WO1993015550A1 - Moteur a reluctance et rotor de moteur a reluctance a haute vitesse - Google Patents

Moteur a reluctance et rotor de moteur a reluctance a haute vitesse Download PDF

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WO1993015550A1
WO1993015550A1 PCT/JP1993/000066 JP9300066W WO9315550A1 WO 1993015550 A1 WO1993015550 A1 WO 1993015550A1 JP 9300066 W JP9300066 W JP 9300066W WO 9315550 A1 WO9315550 A1 WO 9315550A1
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armature coil
position detection
coils
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Itsuki Bahn
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Sekoh Giken KK
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    • H02P3/06—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter
    • H02P3/065—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter for stopping or slowing a reluctance motor

Definitions

  • Rotor of reluctance type motor and reluctance type high speed motor Rotor of reluctance type motor and reluctance type high speed motor
  • the present invention is used as a driving source for a drill machine, or a driving source that is small and requires high speed, or that does not require precise rotation control of a large output, such as a power source for an electric vehicle or a crane.
  • a driving source for a drill machine or a driving source that is small and requires high speed, or that does not require precise rotation control of a large output, such as a power source for an electric vehicle or a crane.
  • Reluctance motors have the advantage that they have a large output torque and do not require a magnet rotor, but on the other hand, there are many disadvantages such as the occurrence of vibrations, so there are few examples of their practical use. .
  • Rotational torque is obtained by the magnetic attraction force between the magnetic poles of the fixed armature and the rotor salient poles.
  • mechanical vibration is generated because the magnetic attraction force acts in a large direction toward the center.
  • the switching elements for controlling the energization of the armature coil are inserted at both ends of the armature coil, so that the number of expensive elements increases and the cost increases. There is a point.
  • the switching element on the positive side of the power supply has a drawback that the input electric signal for controlling the conduction is a separate power supply and is expensive.
  • the above-mentioned low speed means up to about 300 revolutions per minute, and the high speed means up to about 60,000 revolutions per minute.
  • the inductance of the armature coil is remarkably large, so that the rise of the current at the beginning of energization is slow, and the current drops when the energization is stopped.
  • the former has a problem that the output torque is reduced, and the latter has a problem that a counter torque is generated. If the power supply is set to a high voltage to speed up the initial rise, a sharp rise in current will occur after the magnetic saturation point. For this reason, vibration and electric noise are generated, and the section where the current rises is a section where the torque is small.
  • the rotor has at least four salient poles Required. Therefore, the number of times of the magnetic energy of the magnetic pole and the salient pole in and out during one rotation is large, and the efficiency is deteriorated, and it is difficult to increase the speed. Furthermore, a large magnetic attraction force that does not contribute to the axial torque is generated between the magnetic pole and the salient pole.
  • a magnetic pole '5 is provided at an axially symmetric position, but there is a disadvantage that the magnetic attraction force is not erased due to the difference in the gap length between the magnetic pole and the salient pole, and vibration is generated. Even if the gap length is adjusted equally, the bearing will wear during use, so there is a problem that the gap length changes and there is no means to prevent the occurrence of vibration.
  • FIG. 26 is a plan view of a well-known three-phase single-wave reluctance motor.
  • Reference numeral 16 denotes a fixed armature, which is made of a silicon steel sheet laminate, and armature coils 17a, 17b, ... are mounted on magnetic poles 16a, 16b, ..., respectively.
  • Rotor 1 rotates in the direction of arrow A.
  • Symbol 5 is the rotation axis.
  • the armature coils 17a, 17d- ⁇ 17b, 17e ⁇ 17c, and 17f rotate in the direction of arrow A by energization in this order.
  • the above-mentioned rotation torque involves two salient poles, and the other four do not.
  • an object of the present invention is to provide a high-speed and high-efficiency reluctance motor having a small diameter, and a reluctance motor having a large output torque, small vibration and, if necessary, regenerative braking. . Disclosure of the invention
  • the present invention relates to a three-phase single-wave reluctance type DC motor including a fixed armature and a magnetic rotor, wherein two magnetic poles are arranged at a width and a separation angle equal to the outer peripheral rotating surface of the magnetic rotor. Salient poles, and twelve slots disposed at equal spacing angles on the inner peripheral surface of the fixed armature;
  • a first phase armature in which the coils wound around the first and fourth slots and the coils wound around the seventh and tenth slots are connected in series or in parallel.
  • a second phase armature coil connected in parallel
  • a third phase motor in which the fifth and eighth coils wound in the slots and the first and second coils wound in the slots are connected in series or in parallel Child coil,
  • the electrical angle is obtained by the output of the position detection element that detects the rotational position of the salient pole.
  • a signal and a position detecting device for obtaining a position detecting signal of a third phase which is 120 ° out of phase with respect to the electric angle;
  • One switching element inserted on the power supply negative side of each of the armature coils of the first, second and third phases;
  • a DC power supply for supplying power to the series connection of the first diode, the armature coil and the switching element
  • the switching elements connected to the corresponding armature coils of the first, second, and third phases, respectively, are connected to the corresponding first, second, and third phase armature coils by the position detection signals of the first, second, and third phases.
  • An energization control circuit that conducts by the width to energize the armature coil to obtain an output torque
  • the switching is performed.
  • the first diode and the armature coil via a semiconductor element which is turned on in synchronization with the conduction of the element;
  • Electrostatic energy accumulated in the small-capacity capacitor mentioned above from 25 connection points A second electric circuit that causes the current to flow rapidly by causing the current to flow, a detection circuit that detects that the current supplied to the armature coil has exceeded a predetermined value and obtains a detected electric signal,
  • a chopper circuit for stopping energization of the armature coil according to the detected electric signal and energizing the armature coil after a predetermined time, thereby maintaining the current to a predetermined value
  • the present invention provides a two-phase full-wave current-reluctance DC motor having a fixed armature and a magnetic rotor.
  • Two salient poles disposed at a width and a separation angle equal to the outer circumferential rotation surface of the magnetic rotor;
  • a first phase armature in which the coils wound on the first and third slots and the coils wound on the fifth and seventh slots are connected in series or in parallel.
  • a second phase armature in which the coils wound on the second and fourth slots and the coils wound on the sixth and eighth slots are connected in series or in parallel With coil,
  • a third-phase armature in which the third and fifth coils wound in the slot and the seventh and first coils wound in the slot are connected in series or in parallel.
  • the coils wound around the fourth and sixth slots and the coils wound around the eighth and second slots are connected in series or in parallel.
  • a fourth phase armature coil
  • the electrical angle is obtained by the output of the position detection element that detects the rotational position of the salient pole.
  • a position detection signal of the first phase which is sequentially shifted by 360 degrees in a width of 9 ° and a position detection signal of the second phase which is shifted by 90 degrees in electrical angle from these signals
  • One switching element inserted on the power supply negative side of each of the armature coils of the first, second, third, and fourth phases;
  • a DC power supply for supplying power to a series connection of the diode, the armature coil, and the switching element
  • the switching element connected to the first, second, third, and fourth phase armature coils corresponding to the first, second, third, and fourth phase position detection signals, respectively. And an energization control circuit that conducts the armature coil for the width of the position detection signal and energizes the armature coil to obtain a maximum output torque.
  • connection point between the switching element and the armature coil causes the armature coil to pass through a second diode.
  • the switching is performed. Conduction synchronized with element conduction Through the semiconductor element, the electrostatic energy accumulated in the small-capacitance capacitor flows from the connection point between the first diode and the armature coil, thereby increasing the rise of the conduction current.
  • An electric circuit, and a detection circuit that detects that the current flowing through the armature coil has exceeded a predetermined value and obtains a detected electric signal.
  • a chopper circuit for stopping energization of the armature coil according to the detected electric signal and energizing the armature coil after a predetermined time, thereby maintaining the current to a predetermined value
  • This is a reluctance type 2'-phase high-speed motor characterized by being constructed as described above.
  • the present invention provides a two-phase full-wave reluctance DC motor having a fixed armature and a magnetic rotor
  • a third phase armature in which the coils wound around the third and fifth slots and the coils wound around the seventh and first slots are connected in series or in parallel.
  • a fourth phase motor in which the coils wound on the fourth and sixth slots and the coils wound on the eighth and second slots are connected in series or in parallel Child coil,
  • the position detection signal of the first phase which is sequentially shifted by 360 degrees in electrical angle of 90 degrees by the output of the position detection element for detecting the rotation position of the salient pole, and the like.
  • the position detection signal of the second phase which is 90 ° in electrical angle
  • the position detection signal of the third phase which is 90 ° in electrical angle
  • a position detection device that can obtain a position detection signal of a fourth phase 90 degrees in electrical angle
  • a DC power supply for supplying power to a series connection of each of the armature coils and the switching elements
  • the switching elements connected to the corresponding first, second, third, and fourth phases are turned on by the position detection signals of the first, second, third, and fourth phases, respectively.
  • One switching element inserted on the power supply negative side of each of the armature coils of the first, second, third, and fourth phases;
  • a first group of diodes reversely connected to each of the first, second, third, and fourth phase armature coils and the series connection of the switching elements;
  • a second group of diodes connected to a connection point between the armature coil and the switching element when the energization of the armature coils of the first and third phases is cut off;
  • a first electrical circuit that charges the capacitor through a group of diodes;
  • a second electric circuit that is inserted between the positive electrode of the capacitor and the positive electrode of the power source, and that compares the voltage of the capacitor with the power supply voltage and controls the energization so that the former and the latter are almost equal;
  • a chopper circuit for maintaining a current supplied to the armature coil so as not to exceed a current value for burning the armature coil
  • the present invention provides a columnar magnetic rotor made of a silicon steel sheet laminate
  • a bearing that supports both ends of the rotating shaft so as to rotatably support the rotating shaft
  • First and second salient poles projecting from the outer rotating surface of the rotor and spaced 90 degrees from each other at a width of 90 degrees;
  • a fixed armature made of an annular silicon steel sheet laminate, with a two-phase or three-phase armature coil mounted on a slot on its inner surface, and an inner circumferential surface of the fixed armature
  • the outer circumferential surfaces of the first and second salient poles rotate through a gap having a width set as follows, and the gap between the inner circumferential surface of the fixed armature and the first salient poles Means for varying the distance between the first and second salient pole outer peripheral surfaces and the rotary shaft so that the width of the first salient pole becomes smaller by a predetermined value than the width of the gap of the second salient pole;
  • the present invention relates to a three-phase reactance motor having a magnetic fixed armature and a magnetic rotor,
  • N (n is a positive integer equal to or greater than 3) salient poles disposed at an equal width and a same separation angle on the outer peripheral surface of the magnetic rotor;
  • the rotational position of the salient pole is detected, and the position detection signals of the first phase separated by 240 degrees from each other with a width of 120 degrees in electrical angle, and the phase is thus 120 degrees in electrical angle.
  • a semiconductor switching element connected in series to each of the first, second, and third phase armature coils
  • a DC power supply for supplying power to a series connection of the armature coils of the first, second, and third phases and the semiconductor switching element
  • the semiconductor switching elements connected in series to the armature coils of the first, second, and third phases, respectively, via the first, second, and third phase position detection signals.
  • An energization control circuit that conducts for the width of the signal and energizes the armature coil;
  • the armature coil When the semiconductor switching element is turned off at the end of the position detection signal, the armature coil is connected via a diode from a connection point between the semiconductor switching element and the armature coil. The magnetic energy accumulated by the flow into the small capacity capacitor is charged and held. A first electric circuit for rapidly decreasing the current flowing through the armature coil;
  • An armature current detection device for detecting a current supplied to the armature coils of the first, second, and third phases to obtain a detection signal
  • a three-phase reactance motor comprising: a chopper circuit that conducts the semiconductor switching element to hold the armature current at a set value.
  • the present invention relates to a three-phase dual-wave reluctance motor
  • first and second salient poles disposed on both sides of the outer peripheral surface of the magnetic rotor at an equal width and a same separation angle
  • the first fixed armature is mounted on 6n slots arranged at the same separation angle on the inner circumference of the first cylindrical fixed armature with the phase shifted by 12 degrees in electrical angle.
  • the second and third phase armature coils are arranged at the same separation angle on the inner circumference of the first cylindrical fixed armature with the phase shifted by 12 degrees in electrical angle.
  • a second fixed armature having exactly the same configuration as the first fixed armature, wherein the slots are provided with the armature coils of the first, second, and ⁇ phases, and the first fixed armature;
  • the rotational position of the first salient pole is detected, and the position detection signals of the first phase separated by 240 degrees from each other with a width of 120 degrees in electrical angle and the phase detected by these signals are converted into electrical angles.
  • the position detection signal of the second phase which is shifted by 120 degrees and the position detection signal of the third phase whose phase is shifted by 120 electrical degrees and the first, second, and A position detection device that can obtain a position detection signal of the phase of each of the chambers _ ⁇ , 2, and the star ⁇ whose phase is 180 electrical degrees apart from the position detection signal of the third phase;
  • a semiconductor switching element connected in series to each of the armature coils of the first, second, third, ⁇ , _2, and H phases;
  • a DC power supply for supplying power to a series connection of the armature coil and the semiconductor switching
  • the first, second, third, U_, 2, and third phase armature coils are respectively connected in series with the first, second, third, first, second, and third phase position detection signals.
  • the magnetic energy accumulated by the armature coil flows into a small-capacitance capacitor via a diode from a connection point between the semiconductor switching element and the armature coil.
  • a first electric circuit that rapidly reduces the current flowing through the armature coil by charging and holding;
  • An armature current detection device for detecting a current supplied to the armature coils of the first, second, and third phases to obtain a detection signal
  • the semiconductor switching element described above is turned off, and when the current due to the discharge of magnetic energy from the armature coil falls to a predetermined value.
  • a second chopper circuit having the same configuration for holding the currents flowing through the first, second, and third armature coils at a set value, and a three-phase reactance type characterized by comprising It is an electric motor.
  • the magnetic energy is charged into the small-capacitance capacitor, so that the discharge time is short and the generation of the anti-torque is prevented, and Since the high voltage of the capacitor is applied to the armature coil to be energized next, the energizing current rises rapidly and the generation of torque reduction is suppressed.
  • a chopper circuit Since a chopper circuit is additionally provided, the following operation is provided in addition to the operation of maintaining the current value of the armature coil at a predetermined value.
  • the switching element connected to the armature coil When the current value of the armature coil exceeds a predetermined value, the switching element connected to the armature coil is turned off, so that a part of the magnetic energy of the armature coil is charged to a small-capacitance capacitor. . Therefore, the electrostatic energy in proportion to the chopper frequency is charged and held. Magnetic energy when power is cut off at the end of the position detection signal is added to charge the small-capacity capacitor.
  • the number of salient poles is two, the number of times of magnetic energy input / output during one rotation is small, and in the case of high speed rotation, iron loss can be reduced, and deterioration of efficiency is prevented. There is action. Also, a small diameter motor can be used.
  • the gap length between the outer peripheral surface of the salient pole 1 a and the inner peripheral surface of the fixed armature 16 is the distance between the outer peripheral surface of the magnetic pole 1 b and the inner peripheral surface of the fixed armature 16. It is smaller than the gap length by a set value. Therefore, during rotation, the force by which the salient pole 1a is magnetically attracted to the fixed armature is greater than the attracting force by the salient pole 1b. This difference in suction force is indicated by arrow vector B. Since the vector B rotates in synchronization with the rotation of the rotor 1, the rotating shaft 5 rotates while being pressed by the bearing, thereby preventing rotation vibration from being generated.
  • the above-mentioned pressing force is in a range that does not damage the bearing.
  • the gap length between the magnetic poles facing each of the salient poles on one side and the opposite side of the rotor is different, the vector of the magnetic attraction force in the strange direction of the rotor always faces outward.
  • the rotating vector makes it possible to prevent vibration and damage to the bearing.
  • the force in the direction of the center of rotation received by the fixed armature via the salient pole facing the magnetic pole is also balanced, so that the fixed armature is also prevented from being deformed and vibrated.
  • the present invention has the following effects as described above.
  • Only one power element for power supply control of the armature coil is provided on the negative electrode side of the power supply.
  • High-speed motors up to 100,000 revolutions per minute
  • Even during high-speed rotation there is no generation of reduced torque or anti-torque, so an effective technique can be obtained.
  • the armature current can be maintained at a set value or controlled at a constant speed by the chopper circuit, and the armature current is stored in the armature coil using the chopper action.
  • the magnetic energy compensates for the copper loss of the armature coil and the iron loss of the magnetic core when the magnetic energy moves between the armature coils. Therefore, the rise and fall of the current flowing through the armature coil can be made remarkably rapid, so that a motor having a high speed and a large output torque can be obtained. It can also be driven with a low voltage power supply.
  • the armature current can be made to have a waveform similar to a sine wave as shown by the curves 31a, 31b,... in Fig. 18, so that iron loss is reduced and efficiency is increased. You can.
  • Fig. 1 is a plan view of a three-phase single-wave reluctance motor according to the present invention
  • Fig. 2 is a developed view of a fixed armature and a rotor of the motor of Fig. 1
  • Fig. 3 is an electric circuit of a position detecting device.
  • Fig. 4 is a circuit diagram of a conventional armature coil energization control circuit
  • Fig. 5 is a circuit diagram of an armature coil energization control circuit of the present invention
  • Fig. 6 is an armature coil energization control circuit of the invention device.
  • FIG. 7 shows another embodiment of the armature coil energization control circuit diagram of the device of the present invention.
  • FIG. 8 shows still another embodiment of the armature coil energization control circuit diagram of the device of the present invention.
  • FIG. 9 is a time chart of the armature current
  • FIG. 10 is a time chart of the position detection signal
  • FIG. 11 is a two-phase full-wave energized reluctance motor according to the present invention.
  • Fig. 12 is an exploded view of the fixed armature and rotor of the motor of Fig. 11, and Fig. 13 is position detection.
  • FIG. 14 is a circuit diagram for controlling the energization of the armature coil of the apparatus of the present invention
  • FIG. 15 is a circuit diagram for controlling the energization of the armature coil of the apparatus of the present invention.
  • FIG. 6 is still another embodiment of the armature coil energization control circuit diagram of the device of the present invention
  • FIG. 17 is a timing chart of the armature current
  • FIG. 18 is an armature coil of FIGS.
  • FIG. 19 is a time chart of the position detection signal
  • FIG. 20 is a time chart of the present invention.
  • Fig. 21 is a plan view of the fixed armature and rotor of the motor shown in Fig. 20, and
  • Fig. 22 is an electric circuit diagram of the position detection device.
  • FIG. 23 is an energization control circuit diagram of the armature coil of the device of the present invention
  • FIG. 24 is another embodiment of the energization control circuit of the armature coil of the device of the present invention
  • Graph of armature current Fig. 26 is a plan view of the fixed armature and rotor of a conventional reluctance motor
  • Fig. 27 is a developed view of the fixed armature and rotor of the device of the present invention.
  • Fig. 29 is a plan view of the fixed armature and rotor of the device of the present invention
  • Fig. 30 is a cross-sectional view of a three-phase dual-wave reluctance motor
  • Fig. 3 1 is an electric circuit diagram for obtaining a position detection signal
  • Fig. 32 is an electric circuit diagram for obtaining a position detection signal for forward / reverse rotation
  • Fig. 33 is a time chart of the position detection signal, energization curve, and torque curve.
  • Fig. 34 is a graph of the excitation current curve
  • Fig. 35 is a circuit diagram of the energization control of the armature coil.
  • FIG. 36 is another embodiment of the armature coil conduction control circuit
  • FIG. 37 is another embodiment of the armature coil conduction control circuit
  • FIG. 38 is a timing chart of the position detection signal. is there. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • Figure 1 is a plan view of the fixed armature and rotor.
  • the symbol 1 is a rotor whose salient poles la and lb have a width of 180 degrees (90 degrees in mechanical angle) and are arranged at an equal pitch with a phase difference of 360 degrees. ing.
  • the rotor 1 is made by a well-known means in which silicon steel sheets are laminated.
  • Symbol 5 is the axis of rotation.
  • the fixed armature 16 has twelve slots provided at equal spacing angles and is denoted by symbols 16a, 16b, ... and 17a, 17b, ..., respectively.
  • Symbol 9 is a cylinder serving as an outer casing.
  • Slots 16a and 16b and slots 17a and 17b each have one coil wound, and the two coils are connected in series or in parallel. It becomes the armature coil of the first phase. In this embodiment, they are connected in series.
  • Slots 16c and 16d and slots 17c and 17d are each wound with one coil, and the two coils are connected in series. It becomes a phase armature coil. Slots 16e and 16f and slots 17e and 17f each have one coil wound, and the two coils are connected in series to form a third phase armature. It becomes a coil.
  • the included angle between the dotted lines 7a and 7b is 90 degrees in mechanical angle, and the included angle between the dotted lines 7c and 7d is the same angle.
  • Arrow A is the direction of rotation of rotor 1.
  • the width of salient poles 1a and 1b is 90 degrees in mechanical angle, and they are separated by the same angle.
  • FIG. 2 is a development view of the rotor 1 and the armature coil.
  • the armature coils 9a and 9b represent the first-phase armature coils described above, and the armature coils 9c and 9d and the armature coils 9e and 9f are The second and third phase armature coils described above are shown. Derivation terminals of the armature coils of the first, second and third phases are indicated by symbols 8a, 8b and 8c, 8d and 8e and 8f.
  • the fixed armature 16 is also made of a silicon steel sheet laminate like the rotor 1.
  • the hatched portions indicated by the dotted lines 1c and Id are filled with a plastic material, which is for preventing frictional loss of air during high-speed rotation.
  • armature coils 32a, 32b, and 32c The armature coils in the first, second, and third phases described above are hereinafter referred to as armature coils 32a, 32b, and 32c, respectively.
  • the armature coil 32b When the armature coil 32b is energized, the salient poles 1a and 1b are attracted, and the rotor 1 rotates in the direction of arrow A. When rotated by 120 degrees, the armature coil 32b is de-energized, and the armature coil 32c is energized. When the armature coil is further rotated by 120 degrees, the energization of the armature coil 32 c is cut off, and the armature coil 32 a is energized. The conduction mode cyclically alternates with the armature coil 32a—armature coil 32b—armature coil 32c—every 120 ° of rotation. Driven as an electric motor.
  • the magnetic pole at the axially symmetric position is magnetized to the N and S poles. Since the two magnetic poles to be excited are always of different polarities, the leakage magnetic fluxes passing through the non-excited magnetic poles are in opposite directions, thereby preventing the generation of anti-torque.
  • the coils 10a, 10b, and 10c are position detecting elements for detecting the positions of the salient poles la and lb, and are fixed to the armature 16 at the positions shown in the drawing, and the coil surface is It faces the side surfaces of salient poles 1a and 1b via a gap.
