・・・、−９π１．・・・には、
励磁コイル／７ａ、／？ｂ、・・・、　／７ａ　、　／
７ｂ　、　−が捲着されている。

外筐２３に設けた軸受には、回転軸Ｓ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／乙ａ、／乙す、・・・と０．／Ｓミリメー
トル位の空隙を介して対向している。回転子／も、電機
子／６と同じ手段により作られている。

第２図（ａ）の展開図が第３図（ｂ）に示されている。

第３図（１））にお（・て、突衡は２６個となり、等し
い巾と等しい離間角となっている。磁極／Ａａ　、　／
４ｂ　。

・・・、　／４ａ　、　／Ａｂ　、・・・の巾は突極中
と等しく、磁心／６より内側に突出される。以降は電機
子／乙と呼称する。磁極／４ａ、／６ａは突極中のｔ倍
離間し、対称の位置にある磁極／Ａｄ、／Ａａも突極中
のダ倍離間している。

他の磁極／Ａｂ、π１と磁極／６ｅ、−ならびに磁極／
Ａｃ、＃＞ｃと磁極／１．ｆ、／Ａｆも同じ構成となっ
ている。

磁極／４ａ、π１．／乙す、／Ａｂ　、−・・には、励
磁コイ＃／７ａ　、　／７ａ　、　／７ｂ　、　／７ｂ
　、　−が捲着されている。

第３図（ｂ）のコイル１０ｈ、／θｂ、１０Ｃは、突極
／ａ、／ｂ、・・・の位置を検出する為の位置検知素子
で、図示の位置で電機子／るの側に固定され、コイル面
は、突極／ａ、／ｂ、・・・の側面に空隙を介して対向
している。

コイル１０ａ、／（７ｂ　、１０ｃは／２０度離間口て
いる。

コイルはＳミリメートル径で７００タ一ン位の空心のも
のである。

第９図に、コイル１０ａ　、　／（：ｌｂ　、　１０ｃ
より、位置検知信号を得る為の装置が示されている。

第９図において、コイル１０．ｈ、　、　１０ｂ、　１
０ｃ　、抵抗１５ａ　、　／、Ｅｂ　、　／３ｃ　、−
＝／＆ｅはブリッジ回路となり、コイル１０ａ、１０ｂ
　、１０ｃが突極／ａ、／ｂ。

・・・に対向していないときには平衡するように調整さ
れて（・る。

従って、ダイオード／／ａ、コンデンサ／、２ａならび
にダイオード／／Ｃ，コンデンサ／２ｃよりなるローパ
スフィルタの出力は等しく、オペアンプ／Ｊａの出力は
ローレベルとなる。

記号７は発振器で／メガサイクル位の発振が行なわれて
いる。コイル１０ａが突極／ａ、／ｂ、・・・に対向す
ると、鉄損（渦流損とヒステリシス損）により、インピ
ーダンスが減少するので、抵抗／りａの電圧降下が大き
くなり、オペアンプ／、？ａの出力はハイレベルとなる
。

コイル１０ｂ、１０ｃが突極／　ａ　、　／　ｂ　、　
−の側面に対向したときにも、抵抗１５ｂ、１５ｃの電
圧降下が太き（なり、ローパスフィルタ／／ｂ、／２ｂ
ともう７組のローパスフィルタを介するオペアンプ／３
ｂ、／Ｊｃの子端子の入力により、それぞれ）・イレベ
ルの出力が得られる。

オペアンプ／３ａ　、／Ｊｂ　、／ＪＣの出力信号は位
置検知信号となり、それぞれ第１図のタイムチャートに
おいて、曲線Δａ、、２５ｂ、・・・及び曲線ツａ。

、２Ａｂ、・・及び曲線２’７ａ、２７ｂ、・・・とじ
て示されて（・る。

上述した３組の位置検知信号は、順次に／２０度位相が
お（れている。

記号ｇは、３相Ｙ型のブラシレス直流電動機に慣用され
ている論理回路で、端子Ａａ、Ａｂ、・・・より、７２
０度の巾の連続した位置検知信号が得られるものである
。例えば、第１図の曲線Ｂａ、、）Ｊｂ、・・・と曲線
−２Ａａ＋２Ａｂ＋・・・を反転した出力とのアンド回
路により、曲線２ｇａ、２ｇｂ、・・・の電気信号を得
ることができる。ブロック回路ｇの端子６ａ、４ｂヨ；
；の出力は、それぞれ第１図のタイムチャートで、曲線
λｇｔｓ、２ｇｂ、・・・２曲線ｕｑａ。

