JPH076702Y2 - 電動機 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本考案は直流ブラシレスモータに関し、特に起動時や高
負荷時に一時的に大トルクを必要とする送風機や圧縮機
等に用いるモータに関するものである。

（ロ）従来の技術 一般に直流ブラシレスモータは回転子の回転位置を位置
検出手段で検出し、この回転位置に基づいて固定子巻線
への通電を制御するように構成されたものが一般的であ
った。この様に構成されたものでは回転子に永久磁石を
用いているため、モータの出力及び効率は永久磁石の特
性（磁束密度）に大きく左右されるものであった。例え
ば、一定の大きさの小型直流ブラシレスモータで、出力
及び効率を上げるためには希土類コバルト等を用いて回
転子の永久磁石を構成し磁束密度を大きくするか、もし
くは固定子巻線の巻数を増加させ固定子巻線で作られる
回転磁界を大きくしてモータの出力及び効率を向上させ
ていた。この場合希土類コバルトを用いた回転子は極め
て高価なもので汎用的に使用できないものであった。ま
た永久磁石を使用しているためこの回転子の減磁対策、
特に低温時における不可逆減磁や始動時及び過負荷時に
固定子巻線に生じる減磁を充分に考慮し動作バーミアン
スに余裕を持って設計する必要がありモータの出力及び
効率の向上は充分に図れないものであった。

さらに、回転子は一般に複数の永久磁石の接着で構成さ
れていたのでモータを高速回転とした場合、マグネット
が飛散する場合があり高速回転には不向きなものであっ
た。

また、固定子巻線の巻数を増加させた場合には巻線の許
要通電量の関係から巻線を細くできずモータの大きさを
大きく設計する必要があった。

以上のように従来の直流ブラシレスモータでは大きさを
変えずに出力及び効率を向上させるために極めて高価な
材料を用いる必要があったり、温度、湿度、回転数など
の使用条件が限られるものであった。

このような問題を解消するために特願昭58-12202号に記
載されたようなものがあった。この出願に記載されたも
のは、直流ブラシレスモータにおいてローターの回転子
巻線に接続される２次巻線を設け、この２次巻線にエア
ギャップを介して１次巻線より電力を誘起させブラシレ
スモータの固定子巻線からの磁界と固定子巻線からの磁
界との両方でこのモータの回転を制御するものであっ
た。

（ハ）考案が解決しようとする課題 このように構成された従来の電動機では、常に回転子の
回転子巻線に通電をおこない回転子を磁化させる必要が
あった。このため軽負荷時にも回転子巻線への通電が必
要であり、１次巻線と２次巻線との間で電力の誘起率が
悪いと電動機全体の運転効率、特に軽負荷運転時の効率
が悪くなるものであった。

かかる問題に鑑み、本考案は軽負荷時の効率低下を防止
できる電動機を提供するものである。

（ニ）課題を解決するための手段 本考案は、永久磁石を有する回転子と、固定子巻線とを
有し、回転子の回転位置に基づいて固定子巻線への通電
を切り換えてなる直流ブラシレス方式の電動機におい
て、固定子には、第１巻線を備え、通電時間と非通電時
間との比がこの電動機で駆動される負荷の大きさに基づ
いて変えられた周期的なパルス電力をこの第１巻線に通
電すると共に、回転子には、第１巻線の通電により交流
電力が誘起される位置に設けられた第２巻線と、この第
２巻線に誘起された交流電力を整流する整流素子と、こ
の整流素子からの出力電力が通電されて前記永久磁石と
同極性の磁界を作るように巻かれた回転子巻線とを備え
たものである。

（ホ）作用 このように構成された電動機では、軽負荷時に第１巻線
への通電を停止して第２巻線への電力の誘起を停止する
ことができる。即ち、回転子巻線への通電を停止し、回
転子の永久磁石の磁界のみを用いた運転を行なうもので
ある。重負荷時には永久磁石からの磁界と回転子巻線か
らの磁界とを用いて出力の大きい運転が行なえるもので
ある。