  • the coils 10a, 10b, and 10c are separated by 120 degrees.
  • Ko The ill is a 5 millimeter monster with an air core of about 100 turns.
  • Figure 3 shows a device for obtaining position detection signals from coils 10a, 10b, and 10c.
  • the coil 10a and the resistors 15a, 15b, and 15c form a bridge circuit so that they are balanced when not facing the coil 10a or the salient poles la and lb.
  • the outputs of the low-pass filter composed of the diode 11a, the capacitor 12a, and the diode 1lb, the capacitor 12b are equal, and the output of the operational amplifier 13 is at a single level.
  • Symbol 10 is an oscillator that oscillates on the order of 1 megacycle.
  • the input of the block circuit 18 is the curve 33a, 33b,... Of the timing chart of FIG. 10, and the input via the inverting circuit 13a is the curve 33a, 33b, ... is the reverse of Block circuits 14a and 14b in FIG. 3 have the same configuration as the above-described block circuit including the cores 10b and 10c, respectively.
  • the oscillator 10 can be used in common.
  • the output of the block circuit 14a and the output of the inverting circuit 13b are input to the block circuit 18, and their output signals are represented by curves 34a and 34 in FIG. b,..., and curves 34 a, 34 b,....
  • the output of the block circuit 14b and the output of the inverting circuit 13c are input to the block circuit 18 and their output signals are represented by curves 35a, 35b,. And the reverse of this.
  • the curves 34a, 34b,... have a phase force i 20 degrees, and the curves 35a, 35b,... 120 degrees behind.
  • the block circuit 18 is a circuit commonly used for a control circuit of a three-phase Y-type semiconductor motor, and receives the above-described position detection signal 5 so that the terminals 18a, 18b, and 18c are connected. It is a logic circuit that can obtain a square-wave electric signal with a width of 120 degrees. In FIG.
  • the outputs of terminals 18a, 18b, and 18c are curves 36a, 36b,..., curves 37a, 37b,..., curves 38a, 3 8 b,....
  • the same effect can be obtained by using an aluminum plate of the same shape that rotates synchronously with the rotor 1 in Fig. 1 instead of the opposed salient poles la, 101b ... of the coils 10a, 10b, 10c. is there.
  • an aluminum disk 3 having 15 protrusions 3a, 3b (this width is 120 degrees) on the outer periphery is configured to rotate synchronously with the rotor 1, and the coils 10a, 10 b faces the surfaces of the protrusions 3a and 3b via a gap.
  • Transistors 20a, 20b, and 20b are inserted at the lower ends of the armature coils 32a, 32b, and 32c, respectively.
  • the transistors 20a, 20b, and 20c are switching elements, and may be other semiconductor elements having the same five effects.
  • the one shown in FIG. 4 is a conventionally known means.
  • Transistors 19 a, 19 b,... are inserted at both ends of the armature coils 6 a, 6. Therefore, there are twice as many transistors as armature coils.
  • the transistors 19 a, 19 b,... Become expensive because they are power devices, and the transistors 19 a, 19 c on the positive side of the power supply are connected to the terminals 19 11, 19 12 by the input of the terminals 19 11, 19 12. In order to control the continuity, a separate power supply is required, making this circuit 5 expensive.
  • the position detection signal curve 36 a, 36 b,. 37a, 37b, ..., curves 38a, 38b, ... are input.
  • the transistors 20a, 20b, and 20c obtain the base input through the AND circuits 24a, 24b, and 24c, and are conducted.
  • the armature coils 32a, 32b and 32c are energized.
  • Terminal 40 is a reference voltage for specifying the armature current. Terminal
  • the output torque can be changed.
  • the power switch (not shown) is turned on, the input of the + terminal of the op-amp 40a is lower than that of one terminal, so that the output of the op-amp 40a becomes low level and the inverting circuit 28 Since the input of b is also at the low level, its output is at the high level, and the transistor 20a conducts, and the voltage is applied to the conduction control circuit of the armature coil.
  • the resistance 22a is a resistance for detecting the armature current of the armature coils 32a, 32b, and 32c.
  • the block circuits G and H are electric circuits for controlling the energization of the armature coils 32b and 32c, and have the same configuration as the energization control circuit of the armature coil 32a.
  • Diodes 49b and 49c which are members corresponding to the transistor 20a and the diode 49a, and the transistor
  • the armature coil is energized for a width of 36 a.
  • the arrow 23a indicates a conduction angle of 120 degrees.
  • the rise is delayed due to the inductance of the armature coil, and when the energization is cut off, the stored magnetic energy is supplied to the power supply via diodes 6c and 6d in Fig. 4. Since it is discharged back, it falls like the second half of the curve 25 on the right side of the dotted line J. You.
  • the section where the positive torque is generated is the section of 180 degrees indicated by the arrow 23, so there is the generation of the counter torque and the output torque and the efficiency are reduced.
  • the device of the present invention comprises a diode 49a for preventing backflow, a capacitor 41a of small capacity and diodes 49a, 21a and semiconductor elements 4a, 4b shown in FIG. , 5a, etc. to eliminate the above-mentioned disadvantages, and use only one switching element (symbol 20a, 20b, 20c) for power supply control of the armature coil on the negative voltage side of the power supply It has special features in doing so.
  • the magnetic energy stored in the armature coil 32a is not returned to the DC power supply side by the backflow prevention diode 49a.
  • the capacitor 41a is charged to the polarity shown in the figure via the diode 21a, and this is set to a high voltage. Therefore, the magnetic energy disappears rapidly and the current drops rapidly.
  • the first-stage curves 27, 27a, 27b of the time chart in FIG. The curve between the dotted lines on both sides of the current curve flowing through the armature coil 32a is 120 degrees.
  • the energizing current drops rapidly as shown by the curve 27b to prevent anti-torque, and the capacitor 4la is charged to a high voltage and held.
  • the transistor 20 a conducts and the armature coil 32 a is energized again, but the applied voltage at this time is equal to that of the capacitor 4 la. Since both the charging voltage and the power supply voltage (the voltages of the terminals 2a and 2b) are used, the current of the armature coil 32a rises rapidly. This phenomenon causes a rapid rise as shown by the curve 27.
  • the rising conduction curve 27 is halfway and rises slowly as shown in the figure. This is because when the magnetic energy moves between the armature coils, it is converted to heat energy by the copper loss of the coil and the iron loss of the magnetic pole and is extinguished. The means for eliminating such inconvenience will be described later. As described above, the generation of the reduced torque and the anti-torque is eliminated, and the current is nearly square wave, so that the output torque increases.
  • the operation of the SCK (control rectifier) 5a and the transistors 4a and 4b in the case described above will be described below.
  • the block circuit 4 includes a differentiating circuit and a monostable circuit.
  • the monostable circuit is energized by the differentiated pulse at the beginning of the position detection signal, and the transistor is output by outputting an electric pulse having a set width. 4b and 4a conduct for that width. Therefore, the gate current of SCR 5a is obtained and it becomes conductive. Therefore, the positive pole of capacitor 4 1a ⁇ ⁇ SCR 5 a—armature coil 3 2a — transistor 20 a — diode 21 d ⁇ one pole of capacitor 41 a It is discharged in order. At the end of discharge, SCR 5a and transistors 4a and 4b are turned off.
  • the current of the armature coil 32a increases, the voltage drop of the resistor 22a for detecting the voltage increases, and the voltage of the reference voltage terminal 40 (input voltage of one terminal of the operational amplifier 40a) Is exceeded, the output of the operational amplifier 40a changes to a high level, so that a differential pulse is obtained from the differential circuit 40b, and the monostable circuit 28a is energized to generate a pulse electric signal of a predetermined width. can get. Since the output of the inverting circuit 28 b is converted to the level of the width by the width, the output of the AND circuit 24 a is also the level of the width by the same width, and the transistor 20 a is also turned off by the width. I do.
  • the current of the armature coil drops, and charges the capacitor 41a via the diode 21a.
  • the output signal of the monostable circuit 28 a disappears, the output of the inverting circuit 28 b and the output of the AND circuit 24 a are switched to high level again, and the transistor 20 a conducts and the armature current flows. Begins to increase.
  • the capacitor 41a is repeatedly charged by the number of times of the output pulse of the monostable circuit 28a, the voltage is increased, and the electrostatic energy is accumulated.
  • the battery 20a is turned off, the entire magnetic energy of the armature coil 32a is charged to the capacitor 41a.
  • electrostatic energy of the capacitor 41a electrostatic energy corresponding to the chopper frequency and the fall time of the armature current is further added.
  • the current rises when the armature coil 32a is next energized, so that it is possible to compensate for the energy loss caused by the copper loss of the armature coil and the iron loss of the magnetic pole described above. it can. Therefore, the armature current rises rapidly as shown by the dotted curve 27c in the first stage in FIG. 9, becomes almost a rectangular wave, and has the effect of increasing the output torque.
  • the capacitance of the capacitor 41a, the frequency of the chopper current, and the output pulse width of the monostable circuit 28a need to be adjusted so as to have the above-described effects.
  • Armature coils 32b and 32c are also chopper-controlled by armature current by AND circuits 24b and 24c and transistors 20b and 20c. .
  • the energization control that makes the rise and fall of the armature current rapid is performed by the aza roads Ci and H.
  • the armature coil may be energized at any point within 30 degrees from the point where the salient pole enters the magnetic pole. Adjust by taking into account the rotation speed, efficiency, and output torque, and change the position of the coils 10a, 10b, and 10c, which are position detection elements, that are fixed to the fixed armature side. As can be understood from the above description, the object of the present invention is achieved because a large output and high-speed rotation can be performed efficiently as a three-phase single-wave energized motor.
  • the curves 26a, 26b and 26c in the first stage in Fig. 9 show the conduction curves of the armature coil, and the interval between the dotted lines 26-1 and 26-2 is the position detection signal 1 2 Output at 180 degrees with a width of 0 degrees and a dotted line 2 6 — 1 and 2 6 — 3 3 ⁇
  • Curves 9a, 9b, and 9c are output torque curves, and energization starts at the point indicated by the dotted line 26-1. At the same time, salient poles begin to enter the magnetic poles. Curve 9a is when the current in the armature coil is small, the torque is flat and the torque peak value moves to the left as shown by curves 9b and 9c with the increase of the current s and the current. The range of values is also reduced. Considering the above-mentioned torque characteristics and energizing current value, the point at which energization starts is such that the position detection coil 10 is located at an intermediate point 30 degrees away from the point where the salient pole enters the magnetic pole.
  • the present invention can be carried out even if the capacitor 41a is removed and a small-capacity capacitor 47a is provided instead as shown by a dotted line. The effect is the same.
  • a switching circuit 16 can be obtained by inserting a switching element 16 in series with the power supply negative electrode 2b side and inputting the output of the inverting circuit 28b to its base input terminal 16a.
  • the AND circuits 24a, 24b, and 24c are eliminated, and the transistors 20a, 20c are supplied by the input signals of the terminals 42a, 42b, and 42c.
  • the conduction control of b and 20 c is performed.
  • the input of the knowledge signal is a curve 36a, 36b,..., A curve 37a, 37b,..., A curve 38a, 38b,.
  • the armature coils 32a, 32b, and 32c are sequentially and continuously energized with a width of 120 degrees.
  • the op amp 40a, differentiating circuit 40b, resistor 22a, basic ⁇ reference voltage terminal 40, etc. are the same members as the members of the same symbol in the previous embodiment, and set the armature current to the set value. It becomes a chopper circuit to hold.
  • the transistor 20a is held in a non-conductive state.
  • the input of the terminal 42c causes the transistor 20c to conduct and the energizing of the armature coil 32c starts. Since the transistor 20c conducts, the high voltage of the capacitor 47a is applied, and the rise of the conduction current becomes rapid.
  • the discharge current of the capacitor 47a is conducted through the armature coil 32c, the transistor 20c, the resistor 22a, and the diode 21g.
  • the transistor 20a When the transistor 20a is turned off, the magnetic energy stored in the armature coil 32a is reduced by the diodes 21a, 2Id, and the SCR 23a.
  • the capacitor 47a is charged to a high voltage via the.
  • the gate of SCR 23 a receives the position detection signal of terminal 42 a and is in the conduction mode, so it depends on the on / off state of the transistor 20 a.
  • the capacitor 47b when the capacitor 47b is charged to a high voltage, the charge charges the capacitor 47a via the armature coil 32a and the diode 21a, The force at which the electrostatic energy of the capacitor 47b is released At this time, since the SCR 23a has been turned into a non-conductive state, the release can be prevented.
  • the SCR 23c gate When the transistor 20c is conducting, the SCR 23c gate is conducting because the input signal of the terminal 42c is input. Therefore, in the section where the chopper function is provided, the capacitor 47c receives the magnetic energy of the armature coil 32c little by little and is stored as electrostatic energy.
  • the stored magnetic energy charges the capacitor 47 c via the diodes 21 c and 21 f to maintain a high voltage.
  • the input of the terminal 42 b causes conduction of the transistor 2 ⁇ b and the force at which energization of the armature coil 32 b starts.
  • the high voltage of the capacitor 47c is applied to b, and the rise of the flowing current becomes rapid.
  • the discharge current at this time passes through diode 21i.
  • the capacitor 47b is charged to a high voltage via the diodes 21b and 21e.
  • the transistor 20a is turned on by the input of the terminal 42a, and the armature coil 32a is turned on by the high voltage of the capacitor 47b. Is energized through the diode 21h.
  • Input signals (position detection signals) at terminals 42a, 42b, and 42c are input to the bases of SCRs 23a, 23b, and 23c, respectively. Therefore, when the chopper control in which the transistors 20a, 20b, and 20c are on and off is performed, the capacitors 47a, 47b, and 4c are used. At 7c, the magnetic energy of the corresponding armature coil is charged in small quantities in accordance with the tipper frequency.
  • SCRs 23a, 23b, 23c and diodes 21g, 21h, 21i correspond to the load side of capacitors 46a, 46b, 46c. It is necessary to insert a circuit to perform.
  • diodes 49a, 49b, 49c depend on the high voltage of the capacitors 47a, 47b, 47c. This is to prevent the power supply from being energized.
  • FIG. 7 is an embodiment in which a part of the circuit in FIG. 6 is changed.
  • the capacitors 41a, 41b, and 41c become ⁇ diodes 21a and 21c, respectively. It is charged and held at a high voltage via b and 21c.
  • an electric pulse of a predetermined width obtained at the beginning of the input position detection signal at the terminal 42c is energized and the transistors 4a, 4b, When the SCR 5a conducts, the high voltage of the capacitor 41a is applied to the armature coil 32c, and the current 10 rises rapidly. At this time, the transistor 20c is conducting.
  • the base terminals 4-2, 4-3 of the transistors 4d, 4c are connected to the electric pulse at the beginning of the input position detection signal of the terminals 42a, 42b obtained by the same means. Since it is input, the width of the electric pulse is ⁇ 5 S times K! 3, and the 5th phase conducts.
  • the high voltage of the capacitors 41b and 41c causes the energization of the armature coils 32a and 32b to rise rapidly.
  • Capacitors 47a, 47b and 47c charged to high voltage
  • the means for energizing and discharging the coil is the same as in Fig. 7.
  • the electric pulse at the beginning of the input position detection signal at terminal 42c is input to the base terminal 411 of the transistor 4b, and the transistor 4b, 4a, SCR 5a is conducting. Therefore, when the transistor 20c conducts, the energization of the armature coil rises rapidly.
  • the block circuits 58a and 58b also have the same configuration as the drive circuit of the SCR 5a described above, and the block circuit 58a responds to the electric pulse at the beginning of the input signal of the terminal 42a.
  • the block circuit 58b is further conducted by the electric pulse at the beginning of the input signal of the terminal 42b. Therefore, the rise of energization of the corresponding armature coil is made rapid.
  • the chopper circuit has the same operation as the previous embodiment.
  • the present invention can be implemented by removing any one of the block circuits 58a and 58b.
  • FIG. 11 is a plan view of the fixed armature and the rotor.
  • symbol 1 is a rotor, whose salient poles 1a and lb are 180 degrees wide (90 degrees mechanical angle) and are arranged at the same pitch with a phase difference of 360 degrees. Have been.
  • the rotor 1 is made by well-known means in which silicon steel sheets are laminated.
  • Symbol 5 is the rotation axis.
  • the fixed armature 16 is provided with eight slots at equal separation angles, and is indicated by symbols 16a, 16b, ..., respectively.
  • Symbol 6 is a cylinder serving as an outer casing.
  • Slots 16a and 16c and slots 16e and 16g each have one coil wound, and the two coils are connected in series or in parallel. This is followed by the first phase armature coil. In this embodiment, they are connected in series.
  • Slots 16b, 16d and 16f, 16h each have one coil wound, and two coils are connected in series to form a second coil.
  • Slots 16c and 16e and slots 16g and 16a each have one coil wound, and the two coils are connected in series to form a third phase armature. It becomes a coil.
  • Slots 16d and 16f and slots 16h and 16b each have one coil wound and connected in series to form a fourth-phase armature coil. Becomes
  • a two-phase motor has a force s, which is composed of armature coils of the first and second phases, and if each phase is biphasic wound, the second phase has two phases.
  • the second phase is also a pair of armature coils. These are called the first and third phase armature coils and the second and fourth phase armature coils.
  • the order of energization is the first phase-second phase-third phase-fourth phase armature coil, and this is repeated to obtain the output torque.
  • Arrow A indicates the rotation direction of rotor 1.
  • the width of salient poles la and lb is 90 degrees in mechanical angle, and they are separated by the same angle.
  • FIG. 12 is a development view of the rotor 1 and the armature coil.
  • the armature coils 9a and 9b represent the armature coils of the first phase described above, and the armature coils 9c and 9d, the armature coils 9e and 9f, and the The armature coils 9 g and 9 h indicate the armature coils of the second, third and fourth phases, respectively.
  • the lead terminals of the armature coils of the first, second, third, and fourth phases are symbols 8a, 8b and Indicated as 8c, 8d and 8e, 8f and 8g, 8h.
  • the fixed armature 16 is also made of a silicon steel sheet laminate like the rotor 1.
  • the hatched portions indicated by the dotted lines 1c and 1d are filled with a plastic material to prevent a friction loss of air at a high speed rotation.
  • the armature coil 32c When the armature coil 32c is energized, the salient poles 1a and 1b are attracted, and the rotor 1 rotates in the direction of arrow A. When the armature coil rotates by 90 degrees, the energization of the armature coil 32 c is cut off, and the armature coil 32 d is energized. When the armature coil is further rotated by 90 degrees, the energization of the armature coil 32 d is cut off, and the armature coil 32 a is energized. The energizing mode cyclically switches the armature coil 32 a-armature coil 32 b-armature coil 32 c-armature coil 32 d-every 90 degrees of rotation.
  • the magnetic pole at the axially symmetric position is magnetized to the N and S poles. Since the two magnetic poles to be excited are always of different polarities, the leakage magnetic fluxes passing through the non-excited magnetic poles are in opposite directions, and the generation of anti-torque is prevented.
  • the coils 10a and 10b- are position detecting elements for detecting the positions of the salient poles la and lb.
  • the coils are fixed to the armature 16 at the positions shown in the figure. , 1b with a gap in between.
  • the coils 10a and 10b are 90 degrees apart.
  • the coil is 5 millimeters of mystery and is about 100 turns in the air.
  • Figure 13 shows the coil 1 ⁇ a and 1Ob show a device for obtaining a position detection signal.
  • the coil 10a and the resistors 15a, 15b, and 15c form a bridge circuit, and when they are not facing the coil 10a or the salient poles 1a and 1b. Adjusted to balance.
  • the symbol 10 is an oscillator, which oscillates on the order of 1 megacycle.
  • the impedance decreases due to iron loss (eddy current loss and hysteresis loss), and the voltage drop of the resistor 15a decreases. It becomes large, and the output of the operational amplifier 13 becomes high level.
  • the input of the block circuit 18 becomes the curve 33a, 33b,... Of the time chart of FIG. 19, and the input via the inverting circuit 13a becomes the curve 33a, 33b, ... Are inverted curves 35 a, 35 b,....
  • the block circuit 14a in FIG. 13 has the same configuration as the above-described circuit including the coil 1 Ob.
  • the oscillator 10 can be used in common.
  • the output of the block circuit 14a and the output of the inverting circuit 13b are input to the block circuit 18 and their output signals are represented by curves 34a and 34b in FIG. ,..., And curves 36 a, 36 b,... which are the inverse of curves 34 a, 34 b,....
  • the curves 34a, 34b, ... are 9 Q degrees behind the phases of the curves 33a, 33b, ....
  • the output of the AND circuit having the curves 33a, 33b,... and the curves 36a, 36b,... as two inputs becomes the curves 37a, 37b,..., and the curve 33
  • the output of an AND circuit with two inputs, a, 33b,... and curve 34a, 34b,..., is a curve 38a, 3 8 b,...
  • the above-described circuit is shown as a block circuit 18, and the outputs of the terminals 18a, 18b,... Become signals indicated by the curves 38a, 38b,. I have.
  • the same purpose can be achieved by using an aluminum plate of the same shape in place of the rotor 1 of Fig. 11 facing the coil; I0a, 1Ob.
  • the means for energizing the armature coil is described next with reference to FIG.
  • transistors 20a, 20b, 20c, and 20d are inserted, respectively.
  • the transistors 20a, 20b, 20c, and 20d serve as switching elements, and may be other semiconductor elements having the same effect.
  • Power is supplied from the DC power supply positive and negative terminals 2a and 2b.
  • the transistors 20a, 20b, 20c, and 20d are located on the bottom end of the armature coil, that is, on the negative side of the power supply, the input circuit for conduction control is provided. Has the feature of being simplified. What is shown in FIG. 4 is a conventionally known means, but since it has been described, its description is omitted.
  • Terminal 41 is a reference voltage for specifying the armature current. Terminal By changing the voltage of 41, the output torque can be changed.
  • the power switch (not shown) is turned on, the input of the + terminal of the op-amp 41 a is lower than that of the-terminal, so that the output of the operational amplifier 41 a becomes a single-level signal and the inverting circuit 28 Since the input of b is also at the low level, its output is at the high level, and the transistor 20a conducts, and the voltage is applied to the conduction control circuit of the armature coil.
  • the resistor 22 is a resistor for detecting the armature current of the armature coils 32a, 32b, 32c, and 32d.
  • the block circuit N is an electric circuit for controlling the energization of the armature coils 32b and 32d, and has the same configuration as the energization control circuit of the armature coils 32a and 32c.