２ｑｂ、・・・９曲線３０　ａ　、　３０　ｂ　、・・
・として示されている。曲線２ｇａ、２９ａ　、３０ａ
は連続した７２０度の巾の第１．第２、第３の相の位置
検知信号となる。

コイル１０ａ、１０ｂ、１０ｃの対向する回転子／の代
りに同形のアルミニューム板を同期回転させ、その突出
部に、コイル／（：’ａ　、１０ｂ、１０ｃを対向させ
ても同じ作用効果のある位置検知信号が得られる。回転
子／と同期回転するマグネット回転子を利用し、その磁
極に対向する磁気抵抗素子の出力変化を利用しても同様
な位置検知信号を得ることができる。

励磁コイル／７ａ　、　／？ａ　、　／７ｄ　、　／り
ｄは並列に接続されるか、若しくは２個づつを直列に接
続し、これ等を並列に接続されるか、若しくはすべてが
直列に接続されて、第１の相の励磁コイルとなる。

磁極／Ａａ、＃＞ａはＮ、Ｓ極に、又磁極／Ａｄ。

／Ａ（ｉもＮ、Ｓ極に励磁されるように通電される。

上述した第１の相の励磁コイルを励磁コイルにと呼称す
る。

励磁コイル／７ｂ、乃す、／７ｅ、πτも同様な接続が
行なわれる。これ等は第２の相の励磁コイルとなり、励
磁コイルＬと呼称する。

Ｎ、Ｓ極に励磁される。励磁コイル／７ｃ　、　／７ｃ
　。

／７１：　、　／７ｆも同様な接続が行なわれ、これ等
は、第３の相の励磁コイルとなり、励磁コイルＭと呼称
する。

磁極／ＡＣ，／ＡＣ及び磁極／ｂｆ、／ｂｆもそれぞれ
Ｎ、Ｓ極に励磁される。

励磁コイルＬが通電されていると、突極／ｅ。

７ｇとその対称の位置の突極が吸引されて、矢印Ａ方向
に回転子／が回転する。ｑＯ度回転すると、励磁コイル
Ｌの通電が断たれ、励磁コイルＭが通電される。

更に７２０度回転すると、励磁コイルＭの通電が断たれ
て、励磁コイルＫが通電される。

通電モードは７２０度の回転毎に、励磁コイルに→励磁
コイルＬ→励磁コイルＭ→とサイクリックに交替され、
３相片波の電動機として駆動される。

回転中に、磁極／Ａｂ、／Ａｂと磁極／Ａｅ、／ｂｅが
励磁され、対向する９個の突極に円周方向の駆動トルク
を発生するが、同時に回転トルクに寄与しない径方向の
磁気吸引力が強く発生する。

