JPS58154389A

JPS58154389A - 逆起電力を位置検知信号とする半導体電動機

Info

Publication number: JPS58154389A
Application number: JP57035198A
Authority: JP
Inventors: Itsuki Ban; 伴　五紀
Original assignee: Sekoh Giken KK; Secoh Giken Co Ltd
Current assignee: Sekoh Giken KK; Secoh Giken Co Ltd
Priority date: 1982-03-08
Filing date: 1982-03-08
Publication date: 1983-09-13

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】本発明は、逆起電力を位置検知信号とする自起動の不可
能な半導体電動機の起動装置に関するものである。

１般に、半導体電動機は、電機子コイルの通電制御を行
なう為に、回転子の回転位置を検出する為の位置検知素
子が必要となっている。かかる位置検知素子として慣用
されているものは、ホール素子である。ホール素子は４
端子素子の為に、それ自身の価格も高価であるし、又制
御回路との間の結線の為の工数が多く、又ホール素子の
固定の為の位置も正確を要する為に、高価となる欠点が
ある。制御回路はＩＣ化することにより廉価となってい
るが、ホール素子の存在の為に半導体電動機は高価とな
り、特性のすぐれているにもかかわらず般用性が失なわ
れている。

３相の半導体電動機の場合に、ホール素子の数を２個と
し、又更に１個とすることが実施化されているが、他の
欠点もあり広い用途を見出すことが困難な実情にある。

上述したことにより理解されるように、ホール素子を全
部除去できることがよい。かかる半導体電動機としては
、電機子コイルの逆起電力を利用して通電制御をして回
転せしめる技術手段があるが、この技術によると、自起
動しないという重欠点が発生する。

本発明装置は、上記した重欠点を除去することに特徴を
有するものである。特に起動時に軽負荷のファンモータ
の場合に有効である。しかしこれに準ずる軽負荷の小型
の半導体電動機として有効である。更に本発明装置は、
オーバーロードのときに、自動的に停止して焼損を防止
し、又逆転トルクにより急停止する為の付加装置が簡略
化される特徴がある。更に又、電動機を、例えばカセッ
トを使用する磁気録音再生機の駆動源とする場合に、回
転子となるマグネット、電機子コイル、ＩＣ化された制
御回路のそれぞれを専門メーカより部品として購入して
、カセットメカの組立ラインの工程で、本体に組込むこ
とにより、駆動源を構成できるので、全体を小型、軽量
、廉価に作ることのできる効果がある。特にディスク型
のコアレス電動機とすると有効である。

以上のような諸特徴を有する本発明装置の詳細を、第１
図以下について次に説明する。

第１図において、底板２は磁性体板で、渦流損失のない
ソフトフェライト若しくは、磁性酸化鉄の焼結体（セラ
ミック材）で作られている。

底板２の中央部には、支軸７の基部７ａが固着されてい
る。磁性体２と同じ材質の磁性体で円筒型の筐体１が作
られ、底板２とその下縁がビスで締着されている。第４
図につき後述する電機子コイル６、５がそれぞれ磁性体
ヨーク２、１に貼着されている。

スリーブ１１（金属製）は、回動自在に、支軸７に遊嵌
され、油によね潤滑されている。スリーブ１１の上端に
は、軟鋼製のファン（点線１０ａ、１０ｂで示す）９の
中央部がビス止めされ、円冠状の蓋体８の周縁部はファ
ン９にビス８ａ、８ｂにより密着して固定されている。

蓋体８の内部８ｃにはグリースが充填されている。

スリーブ１１には、プラスチック材４を介して、フェラ
イトマグネットよりなる回転子となる円板状の界磁マグ
ネット３の中央部が固着されている。界磁マグネット３
は上、下方向に磁性体ヨーク１、２により吸引されるが
、ほぼバランスがとれるように配置されているものであ
る。

第３図に示すものは、上記した界磁マグネットで、９０
度の開角で軸方向にＮ、Ｓ極が交互となるように着磁さ
れている。

第４図に電機子コイル５、６及び界磁マグネット３の展
開図が示されている。電機子コイル１４ａ、１４ｃ及び
電機子コイル１４ｄ、１４ｂは、それぞれ２相の電機子
コイルとなり、電機子コイル１４ａ、１４ｃ及び電機子
コイル１４ｄ、１４ｂには、位相が電気角で９０度異な
る交流が通電されて、界磁マグネット３を矢印Ｅ方向に
駆動している。

電機子コイル１４ｃ、１４ｄを除去しても、上述した駆
動トルクは得られるので、電機子コイル１４ａ１４ｂの
みとして、重ならない並置手段を得ることができる。即
ち第５図に示すように、扇型のコイル１４ａ、１４ｂを
並置することにより目的が達成される。かかる手段によ
ると、電機子が偏平で厚みを少ならしめることができ、
又電機子コイル１４ａ、１４ｂをプラスチック材で埋設
して円板状に成型できるので、量産時に有効である。

前記した電機子コイルの通電は、界磁マグネット３の回
転位置を検知して検知信号を得る位置検知装置により制
御されるものである。界磁マグネット３が８極の場合に
は、４個の電機子コイルとなる。又上述した手段は、３
相の電機子コイルの場合にも周知の手段により実施でき
るものである。

第４図において、電機子コイル１４ａ、１４ｂは、第１
図の電機子コイル５を示している。電機子コイル１４ａ
、１４ｂと全く同相の位置に電機子コイル１６ａ、１６
ｂが設けられ、これ等は、第１図において、電機子コイ
ル６として示されているものである。電機子コイル１６
ａ、１６ｂに位相が電気角で９０度異なる交流を通電す
ると、界磁マグネット３を矢印Ｅ方向に駆動するトルク
を発生する。記号１５ａ、１５ｂで示す円環状のコイル
は、電機子コイル１４ａ、１４ｂと同相の誘導出力を発
生するものであるが、この詳細は第７図につき後述する
。