  • Transistors 20a, 20c Only diodes 49c, 49d and transistors 20b, 20d, which are members corresponding to diodes 49a, 49b, are blocked. Circuit N.
  • FIG. 9 One of the position detection signal curves in FIG. 9 is shown as a curve 33a in the first stage of the time chart in FIG.
  • the armature coil is energized by the width of the curved line 33a.
  • Arrows 23 in FIG. 17 indicate a conduction angle of 180 degrees.
  • the rise is delayed due to the inductance of the armature coil, and when the energization is cut off, the accumulated magnetic energy is returned to the power supply via the diodes 6c and 6d in Fig. 4 to return to the power supply. Therefore, it descends like the latter half of the curve 25 on the right side of the dotted line J.
  • the section where the positive torque is generated is the section of 180 degrees shown by the arrow 23, and therefore the counter torque is generated in the section of the arrow 23a, reducing the output torque and the efficiency.
  • this phenomenon becomes extremely large and cannot be used.
  • the width of the curve 33a becomes smaller, so the rise of the curve 25 is also delayed, and the output torque decreases. That is, reduced torque is generated.
  • the reluctance type motor has the advantage of generating large output torque, but has the disadvantage of not being able to increase the rotational speed because of the above-mentioned counter torque and reduced torque.
  • the device of the present invention comprises diodes 49a, 49b for preventing backflow, small-capacitance capacitors 41c, 4Id, diodes 21a, 2lb, and semiconductor elements shown in FIG. 4a, 4b, 5a, etc. are added to eliminate the above-mentioned disadvantages, and switching elements for controlling the energization of armature coils (symbols 20a, 20b, 20c, 20d) This is characterized in that only one is used on the negative voltage side of the power supply.
  • the position detection signals input to the terminals 42 a, 42 b,... Have a width of 90 degrees.] 9 curves 37 a, 37 b,..., Curves 38 a, 38 b,..., curve: 39 a, 39 b,..., curve 40 a, 40 b,... are input.
  • the magnetic energy stored in the armature coil 32a is dissipated by the backflow prevention diode 49a. Therefore, the capacitor 41 c is charged to the polarity shown in the figure via the diode 2 la without returning to the DC power supply side, and this is turned into a high voltage. Therefore, the magnetic energy disappears rapidly and the current drops rapidly.
  • 27 b is a current curve flowing through the armature coil 32 a, with 90 degrees between the dotted lines on both sides thereof.
  • the conduction current increases rapidly as shown by curve 27b.
  • the transistor 20c conducts and the armature coil 32c is energized.
  • the block circuit 4 is constituted by a monostable circuit which is energized by the differentiated pulse at the beginning of the curve 39a, the block 4 is not affected by the electric pulse at the beginning of the input of the terminal 42c. More transistor
  • the armature coil 32a is energized by the position detection signal input to the terminal 42a.At this time, the high voltage of the capacitor 41d is applied, and the energization rises rapidly. .
  • Diodes 21 c and 2 ⁇ d are the same as the above capacitor 4, and the discharge is 4 ⁇ d.
  • both the charging voltage of the capacitor 41d and the power supply voltage (the voltages of the terminals 2a and 2b) become applied voltages.
  • Current rises rapidly. Due to this phenomenon, it rises rapidly as shown by the curve 27 in FIG.
  • the rising conduction curve 27 is halfway, and the rising is slow as shown in the figure. This is This is because when the magnetic energy moves between the armature coils, it is converted to heat energy and extinguished by the copper loss of the coil and the iron loss of the magnetic pole. The means for removing such inconvenience will be described later.
  • the generation of the reduced torque and the anti-torque is eliminated, and the current is nearly square wave, so that the output torque increases.
  • the block circuit N is an energization control circuit for the armature coils 32b and 32d, and has the same configuration as the armature coils 32a and 32c described above, and has the same operation and effect.
  • the armature coils 32b, 32d are the curves 38a, 38b, ... in Fig. 19 and the curves 40a, 40b, which are the input position detection signals of the terminals 42b, 42d.
  • the energization control is performed by,.
  • the current of the armature coil 32a increases, and the voltage drop of the resistor 22 for the detection increases, exceeding the voltage of the reference voltage terminal 41 (input voltage of one terminal of the operational amplifier 41a). Then, the output of the op-amp 4 ⁇ a changes to a high level, so that a differential pulse is obtained from the 4 lb differential circuit, and the monostable circuit 28 a is energized to generate a pulsed electric signal of a predetermined width. can get. Since the output of the inverting circuit 28b is inverted to the low level by that width, the output of the AND circuit 24a is also at the low level by the same width, and the transistor 20a is also turned off by that width. I do.
  • the current of the armature coil falls, and charges the capacitor 41a via the diode 21a.
  • the output signal of the monostable circuit 28a disappears, the output of the inverting circuit 28b and the output of the AND circuit 24a return to the high level again, and the transistor 20a conducts to reduce the armature current. Start to grow.
  • the output of the operational amplifier 41 At the high level, the transistor 20a is turned non-conductive by the output pulse width of the monostable circuit 28a, and the armature current drops.
  • the chopper circuit repeats such a cycle, and the armature current becomes a current value regulated by the voltage of the reference voltage terminal 41.
  • the curve 27a in FIG. 17 shows the current of the ⁇ chopper control. Constant speed control can also be performed by known means for controlling the voltage of the reference voltage terminal 41 with a voltage proportional to the rotation speed.
  • the capacitor 41c is repeatedly charged the number of times of the output pulse of the monostable circuit 28a, the voltage rises to zero, and electrostatic energy is accumulated.
  • the transistor 20a is turned off at the end of the position detection signal, the entire magnetic energy of the armature coil 32a is charged to the capacitor 41c.
  • the electrostatic energy of capacitor 41 G is further added with the electrostatic energy corresponding to the chopper frequency and the fall time of the armature current.
  • the armature coils 32b, 32c, and 32d are also the same as the AND circuits 24b, 24c, and 24d by the transistors 20b, 20c, and 20d. Chopper control of the armature current is performed. The armature coil is energized at any point in the section up to 45 degrees from the point at which the salient pole enters the magnetic pole. Adjustment is made in consideration of the force s, rotation speed, efficiency, and output torque, and position detection is performed. Change the position of the coils 10a and 10b that are the elements to be fixed to the fixed armature side. As will be understood from the above description, the object of the present invention is achieved because large output and high-speed rotation can be performed efficiently.
  • Curves 26a, 26b and 26c in the first stage in Fig. 17 show the energization curves of the armature coil.
  • the interval between the dotted lines 26-1 and 26-2 is 90 degrees of the position detection signal. Is the width of
  • Curves 91-1, 91-2, 9-13 are output torque curves.
  • Curve 9-1 1 is when the current of the armature coil is small and the torque is flat, but as the current increases, the torque peak value increases as shown by the curves 9-1 2 and 9-1 3. And the width of the peak value decreases.
  • the point at which energization starts is determined by considering the torque characteristics and energizing current value described above so that the position detection coil 10 is positioned 30 degrees away from the point at which the salient pole enters the pole. It is better to adjust the fixed positions of a and 10b.
  • the disadvantages of the reluctance motor It is possible to eliminate the disadvantage of low speed as described above. It is preferable to use a capacitor with a small capacity as long as the charging voltage does not damage the transistor of the circuit.
  • two capacitors 41 c and 41 d are used. However, the same operation and effect can be obtained even if the capacitor is charged via the diodes 21 and 21 b as one capacitor. is there.
  • a chopper circuit can also be configured by inserting a switching element indicated by 16 and controlling this base terminal 16a by the output of an inverting circuit 28b.
  • Capacitors 41c and 41d in Fig. 15 are forces 5 'connected in parallel to the armature coil, and Fig. 16 shows a capacitor 47a in parallel with transistors 20a and 20c. The difference is that they are connected and perform the same function. Members having the same symbols as those in FIG. 15 have the same functions and effects, and therefore detailed description is omitted.
  • Either the transistor 20a or 20c is the input position of the terminal 42a or 42c-the concealment detection signal (curves 37a, 37b,... and curves 39a, 3 in Fig. 19) 9b,...),
  • the high voltage of capacitor 47a is applied to either armature coil 32a or 32c, and the rise of energization is rapid.
  • the block circuit P is a circuit for controlling the energization of the armature coils 32b and 32d, and is similar to the control circuit of the armature coils 32a and 32c.
  • the corresponding transistors 20a, 20b, ... are turned on by the input of the position detection signal, and the armature coils 32a, 32b, ... are energized.
  • the reluctance type motor When the curve 37a is input to the terminal 42a, the current flowing through the armature coil 32a increases as shown by the curve 25a shown in the second stage of FIG. As described above, the reluctance type motor has a large inductance and takes a long time to rise, so that the curve 25a is obtained.
  • the capacitor 47 Since the capacitor 47 is charged with the power supply voltage from the DC power supply positive and negative terminals 2a and 2b via the zener diode 17a, the above-described discharge of the magnetic energy is performed by the power supply side which is a well-known means. This is the same phenomenon as the means by which magnetic energy is returned, and the width of the rise and the width of the descending part of the curve 25a in FIG. 17 are almost equal. For this reason, it is necessary to use a capacitor having a large capacity so that the voltage does not rise too much due to the inflow of magnetic energy. Since the rising width of the curve 25a in FIG. 17 is 90 degrees and the width of the descending portion is 90 degrees, only positive torque is generated together.
  • the position detecting elements (coils 10a and 10b) and each armature are set so that the armature coil starts to be energized from the point where the salient poles 1a and 1b enter the magnetic poles. It is necessary to adjust the position relative to the coil.
  • the armature coil 32c that is energized by the transistor 2Oc that is conducted by the position detection signal of the curve 39a, 39b, ... input to the terminal 42c is also applied.
  • the width of the rising and falling parts is 9 ° for the same reason, and the effects of the diodes 21b and 21d and the capacitor 47 are the same.
  • the capacitor 47 is charged each time the energization of the armature coils 32a and 32c is changed, and when the voltage rises by the set value, the capacitor 47 is discharged to the power supply side through the Zener diode 1a. Energy loss and voltage rise are suppressed.
  • the energization control of the armature coils 32b and 32d is performed by the same means by the block circuit M, and the operation and effect are the same. -The electric signals of the curves 38a, 38b,... and the curves 40a, 40b,... of Fig. 19 are input to the terminals 42b, 42d, and the transistors 20b, 20 The control of d is performed.
  • the operation of the Zener diode 17b is the same as that of the Zener diode 17a.
  • Curves 31a, 31b, 31c, and 31d in Fig. 18 show the conduction curves of the armature coils 32a, 32b, 32c, and 32d in Fig. 14, respectively. I have. Curves 28 a, 28 b, 28 c, and 28 d correspond to the armature coils 32 a, 32 b, 32 c, and 32 d of the embodiment shown in FIGS. 3 shows an energization curve.
  • the peak values of the curves 28a, 28b,... are not changed even at high speed, so that high-speed rotation is easy and the output torque can be freely controlled.
  • FIG. 20 is a plan view of the fixed armature and the rotor.
  • symbol 1 is a rotor, and its salient poles 1a and lb have a width of 180 degrees (90 degrees mechanical angle) and are arranged at the same pitch with a phase difference of 360 degrees.
  • the rotor 1 is made by well-known means in which silicon steel sheets are laminated.
  • Symbol 5 is the rotation axis.
  • eight slots are provided at the same angle between the nests, and are indicated by symbols 16a, 16b, ..., respectively.
  • Symbol 6 is a cylinder serving as an outer casing.
  • Slots 16a and 16c and slots 16e and 16g each have one coil wound, and the two coils are connected in series or in parallel. This is the armature coil of the first phase. In this embodiment, they are connected in series.
  • Slots 16b and 16d and slots 16f and 16h are each wound with one coil, and the two coils are connected in series to form the second phase. Armature coil. Slots 16c and 16e and slots 16g and 16a each have one coil wound, and the two coils are connected in series to form a third-phase armature. It becomes a coil.
  • Slots 16d and 16f and slots 16h and 16b each have one coil wound and connected in series to form a fourth-phase armature coil.
  • a two-phase motor has a force s , which is composed of armature coils of the first and second phases, and if each phase is biphasic wound, there are two first phases.
  • One set, and the second phase also consists of two sets of armature coils. These are called the first and third phase and the second and fourth phase armature coils.
  • the order of energization is the first phase I ⁇ the second phase-the third phase-the armature coil of the fourth phase. This is repeated to obtain the output torque.
  • Arrow A indicates the direction of rotation of rotor 1.
  • the width of salient poles 1a and 1b is 90 degrees in mechanical angle, and they are separated by the same angle.
  • Figure 21 is a developed view of rotor 1 and armature coils.
  • armature coils 9a and 9b represent the above-described armature coils of the first phase, and are provided with armature coils 9c and 9d and armature coils 9e and 9f.
  • armature coils 9 g and 9 h indicate the second, third and fourth phase armature coils, respectively.
  • Derivation terminals of the armature coils of the first, second, third and fourth phases are indicated by symbols 8a, 8b and 8c, 8d and 8e, 8f and 8g, 8h .
  • the fixed armature 16 is also made of a silicon steel sheet laminate like the rotor 1.
  • the hatched portions indicated by the dotted lines 1e and 1d are filled with a plastic material. This is to prevent friction loss of air during high-speed rotation.
  • the magnetic pole at the axially symmetric position is magnetized to the N and S poles. Since the two magnetic poles to be excited are always of different polarities, the leakage magnetic fluxes passing through the non-excited magnetic poles are in opposite directions to each other, thereby preventing the generation of anti-torque.
  • the coils 10a and 10b are position detecting elements for detecting the positions of the salient poles la and lb.
  • the coils 10a and 10b are fixed to the armature 16 at the positions shown in the figure. It faces the side of 1b via a gap.
  • the coils 10a and 10b are 90 degrees apart.
  • the coil is an air core with a diameter of 5 millimeters, a diameter of 5 turns, and a turn of about 100 turns.
  • FIG. 22 shows an apparatus for obtaining a position detection signal from the coils 10a and 10b.
  • the coil 10a and the resistors 15a, 15b, and 15c form a bridge circuit, and correspond to the coil 10a or the salient poles 1a and 1b.
  • the output of the low-pass filter consisting of 20 diodes 11 a and 12 a and the diodes lib and 12 b is equal.
  • the output of the operational amplifier 13 is at the level of the mouth.
  • the symbol 10 is an oscillator that oscillates about 1 megacycle.
  • the coil 10a power s salient poles la, 1b,... Opposing the resistance, the impedance decreases by more than 25 due to iron loss (eddy current loss and hysteresis loss). As a result, the output of the operational amplifier 13 becomes high level.
  • the input of the block circuit 18 is the curve 33a, 33b,... Of the timing chart in FIG. 19, and the input via the inverting circuit 13a is the curve 33a, 3
  • the curves 3 5 a, 35 b, ... are obtained by inverting 3 b, ...
  • the block circuit 14 shown in FIG. 22 has the same configuration as the above-described circuit including the coil 1 Ob.
  • the oscillator 10 can be commonly used.
  • the output of the block circuit 14 and the output of the inverting circuit 13b are input to the block circuit 18 and their output signals are represented by curves 34a, 34b, and 34b in FIG. ⁇ , and curves 36a, 36b,..., which are the inverse of curves 34a, 34b,....
  • the curves 34a, 34b, ... are 90 degrees out of phase with the curves 33a, 33b, ....
  • the output of the AND circuit having the two inputs of the curves 33a, 33b, ... and the curves 36a, 36b, ... becomes the curves 37a, 37b, ..., and the curve 3
  • the output of the AND circuit that uses 3a, 33b, ... and the curves 34a, 34b, ... as two human powers is the curve 38a,
  • the circuit described above is shown as a block circuit 18, and the outputs of the terminals 18a, 18b,... Become signals indicated by the curves 37a, 37b,. I have.
  • the same purpose can be achieved by using an aluminum plate of the same shape instead of the rotor 1 of FIG. 20 facing the coils 1 O a and 1 O b.
  • Transistors 20a, 20b, 20c, and 20d are inserted at the lower ends of the armature coils 32a, 32b, 32c, and 32d, respectively.
  • the transistors 20a, 20b, 20c, and 20d are switching elements, and may be other semiconductor elements having the same effect. Power is supplied from the DC power supply positive and negative terminals 2a and 2b. In this embodiment, since the transistors 20a, 20b, 20c, and 20d are located at the lower end of the armature coil, that is, on the negative side of the power supply, the input circuit for conduction control is simplified. There is.
  • a base input is obtained through 24, 24c, 24d, and conduction is performed, so that the armature coils 32a, 32b, 32c, 32d are energized.
  • Terminals 43 are reference voltages for specifying the armature current. By changing the voltage of the terminals 43, the output torque can be changed.
  • the power switch (not shown) is turned on, the input of the + terminal of the operational amplifier 43a is lower than that of one terminal, so that the output of the operational amplifier 43a becomes low level and the inverting circuit 28b Is low level, its output becomes high level, the transistor 20a conducts, and the voltage is applied to the energization control circuit of the armature coil.
  • the resistance 22a is a resistance for detecting the armature current of the armature coils 32a, 32b, 32c, and 32d.
  • the block circuits F, G, and H are composed of armature coils 32b, 32c,
  • Diodes 49b, 49c, and 49d are This is a member corresponding to the diode 49a.
  • One of the position detection signal curves in FIG. 19 is shown as a curve 33a in the first stage of the time chart in FIG.
  • the armature coil is energized by the width of the curve 33a.
  • Arrows 23 in FIG. 25 indicate a conduction angle of 180 degrees.
  • the rise is made due to the inductance of the armature coil.
  • the second half of the curve 25 descends like 25a.
  • the section where the positive torque is generated is a section of 180 degrees indicated by the arrow 23, and therefore the counter torque is generated in the section of the arrow 23a, and the output torque and the efficiency are reduced. At high speeds, this phenomenon becomes extremely large and cannot be used.
  • the reluctance motor has the advantage of generating a large output torque, but has the disadvantage of not being able to increase the rotational speed because of the above-mentioned counter torque and reduced torque.
  • the device of the present invention comprises diodes 49a, 49b,... For preventing backflow and small-capacitance capacitors 41a and 21a, 21d and semiconductor elements 4a shown in FIG.
  • the position detection signals input to the terminals 42a, 42b, ... have a width of 90 degrees.
  • Curves 38a, 38b,..., curves 39a, 39b,..., curves 40a, 40b, ... is input.
  • the magnetic energy stored in the armature coil 32a is transferred to the capacitor 4a via the diode 2la. la is charged to the polarity shown, and this is set to a high voltage. Therefore, the magnetic energy disappears rapidly and the current drops rapidly.
  • the first-stage curves 26a, 26c, 26b of the time chart in Fig. 25 are the current curves flowing through the armature coil 32a, and the dotted lines 26-1, 26 on both sides thereof. — 90 degrees between the two.
  • the conduction current drops rapidly as shown by the curve 26b to prevent the generation of anti-torque, and the capacitor 41a is charged and held at a high voltage.
  • the transistor 20a conducts and the armature coil 32a conducts.
  • block circuit 4 is composed of a monostable circuit that is energized by the differentiated pulse at the beginning of curve 37b, the electrical pulse at the beginning of the input at terminal 42a As a result, the transistors 4a, 4b and the SCR 5a conduct, and the high voltage of the capacitor 41a is applied to the armature coil 32a, so that the rise of the current is made rapid. This rising curve is shown as curve 26a in FIG.
  • the above-described discharge current of the capacitor 4la is prevented from flowing back to the DC power supply side by the backflow prevention diode 49a.
  • the diode 21 serves as a discharge circuit for the capacitor 41a.
  • both the charging voltage of the capacitor 41a and the power supply voltage (the voltages at the terminals 2a and 2b) are applied voltages. Current rises rapidly. this 6
  • the block circuits F, G, H are armature coils 32b, 32c,
  • the armature coils 32b, 32c, 32d are connected to terminals 42b, 42c,
  • the current of the armature coil 32a increases, and the voltage drop of the resistor 22a for the detection increases, and the voltage of the reference voltage terminal 43 (input voltage of one terminal of the operational amplifier 43a) Is exceeded, the output of the operational amplifier 43a changes to a high level, so that a differential pulse is obtained from the differential circuit 43b, and the monostable circuit 28a is energized to generate a pulse electric signal of a predetermined width. can get. Since the output of the inverting circuit 28b is converted to the one-level level by that width, the output of the AND circuit 24a is also at the low level by the same width, and the transistor 20a is also nonconductive by that width.
  • the current of the armature coil drops, and charges the capacitor 4 la via the diode 2 la.
  • the output signal of the monostable circuit 28 a disappears, the inverting circuit 28 b, the output of the AND circuit 24 a changes to the high level again, and the transistor 20 a conducts, and the armature current starts to increase.
  • the capacitor 41a is charged repeatedly and the voltage is increased by the number of times of the output pulse of the monostable circuit 28a, and the electrostatic energy is accumulated.
  • the transistor 20a is turned off at the end of the position detection signal, the entire magnetic energy of the armature coil 32a is charged to the capacitor 41a.
  • electrostatic energy of the capacitor 41a electrostatic energy corresponding to the chopper frequency and the fall time of the armature current is further added.
  • the armature current rises when the armature coil 32a is next energized, so that the above-described energy loss due to the copper loss of the armature coil and the iron loss of the magnetic pole can be compensated. . Therefore, the armature current rises rapidly as shown by the first-stage dotted curve 27a in FIG. 25, becomes almost a rectangular wave, and has the effect of increasing the output torque.
  • the armature coils 32b, 32c, and 32d also depend on the AND circuits 24b, 24c, and 24d, based on the transients 20b, 20c, and 20d. Similarly, chopper control of the armature current is performed.
  • the armature coil may be energized at any point in the section up to 45 degrees from the point at which the salient pole enters the magnetic pole, but it is adjusted in consideration of rotational speed, efficiency, and output torque, and the position detection element is adjusted. Change the position of coils 10a and 10b that are fixed on the fixed armature side. As can be understood from the above description, the object of the present invention is achieved because large output and high-speed rotation can be performed efficiently.
  • the first-stage curves 27a, 26b, and 26c in Fig. 25 show the energization curves of the armature coil.
  • the interval between the dotted lines 26-1 and 26-2 is 90 degrees of the position detection signal. Is the width of
  • Curves 9a, 9b, and 9c are output torque curves.
  • Curve 9a shows that when the current of the armature coil is small, the torque is flat, but as the current increases, the torque peak value moves to the left as shown by curves 9b and 9c. The width of the peak value also decreases.
  • the point at which energization starts is determined by taking into account the torque characteristics and energizing current value described above, so that the position detection coil is positioned 30 degrees from the point at which the salient pole enters the magnetic pole. It is advisable to adjust the fixed positions of 10a and 1Ob.