しかしこの磁気吸引力は打消し合う力となるので軸受を
損傷することなく、又振動の発生も抑止される。

他の相の磁極についても上述した事情は同様である。

磁極／乙ａ、／乙ａを励磁する励磁コイル／７ａ。

月１は枠巻きされた後に、磁極／Ａａ、／Ａａに挿入さ
れている。

磁極／４ａと−は、突極中のｑ倍離間しているので、励
磁コイル／７ａ、−を捲着する空間は太き（なり、径の
大きい絶縁銅線を所要のターン数だけ捲着できる。

従って所要のアンペアターンを得ることができる作用効
果がある。他の励磁コイルについても事情は全く同様で
ある。

励磁コイル／７ａ、π１の通電により発生する磁束は、
点線Ｆで示す磁束のみが出力トルクに有効な磁束となる
。

う同時に励磁されている磁極／Ａｄ、／Ａｄにつ（・で
も上述した事情は全く同じである。

しかし、磁極／Ａａ　、　／Ａｔ＞　、　／Ａｄ　、π
ゴによる磁束は、他の磁路も通る。例えば磁心／６、他
のすべての磁極と突極を通る磁束がある。

これ等の磁束は、出力トルクに寄与することな（、反ト
ルクを発生するものもある。

又励磁コイルの通電の切換により、磁束の発生と消滅が
繰返されるので鉄損を発生する体積が増大する。

従って、効率を劣化する欠点がある。

次に上述した欠点を除去する手段について説明する。

第２図（ａ）にお（・て、励磁コイルを装着する以前に
、電機子／６の外周にアルミダイキャスト手段により、
記号２３で示す金属外筺を埋設固着する。

電機子／乙の外周部には、凹部２りａ、評す、・・・が
設けられて（・るので、その凹部にもダイキャストされ
た金属が侵入固化されている。

又ダイキャストされた金属の内周部は点線Ｅで示す部分
で、電機子１６の内周面には侵入しないようにされてい
る。

侵入すると、電機子／乙の外側の環状部分を囲んで導体
が閉じられて、磁束の変化したときに大きい渦流損失が
発生するからである。

ダイキャストの作業が終了した後に、打点部２１１−ａ
、２４’ｂ、・・・の部分を内側より切削して除去する
。

禁止される。

従って、励磁コイル／７ａ、／７τの通電による磁束は
、トルク発生に必要な部分のみを通り、他の部分には磁
束は導入されない。

他の二個／組の磁極についても上述した事情は全（同様
である。

従って、励磁コイルの通電とその停止による鉄損の発生
する磁性体の空間の体積は最も小さくなり、効率を上昇
せしめる作用効果がある。

又励磁コイルの通電電流が、出力トルクに有効に利用さ
れるので、銅損を小さ（する作用効果がある。

同じ目的を達する為に、コ型の磁心６個を円周面に配設
固定する手段は公知であるが、磁極と突極との空隙が０
．７６９メートル位なので、量産時に問題があり実用性
が失なわれている。

本実施例の電機子の製作手段によると、上記した問題点
が解決される作用効果がある。

第二図（ａ）の図面より推定されるように、磁極／Ａａ
＋／ムａ、／乙す、／乙す、・・・は細長型となり、機
械的強度に問題点がある。

第一図（ｂ）にその問題点を解決する手段が示されてい
る。

第２図（ｂ）は第二図（ａ）の７部分のみを図示したも
のである。

第二図（ｂ）において、磁極／Ａａ、／Ａａの突極と対
向する部分の巾は突極中と同じであるが、基部の巾が広
くなっている。

従って、機械的強度が増大し、又同時に磁極の端部のみ
を磁気的に飽和できるので、出力トルクが増大する作用
効果がある。

第３図（ａ）に示す展開図は、第３図（ｂ）と同じくヰ
周分を示しているが、突極数を二個増加して２ｇ個とし
たものである。両者とも第Ω図（ａ）の凹部評ａ、２’
ａｂ、・・・と削除部２’４ａ、、２４’ｂ、・・は省
略して図示していない。

従って、記号３２ａ、３：ｌｂ、・・・で示す空間部が
得られるので、この部分で励磁コイルの端子の処理を行
ない、文通風空間が得られるので、冷却効果が増大する
作用効果が得られる。

以上の説明より理解されるように、本発明装置は、太き
い出力トルクが効率良く得られる特徴がある０しかし、突極数が多（・ので、回転速度が低下すること
が避けられない欠点を生ずる。

次にその欠点を除去する手段について説明する０第Ｓ図
（ａ）において、励磁コイルに、Ｌ、Ｍの両端には、そ
れぞれトランジスタ２０ａ、Ｘ）’Ｄ及びＪｃ、、２１
）ｄ及び２０　ｅ　、　２０　ｆが挿入されて（・る。

トランジスタ２０ａ　、　ｌｂ　、　２０ｃ　、・・・
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、２ａ、、２ｂより供電が行なわれて
いる。

