JPH05308795A - リラクタンス型３相電動機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、径の小さい高速高効率のリラクタ
ンス型電動機を得ることが目的である。 【構成】 磁性体回転子の突極は２個で、固定電機子に
はスロット１２個が等しいピッチで配設され、該スロッ
トに３相片波通電の第１，第２，第３の相の電機子コイ
ルを捲着することにより小型で径の小さい電動機とする
ことができる。位置検知信号により電機子コイルに電気
角で１２０度の巾の通電をして最大トルクで効率を良好
とし、小容量のコンデンサの静電エネルギを媒体として
各電機子コイルの磁気エネルギの転換を最短時間で行な
うことにより高速度回転を可能とする構成となってい
る。又チョッパ回路を設けて通電電流を設定値に保持す
るとともに、この作用を利用して電機子コイル間を磁気
エネルギが移動するときの鉄損によるエネルギ損失を補
填して矩形波に近い通電波形とし出力トルクを増大する
構成としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】リラクタンス型の電動機を小型化
し、高速化できるのでドリルマシンの駆動源として利用
できる。その他小型で高速で可変速度を必要とする駆動
源として利用される。

【０００２】

【従来の技術】リラクタンス型電動機は、出力トルクが
大きく、マグネット回転子が不要であると言う利点があ
るが、反面に欠点も多いので実用化された例はほとんど
ない。小型化と高速化は更に困難な技術となっているの
で実用化された例はない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】第１の課題 従来の手
段によると、電機子コイルの通電制御の為のスイッチン
グ素子は電機子コイルの両端に挿入されているので、高
価なパワ素子の数が多くなり、コストが上昇する問題点
がある。又電源正極側のスイッチング素子は、導通制御
の為の入力電気信号が別電源となり、高価となる欠点が
ある。第２の課題 リラクタンス型電動機の場合には、
回転子の突極の数が多く、インダクタンスが大きいの
で、磁極と突極に蓄積され若しくは放出される磁気エネ
ルギの量が大きく、又１回転毎の蓄積と放出の回数が多
い。従って、出力トルクは大きい長所がある反面に低速
となる問題点がある。突極数が多い為に径の小さい小型
の電動機を得ることができない問題点がある。上述した
低速とは毎分３００回転位、又高速とは毎分６万回転位
までを示すものである。

【０００４】第３の課題 マグネット回転子を有する直
流電動機と比較すると、電機子コイルのインダクタンス
が著しく大きいので、通電初期の電流の立上がりがおそ
く、又通電停止時の電流の降下がおくれる。前者は出力
トルクを減少し、後者は反トルクを発生する問題点があ
る。通電初期の立上がりを速くする為に電源を高電圧と
すると、磁気飽和点以降で鋭い電流の立上がりが発生す
る。この為に、振動と電気ノイズを発生し、又上述した
電流の立上がる区間は、トルクの小さい区間なので、欠
点のみが助長される問題点がある。上述した減トルクと
反トルクの発生することにより高速化は不可能となる問
題点がある。突極数が多いので１回転する時の磁気エネ
ルギの出入の回数が多く鉄損が増大し、従って高速とす
ると効率が劣化する問題点がある。高速とする為に印加
電圧を上昇すると６００ボルト以上となり実用性が失な
われる不都合がある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】第１の手段 固定電機子
と磁性体回転子を備えた３相片波通電のリラクタンス型
直流電動機において、磁性体回転子の外周回転面に等し
い巾と離間角で配設された２個の突極と、固定電機子内
周面に等しい離間角で配設された１２個のスロットと、
１番目と４番目のスロットに捲回されたコイルならびに
７番目と１０番目のスロットに捲回されたコイルを直列
若しくは並列に接続した第１の相の電機子コイルと、２
番目と５番目のスロットに捲回されたコイルならびに８
番目と１１番目のスロットに捲回されたコイルを直列若
しくは並列に接続した第２の相の電機子コイルと、３番
目と６番目のスロットに捲回されたコイルならびに９番
目と１２番目のスロットに捲回されたコイルを直列若し
くは並列に接続した第３の相の電機子コイルと、突極の
回転位置を検出する位置検知素子の出力により電気角で
１２０度の巾で順次に３６０度位相のおくれた第１の相
の位置検知信号及びこれ等より電気角で１２０度位相の
おくれた第２の相の位置検知信号及びこれ等より電気角
で１２０度位相のおくれた第３の相の位置検知信号が得
られる位置検知装置と、第１，第２，第３の相の各電機
子コイルの電源負極側に挿入された１個のスイッチング
素子と、各電機子コイルの電源正極側に順方向にそれぞ
れ挿入された１個の第１のダイオードと、該ダイオード
と電機子コイルとスイッチング素子の直列接続体に供電
する直流電源と、第１，第２，第３の相の位置検知信号
によりそれぞれ対応する第１，第２，第３の相の電機子
コイルに接続したスイッチング素子を位置検知信号の巾
だけ導通して電機子コイルを通電せしめて最大出力トル
クを得る通電制御回路と、スイッチング素子が位置検知
信号の末端で不導通に転化したときに、該スイッチング
素子と電機子コイルとの接続点より、第２のダイオード
を介して電機子コイルに蓄積された磁気エネルギを小容
量のコンデンサに流入充電して保持し、電機子コイルの
通電電流の降下を急速とする電気回路と、磁性体回転子
が設定された角度だけ回転して、位置検知信号により導
通されるスイッチング素子を介して電機子コイルの通電
が開始されたときに、該スイッチング素子の導通と同期
して導通される半導体素子を介して、第１のダイオード
と該電機子コイルの接続点より前記した小容量のコンデ
ンサに蓄積した静電エネルギを流入せしめて通電電流の
立上がりを急速とする電気回路と、電機子コイルの通電
電流が所定値を越えて増大したことを検出して検出電気
信号を得る検出回路と、該検出電気信号により該電機子
コイルの通電を停止し、所定時間後に通電せしめること
により通電電流を所定値に保持するチョッパ回路とより
構成されたものである。