  • the disadvantages of the reluctance motor are as follows. The disadvantage of low speed can be eliminated. It is preferable to use a capacitor with a small capacity as long as the charging voltage does not damage the transistor in the circuit. The same is true even if capacitor 41a is removed and capacitor 47a is provided as shown by the dotted line. The same objective is achieved. In this case, the output side of the diode 21d is connected to the upper end of the armature coil 32a.
  • Transistors 20a, 22a and transistors 20c, 22c are connected to both ends of the armature coils 32a, 32c.
  • Either of 22c is determined by the input position detection signals of terminals 42a and 42c (curves 37a, 37b, ... and curves 39a, 39b, ... in Fig. 19).
  • the high voltage of the capacitor 47 a causes the armature coil 32 a
  • the block circuit K is a circuit for controlling the energization of the armature coils 32b and 32d, and is similar to the control circuit of the armature coils 32a and 32c.
  • the present invention can be carried out by the means shown in FIG. 23 with the transistors 22 a and 22 c of this embodiment removed.
  • rotor 1 has the same configuration, but armature 16 has 12 slots.
  • the salient poles 1a and 1b are salient poles in the direction of the rotation center axis (the center line of the rotation axis 5) (the direction of arrow B) due to the magnetic poles magnetized by energizing the armature coil.
  • 1 a and 1 b receive a suction force.
  • the attraction force of the salient poles 1a and 1b causes a difference for the following reason, and vibration occurs during rotation. Vibration occurs due to the air gap between the rotating shaft 5 and the bearing. Also, if the gap length between the outer peripheral surfaces of the salient poles la and lb and the inner peripheral surface of the armature 16 changes during rotation, vibration occurs as well.
  • the device of the present invention eliminates the above-described vibration by the following configuration.
  • the gap length between the outer peripheral surface of salient pole 1a and the inner peripheral surface of armature 16 is set smaller than the gap length between the outer peripheral surface of salient pole 1b and the inner peripheral surface of armature 16 by a set value. I do.
  • the center axis of the inner peripheral surface of the armature 16 is made to coincide with the rotation center line of the rotating shaft 5, and the distance between the outer peripheral surface of the salient pole 1a and the rotating center line of the rotating shaft 5 is set. Increase the distance by a set value from the distance between the outer peripheral surface of salient pole 1 b and the rotation center line of rotating shaft 5.
  • the magnetic attraction force acting on the rotor 1 in the direction of the arrow B increases by a predetermined value, and the vector B of the magnetic attraction force rotates in synchronization with the salient pole 1a, and thus vibrates. Is prevented from occurring.
  • FIG. 27 is a developed view of the fixed armature, the rotor, and the armature coil of the device of the present invention.
  • the subsequent angle display is performed in electrical angles.
  • the rotor 1 has the same configuration as that of FIG. 26 and is rotatably supported by a bearing provided on an outer casing by a rotation & shaft (not shown).
  • Rotor 1 has a diameter of about 10 cm and is a large motor.
  • the fixed armature is mounted and fixed inside the outer casing, and only the armature coils are denoted by the symbols 17a, 17b, 17c, 17a-1 and 17b-1 and so on. ing.
  • the armature coil is mounted on a slot, one part of which is shown in Figure 28.
  • Fig. 28 salient poles 1 a,
  • the rotor 1 and the fixed armature 16 are both made of a laminated silicon steel sheet. Slots 4a, 4b, ... are arranged on the entire inner circumference at a separation angle of 60 degrees. Armature coils 17a are mounted on slots 4a and 4d, and armature coils 17b and 1h are mounted on slots 4c and 4f and slots 4e and 4h, respectively. 7 c is attached.
  • the armature coils shown in Fig. 27 are also installed in other slots.
  • Figure 29 shows a plan view of the rotor 1, salient poles la, 1b, ..., rotating shaft 5, slots 4a, 4b, ..., fixed armature 16 described above.
  • the armature coils 17a, 17a-1, ... in Fig. 27 are connected in series, and their terminals are shown as 3a, 3a-1. Each armature coil may be connected in parallel.
  • the above-mentioned armature coil Is called an armature coil of the phase.
  • the armature coils 17b, 17b-1 and so on and the armature coils 17c and 17c-1 and so on are also connected in series, and each is connected to the second and third phases. It is called an armature coil.
  • the armature coils of the first, second, and third phases are mounted on the slot with a phase difference of 120 degrees in order.
  • the rotor 1 rotates in the direction of arrow A by energizing the armature coil of the first, second, third, first,.
  • a three-phase single-wave energized reluctance motor can be obtained. Since the output torque is obtained from all of the salient poles la, lb, ..., there is an effect that a large output torque can be obtained.
  • the number of slots 4a, 4b, ... increases, so in the case of a motor with a small suspicion, the winding space of the armature coil decreases. Practical application becomes difficult.
  • the device of the present invention has a large diameter It is an effective means in the case of a machine. Until the magnetic poles 16a, 16b, ... are magnetically saturated, an output torque proportional to the next power of the current is obtained, and an output torque proportional to the current is obtained. It is well known for electric motors.
  • the means of the present invention when the means of the present invention is applied to a large-sized motor having a large slot space capable of increasing the ampere-turn, there is an effect that an output torque of about 10 times that of a DC motor of the same shape can be obtained.
  • the present invention can be implemented if the number of salient poles in FIG. 27 is three or more. If the number of salient poles is n, the number of slots is 6 n and the number of magnetic poles is 6 n.
  • the fixed armature 16 is deformed by the magnetic attraction force in the directions of arrows 4-1 and 4-4 due to the salient poles 1a and 1e.
  • the attraction force in the directions of arrows 412 and 415 due to salient poles lb and If, and then rotated by 120 degrees, the arrow EIJ 4- It is deformed by the suction force in the directions of 3, 4, 1 and 6. Therefore, the fixed armature 16 has a disadvantage that the direction of deformation changes with rotation and vibration is generated.
  • the suction force of arrows 411, 412, 4-3,... Shown in FIG. 29 is generated at the same time, so that the fixed armature 16 generates only a compressive force in the same circumferential direction. There is no deformation and therefore the effect of suppressing the generation of vibration is obtained.
  • salient poles la and Id are slot 4a, slot 4b, 4c, 4d, 4a-1 and 4b-1 and 4c-1 and 4d-1 ( (Indicated by a dotted line), a magnetic attraction is applied in the direction opposite to arrows 411 and 414.
  • the other salient poles 1 b, 1 e, and salient poles 1 c, 1 f also receive similar magnetic attraction. You. Since it is technically difficult to make the gaps between the salient poles and the magnetic poles exactly the same gap length, the magnetic attraction described above does not cancel out at the salient poles located at symmetrical positions, and therefore, the radial suction Due to the force, the rotor 1 generates vibrations during rotation, which damages the bearing of the rotating shaft 5 and has the disadvantage of generating vibrations.
  • the height of the salient poles 1 b and 1 c on one side is made different from the height of the other salient poles, and the gap length (the gap length of symbols 5 a and 5 b indicated by arrows) is set to the other salient pole. It is configured to be smaller or larger by a predetermined length than the gap length of the pole. Therefore, the rotor 1 is rotated by the rotation shaft 5 being pressed against the bearing, so that the above-described disadvantage is eliminated.
  • the number of turns of the armature coil in the section indicated by arrow E in Fig. 27 (section near 180 degrees in mechanical angle) is increased by a predetermined number of times from the number of turns of the armature coil in the other sections. Should be small.
  • the magnetic attraction between the magnetic poles and the salient poles is in a fixed direction, and the LHI element is attracted only in the positive direction, so that there is an operational effect of preventing generation of vibration.
  • the polarities of the magnetic poles magnetized by the armature coil are N and S poles as shown in Fig. 27.
  • the armature coils of the first, second, and third phases are the armature coil between terminals 3a, 3a-1 and the armature coil and terminals between terminals 3b, 3b-1 in Fig.27.
  • the armature coils between 3c and 3c-1 are shown. These are referred to as armature coils 39a, 39b, and 39c, respectively.
  • the coils 10a, 10b, and 10c in Fig. 27 are position detection elements for detecting the positions of the salient poles la, lb, and-. , And the coil surface opposes the side surfaces of the salient poles 1a, 1b, ... via a gap.
  • the coils 10a, 10b, and 10c are 120 degrees apart.
  • the coil is an air core with a diameter of 5 millimeters and a turn of about 30 turns.
  • Figure 31 shows a device for obtaining position detection signals from coils 10a, 10b, and 10c.
  • coil 10a and resistors 15a, 15b, and 15c form a bridge circuit, and do not face coil 10a or salient poles 1a, 1b, ...
  • the output of the low-pass filter composed of the diode 11a, the capacitor 12a and the diode 1lb and the capacitor 12b is equal, and the output of the operational amplifier 13 is at the low level.
  • Symbol 10 is an oscillator that oscillates about 1 megacycle. When the coil 10a faces the salient poles 1a, lb,..., the impedance decreases due to iron loss (eddy current loss and hysteresis loss), and the voltage drop across the resistor 15a increases. The output of the operational amplifier 13 goes high.
  • Block circuits 14a and 14b in FIG. 31 have the same configuration as the above-described block circuit including coils 10b and 10c, respectively.
  • the oscillator 10 can be commonly used.
  • the output of the block circuit 14a and the output of the inverting circuit 13b are input to the block circuit 18, and their output signals are shown by the curves 27a and 27b in FIG.
  • the output of the block circuit 14b and the output of the inverting circuit 13c are input to the block circuit 18 and
  • the output signals are the curves 29a, 29b,... And their inverses in FIG.
  • the curves 27a, 27b,... have a phase force of 120 degrees with respect to the curves 25a, 25b,..., and the curves have a curve with respect to the curves 27a, 27b,....
  • the phases of 29 a, 29 b, ... are 120 degrees apart.
  • the block circuit 18 is a circuit commonly used in a control circuit of a three-phase Y-type semiconductor motor.
  • the terminals 18a, 18b,..., 18f It is a logic circuit that can obtain a square-wave electric signal with a width of more than 120 degrees.
  • the outputs of terminals 18a, 18b and 18c are shown in FIG. 38 as curves 36a, 36b,..., curves 37a, 37b,..., curves 38a, 3 8 b,....
  • the outputs of terminals 18d, 18e, 18f are curves 43a, 43b, ..., curves 44a, 44b, ..., curves 45a, 45b, ..., respectively. Are shown.
  • the phase difference between the output signals of terminals 18a and 18d, the output signals of terminals 18b and 18e, and the output signals of terminals 18c and 18f is 18 °. ⁇ Terminals ⁇
  • the output signals of 8a, 18b, and 18c are shifted 120 degrees in order, and the output signals of terminals 18d, 18e, and 18f are also set to 1 in order. Save 20 degrees.
  • transistors 20a, 20b, 20c, 20c, 20d, and 20e, 20f are respectively provided.
  • the transistors 20a, 20b, 20c,... are switching elements, and may be other semiconductor elements having the same effect.
  • Straight Power is supplied from the positive and negative terminals 2a and 2b.
  • Terminal 40 is a reference voltage for specifying the excitation current. By changing the voltage of the terminal 40, the output torque can be changed.
  • the power switch (not shown) is turned on, the input of one terminal of the operational amplifier 40b is lower than that of the + terminal, so that the output of the operational amplifier 40b becomes high level, and the output of the operational amplifier 40b becomes high.
  • the resistor 22a is a resistor for detecting the exciting current of the armature coil 39a.
  • Symbol 30a is an absolute value circuit.
  • the input signal of terminal 42a is the position detection signal 36a, 36b in Fig. 38
  • the input signal of terminal 42b, 42c is the position detection signal 37a, 37b, ... And 38 a, 38 b, ....
  • One of the above-mentioned position detection signal curves is shown as a curve 36a in the first stage of the time chart in FIG.
  • the armature coil 39a is energized by the width of the curve 36a.
  • Arrow 23a indicates a conduction angle of 120 degrees. In the initial stage of energization, the rise of the armature coil is caused by the inductance, and when the energization is cut off, the accumulated magnetic energy is reduced.
  • the diode 49 of 3 5 If the diode 49 of 3 5 is removed, it is discharged back to the power supply via the diodes 21a and 21b, so it falls like the latter half of the curve 25 on the right side of the dotted line K. I do.
  • the section where positive torque occurs is indicated by an arrow. Since the section is at 18 degrees, indicated by 23, there is anti-torque, which reduces output torque and efficiency. At high speeds, this phenomenon becomes so large that it cannot be used.
  • the reluctance motor Since the rise of 25 is also delayed, the output torque decreases. In other words, reduced torque occurs. This is because the magnetic path is closed by the magnetic poles and salient poles, so that it has a large inductance.
  • the reluctance motor has the advantage of generating large output torque, but has the disadvantage of not being able to increase the rotational speed because of the above-mentioned counter torque and reduced torque.
  • a well-known means for eliminating such drawbacks is to advance the phase before the salient poles penetrate the magnetic poles and to start conducting the armature coils.
  • the device of the present invention is provided with diodes 49a, 49b, 49c for preventing backflow and capacitors 47a, 47b, 47c in FIG. It is characterized by eliminating the above-mentioned disadvantages.
  • the first-stage curves 26a, 26b, and 26c of the time chart shown in Fig. 33 are the current curves flowing through the armature coil 39a, and the dotted lines 2 6 — 1, 2 6 — The distance between the two is 120 degrees.
  • the conduction current drops rapidly as shown by the curve 26b to prevent the generation of anti-torque, and the capacitor 47a is charged and held at a high voltage.
  • the current in the armature coil 39a increases, and the voltage drop across the resistor 22a for detection increases, exceeding the voltage at the reference voltage terminal 40 (input voltage at the + terminal of the operational amplifier 40b). Then, since the lower input of the AND circuit 41a becomes low level, the transistors 20a and 20b are turned off, and the exciting current decreases. Due to the hysteresis characteristic of the operational amplifier 40b, the output of the operational amplifier 40b returns to a high level due to the decrease of the predetermined value, and the transistors 20a and 2Ob conduct to excite. The current increases. By repeating such a cycle, the exciting current is maintained at the set value.
  • the section indicated by the curve 26c in Fig. 33 is the section where chopper control is performed. Song The height of the line 26c is regulated by the voltage of the reference voltage terminal 40.
  • the armature coil 39 b of 35 has transistors 20 c, 2 of that width according to the position detection signal curves 37 a, 37 b, ... input from the terminal 42 b. Electric current is supplied by the conduction of Od, and the chopper control is performed by the operational amplifier 40c, the resistor 22b, the absolute value circuit 30b, and the AND circuit 41b. The effects of the diode 49b and the capacitor 47b are the same as those of the armature coil 39a. The situation described above is exactly the same for the armature coil 39c, and the position detection signal curves 38a, 38b,... in FIG. 38 are input to the terminal 42c, and the armature coil 39c is input. Is performed. Transistor 20e, 20f, AND circuit
  • each armature coil may be performed either at the point where the salient pole enters the magnetic pole or at a point where a section of 3 ° has passed. Adjust the rotation speed, efficiency, and output torque taking into account, and change the position of the coils 10a, 10b, and 10c, which are position detection elements, to be fixed to the fixed armature side.
  • the object of the present invention is achieved because a three-phase single-wave energized motor can efficiently perform large output and high-speed rotation.
  • the same object can be achieved by configuring each single wave by the above-described means as shown in FIG. 30 and described later.
  • the first-stage curves 26a, 26b, and 26c in Fig. 33 show the energization curves of the armature coil, and the interval between the dotted lines 26-1 and 26-2 is 1 2 0 of the position detection signal.
  • the width between degrees and the interval between the dotted lines 2 6 — 1 and 2 6 — 3 is output at 180 degrees. This is a section with torque.
  • Curves 9-1, 9-2, and 9-1-3 are output torque curves, and energization is started at the point indicated by the dotted line 26-1. At the same time, salient poles begin to enter the magnetic poles.
  • Curve 9-1 shows that when the current in the armature coil is small, the torque is flat, but as the current increases, the torque peak value increases to the left as shown by curves 9-1 2, 9-3. It moves and the width of the peak value decreases. It is preferable to adjust the fixed positions of the position detection coils 10a, 10b, and 10c in consideration of the above-described torque characteristics and current values at the point where the energization starts. Since the charging voltage of the capacitors 47a, 47b, and 47c is higher when the capacity is smaller, the rise and fall of the conduction curve can be made faster, and a high-speed rotating motor can be obtained. However, the disadvantage of low speed, which is a disadvantage of the reluctance motor, can be eliminated. It is preferable to use a capacitor having a small capacity as long as the charging voltage does not damage the transistor in the circuit.
  • diodes 49a, 49b, and 49c have transistors 28a, 28b, and 28c serving as semiconductor switching elements, respectively. They are connected in parallel.
  • transistors 24a and 28a are conducted for the width of the curves 36a, 36b,.
  • Transistors 24b, 28b and transistors 24c, 28c are curves 37a, 37b,... and curves 38a,
  • the transistors 20b, 20d, and 2 ⁇ f Since the armature coils 39a, 39b, and 39c are continuously energized by a width of 120 degrees, respectively, the transistors 20b, 20d, and 2 ⁇ f The same operation effect can be obtained even if the absolute value circuits 30b and 30c, the resistors 22b and 22c, and the operational amplifiers 40c and 40d are removed by connecting the shutter side. If the energization angle of the armature coil is set to 120 degrees or more, the above-described means cannot be employed.
  • the input signals at the terminals 42a, 42b, and 42c are connected to the position detection signal curves 43a, 43b, ..., curves 44a,
  • a curve 36a is an input position detection signal of the terminal 42a.
  • Arrows 3 8 — 1 indicate a width of 120 degrees.
  • the conduction angle of transistor 28a in Fig. 35 is also indicated by arrow 38-1. You.
  • the rising portion of the current of the armature coil 39a is rapidly increased by the high voltage of the capacitor 47a as shown by a curve 32a.
  • the stored electrostatic energy is converted to the magnetic energy of the armature coil 39a.
  • magnetic energy is replenished by the power supply.
  • the transistors 20a and 20b When the output of the operational amplifier 40b is turned to the mouth level, the transistors 20a and 20b are turned off, and as shown in the curve 32b, the transistors 20a and 20b pass through the transistor 28a.
  • the output becomes a high level due to the hysteresis characteristic of the op amp 40b, and the transistor 20a , 20b conduct and the current increases as shown by the curve 32c. It becomes a chopper circuit that repeats such a cycle.
  • Such a chopper circuit may be other known means.
  • the exciting current value can be controlled by the voltage of the reference voltage terminal 40. The situation described above is exactly the same for the other armature coils 39b and 39c.
  • the means will be described.
  • the purpose is achieved by switching to reverse rotation mode for deceleration or stop during normal rotation.
  • the electromotive force is in the direction of arrow 30 and the voltage applied to the armature coil 39a is V + E. .
  • V is the voltage at terminals 2a and 2b
  • E is the back electromotive force, that is, the electromotive force due to the amount of magnetic flux linked to armature coil 39a decreasing with rotation. Therefore, according to the position detection signal of the second curve 36a in the time chart of FIG. 34, the value rapidly increases to the set value as indicated by the dotted lines 35a, 35c,.
  • the transistors 20a and 20b are turned off, and the direction of conduction is opposite to that of the armature coil 39a due to the release of stored magnetic energy.
  • the direction of the electromotive force is the same.
  • the above-described energizing direction is opposite, but since the braking torque is generated due to the reverse rotation mode, the energizing direction is the same. Therefore, the current flowing through the diodes 21a and 2lb will return the stored magnetic energy to the power supply voltage converted to the voltage of V-E through the transistor 28a.
  • the degree of decrease in the flowing current is smaller than in the case of the forward rotation, and the width of the descending portion is larger.
  • the dotted lines 35b and 35d in FIG. 34 are obtained.
  • the output of the operational amplifier 40b becomes a high level due to the hysteresis characteristic of the operational amplifier 40b, and the transistors 20a and 20b conduct again and the exciting current rapidly increases. Increase. It becomes a chopper circuit that repeats such a cycle.
  • the effect of the diode 49a, transistor 28a, and capacitor 47a at the beginning and end of each position detection signal is positive. It is exactly the same as when turning.
  • the width of the dotted lines 35a, 35c, ... in Fig. 34 is smaller than the width of the dotted lines 35b, 35d, ....
  • the power consumption is 5 'and the amount of power is small because the time width is small.
  • the energy of the rotor and the load is converted into electric power and returned to the electric power supply. Since this time width is large, there is an effect that regenerative braking is performed.
  • the applied voltage is increased, for example, about 30,000 revolutions per minute can be achieved.
  • the same purpose can be achieved by providing the transistor 28a, diode 49a, and capacitor 47a in Fig. 35 on the power supply negative electrode 2b side provided on the power supply positive electrode 2a side. .
  • the output torque in the section of 180 degrees due to salient poles and magnetic poles will be described.
  • the lowermost curves 42, 42-1 show the output torque of arrow 34a (180 degrees).
  • the output torque is symmetrical and has a flat torque characteristic as shown by the curve 42-1.
  • the torque curve becomes asymmetric as shown by the curve 42. That is, when the salient poles start to penetrate the magnetic poles, the torque increases rapidly, then becomes flat, and then gradually decreases. When the exciting current further increases, the flat portion almost disappears.
  • the output torque characteristics during forward / reverse rotation are as follows. It does not change. However, in the case of asymmetrical operation, there is a disadvantage that the output torque characteristic changes. However, since there is only a decrease in the torque during deceleration in the reverse rotation mode, there is no practical difference. No.
  • the input of the + terminals of the operational amplifiers 40b, 40c, and 40d should be an electric signal proportional to the rotation speed.
  • the output of the block circuit 40-1 is switched to the output of the terminal 40 via the switching switch 40a.
  • the block circuit 40-1 is a well-known circuit that generates a voltage proportional to the rotation speed.
  • a metal outer housing (cylindrical shape) 25-1 is fitted on the right side with a circular outer plate 25-2 on the right side with a bent part on the outer circumference, and ball bearings provided in the center of both sides
  • the rotating shaft 5 is rotatably supported by 29 a and 29 b.
  • the rotor 1 is fixed to the rotating shaft 5 via a support 5a.
  • the configuration of the salient poles of the rotor 1 (not shown) is the same as that of the rotor 1 of the rotor 1 of FIG.
  • the fixed armature C whose magnetic pole faces the salient pole, is fixed inside the outer case 25-1, and its configuration is the same as that of the fixed armature 16 in Figs.
