JPS6098860A - 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】 本発明は、界磁となる回転子を励磁する回転トランスを
利用して、位置検知信号を得る新規な構成を有する半導
体電動機に関するものである。

サーボモータ、その他の産業機器に利用される電ｉ＠１
機は、小型、強力、長寿命、低慣性で騒音が小心いこと
が奴求されている。かがる要求に答えるものとして円筒
型の半専体電動位が好適である。

しかし、かかる電動機に６、次に述べるいくつかの欠点
かある。

第１に、位置検知素子としてホール集子か利用されてい
るので、湿度上昇にきひしい制限があシ、大きい出力を
小型の電動機で得ることはできない。

第２に、界磁となる回転子には、フエライトマクイ・ン
トか使用されるので、界磁磁界が強力でなく、出力を増
加しようとすると大型となり、出力に限界かめる。従っ
て出力を小型で、しかも大きくしようとすると、レアメ
タルを利用した高価な焼結マダイ・ントを使用せざるを
得々いという不都合を生ずる。

第３に、ホール菓子以外の位置検知素子をオリ用したと
しても、かかる装置は、特別な構成となシ、櫨ｔｉ方ｊ
、　ｌ午がなく高ず曲となる欠点がある。

本発明装−二は、上述した欠点を除去できることに特徴
を有するもので、さらに付加して、界磁となる回転子、
電機子は、従来の量産技術がそのまま利用することがで
さ、又界磁か独力となるので、レアメタルｋ　Ｋｆ５マ
クインドと１０」等の出力トルクが得られ、位置検知素
子１ｏ１は、回転トランスを利用しているので、ＭｉＬ
ｉｌＩｌ＋に、大きい位１μ検知出力か得られ、又回転
トランスの人力は、高周波交流を利用しているので、小
型ｌ匠ｂ）のものですむ特徴がある。

上述したん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、記号１は外１ヱで１部のみが示しであ
る。記号２は、珪素鋼板よりなる円筒形の固定電機子−
６で、これには、三相の電機子コイル（３相誘導電動ｊ
１表と全く同じ巻線）が、供用される手段によシ装着さ
れている。

記号３ば、珪素什ｌ扱を積層して作られた回転子で、回
転軸４に、その中心線が固定され、後述するように、９
０段の１５ｉ１７’ＪのＮ、ｓ磁極が径方向に磁化して
設けられている。回転軸４は、ホール軸承４ａ、４ｂに
より、外筺１に設けた蓋体１　ａ、　１　ｂに１９支持
されている。電（９−子コイルの導出端子は、ガニ１の
外側にカ出されているものであるが、省騙しである。

つは型のノットフェライトにより作られたコア５１−Ｊ
：、、回転軸４にその中心部空孔が固定されている。２
次コイル５ａは、つぼ力コア５に装着されている１、蓋
体１ｂには、つぼ型コア６の底部が固定され、その中心
部空孔は、回転軸４と僅かな空１摩を介して設けられて
いる。つぼ型コＡンフトフエライトで作られ、これに１
次コイル６ａが装置、５−されている。

１次コイル６ａには、第９図（ｂ）に示すように、トラ
ンジスタよりなる発振回路］９の５０ＫＣ位の交θ１［
か通電されている。かがる発振回路は、例えば電子シ１
．光器（ストロボライト）の発振回路がその「ＩＩ」用
され、この場合には、１次コイル６ａは発振フィルも」
）こねている。

２次コイル５ａの出力は、整流回路２０　（第１図で記
÷じ７として示したもので、回転子３に国電されている
。）で整流され、第９図（ａ）の回転子３の励（出コイ
ルＪ、５ａ）１５ｂ、・・・・・・に、端子２１．２２
を介して、通電されている。上記した整流出力は、す第
９図（ａ）のスｏント３ａ、、３ｂ、３ｃ、３ｄには、
Ｆｉ）Ｊ媛コイルが装置１−２されているが、スロット
３ａ、３ｂＫは、ｈＪ（ｄコイ／しｉ５　ａ　、　１５
　ｂか、スロット３ｂ。

３ｃには、励磁コイ／ｌ／１６　ａ　、　１６　ｂが、
スロット３ｃ、３ｄには、励ｍフイ＃１７　ａ　、　１
７　ｂか、スロット３ｄ３ａには、励磁コイル１８ａ、
、１８ｂがそれぞれ装着されている。各励磁コイルに、
所定方向の適止：を行なうことにより、（ン１示のよう
に、９０度開角のＮ、Ｓ極の励磁が行なわれている。