【０００６】第２の手段 請求項１の特許請求の範囲に
おいて、電機子コイルの通電が停止されたときに、第２
のダイオードを介して小容量のコンデンサに電機子コイ
ルの磁気エネルギを流入して、チョッパ周波数に対応し
た回数だけ静電エネルギとして充電して保持する電気回
路とより構成されたものである。

【０００７】

【作用】電機子コイルの通電が断たれたときに、磁値エ
ネルギが小容量のコンデンサに充電されるのでその放出
時間がみじかくなり反トルクの発生が防止され、又該コ
ンデンサの高電圧が次に通電される電機子コイルに印加
されるので、通電電流の立上りが急速となり減トルクの
発生が抑止される。従って高速化できる作用があり第
２，第３の課題が解決される。突極数が２個なので、１
回転するときの磁気エネルギの出入回数が少なく、高速
回転の場合に鉄損を小さくすることができて効率の劣化
を防止する作用がある。又径の小さい電動機とすること
ができる。

【０００８】チョッパ回路が付設されるので、電機子コ
イルの通電電流値を所定値に保持する作用に付加して次
に述べる作用がある。電機子コイルの電流値が所定値を
越えると該電機子コイルに接続したスイッチング素子が
不導通に転化するので、電機子コイルの磁気エネルギの
１部が小容量のコンデンサに充電される。従ってチョッ
パ周波数に比例した静電エネルギが充電して保持され
る。位置検知信号の末端で通電が断たれたときの磁気エ
ネルギが更に加算して小容量のコンデンサに充電され
る。このコンデンサの静電エネルギが次に通電される電
機子コイルの電流の立上りをより急速としている。電機
子コイル間を磁気エネルギが移動するときに、磁極の鉄
損と電機子コイルの銅損により、電流の立上りが中途で
ゆるくなる不都合があるが、上述した手段により、立上
りが充分に速くなり矩形波に近い通電電流とすることの
できる作用がある。電源電圧が低い場合に特に有効であ
る。電機子コイルの通電制御の為のスイッチング素子は
電源負極側に１個が挿入されているのみなので、高価な
回路素子の数を１／２とすることができ、又電源負極側
にスイッチング素子があるので、その導通制御の回路が
簡素化される。従って第１の課題を解決する作用があ
る。３相片波通電のリラクタンス型の電動機とした為に
電機子コイルの通電制御の為のパワ素子を３個とするこ
とができる。

【０００９】

【実施例】図１以降について本発明の実施例を説明す
る。各図面の同一記号のものは同一部材なので、その重
複した説明は省略する。以降の角度表示はすべて電気角
で表示する。次に本発明が適用される３相片波のリラク
タンス型の電動機の構成について説明する。図１は、固
定電機子と回転子の平面図である。図１において、記号
１は回転子で、その突極１ａ，１ｂの巾は１８０度（機
械角で９０度）でそれぞれは３６０度の位相差で等しい
ピッチで配設されている。回転子１は、珪素鋼板を積層
した周知の手段により作られている。記号５は回転軸で
ある。固定電機子１６には、スロット１２個が等しい離
間角で設けられそれぞれ記号１６ａ，１６ｂ，…で示さ
れている。記号６は外筺となる円筒である。スロット１
６ａ，１６ｄ及びスロット１６ｇ，１６ｊにはそれぞれ
１個のコイルが捲回され、２個のコイルは直列若しくは
並列に接続されて第１の相の電機子コイルとなる。本実
施例では直列接続されている。スロット１６ｂ，１６ｅ
及びスロット１６ｈ，１６ｋにはそれぞれ１個のコイル
が捲回され、２個のコイルは直列に接続されて第２の相
の電機子コイルとなる。スロット１６ｃ，１６ｆ及びス
ロット１６ｉ，１６ｌにはそれぞれ１個のコイルが捲回
され、２個のコイルは直列に接続され第３の相の電機子
コイルとなる。通電の順序は第１の相→第２の相→第３
の相の電機子コイルの順となりこれが繰返されて出力ト
ルクが得られる。