  • an aluminum rotor 29 having the same-shaped outer projection is fixed and rotates synchronously with the rotor 1. Since the coils 10a, 10b, and 10c face the outer periphery, the position detection signal shown in FIG. 38 can be obtained as described above with reference to FIG.
  • the phase is shifted 180 degrees relative to the salient poles of rotor 1 (rotates 180 degrees around the axial direction). It is fixed inside the outer case 25-1 and its magnetic pole is the rotor It faces the outer peripheral salient pole 1 through a gap.
  • the armature coil of the magnetic pole of the fixed armature C-11 has three phases, and these are referred to as armature coils 39d, 39e, and 39f.
  • the armature coils 39 d, 39 e, and 39 f are converted into the position detection signals 43 a, 43 b,..., 44 a of FIG.
  • Figure 36 shows the armature coils 39a, 39b
  • the armature coils mounted on the fixed armature C-1 corresponding to the armature coils of the first, second, and third phases mounted on the fixed armature C in Fig. 30 are connected to the first, second, and room chambers.
  • the motor in Fig. 30 is a three-phase, two-wave energizer because both are energized in a single wave.
  • the one-phase armature coil is composed of first and first armature coils
  • the two- and three-phase armature coils are composed of the second and second armature coils and the third and the first armature coils, respectively.
  • 45 a, 45 b ... are called the position detection signals of the phases ⁇ _, 2 and ⁇ ⁇ _, respectively.
  • the position detection signals input from terminals 42a, 42b, and 42c are the position detection signals of the first, second, and third phases, respectively.
  • the position detection signals input from terminals 42d, 42e, and 42f are the first, second, and third position detection signals, respectively.
  • Armature coils 39a and 39d are the first and ⁇ _ ⁇ armature coils of the first phase, armature coils 39b and 39e, and armature coils 3d and 3d, respectively.
  • 9 c and 39 f are the second and third armature coils and the third and third armature coils of the second and third phases, respectively.
  • the transistors 20a and 20b When there is an input signal at the terminal 42a, the transistors 20a and 20b conduct, and the armature coil 39a is energized through the diode 49a connected in the forward direction. At the end of the input signal (curve 36a), the transistors 20a and 20b are turned off. Diode 49a prevents the stored magnetic energy of armature coil 32a from returning to the power supply (terminals 2a and 2b) via diodes 21a and 21b. The capacitor 47a is charged. Therefore, the discharge current due to the accumulated magnetic energy quickly disappears.
  • the time required for the salient pole to rotate 60 degrees that is, the above-mentioned discharge current disappears in the section between the right end of the curve 36a and the left end of the curve 43a in FIG. Small capacity is used. If the capacity is too small, the charging voltage is too high and exceeds the withstand voltage of the transistors 20a, 20b, 20c, and 20d. Therefore, there is an effect of preventing the occurrence of torque.
  • the position detection signal of the curve 43a is input to the terminal 42d, so that the transistor 20c and 20d conduct and the armature coil 32d Is started. Since the applied voltage at this time is the high voltage of the capacitor 47a, the current rises rapidly.
  • the stored magnetic energy of the armature coils 39a and 39d is rapidly discharged and disappears because the capacitor 47a is charged together with the stop of energization. The generation of torque is prevented. Therefore, there is an effect of preventing the torque from decreasing.
  • the energization of the armature coil 39d is cut off, the stored magnetic energy is rapidly charged to the capacitor 47a, and the current due to the discharge is also rapidly reduced. Disappears. After a predetermined time, energization of the armature coil 39a starts, and the current rapidly increases due to the high voltage of the capacitor 47a. The time span is also within the time required for the 60 ° salient pole to rotate.
  • Transistors 20a, 20b, 20b are provided by AND circuit 41a, 4Id, op amp 40b, reference voltage terminal 40, resistor 22a, and absolute value circuit 30a.
  • the chopper function for turning on and off c and 20d is the same as in the previous embodiment. Due to such a Chiono effect, the conduction curves 31a, 31b, 31c in Fig. 33 become curves close to a square.
  • the dotted line is the section where the current value was set by the chopper action.
  • the operation amplifier 40d, the resistor 22c, and the absolute value circuit 30c is exactly the same as the case described above. Therefore, a reluctance motor in which three-phase full-wave energization is performed is obtained, which has the effect of preserving the advantages of large output torque and eliminating the serious disadvantage of low rotational speed. Also, the ripple torque is reduced.
  • Curves 31d and 31e in Fig. 33 are the energization curves of the armature coils 39b and 39e by the position detection signals 37a and 44a, respectively.
  • Curves 31, 31 h and 3 If are the energization curves of the armature coils 39 c and 39 f by the position detection signals 38 a, 45 a and 45 b, respectively.
  • the present invention can be practiced even when the capacitors 47a, 47b, and 47c are provided in parallel with the diodes 49a, 49b, and 49c in parallel with the power supply. Wear. When the armature coil is de-energized during the chopper operation, the voltage of the capacitors 47a, 47b, and 47c rises due to magnetic energy. Therefore, there is an operational effect that the energization rises well when the armature coil is energized next time.
  • the position detection signals input to the terminals 42a, 42b, and 42c are input to the terminals 42d, 42e, and 42f, respectively, and the terminals 42d, 42e, and 42f, respectively.
  • the motor reverses.
  • the above-described input switching means will be described with reference to FIG. In FIG. 32, the terminals 8a, 8b,..., 8f respectively have the position detection signal curves 36a, 36 b,..., Curve 37 a, 37 b,..., Curve 38 a, 38 b,... ”, Curve 43 a, 43 b,..., Curve 44 a, 44 b,... , Curve 45 a,
  • a position detection signal for reversing from terminals 9a, 9b, 1, 9f is obtained via OR circuits 65a, 65b, ⁇ ' ⁇ , 65f. You. Therefore, forward / reverse rotation can be performed by the input signal of the terminal 66. If the input at terminal 66 is set to low level during normal rotation, reverse torque occurs, and the time width of the exciting current rising by the chopper circuit is smaller than the time width of the falling portion, and regenerative braking is performed. The operation is performed in exactly the same manner as in the embodiment of FIG. 35, and the operation and effect are also the same.
  • the terminals 28-1, 28-2, 28-3 in Fig. 36 are connected to the terminals 31-1, 31-2, 31-3, respectively.
  • the input signals of terminals 4a—1, 4b-1 and 4c-1 are the same as the input signals of terminals 42a and 42d, terminals 42b and 42e, and terminals 42c and 42f, respectively. It has the same signal. Curves 43a, 43b, ..., curves 44a, 44b, ..., curves 45a, 45b, ... are input.
  • the AND circuit 66a When the input of the terminal 66 is at a high level, the AND circuit 66a, The lower input of 66 c, 66 e, 66 g, 66 i, and 66 k becomes a high level, and the OR circuit 65 a, 65 b, ⁇ , 65 f , A position detection signal for normal rotation is obtained from terminals 9a, 9b, ..., 9f.
  • the output signals at terminals 9a, 9b, ..., 9f are those input to terminals 42a, 42b, ..., 42f in Fig. 36, respectively.
  • the inverting circuit 66a causes a no-level electric signal to be supplied to the lower side of the AND circuits 66b, 66d,..., 66i. , A position detection signal for reversing from terminals 9a, 9b,..., 9f is obtained via OR circuits 65a, 65b, ..., 65f. You. Therefore, forward / reverse rotation can be performed by the input signal of the terminal 66. If the input at terminal 66 is set to low level during forward rotation, reverse torque is generated, and the time width of the rising part of the exciting current by the chopper circuit becomes smaller than the time width of the falling part. The operation is performed in exactly the same manner as in the embodiment of FIG.
  • the terminals 28-1, 28-2, 28-3 in FIG. 36 are connected to the terminals 31-1, 31-2, 31-3, respectively.
  • the input signals at terminals 4a-l, 4b-1, 4c-1 are the input signals at terminals 42a, 42d, 42b, 42e and 42c, 42f, respectively. It has the same signal. Therefore, as in the previous embodiment, regenerative braking can be performed by switching to the reverse rotation mode during normal rotation.
  • the coils serving as position detecting elements 10a and 1 are so arranged that the armature coil starts energizing at a point of 30 degrees when the salient poles penetrate the magnetic poles and stops energizing by rotating 120 degrees.
  • the positions of 0 b and 10 c are adjusted and fixed to the armature side. Therefore, in either case of forward or reverse rotation, the salient pole enters the magnetic pole, the armature coil is energized at the point of 30 degrees, and rotates 120 degrees. As a result, the output torque during forward and reverse rotation is almost equal.
  • the capacitor for rectification does not need a large capacity, and when the AC power supply has three phases, In particular, capacitors have the advantage of smaller capacity and simplified power supply.
  • the energization control is performed by the transistors provided at both ends of the armature coil.
  • the present invention can be implemented. Can be implemented.
  • transistors 20a, 20b, and 20c are inserted, respectively.
  • the transistors 20a, 20b, and 20c serve as switching elements, and may be other semiconductor elements having the same effect.
  • DC power is supplied from the positive and negative terminals 2a and 2b.
  • the transistors 20a, 20b, and 20c are located at the lower end of the armature coil, that is, on the negative side of the power supply, the input circuit for conduction control is simplified.
  • the position detection signal curves 36a, 36b,..., curves 37a, 37b,..., curves 38a, 3 in Figure 38 8 b,... is input.
  • the transistors 20a, 20b, and 20c obtain base inputs via the AND circuits 41a, 41b, and 41c, and are turned on.
  • Armature coil 39 a, 39 b and 39 c are conducted.
  • Terminal 40 is a reference voltage for specifying the exciting current. By changing the voltage of terminal 40, the output torque can be changed.
  • the power switch (not shown) is turned on, the input of one terminal of the operational amplifier 40b is lower than that of the + terminal, so that the output of the operational amplifier 40b becomes high level, and the transistor 20a is turned on.
  • Conducts, and voltage is applied to the energization control circuit of the armature coil.
  • the resistor 22 and the absolute value circuit 30a are resistors for detecting the exciting current of the armature coils 39a, 39b, and 39c.
  • the following means are adopted to prevent the above-described counter torque and reduced torque from occurring and to achieve high speed and high torque.
  • the small-capacity capacitor 47a, diode 21a, and semiconductor elements 19a, 19b, 19c, etc. in Fig. 37 are added to eliminate the above-mentioned drawbacks,
  • the feature is that only one switching element (symbol 20a, 20b, 20c) for energization control is used on the negative voltage side of the power supply.
  • the first-stage curves 26 a, 26 b, and 26 c of the time chart in FIG. 33 are the current curves flowing through the armature coil 39 a and are the dotted lines 26-1 and 26 — The distance between the two is 120 degrees.
  • the conduction current drops rapidly as shown by curve 26b, preventing the generation of anti-torque and
  • the sensor 47a is charged and held at a high voltage.
  • the armature coils 39b, 39c are energized by the position detection signal input from the terminals 42b, 42c, and when the energization is stopped next, the diodes 33b, 39c Capacitors 47b and 47c are charged to a high voltage via 33c, 21b and 21c, and the current decreases rapidly.
  • the transistor 20 c conducts and the armature coil 39 c is energized again.
  • the applied voltage at this time is the same as the charging voltage of the capacitor 47 a. Since the power supply voltage (the voltages at terminals 2a and 2b) is both, the rise of the current of the armature coil 39c is rapid. Due to this phenomenon, it rises rapidly like curve 26a.
  • a fine pulse at the beginning of the position detection signal 38b is obtained by the block circuit 4 in FIG. 37, and an electric pulse of a short width is obtained by a monostable circuit to which this is input. Since the transistors 34b, 34a, and SCR 19a are conducted by this electric pulse, the high voltage of the capacitor 47a is applied to the armature coil 39c, and the rising current is reduced. Then, the current of the curve 26c (Fig. 33) is obtained by the voltage of the DC power supply. With the termination of the discharge of the capacitor 47a, the SCR 19a is turned off.
  • the height of 26 c is regulated by the voltage of the reference voltage terminal 40.
  • the armature coil 39 b of the 37 is connected to the conduction of the transistor 20 b of that width by the position detection signal curve 37 a, 37 b, ... input from the terminal 42 b. More current is supplied, and the chopper control is performed by the operational amplifier 40 b, the resistor 22, the absolute value circuit 30 a, and the AND circuit 41 b.
  • the situation described above is exactly the same for the armature coil 39c.
  • the position detection signal curves 38a, 38b,... in Fig. 38 are input to the terminal 42c, and the armature coil 39c is input.
  • the energization control of c is performed.
  • the operation and effect of the transistor 20c, the AND circuit 41c, the operational amplifier 40b, the resistor 22 and the absolute value circuit 30a are exactly the same as those described above.
  • the armature coil may be energized at any point where the salient pole penetrates the magnetic pole or at any point within the 30 ° section. Adjust by taking into account the rotation speed, efficiency, and output torque, and change the positions of the coils 10a, 10b, and 10c, which are position detection elements, that are fixed to the fixed armature side. As can be understood from the above description, a three-phase single-wave energized motor is efficiently and has a large output and high speed. The object of the present invention is achieved because rotation can be performed.
  • the charging voltage becomes higher when the capacity is smaller, so that the rise and fall of the conduction curve can be made faster, and a high-speed rotating motor can be obtained.
  • the disadvantage of low speed which is a disadvantage of the reluctance motor, can be eliminated. It is preferable to use a capacitor with a small capacity as long as the charging voltage does not damage the transistor in the circuit.
  • capacitors 47a, 47b, and 47c are connected in series with transistors 28a, 28b, and 28c, which are semiconductor switching elements, for regenerative braking. Connected and transistor G inserted.
  • a curve 36a is an input position detection signal of the terminal 42a.
  • Arrows 3 8 — 1 indicate a width of 120 degrees.
  • Stars 28a and 28a are made conductive by the input of base terminal 4a-1.
  • Input signals of base terminals 4a-2 of other transistors 28b and 24b and input signals of base terminals 4a-3 of transistors 28c and 24c are also supported.
  • the position detection signal is also supported.
  • the control of the transistors 28a, 28b, 28c described above is performed in the reverse rotation mode during the regenerative braking, and in the normal rotation mode, the base terminals 4a — 1, 4 a-2, 4 a-3 are held at the ground level, and each transistor is kept in non-conduction, or in the forward rotation mode, the same conduction control as in the reverse rotation mode.
  • the object of the present invention can be achieved.
  • the input signals of terminals 4a-1, 4a-2, and 4a-3 are the input position detection signals of terminals 42a, 42b, and 42c, respectively.
  • the rising portion of the current of the armature coil 39a becomes rapid due to the high voltage of the capacitor 47b.
  • the transistor 20a is turned off, so that the magnetic energy is returned to the power supply side via the transistor 28a and the armature coil is turned off.
  • the current of the transistor 39a decreases to a predetermined value, the output becomes a high level due to the hysteresis characteristic of the operational amplifier 40b, and the transistor 20a conducts to increase the current. I do. It becomes a chopper circuit that repeats such a cycle. Such a chopper circuit may be another known means.
  • the purpose is achieved by switching to reverse rotation mode for deceleration or stop during normal rotation. Describing the armature coil 39a in the reverse rotation mode, the electromotive force is in the direction of arrow 30 and the voltage applied to the armature coil 39a is V + E. V is the voltage at terminals 2a and 2b, and E is the back electromotive force, that is, the electromotive force due to the amount of magnetic flux linked to armature coil 39a decreasing with rotation.
  • the above-described energizing direction is opposite, but since the braking torque is generated due to the reverse rotation mode, the energizing direction is the same.
  • the current flowing through the diodes 2 la and 33 a returns the stored magnetic energy to the power supply voltage converted to the voltage of V ⁇ E through the transistor 28 a.
  • the output becomes high level due to the hysteresis characteristic of the operational amplifier 40b, the transistor 20a conducts again, and the exciting current rapidly increases. This is a chopper circuit that repeats such a cycle.
  • the operation and effect of the capacitor 47a at the beginning and end of the position detection signal are exactly the same as in the case of normal rotation.
  • the width of the dotted lines 35a, 35c, ... in Fig. 34 is smaller than the width of the dotted lines 35b, 35d, ... '.
  • the power consumption is small because the power consumption and the time width are small.
  • the energy of the rotor and the load is converted to electric power and returned to the power supply. Since this time width is large, there is an effect that regenerative braking is performed. When the vehicle returns to normal rotation when the predetermined deceleration is completed, normal operation can be restored.
  • the output torque in the section of 180 degrees due to salient poles and magnetic poles will be described.
  • the lowermost curves 42, 42-1 show the output torque of arrow 34a (180 degrees).
  • the output torque is symmetrical and has a flat torque characteristic as shown by the curve 42-1.
  • an asymmetric torque curve is obtained as shown by the curve 42. That is, when the salient pole begins to penetrate the magnetic pole, the torque increases rapidly, then becomes flat, and then gradually decreases. When the exciting current further increases, the flat portion almost disappears.
  • the reversal braking is performed by setting the reverse rotation mode during the forward rotation, so that the electric motor can be decelerated.
  • the deceleration torque can be regulated by the voltage at terminal 40 in Fig. 37.
  • the following means are employed for decelerating and stopping. If the voltage at terminal 40 is set to a voltage proportional to the rotation speed at the same time as the deceleration mode, the deceleration torque decreases as the vehicle decelerates, and when the motor stops, the armature coil current also becomes zero and the motor stops. Can be.
  • the block circuit 28 in FIG. 37 is a circuit that changes the input voltage of the + terminal 40c in proportion to the rotation speed of the motor.
  • the switching switch 40a is simultaneously switched so that the output voltage of the block circuit 28 is input to the operational amplifier 40b.
  • the motor decelerates, the voltage at terminal 40c drops, and the exciting current accordingly decreases. The motor stops due to such braking.

