JPS5854881A - 単相小型同期モ−タ - 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】 本発明は小型交流モータの回転方向の制御回路に関する
ものであり、特に、単相コイル同期モータにおいて、起
動時の回転方向な正逆自由に制御できるモータの回転方
向制御回路に関するものである。

従来、同期モータの回転方向を定める手段として、■様
械的手段によるもの、■シェーディング極によるもの、
■磁極配置によるもの、■コンデンサによるものなどが
ある。しかし、上記機械的手段によるものでは構造が複
雑で騒音があり、しかも摩耗によって信頼１仲が低下す
るという欠点がある。捷だ、シェーディング極によるも
のでは回転方向制御が不完全で、回転がきわめて不安定
になる欠点がある。ｍ極配置によるものでは回転方向か
一方向に固定さねでし唸う欠点かある。さらに、コンデ
ンサによるもので（」−、コイルが２相必要であり、形
状が大きく）Ｉると共にコストも高くなる欠点がある。

本発明の目的は、上記従来の欠点をノ（１イ消して、起
動時の回転方向な正逆自由にかつ確実に制御できるよう
にした小型交流モータの回転方向制御回路を提供するこ
とにある。

本発明の特徴は、起動！）当の回転子の位置をそのＮ、
Ｓの極性の検知ＶＣよって判別し、この判別した極性に
応じて交流電源をその正又は負のサイクルから供給する
に当り、交流電源のメンの時機に拘りなく、必ず最初に
到来する交流重圧の正の半サイクル又ヲ」−迎の半サイ
クルの始めの零小から供給されるようにしたこと［Ｊ、
ろ。

以下、図示の実施例によって本発明を説明する。

１・１図及Ｏ’、４−２図において、外周形状か円筒状
に形成さねたヨークを兼ねた矛１のケース１と、このケ
ースｒＣ被せるようにして固定さＪまた牙２のケース２
と、こわらケース］、２によって形成された円環状空間
に嵌めら、ｌまた単相コイル３とによってモータの固定
子が構成されている。上記ケース１，２の内周縁部は所
定間隔ごとに切除されて、残りの部分がそＪｌそね上方
及び下方に折り曲げられて固定子極１ａ、２ａが形成さ
Ｊｌ、こねら固定子極１ａ、２ａは交互に所定の間隙を
存してか与合うように配置されて固定子の内周に円筒状
の空間４を形成している。この空間４内には、回転周方
向にＮ極とＳ極を交互に着磁してなる円柱状の回転子５
が上記固定子極１ａ、２ａから所定の間隙を存して対向
配設されている。回転子５はその回転軸６が図示さ、）
１ない軸受によって支持されていて、コイル３に交流電
源が通電されることにより、交流電流に同期して回転子
５が回転しうるようにな？ている。回転子５の上面には
、回転子５の磁極に対応して、光の反射面７ａ　　と無
反射面７ｂ　　を交互に形成してなる位置検出板７が固
着さねており、図示の例では回転子５ＯＮ極には反射面
７ａ　　が、Ｓ極には無反射面７ｂ　　が対応させであ
る。位置検出板７の上方には、発光ダイオードとこのダ
イオードから反射しかつ検出板７によって反射された光
を受光するフォトトランジスタからなる検出器８が設け
られている。１・３図に示さねているように、単相コイ
ル３に交流電源の正の半サイクルの電流ｌ十が供給さね
ているときは、上部の固定子極２ａ　　がＮ極に、下部
の固定子磁極］ａ　がＳ極に磁化され、負の半サイクル
の市ｉｆ−が供給さねているときはその逆に磁化さＪす
るようになっている。捷だ、検出器８目−図において左
かわに上部固定子極２ａ　　が、右がわに下部固定子極
１ａ　　が位置するような位置ＧＫ配設さ」１ている。

もっとも、検出器８は、左かわに下部固定子極１ａ　　
か、右がわに上部固定子極２ａ　　か位置するよつｌｉ
−、位置Ｈｖｃ設けてもよい。

次に、上記の如く構成さ」′］たモータの回転方向制往
１回路について説明する。謁・１図［Ｊｊへ・て交流電
源１０は電源スィッチ１１を介して直流市況回路１２と
正のトリガーモード回路１３と駆動回路１５に加えらね
るようになっており、直流電源回路１２の直流出力は正
のトリガーモード回路１３と負のトリガーモード回路１
４と検出回路１６に加えら′ｉ］るようにな５− っている。土肥正のトリガーモード回路１３はスイッチ
１１をオンにした時機如何に拘りなく、オンにしたあと
最初に到来する交流電源の正の半サイクルの始めに立上
がり、こわをスイッチ月がオフになる寸で維持するよう
になっており、寸だ、負のトリガーモード回［１４は正
のトリガーモード回路１３　　からの信号を受けて、正
のサイクルに続く負のサイクルの始めに立ち上がり、ス
イッチ１１かオフになるまで維持するようになっている
。検出回路１６　　は検出器８からの１１」又は「０」
の信号を受けて出力端子Ｃａ、Ｑに１１」、「０」の信
号を出力するようになっており、上記小力端子Ｑ、Ｑの
出力信号は一組の回転方向切換スイッチ１８を介してト
リガーモード切換回路］７の入力端子Ｒ，Ｓに加えられ
るようになっている。トリガーモード切換回路１７は、
正のトリガーモード回路１３及び負のトリガーモード回
路１４からの信号を受けて、切換スイッチ１８の切換態
様に応じ、かつ、検出回路１６　　からの回転子位置検
出信号に応じて駆動回路１５　　の動作開始タイミング
を制御し、１ず最初に６− 交流電源の正の半サイクルを前記単相コイル３（／ｉ″
供給すべきか又は負の半サイクルを供給すべきかを判断
して駆動回路１５を作ｍ１させ、以後、正負二つのトリ
ガーモード回路１３，１．／Ｉがらの信号に基づき正負
の半サイクルごとに交互に１駆動回路１５を作動させ、
もってスイッチ１８のり月俯態（娘に応じた方向に回転
させるようにブ、「っている。

