JPS5959062A - １つのモ−タで種々の特性を得ることのできる半導体モ−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】 おいては得られなかった種々の・特１生を有する半導体
モ一タを得ることを目的としてなされたものである。

従来においては、高速回転させるだめの半導体モータに
おいてはそれに見合った構造のもの等とし、低速回転さ
せるだめの半導体モータとしては上記と同じくそれに見
合った構造のもの等にしなければならなかった。

即ち、上記両特性を具備する半導体モータを得ようとす
ると、駆動及び制御回路が非常に複雑で高価になり、市
場価格に見合った製品測置のある半導体モータにならず
、従って高速回転用及び低速回転用と２つの半導体モー
タを具備しなければならなかった。

しかし、この場合でも２種類の特性しか得られず、多種
類の特性を得ることができなかった。しかも、このよう
にすると当該半導体モータを２個以上具俯しなければな
らないため、当該半導体モータを具備する装置が大型且
つ高１１ｔｉとなり、ｈ１産に適さないものとなってい
た。

本発明は、上記実情に基づいてなされたもので、１つの
モータであるに係らず、種々の１１４件を有する半導体
モータを小型且つ安価に１ｊＭ供することで、当該半導
体モータを具備する装置を小１１！ｌｖ．（ｊｌつ安価
とし、量産に適するものとすることヲ（］的としでなさ
れたものである。

かかる本発明の目的は、複数のｒｌｆ　ｉ幾−ｉ’　＝
ｌイルを直列接続して形成した一組の電機−自コイル！
！′１を複数組設け、該複数組の電機子コイル群のそれ
ぞれの一方の端子を共通接続し、電機子コイル群のそれ
ぞれの他方の端子を半導体整流装置ｉ；７　Ｋ接読し、
各組の適当な電機子コイル間に切ｔｌｇ３スイ゛ノチ手
段を設け、該切換スイソチ手段を←ＩＪりＪＣ疫一るこ
吉てモータの回転数、回転トルク、電流値を適宜なもの
に選４ノ〈できるようにしたことを特徴とする１つのモ
ータで種々の特性を得ることのできる半導体モータを提
供することによって達成できる。

以下図面を参ｊｉ＠　しつつ、本発明の一実施例を説明
することとする。７ 第１図は本発明を適用したティスフ型半導体モータの縦
断面図である。

本発明の一実施例としての、ディスク型′ｆ−導体モー
タ１ｔｒｉ、軸方向に偏平な円柱状の本体２の略々中心
部に軸受３．４によって回転句ｊ５が回動自在に軸支さ
れている。回転軸５には、ロータ６（紀２図参照）が固
設されている。該ロータ６は円板状の酪性体ヨーク１７
の両面それぞれに固設しだＮ，Ｓの磁極をメガにイアす
る８極の界磁マグネソｌ−７−１．７−２と、その外周
部に小さなスリン１ヘ孔８を所定間隔て多数有するスリ
ノト板９を固設して形成されている。スリソト板９と対
向して図示しないスリノト孔を有するインデツクス１０
が本体２側に設けられている。スｌ）　７　１−板９、
インデツクス１０を介して、発光素子１１と受フ′Ｃ素
子】２が対向するように本体２　（１ｊｌに固設されて
いる。界磁マグネソｌ−７−１．７−２と対向する本体
２側には、それぞれ６個の電機（−＝１イル１３−１，
・・、　１　３−６．　１３′−１　、・・・、　１３
’−６群からなる電機子１３．１３′が固設されている
（第３図参照）。各電機子コイル１３−１，・・・、１
３−６．１３’−１，・・・、　　１３’−６は、半径
方向の発生トルクに寄与する導体部１３ａ，　＋３’ａ
　　と１３ｂ。

７３′ｂ　との開角幅が界磁マグネソ）７−１．７−２
の（磁極幅の奇数倍、例えば磁極幅と略等しい開角幅の
扇枠状のものに巻回形成され、まだ電機モロイル群は斤
いに重畳しないように配設されている。′屯予巻１３の
界磁マグネノト７−１と対向する面には、円環状のプリ
ント基板１４が貼着固定され、該プリント基板１４には
、電機子コイルの枠内空胴部に位置するようにホール素
子、ホールＩＣ等の磁電変換素子１５が配設されている
。（直重変換素子１５の配設位置については、後記で説
明する。電機子１３．１３’の背面（本体２　１１１１
１　）には、それぞれ円環状の巖性体ヨーク１６．１６
’が固設されている。

