JPS5836158A - 空心コイルを位置検出器とした半導体電動機 - Google Patents

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】 を検出する手段として発振器に接続された空心コイルを
使用した半導体電動機に関するものである。

一般に界磁磁石回転型の半導体電動機においては、界磁
磁石の磁極位置の検出手段とへして、光学的方法，感磁
性素子による方法、または有鉄心型発振コ，イルのイン
ダクタンス変化検出による方法等が用いられているが、
いずれも素子の位置決めの困難さや、素子配設のための
固有の空間が比較的大きく必要となるため電動機の小型
化にも難点があった。

本発明は上記した欠点を除去し、位置決めが容易で小型
化にも適した半導体電動機を提供するものである。

以下、図面によって本発明の詳細な説明する。

なお、図中同一記号を符したものは同一部材または同一
作用を示す。

第１図は本発明による半導体電動機の断面図である。プ
レス加工された上部筐体夕には軸受ホルダー３が固定さ
れており、該軸受ホルダ−３には軸受コが圧入されてい
る。また、該軸受コには回転軸ｌが回動自在に支承され
ており、該回転軸ｌには、筐体内において磁石保持材９
と、扁平で円環状の界磁磁石７が一体に回転するよう固
着されている。

前記界磁磁石りには着磁面と反対側に第１の磁性材ヨー
ク６が固着されており上面に磁路をつくっている。また
着磁面には着磁極数の半分の歯数を有する導電性非磁性
材からなる位置検出帯ｇが固着されている。該位置検出
帯Ｓはここではアルミニウムを使用している（詳細は第
３図にて述べる）。

下部筐体Ｓは上部筐体ダに嵌挿され中央部にスラスト軸
受／θが配設されていて回転軸／を支承している。また
該下部筐体Ｓは界磁磁石７と空隙を介して第一の磁性材
ヨークとなっており、空隙内には駆動コイルと空心コイ
ルが一体になったコイル群／Ｉが固着されている。

該コイル群／ｌは第２図（α）に詳細を示すように、扇
形をしており、駆動コイル／／一αと空心コイル／／−
ｂが同一の巻枠によって巻回されたものとなっている。

第１図に示す状態は第２図（ロ）におけるＡｊ断面であ
る。

前記駆動コイル／／一６と空心コイルｌ／−Ａは最内周
部にある端子Ｘから巻き始まって中間タップ用の端子Ｙ
，Ｙ・　を導出したのち最外周部よりの端子ｌへと到っ
ている．なお、中間タップ端子Ｙ，Ｙ’　　はこれを撚
り合わせる等の手段で一本としてもかまわない。駆動コ
イル／／一αは駆動電流制御用トランジスタへ接続され
、空心コイル／／−Ａは発振器へ接続される。該発振器
について第ｑ図を用いて説明する。

第ダ図（ａ）に示す回路はコルビッツ発振器であり、コ
ンデンサＣー／，Ｃ−コと空心コイル／／−ｂによって
タンク回路を構成し、トランジスタＱによって駆動され
る周知の回路である。ここで、空心コイル／／一ｂに、
発振中において外部より導電性の部材が接離した場合の
コレクタ波形を示したものが第二図（ｈ）である。該コ
レクタ波形は端子Ｐとアース間の電圧波形であり、時間
の経過に従って導電性部材を接離させたものである。従
って、横軸が時間ｔ，縦軸が電圧Ｖをそれぞれ表わす。

第一図（Ａ）において振幅の１ユ 大きい箇所斡導電性部材が空心コイルから離れている一
状態，振幅の小さい箇所は導電性部材が近接した場合で
ある。これは導電性部材の渦流損失によって空心ジイル
／／−Ａのインダクタンスが変化することによるもので
ある。この現象を利用して界磁磁石Ｓ極に対応して空心
コイルに導電性部材が接離するようにすれば磁極位置が
無接点で検出できることになる。

上記の導電性部材が位置検出帯ざであり、その詳細を第
３図に示す．。

第３図（α）は本実施例に用いている界磁磁石？であり
、図示のようにＮ，Ｓ極交互に等しい開角で磁極に着磁
されている。この場合に、位置検出体Ｓは第３図（Ａ）
のように斜線を施した歯部ｇ−αを磁極数の半分（ここ
で？′ｉコ個）を持つもので、該歯部によって前記空心
コイル／／−Ａをほぼ覆う面積となっている。また歯部
のひとつの開角は界磁磁石のひとつの磁極の開角と同一
（ここでは９０度）となっている。