次に第６図につき、上述した駆動トルクの詳細を説明す
る。

電機子コイル１４ａのトルクに有効な導体部を記号１４
ｇ、１４ｆで表示すると、これ等の開角は、マグネット
３ａと等しくなる。界磁マグネット３は、その１部の磁
極３ａ、３ｂのみが示してある。Ｎ、Ｓ極による磁界の
方向は、矢印１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１８ａ、１８ｂ
、１８ｃ、で示されている。導体部１４ｇは、紙面の上
方より下方に通電され、導体部１４ｆは、その反対力向
に通電されている。従って導体部１４ｇ、１４ｆは、と
もに矢印１９ａ、１９ｂの方向にフレミングの力を受け
、その反作用で界磁マグネット３は左方に回転する。界
磁マグネット３が回転して、導体部１４ｇが、導体部１
４ｅの位置となると、通電方向が反対力向に位置検知素
子の出力により切換えられる。このときのフレミングの
力は、矢印２１ａの方向となるので、その反作用で、界
磁マグネット３は反対方向の力を受けることになる。こ
の力は駆動トルクに無関係で、界磁マグネット３を振動
せしめ、スイッチングノイズ発生の原因となる。実測に
よると、１０ワット位の出力となると、整流子モータの
整流子と刷子の摺動音以上となり、実用性が失なわれる
ものである。

本実施例では、導体部１４ｇ、１４ｆ（電機子コイル５
）と同相の位置に、導体部１６ｃ、１６ｄを有する電機
子コイル６が配設されているので、上述した欠点が除去
されるものである。次にその説明をする。

導体部１４ｇ、１６ｃならびに導体部１４ｆ、１６ｄは
、それぞれ同方向に通電されているので、導体部１６ｃ
、１６ｄによるフレミングの力は、矢印２０ａ、２０ｂ
となり、界磁マグネット３を左方に回転せしめる。又磁
極３ａ、３ｂの境界にある導体部１６ｅは、導体部１４
ｅと同方向の通電となるので、矢印２１ｂの方向のフレ
ミングの力を受ける。従って、その反対方向に界磁マグ
ネット３を押圧する力となる。この力は、前記した導体
部１４ｅによる力とキャンセルするので、界磁マグネッ
ト３の受ける力は消滅し、スイッチングノイズの発生が
防止される。又電機子コイル５、６（第１図）も、界磁
磁極の境界で互いに反対方向の力を受けるが、これも磁
性体ヨーク１、２を介してキャンセルされて消滅するの
で、スイッチングノイズは減少する。

以上のように、本実施例の構成により、スイッチングノ
イズの小さい半導体電動機が得られるものである。

低出力で、スイッチングノイズが問題とならない場合に
は、電機子コイル６のみとし、回転数が毎分３００回転
位の場合には、磁性体ヨークとして軟鋼板が代用できる
。

次に他の半導体電動機の実施例を第２図につき説明する
。第１図と同一記号のものは同一部材なので、その説明
は省略する。

第２図において、本体の１部１３は軟鋼板で作られ、そ
の上に渦流損失のない磁性体ヨーク１２を介して、電機
子コイル６が固定されている。

前述したように、回転数が低く、小出力のものでは、磁
性体ヨーク１２を省いて、電機子コイル６を直接に、軟
鋼板１３上に固着することができる。軟鋼板１３に基部
７ａを固定した支軸７には、スリーブ１１が遊嵌され、
スリーブ１１の上端には、軟鋼板９の中央部が固定され
ている。又界磁マグネット３は、軟鋼板９の下に固定さ
れている。

軟鋼板９の外側は延長されてファンの羽根（記号１０ａ
、１０ｂで示す）を構成している。スリーブ１１と支軸
７との間には潤滑剤が注入されている。界磁マグネット
３の回転角を検知して検知信号の得られる位置検知装置
により、電機子コイル６に前実施例と同様な通電を行な
うことにより、界磁マグネット３の回転する半導体電動
機となる。

上述した構成より判るように、ファン９、１０ａ１０ｂ
は、界磁マグネット３の磁路を兼ねることができるので
構成が簡素化される。

次に上述した半導体電動機の位置検知装置ならびに起動
手段について説明する。

位置検知信号は、各相の電機子コイルの逆起電力が利用
されているので、ホール素子のような部材を省くことの
できる特徴がある。

第７図につきその詳細を説明する。

第７図において、電機子コイル１４ａと抵抗２４ａ２４
ｂ、２４ｃはブリッジ回路を構成し、又トランジスタ２
３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄもブリッジ回路となって
いる。後者のブリッジ回路には、電源正端子２２ａより
供電され、対角辺には、前者のブリッジ回路が挿入され
ている。アンド回路３１の出力が正転すると、トランジ
スタ２３ｂが導通するので、トランジスタ２３ａのベー
ス電流が得られて導通する。従って電機子コイル１４ａ
は矢印Ｆ方向に通電される。これを正方向とする。

抵抗２４ａ、２４ｂ、２４ｃの値は次のように設定され
ている。即ち電機子が停止しているときに、オペアンプ
２５の２つの入力電圧差がないように選定されている。

電動機が回転すると、逆起電力により、抵抗２４ａの電
圧降下が減少するので、オペアンプ２５の反転端子の入
力電圧が降下して、その出力電圧は上昇する。従ってオ
ペアンプ２５の出力電圧は、逆起電力が比例するものと
なる。

アンド回路３２の出力電圧が、正となり、ハイレベルと
なると、トランジスタ２３ｄ、２３ｃが導通するので、
電機子コイル１４ａは、矢印Ｆと反対方向に通電される
。このときに電動機が回転していると、抵抗２４ａの電
圧降下が減少するので、オペアンプ２５の反転端子の入
力電圧は上昇して、その出力電圧は降下する。

以上の説明より判るように、オペアンプ２５の出力電圧
は、電動機が停止しているとアースレベルとなり、回転
し始めると、電機子コイル１４ａの通電方向に対応して
昇降するものである。

次に記号２６で示す電気回路の詳細を第８図について説
明する。第８図（ａ）において、端子４０ａの入力は、
第７図のオペアンプ２５の出力となり、端子２６ａは、
第７図と同一記号のもので、電気回路２６の入力端子で
ある。端子２６ａの入力がハイレペルとなっているとき
に、端子４０ａより、（ｂ）図のタイムチャートに示す
電気信号４３ａ、４３ｂ……が入力されると、オア回路
４１を介して、端子４１ａの出力は、入力と同相の電気
信号４４ａ、４４ｂ……が出力される。端子２６ａの入
力をローレベルに設定すると、アンド回路４０の出力は
なく、アンド回路４２の出力は、オア回路４１を介して
位相が反転した電気信号４５ａ、４５ｂ……を得ること
ができる。

