JPS622844A

JPS622844A - １相の半導体電動機

Info

Publication number: JPS622844A
Application number: JP13915085A
Authority: JP
Inventors: Itsuki Ban; 伴　五紀; Hideo Okada; 秀夫岡田; Ikumasa Ikeda; 池田　育正; Masayuki Yamamoto; 正幸山本
Original assignee: Secoh Giken Co Ltd; Yokowo Mfg Co Ltd
Current assignee: Yokowo Co Ltd; Secoh Giken Co Ltd
Priority date: 1985-06-27
Filing date: 1985-06-27
Publication date: 1987-01-08
Also published as: JPH0343858B2

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、小出力の負荷の駆動源、例えば電子回路の冷
却用の電動ファンに利用されるもので、／相の半導体電
動機に関するものである。

〔従来の技術〕

従来のｌ相の半導体電動機は、大別して次の３つの技術
のｌ相の電動機となっている。

第１には、周知のｌ相の電動機が自起動できないので、
コギングトルクにより起動せしめる形式のものである。

第２には、米国特許第３．−９９．３３！号に開示され
た技術で、マグネット回転子の磁極のＮ。

Ｓ極の中間に無磁界部を設けるごとにより、起動を容易
としたものである。

第３には、米国特許第ダ、２／ｌ、９４３号に開示され
た技術で、マグネット回転子の主磁極に副磁極を付加し
て、実質的に第２項の技術と同じ効果を有するものであ
る。

〔本発明が解決しようとする問題点〕

上述した従来のｌ相の半導体電動機においては、３つの
問題点がある。第１に、電気角で１ｇＯ度回転するとき
の初期と末期、特に末期にオイテは、逆起電力が零であ
るととに加えて、磁心が磁気的に飽和することにより、
過大な電機子電流が流れ、トルクに寄与しないジュール
損失が大きくなり、効率の低下を招いている。

第２に、これを防止する為に、前述した米国特許第３．
２９９．Ｊ３！ｆ　　号及び第４１．コ／／、デー６３
号の技術があるが、この技術においては、マグネット回
転子の磁界の全部をトルクに有効に利用できない為に効
率の低下を招く欠点がある。コアレスの電動機において
は、上述した磁心が磁気的に飽和する現象はないので、
効率の低下は小さいが、低下のあることに変りはない。

第３に、電機子コイルの通電が断念れたときに、蓄積さ
れた磁気エネルギを放出する為Ｋ、電機子コイルに並列
にツェナダイオードが接続されている。このツェナダイ
オードのブレークダウン電圧は、電源電圧を超えている
必要がある。従って、磁気エネルギの大部分は、ツェナ
ダイオードの内部で消費されることになり、出力トルク
に寄与することなく無効な電力損失となる欠点がある。

Ｊ相のこの種の電動機の場合には、ダイオードが利用で
きるので、通電が断たれたときに、僅少な損失のみとな
り、大部分の磁気エネルギが出力トルクに転化できるも
のである。

上述した理由の為に、第１．第２．第３のいずれの場合
でも、効率が低下して、３ｓ優位が限界となっている不
都合がある。

〔問題点を解決する為の手段〕

電機子コイルの通電の末期において過大々ジュール損失
を発生することを防止する為に、通電の初期及び末期の
所定の区間だけ通電を停止せしめ、起動を容易とする為
に、起動時のみ上記した停止作用を抑止せしめる手段な
らびに電機子コイルに蓄積された磁気エネルギを出力ト
ルクに有効に転化する手段を採用して本発明の目的を達
成している。

〔作用〕

電機子コイルの通電の初期では、磁心即ちコアのある電
動機の場合にはそのインダクタンスはｍミリヘンリ位（
出力がｌ−コワットの電動機の場合）なので、電流の立
上りは比較的おそく、逆起電力は小さいが、電流値が小
さく、ジュール損失も小さく効率に与える影響は少ない
が、効率の低下を招くことになる。

しかし通電の末期では、マグネット回転子の磁束により
、コアがほぼ飽和し、コイルのみのインダクタンスとな
るので、Ｓミリへノリ位にインダクタンスが減少する。

従って界磁磁界が小さく若しくｄ零の通電の末期では、
著しく大きい電機子電流が流れ、しかもこれはトルクに
寄与しないので効率を劣化する主因とがる。

かかる不都合を除去する為に、位置検知素子１個を用い
て、通電の初期と末期の通電を切断して、効率を周知の
この種の電動機より／３〜ｍチ上昇せしめているのが本
発明の作用である。

コアレスの電動機の場合には、インダクタンスが９−１
ミｌＪへノリ位なので、効率の低下の原因となるものが
小さいが、上述した手段により、効率の上昇する事情は
全く同様である。従って同じ手段により同じ作用を有す
るものである。

又上述した手段によると、コギングトルクによる起動が
困難となるので、起動時においては、かかる手段を不作
用に保持する手段を付加したものである。更に又電機子
コイルに蓄積した磁気エネルギをトランジスタのような
スイッチング素子を利用して、出力トルクに転化して更
に効率を上昇（３〜ｌＩ４効率が増大する。）せしめる
手段を付加したものである。

〔実施例〕

次に、本発明装置を図面に示す実施例により、その詳細
を説明する。尚図面中の同一記号のものは同一の部材な
ので、その説明は省略する。

第１図は磁心のある電動機の全体の構成を示す正面図で
ある。

第１図において、記号グは、珪素鋼板を積層して作り九
電機子磁心である。ダボールの構成となり、突極は記号
ｌＩ６．４ＬＡ、ｌ＃、Ｑｄとして示され、それ等の巾
は９０度より少し小さくされ、ｑｏ度船離間ている。