アンド回路／４’ａの下側の入力がハイレベルのときに
、端子Ｉｌａ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２０ａ、２０ｂが導通して、励磁コイル
Ｋが通電される。同様に端子４ｂ、４（Ｃ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Ｘ）　ｃ　
、　２０ｄ及びトランジスタ、２０ｅ、１０ｆが導通し
て、励磁コイルＬ、Ｍが通電される。

端子ｔｉｏは励磁電流を指定する為の基準電圧である。

端子≠Ｏの電圧を変更することにより、出力トルクを変
更することができる。

電源スィッチ（図示せず）を投入すると、オペアンプｔ
ｌＯａの一端子の入力は子端子のそれより低いので、オ
ペアンプ≠Ｏａの出力はハイレベルとなり、トランジス
タ２０　ａ　、　２０　ｂ　、・・・、Ｊｆが導通して
、電圧が励磁コイルに、Ｌ、Ｍの通電制御回路に順次に
印加される。抵抗２コは、それぞれ励磁コイルに、Ｌ、
Ｍの励磁電流を検出する為の抵抗である。

端子４ａの人力信号は、第１図の位置検知信号２ｇｈ、
２ｇｂ　　又端子’ｌｂ、’ＩＱの入力信号は、位置検
知信号、２９ａ　、　２９’Ｏ、−及び３０ａ、３θｂ
　、　＝となっている。

上記した曲線は同一記号で、第６図のタイムチャートの
／段目に示されている。曲線２ｇａ、２９ａ。

３０ａ、・・・は連続している。

次に、第６図のタイムチャートにつき、各励磁コイルの
通電の説明をする。励磁コイルＬに位置検知信号、！９
ａの巾（矢印３４で示され７２０度の巾となる。）だけ
、−船釣手段により通電すると、励磁コイルＬの大きい
インダクタンスの為に、通電電流の立上りがおくれで点
線曲線３５の前半部のようになる。又降下部は、大きい
磁気エネルギの放出により延長され、曲線３５の後半部
のようになる。

正トルクを発生する１ｇＯ度の区間は矢印ＪＡｂで示さ
れている。従って、曲線３５の前半部では、トルクが減
少し、後半部では、大きい反トルクを発生する。トルク
が減少することを減トルクが発生すると表現する。従っ
て、効率が劣化し、低速度の回転となる。

本実施例は、かかる不都合を除去したことが７つの特徴
となっている。次にその説明をする。

端子２ａの印加電圧を高くすると、励磁電流は、点線曲
線、Ｂｂのように立上りが急速となり、減トルクの発生
が抑止される。

位置検知信号曲線２ｇａによる励磁コイルＫについても
上述した事情は同じで、励磁電流曲線３Ｓａの立上りが
急速となる。

高速度となるに従って１曲線２ｇ　ａ　、　、２９ａ　
、　、３０ａの巾は小さ（なるので、端子２ａの電圧を
対応して高電圧のものを使用する必要がある。

励磁電流が設定値（第１図の端子り０の基準電圧により
指定される。）を越えると、オペアンプｌＩ。

ａの出力がローレベルとなるので、アンド回路／４’ａ
の出力がローレベルとなり、トランジスタ２ｏａは不導
通となる。

従って、励磁コイルＫに蓄積された磁気エネルギは、ダ
イオード２／ａ、）ランジスタｘｂ、抵抗２ユを介して
放電され、放電電流が所定値まで低下スルト、オペアン
ブダθａのヒステリシス特性により、出力がノ・イレベ
ルに復帰し、トランジスタＩａは再び導通して、励磁電
流が増大する。

基準電圧ｌＩ０により規制される設定値まで増大すると
、オペアンプ’ｌＯａの出力がローレベルとなり、トラ
ンジスタ２０ａが不導通に転化して、励磁電流が降下す
る。

かかるサイクルを繰返すチョッパ回路となる。

曲線ユｇａの末端にお（・て、第１図の端子ダａの入力
が消滅する。従って、励磁コイルＫに蓄積された磁気エ
ネルギは、トランジスタ２０　ａ　、　２０ｂがともに
不導通となるので、ダイオード２／ｂ→電源端子コａ、
Ｊｂ→ダイオード２／ａの順で通電され、電源にエネル
ギが還流される。電源には、一般に整流の為の容量の大
きいコンデンサがあるので、磁気エネルギはコンデンサ
に蓄積される。電源電圧が高い程曲線３３ａの降下部の
巾が小さくなる。