以上の動作が行なわれるので、第７図において、端子２
６ａより、ハイレベルの入力電圧を供与すると、アンド
回路３０の１つの入力電圧は、オペアンプ２５の出力は
整流された形となり、アンド回路３０の入力電圧は、第
８図（ｂ）の電気信号４４ａ、４４ｂ……となる。又端
子２６ａをローレベルに保持すると、アンド回路３０に
対する入力電圧は、第８図（ｂ）の電気信号４５ａ、４
５ｂ……となり、位相が１８０度変更されることになる
。端子２６ａをハイレベルに保持しておいた場合に、電
動機が正転していたとする。又電気回路２７（第１０図
につき詳細は後述する。）の出力がハイレベルであった
とすると、アンド回路３０の出力は、オペアンプ２５の
出方と同相で、同じ波形となる。

又アンド回路２９の入力は、反転回路２８を介して入力
されているので、その出力はない。又このときに電気ス
イッチ語が閉じられているので、正電圧端子２２ｂの電
圧は、アンド回路３９ｃ、３１、３２の１つの端子に入
力されている。従ってオア回路３３の出力は、アンド回
路３１を介して、オペアンプ２５の出力と同相の電気信
号（第８図（ｂ）の電気信号４４ａ、４４ｂ……）が得
られ、これがアンド回路３１に入力される。アンド回路
３１の他方の入力はハイレベルとなっているので、トラ
ンジスタ２３ｂのベース電圧は、第８図（ｂ）の電気信
号４４ａ、４４ｂ……のハイレベルのときにのみ導通し
て、電機子コイル１４ａに矢印Ｆ方向の通電を行なうも
のである。又反転回路３４を介する出力が、アンド回路
３２に入力されているので、その出力は、ハイレベル、
ローレベルが反転され、アンド回路３２の出力は、アン
ド回路３１の出力がハイレベルのときにローレベルとな
す、ローレベルのときにはハイレベルとなる。従ってト
ランジスタ２３ｄとトランジスタ２３ｂの導通、不導通
は交互に行なわれることになるので、電機子コイル１４
ａの通電は、正逆方向が交互にしかも等しいピッチで行
なわれる。従って電動機は、駆動トルクを発生して引続
いた回転の行なわれる半導体電動機となる。この場合の
位置検知信号は、電機子コイル１４ａの逆起電力が利用
されているので、特にホール素子を別設する必要がなく
、構成が簡素化される。

第４図の電機子コイル１４ｂについても第７図と全く同
じ構成の電気回路が付設されて、逆起電力により、電機
子コイルは往復して通電されて駆動トルクを発生する２
相の半導体電動機となるものである。

３相の電機子コイルを有する場合には、各相の３組の電
機子コイルに、第７図の電気回路をそれぞれ付設するこ
とにより、同様の回転原理により回転する３相の半導体
電動機を得ることができることは明らかである。又Ｙ型
、Δ型の結線の電機子コイルの場合にも本発明を同様に
適用することができるものである。電機子コイルの逆起
電力を得る手段は、他の周知の手段でも、本発明を実施
することができる。

第７図の記号１５ａで示すものは、第４図に同一記号で
示す誘導コイルを示すものである。誘導コイル１５ａの
出力をオペアンプ２５に入力せしめると、その出力は前
述した電機子コイル１４ａ、１４ｂの、逆起電力による
制御と全く同様となるので、オペアンプ２５の出力によ
り、電機子コイル１４ａを往復して通電して駆動トルク
を得ることができる。第４図の誘導コイル１５ｂにより
、電機子コイル１４ｂの通電制御を行なうことにより、
２相の半導体電動機を構成することができる。誘導出力
と逆起電力は全く等価な性質を有するものである。

上述した爽施例より判るように、ホール素子が除去でき
るので、構成が簡素化されるとともに、耐熱性が向上す
る特徴がある。第１、２図の構成には、１切の半導体素
子が含まれていないので耐熱性が向上できるものである
。

上述した電動機の正転中に、第７図の端子２６ａのハイ
レベルの入力を電気スイッチ（図示せず）により、ロー
レベル入力信号にすると、前述したように、アンド回路
３０に対する入力信号の位相が反転する。従って、電機
子コイル１４ａに対す通電位相も反転するので逆転トル
クを発生する。電機子コイル１４ｂについても事情は全
く同じで、電動機は逆転トルクにより急制動がかけられ
、所定速度以下となると、逆起電力が消滅するので、第
７図のトランジスタ２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄは
不導通となり供電が断たれる。以上の説明より判るよう
に、端子２６ａの入力の切換により急停止できる特徴が
ある。又オーバーロードにより、電動機が停止した場合
も全く同様に電源よりの供電が断たれて焼損事故を防止
できる特徴がある。

以上のような諸特徴を有するが、自起動しないという欠
点がある。本発明装置によれば、論理回路を利用して、
自起動を行なうことのできる効果を有するものである。

次にその詳細を説明する。

第７図において、記号３９は発振回路で、電気スイッチ
３５の閉成とともにアンド回路３９ｃを介して発振出力
が、第９図のタイムチャートに示されるように、等しい
ピッチの電気パルス４６、４６ａ、４６ｂとして出力さ
れ、この出力は、フリップフロップ回路３６に入力され
る。フリップフロップ回路３６は、ＪＫ型で、人力パル
スがある毎に、交替して、ＪＫ型のフリップフロップ回
路３７、３８のそれぞれに電気パルスが入力されるよう
になっている。従って端子３８ａの出力波形は、第９図
のグラフの電気信号４７ａ、４７ｂのようになる。又端
子３７ａの出力波形は、第９図のグラフの電気信号４８
ａ、４８ｂのようになる。電気信号４７ａ、４７ｂ……
及び電気信号４８ａ、４８ｂ……は位相が電気角で９０
度づれたものとなっている。

電気スイッチ３５の閉成とともに、コンデンサ３５ａを
介して、リセットパルスが、フリップフロップ回路３６
、３７、３８に入力されて、２つの出力の内の所定のも
のにハイレペルの出力があるようにリセットされる。３
個のフリップフロップ回路の１つの出力を反対側にリセ
ットすると、第９図のグラフの電気信号の位相の差は逆
転するものである。