各突極には、電機子コイル！；ａ、！；ｂ、ｊ；ｅ。

Ｓｄが装着されている。磁心ｑの中央部は空孔となり、
金属円筒コが嵌着され、この円筒−により、磁心りは本
体（図示せず）に固定されて、固定電機子を構成してい
る。

円筒コの内部には、ボール軸承３の外輪が嵌着され、内
輪には、回転軸ｌが回動自在に支持されている。

回転軸ｌのｌ端には、カップ状にプレス加工された軟鋼
カップ１３の底面中央部が固定されている。

カップ７．７の内側には、円環状のマグネット回転子６
が固定され、マグネット回転子基には、９０度の開角の
Ｎ、Ｓ磁極が図示のように配設され、その磁極は、空隙
（ｏ、ｒ　ミ！Ｊメ□−トル位）を介して突極４Ｉｍ、
４１ｂ、・・・と対向して、回転軸ｌとともに回転する
。

突極ｔａ、ｔｂ、りｅ、７ｄを備え、軟鋼板若しくは珪
素鋼板を型抜きして、図示の形状に作られた磁心りの中
央部リングは、磁心１．に重ねて固着されている。

突極７ｇ、りＡ　、−・・の巾は、磁極’Ｉａ、ｌｌｂ
。

・・・のほぼｌ／ユとなって、９０度ずつ互いに離間し
、突極’Ｉａ、Ｑｂ、・・・とｑｓ度ずらして配設され
ている。突極７ｈの基部？−は、図示のように、電機子
コイル！ｂとりＣの中間にあるように設定されている。

従って電機子コイルｊＡ、！ｅに基部クーが重なること
が避けられるので、電動機の厚さく紙面に垂直方向の長
さ）を小さくできる効果がある。他の突極７ａ、　　　
ｅ、ｔｄの基部につりいても、上述した事情は全く同じである。

第２図（ｈ）は、突極ｌＩａ、Ｑｂ、Ｍｅ、ｌｌｄ及び
７１１．？Ａ、　？’ｓ　りｄの３６０度に亘る展開図
である。詳細については後述するが、記号ざαはホール
素子即ち位置検知素子で、固定電機子ｑに適宜な支持体
を介して固定され、マグネット回転子基の磁極面に対向
しているものである。

突極４１ａ、４ＩＡ、・・・と突極７ａ、りす、・・・
との間は、矢印で示す空隙りｆがあるが、密接して配置
しても差支えない。

第２図（ａＪは、マグネット回転子６の磁極６１１゜Ａ
Ａ、・・・の３４０度に亘る展開図である。点線で示す
突極Ｑ　ｇ　、　４（Ａ　、−及び突極？ｇ、グｂ。

・・・及びホール素子ｓａは、それぞれの部材とマグネ
ット回転子６との対向状態を示すものである。

ホール素子ざαの出力により、これがＮ極下にあるかＳ
極下にあるかを区別して、電機子コイルｊ；　ａ　、　
ｇ　ｅ及び電機子コイル！；ｂ、！ｄを交替して通電す
ると、周知の７相の半導体電動機となり、小型の電動フ
ァンの駆動源として広い用途に使用されている。

突極７ａ、りす、・・・の為に、マグネット回転子６に
コギングトルクが発生して、矢印Ｇ方向に所定角度だけ
回転しているので、自起動することができる。上述した
電動機は、次に述べる理由により、効率が劣化し、入力
がｌ−コワット位のもので、その効率は、？−％−Ｊｊ
Ｓ位となっている。３相のこの種のものは、６０〜７０
　％の効率となっているのに比較すると、効率は著しく
劣化している。

本発明装置は、かかる効率の劣化する原因を除去して、
効率を、２１１７％〜ｘ％上昇せしめて、５ＳＳチル６
０’位とした構成としたものである。次にその詳細を説
明する。

第９図のグラフの曲線ｎ　ａ　、　、２Ｊ　ｂ　、・・
・ハ、一般のｌ相の電動機の出力トルク曲線である。又
曲線ｎは、前・述したコギングトルク曲線で、両者の合
成トルク曲線には死点がなく、自起動できる。

電機子電流の曲線は、曲線コα、　＃　ｂ　、・・・と
して示される。この曲線について、第７０図につき説明
する。

第１０図は、マグネット回転子６の１部の磁極Ａａ、ｌ
ｓｂ、Ａｄ及びこれに対、向する突極４１　ｇ。

電機子コイル！ａの展開図を示している。

突極弘ａが磁極４ａＫ正対したときの図面が示されてい
る。電機子コイル＆−が通電され、Ｎ極に励磁され、磁
極６ａが矢印Ｇ方向に回転する場合を考えると、磁極６
ａによる磁束は矢印３コの方向となり、又電機子コイル
ｊｇによる磁束の方向は矢印、？コと反対方向となり、
通電とともに急速に矢印、７コの方向の磁束は減少する
ので、大きい逆起電力が発生し、電機子電流は。

第６図の曲線ユｑａの右端の立上り部となり、過大な電
流は抑止される。従って、この部分の界磁磁界は零若し
くは小さく、出力トルクも小さいが、ジュール損失も僅
少となり、効率に大きい影響を与えることはない。

次にマグネット回転子６が矢印Ｇ方向にダ３度回転する
ｎυに、磁極ＡｆｆｉＫよる矢印、７コの方向の磁束は
減少して零となる。又この間に電機子コイル５１１によ
る矢印、？コと反対方向の磁束は、ほぼ一定なので、合
成磁界は、矢印Ｊｊと反対方向に漸増し、これによる逆
起電力も増加して、４１．１度回転したときに逆起電力
は増大する。即ち電機子コイル５ｇを貫通する磁束の大
きさの時間に対する変化率が大きくなるものである。従
って電機子電流は、第９図の曲線コ−の中央部の低い値
となる。

次のり３度の回転時には、その初期において、磁極Ａｄ
（５極）Ｉｃより、矢印３．？の方向の磁束が突極り−
に流入し、この方向は電機子コイル５ａによる磁束と方
向が一致するので、合成磁束の時間に対する変化率は最
大となり、従って逆起電力も最大値となり、電機子電流
も最低値更にマグネット回転子６が回転すると、矢印３
、？で示す磁極６ｄによる磁束が急速に増加して、磁心
は飽和に近づくので、誘導常数が急速に零に近づき、イ
ンダクタンスが急減する。実測によると、曲線と６の左
端部ではインダクタンスがＪミリヘンリ、右端では、３
ミリへノリ位となる。ただし、入力がｌワット〜コワッ
ト位の電動機の場合である。従って、逆起電力も急減し
て電機子電流は急増する。更に又インダクタンスに比例
する磁気エネルギも急減するので。