上記回転方向制御回Ｉｌ￥ｉは具体的にはぢ・５図のよ
うに構成されている。１・５図において、ｉトのトリガ
ーモード回路１３ば、交流電源１（）を分圧する抵抗Ｒ
４、Ｒ２と、この分圧さ、ｈた′市ＦＦケベース入力と
してメン、オフ動作するトランジスタｉ’ｒ４と、この
Ｉ・ランジスタＴｒ４カメンのときの信号を多少遅延さ
せるための抵抗Ｒ３とコンデンサＣ１とでなる遅延回路
と、この遅延回路による遅延信号をゲート入力として交
流電源１０からの交流イ召号のうち最初の止の半サイク
ルによりターンメンするサイリスタ５ＣＲ４と、このサ
イリスタ５ＣＲ１のターンオンによってターンメンし、
その時小がら直流電源１２に基き「１」の信号を出力す
るサイリスタ５ＣＲ２とを有している。−１だ、負のト
リガーモード回路１４は、正のトリガーモード回路１３
におけるサイリスタＳＣＲｉ　　の交流出力信号をベー
ス入力としてメン・オフし、上記正のトリガーモード回
路１３　　Ｋおけるサイリスタ５ＣＲ２の直流出力信号
をオン・メンするトランジスタＴｒ２と、このトランジ
スタの出力信号をゲート入力としてターンオンしてその
時小から直流電源１２に基づき「１」の信号を出力する
サイリスタ５ＣＲ３を有している。捷だ、発光ダイオー
ドＬＤ　　とフォトトランジスタＦＴで７．ｒ、る検出
器８は、〕・２図のように検出板７の反射部に対向して
いるときはフォトトランジスタＦＴがオンになって１０
」の信号が出力され、捷だ、検出器８が検出板７の無反
射部７ｂ　　Ｋ対向しているときはフォトトランジスタ
ＦＴ　かオフとなってｒｌＪの信号が出力されるように
なっている。検出回路１６は、検出器８におけるフォト
トランジスタＦＴ　の出力が１１」のときにメンになっ
て１０」の信号を出力するトランジスタＴｒ３と、この
トランジスタの出力が１０」のときにオフとノＩつて「
１」の信号を出力するトランジスタＴｒ４を有している
。検出回路］（３ＶＣおけるトランジスタＴｒ３の出力
信号は回転方向切換スイッチ１８における一方の切換接
点１８ｂのコモンｌｌＫ、ｔた。トランジスタ’ｌ’ｒ
４４）出力信号は他方の切換接小１．８ａθ）コモン接
小にそねぞ」１接続さ」１ている。トリガーモード切換
回路１７ハトランジスタＴｒ５とトランジスタＴｒ６と
を有してなり、Ｉ４１ｉ、ｌ紀切換接、’ｕ１８ａ、１
８ｂがそわぞね固臓接点Ｘがわに！；Ｉ］換えらねてい
るときは前記トランジスタＴｒ３の１１′・力信号がト
ランジスタＴｒ６のベースに加えら牙すると共にトラン
ジスタＴｒ４の出力信号かトランジスタＴｒ５のベース
にそわぞれ加えられるよう［／ｊっており、切換接７ｐ
１８ａ、１８ｂが固定接７壱Ｙがわに切換えられている
ときは逆にトランジスタＴｒ３の出力かトランジスタＴ
ｒ５のベースに、トランジスタＴｒ４の出力がトランジ
スタＴｒ６のベースにそ才１ぞわ加えられるようになっ
ている。トリガーモード切換回路１７内のトランジスタ
Ｔｒ５はこわかメンにｔＪることによって前記サイリス
タ５ＣＲ２からの直流出力信号を通９− 過させてこねを駆動回路１５を構成するトライアック１
５ａのゲートに加えるようになっており、また。

トランジスタＴｒ６はこわがオンになることによって前
ａＣザイリスタ５ＣＲ３からの直流出力信号を通過させ
てこわを＠紀トライアック１５ａのゲートに加えるよう
Ｋなっている。トライアック］、５ａはターンオンする
ことにまり前記モータの単相コイル３に交流電源を供給
するようになっている。

次に上記回転制御回路の動作を説明する。スイッチ１１
をオンにすることにより電源１２から所定の直流電源が
伊：給され、こねによって検知器８内の発光ダイスート
ＬＤ　が小町すると共にフォトトランジスタＦＴ　が検
知板７からの反射光の検知動作を開始する。交流電源１
０は抵抗Ｒ１、Ｒ２によって分圧さね、この分圧信号ａ
はトランジスタＴｒ１のベースに入力さねろ（ｊ・６図
のａ参照）。トランジスタＴｒ１は交流信号の正の半サ
イクルの間だけオンしてメンの間だけ「０」の信号を出
力するが。

実際には電圧ＶＢ、が必要なため、１・６図すに示され
ているように、正の半サイクルの終りの僅か前１０− で立ち上がり、正の半サイクルの始寸りから僅かに遅ね
て立ち下がる結果、「０」の信号幅が狭ハなり、「１」
の信号幅かツムくなる。トランジスタＴｒ１の信号すは
抵抗Ｒ３とコンテンツＣ１でなる遅延回路に入力さ」１
て矛３図のｃＫ示さ、１１ているように信号の立ち上が
りのタイミングか△ｔだけ遅延させらＪｌてサイリスタ
ＳＣＲ，のゲートに入力される。このサイリスタＳＣＲ
，のゲート入力とアノード・カンード間に加えら」する
交流電源とのタイミングは、〕・６図のＣとａで・明ら
かなように、信号Ｃが「１」の間に交流電飾の止の半サ
イクルが始捷るから、サイリスタＳＣＲ，は止の半サイ
クルｍにターンメンし、その出力信号ｄは牙６図のｄに
示されているように、スイッチＨのメンによって入力す
る交流市′源の止及び狛の半サイクルのうち必ず正の半
サイクルの始寸りの零点から開始し、正の半サイクルの
終りの零、白で終るようにな、１・ご っている。なお、抵抗Ｒ３とコンテンツＣ１でなる遅延
回路を設けたのは、前述のよ５Ｋ）ランジスタＴｒ１か
動作するＫはＶ［１Ｂが必要で、１・６図すのようにト
ランジスタＴｒ１の立ち上がりが早く、立ち下がりが遅
くなることから、この信号すをその−１：′！、サイリ
スタ５ＣＲ１に加えたのでは、矛６図のｄ′で示さ、１
１ているように、サイリスタ５ＣＲ４が交流電源の正の
半サイクルの終り近くでターンオンすることになって、
回転制御が不安定となるから、こわを回避するためであ
る。サイリスタＳＣＲ。