端子３８ａの出力信号は、アンド回路器の１つの入力と
なっている。電気回路２７の出力がローレベルに転化す
ると、アンド回路３０の出力は断たれ、反転回路２８を
介して、アンド回路２９の１つの入力がハイレベルとな
る。従ってオア回路３３には、第９図のグラフの電気信
号４７ａ、４７ｂ……が入力されるので、対応してトラ
ンジスタ２３ｄ、２３ｂの導通が交替して、電機子コイ
ル１４ａは往復して通電される。

端子３７ａの出力電気信号は、前述した電機子コイル１
４ｂを含む第７図と同様な構成の電気回路に入力されて
いるので、同様の原理により、第９図のグラフの電気信
号４８ａ、４８ｂ……に従って電機子コイル１４ｂに往
復して通電する。電機子コイル１４ａの通電電流は、電
機子コイル１４ｂのそれと電気角で９０度の位相差があ
ることになる。

第９図の電気信号４７ａ、４７ｂ……及び４８ａ、４８
ｂ……のハイレベルの部分の巾は、次のようにして決定
されるものである。

第９図のグラフの点線Ａで示す部分では、電機子コイル
１４ａは正方向に、電機子コイル１４ｂは逆方向に通電
され、電動機は正方向に起動する。次に第１の停止点で
停止する。この停止点は、Ｇ点に到達する以前であるこ
とが必要である。前記した停止点は１般に２個処あり、
１つは安定な停止点（左右にずれたときに復帰トルクが
作用する点）であり、他の１つは不安定な停止点（左右
にずれたときに離間するトルクが作用する点）である。

安定な停止点で停止したとすると、次に到来する電気信
号４８ａにより、電機子コイル１４ｂの通電は正方向と
なり、電動機は正転トルクを受けて更に回転する。この
状態が点線Ｂの位置である。このときに逆起電力が大き
くなり、第７図の電気回路２７の出力をハイレベルとす
ると、その電気信号４７ｂ、４８ｂ……による電機子電
流の制御は断たれ、逆起電力を位置検知出力とする制御
により、電動機は引続いた回転に入るものである。しか
し負荷が大きいと、特に摩擦的負荷の場合には、不安定
な停止点で停止するチャンスが増加する。このときにＧ
点をすぎて電機子コイル１４ｂが正方向に通電されると
、逆転トルクを発生し、その后に引続いて逆転すること
がある。これを防止する為に次のような手段がとられる
。

点線Ｇの位置では、未だ電気回路２７の出力を、ローレ
ベルとし、点線Ｂのときの通電状態とすると、電動機は
正転若しくは逆転して、次の停止点に到達する。点線Ｃ
の位置（電機子コイル１４ａが逆方向に通電される。）
の通電により、電動機は必ず正方向のトルクにより回転
し始める。このときに電気回２７の出力をハイレベルに
転化すると、電動機は正方向に逆起電力を位置検知出力
として引続いた回転を行ない起動に成功することができ
るものである。

上述した動作を第１０図につき詳細を説明する。

第１０図において、オペアンプ２５の入力は、第７図に
説明したように電機子コイル１４ａの逆起電力である。

又オペアンプ５０の入力は、図示していないが、前述し
た電機子コイル１４ｂの逆起電力である。端子２５ｍは
第７図の反転回路２６に対する出力端子である。端子５
０ａは、電機子コイル１４ｂを含む第７図と同様な電気
回路に含まれる反転回路に対する出力端子である。オペ
アンプ２５、５０の出力は、整流回路５１ａ、５１ｂに
より直流化され、ダイオードを介してコンデンサ５２ａ
により平滑化されている。計数回路５５は、端子５５ａ
より、入力パルスがあると、カウントアップされる。端
子５５ａは、第７図の端子３９ｂと接続されているので
、発振回路３９の発振パルスを計数してカウントアツプ
される。端子５５ｂは、第７図の端子３９ａに接続され
ているので、電気スイッチ３５の閉成とともにリセット
されて計数値は零に復帰するものである。第７図の電気
スイッチ３５の閉成とともに、発振回路３９より得られ
る電気パルスを第９図のグラフで電気パルス４６とする
と、この電気パルスの到来とともに、電動機は起動して
、前述した第１の停止点に到達する。又計数回路５５は
１カウントだけ計数される。次の電気パルス４６ａが発
振回路３９より得られると、前述した第２の停止点に正
転若しくは逆転することにより到達する。計数回路５５
は２カウントが計数される。次に電気パルス４６ｂが発
振回路３９より得られると、電動機は必ず正方向に回転
し、計数回路５５は３カウントが計数される。このとき
に計数回路５５の端子５５ｃの出力は、ハイレベルとな
る。このハイレベルの出力により、アナログスイッチ５
３が閉じられる。

電動機が加速されて、逆起電力が増加し、第７図の反転
回路２６を作動せしめる電圧となると、又反転回路２６
がない場合には、オペアンプ２５の出力により直接にア
ンド回路３０を作動せしめる電圧となると、第１０図の
整流回路５１ａ、５１ｂの出力も増巾回路５４を作動せ
しめて、端子５３ａよリハイレペルの出力が得られる。

端子５３ａは、第７図の電気回路２７の出力となってい
るので、第７図につき前述したように逆起電力を位置検
知出力とする電機子電流制御回路に切換えられて起動が
完了する。

以上の説明より判るように、第７図の電気回路２７は、
第１０図の電気回路を示すものである。

電動機を逆転して起動する場合には、第７図のフリップ
フロップ回路３６、３７、３８の１つの出力をリセット
パルスにより反対方向とし、位相反転回路２６の入力を
すれば目的負荷が軽い場合には、第１回目の電気パルス
（第９図のグラフの電気パルス４６）により、安定な停
止点に到達するので、第２回目の電気パルス４６ａによ
り、電動機は必ず正方向に回転する。従って第１０図の
計数回路５５の２カウントが得られたときに、その出力
によりアナログスイッチ５３を閉じても自起動を行なう
ことができる。

増巾回路５４に対する入力は、電動機の回転速度に比例
するものであればよいので、周知の回転速度検出手段を
使用しても同じ目的が達成される。オーバーロードによ
り、電動機は自動的に停止して、供電が断たれることは
前述したが、１時的な過負荷により、電動機が停止して
もオーバーロードが消滅すると、再び起動することがで
きる。次にその説明をする。