放出された磁気エネルギは電機子電流を増大せしめる結
果となる。従って、第６図の曲線コ４の右端の曲線のよ
うに、電機子電流が急増し。

９００度回転たときに、電機子電流は切断されるが、こ
のときのピーク値は実測によると、起動電流とほぼ同じ
値となる。

この近傍では、界磁磁界は小さいか零となっているので
、出力トルクは殆んどなく、無効なジュール損失が急増
する。

他の磁極ｏｈ、ｐｃ、ａｒｔについても事情は全く同じ
である。

マグネット回転子６が回転するに従って、第９図の曲線
ｘ　ａ　、　ｘ　ｂ　、・・・Ｋ示す曲線の電機子電流
となる。

毎分３０００回転の電動機とすると、１回転毎に９個の
曲線２　ａ　、　Ｂ　ｂ　、・・・が得られるので、毎
分１２０００個の曲線コａ　、　ｘ　ｂ　、・・・で示
す通電が行なわれる。この事実は極端な表現をすると、
１分間に１２０００　　回起動が行なわれる直流電動機
となり、効率の劣化を招く主原因となっていることが理
解される筈である。

上述した欠点を除去するには、第９図の点線コアｂで示
す点で電機子電流の通電を停止することが最適の手段と
なる。即ち点線Ｊ？　Ａの点で電流を切断することがよ
い。又第３図（、）につき後述する理由により、通電の
初期においても点線コク６の点で通電が切断される。点
線コクａより左方のトルクは小さいので、効率に与える
影響は僅少である。

上述したように、通電の初期と末期において通電が遮断
されているので、ホール素子ｔａの位置が若干ずれてい
ても反トルクの混入がなく、製造が容易となる利点があ
る。

従って通電の曲線は、曲線、Ｕ　ａ　、ムｂ、・・・の
ようになる。

上述した事情は、マグネット回転子乙の磁極数及び対応
して突極の数を増加した場合においても全く同様である
。

以上の不都合を除去する為の制御回路を第を図（りにつ
いて、次に説明する。

第３図（りにおいて、直流電源正極１０１１により通電
されているホール素子ｆｆａ（第１図に同一記号で示す
）の出力は、オペアンプ３１　Ａにより増巾され、Ｅ点
の出力波形は、第６図のグラフの曲線／Ｌｔ　１１　、
　／！　Ａ　、・・・で示される。

ホール素子ｔＩＩは、第２図に示したように、磁極Ａｍ
、Ａｈ、・・・Ｋ対向しているので、その［出力が得ら
れる。トランジスタ３りａの出力即ちＦ点の出力は、第
６図の曲線ｒ、ｘａのようになる。かかる非対称の出力
を得る為には、第り図に示すように、磁極ａｇ、ａｈ、
・・・の着磁を行なう必要がある。即ち、各磁極の境界
部を互いに５点線の間の矢印λ／で示す巾だけ侵入せし
めて着磁する。

ホール素子ざａは、記号ざで示す長方形の軟鋼片の中央
部に固定される。軟鋼片ｔを磁極６ｇ、４ｂ、・・・の
食中に亘って対向せしめると、図示の位置より、マグネ
ット回転子６が回転し始めたとすると、磁極６ｂにより
、第６図の曲線にの点線２グーのある部分のように、ホ
ール素子ｇαの出力は急速に立上り、ピーク値となり、
次に軟鋼片ざが、矢印コｌで示す部分に達すると、Ｎ、
Ｓ極は軟鋼片ｔによシ短絡されて磁路が閉じられるので
、ホール素子ｇａを通る磁束は減少する。従って第り図
の曲線Ｊの点線λ７ｂのある。

側は、図示のようにゆるい曲線で降下する。

゛　　以上の説明のように、ホール素子ｆｆ＆の出力曲
線は、非対称の曲線となる。

磁極Ａｌｌ、ＡＡ、・・・は、慣用される磁化曲線とし
、磁極Ａｍ、Ａｈ、・・・の側面に、磁化曲線が曲線３
の形状となるように端面着磁を行ない、ホール素子ざａ
を磁極の側面に対向せしめても同じ目的が達成できる。

この場合には、第を図の曲線、ｕ　Ｉｇ　、　２２　Ａ
　、・・・のような対称形の出力トルクが得られるよう
に、磁極４ａ、Ａｈ、・・・を着磁することができる。

オペアンプ３１　ａは、胤較回路となっている。

端子ＩＯＡに正電圧が印加されると同時に、端子錆にも
規準電圧が印加されるように構成されているので゛、こ
のときに、オペアンプ３す６の一端子は、抵抗４ｔ／　
ａの電圧降下の為にローレベルとなり、５点の出力は、
第２図の曲線／ｊ　ａ　、　／ｒｂ、・・・と同じ出力
となる。従ってトランジスタ／４１１１の導通は、電気
角でｔｇｏ度毎に通電される。

トランジスタ３７ｂＫよるオペアンプ３９−の斗端子の
入力と一端子の入力によるオペアンプ３９１の１点の出
力も全く同じ事情により、８点の出力と位相が１８０度
（電気角）で異なるｌｔＯ度毎の矩形波の出力が得られ
、この出力によりトランジスタ／Ｑ　Ａが導通される。

従って、電機子コイルｊ　ａ　、　ｇ　ｏ及びｓｂ。

！ｄは交互に通電されて、ｌ相の電動機として回転され
る。

所定時間後に％オペアンプ：ｎ：　ａ　、　３９　ａの
一端子の入力は、抵抗Ｑ／　ａと４１８０とコンデンサ
４４／　Ａにより、規準電圧となり、この電圧は、第６
図の点線／６−で示す値となる。