上述した回転子３のｉｉ（産手段は周知であシ、又磁界
の強さは、■般の１１（流子電動機と全く同様な空 ので、フエライトマグ不ント３倍以上の磁界が得られる
ので、出力トルクが増大する効果がある。

つぼ型コア５．６の磁路開放端の空隙は、０．２〜０．
５　ミ’Ｊメートルで対向し、電力の伝送効率は、６０
％以上となる。又１次コイル６ａの通電は、高周波交流
が利用されているので、１（）ワンドの伝送を行なうの
に盛装なつば型コアの径は２５ミリメートル位ですみ、
圧抜的小型の出力の電動（勾にも適用することかできる
効果がある。

第１図の電機子２に装着される電機子コイルは、２相、
３相、・・・いづれのものでもよいが、本実施例では、
３相の電機子コイルとなっている。

第１図の記号Ａで示すものは、位置検知装置で、その裏
部のみの詳細が第２図に示されている。つぼ型コア５．
６の開口部は、空隙を介して対向され、１次コイル、２
次コイルの導出線は、それぞれ記号２３．２４で示され
ている。かかる導出線２３．２４は、それぞれ、ｈ記号
７で示す電気回路及び外筐１の外側に滴量されている。

つぼ型コア５の外側には、突出部７ａ（ソフトフェライ
ト）が設けられている。この詳細が、第２図及び第３図
（ａ）に示されている。即ち外周にそって９０度の開角
の突出部７ａ、７ｂが成型時に作られ、それ等の間隔も
９０度である。

第２図のっぽ型コア６の外周には、突出部８ａ（ソフト
フェライト）が設けられている。突出部８ａの左側の研
石となる突出部９ａには、位置検知コイル１０ａが装７
ｉｊされている。かかる装置は、第３図（ｂ）で示すよ
うに、１２０度の開角で、つぼ型コア６の外周に設けら
れている。

第３１１（ｂ）（７）記号８１〕、９ＪｉＵｂならびに
記号８Ｃ１ｃ＋ｃ、ｔｏｅば、そｉｌ−ぞれに突出部８
ａ、９ａ。

位置検知コイルＪ、ｔノａに対応するもので、それ僧の
作用も又同じである。

第３図（ａ）、（ｂ）の空孔５１〕、６ｂは、ツレ（：
’　し回転軸４が連挿している。

つぼ型コア５に、回転子３とともに回転しているが、こ
のときに、例えば、突出部７ａが、位置検知コイル（以
降は単にコイルと呼称する。）の前面にあると、１次コ
イル６ａによる磁束の１部が、点線Ｂで示すように、コ
イル１０ａをＪ４．通して、誘導出力を発生する１、突
出部７ａが対向しない」賜金にも、１部の減小（み束に
より誘導出力があるが、これはよシ小さいので、位置検
知信号出力としてオ、□□、ＬＩＬ＋７）ｆあ４ｏＪ 突出ｊ＋’Ｌ１７ａ、７ｂの中間の点線７ｃ、７ｄで示
す部分を導体部として、コイル１０ａに対向するように
すると、渦流損失により、上記した誘導出力のＳＮ比を
良好とすることができる。

他の位置検知装置（記号８ａ１８ｂ、９ａ、９ｂ、１ｕ
ａ、ｔｏｂ）についても事情は全く同じである。

コイルｌＯａ、１．Ｏｂ、１０ｃの誘導出力は、第４図
に示すように、整流回路１１　ａ　、　１１　ｂ　％　
１１　ｃによシ整流され、それ等の出力は、コンデンサ
及びダイオードを介して、端子ｉ２　ａ　％　１２　ｂ
　、　１２　ｃよシ、矩形波パルス列として得られるも
のである。

上述したように、本発明装置の特徴は、高周波交流を利
用した小型で大きい容量の回転トランスの装置を、ＳＮ
比のよい、しかも出力の大きい位置検知信号発生源とし
て使用したことである。

次に第５図につき、電機子コイルの通電制御手段につい
て説明する。

第５図に示すものは、回転子３．３相の電機子コイル２
ａ、２ｂ、２ｃ　（第１図の固定物心２に装着きれてい
るもの）及び突出部７ａ、７ｂＸ；４体部７ｃ、７ｄの
展開図である。