第４図は界磁マグネソ）７−１．７−２とｔａ子１３．
１３′との展開図、第５図は電機子１３゜１３′の結線
図を示す。

この第４図及び第５図を参照して説明すると、電機子コ
イル１３−１の一方の端子は半導体整流装置′ｆ１８に
接続され、電機子コイル１３−１の他方の端子は電機子
コイル１３’−１の一方の端子に、電機子コイル１３’
−１の他方の端子は電イ・戊子コイル１３−２の一方の
端子に、電機子コイル１３−２の他方の端子は電機子コ
イル１３’−２の一方の端子に、電機子コイル１３’−
２の他方の端子は半導体整流装置１８に接続されている
。電機子コイル１３−１．１３’−１，１３−２，１３
’−２によって１組の電機子コイル群を形成している。

電機子コイル１３−３の一方の端子は半導体検流装置１
ｓに、！様子コイル１３−３の他方の端子は電機子コイ
ル１３’−３の一方の端子に、電機子コイル１３’−３
の他方の端子は電機子コイル１３−４の一方の端子に、
電機子コイル１３−４の他方の端子は電機子コイル１３
’−４の一方の端子に、電機子コイル１３’−４の他方
の端子は半導体整流装置１８に接続されている。電機−
ｒ−コイル１３−３゜１３’−３，’１３−４．１３’
−４によって１組の電機子コイル群を形成している。電
機子コイル１３−５の一方の端子は半導体整流装置１８
に、電機子コイル】３−５の他方の端子は電機子コイル
１３’−５の一方の端子に、電機子コイル１３’−５の
他方の端子は電機子コイル１３−６の一方の端子に、電
機子コイル１３−６の他方の端子は電機子コイル１３’
−６の一方の端子に、電機子コイル１３’−６の他方の
端子は半導体整流装置１８に接続されている。電機子コ
イル１３−５．　’１３’−５゜１３−６．１３’−６
によって１組の電機子コイル群を形成している。電機子
コイル１３−１．１３−３．１３−５のそれぞれ一方の
端子は共通しわ°Ｃしている（第５図参照）。１９は、
コモン端ｒ−である。ブ１−１−，２１−２はそれぞれ
プラス電源端子、マイナス電源端子を示す。１５−１．
１５−２．１５−３はそれぞれ上記３組の電機子コイル
群のための磁電変換素子である。１７−１ま素子１５−
１は電機子コイル１３−１の発生トルクに寄与する導体
部１３ａ−１土に、素子１５−２は電機子コイル１３−
３の発生トルクに寄与する導体部１３ａ−３上に、素子
１５−３は電機子コイル１３−５の発生トルクに寄与す
る導体部１３ａ−５土に配置するのが望ましい。しかし
、かかる位置に素子１５−１．１５〜２．１５−３を１
１己置すると、その分だけ１■Ｒ気空隙が増長して界磁
が弱くなり、効率が弱くなる欠点がある。従って、上記
位置と均等な位置に素子１５−１．１５−２．１５−３
υ を配置キレでいる。即ち、素子１５−１は点線囲い部２
２位置に、素子１５−２は点線囲い部２３位ｊｆに、素
子１５−３は点線囲い部２４位置に配置している。