オペアンプ３１　ａの５点の出力は、点線コクｇＩコク
ｂの間の区間の出力となり、第６図の曲線ｌざ１１　、
　／Ｅ　Ａ　、・・・となり、又オペアンプ３９・Ｃの
１点の出力は曲線７９　ｇ　、　／？　ｂ　、・・・の
ようになる。

点線２７　ａ　、　２７　Ａは、第り図の点線コアαＩ
２りｂと対応する位置となるように、規準電圧ｌΔαが
設定されているので、第９図につき前述したように、効
率が上昇する。

電機子コイルｊ　ａ　、　ｊ；　ｅ及びＡ−Ａ、ｊｄは
直列並列のいずれの接続でもよい。ホール素子ｔαは、
磁電変換素子となるものであるが同じ目的を達する本の
であれば他の位置検知素子でもよい。

前述したように、突極りａ、ｔｂ、・・・によりコギン
グトルクにより自起動することができる。

本実施例によるコギングトルクの曲線は、第９図で記号
ｎとして示したものなので、突極７１１．７Ａ、・・・
の厚みを増加することにより、出力トルクを大きくする
ことができる。従って曲線ｕ　ｇ　、　ｕ　ｂ　、・・
・と曲線コの合成トルクをほぼ平坦とすることもできる
効果がある。

又突極ダａ、Ｑｂ、・・・の巾がｑｏ度に近いので、出
力トルクが大きく、しかもこれ等によるコギングトルク
が僅少となるので、起動が確実となり、又機械騒音の少
なくなる効果がある。

効率を良好とする為に、第９図の点線コアｂの点で電機
子電流を切断する必要がある。かかる手段によると、点
線λりとコクｂの間の出力トルクが無くなるので、点線
２７　Ａの点では、コギングトルク曲線ｎによるトルク
もなく、起動できない。従って前述した手段によシ起動
し、起動後に点線コク−、コアＡの点の外側で電流を遮
断する必要がある。

以上の説明より判るように、起動時においては、各電機
子コイルに電気角で１８０度の通電が交互に行なわれる
ので、前述し六コギングトルクにより正確に起動するこ
とができ、増速されるに従って、通電の初期がおくれ、
末期が早く終了し、通電はｔｇｏ度より小さくなり、定
格運転時には、第９図の点線２７　ｇ　、　２７　ｂの
位置の外側で通電が断たれる。

従って、効率が上昇し、周知のこの種の電動機に比較し
て、ｌ！〜２０チ加算された効率が得られ石特徴がある
。

同第６図の規準電圧となる点線／Ａ　ａの高さを調整す
ることにより、上述した通電の末期の位置を変更できる
ので、最大の効率の点を選択することができる。

本実施例では、突極７ａ、りｈ８・・・によりコギング
トルクを得ているが、他の周知の手段により実施するこ
ともできる。

第６図の曲線〃を対称形としても、通電の初期と末期も
対称的となる。従って通電区間を例えば電気角で１２０
度とすることもできる。かかる手段によると、３相のＹ
型結線による半導体電動機のｌ相の部分のコイルによる
通電と同じ通電となる。従って出力トルクは／／２とな
るが、効率は同等となり、６０％に近い効率を得ること
ができるものである。

次に第３図（ｈ）に示す回路につき説明する。

第ｊ図（Ａ）において、記号ダ３は単安定回路である。

＄を図（−）の端子ｔａ　ｂに電圧が印加されると同時
に、端子Ｑにも電気パルスが入力されて、単安定回路ｑ
３が作動し始め、その出力は反転回路ｆｆを介して端子
１ＩＩＩ１１はローレベルとなる。端子＜＜ｌＩａの出
力は、第３図（−）のオペアンプＭ　ａ　。

３９　ｇの一端子に入力されているので、その出力によ
り、トランジスタ７４　ｇ　、　／＄　ｂは、電気角で
１８０度毎に交互に導通して、電機子コイルｒ　ａ。

５０及び！ｒＡ、！ｄを通電する。

従って、コンデンサＩｔ／　Ａ　、抵抗ｌＩ／　１１　
、　＜Ｚ／　ｅによる時定数回路の場合と同じに自起動
する。

設定時間後に即ち単安定回路ｌＩ３の出力の消滅したと
きに、端子件４は、設定電圧即ち第６図の点線／Ａαの
電圧となるので、トランジスタｌりｇ　、　／ｆ　ｂの
導通の初期と末期が停止されるので、同じ目的が達成さ
れるものである。

第３図（Ｃ）に示すものは、上述した目的と同じ目的を
達成する他の手段である。

第を図（りにおいて、端子ｑ３０入力は、電動機の回転
速度に比例する電圧が入力されている。

かかる電圧線周知の手段により得ることができる。起動
時に端子１Ｉｊ−の入力はアースレベルとなっている。

このときに、トランジスタ４ｔ！、４Ｉ４は不導通とな
っているので、端子ｆ６ａの出カバローレベルとなり、
この出力がオペアンプ３Ｉｒ１！　、　３９　ｇの一端
子に入力されているので、前実施例と同様に自起動でき
る。

電動機の回転速度が上昇すると、トランジスタ４ｔｊ’
、４ｔ４が導通するので、端子４ｔ６　ｍの出力は、端
子錆の電圧まで上昇する。端子ψの電圧は、規準電圧即
ち第６図の点線／Ａ　ａと同じ電圧となっているので、
第ｇ図（りのオペアンプＪｔ　ｍ　、　３９ａの出力は
、電気角で１８０度より小さく々り同じ目的が達成され
て、効率の良好なｌ相の半導体電動機を得ることができ
る。

Ｃα２次に第Ｓ図餉イつき、電機子コイルに蓄積された磁気エ
ネルギを出力トルクに有効に転化する手段について説明
する。

オペアンプ３８　Ａ　、　Ｊ？　ｂの出力は、それぞれ
トランジスタ／ｌ　ｄ　、　／ｅ　ｅのペース入力とな
っている。オペアンプ３１　ｂ　、　３９　ｂの出力が
ローレベルのときのみに、トランジスタ／Ｑｄ、／ダＣ
は導通される。