オーバーロードにより電動機が停止すると、第１０図の
整流回路５１ａ、５１ｂの出力は消滅する。

従ってコンデンサ５２ａ、抵抗５２ｂで規制される時定
数により、増巾回路５４の入力電圧は減少し、端子５３
ａの出力はローレベルに転化する。従って第７図の反転
回路２８の出力はハイレベルとなる。この電気信号を端
子２８ａよりとり出して、第１０図の端子５５ｂに入力
して零リセットすると、計数回路間は再び計数を開始し
、又同時に第７図の電気回路２７の出力はローレベルと
なるので、起動が行なわれるものである。

以上のように、計数回路５５の零リセット回路を付加す
ると、１時的なオーバーロードにより自動的に停止して
も、オーバーロードが消滅すると、自動的に起動せしめ
ることができる特徴がある。零リセツト回路がないと、
オーバーロードにより自動的に停止して焼損を防止でき
る特徴がある。

次に自起動の他の手段を説明する。第１０図のオペアン
プ２５、５０、整流回路５１ａ、５１ｂ、増巾回路５４
、コンデンサ５２ａ、抵抗５２を除去し、正電圧端子２
２ｃより、アナログスイッチ５３を介して、端子５３ａ
をハイレベルとし、又アナログスイッチ５３が開かれる
ことにより、端子５３ａをローレベルとするように構成
する。

第７図の電気スイッチ３５を閉成すると、前述したよう
に、フリップフロップ回路３６、３７、３８は所要の出
力端子に出力があるようにリセットされ、又第１０図の
計数回路間も零リセットされる。又発振回路３９の発振
電気パルスも、第１０図の端子５５ａに入力される。第
１０図のアナログスイッチ５３は開かれているので、端
子５３ａはローレベルとなっている。従って第７図のア
ンド回路２９を介する出力のみが得られて、前実施例と
全く同様に電動機は回転し始める。第９図のグラフの電
気パルスの３回目の電気パルス４６ｂが得られると、電
動機は正転し始める。このときに第１０図の計数回路５
５の端子５５ｃの出力が得られるので、アナログスイッ
チ５３は閉じられ、従って端子５３ａはハイレベルとな
るので、第７図のアンド回路２９の出力は断たれ、アン
ド回路３０の出力即ち逆起電力を介する電機子電流の制
御が開始されて、引続いた回転に転化して本発明の目的
が達成できるものである。

以上の動作において、第１０図に記号５５ｅで示す遅延
回路を設け、アナログスイッチ５３の閉成を所定時間お
くらせ、第３回目の電気パルス４６ｂが得られて、電動
機が充分に加速されてから、逆起電力を位置検知信号と
する運転に転化せしめると起動はより確実となる。又端
子５５ｄの出力を第７図のスイッチング素子３９ｃの入
力端子３９ｄに入力せしめて、発振回路３９に対する供
電を断っておくことがよい。

第９図において説明したように、電機子コイル１４ａ、
１４ｂＫは、起動の為に、２相の位相が９０度異なる電
気信号４７ａ、４７ｂ、４８ａ、４８ｂを利用したが、
この代りに次のような手段を利用することもできる。

第９図の点線Ａの状態は、電機子コイル１４ａが正方向
に、電機子コイル１４ｂが逆方向に通電されている。こ
の状態を（１４ｂ、１４ａ）と表示する。点線Ｂの状態
は、電機子コイル１４ｂが正方向の通電するように変化
するので、この状態を（１４ａ、１４ｂ）と表示できる
。逆方向の通電のときに１４ａ、１４ｂと表示するもの
である。点線Ｃの状態は（１４ｂ、１４ａ）、点線Ｄの
状態は（１４ａ、１４ｂ）と表示できる。通電状態は、
（１４ｂ、１４ａ）→（１４ａ、１４ｂ）→（１４ｂ、
１４ａ）→（１４ａ、１４ｂ）→とサイクリックに繰り
返すことにより、電動機はパルスモータと全く同じ原理
で回転するものである。この原理を利用して起動するこ
ともできる。次にその詳細を第１３図について説明する
。

第１３図において、記号６６ａは電気子コイル１４ａに
正方向に通電する為にペース電圧が供与されるトランジ
スタを示すもので、第７図のトランジスタ２３ｂを表示
するものである。記号６６ｂは、電機子コイル１４ａに
逆方向に通電する為にベース電圧が供与されるトランジ
スタを示すもので、第７図のトランジスタ２３ｄを表示
するものである。同様に記号６６ｃ、記号６６ｄは、電
機子コイル１４ｂにそれぞれ正逆方向の通電をする為に
ペース電圧を供与するトランジスタを表示するものであ
る。

計数回路６７は、出力が４端子のリングカウンタで、端
子６７ａより電気パルスが入力される毎に、出力は端子
６７ａ→６７ｂ→６７ｃ→６７ｄ→６７ａとサイクリッ
クに正電圧が出力され、これにより電機子コイルは、前
述したように、（１４ｂ、１４ａ）→（１４ａ、１４ｂ
）→（１４ｂ、１４ａ）→（１４ａ、１４ｂ）→とサイ
クリックに通電される。

端子６７ａには、第７図の発振回路３９の出力電気パル
スが入力されている。又端子６７ａの入力電気パルスは
、計数回路６８にも入力され、これをカウントアツプす
る。端子６８ａより、第７図の端子３９ａを介する電気
パルスが入力されているので、電気スイッチ３５の閉成
とともに、零リセットされ、３個の電気パルスの入力と
ともに、計数回路６８の出力は、遅延回路６９に入力さ
れ、端子６９ａより出力が得られ、この出力はそのまま
保持される。端子６９ａの出力は、第１０図のアナログ
スイッチ５３のトリガ入力ならびに端子５５ｄの出力と
もなっているので、アナログスイッチ３５が閉じる。従
って前述したように正電圧端子２２ｃの入力電圧により
、電動機は、逆起電力を位置検知信号として回転を行な
うものである。

遅延回路６９は端子６７ａの入力電気パルス４６、４６
ａ……間の巾の１／２位の遅延時間がよい。遅延回路６
９を省いた場合には、第１０図のオペアンプ２５、５０
を利用する電気回路の場合で、回転速度を検出して、逆
起電力を位置検知信号とする回転に転化することができ
る。