回転子３は、９０度の開角の磁極Ｎ、ｓｓ極によシ構成
され、電機子コイル２ａ、２ｂ１２Ｃは、それぞれ電気
角で１２０１ｆｆｉの位相差で設けられてい回転子３及
び突出部７が、ともに矢印Ｃ方向に回転すると、導体部
７Ｃ１７ｄ及び磁性体部７ａ７ｂの面を走査するコイル
１０　ｄ　−、１０ａ　１１０　ｅの誘導常数は、サイ
クリックに変化し、電気角で１２０度の差がある。上記
した誘導常数の変化を得る為に、コイル１０ｄをコイル
１０ｂの位置に、コイル１（）ｅをコイル１０Ｃの位置
に移動しても同じ効果がある。

かかる置換を行なうと、コイル１０ａ、１０ｂ、１０ｃ
の開角は１２０度となり、第３図示の実施例と１致する
ものである。

コイル１０　ａ　、　１０　ｂ　、　１．Ｏｃの誘導常
数の変化により、通電制御回路りを制御して、電機子コ
イル２ａ、２ｂ、２ｃに通電して、回転子３に矢印Ｃ方
向の駆動トルクを発生する半導体電動機となっている。

次に通電制御回路１〕のＷト細を第６図につき説明する
。

第６図において、記号ＥＸＦ、Ｇで示すものは、第４１
２１の３組の電気回路を示すもので、これ等の出力Ａｒ
ｊ子３：３．３４．３ｂ（１＜４図では、端子１２　ａ
　）　１２　ｂ１２ｃとして示されたもの）の出力波形
は、同一記号の曲線で、第７図のタイムチャートに示さ
れている。

端子３′３．３４．３５　ノ出力Ｕ、Ｊ５ｉ　転回Ｗ６
２３　ａ　ｚ　２３　ｂ　。

２３　ｃを介し、若しくは介することなく、図示のよう
に、アンド回路２４ａ、２４Ｊ　・・・・・・２４　ｆ
に入力されている。

従ってアンド回路２４　ａの出力は、第６図のタイムチ
ャートの曲線２７のようになシ、ハルス巾は、電気角で
１２０度となる。パルス間の間隔は２４０１ｉである。

他のアンド回路２４　ｂ　、　２４　ｃ　、　２４　ｄ
　、　２４　ｅ　、　２４　ｆの出力は、第７図のタイ
ムチャートのそれぞれ曲線２Ｊ、２！’Ｊ、３０．３１
．３２のようになる。

反転口？４２３ｄ、２３ｅ、２３ｆの作用にょシ、アン
ド回路２４　ａ　、２４　ｂ　、　１４　ｃの出力のあ
る間だけ、反転回路２３　ｄ　、　２３　ｅ　、　２３
　ｆを介してトランジスタ２６ａ、２６ｂ、２６ｃは、
それぞれ４通し、又アンド回″Ｒｔ２４ｄ２４　ｅ　−
、２４ｆの出力のある間たけ、トランジスタ２（司２６
ｅ、２６ｆはそれぞれ膨油する。記号２５は正電圧端子
である。

従って、電機子コイル２ａ１２ｂ、２ｃは、整流子電動
機におけるＹ型結線の場合と全く同様な通電制御が行な
われて駆動トルクが発生して回転する。電機子コイル２
ａ、２ｂ、２ｃを△結線を行なって、同様な通’１（ｆ
、を行なっても同じ効果かある。上述した電（茂ナコイ
ルの通電制伺」回路は、３相の電動機の場合であるが、
２相の電１１ｊｌ＋機の場合にも、同様な周知の制御回
路により、電機子コイルの通電制御を行なうことができ
る。２相の電機子コイルの場合には、第３図（ｂｌの位
置検知コイル１０　ａ　、　１０　ｂ　、　１０　（！
は２個となり、電気角で９ｏｉの位相差の位置に設けら
れるものである。

トランジスタ２６ａ、２６ｂ、・・・・・・２６ｆのベ
ースを駆動する入力ｆ！　Ｂｔは、比戟的大きいので、
アンド　′回路２４ａ、２４ｂ、・・・・・・２４　ｆ
の出力も大きいことが振求される。特に本発明による第
４図の回路の場合には、第６図の回路Ｅ、Ｆ、Ｇの出力
電流が大きいので、これを有効に利用する心機がある。

以上の散求を満足する手段が第８図に示されている。例
えは、第６図の反転回路２３ａ１アンド回＆ｊ２４　ｄ
　（ｉ−７ｉζねる回路が第８図（ａ）に示されている
。

第８図（ａ）において、端子４７よシ正の入力、端子４
Ｉ０３よシ負の入力かあなと、トランジスタ４６ａｔｄ
飽和領域でψ通する。従って端子４９よシ正の出力が得
られる。