降下部の巾が３０度（矢印ｊＡａの巾）を越えないよう
にすれば反トルクの発生が防止される。

他の通電曲線３！；ｂ、Ｂｃについても上述した事情は
全く同じで、作用効果も同様である、高速度となるに従
って、曲線２ｇａ、　２９ａ　、　３０ａの巾が小さく
なるので、曲線３Ｓａ、３！；ｂ、３！；ｃの立上り部
、降下部の巾も対応して小さくする必要がある。即ち印
加直流電圧を高くする必要がある。

しかし、チョッパ制御による電流値即ち出力トルクは変
化しない特徴がある。

又出力トルクを増大する為には、第１図の基準電圧ｑ−
ｏの電圧を上昇すればよい。

以上の説明のように、本実施例では、高速回転の限度は
、印加電圧により制御され、出力トルクは、基準電圧（
出力トルクの指令電圧）により、それぞれ独立に制御さ
れ、３相片波通電の電動機として回転することが特徴と
なっている。励磁コイルＬの位置検知信号（端子＋ｂの
入力信号）による制御電流の制御は、第５図（ａ）のオ
ペアンプｔｉ。

ａ、アンド回路／４’ｌ）のチョッパ作用により、第６
図の点線３３ｂで示すように、トランジスタ２Ｄｃのオ
ンオフにより変化し、曲線２９ａの末端において、点線
のように急速に降下する・次に、位置検知信号３０ａが、第Ｓ図（ａ）の端子ｑＣ
に入力されると、励磁コイルＭの通電が同様に行なわれ
る。

以上のように、励磁コイルＫ　、　Ｌ　、　Ｍは、順次
に連続して通電されて出力トルクが発生する。

トランジスタ２０ａ　、　２０ｃ　、　２０ｅのオンオ
フによるチョッパ制御の説明したが、７７１回路／９ａ
。

／ｌＩｂ、／４ｃの出力によりそれぞれトランジスタユ
θａ、２０ｂ及びトランジスタ、２０ｃ、２０ｄ及びト
ランジスタ２０　ｅ　、　２０　ｆのオンオフの制御を
行なうチョッパ回路によっても本発明の目的が達成され
る。

マグネット回転子を有する直流電動機のトルク曲線（Ｎ
、Ｓ磁極によるもの）は対称形であるが、リラクタンス
型の電動機では非対称となり、突極が磁極に侵入する初
期では著しく太き（、末期では急速に減少する。

出力トルク曲線を上述したように対称形とする手段もあ
る。例えば磁極と突極との対向面の形状を変更すればよ
い。この場合には、第Ｓ図の矢印３Ａｂ（１ｇＯ度）は
、正トルクの発生する区間なので、その中央部の７２０
度の巾（矢印３４）だけ励磁コイルの通電を行なうこと
により出力トルクを大きく、又トルクリプルを小さくす
ることができる。

次に出力トルク曲線が非対称の場合につ（・て説明する
。

する。しかし、励磁電流の増大とともに、曲線グ／ａ、
１１．／ｂ、・・・で判るようにトルクの平坦部が減少
する不都合がある。

従って、トルク曲線の中央部の７２０度の通電（前述し
た場合）より、通電の開始点を早くした方が、出力トル
クも大きく、又出力トルク曲線の平坦性が良好となる。

次にその説明を第６図のｎ目のタイムチャートにつき説
明する。点線Ｂの点より右方でトルクが平坦となり、励
磁電流が大きい程平坦部の巾が小さくなっている。曲線
ダ／ａ、４／ｂ、・・・の順で励磁電流は増大している
。