以上の説明より判るように、第７図の電気スイッチ３５
の閉成とともに、電機子コイルの通電群（６６ａ、６６
ｂ、６６ｃ、６６ｄ）は３つだけ通電されて起動する特
徴がある。計数回路６７に、零リセット回路をつけ、端
子６７ｃの出力を端子６８ｃの出力と同様な目的に利用
すると、計数回路６８を省くことができる。

次に第１１図、第１２図について本発明を実施して有効
な半導体電動機について説明する。

第２図の実施例は、スリーブ１１が、界磁マグネット３
と磁性ヨーク１２との間の強い吸引力により、支軸７の
上端に押付けられて機械損失を増加し、又摩耗を大きく
する欠点がある。回転速度が大きいときには、上記した
次点が助長されるものである。

第１１図及び第１２図の実施例は、かかる欠点を除去し
たものである。前実施例と同一記号のものは同一部材な
ので、その説明は省略する。

第１１図において、本体の１部の軟鋼板６３には、支軸
６１の基部が固定され、その上には電機子コイル６（２
相若しくは３相の電機子コイル）が貼着され、その中央
部には、上下刃向にＮ、Ｓ極が磁化された円環状のフェ
ライトマグネット６０が固定されている。支軸６１には
、スリーブ状の回転軸５７が被冠して遊嵌されている。

スリーブ状の回転軸５７の上方の部分５７ａには、レコ
ードプレーヤのターンテーブル（図示せず）が嵌着され
るように構成されている。回転軸５７には、円板状の軟
鋼板５６の中央部が固定され、軟鋼板５６の下面には、
円環状のフェライトマグネット５８が固着されている。

軟鋼板５６は、界磁となるマグネット５８のヨークとな
るものである。界磁マグネット５８の詳細が第１１図（
ｂ）に示されている。

等しいピッチ（４５度）で、Ｎ、Ｓの極が設けられてい
る。電機子コイル６が２相の場合には、第５図の電機子
コイルは４個となる。又３相の電機子コイルの場合には
、周知のように６個の扇型のコイルが並置されているも
のである。界磁マグネット５８の中央部には、上下にＳ
、Ｎ極があるように磁化されたフェライトマグネット５
９が固定されている。マグネット５９と６０は同極が対
向しているので、強い反撥力が作用し、この力は、界磁
マグネット５８と軟鋼板６３との磁気的吸引力より少し
小さくしてあるので、スチールボール６２を介して回転
軸５７は、支軸６１に圧接されている。以上のような構
成なので、下方に向う推力の大部分は、マグネット５９
、６０の反撥力により打消されるので、上記した欠点が
除去されるものである。実測によると、界磁マグネット
５８と軟鋼板６３との距離が３．５ミリメートル、マグ
ネット５９、６０の間の空隙を０，５ミリメートルとす
ると、反撥力は吸引力の４倍位となるので、これに対応
するように、各マグネットの対向面積を設定すればよい
。回転軸５７に、ファンをつける場合には、回転速度が
上昇するので、軟鋼板６３と電機子コイル６との間に、
渦流損失のないソフトフェライト板を介在せしめる必要
がある。起動ならびに運転中のトルクを得る為には、第
７図、第１０図の電気回路が使用されている。

又定速度制御回路も周知の手段を採用することができる
。第１２図に示すものは、第１１図のものとほぼ同じ構
成であるが、回転軸６５とその軸承６４の構成が異なっ
ている。次にその説明をする。

軸承６４は、オイルレスメタルで、中央の空孔は、回転
軸６５のテーパ部６５ａが嵌合するように構成されてい
る。テーパがある為に側圧が増加するが、これを適切な
値とする為に、マグネット５９と印との間の反撥力が利
用される構成となっている。

上述した構成の為に、回転軸６５の左右の振れを皆無と
することができる効果を有するものである。１般のオイ
ルレス軸承の場合には、オイルレスメタルと回転軸の空
隙は２０ミクロン位存在するので、軸振が２ミクロン以
内を要求されるフロピディスク用の電動機には使用する
ことができない。しかし本実施例の電動機を使用するこ
とにより、上記した精度を保持できるものである。駆動
トルクを得る為の電気回路は、第１１図の場合と全く同
様のものが使用できる。