の出力ｄはサイリスタ５ＣＲ２のゲー）［加えられる。

サイリスタ５ＣＲ２のアノード・カンード間には直流電
源１２か加えらねているから、サイリスタ５ＣＲ２は信
号ｄの最初の正の半サイクル開始と同時にターンメンし
てこわを維持し、その出力信号は１７６図のｅのように
「１」となってこわが持続される。

負のトリガーモード回路１４におけろトランジスタＴｒ
２のベースにはサイリスタＳＣＲ４の出力信号ｄが加え
られるから、トランジスタＴｒ２は信号ｄの正の半サイ
クルの開始と同時にメン［／ｆす、信号ｄか零レベルに
なるとオフになり、その出力信号ｆは１・６図のｆに示
されているように、トランジスタＴｒ２がオフの間は「
１」となる。もっともこの場合もトランジスタＴｒ２の
動作にはＶＢＥが必要プＩため、オンのタイミングが遅
ね、オフのタイミングが早くなり、よって、トランジス
タＴｒ２の出力信号、ｆはＡ−６図のｆのよ５に、ｒＯ
Ｊの信号幅よりも「１」の信号幅が広＜／ｆ′る。この
信号ｆはサイリスタＳＣＲ３のゲートに加えら、ｌする
。サイリスタ５ＣＲ３のアノード・カンード間には直流
電源１２が加えらねているから、サイリスタ５ＣＲ３は
信号ｆの最初の立ち上がりと共にターンオンしてそのｉ
ｔ維持し、その結果サイリスタ５ＣＲ３の出力信号ｇは
矛６図のｇ［示さ牙１ているように、交流電源の負の半
サイクルの開始に陥同期して自」となりこわを持続する
。従って、正のトリガーモード回路１３の出力信号ｅと
貝のトリガ−モード回路１４θＮＢ力信号ｇとを比較す
Ｊｌば、信号ｇは信号ｅＫ対して交流電源の略半すイク
ル分だけ遅ねるようにたつでいろ。もっとも、交流？Ｄ
源のザイクルに同１ｔＩＩするものであわば、信号ｇを
信＋３ｅに対して半ザイクル分だけ早めるようにしても
赤し支１３− えない。

いま、牙７図に示されているように、検知器８が、回転
子５のＳ極に対応して投げらねた無反射部７ｂ　　Ｋ対
向しているものとすると、検知器８のフォトトランジス
タはオフになっており、その出力信号りは「１」になっ
ている。この「１」の信号は検出回路〕６内のトランジ
スタＴｒ３のベースに加えられてトランジスタＴｒ３を
メンにし、その出力を「０」にする。この「０」の信号
はトランジスタＴｒ４のベースに加えられてトランジス
タＴｒ４をオフにし、その出力を「１」にする。捷だ、
回転方向切換スイッチ１８の各接点がＸがわを選択して
いるものとすると、検出回路１６の出力Ｑたるトランジ
スタＴｒ３の出力信号はトリガ−モード切換回路１７０
入力信号ＳとしてトランジスタＴｒ６のベースに加えら
Ｊｌ、丑た、検出回路１６の出力ＱたるトランジスタＴ
ｒ４の出力信号はトリガ−モード切換回路１７０入力信
号ＲとしてトランジスタＴｒ５０ベースに加えらねる。

捷だ、トランジスタＴｒ６のコレクタには前記負のトリ
ガーモード回路１４の出１４− 力信号ｇが加えら」１、トランジスタＴｒ６のコレクタ
には正のトリガーモード回路１：３の出力信号ｅが加え
られている。トランジスタＴ１−５はそのベースに信号
ｅの立ち上がりに同期して立ち上がる信号Ｑが加えら」
することによりメンｆノ、「す、トランジスタＴｒ５の
出力信号はザイリスタ５ＣＲ２の出力、即ち、正のトリ
ガーモード回路１：３の出力信号ｅと同じｖｃ′Ｉｆ′
る。このトランジスタＴｒ５の１］８力によって駆動回
路１５内のトライアック１５ａがターンオンされ、トラ
イアック］５ａを介してモータの単相コイル３に交流箱
′源か（１１給されろ３、この交流電源は、信号ｅの立
ち上がりに同１（１，Ｉ　して供給か開始さＪするから
、１７６図のＥｌ　　で示さＪｌているよ５に、交流の
正の半サイクルの開始時点から（Ｊｔ’給が１ｊｉ−ｌ
始さ牙することになる。そして５止の半サイクルにおい
ては１・７図に示さ牙１ているように、一方の固定子極
２ａ　がＮ極に、他方の固定子極ｆ”−ｆ　ａ　　がＳ
極ｒ　（Ｂ化さ７１するから、回転子５Ｖｃは１１７図
において左かわに向うトルクが作用して回１１Ｖ、子５
ばＣＣＷ方向に回転する。回転子５かＣＣＷ方向ニ４５
°回転すると、１・８図に示さＪｌているように、検知
器８は回転子５のＮ極に対応した位置、従って５位置検
出板７の反射部７ａ　　と対向することになり、フォト
トランジスタＦＴ　　が反射光を受光してオンとなり、
その出力が「０」に反転する。その結果、検出回路１６
　　の出力ＱはｒｌＪ、Ｑはｌ’−ＯＪ、トリガーモー
ド切換回路１７の入力Ｓはｒｌ、Ｊ、Ｒは「０」となっ
てトランジスタＴｒ５がオフ、トランジスタＴｒ６がメ
ンとなり、トランジスタＴｒ６を介して狛のトリガーモ
ード回路１４の出力がトライアック１５ａに加えられて
トライアック１５ａを引き続きターンメンさせて交流電
源の負の半サイクルを単相コイル３に供給する。これに
より、３・８図に示さ、１１ているように、一方の固定
子極２ａ　　がＳ極に。