励磁コイルＬを例として説明すると、タイムチ１０ａ、
／θｂ、／θＣの固定位置を調整する。

励磁電流は、点線曲線３５ｂのようになる。

矢印３乙は曲線、２９ａの巾で／−０度、矢印３１．ｃ
は１ｇＯ度で正トルクの得られる巾である。

曲線３５ｂの降下部の巾が、矢印、？Ａｄより小さけれ
ば反トルクの発生はない。この巾は、矢印３ｂａの２倍
となっているので、更に高速度の電動機を得ることがで
きる。又出力トルクの平坦部も長くなるので、出力トル
クリプルが小さくなる特徴がある。他の励磁コイルに、
Ｍによる励磁電流は、点線曲線３３ａ、３３ｃで示され
て（・るが、これ等の作用効果も全く同様である。

トルク曲線４／ａ、＋／ｂ、・・・の平坦部の長さは、
励磁電流が大きいと即ち上方にある曲線となるに従って
、みじかくなるので、磁極に対向する突極の形状を変更
して、トルクの平坦部をできるだけ長くすることがよい
。

第Ｓ図（ｂ）の実施例は、第Ｓ図（ａ）の電気回路より
、記号り０．　’ｍａ　、　／＋ａ　、　／＋ｂ　、　
／１１−ｃで示すチョッパ回路を除去し、ダイオード／
ｇ、コンデンサ／ｑを付加したものである。

次に第Ｓ図（ｂ）の電気回路の詳細を説明する。

端子グａ、弘す、グＣより、第６図の／段目の位置検知
信号曲線、２ｇ　ａ　、　２９ａ　、　３０ａがそれぞ
れ入力されている。従って、励磁コイルに、Ｌ、Ｍは、
順次に通電されて、３相片波通電のりラフタンス型電動
機として回転する。

このときの励磁電流は、第６図の曲線３５ａのようにな
る。曲線３５ａの中央の平坦部の高さは、直流電源端子
、２ａ、、２ｂの電圧より逆起電力（これは出力トルク
曲線！／ａ、４’２ａ、・・・に比例している。）の差
を励磁コイルの抵抗で除算した値となる。

従って平坦となり、後半部では上昇する。かかる電流値
の上昇はトルクを増大するので、トルク曲線＆／ａ、４
４／ｂ、・・・の後半部のトルクの減少を防止する作用
がある。

曲ＩＩＪコＪａの末端で通電が断たれると、励磁コイル
Ｋに蓄積された磁気エネルギは、逆流防止用ダイオード
７ｇにより、直流電源側に還流しないでダイオ−ｔ’ｕ
／ｂ、２／ａを介して、コンデンサ／９を充電して、こ
れを高電圧とする。従って、磁気エネルギは急速に消滅
して曲線３５ａの降下部のように電流が降下する。この
ときすでに１位置検知化号曲線、！ｑａにより、トラン
ジスタ２０ｃ、２０ｄが導通しているので、励磁コイル
ＬＫコンデンサ／９の電圧が印加されて、励磁電流の立
上りを急速とし、曲線３Ｓｂに示すように通電される。

立上り後の通電が平坦となるのは、曲線Ｊ５ａの場合と
全（同じ事情である。

励磁コイルＬの通電が断たれ５励磁コイルＭが通電され
るときの励磁電流曲線、Ｂ”ｏ、３！；ｃの降下部と立
上り部も同じ理由により急速となる。コンデンサ／９の
容量を小さ（すると、上記した立上り部と降下部の巾は
対応して小さ（なるので、高速度としても減トルクと反
トルクの発生が防止され、効率良（高速回転ができる特
徴がある。トランジスタ２０ａ　、　ＸＩ　ｂ　、・・
・のオンオフに時間差がなければ、コンデンサ／ｑを除
去することもできる。

前実施例のように、励磁コイルの蓄積磁気エネルギを直
流電源に還流しないので、端子２ａ、：２！ｂの電圧は
、−設置流電動機と同様に低電圧でよく、従って、・ζ
ノテリを電源とする電動車の駆動源として有効な手段を
供与できる。