以上のように本発明の実施例においては、３相１２コイ
ルの半導体モータとしている。

第５図及び第６図を参照して、電機子コイル〕３−１の
一方の端ｒ−と′亀（幾−子コイル１３’−１の他方の
端子間には切換スイッチ手段Ｓ１がｆｊ９１；Ｉ’、さ
１１、電（戊子コイル１３−２の一方の端Ｅｒと他方の
＼’１ｉｌｔ　ｒ−間には切換スイッチ手段Ｓ２が接続
されている。電機子コイル１３−３の一方の端子と’ｆ
ｉｆ　４’：’＆　”、！′コイル１３’−３の他方の
端子間には切換スイッチ手段Ｓｔ′が接続され、電機子
コイル１３−４の一方の端子と他方の端子間には切換ス
イッチ手ＶＸ　ｈ、’が接続されている。電機子コイル
１３−５の一方の端子と電機子コイル１３’−５の他方
のＩＷ子間には切換スイッチ手段Ｓ　”Ｉが接続され、
電機子コイル１３−６の一方の端子と他方の端子間には
切換スイッチ手段Ｓ’４が接続されている。切換スイッ
チ手段Ｓｌ。

Ｓ’、３／／は１つのリレー（半導体を用いても良い）
によって、接点が連動し、一体してスイッチがオン、オ
フするようになっている。同様に切換スイッチ手段Ｓ’
　＋　８２　＋　ＳＬｉも連動してスイッチがオン、オ
フするようになっている。いま切換スイッチ手段Ｓ、　
、　３’　、　ＳＬｉがオフとなっているときには、Ｉ
Ａ刊につき４つの電機子コイルが直列ｆ’融ｍＪとなり
、３相１２コイルの半導体モータ１となる。また切換ス
イッチ手段Ｓｔ　、　Ｓ　／　、　Ｓ７７がオンされる
と、２つの電機子コイルが直列１に杭された状態となる
ので、３相６コイルの半導体モータ１となる。寸だ切換
スイッチ１段ＳＩ　ＨＳ：　＋　Ｓ’：及びＳ２１　Ｓ
Ｓ　＋　Ｓ１台をオンしてやると、■相につき１つのコ
イルと外るため、３相３コイルの半２，４体モータ１と
なる。このように切１イへスイッチ手段Ｓｌ　＋　Ｓ’
Ｈ＋　Ｓ’ｊ　＋　Ｌ２　＋　８２　＋　Ｓ’台を切換
えることで、１つのモータで神々の特性を得ることので
きる半導体モータ１ができあがる。

第６図が本発明の一実施例としての半導体モータの！時
性曲線である。

縦軸に回転数Ｎ及び′、ｌＫ流工をとり、横軸に回転ト
ルクＴをとっている。

この第６図を参照して、回転級Ｎ１−市、流■１　　の
特性曲「腺は、ｌイ目につき電（表子コイルｌ閘、即ち
３相３コイルの半導体モータ１の場合である。回転数Ｎ
２−電流１２　のＩ持件曲、腺は、ｘ１１４につき電機
子コイル２個の場合、即ち、３相６コイルの半導体モー
タ１の場合である。回転数Ｎ３−電流■３の特性曲線は
、１井目につき電機子コイル４個の場合、即ち、３相１
２コイルの半導体モータ１の鳴合である。ここで、半導
体モータ１として、６００〔グ・ｏｎ〕の起動トルクＴ
が必要で、無負荷回転数Ｎが８０００［？ｐｍ：）で、
尚且つ、に流■が１．２　ＣＡ：］を越えないものが欲
しいとすると、第６図においては回転数Ｎ、の特性曲線
によって、回転数Ｎは仕様を満足しているが、電流■が
多くなってしまう。

また電流制限回路を設けて、電流■を１．２［：Ａ３以
上にならないようにしてやると、今度は、必要とする回
転トルクＴが得られないという欠点を有する。また反対
に特性曲線Ｎ３によると、今度は必要とする回転数Ｎが
得られなくなる欠点を有する。