他方の固定子極１ａ　　かＮ極に磁化さねて矛７図の場
合と逆になり、引き続き回転子５には牙８図において左
の方に向うトルクが作用し、　ＣＣＷ方向に回転する。

以後回転子５が４５°回転するごとに上記の動作を繰り
返し、単相コイル３には３・６図のＥｌ　　のよう／Ｉ
交流電源が供給されることになり、この交流電流に同ｊ
υ」してＣＣＷ方向に回転ｌ〜続ける。

次に５回転方向切換スイッチ１８を接点Ｙがわに切換え
た場合について説明する。いｔｌ、（＝９図に示されて
いるように、検知器８が回転子５のＳ極に対向している
ものとすると、検知器８は検出板７の無反射部７ｂ　　
と対向していることになるから。

フォトトランジスタＦＴ　　はスフとなり、（炙出回路
１６　　の出力ＱＩＴ　ｒＯＪ　、Ｑは［−１」となり
、トリガーモード切換回路１７の人力Ｓば１−ＩＪ、Ｅ
ｌ；１「０」と／ＩっでトランジスタＴｒ６がえン、ト
ランジスタＴｒ５がオフと／、する。トランジスタＴｒ
５がオンとなるタイミングは負のトリガーモード回路１
４の出力信号ｇの立ち上かりと同ｊυＪしていて、交流
電源の負の半サイクルの開始と１ｌｌｉ、同ｊυ］して
いるから、トランジスタＴｒ６のオンによってトライア
ック１５ａがターンメンさせられるタイミングも交流電
源の負の半サイクルの開始と略同期し、単相コイル３Ｖ
ｃは３７６図の１・】２　　で示さねているように交流
の負の半サイクルの開始と同時にこの負の半サイクルが
供給される。その結朱牙９図に示さ」１て１７− いるよつｖｃ、固定子極２ａｆＪ”Ｓ極、固定子極１ａ
がＮ極に磁化さね、回転子５は逆転方向ＣＷに回転駆動
される。こうして回転子５が４５°逆転すると、検知器
８の位置検知動作に基づき検出回路１６の出力信号が逆
転し、トリカーモード切換回路１７内のトランジスタＴ
ｒ５がメンになることによって、駆動回路１５内のトラ
イアック１．５ａを引き続きターンオンさせ、トライア
ック１５ａを介して供給される交流の正の半サイクルに
よって、１月０図のように固定子極の磁化が逆転し、回
転子５は引き続き逆転方向ＣＷＩ／？回転する。こりよ
’５Ｋして回転子が４５°Ｊ゛つ回転する旬に上記の動
作を繰り返えし。

単相コイル３には矛６図のＥ２　　のような交流電流が
加えられ、逆転動作を持続する。

以上述べた正転・逆転動作は、スイッチ１１かオンにな
っている間は正のトリガーモード回路１３のトリガーモ
ート出力信号ｅ及び負のトリガーモード回路１４のトリ
ガーモード出力信号ｇ　７１１’−維持されるから、そ
の間持続され、スイッチ１１のスフによって回転が停止
する。

＝１８− 本発明によｌｆ′Ｉげ、次のような効果を奏する。

（１）起動時の回転子位置に関係なく、単に回転方向切
換スイッチの切換えだけで自由に回転方向を切換えるこ
とができる３、 （２）機械的ノｒ切換機構がないため、構造がきわめて
簡単で信頼性が高く、回転方向の制御に不安定さがなく
、完全な切換制御ｉｔ［＋を行なうことができる。

（３）　　モータのコイルは単相コイルでよく、モータ
自体の（イ４造かきわめて簡単であり、形状も小さく、
生産コストも著しく低減することができる。

（４）　　総て電気回路によって制御するようにｌｆっ
でいるから、適宜のプログラム装置と和り一合わぜるこ
とにより、ゴ・め設定したプログラムに応じて停止、再
起動、正転、逆転を自由に制御１することかできるし、
斗だ、所定のプログラムを何回でも繰り返えすようにす
ることもできる。

（５）検出器をエンコーダとして使用１し、モータに伺
随する他の装置、例えｄｊ梢Ｗ１′移動装楠などを１ｆ
ｆｌＪ　ｉ即するようにすることもできる。

なお、本発明に用いる交流霜′源は、正弦波交流ばかり
でなく、方形波その他のあらゆる交流電源を用いること
ができる。検出器は光学的なもののほかポール素子、磁
気抵抗素子等を用いた磁気的なもので・もよく、そのほ
か、要するに回転子の極性を判別できろ手段であわば何
でもよい。捷だ、負のトリガーモード回路１４の入力部
にも、正のトリガーモード回路１３に見られるような遅
延回路を設けても」こい。