【００１０】矢印Ａは回転子１の回転方向で、突極１
ａ，１ｂの巾は機械角で９０度となり、互いに同じ角度
だけ離間する。図２は回転子１と電機子コイルの展開図
である。図２において、電機子コイル９ａ，９ｄは前述
した第１の相の電機子コイルを示し、電機子コイル９
ｂ，９ｅ及び電機子コイル９ｃ，９ｆはそれぞれ前述し
た第２，第３の相の電機子コイルを示している。第１，
第２，第３の相の電機子コイルの導出端子は記号８ａ，
８ｂ及び８ｃ，８ｄ及び８ｅ，８ｆで示される。固定電
機子１６も回転子１と同じく珪素鋼板積層体により作ら
れている。

【００１１】点線１ｃ，１ｄで示す斜線部にはプラスチ
ック材が充填されているが、これは高速回転時に空気の
摩擦損失を防止する為のものである。上述した第１，第
２，第３の相の電機子コイルを以降はそれぞれ電機子コ
イル３２ａ，電機子コイル３２ｂ，電機子コイル３２ｃ
と呼称する。電機子コイル３２ｂが通電されていると、
突極１ａ，１ｂが吸引されて、矢印Ａ方向に回転子１が
回転する。９０度回転すると、電機子コイル３２ｂの通
電が断たれ、電機子コイル３２ｃが通電される。更に１
２０度回転すると、電機子コイル３２ｂの通電が断たれ
て、電機子コイル３２ａが通電される。通電モードは１
２０度の回転毎に、電機子コイル３２ａ→電機子コイル
３２ｂ→電機子コイル３２ｃ→電機子コイル３２ａ→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。このときに軸対称の位置にある磁極は、Ｎ，Ｓ
極に着磁されている。励磁される２個の磁極が常に異極
となっている為に、非励磁磁極を通る洩れ磁束は互いに
反対方向となり、反トルクの発生が防止される。

【００１２】コイル１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、突極１
ａ，１ｂ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１６の側に固定され、コイル面は、突極１
ａ，１ｂの側面に空隙を介して対向している。コイル１
０ａ，１０ｂ，１０ｃはそれぞれ１２０度離間してい
る。コイルは５ミリメートル径で１００ターン位の空心
のものである。図３に、コイル１０ａ，１０ｂ，１０ｃ
より、位置検知信号を得る為の装置が示されている。図
３において、コイル１０ａ，抵抗１５ａ，１５ｂ，１５
ｃはブリッジ回路となり、コイル１０ａか突極１ａ，１
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
いる。従って、ダイオード１１ａ，コンデンサ１２ａな
らびにダイオード１１ｂ，コンデンサ１２ｂよりなるロ
ーパスフイルタの出力は等しく、オペアンプ１３の出力
はローレベルとなる。記号１０は発振器で１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１
ａ，１ｂ，…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１５
ａの電圧降下が大きくなり、オペアンプ１３の出力はハ
イレベルとなる。

【００１３】ブロック回路１８の１つの入力は、図８の
タイムチヤートの曲線３３ａ，３３ｂ，…となり、反転
回路１３ａを介する入力は、曲線３３ａ，３３ｂ，…を
反転した曲線となる。図３のブロック回路１４ａはコイ
ル１０ｂを含む上述した回路と同じ構成のものを示すも
のである。発振器１０は共通に利用することができる。
ブロック回路１４ａの出力及び反転回路１３ｂの出力
は、ブロック回路１８に入力され、それらの出力信号
は、図８において、曲線３４ａ，３４ｂ，…，及び曲線
３４ａ，３４ｂ，…を反転した曲線となる。ブロック回
路１４ｂはコイル１０ｃを含む上述した回路と同じ構成
のものを示している。発振器１０は共通に利用すること
ができる。ブロック回路１４ｂの出力及び反転回路１３
ｃの出力は、ブロック回路１８に入力され、それ等の出
力信号は、図８において、曲線３５ａ，３５ｂ，…及び
これ等を反転したものとなる。曲線３４ａ，３４ｂ，…
は曲線３３ａ，３３ｂ，…より位相が１２０度おくれ、
曲線３５ａ，３５ｂ，…は曲線３４ａ，３４ｂ，…より
位相が１２０度おくれている。曲線３３ａ，３３ｂ，…
を１つの入力とし、曲線３４ａ，３４ｂ，…を反転した
ものを他の１つの入力とするアンド回路の出力は図８の
曲線３６ａ，３６ｂ，…となる。同様な手段により、曲
線３７ａ，３７ｂ，…及び曲線３８ａ，３８ｂ，…を得
ることができる。曲線３６ａ，３６ｂ，…，曲線３７
ａ，３７ｂ，…，曲線３８ａ，３８ｂ，…の巾は１２０
度でそれぞれの位相差は１２０度である。上述した回路
がブロック回路１８として示され、端子１８ａ，１８
ｂ，１８ｃの出力はそれぞれ曲線３６ａ，３６ｂ，…と
下段の曲線で示す信号となっている。コイル１０ａ，１
０ｂ，１０ｃの対向する図１の回転子１の代りに同じ形
状のアルミニユーム板を使用しても同じ目的が達成され
る。回転子１と同期回転するアルミニユーム板を使用
し、その外周に１２０度の巾の突出部２個を対称の位置
に設け、該突出部にコイル１０ａ，１０ｂ２個のみを対
抗して、図３の回路により位置検知信号を得る手段もあ
る。コイル１０ａ，１０ｂより得られる電気信号（図３
の端子１３ｄ，１３ｅの出力信号）は図８に曲線３９
ａ，３９ｂ，…と曲線４０ａ，４０ｂ，…としてそれぞ
れ示される。上述した両曲線をアンド回路により加算し
た曲線が曲線４４ａ，４４ｂ，…となる。曲線４４ａ，
４４ｂ，…を反転回路により反転すると曲線４３ａ，４
３ｂ，…となる。上述した曲線３９ａ，３９ｂ，…曲線
４０ａ，４０ｂ，…，曲線４３ａ，４３ｂ，…はそれぞ
れ曲線３６ａ，３６ｂ，…，曲線３７ａ，３７ｂ，…，
曲線３８ａ，３８ｂ，…と同じものとなるので目的を達
成することができる。位置検知のコイルが２個ですむの
で有効な手段となる。