（ヘ）実施例 以下本考案の実施例を図面に基づいて説明する。第１図
は回転子を回転軸側から見た上面図であり、第２図は同
回転子に第２巻線とその配線を行なった状態を示す正面
図である。これらの図において、１は回転軸であり、回
転子鉄心２に圧入されている。この回転子鉄心２は複数
の電気鉄板を積層し、かつかしめたものである。3,4は
弓状の永久磁石であり、回転子鉄心２の外周に接着剤を
用いて取り付けられている。５は非磁性（ステンレスな
ど）の金属筒であり、永久磁石3,4の外周を覆うように
取り付けられている。6,7は回転子巻線であり、回転子
鉄心２の外周、永久磁石3,4の隙間、金属筒５で形成さ
れた空間に回転軸１を避けて巻回されている。尚、回転
子があまり高速回転にならず、回転子の回転時に遠心力
で永久磁石3,4の剥離が生じる恐れがないような時には
金属筒５を設けなくともよい。この時回転子巻線6,7の
コイルエンドが永久磁石3,4の外周から出ないようにコ
イルエンドの成形を行なう必要がある。8,9,10は三相
（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の固定子巻線であり、回転子の挿
入穴の内周に回転磁界を生じさせるものであり、それぞ
れの固定子巻線8,9,10は電気角が120度ずれるように配
置されている。11,12,13は位置検出器（ホールIC、ホー
ル素子、磁気ダイオード、サーチコイルなど）であり、
回転子の永久磁石3,4の磁界に反応して出力が表われ、
この出力から回転子の回転位置を判断するためのもので
ある。固定子巻線8,9,10は第３図（後記）に示した制御
回路によって通電が制御される。すなわち、位置検出器
11,12,13の出力に基づいて回転子が連続回転するように
固定子巻線8,9,10の通電方向及びその組み合せが順次変
わるものである。尚、このような固定子巻線の通電切換
方式は一般に用いられている方式を用いることができる
ので詳細な説明は省略する。また、この通電切換えには
位置検出器11,12,13を用いず固定子巻線8,9,10に生じる
誘起電圧の変化を用いてもよい。第２図に示す14はフェ
ライト製のボビンであり、回転軸１に挿入された後第２
巻線15が巻回されている。また16はフェライト製のコア
であり、第１巻線17が巻回されている。ボビン14とコア
16とはエアギャップが小さく第１巻線17をON/OFFするこ
とによって第２巻線に電力が誘起するようになってい
る。

第３図は固定子巻線8,9,10、回転子巻線6,7及び制御回
路の要部を示す要部電気回路図である。この図におい
て、18は制御回路（マイコン）であり、主に固定子巻線
8,9,10、及び回転子巻線6,7の通電を制御する。19はイ
ンバータ回路であり６個のスイッチング素子（トランジ
スタ、FETなど）を三相ブリッジ状に結線し、かつこの
ブリッジの出力に固定子巻線8,9,10が接続されている。
インバータ回路のスイッチング素子はマイコン18からの
ON/OFF信号に応答して動作し、回転磁界が得られるよう
に固定子巻線8,9,10の通電を制御する。尚、マイコン18
は位置検出素子11,12,13が検出した回転子の回転位置に
基づいてON/OFF信号を生成して出力するものである。2
0,21は夫々で整流素子、平滑コンデンサであり、交流電
源22の電力を整流平滑した後インバータ回路19へ供給し
ている。23は電流検出器（電流トランスなど）であり、
交流電源22から供給される電流量（固定子巻線8,9,10に
流れる電流量とほぼ等しい）を検出する。この電流検出
器23の検出値は変換器24でアナログの電圧に変換された
後マイコン18に与えられる。25はPWMコントローラ（一
周期中のON時間を制御するコントローラ）であり、マイ
コン18の端子Ｓから与えられる信号に基づいて一周期中
のON時間を０（全OFF）〜50％の範囲で制御する。尚、
このON/OFFの周期は約20KHz（10KHz〜100KHz位が適して
いる）で繰り返えされる。従って、第２図に示したボビ
ン14のフェライト材、コア16のフェライト材には20KHz
以上でも飽和しない高周波特性が必要である。（ソフト
フェライトなど）、26はスイッチング素子（トランジス
タやFETなど）であり、PWMコントローラ25の出力信号に
てON/OFFが制御される。このスイッチング素子26はON/O
FF動作により第１巻線17の通電を制御する。27はダイオ
ードであり、スイッチング素子26の蓄積電荷の放電を行
なう。