【図面の簡単な説明】

３・１図は本発明のモータの機械的構成部分の実、、施
例な示す縦断面図、牙２図は同上平面図、１−３図は同
上機械的構成部におけろコイルに供給される電流と固定
子極の磁化作用との関係を示す展開図、１・４図は本発
明に用いらねる霜気的制御回路の例を示すブロック図、
〕・５図は同上制御回路の具体例を示す回路図、牙６図
は同上制御回路の動作を説明するためのタイミングチャ
ート、１７７図乃至矛１０図は本発明の詳細な説明する
ために回転子と検出器と固定子極との関係を簡略化１−
て示す展開図である。 ｌａ、　　２ａ・・・固定子俸、３・・・単相コイル、
５・・・回転子５７・・・位置検出板、７ａ山反射部、
７ｂ・・・無反射部、８・・・検出器、１０・・交流電
源、１１山スイツチ、１２・・・直流電源、１３・・・
正のトリガーモード回路、１４・・・負のトリガーモー
ド回路、１５・・・駆動回路、１６・・・検出回路、１
７・・・トリガーモード切換回路、１８山回転方向切候
スイッチ。 ２１　− 手続補正書（師）　　　６ 昭和５７年９　月７０日 １　事件の表示 昭和５６年　特　許　　願第１５１４７５号２　発明の
名称 単相小型同期モータ ３　補正をする者 事件との関係　　　　　　　　　　特許出願人名称（氏
名）　　　（２２３）株式会社　三協精機製作所４代理
人〒１５６ 住　　　所　東京都世田谷区桜丘２丁目６番２８号電話
０３　（４２８）　５　！　０６ ５　補正の対象　　明細舎の１発明の名称」、［特許請
求の範囲一１、「発明の詳細な説明」及び「図面の簡単
な説明−１の欄 補正の自答 別紙の通り明細相の全文を改める。 明　　　細　　　書（全文訂正） 発明の名称　単相小型同期モータ 特許請求の範囲 １回転周方向にＮ、Ｓ極を交互に着磁配設した回転子と
、との回転子に空隙を介して対向配設し単相コイルを巻
回した固定子とを備えた単相小型同期モータにおいて、
上記回転子の磁極位置を検知する検知手段と、この検知
手段により検知された磁極位置と所望の回転方向とから
手記単相コイルに供給する交流電源の供給開始サイクル
を正又は負のいずれかとする選択手段と、この選択手段
により選択されたサイクルの始め付近から上記単相コイ
ルへ交流電、源の供給を開始する電源供給手段とを備メ
、上記回転子をその停止位置にかかわらず所望の回転方
向に起動回転させてなる単相小型同期モータ。 発明の詳細な説明 本発明は小型同期モータの回転方向の制御回路に関する
ものであり、特に、単相コイル同期モータにおいて、起
動時の回転方向を正逆自由に制御できるモ〜りの回転方
向制御回路に関するものである。 従来、同期モータの回転方向を定める手段として、■機
械的手段によるもの、■シェーディング極によるもの、
■磁極配置によるもの、■コンデンサによるものなどが
を）る。しかし、上記機械的手段によるものでは構造が
複雑で騒音があり、しかも摩耗によって信頼性が低下す
るという欠点がある。また、シェーディング便によるも
のでは回転方向制御が不完全で、回転がきわめて不安定
になる欠点がある。磁極配置によるものでは回転方向が
一方向に固定されてしまう欠点がある。さらに、コンデ
ン→ノーによるものでは、コイルが２相必要であり、形
状が大きくガると共にコストも高くなる欠点がある。 本発明の目的は、上記従来の欠点を解消して、起動時の
回転方向を正逆自由にかつ確実に制御できるようにした
単相小型同期モータの回転方向制御回路を提供すること
にある。 本発明の特徴は、起動時の回転子の位置をそのＮ、Ｓの
極性の検知によって判別し、この判別した極性に応じて
交流電源をその正又は負のサイクルから供給するに当り
、交流電源のオンの時機に拘りなく、その起動方向に対
応させて交流電圧の正の半サイクル又は負の半サイクル
の始めの零点付近から交流電源を供給するようにしたこ
とにある。 以下。図示の実施例によって本発明を説明する。 第１図及び第２図において、外周形状が円筒状に形成さ
れたヨークを兼ねた第１のケース１と、このケースに被
せるようにして固定された第２のケース２と、これらケ
ース１．２によって形成されだ円環状空間に嵌められた
単相コイル３とによってモータの固定子が構成されてい
る。上記ケース１．２の内周縁部は所定間隔ごとに切除
されて、残りの部分がそれぞれ上方及び下方に折り曲げ
られて固定子極１ａ、２ａが形成され、これら固定子極
１ａ、２ａは交互に所定の間隙を存してかみ合うように
配置されて固定子の内周に円筒状の空間４を形成してい
る。この空間４内には、回転周方向にＮ極とＳ極を交互
に着磁してなる円柱状の回転子５が上記固定子極１ａ、
２ａから所定の間隙を存して対向配設されている。回転
子５はその回転軸６が図示されない軸受によって支持さ
れていて、コイル３に交流電源が通電されることにより
、交流電流に同期して回転子５が回転しうるように々っ
ている。回転子５の上面には、回転子５の磁極に対応し
て、光の反射面７ａと無反射面７ｂを交互に形成してな
る位置検出板７が固着されており、図示の例では回転子
５のＮ極には反射面７ａが、Ｓ極には無反射面７ｂが対
応させである。位置検出板７の」一方には、発光ダイオ
ードとこのダイオードから反射しかつ検出板７によって
反射された光を受光するフォトトランジスタ ８が設けられている。この検出器８と位置検出板７とで
磁極位置を検知する検知手段が構成されている。第３図
に示されている」：うに、単相コイル３に交流電源の正
の半サイクルの電流１＋が供給されているときは、」二
部の固定子極２ａがＮ極に、下部の固定子磁極１ａがＳ
極に磁化され、負の半サイクルの電流ｉ−が供給されて
いるときはその逆に磁化されるようになっている。また
、検出器８は図において左がわに上部固定子極２ａが、
右がわに下部固定子極１ａが位置するような位置Ｇに配
設されている。もっとも、検出器８は、左がわに下部固
定子極１ａが、右がわに上部固定子極２ａが位置するよ
う々位置Ｈに設けてもよい。 次に、上記の如く構成されたモータの回転方向制御回路
について説明する。第４図において交流電源１０は電源
スィッチ１１を介して直流電源回路１２と正のトリガー