そこで、本発明においては、起動時には、−相につき電
機子コイルを４個直列接続させて、３相１２コイルの半
導体モータ１としてやることで１、２　ＣＡ）の電流制
限回路を設けてやる。すると、回転数Ｎ３０特性曲線は
、回転トルクＴの６００〔７・α〕の点２５から点２６
の所まで定電流で回転が上がり、点２６位置から点２７
位置斗て回転数Ｎ３の特性曲７腺に乗って進む。次にＮ
Ａの回転数を検出すると、今度は回転数Ｎ２の特性曲線
に乗るように切換スイッチ手段Ｓ’＋Ｓ：＋Ｓ／／　　
をオンして３相６コイルの半導体モータ１にしてやると
点２７位置から２８位置に進む。この時、電流は■２で
示す特性曲線に移る。次に点２８より点２９位置寸で進
み、回転数ＮＢを検出した段階で切換スイッチ手段Ｓ２
　＋　Ｓ　′２＋　Ｓ”２　をもオンしてやると、１相
につき電機子コイル１個、即ち、３相３コイルの半導体
モータ１となり、回転数Ｎ３の特性曲餓上の点３０に進
み、点３１の無負荷回転数８’０００Ｃｒｐｍ：］　と
いう仕様を満足する回転数の半導体モータ１が得られる
。

第７図は、第６図の他の実施例を示すもので、回転数が
点３２→３３→３４→３５→３６→３７→３８と順次斐
化していく場合示すもので、原理は第６図で示したので
、その詳１ｉ４ｔｌｌな説明を省く。

第８図は一相分の、駆動回路２０を示すもので、上記半
導体整流装置１８は３個の、駆動回路２０からなる。３
９は回転速産制ｉ１１．ｌ］用入力端子である。

い−ま第４図においては峰電変腺（位置検知）素子１５
−３は、界磁マグネット７−１の５４ｉｉを１■出して
いる。素子１５−３の端子４０．４１は反転増幅回路４
２に接続されている。該反転増幅回路４２は素子１５−
３の出力電圧を増幅するもので、上記回路４２によって
電流増幅回路４３に入力される。上記したように素子１
５−３はｐ＋ｒｈを（・Ｊ印１しているので、素子１５
−３の出力１ンよ抵ｌ）’ｔ’、　ｌＬ＋　ｆ介して、
オペアンプ４４で電圧増幅され、抵抗１℃。

を弁してトランジスタＴｒ＋をオンしくこの時、トラン
ジスタＴ１’２　Ｈ’ｌ”ｒｓ　、　Ｔｒ＊はオフとな
っている）、トランジスタＴｒｓ　Ｉ　Ｔｒｅもオンす
るので電機子コイル１３−５．１３’−５，１３−６，
１３’−６には矢印Ａ方向に電流が流れ、フレミングの
左手の法則によって所定方向の同法トルクが得られ、ロ
ータ６が所定方向に回転する。次に素子１５−３が界磁
マグネット７−１のＮ極を検出すると、素子１５−３の
出力は抵抗Ｒ２を介してオペアンプ４４に流れて電圧増
幅され、この電圧増幅された出力は抵抗Ｒ３を弁してト
ランジスタＴｒｔをオンするので（尚、このとき、トラ
ンジスタＴ−ｒ　＋　、　Ｔ　ｒ・。

Ｔｒ６ハ万フとなっている）、トランジスタＴｒ３゜Ｔ
　ｒ　４もオンし、電機子コイル１３−５．１３′−５
゜１３−６．１３’−６には反矢印Ａ方向の電流が流れ
７１ｂＴｒ７は回転速度電圧１用トランジスタである。

第９図は本発明の一実施例としての半導体モータの１°
駆動・制御回路のブロック図である。

４５は加算器、４６は電圧増幅回路、４７は電機子コイ
ル切換スイッチ手段機構、４８は電流検出器、４９はエ
ンコーダ、５０ばＦ（周？皮数）−■（電圧）変換回路
、５１は回転数切換設定機構、５２は電流増幅回路、５
３は電流制限値設定機構である。

加算器４５には指令上圧とＦ−Ｖ変換回路５０からのモ
ータの回転速度電圧が入力され、加算器４５の出力は電
圧増幅回路４６に入力されて電圧増幅し、この電圧増幅
された出力は半導体整流装置１８に入力される。半導体
整流装置１８は切換スイッチ手段ｓ、、ｓζ、Ｓｌ冒ｓ
２．ｓ；、ｓｚ台群からなる電機子コイル切換スイッチ
’１ａｓｌｔ　４７によって選択された電機子コイル群
に、電流検出器４８を弁して通電することで、半導体モ
ータ１を所定方向に回転する。電流検出器４８によって
検出された電流が電流増幅回路５２に入力されると共に
電流制限値設定機構５３による制御信号が入力され、電
流１ケ制御された電流が半導体整１１ｉ１、・ｖ上置１
８にフィードバックされることで、半導体モータ１はｉ
ｌｉ！Ｉ　？］Ｉされた電流で回転する。まだ半導体モ
ータ１の回転速度は、エンコーダ４９によって検出され
る。