従って、オペアンプｊ９　Ａ　Ｋ正の出力のあるときに
は、トランジスタ／ＩＩ　ｅは不導通となり、このとき
に電機子コイル！ｂ、！ｄが通電されている。オペアン
プ３９　Ａの出力がローレベルとなると、トランジスタ
ｌダＣは導通状態にあるが、電機子コイル！ｒｇ、、！
；ｅが通電されているので、トランジスタ／ダＣのコレ
クタ電流はない。しかし電機子コイルｊ　−、ｊ　ｅの
通電が断たれると、矢印方向に流れる磁気エネルギの放
出による電流は、トランジスタ１４Ｉａを流れ、有効な
トルクとなるので目的が達成される。

オペアンプ３１　Ｍの出力によるトランジスタｌりｄの
ベース制御の効果も全く同じ事情にあるので、その作用
効果も又同じである。

以上の説明よシ理解されるように１第９図の点線コアｂ
の点で電機子電流が断たれたときには。

大きい磁気エネルギーが電機子コイルに蓄積されている
が、この磁気エネルギは正トルクに転化されるので、更
に効率が上昇する。

この種の電動機においては、電機子コイルに蓄積された
磁気エネルギの放出の為に、ツェナダイオードが利用さ
れている。又このブレークダウン電圧は、電源電圧より
大きい必要がある為に、磁気エネルギの大部分が、ツェ
ナダイオードの内部で消費され、他の部分は反トルクと
なる。かかる手段に比較して、本発明の手段は上述し念
ように電機子コイルに蓄積された磁気エネルギの大部分
を有効なトルクに転化できる特別な効果を有するもので
ある。

第を図（−）Ｋおけるトランジスタ／４１　ｅ　、　／
４！　ｄは。

ＳＣＲ若しくはトライブックを使用してもよい。

この場合に、これ等のゲート入力がローレベル入力によ
り、トリガされるものの場合には、第３図のトランジス
タ／４１　ＩＩ　、　／ｌＩｄの代りＫＳＣＲ若しくは
トライアックとし、ペース入力をそのままゲート入力と
すればよい。この場合に、トランジスタ７４４　ｅ　、
　／亭ｄのコレクタ側に挿入されたダイオードは不要と
なる。

本発明は、コアレスの電動機に適用することもできる。

次にその説明をする。第３図は、軸方向空隙型のコアレ
ス電動機の電機子を示すものである。

第３図に戻り本体（図示せず）に植立した円筒形の支持
体１５には、ボールベアリングコロが圧入され、これに
は回転軸２ｔが回動自在に支持されている。

回転軸コの上端には、第９図（Ａ）　Ｋ示すように、軟
鋼円板３１の中心部が固着され、軟鋼円板３１が磁路を
形成するように円板状のマグネット３０が固着されてい
る。

第９図（６）は、マグネット３０の正面図で、Ｎ、Ｓ磁
極がｑｏ度の等しいピッチで交互に磁化され、磁極は記
号３０１ｇ　、　３θＡ　、　３０　ｅ　、　３０　ｄ
で表示されている。マグネツ）　３０の磁界は、電機子
コイル／／　ａ　、　ｌ／　Ａ　、・・・、／／ｄを貫
挿して、その下側の磁性体円板ｔ２　（一般に軟鋼板が
使用されているが、回転数が３０θ回／毎分を越える場
合には、渦流損失のないように、磁性体粉をプラスチッ
ク材で成型したもの若しくは、珪素鋼の粉末の焼結体が
利用される。）により、その磁路が閉じられる。磁性体
円板／Ｊには、プラスチック材のような絶縁皮膜が設け
られ、この上に電機子コイル／／　ａ　、　／／　Ａ　
、・・・が、接着剤によシ固定されている。上述した電
機子コイルは、ｌ相のコイルとなるものである。

前述したプラスチック皮膜の上には、プリント配線が施
され、電機子コイルｌ／ｇ　、　／／　ｅ及び１１　ｂ
　、　／／　ｄＬは、それぞれ直列若しくは“並列に接
続されるように、各導出端子は、プリント配線により接
続される。このプリント配線は省略して図示していない
が、各コイルに供電する導出端子ｌコα、　／：ｌｂ　
、　／コＣのみが図示されている。

高速の回転の場合には、磁性体円板〃に温体損失が発生
するので、点線にで示すように、中央部に空孔を設ける
か、若しくは、磁性体円板１２を除去して、プラスチッ
ク基板とし、これにプリント配線を行なって所要の配線
を行なう手段を採用することもある。しかし出力トルク
は減少する。磁性体円板１２には、ホール素子５Ｇが、
電機子コイル／／　Ａ　、　／／　ｅの中間部に固定さ
れている。

図示の形状の軟鋼板２９　Ｍ　、　２９　Ａは、電機子
コイル／／　１１とｉｔ　ｃの内部に固定されている。

軟鋼板２９α、コ９Ａは、前実施例の突極りａ、りす。

・・・（第２図示）Ｋ対応する作用を行なうものである
。。

ホール素子ざａの出力により、電機子コイルｉｉ　ｇ　
、　／／　Ａ　、・・・の通電を制御する回路は、第３
図（−）と全く同じものが使用される。第を図（ｅＬ）
の電機子コイル、ｔａ、＆Ａ、・・・を電機子コイル／
１ａ　、　／／　Ａ　、・・・と読み替えるととＫより
、ｌ相の半導体電動機として運転することができる。次
に、第５図、第ｉｉ図につき、本実施例の特徴について
説明する。