モード回路１３と駆動回路１５に加えられるようになっ
ており、直流電源回路１２の直流出力は正のトリガーモ
ード回路１３と負のトリガーモード回路１４と検出回路
１６に加えられるようになっている。上記圧のトリガー
モード回路１３はスイッチ１１をオンにした時機如伺に
拘りなく、オンにしたあと最初に到来する交流電源の正
の半サイクルの始めに立上がり、これをスイッチ１１が
オフになるまで維持するようになっており、まだ、負の
トリガーモード回路１４は正のトリガーモード回路１３
からの信号を受けて、正の半サイクルに続く負の半サイ
クルの始めに立ち上がシ、スイッチ１１がオフになる壕
で維持するようになっている。検出回路１６は検出器８
からの「１」又は「０」の信号を受けて出力端子Ｑ，Ｑ
に「１」、「０」の信号を出力するようになっており、
上記出力端子Ｑ、°Ｑの出力信号は一組の回転方向切換
スイッチ１８を介してトリガーモード切換回路１７の入
力端子Ｒ，Ｓに加えられるようになっている。ここで、
検出回路１６と切換スイッチ１８とは、単相コイル３に
供給する電源の供給開始サイクルを正又は負のいずれか
とする選択手段を構成している。トリガーモード切換回
路１７は、正のトリガーモード回路１３及び負のトリガ
ーモード回路１４からの信号を受けて、上記選択手段に
より選択されたサイクルの始め付近から単相コイル３へ
交流電源１０を供給するように駆動回路１５の動作開始
タイミングを制御している。まず最初に交流電源の正の
半サイクル又は負の半サイクルを」−記選択手段の選択
結果に基づき単相コイル３に供給すべく駆動回路１５を
作動させ、以後、正負二つのトリガーモード回路１３１
４からの信号に基づき正負の半サイクルごとに交互に駆
動回路１５を作動させ、もってスイッチ１８の切換態様
に応じた方向に回転させるようになっている。ここで、
トリガーモード回路１３．１４、駆動回路１５及びトリ
ガーモード切換回路１７は上記選択手段により選択され
たサイクルの始め付近から単相コイル３へ交流電源１０
を供給する電源供給手段を構成している。 上記回転方向制御回路は具体的には第５図のように構成
されている。第５図において、正のトリガーモード回路
１３は、交流電源１０を分圧する抵抗Ｒ１、Ｒ２と、こ
の分圧された電圧をベース入力としてオン、オフ動作す
るトランジスタＴｒ、ト、このトランジスタＴｒ、がオ
ンのときの信号を多少遅延させるだめの抵抗Ｒ３とコン
デンサＣ３とでなる遅延回路と、この遅延回路による遅
延信号をゲート入力として交流電源１０からの交流信号
のうち最初の正の半サイクルによりターンオンするサイ
リスタＳＣＲ，と、このサイリスタＳＣＲ，の夕〜ンオ
ンによって夕〜ンオンし、その時点から直流電源１２に
基き「１」の倍旧を出力するサイリスタ５ＣＲ２とを有
している。丑だ、負のトリガーモード回路１４は、正の
トリガーモード回路１３におけるサイリスタＳＣＲ，の
交流出力信号をベース入力としてオン・オフし、」二記
正のトリガーモード回路１３におけるサイリスタ５ＣＲ
２の直流出力信号をオン・オフするトランジスタＴｒ２
と、このトランジスタの出力信号をゲート入力としてタ
ーンオンしてその時点から直流電源１２に基づき「１」
の信号を出力するサイリスタ５ＣＴ（３を有している。 また、発光ダイオードＬＤと）Ａ１トランジスタＦＴで
なる検出器８は、第２図のように検出板７の反射部７ａ
に対向しているときはフォトトランジスタＦＴがオンに
寿って「０」の信号が出力され、また、検出器８が検出
板７の無反射部７ｂに対向しているときはフォトトラン
ジスタＦＴがオフと々っで「１」の信号が出力されるよ
うになっている。検出回路１６は、検出器８におけるフ
ォトトランジスタＦ’Ｔの出力が「１」のときにオンに
なって「０」の信号を出力するトランジスタＴｒ３と、
このトランジスタの出力が「ｏ」のときにオフと々って
「１」の信号を出力するトランジスタＴｒ、を有してい
る。検出回路１６におけるトランジスタＴｒ３の出力信
号は回転方向切換スイッチ１８における一方の切換接点
１８ｂのコモン接点に、！た、トランジスタＴｒ、の出
力信号は他方の切換接点１８ａのコモン接点にそれぞれ
接続されている。トリガーモード切換回路１７けトラン
ジスタＴｒ、とトランジスタＴｒ、とを有してなり、前
記切換接点１８ａ、１８ｂがそれぞれ固定接点Ｘがわに
切換えられているときは前記トランジスタＴｒ３の出力
信号がトランジスタＴｒ６のベースに加、ｔられると共
にトランジスタＴｒ４の出力信号がトランジスタＴｒ、
のベースにそれぞれ加えられるようになっておシ、切換
接点１８ａ、１８ｂが固定接点Ｙがわに切換えられてい
るときは逆にトランジスタＴｒ３の出力がトランジスタ
Ｔｒ、のベースに、トランジスタＴｒ４の出力がトラン
ジスタＴｒ、のベースにそれぞれ加えられるように々っ
ている。トリガーモード切換回路１７内のトランジスタ
Ｔｒ６はこれがオンになることによって前記サイリスタ
５ＣＲ２からの直流出力信号を通過させてこれを駆動回
路１５を構成するトライアック１５ａのゲートに加える
ようになっており、また、トランジスタＴｒ、はこれが
オンになることによって前記サイリスタ５ＣＲ３からの
直流出力信号を通過させてこれを前記トライアック１５
ａのゲートに加える」二うになっている。 トライアック１５ａはターンオンすることに」二り前記
モータの単相コイル３に交流電源を供給するようになっ
ている。 次に上記回転制御回路の動作を説明する。スイッチ１１
をオンにすることにより電源１２から所定の直流電源が
供給され、これによって検知器８内の発光ダイオードＬ
Ｄが点灯すると共にフォトトランジスタＦＴが検知板７
からの反射光の検知動作を開始する。交流電源１０は抵
抗Ｒ，，Ｒ２によって分圧され、この分圧信号ａけトラ
ンジスタＴｒ１のベースに入力される（第６図のａ参照
）。 トランジスタＴｒ、は交流信号の正の半サイクルの間だ
けオンしてオンの間だけ「ｏ」の信号を出力するが、実
際には電圧ＶＢＫが必要なだめ、第６図すに示されてい
るように、正の半サイクルの終りの僅か前で立ち」−か
り、正の半サイクルの始まりから僅かに遅れて立ち下が