【００１４】電機子コイルの通電手段を図５につき次に
説明する。電機子コイル３２ａ，３２ｂ，３２ｃの下端
には、それぞれトランジスタ２０ａ，２０ｂ，２０ｃが
挿入されている。トランジスタ２０ａ，２０ｂ，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。本実施例では、トランジスタ
２０ａ，２０ｂ，２０ｃは電機子コイルの下端即ち電源
負極側にあるので、その導通制御の入力回路は簡素化さ
れる特徴がある。図４に示すものが従来周知の手段で、
電機子コイル６ａ，６ｂの両端にトランジスタ１９ａ，
１９ｂ，…が挿入されている。従って電機子コイルの２
倍の数のトランジスタとなる。トランジスタ１９ａ，１
９ｂ，…は、パワ素子となるので高価となり、電源正極
側のトランジスタ１９ａ，１９ｃは、端子１９−１，１
９−２の入力により導通制御をする場合に、別電源が必
要となり、この回路が高価となる。上述した２つの欠点
がある。本発明装置によるとこの欠点が除去される特徴
がある。電機子コイルの通電時に、その大きいインダク
タンスの為に立上がりがおくれ、又通電の停止時に、ダ
イオード６ｃ，６ｄを介して蓄積磁気エネルギが電源側
に還流するが、このときの電流の降下もおくれる。この
為に回転速度と効率が低下する。電源電圧を上昇すると
上述した不都合が除去されるが、１Ｋｗ出力で１万回転
／毎分とすると、印加電圧は６００ボルト以上となり実
用性がなくなる。本発明によると、かかる欠点も除去さ
れる。

【００１５】次に図５につき詳細を説明する。端子４２
ａ，４２ｂ，４２ｃより、図８の位置検知信号曲線３６
ａ，３６ｂ，…，曲線３７ａ，３７ｂ，…，曲線３８
ａ，３８ｂ，…が入力される。上述した入力信号によ
り、トランジスタ２０ａ，２０ｂ，２０ｃがアンド回路
２４ａ，２４ｂ，２４ｃを介してベース入力が得られて
導通して、電機子コイル３２ａ，３２ｂ，３２ｃが通電
される。端子４１は電機子電流を指定する為の基準電圧
である。端子４１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。電源スイッチ（図示せ
ず）を投入すると、オペアンプ４５ａの＋端子の入力は
一端子のそれより低いので、オペアンプ４５ａの出力は
ローレベルとなり、反転回路４６ｂの入力もローレベル
なのでその出力はハイレベルとなり、端子４２ａの入力
によりトランジスタ２０ａが導通して、電圧が電機子コ
イル３２ａの通電制御回路に印加される。抵抗２２は、
電機子コイル３２ａ，３２ｂ，３２ｃの電機子電流を検
出する為の抵抗である。図８の位置検知信号曲線の１つ
が図７のタイムチヤートの１段目に曲線３３ａとして示
されている。図４において、この曲線３３ａの巾だけ電
機子コイルが通電される。図７の矢印２３は通電角１８
０度を示している。通電の初期では、電機子コイルのイ
ンダクタンスの為に立上がりがおくれ、通電が断たれる
と、蓄積された磁気エネルギが、図４のダイオード６
ｃ，６ｄを介して電源に還流放電されるので、点線Ｊの
右側の曲線２５の後半部のように降下する。正トルクの
発生する区間は、矢印２３で示す１８０度の区間なの
で、矢印２３ａの区間で反トルクの発生があり、出力ト
ルクと効率を減少する。高速回転となるとこの現象は著
しく大きくなり使用に耐えられぬものとなる。