28,29は第２巻線15と回転子巻線6,7との間に接続された
ダイオードであり、夫々整流用及び回転子巻線6,7に残
在する電荷の放電用である。回転子巻線6,7は直列に接
続（並列でもよい）されており、第１巻線15に誘起した
電力がダイオード28で整流され流れた時に磁界の極性が
回転子の永久磁石3,4の極性と一致するように巻回され
ている。例えば第１図において永久磁石３の外周がＮ
極、永久磁石４の外周がＳ極の場合は第３図の実線矢印
の方向に電流が流れた時に固定子鉄心のＡ側がＮ極、Ｂ
側がＳ極になるように回転子巻線6,7が巻回されてい
る。

以上のように構成された電動機では、固定子巻線8,9,10
の通電を回転子の回転位置に基づいて順次切換えて連続
した回転磁界を発生させて、回転子を連続回転させるも
のである。この時、マイコン18の端子ＳからPWMコント
ローラ25へ信号を出力してスイッチング素子26のON/OFF
を行なわせると、第２巻線15に電力が誘起される。この
誘起電力はダイオード28で整流した後回転子巻線6,7へ
通電される。従って、この回転子巻線6,7によって生じ
る磁界と永久磁石3,4の磁界とが合わせられて電動機の
出力が増加する。すなわち、実質的に永久磁石の増磁が
行なわれたと同じ状態になる。この増磁量はPWMコント
ローラ25のON/OFFの比を大きくすれば大きくなり、小さ
くすれば小さくなるものである。

例えばこのような電動機を冷媒圧縮機用のモータとして
用いた場合には、圧縮機の起動時に回転子を増磁させて
起動特性を良くすると共に、回転数毎に運転効率が良く
なるように回転子の増磁量を調整する。また、電流検出
器23の検出する電流が多い時には（電動機が過負荷状態
の時）回転子の増磁を行ない、電流が小さい時（軽負荷
時）には回転子の増磁を停止（永久磁石3,4の磁束での
み運転）させると、この圧縮機を搭載した冷凍機（エア
コンなど）のSEERも向上し、機器全体としての効率が向
上するものである。

（ト）考案の効果 本考案は永久磁石を有する回転子と、固定子巻線とを有
し、回転子の回転位置に基づいて固定子巻線への通電を
切り換えてなる直流ブラシレス方式の電動機において、
固定子には、第１巻線を備え、通電時間と非通電時間と
の比がこの電動機で駆動される負荷の大きさに基づいて
変えられた周期的なパルス電力をこの第１巻線に通電す
ると共に、回転子には、第１巻線の通電により交流電力
が誘起される位置に設けられた第２巻線と、この第２巻
線に誘起された交流電力を整流する整流素子と、この整
流素子からの出力電力が通電されて前記永久磁石と同極
性の磁界を作るように巻かれた回転子巻線とを備えたの
で、負荷の大きさに基づいて回転子に生じる増磁量を変
えることができる。即ち、負荷が多いときや大きな出力
を必要とするときには回転子の永久磁石が増磁される分
この電動機の出力が大きくなり、負荷が軽いときには永
久磁石のみによる小さい出力の運転が行なわれ、常に負
荷の大きさに見合った運転が行なわれるので電動機の運
転効率が向上するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は回転子を回転軸の側から見た上面図、第２図は
第１図にしめした回転子に第２巻線を巻回したところの
正面図、第３図は固定子巻線及び回転子巻線への通電を
制御する制御回路図である。 １……回転軸、２……回転子鉄心、3,4……永久磁石、
6,7……回転子巻線、8,9,10……固定子巻線、15……第
２巻線、17……第１巻線。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】永久磁石を有する回転子と、固定子巻線と
   を有し、回転子の回転位置に基づいて固定子巻線への通
   電を切り換えてなる直流ブラシレス方式の電動機におい
   て、固定子には、第１巻線を備え、通電時間と非通電時
   間との比がこの電動機で駆動される負荷の大きさに基づ
   いて変えられた周期的なパルス電力をこの第１巻線に通
   電すると共に、回転子には、第１巻線の通電により交流
   電力が誘起される位置に設けられた第２巻線と、この第
   ２巻線に誘起された交流電力を整流する整流素子と、こ
   の整流素子からの出力電力が通電されて前記永久磁石と
   同極性の磁界を作るように巻かれた回転子巻線とを備え
   たことを特徴とする電動機。
2. 【請求項２】電動機の負荷が軽いときは、第１巻線への
   通電を遮断する制御部を備えたことを特徴とする実用新
   案登録請求の範囲（１）に記載の電動機。