リラクタンス型の電動機では、出力トルクが大きい原因
となる励磁コイルの犬とい蓄積磁気エネルギの消滅と蓄
積が回転速度の低下を招き、これが欠点となっている。

しかし、第Ｓ図（ａ＞の実施例では、チョッパ回路と高
い電源電圧により各励磁コイルの励磁電流の立上りと降
下を急速として欠点を除去している。

第Ｓ図（ｂ）の実施例では、ダイオード／ｇにより、蓄
積磁気エネルギの電源に対する還流を防止し、この磁気
エネルギの起電力を利用して次に通電すべき励磁コイル
の磁気エネルギの蓄積を行なっている。従って、磁気エ
ネルギの消滅と蓄積が急速となり上記した欠点を除去す
ることができ、しかも電源を低電圧とすることができる
作用がある。

第Ｓ図（ａ）の回路の正電圧端子、２ａに逆流防止用の
ダイオードを挿入すると、チョッパ回路により、電流を
制御して、しかも電源電圧を低下しても上述した第Ｓ図
（ｂ）の場合と同じ作用効果がある。

第Ｓ図（ｂ）の逆流防止用ダイオード／ｇは電源正極２
ａの側に設けられているが、電源負極２ｂの側に設けて
も同じ効果がある。

この場合には、ダイオ−ビアｇはコンデンサ／ｑの下側
の極と電源負極２ｂの間に順方向（励磁電流の流れる方
向）に挿入される。コンデンサ／９の容量を０．　／マ
イクロファラッド以下とすると、励磁コイルの磁気エネ
ルギの消滅と蓄積に要する時間巾は、５００ワツト出力
の電動機で；０マイクロセ力ンド位となり、毎分７０万
回転の高速回転とすることができる。

通常の回転速度の場合には、コンデンサ／９の容量を大
きくして、反トルクの発生を防止できる範囲内とするこ
とがよい。

〔効果〕

各磁極に装着する励磁コイルのアンベヤターンを増大す
ることができるので、第１図に示すトルク特性を利用し
て出力トルクが増大することがでとる効果がある。

第１．第二、第３の相の磁極は、実質的にコ型の磁・Ｌ
・と同じ構成となっているので、銅損を減少して効率を
増大する。

又磁極数が多くなるので出力トルクを増大することがで
きる。

磁極数と突極数が多くなると回転速度が低下するが、第
Ｓ図（ａ）（ｂ）で説明した手段即ち励磁コイルの通電
とその停止による磁気エネルギの蓄積と消滅を急速とす
ることにより、減ｌ・ルクと反トルクの発生を抑止して
高速回転とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、出力トルクと励磁電流の関係を示すグラフ、
第２図は、３相片波リラクタンス型の電動機の構成の説
明図、第３図は、同じく上述した電動機の回転子、磁極
、励磁コイルの展開図、第９図は、コイルより位置検知
信号を得る電気回路図、第Ｓ図は、励磁コイルの通電制
御回路図、第４図及び第１区は、位置検知信号、励磁電
流、出力トルクのタイムチャートをそれぞれ示す・／乙
、・・・固定電機子、　／るａ、／乙ａ、／Ａｂ、／乙
す。、／Ａｆ　、／Ａｆ・・・磁極、　Ｓ・・・回転軸、　
／・・・回転子、　／ａ、／ｂ、／ｃ、・突極、　Ｋ、
Ｌ。Ｍ　、　／７ａ　、　／７ａ　、　／７ｂ　、　／’７
ｂ　、　・＝励磁コイル、１０ａ　１０ｂ、１０ｃｍコ
イル、　　７・・・発振器、／Ｊａ　、　／、？ｂ　、
　／３ｃ　、　１ｌＯａ・オペアンプ、　２０ａ。、２０ｂ、２Ｏｆ・・・トランジスタ、　ダ０・・・基
準電圧１．２＋ａ、２ｂ−直流電源正負端子、　、２ｓ
ａ、、２５ｂ−，２ｂａ、、２４ｂ　、−、，２７ａ　
、、２？ｂ　、−，２ｇａ、、２ｇｂ　、−、：ｌｑａ
　、、２ｑｂ　、−，３０ａ、３０’ｏ　、−位置検知
信号曲線、　　３　ａ　、　３　ｂ　、　４Ｉ／　ａ　
、　Ｉｔ／　ｂ　、　−・−、ＩＩ／ｄ・・・トルク曲
線、　Ｊ３ａ　＋　３３　ｂ　＋・・・、　３３・・励
磁電流曲線、　ｇ・・・論理回路、　、２３・・外筐、
　評ａ。、２４ｂ　、　・・凹部、　＋２＋ａ　、　＋２（ｌ　
ｂ　、　・・削除部。カバ絃電流（アン公ア）躬回茎２図（６）第図蔓図（σ）躬５門（６）第日