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Description

明 糸田
リ ラクタ ンス型電動機およびリ ラクタ ンス型高速電動機の回転子 技術分野
本発明は、 ド リルマシンの駆動源、 その他小型で高速を必要とす, る駆動源、 あるいは、 大きい出力の精密な回転制御が必要でない、 例えば、 電気自動車、 ク レーンの動力源と して利用される リ ラクタ ンス型電動機に関する。 技術背景
リ ラクタンス型電動機は、 出力 トルクが大き く 、 マグネ.ッ ト回転 子が不要であると言う利点があるが、 反面に振動が発生する等の欠 点も多いので実用化された例はほとんどない。
小型化と高速化は更に困難な技術となっているので実用化された 例はない。
固定電機子の磁極と回転子突極との間の磁気吸引力で回転 トルク が得られるが、 このと きに中心方向の磁気吸引力が大き く作用する ので機械振動が発生する欠点がある。
従来の手段による と、 電機子コイルの通電制御の為のスィ ッチン グ素子は電機子コイルの両端に挿入されているので、 高価なパヮ素 子の数が多く な り、 コス トが上昇する問題点がある。
又電源正極側のスイ ッチング素子は、 導通制御の為の入力電気信 号が別電源とな り、 高価となる欠点がある。
リ ラクタンス型電動機の場合には、 回転子の突極の数が多く 、 ィ ンダクタ ンスが大きいので、 磁極と突極に蓄積され若し く は放出さ れる磁気エネルギの量が大きく 、 又 1 回転毎の蓄積と放出の回数が 多い。 従って、 出力 トルクは大きい長所がある反面に低速となる 問題点がある。 突極数が多い為に径の小さい小型の電動機を得る
、 ことができない問題点がある。
上述した低速とは毎分 3 0 0回転位、 又高速とは毎分 6万回転位 までを示すものである。 マグネッ ト回転子を有する直流電動機と比較すると、 電機子コィ ルのイ ンダクタ ンスが著しく 大きいので、 通電初期の電流の立上が りがおそく 、 又通電停止時の電流の降下がおく れる。 前者は出力 トルクを減少し、 後者は反 トルクを発生する問題点がある。 通電 初期の立上がりを速く する為に電源を高電圧とすると、 磁気飽和点 以降で鋭い電流の立上がりが発生する。 この為に、 振動と電気ノ ィズを発生し、 又上述した電流の立上がる区間は、 トルクの小さい 区間なので、 欠点のみが助長される問題点がある。 上述した減卜 ルク と反 トルクの発生するこ とによ り高速化は不可能となる問題点 がある。 突極数が多いので 1 回転する時の磁気エネルギの出入の 回数が多く鉄損が増大し、 従って高速とすると効率が劣化する問題 点がある。 高速とする為に印加電圧を上昇すると 6 0 0ボル 卜以上となり実 用性が失なわれる不都合がある。 高速化の為に電機子電流の立上がり と降下を速く すると鉄損を増 大する不都合を発生する。 理想的な波形はサイ ン波の半波の形状 とするこ とが理想的であるが、 この手段が困難となる問題点があ る。
さらに、 一般の手段によると、 回転子の突極数は少なく ても 4個 必要となる。 従って 1 回転中に磁極と突極の磁気エネルギの出入 回数が多く 、 効率を劣化し、 高速化が困難となる。 さらに、 磁極と突極間には、 軸方向の トルクに寄与しない大きい 磁気吸引力が発生している。 これを消去する為に軸対称の位置に ' 5 磁極が設けられているが、 磁極と突極間の空隙長の差によ り磁気吸 引力が消去されなく 、 振動を発生する欠点がある。 空隙長を等し く調整しても使用中に軸受が摩耗するので、 空隙長が変化し振動の 発生を防止する手段がない問題点がある。
さらに、 図 2 6は周知の 3相片波通電の リ ラクタンス型電動機の 10 平面図である。 記号 1 6は固定電機子で、 珪素鋼板積層体で作ら れ、 磁極 1 6 a， 1 6 b， …には電機子コイル 1 7 a , 1 7 b , … が装着される。 回転子 1 は矢印 A方向に回転する。 記号 5は回転軸 である。 電機子コ イ ル 1 7 b， 1 7 eが通電されると、 回転子 1 は 矢印 A方向に回転し、 電気角で 1 2 0度回転する と通電が停止さ 15 れ、 次に電機子 コ イ ル 1 7 c ， 1 7 f が通電され、 電気角 で 1 2 0度通電すると同じ角度回転する。 上述 し た よ う に、 電機子 コ イ ル 1 7 a ， 1 7 d -→ 1 7 b , 1 7 e→ 1 7 c , 1 7 f の順の通電によ り矢印 A方向に回転する。 上述した回転の トルクは、 突極が 2個づっ関与し、 他の 4個は関 20 与しない。
-* 6個の突極が同時に トルクを発生すれば トルクは 3倍となるが、 こ れが達成できない問題点がある。
ま た、 電機子 コ イ ル 1 7 a ， 1 7 d が通電される と 、 磁極 1 6 a , 1 6 dは突極 1 a , 1 e に径方向に吸引されるので、 固定 25 電機子 1 6 は吸引力によ り変形歪曲する。 回転して磁極 1 6 b , 1 6 e と磁極 1 6 c , 1 6 f と対向突極との吸引によ り固定電機子 1 6は変形する。 かかる変形によ り振動が発生する問題点がある。 又突極と磁極間の空隙を一定とすることが技術的に困難なので回転 子 1 の受ける吸引力は回転と ともに変化して回転子 1 が径方向に振 動する。 従って振動音を発生し、 又回転子 1 の回転軸の軸受の耐用 時間を少なく する問題点がある。 大型で大出力のものとなると上述 した問題点は解決が困難となる。
そこで、 本発明は径の小さい高速高効率の リ ラクタンス型電動 機、 および、 大きい出力 トルクで振動の小さく 、 必要あれば回生制 動のできる リ ラクタ ンス型電動機を提供するこ とを目的とする。 発明の開示
本発明は、 固定電機子と磁性体回転子を備えた 3相片波通電の リ ラクタンス型直流電動機において、 該磁性体回転子の外周回転面 に等しい巾と離間角で配設された 2個の突極と、 該固定電機子内 周面に等しい離間角で配設された 1 2個のスロ ッ 卜 と、
1番目 と 4番目の該スロ ッ 卜に捲回されたコイルならびに 7番目 と 1 0番目の該スロ ッ 卜に捲回されたコイルを直列若しく は並列に 接続した第 1の相の電機子コイルと、 3 番 目 と 6 番 目 の 該ス ロ ッ 卜 に捲回 された コ イ ルな らびに 9 番目 と 1 2 番目 の 該スロ ッ 卜 に捲回された コ イ ルを直列若し く は並列に接続した 第 2の相の電機子コィルと、
5番目 と 8番目の該スロ ッ 卜に捲回されたコイルならびに 1 1番 目 と 2番目の該スロ ッ 卜に捲回されたコイルを直列若しく は並列に 接続した第 3の相の電機子コイルと、 該突極の回転位置を検出する位置検知素子の出力によ り電気角で
1 2 0度の巾で互いに 2 4 0度離間した第 1 の相の位置検知信号及 びこれ等よ り電気角で 1 2 0度位相のおく れた第 2の相の位置検知 φ
信号及びこれ等よ り電気角で 1 2 0度位相のおく れた第 3の相の位 5 置検知信号が得られる位置検知装置と、
該第 1 ， 第 2 , 第 3の相の各電機子コイルの電源負極側に挿入さ れた 1個のスィ ッチング素子と、
各々の該電機子コイルの電源正極側に順方向に挿入された 1個の 第 1 のダイオー ドと、
10 該第 1 のダイオー ドと該電機子コイルと該スイ ッチング素子の直 列接続体に供電する直流電源と、
該第 1 ， 第 2 ， 第 3の相の位置検知信号によ りそれぞれ対応する 該第 1 , 第 2 ， 第 3の相の電機子コイ ルに接続した該スイ ッ チング 素子を位置検知信号の巾だけ導通して該電機子コイルを通電せしめ 15 て出力 トルクを得る通電制御回路と、
該スィ ッチング素子が該位置検知信号の末端で不導通に転化した ときに、 該スイ ッチング素子と該電機子コイルとの接続点よ り、 第 2のダイオー ドを介して該電機子コイルに蓄積された磁気エネルギ を小容量のコ ンデンサに流入充電して保持し、 該電機子コイ ルの通 20 電電流の降下を急速とする第 1 の電気回路と、
該磁性体回転子が設定された角度だけ回転して、 該位置検知信号 によ り導通される該スイ ッ チング素子を介して該電機子コイルの通 電が開始されたと きに、 該スイ ッチング素子の導通と同期して導通 される半導体素子を介して、 該第 1 のダイオー ドと該電機子コイル
25 の接続点よ り前記した小容量のコ ンデンサに蓄積した静電工ネルギ を流入せしめて通電電流の立上りを急速とする第 2の電気回路と、 該電機子コイルの通電電流が所定値を越えて増大したことを検出 して検出電気信号を得る検出回路と、
該検出電気信号によ り該電機子コイルの通電を停止し、 所定時間 後に通電せしめるこ とによ り通電電流を所定値に保持するチヨ ッパ 回路と、
よ り構成されたこ とを特徴とする リ ラクタ ンス型 3相高速電動 1¾ ある。
さらに、 本発明は、 固定電機子と磁性体回転子を備えた 2相全波 通電のリ ラクタ ンス型直流電動機において、
該磁性体回転子の外周回転面に等しい巾 と離間角で配設された 2個の突極と、
該固定電機子内周面に等しい離間角で配設された 8個のスロ ッ 卜 と、
1番目 と 3番目の該スロ ッ 卜に捲回されたコイルならびに 5番目 と 7番目の該スロ ッ 卜に捲回されたコイルを直列若しく は並列に接 続した第 1 の相の電機子コイルと、
2番目と 4番目の該スロ ッ 卜に捲回されたコイルならびに 6番目 と 8番目の該スロ ッ 卜に捲回されたコイルを直列若しく は並列に接 続した第 2の相の電機子コィルと、
3番目と 5番目の該スロ ッ 卜に捲回されたコイルならびに 7番目 と 1番目の該スロ ッ トに捲回されたコイルを直列若しく は並列に接 続した第 3の相の電機子コイルと、
4番目 と 6番目の該スロ ッ 卜に捲回されたコイルならびに 8番目 と 2番目の該スロ 卜に捲回されたコイルを直列若しく は並列に接 続した第 4の相の電機子コイルと、
該突極の回転位置を検出する位置検知素子の出力によ り電気角で
9 ◦度の巾で順次に 3 6 0度位相のおく れた第 1 の相の位置検知信 号及びこれ等よ り電気角で 9 0度位相のおく れた第 2の相の位置検 知信号及びこれ等よ り電気角で 9 0度位相のおく れた第 3の相の位 置検知信号及びこれらよ り電気角で 9 0度位相のおく れた第 4の相 の位置検知信号が得られる位置検知装置と、
該第 1 ， 第 2 ， 第 3 , 第 4の相の各電機子コイ ルの電源負極側に 挿入された 1 個のスイ ッチング素子と、
各々の該電機子コイルの電源正極側に順方向に挿入された 1 個の 第 1 のダイオー ドと、
該ダイオー ド と該電機子コイルと該スイ ッ チング素子の直列接続 体に供電する直流電源と、
該第 1 , 第 2 , 第 3 , 第 4の相の位置検知信号によ りそれぞれ対 応する該第 1 ， 第 2 ， 第 3， 第 4の相の電機子コイルに接続した該 スィ ツチング素子を該位置検知信号の巾だけ導通して該電機子コィ ルを通電せしめて最大出力 トルクを得る通電制御回路と、
該スィ ツチング素子が該位置検知信号の末端で不導通に転化した と きに、 該スイ ッチング素子と該電機子コイルとの接続点よ り、 第 2のダイオー ドを介して該電機子コイルに蓄積された磁気エネルギ を小容量のコ ンデンサに流入充電して保持し、 該電機子コイルの通 電電流の降下を急速とする第 1 の電気回路と、
該磁性体回転子が設定された角度だけ回転して、 該位置検知信号 によ り導通される該スィ ツチング素子を介して該電機子コイルの通 電が開始されたと きに、 該スイ ッ チング素子の導通と同期して導通 される半導体素子を介して、 第 1 のダイオー ドと該電機子コイルの 接続点よ り前記した小容量のコ ンデンサに蓄積した静電工ネルギを 流入せしめて通電電流の立上りを急速とする第 2の電気回路と、 該電機子コィルの通電電流が所定値を越えて増大したこ とを検出 して検出電気信号を得る検出回路と、 '
該検出電気信号によ り該電機子コイルの通電を停止し、 所定時間 後に通電せしめるこ とによ り通電電流を所定値に保持するチヨ ッパ 回路と、
よ り構成されたこ とを特徴とする リ ラクタ ンス型 2 '相高速電動 機である。
さらに、 本発明は、 固定電機子と磁性体回転子を備えた 2相全波 通電の リ ラクタンス型直流電動機において、
該磁性体回転子の外周回転面に等しい巾と離間角で配設された 2個の突極と、
該固定電機子内周面に等しい離間角で配設された 8個の該スロ ッ 卜 と、
1番目と 3番目の該スロ ッ 卜に捲回されたコイルならびに 5番目 と 7番目の該スロ ッ 卜に捲回されたコィルを直列若しく は並列に接 続した第 1 の相の電機子コイルと、
2番目 と 4番目の該スロ ッ 卜に捲回されたコイルならびに 6番目 と 8番目の該スロ ッ トに捲回されたコィルを直列若しくは並列に接 続した第 2の相の電機子コイルと、
3番目と 5番目の該スロ ッ 卜に捲回されたコイルならびに 7番目 と 1番目の該スロ ッ 卜に捲回されたコィルを直列若しく は並列に接 続した第 3の相の電機子コイルと、 5
9
4番目 と 6番目の該スロ ッ 卜 に捲回されたコイルならびに 8番目 と 2番目の該スロ ッ 卜に捲回されたコイルを直列若し く は並列に接 続した第 4の相の電機子コイルと、
該突極の回転位置を検出する位置検知素子の出力によ り電気角で 9 0度の巾で順次に 3 6 0度位相のおく れた第 1 の相の位置検知信 号及びこれ等よ り電気角で 9 0度位相のおく れた第 2の相の位置検 知信号及びこれ等よ り電気角で 9 0度位相のおく れた第 3の相の位 置検知信号及びこれ等よ り電気角で 9 0度位相のおく れた第 4の相 の位置検知信号が得られる位置検知装置と、
各々の該電機子コイルと該スィ ツチング素子の直列接続体に供電 する直流電源と、
該第 1 ， 第 2 ， 第 3 , 第 4の相の位置検知信号によ りそれぞれ対 応する第 1 ， 第 2， 第 3 , 第 4の相に接続した該スイ ッチング素子 を導通して、 正 トルクの発生する区間の始端部よ り該位置検知信号 の巾だけ該電機子コイルを通電せしめて出力 トルクを得る通電制御 回路と、
該第 1 ， 第 2 ， 第 3， 第 4の相の各電機子コイルの電源負極側に 挿入された 1 個のスィ ッチング素子と、
該第 1 ， 第 2 , 第 3， 第 4の相の各電機子コイルと該スィ ッチン グ素子の直列接続体のそれぞれに逆接続された第 1群のダイオード と、.
該第 1 ， 第 3の相の電機子コイルの通電が断たれたと きに、 蓄積 磁気エネルギを該電機子コイルと該スイ ッチング素子の接続点に接 続した第 2群のダイオー ド及び該第 1群のダイオー ドを介してコ ン デンサに充電する第 1 の電気回路と、 該コ ンデンサの正極と電源正極との間に挿入されるとともにコ ン デンサの電圧と電源電圧を比較して、 前者と後者がほぼ等し く なる ように通電制御をする第 2の電気回路と、
該電機子コイルの通電電流が該電機子コイルを焼損する電流値を 越えないように保持するチヨ ッパ回路と、
よ り構成されたこ とを特徴とする リ ラクタ ンス型 2相高速電動 ^ある。
さらに、 本発明は、 珪素鋼板積層体によ り作られた円柱状磁性体 回転子と、
該磁性体回転子の中心線に固定された回転軸と、
該回転軸を回動自在に支持するように該回転軸の両端を支持する 軸受と、
該回転子の外側回転面に突出された 9 0度の巾で互いに 9 0度離 間した第 1 ， 第 2の突極と、
円環状の珪素鋼板積層体によ り作られ、 その内側面のスロ ッ トに 2相若しく は 3相の電機子コィルが装着された固定電機子と、 該固定電機子の内側円周面と設定された巾の空隙を介して前記し た第 1 , 第 2の突極の外側円周面が回転すると ともに、 該固定電機 子の内側円周面と該第 1 の突極との空隙の巾が該第 2の突極の空隙 の巾よ り所定値だけ小さ く なるように該第 1 ， 第 2の突極外周面と 該回転軸との距離を異ならしめる手段と、
該磁性体回転子の回転バラ ンスを保持する'ように該第 2の突極側 に固定されたバランスウェイ 卜 と、
よ り構成されたことを特徴とする リ ラクタ ンス型高速電動機の回 転子である。 本発明は、 磁性体固定電機子と磁性体回転子を有する 3相の リ ラ クタ ンス型電動機において、
該磁性体回転子の外周面に等しい巾と等しい離間角で配設された n個 （ nは 3以上の正整数） の突極と、
円筒状の固定電機子の内周部に等しい離間角で配設された 6 n個 のスロ ッ ト と、 該スロ ッ ト に装着される と と もに位相が電気角で 1 2 0度づっ順次にずらして装着された第 1 ， 第 2 ， 第 3の相の電 機子コイルと、
該突極の回転位置を検出して、 電気角で 1 2 0度の巾で互いに 2 4 0度離間した第 1 の相の位置検知信号ならびにこれ等よ り位相 が電気角で 1 2 0度おく れた第 2の相の位置検知信号ならびにこれ 等よ り位相が電気角で 1 2 0度おく れた第 3の相の位置検知信号が 得られる位置検知装置と、
該第 1 ， 第 2 , 第 3の相の電機子コイルのそれぞれに直列に接続 された半導体スイ ッチング素子と、
該第 1 ， 第 2 , 第 3の相の電機子コイルと該半導体スイ ッチング 素子の直列接続体に供電する直流電源と、
該第 1 ， 第 2 ， 第 3の相の位置検知信号を介してそれぞれ該第 1 ， 第 2 ， 第 3 の相の電機子コイ ルに直列に接続した該半導体ス イ ッチング素子を該位置検知信号の巾だけ導通して該電機子コイル を通電する通電制御回路と、
該半導体スィ ッチング素子が該位置検知信号の末端で不導通に転 化したときに、 該半導体スイ ッ チング素子と該電機子コイルとの接 続点よ り、 ダイオー ドを介して該電機子コイルによ り蓄積された磁 気エネルギを小容量のコ ンデンサに流入充電して保持するこ とによ り、 該電機子コイルの通電電流の降下を急速とする第 1の電気回路 と、
設定された角度だけ該磁性体回転子が回転して次に通電される該 電機子コイルが該位置検知信号によ り その巾だけ通電されるとき に、 その通電の開始されると同時に前記した小容量の該コ ンデンサ に蓄積された静電工ネルギを、 該電機子コイルに流入せしめて、 通 電電流の立上がりを急速とする第 2の電気回路と、
該第 1 , 第 2， 第 3の相の電機子コイルの通電電流を検出して検 出信号を得る電機子電流検出装置と、
該検出信号によ り、 該電機子電流が設定値を越えると前記した半 導体スイ ッチング素子を不導通に転化し、 該電機子コイルの磁気ェ ネルギの放出による電流が所定値まで降下すると再び該半導体ス ィ ツチング素子を導通して該電機子電流を設定値に保持するチヨ ッ パ回路と、 よ り構成されたことを特徴とする 3相リ ラクタンス型電 動機である。
さらに、 本発明は、 3相両波通電のリ ラクタンス型電動機におい て、
磁性体回転子の外周面の両側部に等しい巾と等しい離間角で配設 された n個 （ nは 3以上の正整数） の第 1 ， 第 2の突極と、
円筒状の第 1 の固定電機子の内周部に等しい離間角で配設された 6 n個のスロ ッ 卜に位相が電気角で 1 2 ◦度づっ順次にずらして装 着された第 1 ， 第 2 ， 第 3の相の電機子コイルと、
該第 1 の固定電機子と全く 同じ構成で、 そのスロ ッ トに該第 1， 第 2 , ϋの相の電機子コィルが装着された第 2の固定電機子と、 該第 1 の固定電機子の該スロ ッ 卜 と該第 1の突極との対向位置と 該第 2の固定電機子の該スロ ッ ト と該第 2の突極との対向位置を電 気角で 1 8 0度ずら して配設する手段と、
該第 1 の突極の回転位置を検出して、 電気角で 1 2 0度の巾で互 いに 2 4 0度離間した第 1 の相の位置検知信号ならびにこれ等よ り 位相が電気角で 1 2 0度おく れた第 2の相の位置検知信号ならびに これ等よ り位相が電気角で 1 2 0度おく れた第 3の相の位置検知信 号ならびに該第 1 ， 第 2 ， 第 3の相の位置検知信号よ りそれぞれ位 相が電気角で 1 8 0度おく れた室 _丄， 2 , 星 ^の相の位置検知信 号が得られる位置検知装置と、
第 1 ， 第 2 ， 第 3 ， ±， _2 ， Hの相の電機子コイルのそれ ぞれに直列接続された半導体スィ ツチング素子と、
該電機子コイルと該半導体スィ ツチングとの直列接続体に供電す る直流電源と、
該第 1 ， 第 2 ， 第 3 , 1 , 第 2 , の相の位置検知信号を介 してそれぞれ該第 1 ， 第 2 ， 第 3 ， U_ , 2 , 第 3の相の電機子 コイルに直列に接続した該半導体スィ ツチング素子を該位置検知信 号の巾だけ導通して該電機子コイルを通電する通電制御回路と、 該半導体スィ ツチング素子が該位置検知信号の末端で不導通に転 ィヒしたと きに、 該半導体スィ ッチング素子と該電機子コイルとの接 続点よ り、 ダイオー ドを介して該電機子コイルによ り蓄積された磁 気エネルギを小容量のコ ンデンサに流入充電して保持するこ とによ り該電機子コイ ルの通電電流の降下を急速とする第 1 の電気回路 と、
設定された角度だけ該磁性体回転子が回転して次に通電される該 電機子コイルが位置検知信号によ りその巾だけ通電されるときに、 その通電の開始されると同時に前記した小容量のコ ンデンサに蓄積 された静電工ネルギを、 該電機子コイルに流入せしめて、 通電電流 の立上がりを急速とする第 2の電気回路と、
該第 1 ， 第 2 ， 第 3の相の電機子コイルの通電電流を検出して検 出信号を得る電機子電流検出装置と、
該検出信号によ り、 電機子電流が設定値を越えると前記した半導 体スィ ッチング素子を不導通に転化し、 該電機子コィルの磁気エネ ルギの放出による電流が所定値まで降下する と、 再び該半導体ス ィ ッチング素子を導通して該電機子電流を設定値に保持する第 1の チヨ ッパ回路と、
該第 1 ， 第 2， 第 3の電機子コイルの通電電流を設定値に保持す る同じ構成の第 2のチヨ ッパ回路と、 よ り構成されたことを特徵と する 3相リ ラクタンス型電動機である。
本発明によると、 電機子コイルの通電が断たれたときに、 磁気ェ ネルギが小容量のコ ンデンザに充電されるのでその放出時間がみじ かく なり反 トルクの発生が防止され、 又該コ ンデンサの高電圧が次 に通電される電機子コイルに印加されるので、 通電電流の立上りが 急速となり減 トルクの発生が抑止される。
従って高速化できる作用がある。
突極数が 2個なので、 1 回転するときの磁気エネルギの出入回数 が少なく 、 高速回転の場合に鉄損を小さ く するこ とができて効率の 劣化を防止する作用がある。 又怪の小さい電動機とすることがで きる。
チヨ ッパ回路が付設されるので、 電機子コイルの通電電流値を所 定値に保持する作用に付加して次に述べる作用がある。 電機子コイルの電流値が所定値を越えると該電機子コイルに接続 したスイ ッチング素子が不導通に転化するので、 電機子コイルの磁 気エネルギの 1 部が小容量のコ ンデンサに充電される。 従 つ て チヨ ッパ周波数に比例した静電工ネルギが充電して保持される。 位置検知信号の末端で通電が断たれたと きの磁気エネルギが更に加 算して小容量のコ ンデンザに充電される。