第３図（りの端子ＩＯＡに電圧が印加されると同時に端
子りより規準電圧が印加される。このときに、オペアン
プ３ざａ　、　ｊ９　ｇの一端子はローレベルに保持さ
れるので、Ｈ点の出力は、１８０度（電気角）の巾の矩
形波の出力が、ホール素子ｌｆａがマグネット回転子３
０のＮ極下にある毎に得られる。Ｓ極に磁界下にホール
素子ｇ６がある毎に、同じ巾の矩形波の出力が、オペア
ンプ゛ｙｑ　ａの１点より得られる。従って、トランジ
スタ／弘＋１　、　／Ｑ　ｂは、マグネット回転子３０
がデＯ度回転する毎に交互に導通して、これ等に直列に
接続されている電機子コイル／／　ｇ　、　／／　ｅ及
び電機子コイル／／　Ａ　、　／／　ｄを交互に通電す
る。

従って、第３図示の軟鋼片２９　ｍ　、　２９　Ａによ
るコギングトルクの作用によシ自起動して回転する。

設定時間後に、コンデンサｕ／　ｂが充電されるので、
オペアンプＪｇｇ　、　１９　ｇの一端子は、規準電圧
となる。この電圧が第５図のグラフで点線／Ａ　ｇとし
て示されている。

トランジスタ３７−を介するホール出力（Ｈ点の出力）
は、第５図で曲線／Ａ　Ａ　、　／Ａ　ｅとして示され
ているので、点線／’／ｅと／？ｄの間のみが。

オペアンプ３ＩＣの出力となり、第５図の曲線ｉｔｇ　
、　／Ｉ　Ａ　、・・・となる。従うて電機子コイル／
／ａ。

／、／−ｅの通電の巾はｈＷ度位（電気角）となる。

界磁磁界を出力トルクを大きくする為に、矩形波に近い
形の磁界としたときには、ホール素子ｇａを磁極面より
少し離間して設けることにより、ホール出力を曲線／Ａ
　ｂ　、　／Ａ　ｅのようにすることができる。トラン
ジスタ３７Ａ、オペアンプｊ？　ａを介する１点の出力
も全く同じ理由により、　　　　゛第５図の曲線７９　
ｇ　、　７９　ｂ　、・・・となり、その巾は！：１０
度位（電気角）となり、トランジスタ／Ｉ　Ａにより、
電機子コイル／Ｉ　Ａ　、　／／　ｄが通電される。

以上の回転の場合における、出力トルクと電機子コイル
の通電電流の曲線が第１１図のグラフに示されている。

第１Ｉ図において、第９図と同一記号の曲線ココ４　、
　Ｑ２　Ａ　、・・・及び曲線２３は、それぞれに電機
子コイル／／　ａ　、　／／　ａ及び／／　ｂ　、　／
／　ｄにより交互に得られる出力トルク及び軟鋼片Ｊ９
　ｇ　、コヂｂによるコギングトルクである。これ等の
出力トルクは、起動時における出力トルクであるが、死
点がないので自起動する。

電機子電流は１曲線３ｈ　ａ　、　３ｓ　ｂ　、・・・
とじて示されている。各曲線の初期に小さいピーク値が
あり、末期に大きいピーク値がある。コアレスの電動機
の場合には、電機子コイルのインダクタンスがダミリヘ
ノリ位（入力がｌ−一ワット位の場合）なので、ｆ５を
図の曲線お６．　ａ　ｂ　。

・・・と異なり、初期にピーク値が付加される。

起動後においては、第３図のグラフの曲線ｌざａの巾の
通電となるので、点線３４ｔ　ｇ　、　３Ｑ　Ａの外側
部の通電が除去されて、出力トルクは曲線３６ａのよう
になる。この巾はｌコツ−位となっている。

曲線３５ｇの左右の電流のピーク値の部分は、界磁磁界
が小さく、出力トルクが小さく、ジュール損失が大きく
、効率を劣化せしめる原因となっているｃ／、２１Ａ７
度位（電気角）の通電となりているので、かかる原因が
除去されて効率が良好となる効果がある。

他の電機子電流の曲線３３　ｂ　、　３３　ＩＩ　、・
・・及び３６Ａ　、　３１１２　、・・・についても事
情は全く同様で、効率が上昇する。

電気角で！２θ度位の通電とすると、Ｙ型結線の５相の
半導体電動機と、全く同じ効率まで上昇する特徴がある
。ただし出力トルクは／／−となる。

コアレスの電動機の場合には、曲線、ｙｓ　ａの両端に
ピーク値があるので、初期と末期の通電を切断する区間
は等しく電気角で３０度とすることが最も効率が上昇す
る。第３図の電機子コイル３１．３ｄを除去して亀、又
マグネット回転子の磁極を６個としても本発明を実施す
ることができる。第を図で説明したコアのある電動機の
場合にも同じ手段により、曲線Ｂ　ｇ　、　２　Ａ　、
・・・の両端を切断すると、効率の低下はあるが、実用
上差支えはない。第１／図のトルク曲線ｎＩＩの両端で
は、磁界が電機子コイルに直角に鎖交しないので、第３
図の紙面に垂直の方向の力が発生して振動を誘発する欠
点がある。本実施例では、この両端部では通電が行なわ
れないので上記した振動が除去されて、コアレス電動機
の１つの欠点である機械ノイズの発生が抑止される効果
がある。

第８図（４）のオペアンプ３１；　Ａ　、　３９　Ａ及
びトランジスタ／Ｉ　＃　、　／Ｑ　ｄにより、第１１
図の点線ＪＱ　４０点で通電が停止されたときに、電機
子コイルの蓄積磁気エネルギを出力トルクに転化する効
果は前実施例と全く同じである。

第８図（ｂ）　、　（ｅ）に示す手段を本実施例に適用
できることも明らかなので、その説明は省略する。

第Ｓ図（ｄ）は、電機子コイルに往復して通電する場合
の実施例である。第Ｓ図（ｄ）において、第ざ図（−３
と同一記号のものは同じ作用を行なう部材である。端子
ダ９　ａ　、　４１９　ｂには、第Ｓ図（−）のＦ点と
０点の出力が入力される。。