る結果、「Ｏ」の信号幅が狭くなり、「１」の信号幅が
広く々る。トランジスタＴｒ１の信号すは抵抗Ｒ３とコ
ンデンサＣＩで々る遅延回路に入力されて第６図のＣに
示されているように信号の立ち上がりのタイミングが△
ｔだけ遅延させられてサイリスタＳＣＲ，のゲートに入
力される。このサイリスタＳＣＲ，のゲート入力とアノ
ード・カソード間に加えられる交流電源とのタイミング
は、第６図のＣとａで明らかなように、信号Ｃが「１」
の間に交流電源の正の半サイクルが始まるから、サイリ
スタＳＣＲ，は正の半サイクル毎にターンオンし、その
出力信号ｄは第６図のｄに示されているように、スイッ
チ１１のオンによって入力する交流電源の正及び負の半
サイクルのうち必ず正の半サイクルの始まりの零点から
開始し、正の半サイクルの終りの零点で終るように々っ
ている。なお、抵抗Ｒ３とコンデンサＣ１で々る遅延回
路を設けたのは、前述のようにトランジスタＴｒ、が動
作するにはＶＢＥが必要で、第６図すのようにトランジ
スタＴｒ１の立ち」二がりが早く、立ち下がりが遅くな
ることから、この信号すをそのま壕ザイリスタＳＣＲ，
に加えたのでは、第６図のｄ′で示されているように、
サイリスタ５ＣＲＩ　、６ｉ交流電源の正の半サイクル
の終り近くでターンオンすることになって、回転制御が
不安定と々るから、これを回避するためである。サイリ
スタＳ　ＣＲｒの出力ｄはサイリスタ５ＣＲ２のゲート
に加えられる。サイリスタ５ＣＲ２のアノード・カソー
ド間には直流電源１２が加えられているから、サイリス
タ５ＣＲ２は信号ｄの最初の正の半サイクル開始と同時
にターンオンしてこれをＭ１持し、その出力信号は第６
図のｅのように「１」となってこれが持続される。 負のトリガーモード回路１４におけるトランジスタＴｒ
２のベースにはサイリスタＳＣＲ，の出力信号ｄが加え
られるから、トランジスタＴｒ２は信号ｄの正の半サイ
クルの開始と同時にオンに々す、信号ｄが零レベルにな
るとオフになり、その出力信号ｆは第６図のｆに示され
ているように、トランジスタＴｒ２がオフの間は「１」
と々る。もっともこの場合もトランジスタＴｒ２の動作
にはＶＢＢが必要々ため、Ｉ・ランジスタＴｒ２のオン
のタイミングが遅れ、オフのタイミングが早くなり、よ
って、トランジスタＴｒ２のオンオフ動作による出力信
号ｆは第６図のｆのように、ｒＯＪの信号幅よシも「１
」の信号幅が広くなる。この信号ｆはサイリスタ５ＣＲ
３のゲートに加えられる。サイリスタ５ＣＲ３のアノー
ド・カソード間には直流電源１２が加えられているから
、サイリスタ５ＣＲ３は信号ｆの最初の立ち上がりと共
にターンオンしてそのまま維持し、その結果サイリスタ
５ＣＲ３の出力信号ｇは第６図のｇに示されているよう
に、交流電源の負の半サイクルの開始に略同期して「１
」となりこれを持続する。従って、正のトリガーモード
回路１３の出力信号ｅと負のトリガーモード回路１４の
出力信号ｇとを比較すれば、信号ｇは信号ｅに対して交
流電源の略半すイクル分だけ遅れるように々っている。 もっとも、交流電源のサイクルに同期するものであれば
、信号ｇを信号ｅに対して半サイクル分だけ早めるよう
にしても差し支えない。 い捷、第７図に示されているように、検知器８が、回転
子５のＳ極に対応して設けられた無反射部７ｂに対向し
ているものとすると、検知器８のフォトトランジスタは
オフに々っており、その出力信号りは「１」になってい
る。この「１」の信号は検出回路１６内のトランジスタ
Ｔｒ３のベースに加えられてトランジスタＴｒ３をオン
にし、その出力を「０」にする。この「０」の信号はト
ランジスタＴｒ４のベースに加えられてトランジスタＴ
ｒ。 をオフにし、その出力を「１」にする。また、回転方向
切換スイッチ１８の各接点がＸがわを選択しているもの
とすると、検出回路１６の出力ＱたるトランジスタＴｒ
３の出力信−号はトリガ〜モード切換回路１７の入力信
号ＳとしてトランジスタＴｒ６のベースに加えられ、ま
た、検出回路１６の出力ＱたるトランジスタＴｒ４の出
力信号はトリガ−モード切換回路１７０入力信号Ｒとし
てトランジスタＴｒ、のベースに加えられる。また、ト
ランジスタＴｒ６のコレクタには前記負のトリガーモー
ド回路１４の出力信号ｇが加えられ、トランジスタＴｒ
、のコレクタには正のトリガーモード回路１３の出力信
号ｅが加えられている。トランジスタＴｒ、はそのベー
スに信号ｅの立ち上がりに同期して立ち上がる信号Ｑが
加えられることによりオンになり、トランジスタＴｒ５
の出力信号はサイリスタ５ＣＲ２の出力、即ち、正のト
リガーモード回路１３の出力信号ｅと同じに々る。この
トランジスタ’Ｉ”Ｆ５の出力によって駆動回路１５内
のトライアック１５ａがターンオンされ、トライアック
１５ａを介してモータの単相コイル３に交流電源が供給
される。この交流電源は、信号ｅの立ち上がりに同期し
て供給が開始されるから、第６図のＥ１ソ示されている
ように、交流の正の半サイクルの開始時点から供給が開
始されることになる。そして、正の半サイクルにおいて
は第７図に示されているように、一方の固定子極２ａが
Ｎ極に、他方の固定子極１ａがＳ極に磁化されるから、
回転子５には第７図において左がわに向うトルクが作用
して回転子５は正転方向ＣＣＷに回転する。そして正の
半サイクルにより回転子５は正転方向ＣＣＷに４５°回
転し第８図に示されている」：うに、検知器８は回転子
５のＮ極に対応した位置、従って、位置検出板７の反射
部７ａと対向することになり、フォトトランジスタＦＴ
が反射光を受光してオンとなり、その出力が１０」に反
転する。その結果、検出回路１６の出力Ｑは「１」、Ｑ
は「０」、トリガーモード切換回路１７の入力Ｓはｒｌ
Ｊ、Ｒは「Ｏ」となってトランジスタＴｒ、がオフ、ト
ランジスタＴｒ６がオンとなり、トランジスタ１゛ｒ６
を介して負のトリガーモード回路１４の出力がトライア
ック１５ａに加えられてトライアック１５ａを引き続き
ターンオンさせて交流電源の負の半サイクルを単相コイ
ル３に供給する。これにより、第８図に示されているよ
うに、一方の固定子極２ａがＳ極に、他方の固定子極１