このコ ンデンサの静電工ネルギが次に通電される電機子コイルの 電流の立上りをよ り急速と している。
電機子コイル間を磁気エネルギが移動するときに、 磁極の鉄損と 電機子コイルの銅損によ り、 電流の立上りが中途でゆる く なる不都 合があるが、 上述した手段によ り、 立上りが充分に速く なり矩形波 に近い通電電流とするこ とのできる作用がある。 電源電圧が低い 場合に特に有効である。 電機子コイルの通電制御の為のスィ ツチ ング素子は電源負極側に 1個が挿入されているのみなので、 高価な 回路素子の数を 1 Ζ 2 とするこ とができ、 又電源負極側にスィ ッチ ング素子があるので、 その導通制御の回路が簡素化される。 ま た、 電機子コイ ルの通電電流をサイ ン波の片波に相似した形状とす るこ とができて、 しかも反 トルクの発生が防止できるので高速化が できる。
さらに、 本発明によると、 突極数が 2個なので、 1 回転するとき の磁気エネルギの出入回数が少なく 、 高速回転の場合に鉄損を小さ く するこ とができて効率の劣化を防止する作用がある。 又径の小さ い電動機とするこ とができる。
図 2 0において、 突極 1 aの外周面と固定電機子 1 6の内周面と の間の空隙長は、 磁極 1 bの外周面と固定電機子 1 6の内周面との 間の空隙長よ り設定値だけ小さく されている。 従って回転中にお いて、 突極 1 aが固定電機子に磁気的に吸引される力は、 突極 1 bによる吸引力よ り大き く なる。 この吸引力の差が矢印べク 卜 ル Bで表示されている。 べク トル Bは回転子 1 の回転と同期して 回転するので、 回転軸 5は軸受に押圧されながら回転するので回転 振動の発生が防止される作用がある。
上記した押圧力は軸受を損傷しない範囲のものとされる。
上述した手段の為に、 回転軸 5に関して回転子 1 の遠心力がァン バラ ンスとなり振動を発生する。 こ れを 防止する 為 に金属板 1 cを回転子 1 の両側に図示のように固着してバランスウェイ 卜 と する。 従って振動を防止する作用がある。
さらに、 本発明装置では、 回転子の突極のすべてが常時出力トル クを発生しているので、 大きい出力 トルクが得られる。 図 2 6に示 した周知の手段の電動機の 3倍に近い出力 トルクが得られる。 電機 子コイルの数が多いので小型の電動機とすると問題があるが、 大型 の電動機例えば電気自動用の 1 0 K w 以上の出力のものに利用する と有効な手段となる。
回転子の片側の突極と反対側の突極のそれぞれと対向する磁極間 の空隙長を異ならしめると、 回転子の怪方向の磁気吸引力の力のベ ク 卜ルは常に外側方向に向いて回転するベク トルとなり振動と軸受 の損傷が防止される。
上述した構成によ り、 固定電機子が磁極と対向する突極を介して 受ける回転中心方向の力もバランスするので、 固定電機子が変形振 動するこ と も防止される。 1個の回転子の両側に 2組の固定電機 子を載置することによ り 3相両波通電の電動機とすることができる ので、 トルク リ プルの少ない大出力の電動機を構成するこ とができ る。
電機子コイルの通電が停止されたと きに、 その磁気エネルギを小 容量のコ ンデンサに充電して電流の降下を急速と し、 該コ ンデンサ の高電圧を次に通電される電機子コイルに印加して電流の立上りを 急速と しているので、 減 トルク と反 トルクの発生が抑止されて高速 回転 （毎分 2 0 0 0 0回転） で実用性のあるものが得られる。
本発明は、 以上説明したように、 以下の効果を奏する。
突極数が 2個なので径の小さい電動機を得るこ とがでる。 又高 速回転のときの鉄損を減少できる。
高速回転の場合に振動の発生を防止するこ とができる。
電機子コイルの通電制御の為のパヮ素子が電源負極側に 1 個です み廉価となる。
高速回転 （毎分 1 0万回転位まで） の電動機を得るこ とができ る。 高速回転時においても減 トルク， 反 トルクの発生がないので 有効な技術が得られる。
チヨ ッパ回路によ り電機子電流を設定値に保持し若し く は定速制 御を行なう こ とができると と もに、 チヨ ッパ作用を利用して電機子 コイルに蓄積された磁気エネルギによ り、 電機子コイル間を磁気ェ ネルギが移動すると きの電機子コィルの銅損と磁心の鉄損を補填し ている。 従って、 電機子コイルの通電電流の立上り と降下を著し く急速とするこ とができるので、 高速で出力 トルクの大きい電動機 が得られる。 又低電圧電源でも駆動するこ とができる。
電機子電流を図 1 8の曲線 3 1 a ， 3 1 b , …のようにサイ ン波 に相似した波形とするこ とができるので鉄損を減少し効率を上昇す るこ とができる。
さらに、 回転子の突極のすべてが回転中に出力 トルクを発生して いるので、 大きい出力 トルクが得られる。 特に径の大きい電動機の 場合に有効な技術手段となる。 上述した構成の為に、 固定電機子の 歪曲による振動と回転子の径方向の振動を除去することができる。 又必要あれば回生制動を行なう ことができる。 図面の簡単な説明
図 1 は、 本発明による 3相片波通電のリ ラクタンス型電動機の平 面図、 図 2 は、 図 1 の電動機の固定電機子と回転子の展開図、 図 3は、 位置検知装置の電気回路図、 図 4は、 従来の電機子コイルの 通電制御回路図、 図 5は、 本発明装置の電機子コイルの通電制御回 路図、 図 6は、 本発明装置の電機子コイルの通電制御回路図の他の 実施例、 図 7は、 本発明装置の電機子コイルの通電制御回路図の更 に他の実施例、 図 8は、 本発明装置の電機子コイルの通電制御回路 図の更に他の実施例、 図 9 は、 電機子電流のタイムチヤ一 卜 、 図 1 0は、 位置検知信号のタイムチヤ一卜、 図 1 1 は、 本発明による 2相全波通電の リ ラ ク タ ンス型電動機の平面図、 図 1 2 は、 図 1 1の電動機の固定電機子と回転子の展開図、 図 1 3は、 位置検知 装置の電気回路図、 図 1 4は、 本発明装置の電機子コイルの通電制 御回路図、 図 1 5は、 本発明装置の電機子コイルの通電制御回路図 の他の実施例、 図 1 6は、 本発明装置の電機子コイルの通電制御回 路図の更に他の実施例、 図 1 7は、 電機子電流のタィムチャー ト、 図 1 8は、 図 1 4， 1 5の電機子コイルの通電電流のタイムチヤ一 ト、 図 1 9は、 位置検知信号のタイムチャー ト、 図 2 0は、 本発明 による 2相全波通電の リ ラクタ ンス型電動機の平面図、 図 2 1 は、 図 2 0の電動機の固定電機子と回転子の展開図、 図 2 2 は、 位置検 知装置の電気回路図、 図 2 3は、 本発明装置の電機子コ イ ルの通電 制御回路図、 図 2 4は、 本発明装置の電機子コイ ルの通電制御回路 図の他の実施例、 図 2 5は、 電機子電流のグラフ、 図 2 6は、 従来 の リ ラ ク タ ン ス型電動機の固定電機子 と 回転子の平面図、 図 2 7は、 本発明装置の固定電機子と回転子の展開図、 図 2 8は、 図
2 7の一部の拡大図、 図 2 9は、 本発明装置の固定電機子と回転子 の平面図、 図 3 0は、 3相両波通電の リ ラクタ ンス型電動機の断面 図、 図 3 1 は、 位置検知信号を得る電気回路図、 図 3 2は、 正逆転 をする為の位置検知信号を得る電気回路図、 図 3 3は、 位置検知信 号、 通電曲線、 トルク曲線のタイムチャー ト、 図 3 4は、 励磁電流 曲線のグラ フ、 図 3 5 は、 電機子コ イ ルの通電制御回路図、 図
3 6は、 電機子コイルの通電制御回路の他の実施例、 図 3 7は、 電 機子コイルの通電制御回路の他の実施例、 図 3 8は、 位置検知信号 のタイ ムチヤ一卜である。 発明を実施するための最良の形態
図 1以降について本発明の実施例を説明する。 各図面の同一記 号のものは同一部材なので、 その重複した説明は省略する。 以降 の角度表示はすべて電気角で表示する。 次に本発明が適用される 3相片波の リ ラクタ ンス型の電動機の構成について説明する。 図 1 は、 固定電機子と回転子の平面図である。 図 1 において、 記号 1 は回転子で、 その突極 l a , l bの巾は 1 8 0度 （機械角で 9 0度） でそれぞれは 3 6 0度の位相差で等しいピッチで配設され ている。 回転子 1 は、 珪素鋼板を積層した周知の手段によ り作ら れている。 記号 5 は 回転軸である 。 固定電機子 1 6 に は、 スロ ッ ト 1 2個が等しい離間角で設けられそれぞれ記号 1 6 a， 1 6 b , …及び 1 7 a， 1 7 b , …で示されている。 記号 9は外 筐となる円筒である。
スロ ッ ト 1 6 a， 1 6 b及びスロ ッ ト 1 7 a， 1 7 bにはそれぞ れ 1個のコイルが捲回され、 2個のコイルは直列若しく は並列に接 続されて第 1 の相の電機子コイルとなる。 本実施例では直列接続 されている。
スロ ッ ト 1 6 c， 1 6 d及びスロ ッ ト 1 7 c， 1 7 dにはそれぞ れ 1個のコイルが捲回され、 2個のコイルは直列に接続さ.れて第 2の相の電機子コイルとなる。 スロ ッ ト 1 6 e， 1 6 f 及びス ロ ッ ト 1 7 e , 1 7 f にはそれぞれ 1個のコイルが捲回され、 2個 のコイルは直列に接続され第 3の相の電機子コイルとなる。
スロ ッ ト 1 7 e , 1 7 d , 1 7 f , 1 6 cは点線丸印で略示され ている。
点線 7 a， 7 bの挟角は機械角で 9 0度と な り 、 点線 7 c， 7 dの挟角は同じ角度となっている。
矢印 Aは回転子 1 の回転方向で、 突極 1 a , 1 bの巾は機械角で 9 0度となり、 互いに同じ角度だけ雛間する。
図 2は回転子 1 と電機子コイルの展開図である。
図 2 において、 電機子コイル 9 a， 9 bは前述した第 1 の相の電 機子コ イ ルを示し、 電機子コイ ル 9 c， 9 d及び電機子コ イ ル 9 e , 9 f はそれぞれ前述した第 2， 第 3の相の電機子コイルを示 している。 第 1 , 第 2 ， 第 3 の相の電機子コ イ ルの導出端子は記号 8 a， 8 b及び 8 c， 8 d及び 8 e , 8 f で示される。
固定電機子 1 6 も回転子 1 と同じ く珪素鋼板積層体によ り作られ ている。
点線 1 c , I dで示す斜線部にはプラスチッ ク材が充填されてい るが、 これは高速回転時に空気の摩擦損失を防止する為のものであ る。
上述した第 1 ， 第 2 ， 第 3の相の電機子コイルを以降はそれぞれ 電機子コイル 3 2 a， 電機子コイル 3 2 b， 電機子コイル 3 2 c と 呼称する。
電機子コイル 3 2 bが通電されていると、 突極 1 a， 1 bが吸引さ れて、 矢印 A方向に回転子 1 が回転する。 1 2 0度回転すると、 電機子コイル 3 2 bの通電が断たれ、 電機子コイル 3 2 cが通電さ れる。 更に 1 2 0度回転すると、 電機子コイル 3 2 cの通電が断 たれて、 電機子コイル 3 2 aが通電される。 通 電 モ 一 ド は 1 2 0度の回転毎に、 電機子コイル 3 2 a—電機子コイル 3 2 b— 電機子コイル 3 2 c—とサイ ク リ ックに交替され、 3相片波の電動 機と して駆動される。 この と き に軸対称の位置にある磁極は、 N , S極に着磁されている。 励磁される 2個の磁極が常に異極と なっている為に、 非励磁磁極を通る洩れ磁束は互いに反対方向とな り、 反 トルクの発生が防止される。
コイル 1 0 a， 1 0 b， 1 0 cは、 突極 l a , l bの位置を検出 する為の位置検知素子で、 図示の位置で電機子 1 6の側に固定さ れ、 コイル面は、 突極 1 a， 1 bの側面に空隙を介して対向してい る。 コイル 1 0 a， 1 0 b , 1 0 cは 1 2 0度離間している。 コ ィルは 5 ミ リメ一 卜ル怪で 1 0 0ターン位の空心のものである。
図 3 に、 コ イ ル 1 0 a， 1 0 b , 1 0 cよ り、 位置検知信号を得る 為の装置が示されている。 図 3 において、 コ イ ル 1 0 a ， 抵抗 1 5 a , 1 5 b , 1 5 cはブリ ッ ジ回路となり、 コイル 1 0 aか突 極 l a , l bに対向していないときには平衡するよう に調整されて ·* いる。 従って、 ダイオー ド 1 1 a， コ ンデンサ 1 2 aならびにダ ィオー ド 1 l b , コ ンデンサ 1 2 bよ りなるローパスフィルタの出 力は等しく 、 オペアンプ 1 3の出力は口一レベルとなる。 記 号 1 0は発振器で 1 メガサイ クル位の発振が行なわれている。 コィ リレ 1 0 aが突極 1 a， 1 b， … に対向する と、 鉄損 （渦流損と ヒス テリ シス損） によ りイ ンピーダンスが減少するので、 抵抗 1 5 aの 電圧降下が大き く な り 、 オペアンプ 1 3の出力はハイ レベルとな る。
ブロ ッ ク回路 1 8の入力は、 図 1 0 のタ イ ムチャー トの曲線 3 3 a， 3 3 b， …となり、 反転回路 1 3 aを介する入力は、 曲線 3 3 a， 3 3 b , …を反転したものとなる。 図 3のブロ ッ ク回路 1 4 a , 1 4 bは、 それぞれコ イ ソレ 1 0 b , 1 0 cを含む上述した ブロ ック回路と同じ構成のものを示すものである。 発振器 1 0は 共通に利用するこ とができる。 ブロ ック回路 1 4 aの出力及び反転 回路 1 3 bの出力は、 ブロ ック回路 1 8に入力され、 それらの出力 信号は、 図 1 0 におレヽて、 曲線 3 4 a， 3 4 b , ··-， 及び曲線 3 4 a， 3 4 b , …を反転したものとなる。 ブロ ッ ク回路 1 4 bの 出力及び反転回路 1 3 cの出力は、 ブロ ッ ク回路 1 8に入力され、 それらの出力信号は、 図 1 0 において、 曲線 3 5 a， 3 5 b , …及 びこれを反転したものとなる。 曲線 3 3 a， 3 3 b , …に対し て、 曲線 3 4 a ， 3 4 b , … は位相力 i 2 0 度お く れ、 曲線 3 4 a , 3 4 b , …に対して、 曲線 3 5 a， 3 5 b , …は位相が 1 2 0度おく れている。 ブロ ッ ク回路 1 8は、 3相 Y型の半導体 電動機の制御回路に慣用されている回路で、 上述した位置検知信号 5 の入力によ り端子 1 8 a , 1 8 b , 1 8 cよ り 1 2 0度の巾の矩形 波の電気信号が得られる論理回路である。 端子 1 8 a， 1 8 b , 1 8 cの出力は、 図 1 0 において、 それぞれ曲線 3 6 a， 3 6 b， …， 曲線 3 7 a， 3 7 b , …， 曲線 3 8 a， 3 8 b , …と して示さ れている。 コイル 1 0 a , 1 0 b , 1 0 cの対向する突極 l a , 10 1 b…の代り に、 図 1 の回転子 1 と同期回転する同じ形状のアルミ ニューム板を用いても同じ効果がある。
コイル 1 O a， 1 0 b 2個のみによっても同じ位置検知信号を得 る手段がある。 次にその説明をする。
図 2 において、 外周に突出部 3 a， 3 b (この巾は 1 2 0度） を 15 有するアルミニューム円板 3は回転子 1 と同期回転するよう に構成 され、 コイル 1 0 a， 1 0 bは突出部 3 a， 3 bの面に空隙を介し て対向している。
コイル 1 0 aが突出部に対向している と きの図 3のオペアンプ 1 3の出力は図 1 0の曲線 3 6 a， 3 6 b , …となる。
20 コイル 1 O bが突出部に対向していると きの図 3のブロ ッ ク回路 う 1 4 aの出力は図 1 0の曲線 3 7 a， 3 7 b , …となる。
オペアンプ 1 3の出力とブロ ッ ク回路 1 4 aの出力をアン ド回路 r
_ によ り加算し、 該アン ド回路の出力を反転回路によ り反転する と、 曲線 3 8 a， 3 8 b , …の電気信号が得られる。 従って第 1 ， 第 25 2 , 第 3の相の位置検知信号が得られて同じ目的が達成される。 電機子コイルの通電手段を図 5 にっき次に説明する。 電機子コ ィル 3 2 a， 3 2 b , 3 2 cの下端には、 それぞれ トラ ンジスタ 2 0 a , 及び 2 0 b及び 2 0 cが揷入されている。 トラ ンジスタ 2 0 a , 2 0 b , 2 0 cは、 スイ ッチング素子となるもので、 同じ 5 効果のある他の半導体素子でもよい。 直流電源正負端子 2 a ，
2 bよ り供電が行なわれている。 本実施例では、 ト ラ ンジスタ 2 0 a， 2 0 b , 2 0 cは電機子コイルの下端即ち電源負極側にあ るので、 その導通制御の入力回路は簡素化される特徴がある。
図 4に示すものが従来周知の手段で、 電機子コイル 6 a , 6 の 0 両端に トラ ンジスタ 1 9 a， 1 9 b , …が揷入されている。 従つ て電機子コイルの 2倍の数の トランジスタとなる。 トランジスタ 1 9 a , 1 9 b , …は、 パヮ素子となるので高価となり、 電源正極 側の トラ ンジスタ 1 9 a， 1 9 cは、 端子 1 9一 1 ， 1 9一 2の入 力によ り導通制御をする場合に、 別電源が必要となり、 この回路が 5 高価となる。 上述した 2つの欠点がある。 本発明装置によるとこ の欠点が除去される特徴がある。 電機子コイルの通電時に、 その 大きいィ ンダク夕 ンスの為に立上がりがおく れ、 又通電の停止時 に、 ダイオー ド 6 c， 6 dを介して蓄積磁気エネルギが電源側に還 流する力 s'、 このときの電流の降下もおくれる。 この為に回転速度 0 と効率が低下する。 電源電圧を上昇すると上述した不都合が除去さ れるが、 1 K w 出力で 1 万回転 ^ /毎分 と する と 、 印加電圧は 1 0 0 0ボルト以上とな り実用性がなく なる。 本発明によると、
― かかる欠点も除去される。
次に図 5 にっき詳細を説明する。 端 子 4 2 a ， 4 2 b , δ 4 2 cよ り、 図 1 0の位置検知信号曲線 3 6 a , 3 6 b , ···， 曲線 3 7 a , 3 7 b , …， 曲線 3 8 a， 3 8 b , …が入力される。 上 述した入力信号によ り、 ト ラ ンジスタ 2 0 a， 2 0 b， 2 0 cがァ ン ド回路 2 4 a， 2 4 b , 2 4 cを介してベース入力が得られて導 通して、 電機子コイ ル 3 2 a , 3 2 b , 3 2 cが通電される。
端子 4 0は電機子電流を指定する為の基準電圧である。 端 子
4 0の電圧を変更するこ とによ り、 出力 トルクを変更するこ とがで きる。 電源スィ ッ チ （図示せず） を投入する と 、 オペア ンプ 4 0 aの +端子の入力は一端子のそれよ り低いので、 オペア ンプ 4 0 aの出力はローレベルとなり、 反転回路 2 8 bの入力もローレ ベルなのでその出力はハイ レベルとなり、 トラ ンジスタ 2 0 aが導 通して、 電圧が電機子コイルの通電制御回路に印加される。 抵抗 2 2 aは、 電機子コ イ ル 3 2 a , 3 2 b， 3 2 cの電機子電流を検 出する為の抵抗である。
ブロ ッ ク回路 G， Hは、 電機子コイル 3 2 b， 3 2 cの通電制御 の為の電気回路で、 電機子コイル 3 2 aの通電制御回路と同様な構 成となっている。 トラ ンジスタ 2 0 a， ダイオー ド 4 9 aに対応 す る部材 と なる ダ イ オー ド 4 9 b , 4 9 c 及び ト ラ ン ジス タ
2 0 b , 2 0 cのみがブロ ッ ク回路 G， Hに付加されている。
上述した位置検知信号曲線の 1 つが図 9のタイムチャー トの 1段 目に曲線 3 6 a と して示されている。 図 4 において、 こ の曲線
3 6 aの巾だけ電機子コイルが通電される。 矢印 2 3 aは通電角 1 2 0度を示している。 通電の初期では、 電機子コイルのイ ンダ クタ ンスの為に立上がりがおく れ、 通電が断たれると、 蓄積された 磁気エネルギが、 図 4のダイオー ド 6 c , 6 dを介して電源に還流 放電されるので、 点線 Jの右側の曲線 2 5の後半部のよう に降下す る。 正 トルクの発生する区間は、 矢印 2 3で示す 1 8 0度の区間 なので、 反 トルクの発生があり、 出力 トルク と効率を減少する。
高速回転となるとこの現象は著しく大きく なり使用に耐えられぬも のとなる。
反 トルク発生の時間巾は、 高速となっても変化しないが、 正 トル ク発生の区間 2 3の時間巾は回転速度に比例して小さく なるからで ある。 位置検知信号曲線 3 7 a , 3 8 aによる電機子コイルの通 電についても上述した事情は同様である。 曲線 2 5の立上がり も おく れるので、 出力 トルクが減少する。 即ち減 ト ルクが発生す る。 これは、 磁極と突極によ り磁路が閉じられているので大きい イ ンダクタ ンスを有しているからである。 リ ラクタンス型の電動 機は大きい出力 トルクを発生する利点がある反面に回転速度を上昇 せしめることができない欠点があるのは、 上述した反 トルクと減ト ルクの発生の為である。 本発明装置は、 図 5の逆流防止用のダイ ォー ド 4 9 a及び小容量の コ ン デ ンサ 4 1 a及びダイ オー ド · 4 9 a , 2 1 a及び半導体素子 4 a， 4 b , 5 a等を付設して上述 した欠点を除去し、 又電機子コィルの通電制御のスイ ツチング素子 (記号 2 0 a , 2 0 b , 2 0 c ) を電源負電圧側に 1個のみ使用し たことに特徵を有するものである。
曲線 3 6 aの末端で通電が断たれると、 電機子コイル 3 2 aに蓄 積された磁気エネルギは、 逆流防止用ダイオー ド 4 9 aによ り、 直 ^ 流電源側に還流しないでダイ オー ド 2 1 aを介して、 コ ンデンサ 4 1 aを図示の極性に充電して、 これを高電圧とする。 従って、 磁気エネルギは急速に消滅して電流が急速に降下する。