記号Ｂは、前述した電機子コイルｓａ、ｓｂ。

＆＃、、ｔｄ若しくは電機子コイル／／　’　、　／／
　ｈ　＊／／＃、／／ｄの並列若しくは直列接続体を示
すものである。トランジスタダクａ　、　ｌＩ？　Ａ　
、　４Ｌ？　ｅ　、グアｄは、電機子コイルＢを往復し
て通電する為の周知のトランジスタブリッジ回路である
。

オペアンプ３１　ａ　、　ｊ９　Ｂの出力は、反転回路
件ａ　、　４１　ｂを介して、それぞれトランジスタダ
クａ。

’Ｉｔ　ｈのペース入力となっている。

起動時においては、前実施例と同様に、オペアンプ３１
１１　、　ｊデミの一端子の入力はローレベルなので、
トランジスタダクｇ　、　４’７　ｂは、電気角で１８
０度毎にその導通が交替され、従って電機子コイルＢは
往復して通電される。

コギングトルクにより自起動できることも前実施例と同
じである。

起動後においては、オペアンプ３１　ａ　、　Ｊ？　ａ
の一端子の入力は規準電圧（第５図、６図で点線／Ａ　
ｇとして示した電圧）となるので、電機子コイルＢの通
電の初期と末期が遮断されて効率が上昇する。出力トル
クは一倍となるが効率の上昇は前実施例と同様である。

トランジスタ４４７　ｙが導通して、電機子コイルＢが
右方に通電して°いるときＫは、トランジスタｐｇ　ａ
が導通しているが、逆電圧が印加されているので通電さ
れない。末期で、電機子コイルＢの通電が停止されると
、蓄積磁気エネルギは、トランジスタＩＩＩｒａを介し
て放出され、この電流によるトルクは正トルクなので、
効率を上昇せしめる。

トランジスタダクｂが導通して、電機子コイルＢが左方
に通電している場合にも事情は全く同じで、トランジス
タＲＡにより、通電の末期において、磁気エネルギは放
出されて有効なトルクとなり効率を上昇せしめる効果が
ある。

〔効果〕

本発明装置を、入力が７〜コワット位の軸流ファンの駆
動源として利用した場合に、同一形状の従来のものの効
率が３Ｓチ位であるのに比較して、効率がＳθチ〜ＳＳ
　Ｓ位に向上し、又騒音が減少され、当然電動機自身の
発熱も減少して冷却効果を大きくできる。銅損が損失の
大きい部分を占める小型／相電動機に本発明を適用する
と有効である。又電機子コイルに蓄積され九磁気エネル
ギを出力トルクに有効に転化できるので、更に付加して
効率を３〜ｕ％上昇せしめることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