ａがＮ極に磁化されて第７図の場合と逆になり、引き続
き回転子５には第８図において左の方に向うトルクが作
用し、正転方向ＣＣＷに回転する。以後回転子５が４５
°回転するごとに上記の動作を繰り返し、単相コイル３
には第６図のＥｌのよう々交流電源が供給されることに
なり、この交流電流に同期して正転方向ＣＣＷに回転し
続ける。 次に、回転方向切換スイッチ１８を接点Ｙがわに切換え
た場合について説明する。いま、第９図に示されている
ように、検知器８が回転子５のＳ極に対向しているもの
とすると、検知器８は検出板７の無反射部７ｂと対向し
ていることに々るから、フォトトランジスタＦＴはオフ
と々す、検出回路１６の出力ｄは「０」、Ｑは「１」と
なり、トリガーモード切換回路１７の入力Ｓは「１」、
Ｒは「０」となってトランジスタＴｒ、がオン、トラン
ジスタＴｒｌｌｉがオフとなる。トランジスタＴｒ。 がオンとなるタイミングは負のトリガルモード回路１４
の出力信号ｇの立ち上がりと同期していて、交流電源の
負の半サイクルの開始と略同期しているから、トランジ
スタＴｒ、のオンによってトライアック１５ａがターン
オンさせられるタイミングも交流電源の負の半サイクル
の開始と略同期し、単相コイル３には第６図のＦ２で示
されているように交流の負の半サイクルの開始と同時に
この負の半サイクルが供給される。その結果第９図に示
されているように、固定子極２ａがＳ極、固定子極１ａ
がＮ極に磁化され、回転子５は逆転方向ＣＷに回転駆動
される。こうして回転子５が４５°逆転すると、検知器
８の位置検知動作に基づき検出回路１６の出力信号が逆
転し、ｌ−ＩＪガーモード切換回路１７内のトランジス
タＴｒ、がオンになることによって駆動回路１５内のト
ライアック１．５　ａを引き続きターンオンさせ、トラ
イアック］、　５　ａを介して供給される交流の正の半
サイクルによって、第１０図のように固定子極の磁化が
逆転し、回転子５は引き続き逆転方向ＣＷに回転する。 このようにして回転子が４５°ずつ回転する毎に手記の
動作を繰り返えし、単相コイル３には第６図のＦ２のよ
うな交流電流が加えられ、逆転動作を持続する。 以上述べた正転・逆転動作は、スイッチ１１がオンにな
っている間は正のトリガーモード回路１３のトリガーモ
ード出力信号ｅ及び負のトリガーモード回路１４のトリ
ガーモード出力信号ｇが維持されるから、その間持続さ
れ、スイッチ１１の４オフによって回転が停止する。 本発明によれば、従来の小型同期モータの回転方向制御
手段では達成でき々かった次のような効果を奏する。 （１）起動時の回転子位置に関係なく、回転方向切換ス
イッチの切換え等により所望の回転方向が決捷れば自動
的にその回転方向に起動回転させることができる。 （２）　　回転子の位置と所望回転方向とから固定子に
流すべき電流の正負を制御しているので、回転方向制御
の信頼性が栖めて高い。又、正又は負の半サイクルの始
め付近から交流電源を固定子に供給しているので、回転
起動に不安定さがなく、完全な回転制御を行なうことが
できる。 （３）　　モータのコイルは単相コイルであり、かつ機
械的な機構は付加されないのでモータ自体の構造がきわ
めて簡単と々す、形状も小さくなり小型電子機器への組
込みが容易となる。又生産コストも著しく低減すること
ができる。 （４）総て電気回路によって制御するようになっている
から、適宜のプログラム装置と絹み合わせることにより
、予め設定したプログラムに応じて停止、再起動、正転
、逆転を自由に制御することができるし、１だ、所定の
プログラムを何回でも繰り返えすようにすることもでき
る。 （５）　　検出器をエンコーダとして使用し、モータに
付随する他の装置、例えば精密移動装置などを制御する
ようにすることもできる。 なお、本発明に用いる交流電源は、正弦波交流ばかりで
なく、方形波その他のあらゆる交流電源を用いることが
できる。検出器は光学的々もののほかホール素子、磁気
抵抗素子等を用いた磁気的々ものでもよく、そのほか、
要するに回転子の極性を判別できる手段であれば何でも
よい。また、負のトリガーモード回路１４の入力部にも
、正のトリガーモード回路１３に見られるよう々遅延回
路を設けてもよい。 ４、図面の簡単な説明 第１図は本発明のモータの機械的構成部分の実施例を示
す縦断面図、第２図は同上平面図、第３図は同上機械的
構成部におけるコイルに供給される電流と固定子極の磁
化作用との関係を示す展開図、第４図は本発明に用いら
れる電気的制御回路の例を示すブロック図、第５図は同
上制御回路の具体例を示す回路図、第６図は同上制御回
路の動作を説明するだめのタイミングチャート、第７図
乃至第１０図は本発明の詳細な説明するために回転子と
検出器と固定子極との関係を簡略化して示す展開図であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 回転周方向にＮ、Ｓ極を交互に着磁配設した回転子と、
   この回転子に空隙を介して対向配設し単相コイルを巻回
   した固定子とを備えた交流モータにおいて、交流電源の
   オンの時機に拘りなく常に零点からトリガーして正のト
   リガーモード信号を出力する正のトリガーモード回路と
   、このトリガーモード回路の出力信号に対し半サイクル
   の遅わ又は進みを有する負のトリガーモード信号を出力
   する負のトリガーモード回路と、上記回転子の磁極位置
   を検知する検知部と、この検知部により検知した位置信
   号に基き「１」又は「０」の信号を出力する検出回路と
   、この検出回路からの１１」又は１０」の信号の一方を
   、回転方向切換スイッチの選択に応じて選択する切換ス
   イッチ回路と。 このスイッチ回路によって選択された信号と上記圧のト
   リガーモード回路の出力信号と上紀負のトリガーモード
   回路の出力信号とを入力とし、交りに半サイクル毎に正
   負の出力を上記モータの駆動回路に供給するトリガーモ
   ード切換回路とを備え、回転子の起動回転方向を電気的
   に正逆自由に制御可能としたことを特徴とする小型交流
   モータ。