ところで、第１図からも明らかなように、位置検出帯ざ
の下方に駆動コイルが配設されているため、該位置検出
帯ざによって界磁磁石７の磁路が閉じられないよう該位
置検出帯ｔは導電性ではあっても非磁性材料でなければ
ならない。

したがって、本実施例においてはアルミニウム板を使用
しているものである。

次に本発明による実施例の巻線展開図を第Ｓ図によって
説明する。

位置検出帯ｇの歯部を一α、は図示のように矢印〃方向
に沿って界磁磁石７の磁極が８からＮにかわる境界部を
中心として設けられている。

また、駆動コイルは／／−ａ、ｉλ−α、／、？−ｔＬ
の３個で、それぞれ１２０度ずつ隔てて配設されており
、それぞれの一端は電源正極端子〃に接続され他端は駆
動トランジスタＱ−／、Ｑ−一。

また該トランジスタＱ−／、Ｑ−，２ＩＱ−３のそれぞ
れのエミッタは電源負極端子ユｌに接続され、ベースは
駆動電流制御回路ｑθの出力端に接続されている。該電
流制御回路ｑθの入力端には発振回路を含む位置検出回
路３０よりの出力信号が入力されている。

上記したような構成で、各コイル群と界磁磁石との相対
位置関係が第３図示のような場合における駆動コイルへ
の通電の状態をみると、常時発振状態にある３個の空心
コイルのうち／／　−６は位置検出帯ざの歯部ｔ−αに
よって全く覆われていない状態となっており、他の空心
コイル／２−４　、　／３−４−はその面積の大部分が
覆われており、従って空心コイル／／−／、による発振
器の出力のみ大振幅となって位置検出回路３θの相当端
子より信号が出力され駆動電流制御回路ψによってトラ
ンジスタＱ−／を導通状態とし、駆動コイル／／−αに
は図上に符した矢・印のように電流が流れる。駆動コイ
ル／／−αのトルク発生に寄与すべき有効導体部はいま
ちょうどＮ。

Ｓ極の中央にあり前記した通電によって回転子である界
磁磁石りは矢印り方向へ回転することとなる。次には、
空心コイルｉ、ｙ　−ｂが界磁磁石りと一体となって回
転する位置検出帯ざの歯部ざ−αからの影響を受けなく
なり、駆動コイル／３−αに電流が流れて界磁磁石７の
矢印〃方向への回転を引き継ぎ、その後、駆動コイル／
−−ａへの通電によって回転は持続される。

以上の説明より明らかなように本発明による半導体電動
機は、駆動コイルと位置検出用の空心コイルを一体に巻
回することができるため位置決めが極めて正確になり、
また、駆動コイル内の中空部分内に納まるため電動機の
小型化にも極めて有効である。

次に、空心コイルの発振振幅の変化をより確実に大きく
得るための構成について説明する。

第１図からもわかるように空心コイル／／−Ａは下部筐
体３と接するように構成することも可能であ゛るが、こ
の場合該下部筐体５が導電性であると発振振幅は最初力
ｉら導電性部側の接近によって制限されており、従って
位置検出帯ｇの歯部ざ一αの接近によって受ける影響が
微小となってしまうものである。そこで、予め下部筐体
Ｓとの間に空隙をもたせた構成とすればよく、第２図（
ｈ）にその断面図を示す。記号／／−Ｃは駆動コイルで
、空心コイルｔｔ　−ｃＬは非導電性の巻枠１５　（こ
こではプラスチック）によって下部筐体Ｓと確実に空隙
を介して前記駆動コイル／／−Ｃの中空部分内に固定さ
れている。このような構成にすることによって巻枠／Ｓ
をそのままコイルの下部筐体に対する固定部材とす、る
ことか可能で、巻回径図示のように巻枠／Ｓの中央に設
けられた凹部１５−α内にネジ／Ａによって下部筐体５
に取付けることができる。この方法によって振幅変化を
より大きくすることが可能であるが、さらに下部筐体Ｓ
を粉末鉄心を用いて成形すれば、ヨークとしての特性を
損わずに大きな振幅変化を得ることができる。