以上の各実施例について説明したように、本発明装置に
よれば、冒頭において述べた目的が達成されて効果著し
きものである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明の適用される電動機の実施
例の説明図、第３図は、界磁マグネットの説明図、第４
図は、電機子コイル及び界磁マグネットの展開図、第５
図は、電機子コイルの説明図、第６図は、電機子コイル
に作用するフレミングの力の説明図、第７図は、本発明
装置の電機子電流の制御回路図、第８図は、位相反転の
為の電気回路図及びそのタイムチャート、第９図は、２
相の位相が９０度異なる電気信号のタイムチャート、第
１０図は、第７図の電気回路２７の詳細を示す電気回路
図、第１１図及び第１２図は、本発明の適用される電動
機の他の実施例の説明図、第１３図は、第７図と同じ目
的を達する他の実施例の電気回路図をそれぞれ示す。１、２…磁性体ヨーク、５、６…電機子コイル、３、５
８…界磁マグネット、１３．９…軟鋼板、１０ａ、１０
ｂ…ファン、８…蓋体、７、６１…支軸、１１…スリー
ブ、４…プラスチック部、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１
４ｄ…電機子コイル、１５ａ、１５ｂ…誘導コイル、１
４ｇ、１４ｆ、１４ｅ、１６ｃ、１６ｄ…電機子コイル
のトルクに有効な導体部、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２
３ｄ…トランジスタ、２５、５０…オペアンプ、２８、
３４…反転増巾回路、２９、３０、３１、３２．４０、
４２…アンド回路、３３、４１…オア回路、２６…位相
反転回路、３６、３７、３８…フリップフロップ回路、
３９…発振回路、３９ｃ…スイッチング素子、４３ａ、
４３ｂ、４４ａ、４４ｂ、４５ａ、４５ｂ、４６ａ、４
６ｂ……、４７ａ、４７ｂ、４８ａ、４８ｂ…電気信号
、５１ａ、５１ｂ…整流回路、５４…増巾回路、５３…
アナログスイッチ、５５、６７、６８…計数回路、５５
ｅ、６９…遅延回路、・５７．５７ａ６５…回転軸、５
９、６０…フェライトマグネット、６３…軟鋼板、６１
…支軸、６２…スチールボール、６４…オイルレスメタ
ル。第６図第６図（α）（Ｊ）第９回（Ｊ））Ｉ、１２図４手続補正書昭和５７年３月２９日特許庁長官島１）春樹殿２、発明の名称逆起電力を位置検知信号とする半導体電
動機３補正をする者事件との関係特許出願人〒１５０東京都渋谷区神宮前１丁目２０番３号明細書の
発明の詳細な説明の欄６、補正の内容明細書の第３２頁上から第１０行目〜第１２行目［全く
同じ原理で回転するものである。この原理を利用して起
動することもできる。」の記載を「全く同じ原理で回転
するものである。前述したように、第７図の電気スイッ
チ３５の閉成により、コンデンサ３５ａを介して、フリ
ップフロップ回路３６．３７．３８にリセットパルスが
入力されるが、入力されるリセットパルスは、次のよう
にされる。即ち第９図の点線りの位置（電機子コイル１
４ａ、１４ｂともに逆方向の通電が行なわれる。）の通
電となるようにリセットされる。このときに電動機は左右いづれかに回転して停止するか
、若しくは回転中の状態にある。次にアンド回路３９ｃ
により、第９図の電気パルス４６が入力されて、点線Ａ
の通電に転化することにより回転して停止する。この後
の動作は前述しりを得る原理を利用して起動することも
できる。」と補正する。以上手続補正書（自発）昭和５７年ご＼月、？Ｚ日特許庁長官島１）春樹殿１、事件の表示昭和５７年特許願第０３５１９８号２発
明の名称逆起電力を位置検知信号とする半導体電動機３補正をする者事件との関係特許出願人４、補正の対象（り明細書の特許請求の範囲の欄（２）明細書の発明の詳細な説明の欄５、補正の内容（１）明細書の判許請求の範囲を別紙の通り補正する。（２）明細書第６頁第８行目の「般用性」を［−汎用性
」に補正する。（３）明細書第１５頁第５行目の「対角辺」を「対応す
る頂点」に補正する。（４）明細書第１７頁第１５行目の「出力が」を「出力
２７ａが」に補正する。（５）明細書第１８頁第１行目の１アンド回路３９ｅ、
Ｊを「アンド回路３９ｅと、１つの入力２７ｂがハイレ
ベルのアンド回路３５ｂを介してアンド回路」に補正す
る。（６）明細書第２１頁第６行目の「第７図の」を「後述
する如くアンド回路３５ｂの１つの入力２７ｂがローレ
ベルとなり、アンド回路３５ｂの出力がローレベルに転
化するのでアンド回路３１．３２の出力がローレ島ルと
なって、」に補正し、同頁第１９行目の「アンド回路３
９Ｃ」を「アンド回路３９ｅ」に補正する。（７）明細書第２２頁第４行目のｒＪＫ型で、」をＵＴ
型で、」に補正し、同頁第５行目のｒＪＫ型の」を「Ｔ
型の」に補正する。（８）明細書第２３頁第２行目の「出力がｊを「出力２
７ａが」に補正する。（９）明細書第２４頁第１５行目の「出力を」を「出力
２７ａを」に補正する。０〔明細書第２５頁第６行目の「出力を」を「出力２７
ａを」と補正し、同頁筒１２行目の「出力を」ヲ「出力
２７ａを」に補正する。 αυ明細書第２７頁第１６行目の「出力と」を「出力２
７ａと」に補正し、同頁第１９行目と第２０打目の間に
次の文章を挿入する。［また、整流回路５１ａ、５１ｂによって直流化された
逆起電力は、ダイオードを介して反転回路５４ａにも入
力されている。反転回路５４Ｈの出力は）、リップフロ
ップ回路５４ｂ・１に入力されている。フリップフロップ回路５４ｂは、計
数回路邸と同様に端子５５ｂの信号によってリセットさ
れ、この時出力端子５３ｂはノ・イレペルにリセットさ
れる。電動機が起動後回転中は反転回路５４１Ｌの出力
はローレベルに保持されるが、急制動又は過負荷によっ
て所定回転数以下になると、逆起電力が小さくなる為に
、反転回路５４ａの出力はハイレベルに転化してフリッ
プフロップ回路５４ｂに入力を与える。立上がりパルス
で動作するフリップフロップ回路５４ｂは、出力が反転
して端子５３ｂはローレベルとなる。この出力端子５３
ｂは第７図の電気回路ｎの出力２７ｂとなっているので
、第７図につき説明したように、起動後に急制動又は過
負荷によって所定回転数以下となると、トランジスタ２
３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄは不導通となり、電機子
コイル１４ａ、１４ｂの供電が断たれ、焼損事故を防止
する。又記号５４ｂで示したフリップフロップ回路は、
１回の入力により出力が反転すればよいので、フリップ
フロップ回路でなく、例えば１ビツトの組数回路でもか
まわない。」０２明細誉第３０頁第１行目の「抵抗５２
」を「抵抗５２ｂ」に補正する。（＋３１明細書第３１頁第１２行目の「発振回路３９に
対する−１を「アンド回路３９ｅの出力をローレベルに
保持することにより、発振回路３９によるフリップフロ
ップ回路３６に対する」に補正する。０４）図面の第７図、第１θ図を別紙の通り補正する。以上。２特許請求の範囲（１１界磁マグネットを回転子とし、固定電機子を備え