【００１６】高速度となると、曲線３３ａの巾が小さく
なるので曲線２５の立上がりもおくれるので、出力トル
クが減少する。即ち減トルクが発生する。これは、磁極
と突極により磁路が閉じられているので大きいインダク
タンスを有しているからである。リラクタンス型の電動
機は大きい出力トルクを発生する利点がある反面に回転
速度を上昇せしめることができない欠点があるのは、上
述した反トルクと減トルクの発生の為である。本発明装
置は、図５の逆流防止用のダイオード４９ａ，４９ｂ，
４９ｃ及び小容量のコンデンサ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ
及びダイオード２１ａ，２１ｂ，２１ｃ及び半導体素子
４ａ，４ｂ，５ａ等を付設して上述した欠点を除去し、
又電機子コイルの通電制御のスイッチング素子（記号２
０ａ，２０ｂ，２０ｃ）を電源負電圧側に１個のみ使用
したことに特徴を有するものである。本実施例では端子
４２ａ，４２ｂ，…に入力される位置検知信号は１２０
度の巾の図８の曲線３６ａ，３６ｂ，…，曲線３７ａ，
３７ｂ，…，曲線３８ａ，３８ｂ，…が入力される。端
子４２ａの入力信号曲線３６ａの末端で通電が断たれる
と、電機子コイル３２ａに蓄積された磁気エネルギは、
直流電源側に還流しないでダイオード２１ａを介して、
コンデンサ４１ａを図示の極性に充電して、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電流
が急速に降下する。

【００１７】図７のタイムチヤートの１段目の曲線２
７，２７ａ，２７ｂは、電機子コイル３２ａを流れる電
流曲線でその両側の点線間が１２０度となっている。通
電電流は曲線２７ｂのように急速に降下して反トルクの
発生が防止され、コンデンサ４１ａは高電圧に充電して
保持される。次に図８の位置検知信号曲線３７ａが端子
４２ｂに入力されると、トランジスタ２０ｂが導通して
電機子コイル３２ｂが通電される。次に連続して端子４
２ｃに位置検知信号曲線３８ａが入力されると、トラン
ジスタ２０ｃが導通して電機子コイル３２ｃの通電が開
始される。ブロック回路４は、曲線３８ａの始端部の微
分パルスにより付勢される単安定回路により構成されて
いるので、端子４２ｃの入力の始端部の電気パルスによ
りトランジスタ４ａ，４ｂ，ＳＣＲ５ａが導通して、コ
ンデンサ４１ａの高電圧が電機子コイル３２ｃに印加さ
れて通電の立上りを急速とする。曲線３８ａの末端でト
ランジスタ２０ｃが不導通に転化すると、電機子コイル
３２ｃの蓄積磁気エネルギは小容量のコンデンサ４１ｃ
にダイオード２１ｃを介して充電されて高電圧に保持す
る。従って通電の降下は急速となる。

【００１８】次に端子４２ａに入力される位置検知信号
により電機子コイル３２ａが通電されるが、このときに
コンデンサ４１ｂの高電圧が印加されて通電の立上りを
急速とする。このときに端子４−２にブロック回路４と
同様な回路により、端子４２ａの入力信号（曲線３６
ａ）の始端部の電気パルス信号が入力される。従ってＳ
ＣＲ５ｂ，トランジスタ４ｃが導通して、コンデンサ４
１ｂの高電圧が電機子コイル３２ａに印加されて電流の
立上りを急速とする。ダイオード２１ｄ，２１ｅはコン
デンサ４１ａ，４１ｂの放電回路となる。ＳＣＲ５ａ，
５ｂ，５ｃの必要となる理由を説明する。これが除去さ
れると、電機子コイル３２ｂの通電が断たれたときに、
その磁気エネルギはダイオード２１ｂ→電機子コイル３
２ａ→ダイオード２１ａ→電機子コイル３２ｃ→ダイオ
ード２１ｃの順で放出されてコンデンサ４１ｂの充電が
行なわれなくなり本発明の目的が達成されないことにな
る。上述した電機子コイル３２ａの通電時に、コンデン
サ４１ｂの充電電圧と電源電圧（端子２ａ，２ｂの電
圧）の両者が印加電圧となるので、電機子コイル３２ａ
の電流の立上りが急速となる。この現象により、図７の
曲線２７のように急速に立上る。立上りの通電曲線２７
は中途で図示のように立上りがおそくなる。これは磁気
エネルギが電機子コイル間を移動するときに、コイルの
銅損と磁極の鉄損により熱エネルギに転化して消滅する
からである。かかる不都合を除去する手段については後
述する。以上の説明のように、減トルクと反トルクの発
生が除去され、又矩形波に近い通電となるので、出力ト
ルクが増大する。端子４−３には、端子４２ｂの入力信
号（曲線３７ａ）の始端部の電気パルスが入力されるの
で、ＳＣＲ５ｃ，トランジスタ４ｄが導通して、コンデ
ンサ４１ｃの高電圧を電機子コイル３２ｂに印加して電
流の立上りを急速とする。以上の説明より理解されるよ
うに、各電機子コイルの通電の立上りと降下を急速とす
る作用効果がある。