第６図のトランジスタ２６ｄのベース入力とじて、第８
図（ａ）の端子４９の出力を用い、端子４７．４８の入
力として、第６図の端子３４及び３３の出力をそれぞれ
用いると、第６図の反転回路２３ａ１アンド回路２４　
ｄと全く同じ動作で、トランジスタ２６ｄを付勢するこ
とができる。

トランジスタ２６ｅ、２６ｆの付勢回路も全く同じ手段
によシ実施することができることは明らかでりる。

第８図（ｂ）において、端子４７ａよシ正の入力、端子
４８ａより負の入力があると、トランジスタ４６ｂは飽
和領域で導通し、端子４９ａは、アースレベルとなる。

第６図のトランジスタ２６ａのベース入力とじて、第８
図（ｂ）　ｏ端子４９ａ　（７）出力を用い、端子４７
ａ、４８ａの入力として、第６図の苓：子３３及び端子
３４の出力をそれぞれ用いると、第６図の反転回路２３
ｂ、アンド回路２４ａ、反転回路２３　ｄと全く同じ動
作で、トランジスタ２６ａを付勢することができる。

トランジスタ２６ｂ、２６ｃの付勢回路も全く同じ４１
ｊｂは各１個ですむか、４ｈ１子４７．４７ａの入力の
′底流は、端子４８．４８ａの入力電流よシ著しく大き
い必侠がある。しかし２１３６図の回路ＥＸＦ、Ｇの出
力は、は１１等しいので、端子４７．４７ａの入力は、
１路Ｅ、Ｆ、Ｇの出カヲ」Ｙ□゛巾してがら入力せしめ
ないと有効でない。

第８図（ｃ）、（ｄ）の回路は、かがる増巾手段を省く
ことのできる手段である。

第８図（ｃ）において、端子４７よシ正の入力、端子４
８よシ負の入力があると、端子４９よシ正の出力が得ら
れる。トランジスタ４６ｃ、４６ｄは飽和領域で導通す
る。尚記号５０は電源正極端子である。従って、第６図
のトランジスタ２６ｄのベース入力として、第８図（ｃ
）の端子４９の出力を用い、端子性、４８の入力として
、第６図の端子３４．３３の出力をそれぞれに用いると
、第６図の反転回路２３ａ１アンド回’ＡＪ２４ｄと全
く同じ動作で、トランジスタ２６ｄを付勢する。又トラ
ンジスタ２１ｊｅ、２６ｆについても、同様な回路を＋
Ｉ勢して、これ等を付勢・できることは明らかである。

第８図（ｄ）において、端子４７ａより正の入力、端子
４８ａより負の入力があると、トランジスタ４６ｅ、４
６　ｆは飽第１」領域で導通して、端子４９ａは、アー
スレベルとなる。

従って第６図のトランジスタ２６　ａのベース入力とし
て、第８図（ｄ）の端子４９ａを用い、端子４７　ａ、
４ｔｌａの入力として、第６図の端子３３．３４の出力
をそれぞれ用いると、第６図の反転回路２３Ｊ２３ｄ及
びアンド回路２４　ａと全く同じ動作で、トランジスタ
２６ａを付勢する。又トランジスタ２（ｉｂ、２（ｉｃ
についても、同様な回路を付勢して、これ等を付勢でき
ることは明らかである。

第８図（ｃ）の芙施νりにおいては、端子４７．４８の
入力は、ともにトランジスタ４５ｄ、４（ｊｃのベース
入力となっているので、それ等の入力電流は同じ程度の
ものですみ、端子４９の出力は増巾されて得られる％徴
がある。第８図（ｄ）についても同じ効果がある。

第３図（ａ）に示す突出部（ンフトフエライト）７ａ７
ｂ滴体部７ｃ、７ｄを除去し、つは型コア５の外紙に、
１回転につき２サイクルのサイン波に変調が行なわれる
ように、コイル１０　ａ　、　１０　ｂ　％　ｉｕ　ｃ
と矢出部との空隙が変化されるように構成する。