、逆起電力を位置検知出力として、該通電群と、……と
サイクリックに順次に通電して、駆動トルクを得る半導
体電動機において、電気スイッチの投入とともに、第１
の通電群に通電し、所定時間後に第２の通電群に通電し
、所定時間後に第３の通電群に通電する第１の通電制御
回路と、逆起電力の電圧の検出回路の出力電圧による前
記したトランジスタの制御を、少なくとも第３の制御群
の通電が開始されるまで抑止する第２の通電制御回路と
より構成されたことを特徴とする逆起電力を位置検知信
号とする半導体電動機。（２）第（１）項記載の特許請求の範囲において、扇型
の偏平々電機子コイルの中央部に固定【、だ円環状の発
誉ツイルを設けて逆起電力検出装置としたことを特徴と
する逆起電力を位置検知信号とする半導体電動機。（３）第（１１項記載の特許請求の範囲において、リッ
ジ回路のｑｏｔ−、ｂｍ崖に挿入された差動増巾回路と
、Ｌ！ジブ９２回路のトランジスタのベース制御を行な
うことにより、１１ｐブリッジ回路の印加電圧を正逆転
する制御回路とより構成され、前記した差動増巾回路の
出力により、それぞれ対応した電機子コイルの逆起電力
を検出することを特徴とする逆起電力を位置検知信号と
する半導体電動機。、１′・１（４）第（１１項記載の特許請求の範囲において、逆起
電力の電圧の検出回路の出力側に、制御入力が・・イレ
ベル若しくはローレベルに変化することにより、前記し
た出力の位相を電気角で１８０度変更する位相制御回路
を挿入して設けたことを特徴とする逆起電力を位置検知
信号とする半導体電動機。により、その後の第４通電群以降の電機子コイルに対す
る通電を遮断するとともに、逆起電力を介する電機子コ
イルの通電制御を開始する通電制御回路とより構成され
たことを特徴とする逆起電力を位置検知信号とする半導
体電動機。（６）第（１）項記載の特許請求の範囲において、れる
電気回路と、電機子コイルの第３通電群の通電により得
られる電気信号により、作動せしめられるスイッチング
素子と、該スイッチング素子を介する前記したノ・イレ
ペルの電気信号により、その後の第４通電群以降の電機
子コイルの通電群の通電を遮断するとともに、逆起電力
を介する電機子コイルの通電制御を開始する通電制御回
路とより構成されたことを特徴とする逆起電力を位置検
知信号とする半導体電動機。（７）第（１）項記載の特許請求の範囲において、正電
圧電源と、電機子コイルの第３通電群の通電により得ら
れる電気信号により作動せしめられるスイッチング素子
と、該スイッチング素子を介する前記した正電圧電源よ
り得られる電気信号により、その後の第４通電源以後の
電機子コイルに対する通電を遮断するとともに、逆起重
力を介する電機子コイルの通電制御を開始する通電制御
回路とより構成されたことを特徴とする逆起電力を位置
検知信号とする半導体電動機。（８）第（６）項記載の特許請求の範囲において、整流
回路の出力を、その出力が消滅した後にも設定時間だけ
保持する時定数回路を設け、該時定数回路を介する電気
信号により第１の通電制御回路を作動することを特徴と
する逆起電力を位置検知信号とする半導体電動機。以上。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）界磁マグネットを回転子とし、固定電機子を備え
、逆起電力を位置検知出力として、該出力により電機子
コイルに直列に接続されたトランジスタを制御し、電機
子コイルの第１の通電群と、第２の通電群、……、とサ
イクリックに順次に通電して、駆動トルクを得る半導体
電動機において、電気スイッチの投入とともに、第１の
通電群に通電し、所定時間後に第２の通電群に通電し、
所定時間後に第３の通電群に通電する第１の通電制御回
路と、逆起電力の電圧の検出回路の出力電圧による前記
したトランジスタの制御を、少なくとも第３の通電群の
通電が開始されるまで抑止する第２の通電制御回路とよ
り構成されたことを特徴とする逆起電力を位置検知信号
とする半導体電動機。
（２）第（１）項記載の特許請求の範囲において、扇型
の偏平な電機子コイルの中央部に固定した円環状の発電
用のコイルを設けて逆起電力検出装置としたことを特徴
とする逆起電力を位置検知信号とする半導体電動機。
（３）第（１）項記載の特許請求の範囲において、トラ
ンジスタ４個により作られた第１のブリッジ回路と、各
相の電機子コイルと３個の抵抗により作られた第２のブ
リッジ回路と、第１のブリッジ回路の対角辺の１つに供
電する直流電源ならびに他の対角辺に挿入された第２の
ブリッジ回路と、第２のブリッジ回路の対角辺に挿入さ
れた差動増巾回路と、第１のブリッジ回路のトランジス
タのベース制御を行なうことにより、第２のブリッジ回
路の印加電圧を正逆転する制御回路とより構成され、前
記した差動増巾回路の出力により、それぞれ対応した電
機子コイルの逆起電力を検出することを特徴とする逆起
電力を位置検知信号とする半導体電動機。
（４）第（１）項記載の特許請求の範囲において、差動
増巾回路の出力側に、制御入力がハイレベル若しくはロ
ーレベルに変化することにより、前記した出力の位相を
電気角で１８０度変更する位相制御回路を挿入して設け
たことを特徴とする逆起電力を位置検知信号とする半導
体電動機。
（５）第（１）項記載の特許請求の範囲において、電機
子コイルの第３通電群の通電により得られる電気信号に
より、その後の第４通電群以降の電機子コイルに対する
通電を遮断するとともに、逆起電力を介する電機子コイ
ルの通電制御を開始する通電制御回路とより構成された
ことを特徴とする逆起電力を位置検知信号とする半導体
電動機。
（６）第（１）項記載の特許請求の範囲において、差動
増巾回路の出力を整流して直流出力とする整流回路と、
該整流回路の出力が設定値を越えたときにハイレベルの
電気信号の得られる電気回路と、電機子コイルの第３通
電群の通電により得られる電気信号により、作動せしめ
られるスイッチング素子と、該スイッチング素子を介す
る前記したハイレベルの電気信号により、その後の第４
通電群以降の電機子コイルの通電群の通電を遮断すると
ともに、逆起電力を介する電機子コイルの通電制御を開
始する通電制御回路とより構成されたことを特徴とする
逆起電力を位置検知信号とする半導体電動機。
（７）第（１）項記載の特許請求の範囲において、正電
圧電源と、電機子コイルの第３通電群の通電により得ら
れる電気信号により作動せしめられるスイッチング素子
と、該スイッチング素子を介する前記した正電圧電源よ
り得られる電気信号により、その後の第４通電群以降の
電機子コイルに対する通電を遮断するとともに、逆起電
力を介する電機子コイルの通電制御を開始する通電制御
回路とより構成されたことを特徴とする逆起電力を位置
検知信号とする半導体電動機。
（８）第（６）項記載の特許請求の範囲において、整流
回路の出力を、その出力が消滅した後にも設定時間だけ
保持する時定数回路を設け、該時定数回路を介する電気
信号により第１の通電制御回路とを作動することを特徴
とする逆起電力を位置検知信号とする半導体電動機。