【００１９】次にチョッパ回路について説明する。電機
子コイル３２ａの電流が増大して、その検出の為の抵抗
２２の電圧降下が増大し、基準電圧端子４１の電圧（オ
ペアンプ４５ａの−端子の入力電圧）を越えると、オペ
アンプ４５ａの出力がハイレベルに転化するので、微分
回路４５ｂより微分パルスが得られ、単安定回路４６ａ
を付勢して所定の巾のパルス電気信号が得られる。反転
回路４６ｂの出力はローレベルにその巾だけ転化するの
で、アンド回路２４ａの出力も同じ巾だけローレベルと
なり、トランジスタ２０ａもその巾だけ不導通に転化す
る。従って電機子コイルの電流（電機子電流）は降下
し、ダイオード２１ａを介してコンデンサ４１ａを充電
する。単安定回路４６ａの出力信号が消滅すると、反転
回路４６ｂ，アンド回路２４ａの出力は再びハイレベル
に転化して、トランジスタ２０ａが導通して電機子電流
が増大し始める。電機子電流が設定値を越えると、オペ
アンプ４５ａの出力が再びハイレベルに転化してトラン
ジスタ２０ａは、単安定回路４６ａの出力パルス巾だけ
不導通に転化して電機子電流は降下する。かかるサイク
ルを繰返すチョッパ回路となり、電機子電流は基準電圧
端子４１の電圧に規制された電流値となる。図７の曲線
２７ａはチョッパ制御の電流を示している。基準電圧端
子４１の電圧を回転速度に比例した電圧により制御する
周知の手段により定速制御を行なうこともできる。

【００２０】上述したチョッパ作用があるときに、単安
定回路４６ａの出力パルスの回数だけコンデンサ４１ａ
は繰返して充電されて電圧が上昇し、静電エネルギが蓄
積される。位置検知信号の末端で、トランジスタ２０ａ
が不導通に転化すると、電機子コイル３２ａの磁気エネ
ルギの全部がコンデンサ４１ａに充電される。コンデン
サ４１ａの静電エネルギは、チョッパ周波数と電機子電
流の降下時間に対応した静電エネルギが更に付加され
る。かかる静電エネルギにより、電機子コイル３２ｃが
次に通電されたときに電流が立上るので、前述した電機
子コイルの銅損と磁極の鉄損によるエネルギ損失を補填
することができる。従って電機子電流は図７の１段目の
点線曲線２７ｃのように急速に立上り、ほぼ矩形波に近
いものとなり出力トルクを増大する作用効果がある。コ
ンデンサ４１ａの容量、チョッパ電流の周波数、単安定
回路４６ａの出力パルス巾は上述した作用効果があるよ
うに調整する必要がある。電機子コイル３２ｂ，３２ｃ
もアンド回路２４ｂ，２４ｃトランジスタ２０ｂ，２０
ｃにより同じく電機子電流のチョッパ制御が行なわれ
る。

【００２１】電機子コイルの通電は、突極が磁極に侵入
する点より３０度までの区間のいずれの点でもよいが、
回転速度，効率，出力トルクを考慮して調整し、位置検
知素子となるコイル１０ａ，１０ｂ，１０ｃの固定電機
子側に固定する位置を変更する。以上の説明より理解さ
れるように効率良く、大きい出力と高速回転を行なうこ
とができるので本発明の目的が達成される。図７の１段
目の曲線２６ａ，２６ｂ，２６ｃは電機子コイルの通電
曲線を示し、点線２６−１と２６−２の間隔は位置検知
信号の１２０度の巾である。曲線９−１，９−２，９−
３は出力トルク曲線である。曲線９−１は電機子コイル
の電流が小さいときで、トルクは平坦であるが、電流の
増大とともにトルクピーク値は、曲線９−２，９−３に
示すように左方に移動し、ピーク値の巾もせまくなる。
通電の開始される点は、上述したトルク特性と通電電流
値を考慮して突極が磁極に侵入する点より所定角度おく
れた点となるように位置検知コイル１０ａ，１０ｂ，１
０ｃの固定位置を調整することがよい。コンデンサ４１
ａ，４１ｂ，４１ｃは小容量の方が充電電圧が高電圧と
なるので、通電曲線の立上りと降下を急速とし、高速回
転の電動機を得ることができ、リラクタンス型電動機の
欠点となっている低速度となる欠点が除去できる。上述
したコンデンサの容量は充電電圧が回路のトランジスタ
を破損しない範囲で小容量のものを使用することがよ
い。図５のアンド回路２４ａ，２４ｂ，…を除去し、点
線記号３１で示すスイッチング素子を挿入しこのベース
端子３１ａを反転回路４６ｂの出力により制御してもチ
ョッパ回路を構成することができる。コンデンサ４１
ａ，４１ｂ，４１ｃを除去して、コンデンサ４７ａ，４
７ｂ，４７ｃを付設しても本発明を実施できる。この場
合には、ダイオード２１ｄ，２１ｅの出力側は電機子コ
イル３２ａ，３２ｂの上端に接続される。