このエンコーダ４９は、第１図において示す発光素子１
１、受光素子１２、スリット板９及びインデックス１０
で構成している。半導体モータ１の回転速度に応じて発
生する周波数をＦ　−Ｖ変暎回路５０によって電圧信号
に変換し、この回転速度に応じた電圧信号を加算器４５
にフィードバックすると共に回転数句１奥設定機構５１
に入力している。該設定機構５１はＦ−Ｖ変換回路５０
からめ信号を入力し、所定の回転速度を検出すると、得
ようとする回転速度に切換設定すべき信号を電機子コイ
ル切換スイッチ手段機構４７に出力し、所定の回転速度
が得られるように切換スイッチ手段Ｓ’　ｌ　Ｓ；　ｌ
　Ｓ’：ｌ　Ｓ２１　ｓ／２’　Ｓ１４　　を切換え、
これによシ、半導体モータ１を所定の回転速ＩＷで回転
さぜることができる。

本発明の一実施例としての半導体モータは上記構成及び
動作を具備するので、高速回転は欲しいが、電源に余裕
がなり、寸だ第８図に示ずトランジスタも容量の小さい
安価なものを用いて作製したいという場合、第６図で述
べたように、ただ単に回転数Ｎ１と電流りより、１．２
［Ａ：ｌの電流制限回路を設けただけでは、起動トルク
が１００Ｃｆ・ｃｌｎ　：］も得られないということに
なってしまい、起動できないという心配もでてくるが、
本発明によれば、起動トルクは６００Ｃｆ・ｏｎ　］　
　も得られ、且つ電流も１．２　ＣＡＩを越えることが
ないという効果を有する。

その曲、本発明の応用例としては、攪拌機において、攪
拌棒の′駆動などにおいて、普通はゆっくりと高トルク
で回転させているが、内容物がなくなった最後において
は、攪拌羽根についた内容物を高速回転させて吹き飛ば
すことが必要な場合、従来においては、他の高速回転用
モータ若しくは変速機が必要であったのを、本発明の半
導体モータによれば、変速機も必要とせず、単に一個の
半導体モータで事が足りるわけである。

反対に電動ドライバのように、嵯初は高１車に回転させ
て、峡後の螺子等の締め伺けに１罫、・Ｊトルクが必要
という場合にも本発明の半導体モータによれば有用的な
ものとなる。

また機械等を動かす時、概して起動１１．５のみトルク
が必要で、ある程度、回転数が上つだ後は、さほどトル
クを必要としないづ場合が多いが、この上　　゛うなこ
とを本発明によればｄｔ流賓１看、の小さな、Ｉ、ｙＪ
Ｘ動回路で、達成できるので、安ｊｉｌｌｉで小型の、
ｌ駆動回路に構成できるので、同じく安価で小型の半導
体モータを得ることができる効果がある。

更にまた本発明の半導体モータＱ、１１、一つのモータ
であるに係らず種々の・′特性をイ（Ｉることができる
ので、同じ負荷でも異なった回転がｆＩＪられる、壕だ
ある負荷に対して最も効率が良くなるように特性を選ぶ
ことができる効果を有する。