第６図に本発明による電動機をファンモータとして用い
た場合の実施例を示す。

磁性材で加工された下部筒体性の中心部には軸受Ｓコが
嵌着されており、該軸受見によって回転軸５１が回動自
在に支承されている。該回転軸５２には磁性材で加工さ
れたファン５６のセンタ一孔が嵌入されて回転軸５１の
頭部に設けられたネジ部へのナラ）５ｑによって上部が
固定されており、また下部はＱ　ＩＪングＳＯ等によっ
て固定されている。

前記ファン５６の下部には界磁磁石５７が固着され、さ
らに該界磁磁石５７の着磁面には非磁性材である位置検
出帯ｓｇが固着されている。空心コイル５ｔと駆動コイ
ルＳ３け前記界磁磁石５７の直下に空隙を介して前記下
部筐体性に固着されている。

上記したような構成とすればファンとヨークを兼用でき
また組立が容易で極めて扁平な形状とすることが可能で
各種機器への取付けも容易である。

以上述べたように、本発明による電動機によれば、冒頭
に述べた目的が達せられ効果著しきものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による実施例の断面図、第二図（α）（
ｂ）はコイル群の詳細図、第３図（α）は界磁磁石の詳
細図、第３図（ｈ）は位置検出帯の詳細図、第４図（α
）は発振回路の回路図、泥ｑ図（ｂ）は発振回路の波形
図、第５図は本発明による実施例の巻線展開図、第６図
は本発明による他の実施例の断面図をそれぞれ示す。 ／、５１・・・回転軸、　　コ、　１０　、３２・・・
軸受、３・・・軸受ホルダー、　　ｑ・・上部筒体、　
　Ｓ。 ＳＳ・・・下部筐体、　　　６・・・ヨーク、　　　り
、５７・・・界磁磁石、　　ｇ、５ｇ・・・位置検出帯
、　　ｇ−α・・・歯部、　　　夕・・・磁石保持材、
　　ｌ／・・・コイル群、　　／／−ａ／／−ｃｔコー
α　／３−ａ５３・・・駆動コイル、　　／／−Ａ　、
　／／−ｄ　、　／２−Ａ。 ／、３−ｂ、’；弘・・・空心コイル、　　１５・・・
巻枠、／乙・・・ネジ、　　コ０，２／・・電源端子、
　　３０・・・位置検出回路、　　ｑｏ・・・駆動電流
制御回路、５６・・・ファン、　　Ｓ９・・・ナツト、
　　　ｃ−ｔ、ｃ−ス　コンデンサ、　　Ｑ、Ｑ　’ｉ
　＋　Ｑ−コ。 Ｑ−，７・・・トランジスタ、　　Ｘ、Ｙ、Ｙ’、ｌ・
・・コイル端子。 特許出願人 弗　ｌ　図 弗　２　図 （α） 第３ （ａ→ 第４ （ａ） 図 （７） 図 （−／ｌ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）回転軸と一体に回転し奔着磁面と反対側に第１の
   磁性材ヨークを固着した多極界磁磁石と、該界磁磁石の
   着磁面に固着された着磁極数の半分の歯数を有する導電
   性非磁性材からなる位置検出帯と、前記界磁磁石の着磁
   面と空隙を介して対向して設けられた第一の磁性材ヨー
   クと、該空隙内で該第−の磁性材ヨークに固着されて設
   けられた複数個の駆動コイルと、該駆動コイルの中空部
   分内に巻回された空心コイルと、該空心コイルを含む発
   振器と、前記駆動コイルの駆動電流を制御する制御回路
   とより構成されたことを特徴とする空心コイルを位置検
   出器とした半導体電動機。 （２）前記駆動コイルと空心コイルは同一の巻枠を使用
   して巻回し、該駆動コイルと空心コイルの境界部より中
   間タップを導出したことを特徴とする特許 コイルを位置検出器とした半導体電動機。 （８）前記空心コイルと前記第２の磁性材ヨークの間に
   空隙を設けたことを特徴とする前記特許請求の範囲第（
   １）項および第（２）項記載の空心コイルを位置検出器
   とした半導体電動機。 （４）前記第／の磁性材ヨークに一体にファンを設けた
   ことを特徴とする前記特許請求の範囲第（１）項第（２
   ）項および第（８）項記載の空心コイルを位置検出器と
   した半導体電動機。 （５）前記位置検出帯の歯部の中心部を前記界磁磁石の
   隣接する磁極の境界部に位置させたことを特徴とする前
   記特許請求の範囲第（１）項記載の空心コイルを位置検
   出器とした半導体電動機。