【００２２】次に図６の実施例について説明する。図６
において、電機子コイル３２ａの通電が断たれたとき
に、コンデンサ４１ａが高電圧に充電され、通電電流の
降下が急速となるのは図５の場合と同様である。次に電
機子コイル３２ｂ，３２ｃの通電が行なわれた後に再び
電機子コイル３２ａが通電されたときに、端子４２ａの
入力位置検知信号（図８の曲線３６ａ，３６ｂ，…）に
よりトランジスタ２０ａの導通と同時に、ブロック回路
４の出力によりＳＣＲ５ａ，トランジスタ４ａ，４ｂが
短時間導通するので、コンデンサ４１ａの高電圧が電機
子コイル３２ａに印加されて通電の立上りを急煉とす
る。上述したサイクルが繰返されるので、電機子コイル
３２ａの通電の立上りと降下が急速となる。ブロック回
路Ｂ，Ｃは電機子コイル３２ｂ，３２ｃの通電制御をす
る為の上述した通電制御回路と同様な回路を示してい
る。従って通電電流の立上りと降下が急速となる。従っ
て本発明の目的が達成できる。コンデンサ４１ａの代り
にコンデンサ４７ａを使用しても図５の場合と同様に同
じ作用効果がある。

【００２３】基準電圧端子４１，オペアンプ４５ａ，微
分回路４５ｂ，単安定回路４６ａ，反転回路４６ｂは図
５の同一部材のものと同じ作用を行なうので、基準電圧
端子４１の電圧に対応して電機子電流を制御できる。図
７の曲線２８ａ，２８ｂ，２８ｃは、図５，６の実施例
の電機子コイル３２ａ，３２ｂ，３２ｃの通電曲線を示
している。高速となっても曲線２８ａ，２８ｂ，…のピ
ーク値は変更されないので高速回転が容易で出力トルク
が自由に制御できる。又印加電圧が設定値以上であれば
上述した特性は変化しない。出力トルクの発生する区間
はほぼ１２０度なので、この区間を最大トルクの得られ
る区間とすることにより、出力トルクを増大し又効率を
上昇せしめることができる。リラクタンスの電動機は突
極（１ａ，１ｂ）の数が多いので鉄損が増大して効率を
劣化せしめる欠点があるが、本発明装置では突極が２個
なので効率が良好となり、又高速回転とすることができ
る特徴がある。電機子の磁極（突出したもの）構成が一
般直流機のようにスロット型となっているので径の小さ
い例えば外形が３ｃｍ位のものを構成することができる
特徴がある。

【００２４】

【発明の効果】第１の効果 電機子がスロットの巻線と
なり、又突極数が２個なので径の小さい電動機を得るこ
とがでる。又高速回転のときの鉄損を減少できる。 第２の効果 電機子コイルの通電制御の為のパワ素子が
電源負極側に１個ですみ廉価となる。 第３の効果 高速回転（毎分１０万回転位まで）の電動
機を得ることができる。高速回転時においても減トル
ク，反トルクの発生がないので有効な技術が得られる。 第４の効果 チョッパ回路により電機子電流を設定値に
保持し若しくは定速制御を行なうことができるととも
に、チョッパ作用を利用して電機子コイルに蓄積された
磁気エネルギにより、電機子コイル間を磁気エネルギが
移動するときの電機子コイルの銅損と磁心の鉄損を補填
している。従って、電機子コイルの通電電流の立上りと
降下を著しく急速とすることができるので、高速で出力
トルクの大きい電動機が得られる。又低電圧電源でも駆
動することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による３相片波通電のリラクタンス型電
動機の平面図

【図２】図１の電動機の固定電機子と回転子の展開図

【図３】位置検知装置の電気回路図

【図４】従来の電機子コイルの通電制御回路図

【図５】本発明装置の電機子コイルの通電制御回路図

【図６】本発明装置の電機子コイルの通電制御回路図の
他の実施例

【図７】電機子電流のタイムチヤート

【図８】位置検知信号のタイムチヤート

【符号の説明】

１，１ａ，１ｂ… 回転子と突極 ５ 回転軸 １６，… 電機子 １６ａ，１６ｂ，…．電機子コイル ９ａ，９ｂ，…，６ａ，６ｂ 電機子コイルのスロット ６ 外筺 １０ａ，１０ｂ，１０ｃ 位置検知コイル ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ 電機子コイル Ｂ，Ｃ 電機子コイルの通電制御をするブロック回路 ４ ブロック回路 ４１ 基準電圧端子 ４５ｂ 微分回路 ４６ａ 単安定回路 ９−１，９−２，９−３… トルク曲線 ２５，２５ａ，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２７，２７
ａ，２７ｂ，２７ｃ，２８ａ，２８ｂ，… 電機子コイ
ルの通電曲線 １０ 発振器 ３１，３１ａ トランジスタとその入力端子