かかる手段によると、コイルの誘導出力は、周知のリゾ
ルバとして利用することもできて有効である。

以上のように、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、実用上の効果著しきものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、来光切裂りの説明図、第２図及び第３図は、
位置検知出方の剖拐の説明図、第４図は、位置偵知コイ
ルを含む検知出力回路図、第５図は、回転子及び電（シ
、子フィルの展開図、第６図は、第４図の回路の出方よ
シ、位置検知出方を旬る通電制御回路図、第７図は、第
６図の回路の各部の電圧のタイムチャート、第８図は、
第６図のアンド回続１の計卸１を示す電気回路図、第９
図は、励磁コイルを有する回転子の通電制御回路を含む
説明図をそれぞれ示す。 ｌ・・外印、１ａ１１ｂ１・・・蓋体、２・・・磁心、
２ａ、２Ｊ２ｃ・・・電機子コイル、３・・・回転子、
４°°°回転Ｕｌｉ＋、４　ａ、４　ｂ　・）％−／ｚ
ｉｌｌ承、５．６・・・つば型コア、５ａＮ６ａ・・・
２次コイル及び１次コイル、７・・・ｕ　ｖＩＣ回路、
Ａ・・・位置検知装置、７ａ１７ｂ・・・突出部、７ｃ
、７ｄ・・・祷体抽、８　ａ、８　Ｊ　ｆ３　ｃ・・突
出ｍ、９ａ、９ｂ。 ９ｃ・−ＩＪ心となる突出部、　］０’ａ　Ｍ　１０　
ｂ　％　１０　ｃ　−。 ｌＵｄ、１０ｅ・・・位置検知コイノペ　Ｂ・・・磁束
の通路、５ｂ、６ｂ・・・空孔、　ｌｌａ、　ｌｌｂ、
　１１　ｃ　−・−整流回路、　Ｄ・・・通電制御回ｊ
’（ｉ、　Ｅ、Ｆ、Ｇ・・・位置検知出力回路、　２３
ａ、　２３ｂ、２．（ｃ、２３ｄ、２３ｅ。 ２３　ｆ　−・・反転回路、　２４ａ１ン４　Ｊ　１４
　ｃ、　２４　ｄ、２４ｆ・・・アンド回路、　２６ａ
、２６ｂ、２（ｉｃ、２６ｄ、２５ｅ。 ２６ｆ・・・トランジスタ、３３．３４．３５・・位置
検知コイルの出力波形、　２７．２８．２５」、３０，
３１．３２・・・アンド（ロ）１１６２４　ａ、　２４
　ｂ、・・・・・・２４　ｆの出力波形、４６ａ、　４
６ｂ、　４６ｃ１４ｔ１ｄ、　４６ｅ、　４６ｆ　−）
ランジスタ、１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂ、１７ａ
、１７ｂ。 １８ａ、１８ｂ・・・励磁コイル、１９・・・トランジ
スタ発掘回路、　２０・・・整流回路。 特許出願人

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 外にの内側に固定して設けられた円筒形の磁心ならびに
   、これに装着された複数相の電機子コイルと、前記した
   外１ｚに設けた軸承によシ回動自在に支持された回転軸
   と、該回転軸に固定されるとともに、磁界が前記した電
   板子コイルを貫挿するように、外周面にＮ、Ｓの磁極が
   等しいピンチで得られるように、励磁コイルにより励磁
   された回転子と、互いに岐路開放端が対向されるととも
   に、回転軸に中央空孔が固冨したソフトフェライト製の
   第１のっぽ型コアならびに外ｉＫ内側に固定され、回転
   １４１１が中央空孔に空隙を介して貫挿しているソフト
   フェライト製の第２のつぼ型コアと、第１、第２のつは
   型コアに、それぞれ装着された２次コイル及び１次コイ
   ルと、＃嘗ｔ１次コイルに高周波交び１亡を通電せしめ
   る半導体回路よシなる高周波発振器と、２次コイルの出
   力を整汐＋Ｃして、前６己した励磁コイルに通′屯する
   電気回路と、第２のつば型コアの外絢に、所定の開角で
   固定され、内部を１次コイルによる磁界か貫挿するよう
   に設けられた複数個の位置検知コイルと、第１のつは型
   コアの外周部に、前ｈピした回転子の磁極数に対応した
   数で、等しいピンチで設けられたソフトフェライトよシ
   なる突出部が、位置検知コイル面を通過したときに、そ
   のｈｍ常数を変化して、誘導出力を変化せしめる装置と
   、該訪４′１出力により、電機子コイルの通電制御を行
   なって、１方向の回転トルクを発生せしめる通電制御回
   路とよ多構成されたことを特徴とする半導体電動機。