Claims

【特許請求の範囲】

（１）３相の励磁コイルの捲着された磁極を有する固定
電機子と、その内側で回転するとともに外周面に突極を
有する３相片波通電のリラクタンス型の電動機において
、円環状の磁性体で作られた磁心と、回転軸と軸受によ
り回動自在に支持され、等しい巾と等しい離間角で２６
個の突極が外周面に配設された円柱状の磁性体で作られ
た回転子と、１つの突極の両側の２つの突極に僅かな空
隙を介して対向するとともに、円環状の磁心の内側より
突出された２個の磁極ならびに円環状の磁心の内側で対
称の位置において突出された同じ構成の２個の磁極と、
前記した４個の磁極のそれぞれに捲着された４個１組の
第１の相の励磁コイルと、前記した２個の磁極より６０
度離間して、円環状の磁心の内側より突出された同じ構
成の２個の磁極ならびに円環状の磁心の内側で対称の位
置において突出された同じ構成の２個の磁極と、これ等
の４個の磁極のそれぞれに捲着された４個１組の第２の
相の励磁コイルと、第２の相の励磁コイルの捲着されて
いる２個の磁極より６０度離間して、円環状の磁心内側
より突出された同じ構成の２個の磁極ならびに円環状の
磁心の内側で対称の位置において突出された同じ構成の
２個の磁極と、これ等の４個の磁極のそれぞれに捲着さ
れた４個１組の第３の相の励磁コイルと、円環状の磁心
の内側面が露出され、その外側面が埋設されるようにダ
イキャスト手段により作られた金属外筐と、該外筐の両
側に固定された側板に設けた軸受により回動自在に支持
された前記した回転軸と、第１、第２、第３の相の励磁
コイルの捲着された２個の磁極の隣接する部分の円環状
の磁心を内側より削除して磁路を遮断する手段と、回転
子の突極の位置を位置検知素子により検知して、電気角
で１２０度の巾で互いに隣接するとともに、第１の相の
矩形波の第１の位置検知信号ならびに第２、第３の相の
第２、第３の同形の位置検知信号を得る位置検知装置と
、第１、第２、第３の相のそれぞれに含まれる４個１組
の励磁コイルを接続して１つの励磁コイルとし、これに
通電することにより、隣接する２個の磁極をＮ、Ｓ極に
磁化する手段と、第１、第２、第３の相の各励磁コイル
の両端に接続されたスイッチング素子と、スイッチング
素子と対応する励磁コイルの直列接続体のそれぞれに逆
接続されたダイオードと、第１、第２、第３の相の励磁
コイルに対応するスイッチング素子をそれぞれ第１、第
２、第３の位置検知信号の巾だけ導通して励磁コイルに
直流電源より通電して駆動トルクを発生せしめる通電制
御回路と、逆接続されたダイオードにより、励磁コイル
の磁気エネルギの蓄積と消滅を急速とする磁気エネルギ
の処理回路とより構成されたことを特徴とする３相リラ
クタンス型電動機。
（２）第（１）項記載の特許請求の範囲において、印加
直流電源側に順方向に挿入された逆流防止用のダイオー
ドにより、隣接する位置検知信号の境界部において、前
段の励磁コイルに蓄積された磁気エネルギを次段の励磁
コイルの蓄積磁気エネルギに逆接続されたダイオードに
より急速に転換して、各励磁コイルの通電初期の立上り
部による減トルクと末期の降下部の延長による反トルク
の発生を最少値に保持する磁気エネルギの処理回路とよ
り構成されたことを特徴とする３相リラクタンス型電動
機。