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成４年７月２７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２３】基準電圧端子４１，オペアンプ４５ａ，微
分回路４５ｂ，単安定回路４６ａ，反転回路４６ｂは図
５の同一部材のものと同じ作用を行なうので、基準電圧
端子４１の電圧に対応して電機子電流を制御できる。図
７の曲線２８ａ，２８ｂ，２８ｃは、図５，６の実施例
の電機子コイル３２ａ，３２ｂ，３２ｃの通電曲線を示
している。高速となっても曲線２８ａ，２８ｂ，…のピ
ーク値は変更されないので高速回転が容易で出力トルク
が自由に制御できる。又印加電圧が設定値以上であれば
上述した特性は変化しない。出力トルクの発生する区間
はほぼ１２０度なので、この区間を最大トルクの得られ
る区間とすることにより、出力トルクを増大し又効率を
上昇せしめることができる。リラクタンスの電動機は突
極（１ａ，１ｂ）の数が多いので鉄損が増大して効率を
劣化せしめる欠点があるが、本発明装置では突極が２個
なので効率が良好となり、又高速回転とすることができ
る特徴がある。電機子の磁極（突出したもの）構成が一
般直流機のようにスロット型となっているので径の小さ
い例えば外形が３ｃｍ位のものを構成することができる
特徴がある。図１の突極１ａと電機子１６の内周面との
対向面の空隙長と、突極１ｂと電機子１６の内周面との
対向面の空隙長とに所定の差を保持せしめることによ
り、次の作用効果を得ることができる。例えば回転軸５
の回転中心線より電機子１６の内周面までの距離は一定
とし、該回転中心線より突極１ａの外周回転面までの距
離を突極１ｂの外周回転面までの距離より設定値だけ小
さくする。かかる手段により突極１ａは回転中に常に外
周方向に力を受けて偏倚して回転するので振動の発生を
防止することができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固定電機子と磁性体回転子を備えた３相片
   波通電のリラクタンス型直流電動機において、磁性体回
   転子の外周回転面に等しい巾と離間角で配設された２個
   の突極と、固定電機子内周面に等しい離間角で配設され
   た１２個のスロットと、１番目と４番目のスロットに捲
   回されたコイルならびに７番目と１０番目のスロットに
   捲回されたコイルを直列若しくは並列に接続した第１の
   相の電機子コイルと、２番目と５番目のスロットに捲回
   されたコイルならびに８番目と１１番目のスロットに捲
   回されたコイルを直列若しくは並列に接続した第２の相
   の電機子コイルと、３番目と６番目のスロットに捲回さ
   れたコイルならびに９番目と１２番目のスロットに捲回
   されたコイルを直列若しくは並列に接続した第３の相の
   電機子コイルと、突極の回転位置を検出する位置検知素
   子の出力により電気角で１２０度の巾で順次に３６０度
   位相のおくれた第１の相の位置検知信号及びこれ等より
   電気角で１２０度位相のおくれた第２の相の位置検知信
   号及びこれ等より電気角で１２０度位相のおくれた第３
   の相の位置検知信号が得られる位置検知装置と、第１，
   第２，第３の相の各電機子コイルの電源負極側に挿入さ
   れた１個のスイッチング素子と、各電機子コイルの電源
   正極側に順方向にそれぞれ挿入された１個の第１のダイ
   オードと、該ダイオードと電機子コイルとスイッチング
   素子の直列接続体に供電する直流電源と、第１，第２，
   第３の相の位置検知信号によりそれぞれ対応する第１，
   第２，第３の相の電機子コイルに接続したスイッチング
   素子を位置検知信号の巾だけ導通して電機子コイルを通
   電せしめて最大出力トルクを得る通電制御回路と、スイ
   ッチング素子が位置検知信号の末端で不導通に転化した
   ときに、該スイッチング素子と電機子コイルとの接続点
   より、第２のダイオードを介して電機子コイルに蓄積さ
   れた磁気エネルギを小容量のコンデンサに流入充電して
   保持し、電機子コイルの通電電流の降下を急速とする電
   気回路と、磁性体回転子が設定された角度だけ回転し
   て、位置検知信号により導通されるスイッチング素子を
   介して電機子コイルの通電が開始されたときに、該スイ
   ッチング素子の導通と同期して導通される半導体素子を
   介して、第１のダイオードと該電機子コイルの接続点よ
   り前記した小容量のコンデンサに蓄積した静電エネルギ
   を流入せしめて通電電流の立上りを急速とする電気回路
   と、電機子コイルの通電電流が所定値を越えて増大した
   ことを検出して検出電気信号を得る検出回路と、該検出
   電気信号により該電機子コイルの通電を停止し、所定時
   間後に通電せしめることにより通電電流を所定値に保持
   するチョッパ回路とより構成されたことを特徴とするリ
   ラクタンス型３相電動機。
2. 【請求項２】請求項１の特許請求の範囲において、電機
   子コイルの通電が停止されたときに、第２のダイオード
   を介して小容量のコンデンサに電機子コイルの磁気エネ
   ルギを流入して、チョッパ周波数に対応した回数だけ静
   電エネルギとして充電して保持する電気回路とより構成
   されたことを特徴とするリラクタンス型３相電動機。