ｇＪ１図は、磁心（コア）のある本発明装置の正面図、
第２図は、マグネット回転子と固定電機子の突極の展開
図、第３図は、磁心（コア）のない本発明装置の固定電
機子の正面図、第９図は、同じくそのマグネット回転子
の説明図、第Ｓ図及び第６図は、第を図のＥ、Ｆ、Ｈ，
７点の出力電圧のグラフ、第７図は、磁極とホール素子
の展開図、第を図は、電機子コイルの通電制御回路図、
第９図は、第７図の実施例の出力トルクと電機子電流の
グラフ、第１Ｏ図は、マグネット回転子の磁極と対向す
る突極間の磁束変化を示す説明図、第１／図社、第３図
の実施例の出力トルクと電機子電流のグラフをそれぞれ
示す。１、コ・・・回転軸、　　コ、コロ・・・ポール軸承、
Ｊ　、　／ｊ’・・・円筒、　　　ダ、４１ａ、ｆＡ、
ダ　。ｄ・・・固定電機子及びその突極、　　Ｂ、！；ａ。ｇ　　　Ａ　　　　　　ｊ　　　Ｄ　　、　　　ｊ　　
ｄ　　、　　　／／　　ａ　　　、　　　／／　　Ａ　
　、　　　／／　　＃　　　、　　　ｌｌ　　ｄ　　−
・拳電機子コイル、　　６．３０・・・マグネット回転
子、ＡＭ、Ａｈ　　１．ｅ、Ａｄ、３０ｅＬ、３０４，
３００゜３θ　ｄ　…　磁　極　、　　　　　　　　　
７　、　　り　　ＩＩ、　　　７Ｍ、　　　７０．　　
　り　　ｄ・・・コギングトルク発生の為の突極、／Ｊ
・・・軟鋼カップ、　　　ｔｌｌ・・・ホール素子、　
　１０８゜ＩＯＡ　・・・電源正極、　　３ｔ　ｍ　、
　３１　ｂ　、　３９　ｍ　、　３９　Ａ・・・オペア
ンプ、　　７４１　ｍ　、　ｌｌ　Ａ　、　／ダｅ　、
　／４’　ｄ　＊／７　　ｇ　　、　　ｌ’／　　Ａ　
　、　　ＩＢ　　、　　ダＡ、’ｌり　＠　　、　　　
／７　　Ａ　　、　　ダク　Ｏ、ダ７ｄ。ダｆａ、ダｒｂ・・・トランジスタ、／＆　ａ　、　／
ｊ　Ａ・・・Ｅ点の出力曲線、　　ＺＡ　ｂ　ｍ　ＺＡ
　’　＋　：’ｌ：）　ｓ　〃’　・・・ホール素子１
ｊｇの出力曲線、　　／＆　４　ｔ・・規準電圧、　　
ＩＩ　ｇ　、　１ｇ　ｂ−Ｈ°点の出力曲線、／９　ｇ
　、　／９　ｂ　−７点の出力曲線、　　ｕ　ａ　、　
ｕ　ｂ・・・トルク曲線、　　ｎ・・・コギングトルク
曲線、ｎ　ａ　、　＃　Ａ　、　］　ｅ　、　−・−、
コＡ　＆　、　２６　Ａ　、　２１ｓ　０．３ｋａ３３
　ｂ　、　３Ａ　ａ　、　３Ａ　Ａ　−・・通電曲線、
　　、？コ、　、７．７−・・磁束の方向、　　３１・
・・軟鋼円板、　　／コａ、／２ｂ。ｌコＣ・・・端子、　　ｊ・・・軟鋼片、　　＋１７・
・・単安定回路、　　４１．４４１７　ａ　、　ｌｌ　
ｂ・・・反転回路。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）マグネット回転子ならびに固定電機子を備えた１
相の半導体電動機において、固定電機子に装着された複
数個の第１、第２、第３、・・・の電機子コイルと、該
電機子コイルに対向して、等しいピッチで、異極が隣接
するようにＮ、Ｓ磁極に着磁された前記したマグネット
回転子と、該マグネット回転子の磁極面に対向して固定
電機子側に固定され、該回転子の位置を検出して、磁極
の磁界の強さに比例した位置検知信号を発生する磁電変
換素子と、コギングを利用して起動せしめる自起動手段
と、起動の初期においては、前記した磁電変換素子の出
力により、奇数番目の電機子コイルならびに偶数番目の
電機子コイルに直列に接続された第１、第２のトランジ
スタを付勢して両電機子コイル群を交互に電気角で１８
０度ずつ通電し、起動の終了後においては、前記した磁
電変換素子の位置検知信号と規準電圧を比較する比較回
路の出力により、電機子コイルの通電の初期と末期の所
定の区間の通電を遮断して、ほぼ電気角で１２０度の通
電を行なう通電制御回路とより構成されたことを特徴と
する１相の半導体電動機。
（２）第（１）項記載の特許請求の範囲において、等し
いピッチで円周面にそつて配設された偶数個の突極を備
えるとともに珪素鋼板を積層して作られた固定電機子と
、それぞれの突極に装着された第１、第２、第３、第４
、・・・の電機子コイルと、固定電機子の中央部に設け
た軸承に回動自在に支持された回転軸により、カップ内
側面が前記した突極面と対向して回転するようにされた
カップ状の磁性体と、該磁性体のカップ内側面に固着さ
れ、突極と等しい数の磁極面が僅かな空隙を介して突極
に対向し、異極が隣接するように等しいピッチでＮ、Ｓ
極に着磁された円環状のマグネット回転子と、隣接する
２個の突極の間の中間部において、マグネット回転子と
対向して固定電機子側に固定され、マグネット回転子の
磁極の非対称磁界により、非対称の位置検知信号を発生
する磁電変換素子と、起動の終了後において、電機子コ
イルの通電の初期の通電の遮断区間に対して、末期の通
電の遮断区間を大きくした通電を行なう通電制御回路と
より構成されたことを特徴とする１相の半導体電動機。
（３）マグネット回転子ならびに固定電機子を備えた１
相の半導体電動機において、固定電機子に装着された複
数個の第１、第２、第３、・・・の電機子コイルと、該
電機子コイルに対向して、等しいピッチで、異極が隣接
するようにＮ、Ｓ磁極に着磁された前記したマグネット
回転子と、該マグネット回転子の磁極面に対向して固定
電機子側に固定され、該回転子の位置を検出して、磁極
の磁界の強さに比例した位置検知信号を発生する磁電変
換素子と、コギングを利用して起動せしめる自起動手段
と、起動の初期においては、前記した磁電変換素子の出
力により、奇数番目の電機子コイルならびに偶数番目の
電機子コイルに直列に接続された第１、第２のトランジ
スタを付勢して両電機子コイル群を交互に電気角で１８
０度ずつ通電し、起動の終了後においては、前記した磁
電変換素子の位置検知信号と規準電圧を比較する比較回
路の出力により、電機子コイルの通電の初期と末期の所
定の区間の通電を遮断して、ほぼ電気角で１２０度の通
電を行なう第１の通電制御回路と、奇数番目ならびに偶
数番目の電機子コイルのそれぞれに並列に接続された第
１、第２のスイッチング素子と、前記した磁電変換素子
の位置検知信号を電気角で１８０度の巾の矩形波に整形
する回路と、該回路の出力により、第１のトランジスタ
の導通時には、第１のスイッチング素子を付勢して導通
し、第２のトランジスタの導通時には、第２のスイッチ
ング素子を付勢して導通せしめる第２の通電制御回路と
より構成されたことを特徴とする１相の半導体電動機。
（４）マグネット回転子ならびに固定電機子を備えた１
相の半導体電動機において、固定電機子に装着された複
数個の第１、第２、第３、・・・の電機子コイルと、該
電機子コイルに対向して、等しいピッチで、異極が隣接
するようにＮ、Ｓ磁極に着磁された前記したマグネット
回転子と、該マグネット回転子の磁極面に対向して固定
電機子側に固定され、該回転子の位置を検出して、磁極
の磁界の強さに比例した位置検知信号を発生する磁電変
換素子と、コギングを利用して起動せしめる自起動手段
と、第１、第２、第３、・・・の電機子コイルの並列若
しくは直列接続体と、該接続体に供電して、往復して通
電せしめる第１、第２、第３、第４のトランジスタより
なるブリッジ回路と、起動の初期においては、前記した
磁電変換素子の出力により、前記した電機子コイルの接
続体を含むブリッジ回路の第１、第２のトランジスタを
付勢して、電機子コイルの接続体に往復して、電気角で
１８０度ずつ通電し、起動の終了後においては、前記し
た磁電変換素子の位置検知信号と規準電圧を比較する比
較回路の出力により、電機子コイルの初期と末期の所定
の区間の通電を遮断して、ほぼ電気角で１２０度の通電
を行なう第１の通電制御回路と、前記した電機子コイル
の接続体に並列に互いに逆接続された第１、第２のスイ
ッチング素子と、前記した磁電変換素子の位置検知信号
を電気角で１８０度の巾の矩形波に整形する回路と、該
回路の出力により、第１のトランジスタの導通時には第
１のスイッチング素子を付勢して導通し、第２のトラン
ジスタの導通時には第２のスイッチング素子を付勢して
導通せしめる第２の通電制御回路とより構成されたこと
を特徴とする１相の半導体電動機。