上記から明らかなように、本発明の半導体モータによれ
ば、一つのモータであるに係らず、回転数、回転トルク
、電流値を適宜なものに選択でき、しかも安価で小型の
半導体モータにできるという効果法人なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としてのディスク型半導体モ
ータの縦断面図、第２図は第１図のロータの平面図、第
３図にｊ、市１幾子の斜況図、第４図は界１丑マグネッ
トと電（表子との展開図、第５図は電機子コイル群の結
線図、第６図及び第７図は一実施例としての回転数、電
流及び回転トルクの特注曲勝図、第８図は一実施例とし
ての１駆動回路図、第９図は本発明の半導体モータの一
実施例としてのモータ駆動・制卸回路のブロック図であ
る。 １　ディスク型半聾体モータ、　　２・・・本体、３．
４・・・軸受、　　５・・・回転軸、　　６・・・ロー
タ、７・・界磁マグネット、８・・・クリソｌ一孔、９
・・・スリット板、　　１０　・インデックス、　　１
１・・・発光素子、　　１２・・・受光素子、　　　１
３．１３′・・電機子、　　１３−１．・・・、　１３
−６．１３”ｌ　、　−。 １３′−’６・・・電機子コイル、　　１４・・・プリ
ント基板、１５・・・磁電変換素子、　　１６．１６’
、１７・・磁性体ヨーク、　　１８・・・半導体整流装
置、　　〕９　・コモン端子、　　２０・・・駆動回ｊ
、７．２１〜１　プラス電源端子、　　２１−２・・マ
イナス電源！１１４子、２２．２３．２４・・・点線囲
い部、　　２５．・・。 ３８・・・点、　　３９・・・回転速度制四ｊ用人力Ｉ
ツ＾１７−１４Ｑ、４１・・・端子、　　４２・・・反
転増幅回路、４３・・・電圧増幅回路脩、　　４４・・
オペアンプ、４５・・・加算器、　　４６・・・電圧増
幅回路、　　４７　・電機子コイル切換スイッチ手段ｉ
幾溝、　　４８　電流検出器、　　４９・・・エンコー
ダ、　　５０・・・Ｆ（周波数）−Ｖ（電圧）変換回路
、　　５１・・・回転数切換設定機構、　　５２・・・
電流増幅回路、　　５３・・電流制限値設定機構、　Ｓ
ｌ　ｌ　Ｓ　ＣＩ　Ｓへ、Ｓ、、ＳＳ、Ｓζ・・・切換
スイッチ手段、Ｔｒ＋１・・・、’Ｉ’ｒａ・・・トラ
ンジスタ、Ｔ　ｒ　７・・・回転速度制御用トランジス
タ、Ｒ＋　、・・・、　Ｒｓ・・・抵抗。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の電機子コイルを直列接続して形成した一組
   の電機子コイルＩｊ’（−を複数組設け、該複数組の！
   予巻コイル群のそれぞれの一方の！端子を共Ｉ出接続し
   、電機子コイル群のそれぞれの他方の・、へ１＾子を半
   導体整流装置に接続し、各組の適当な電機子コイル間に
   切換スイッチ手段を設け、上記切換スイソグ一手段を切
   り萌えることてモータの回転数、回転トルク、′電流値
   を適宜なものに選択できるようにしたことを特徴とする
   １つのモータて種々の特性を得ることのできる半導体モ
   ータ。
2. （２）上記切換スイッチ手段は他の組の市予巻コイル群
   に設けた切換スイッチ手段と連動してなることを特徴と
   する特許請求の範囲第（１）項記載の１つのモータで種
   々の特性を得ることのできる半導体モータ。
3. （３）上記電機子、コイルは発生トルクに寄刀する半径
   方向　−導体部の開角が 界磁マグネットの＠極幅の奇数倍の開角幅に巻回形成さ
   れたものであることを特徴とする特許請求の範囲第（１
   ）項又は第（２）項記載の１つのモータで種々の特性を
   得ることのできる半導体モータ。
4. （４）上記電機子コイル群は互いに１■畳しないように
   配設されていることを特徴とする特許請求の範囲第（１
   ）項乃至第（３）項いずれかに記載の１つのモータで種
   々の特性を得ることのできる半導体モータ。
5. （５）上記電機子コイル群は回転子である界ｌＩＲマグ
   ネットの両面と対巾する固定側位置に配設されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第（４）項記載の１つの
   モータで種々の特性を得ることのできる響半導体モータ
   。
6. （６）上記電機子コイルは枠状に巻回形成されたもので
   あることを特徴とする特８′Ｆ請求の範囲第（１）項乃
   至第（５）項いずれかに記載の１つのモータで種々の・
   特性を得ることのできる半導体モータ。