図 9のタイムチャー トの 1段目の曲線 2 7， 2 7 a , 2 7 bは、 電機子 コ イ ル 3 2 a を流れる 電流曲線でその両側の点線間が 1 2 0度と なっている。 通電電流は曲線 2 7 bのよ う に急速に降 下して反 ト ルクの発生が防止され、 コ ンデンサ 4 l aは高電圧に充 電して保持される。 次に位置信号曲線 3 6 b によ り 、 ト ラ ンジス 夕 2 0 aが導通して再び電機子コイ ル 3 2 aが通電されるが、 この と きの印加電圧は、 コ ンデンサ 4 l aの充電電圧と電源電圧 （端子 2 a , 2 bの電圧） の両者となるので、 電機子コイル 3 2 aの電流 の立上 りが急速と なる。 この現象によ り 、 曲線 2 7のよ う に急速 に立上る。 立上 り の通電曲線 2 7は中途で図示のよ う に立上りが おそ く なる。 これは磁気エネルギが電機子コ イ ル間を移動する と き に、 コ イ ルの銅損と磁極の鉄損によ り熱エネルギに転化し て消滅 するからである。 かかる不都合を除去する手段については後述す る。 以上の説明のよ う に、 減 トルク と反 トルクの発生が除去され、 又矩形波に近い通電となるので、 出力 トルクが増大する。 上述し た場合の S C K (制御整流素子） 5 a と 卜 ラ ンジス夕 4 a , 4 bの 作用を次に説明する。
端子 4 2 a に位置検知信号が入力される と ト ラ ンジスタ 2 0 aが 導通する。 このと きにブロ ッ ク回路 4 にも位置検知信号が入力さ れる。 ブロ ッ ク回路 4 には微分回路と単安定回路が含まれ、 位置 検知信号の始端部の微分パルスによ り単安定回路が付勢され、 設定 された巾の電気パルスの出力で ト ラ ンジスタ 4 b， 4 aがその巾だ け導通する。 従っ て S C R 5 aのゲー ト電流が得られて導通す る。 従ってコ ンデンサ 4 1 aの +極 ~→ S C R 5 a—電機子コ イル 3 2 a — ト ラ ン ジス タ 2 0 a — ダイ オー ド 2 1 d→ コ ン デ ンサ 4 1 aの一極の順で放電される。 放 電 の 終 了 と と も に 、 S C R 5 a , ト ラ ンジスタ 4 a， 4 bは不導通に転化する。
次にチヨ ッパ回路について説明する。 電機子コイル 3 2 aの電 流が増大して、 その検出の為の抵抗 2 2 aの電圧降下が増大し、 基 準電圧端子 4 0の電圧 （オペアンプ 4 0 aの一端子の入力電圧） を 越えると、 オペアンプ 4 0 aの出力がハイ レベルに転化するので、 微分回路 4 0 bよ り微分パルスが得られ、 単安定回路 2 8 aを付勢 して所定の巾のパルス電気信号が得られる。 反転回路 2 8 bの出 力は口一レベルにその巾だけ転化するので、 アン ド回路 2 4 aの出 力も同じ巾だけ口一レベルとなり、 トランジスタ 2 0 aもその巾だ け不導通に転化する。 従って電機子コイルの電流 （電機子電流） は降下し、 ダイ オー ド 2 1 aを介してコ ンデンサ 4 1 aを充電す る。 単安定回路 2 8 a の出力信号が消滅する と 、 反転回路 2 8 b , アン ド回路 2 4 aの出力は再びハイ レベルに転化して、 ト ラ ンジスタ 2 0 aが導通して電機子電流が増大し始める。
電機子電流が設定値を越えると、 オペアンプ 4 ϋ aの出力が冉び ハイ レベルに転化して ト ラ ンジスタ 2 0 aは、 単安定回路 2 8 aの 出力パルス巾だけ不導通に転化して電機子電流は降下する。 かか るサイ クルを繰返すチョ ッパ回路となり、 電機子電流は基準電圧端 子 4 ◦の電圧に規制された電流値となる。 図 9 の曲線 2 7 a は チヨ ッパ制御の電流を示している。 基準電圧端子 4 0の電圧を回 転速度に比例した電圧によ り制御する周知の手段によ り定速制御を 行なう こ と もできる。
上述したチヨ ツバ作用があるときに、 単安定回路 2 8 aの出力パ ルスの回数だけコ ンデンサ 4 1 aは繰返して充電されて電圧が上昇 し 、 静電工ネルギが蓄積される。 位置検知信号の末端で、 卜ラ ン ジス夕 2 0 aが不導通に転化する と、 電機子コイル 3 2 aの磁気ェ ネルギの全部がコ ンデンサ 4 1 aに充電される。
コ ンデンサ 4 1 aの静電工ネルギは、 チヨ ッパ周波数と電機子電 流の降下時間に対応した静電工ネルギが更に付加される。
かかる静電工ネルギによ り、 電機子コイル 3 2 aが次に通電され たと きに電流が立上るので、 前述した電機子コイルの銅損と磁極の 鉄損によるエネルギ損失を補填するこ とができる。 従って電機子 電流は図 9の 1 段目の点線曲線 2 7 cのよう に急速に立上り、 ほぼ 矩形波に近いものとなり出力 トルクを増大する作用効果がある。 コ ン デ ンサ 4 1 aの容量、 チ ヨ ッ パ電流の周波数、 単安定回路 2 8 aの出力パルス巾は上述した作用効果があるように調整する必 要がある。
電機子コイ ル 3 2 b， 3 2 c もア ン ド回路 2 4 b， 2 4 c , 卜ラ ンジスタ 2 0 b， 2 0 cによ り同じ く電機子電流のチョ ッパ制御が なわれる。 乂ゾ ッ ク 路 Ci , Hによ り電機子電流の立上り と 降下を急速とする通電制御が行なわれる。
電機子コイルの通電は、 突極が磁極に侵入する点よ り 3 0度の区 間のいずれの点でもよい。 回転速度， 効率， 出力 トルクを考慮し て調整し、 位置検知素子となるコイル 1 0 a， 1 0 b , 1 0 cの固 定電機子側に固定する位置を変更する。 以上の説明よ り理解され るよう に 3相片波通電の電動機と して効率良く 、 大きい出力と高速 回転を行なう こ とができるので本発明の目的が達成される。
図 9の 1 段目の曲線 2 6 a , 2 6 b , 2 6 cは電機子コイ ルの通 電曲線を示し、 点線 2 6 — 1 と 2 6 — 2 の間隔は位置検知信号の 1 2 0度の巾で、 点線 2 6 — 1 と 2 6 — 3の間隔は 1 8 0度で出力 3 〇
トルクのある区間である。 曲線 9 a， 9 b , 9 cは出力 トルク曲 線で、 点線 2 6 - 1 の点で通電が開始され、 同時に突極が磁極に侵 入しはじめる。 曲線 9 aは電機子コィルの電流が小さいときで、 トルクは平坦である力 s、 電流の増大と ともに トルク ピーク値は、 曲 線 9 b , 9 cに示すよう に左方に移動し、 ピーク値の巾もせま く な る。 通電の開始される点は、 上述した トルク特性と通電電流値を 考慮して突極が磁極に侵入する点よ り 3 0度おく れた区間の中間の 点となるように位置検知コイル 1 0 a , 1 0 b , 1 0 cの固定位置 を調整するこ とがよい。 コ ンデンサ 4 1 aは小容'量の方が充電電 圧が高電圧となるので、 通電曲線の立上がり と降下を急速と し、 高 速回転の電動機を得るこ とができ、 リ ラクタンス型電動機の欠点と なつている低速度となる欠点が除去できる。 上述したコ ンデンサ の容量は充電電圧が回路の 卜ランジスタを破損しない範囲で小容量 のものを使用することがよい。
コ ンデンサ 4 1 aを除去し、 その代りに点線で すように小容 のコ ンデンサ 4 7 aを設けても本発明を実施することができる。 作用効果は同様である。
電源負極 2 b側に直列にスィ ツ チング素子 1 6を挿入し、 その ベース入力端子 1 6 a に反転回路 2 8 bの出力を入力せしめても チヨ ツ バ回路を得るこ とができる。 この場合には、 ア ン ド回路 2 4 a , 2 4 b ， 2 4 c は除去され、 端子 4 2 a ， 4 2 b , 4 2 cの入力信号によ り トラ ンジスタ 2 0 a， 2 0 b， 2 0 cのそ れぞれの導通制御が行なわれる。
次に図 6にっき本発明による 3相片波通電の場合の通電制御回路 の他の実施例を説明する。 端子 4 2 a， 4 2 b , 4 2 cの位置検 知信号の入力は、 それぞれ図 1 0の曲線 3 6 a， 3 6 b , …， 曲線 3 7 a , 3 7 b , …， 曲線 3 8 a , 3 8 b , …である。 電機子コ ィ ル 3 2 a , 3 2 b， 3 2 cは、 1 2 0度の巾で順次に連続して通 電される。 オペア ンプ 4 0 a， 微分回路 4 0 b， 抵抗 2 2 a , 基 一 δ 準電圧端子 4 0等は、 前実施例の同一記号の部材と 同 じ部材で、 電 機子電流を設定値に保持するチ ヨ ッ パ回路となる。 端子 4 2 aの 入力によ り通電されている電機子コ イ ル 3 2 aの通電が断たれる と、 蓄積磁気エネルギは、 ダイ オー ド 2 1 a， 2 1 dを介して小容 量のコ ンデンサ 4 7 aを図示の極性に高電圧に充電する。 このと
10 き に ト ラ ンジスタ 2 0 aは不導通に保持されている。 回 転 子 が 2 4 0度回転する と 、 端子 4 2 c の入力に よ り 、 ト ラ ン ジスタ 2 0 cが導通して電機子コイ ル 3 2 cの通電が開始されるが同時に ト ラ ン ジスタ 2 0 cが導通するので、 コ ンデンサ 4 7 aの高電圧が 印加されて通電電流の立上がりが急速と なる。 コ ン デ ン サ
15 4 7 aの容量は小さい程電流の立上が り は急速となるが、 卨電圧に 充電されるので、 他の半導体素子の耐電圧を考慮して小容量のコ ン デンサとする必要がある。
コ ンデンサ 4 7 aの放電電流は、 電機子コイ ル 3 2 c， ト ラ ンジ ス夕 2 0 c， 抵抗 2 2 a， ダイ オー ド 2 1 gを介して行なわれる。
20 ト ラ ン ジス タ 2 0 aが不導通に転化した と き に、 電機子コ イ ル 3 2 a の蓄積磁気エ ネ ルギは 、 ダイ オー ド 2 1 a ， 2 I d , S C R 2 3 aを介してコ ンデンサ 4 7 aを高電圧に充電する。
S C R 2 3 aのゲー ト には、 端子 4 2 aの位置検知信号が入力され て導通モー ド にあるので、 卜 ラ ン ジス夕 2 0 aのオンオフ による
25 チ ヨ ツ バ作用のある と き にコ ンデンサ 4 7 aには小量づっ電機子コ ィル 3 2 aの磁気エネルギが蓄積される。
しかし後述するように、 コ ンデンサ 4 7 bが高電圧に充電された ときに、 その電荷が電機子コィル 3 2 a， ダイオー ド 2 1 aを介し て、 コ ンデンサ 4 7 aを充電して、 コ ンデンサ 4 7 bの静電工ネル ギが放出される力 このときに S C R 2 3 aは不導通に転化してい るので放出を防止するこ'とができる。
ト ラ ンジス夕 2 0 cが導通している と きには、 S C R 2 3 cの ゲー 卜には端子 4 2 cの入力信号が入力されているので導通してい る。 従ってチヨ ッパ作用のある区間で、 コ ンデンサ 4 7 cは電機 子コイル 3 2 cの磁気エネルギが小量づっ流入して静電工ネルギと して保存されている。
電機子コイル 3 2 cの通電が断たれると、 蓄積磁気エネルギはダ ィオー ド 2 1 c , 2 1 f を介してコ ンデンサ 4 7 cを充電して高電 圧に保持する。 回転子が 2 4 0度回転すると、 端子 4 2 bの入力 によ り 、 卜 ラ ンジス夕 2 ϋ bが導通して電機子コイル 3 2 bの通電 が開始される力 、 電機子コイル 3 2 bに、 コ ンデンサ 4 7 cの高電 圧が印加され通電電流の立上がりが急速となる。 このときの放電 電流はダイオー ド 2 1 i を通る。
電機子コイル 3 2 bの通電が断たれる と、 ダイオー ド 2 1 b ， 2 1 eを介してコ ンデンサ 4 7 bが高電圧に充電される。 回転子 力 2 4 0度回転する と 、 端子 4 2 aの入力によ り ト ラ ンジスタ 2 0 aが導通するので、 コ ンデンサ 4 7 bの高電圧によ り電機子コ ィル 3 2 aがダイオー ド 2 1 hを介して通電される。
電機子コイル 3 2 aの通電電流の立上がりが急速となる。 各電 機子コイルの通電が断たれたと きに、 磁気エネルギが対応する小容 量の コ ンデンサに流入充電するので、 通電電流の降下が急速 と な る。 以上の説明によ り判るよ う に、 減 ト ルク と反 トルクの発生が 防止され、 高速、 高効率の電動機が得られ、 高価なパヮ素子が電機 子コイ ルの負極側に 1 個挿入されているのみなので廉価と な り本発 明の目的が達成される。 コ ンデンサ 4 7 a， 4 7 b， 4 7 cの高 電圧によ り それぞれ電機子コ イ ル 3 2 c， 3 2 a , 3 2 bの通電の 立上 りが急速となる。 S C R 2 3 a， 2 3 b , 2 3 cのベースに はそれぞれ端子 4 2 a， 4 2 b ， 4 2 cの入力信号 （位置検知信 号） が入力されている。 従っ て ト ラ ン ジス タ 2 0 a , 2 0 b , 2 0 cのオンオフの行なわれているチ ヨ ッパ制御の行なわれている と きに、 コ ンデンサ 4 7 a， 4 7 b , 4 7 c には対応する電機子コ ィ ルの磁気ェネルギが小量づっチ ヨ ッ パ周波数に対応して流入充電 される。
従って、 電機子コイル間を磁気エネルギが移動する と きに発生す る銅 と鉄指によるェネルギ損失を袖填して電機子電流の立上 りが よ り急速と なる作用効果がある。
コ ンデンサ 4 7 a， 4 7 b , 4 7 cを除去して点線で接続された コ ンデンサ 4 6 a , 4 6 b， 4 6 cを設けても同じ目的が達成され る。 この場合にはコ ンデンサ 4 6 a， 4 6 b , 4 6 cの負荷側に S C R 2 3 a , 2 3 b , 2 3 c と ダイ オー ド 2 1 g ， 2 1 h , 2 1 i に対応する回路を挿入する必要がある。
前述 し た 他の実施例 も 同様で あ る が、 ダイ ォ ー ド 4 9 a , 4 9 b， 4 9 cは、 コ ンデンサ 4 7 a , 4 7 b , 4 7 cの高電圧に よ り電源側に通電される こ とを防止する為のものである。
S C R 2 3 b , 2 3 c及びダイ オー ド 2 1 h， 2 1 i はそれぞれ S C R 2 3 a， ダイオー ド 2 1 gに対応する作用を行なっている。 図 7は、 図 6の回路の 1部を変更した実施例である。
位置検知信号の末端で、 トラ ンジスタ 2 0 a， 2 0 b , 2 0 cが不 導通に転化すると、 コンデンサ 4 1 a， 4 1 b , 4 1 cはそれぞれ δ ダイオー ド 2 1 a， 2 1 b , 2 1 cを介して高電圧に充電されて保 持される。 このときに端子 4 2 cの入力位置検知信号の始端部で 得られる所定の巾の電気パルス （ブロ ック回路 4によ り得られる） に付勢されて 卜ランジス夕 4 a , 4 b， S C R 5 aが導通すると、 コ ンデンサ 4 1 aの高電圧が電機子コイル 3 2 cに印加されて電流 10 の立上りを急速とする。 このときに トランジスタ 2 0 cは導通し ている。
ト ラ ンジスタ 4 d， 4 cのべ一ス端子 4一 2 , 4— 3は、 同様な 手段によ り得られる端子 4 2 a , 4 2 bの入力位置検知信号の始端 部の電気パルスが入力されているので、 電気パルスの巾だけ 丄 5 S じ K !3 し， 5 じは導通する。
従って、 コ ンデンサ 4 1 b， 4 1 cの高電圧によ り電機子コイル 3 2 a , 3 2 bの通電の立上りが急速となる。
チヨ ッパ回路の作用も図 6 と同様である。 従って図 6 と同じ通 電制御が行なわれて本発明の目的が達成される。
20 次に図 8の実施例について説明する。
図 8のコ ンデンサ 4 7 a， 4 7 b , 4 7 c及びこれ等に代替され るコ ンデンサ 4 6 a， 4 6 b， 4 6 cの対応する電機子コイルの通 電が断たれたときの磁気エネルギによる充電手段は、 図 6 と同様で ある。
25 高電圧に充電されたコ ンデンサ 4 7 a , 4 7 b , 4 7 cを電機子 コイルに通電して放電する手段は図 7 と同様となっている。
ト ラ ンジスタ 4 bのべ一ス端子 4一 1 には、 端子 4 2 cの入力位 置検知信号の始端部の電気パルスが入力されてその巾だけ ト ラ ンジ ス夕 4 b , 4 a , S C R 5 aを導通している。 従って 卜 ラ ンジス 夕 2 0 cが導通したと きの電機子コイルの通電の立上りを急速とす る。
ブロ ッ ク回路 5 8 a， 5 8 b も上述した S C R 5 aの駆動回路と 同じ構成のもので、 ブロ ッ ク回路 5 8 aは、 端子 4 2 aの入力信号 の始端部の電気パルスに よ り その巾だけ導通 し、 ブ π ッ ク回路 5 8 bは端子 4 2 bの入力信号の始端部の電気パルスによ り その巾 だけ導通される。 従って対応する電機子コイルの通電の立上り を急 速とする。 チヨ ッパ回路も前実施例と同じ作用がある。 ブロ ッ ク回路 5 8 a , 5 8 bのいづれかを除去しても本発明を実施するこ とができる。
次に本発明が適用される 2相全波の リ ラクタ ンス型の電動機の構 成について説明する。 図 1 1 は、 固定電機子と回転子の平面図で ある。 図 1 1 において、 記号 1 は回転子で、 その突極 1 a , l bの巾は 1 8 0度 （機械角で 9 0度） でそれぞれは 3 6 0度の位 相差で等しいピッチで配設されている。 回転子 1 は、 珪素鋼板を 積層した周知の手段によ り作られている。 記号 5 は回転軸で あ る。 固定電機子 1 6 には、 スロ ッ ト 8個が等しい離間角で設けられ それぞれ記号 1 6 a， 1 6 b , …で示されている。 記号 6は外筐 となる円筒である。
スロ ッ ト 1 6 a， 1 6 c及びスロ ッ ト 1 6 e， 1 6 gにはそれぞ れ 1 個のコイルが捲回され、 2個のコイルは直列若し く は並列に接 続されて第 1 の相の電機子コイルとなる。 本実施例では直列接続 されている。
スロ ッ ト 1 6 b， 1 6 d及びスロ ッ ト 1 6 f , 1 6 hにはそれぞ れ 1 個のコ イ ルが捲回され、 2個のコイ ルは直列に接続されて第 2の相の電機子コイルとなる。 スロ ッ ト 1 6 c ， 1 6 e及びス ロ ッ ト 1 6 g， 1 6 aにはそれぞれ 1個のコイルが捲回され、 2個 のコイルは直列に接続され第 3の相の電機子コイルとなる。
スロ ッ ト 1 6 d， 1 6 f 及びスロ ッ ト 1 6 h , 1 6 bにはそれぞ れ 1個のコイルが捲回されて直列に接続されて第 4の相の電機子コ ィルとなる。
一般に 2相の電動機は第 1 , 第 2の相の電機子コイルによ り構成さ れているものである力 s、 各相がバイファラ巻きされていると考える と第 】 の相は 2個 1 組とな り、 第 2の相も 2個 1 組の電機子コイル となる。 これ等を第 1 , 第 3の相及び第 2 , 第 4の相の電機子コ ィルと呼称する。 通電の順序は第 1の相—第 2の相—第 3の相— 第 4の相の電機子コイルの順となり これが繰返されて出力 トルクが 得られる。
矢印 Aは回転子 1 の回転方向で、 突極 l a， l bの巾は機械角で 9 0度となり、 互いに同じ角度だけ離間する。
図 1 2は回転子 1 と電機子コイルの展開図である。
図 1 2 において、 電機子コイル 9 a， 9 bは前述した第 1 の相の 電機子コ イ ルを示し、 電機子コ イ ル 9 c， 9 d及び電機子コイル 9 e , 9 f 及び電機子コイル 9 g， 9 hはそれぞれ前述した第 2 , 第 3， 第 4の相の電機子コイルを示している。 第 1 , 第 2 ， 第 3 ， 第 4 の相の電機子コイ ルの導出端子は記号 8 a , 8 b及び 8 c , 8 d及び 8 e， 8 f 及び 8 g， 8 hで示される。
固定電機子 1 6 も回転子 1 と同じ く 珪素鋼板積層体によ り作られ ている。
点線 1 c ， 1 dで示す斜線部にはプラスチッ ク材が充填されてい るが、 これは高速回転時に空気の摩擦損失を防止する為のものであ る。
上述した第 1 , 第 2 ， 第 3 ， 第 4の相の電機子コイルを以降はそ れぞれ電機子コ イ ル 3 2 a， 電機子コ イ ル 3 2 b， 電機子コ イ ル 3 2 c , 電機子コ イ ル 3 2 d と呼称する。
電機子コ イ ル 3 2 cが通電されていると、 突極 1 a， 1 bが吸引 されて、 矢印 A方向に回転子 1 が回転する。 9 0度回転すると、 電機子コイル 3 2 cの通電が断たれ、 電機子コイル 3 2 dが通電さ れる。 更に 9 0度回転すると、 電機子コイル 3 2 dの通電が断た れて、 電機子コイル 3 2 aが通電される。 通電モー ドは 9 0度の 回転毎に、 電機子コイル 3 2 a—電機子コイル 3 2 b—電機子コィ ル 3 2 c—電機子コ イ ル 3 2 d—とサイ ク リ ッ クに交替され、 2相 全波の電動機と して駆動される。 このと きに軸対称の位置にある 磁極は、 N， S極に着磁されている。 励磁される 2個の磁極が常 に異極となっている為に、 非励磁磁極を通る洩れ磁束は互いに反対 方向とな り 、 反 トルクの発生が防止される。
コイル 1 0 a , 1 0 b-は、 突極 l a , l bの位置を検出する為の 位置検知素子で、 図示の位置で電機子 1 6の側に固定され、 コイル 面は、 突極 1 a， 1 bの側面に空隙を介して対向している。 コイル 1 0 a , 1 0 bは 9 0度離間している。 コイルは 5 ミ リ メー トル 怪で 1 0 0 ターン位の空心のものである。 図 1 3 に 、 コ イ ル 1 〇 a , 1 O b よ り、 位置検知信号を得る為の装置が示されてい る。 図 1 3 において、 コ イ ル 1 0 a， 抵抗 1 5 a， 1 5 b , 1 5 cはブリ ッ ジ回路となり、 コイル 1 0 aか突極 1 a， 1 bに対 向していないときには平衡するように調整されている。 従って、 ダ ィオー ド 1 1 a， コ ンデンサ 1 2 aならびにダイオー ド 1 1 b， コ ンデンサ 1 2 bよ り なるローパスフィルタの出力は等しく、 ォペア ンプ 1 3の出力はローレベルとなる。 記号 1 0は発振器で 1 メガ サイ クル位の発振が行なわれている。 コイル 1 0 aが突極 1 a , 1 b， …に対向すると、 鉄損 （渦流損と ヒステ リ シス損） によ りィ ン ピ一ダンスが減少するので、 抵抗 1 5 aの電圧降下が大き く な り、 オペアンプ 1 3の出力はハイ レベルとなる。
ブロ ッ ク 回路 1 8 の入力は、 図 1 9 のタイ ムチヤ一 卜の曲線 3 3 a , 3 3 b , …となり、 反転回路 1 3 aを介する入力は、 曲線 3 3 a , 3 3 b， …を反転した曲線 3 5 a， 3 5 b , …となる。 図 1 3のブロ ック回路 1 4 aはコイル 1 O bを含む上述した回路と 同じ構成のものを示すものである。 発振器 1 0は共通に利用する こ とができる。 ブロ ッ ク回路 1 4 aの出力及び反転回路 1 3 bの 出力は、 ブロ ッ ク回路 1 8 に入力され、 それらの出力信号は、 図 1 9 にお いて、 曲線 3 4 a， 3 4 b , … ， 及び曲線 3 4 a， 3 4 b , …を反転した曲線 3 6 a , 3 6 b , …となる。
曲線 3 4 a , 3 4 b , …は曲線 3 3 a， 3 3 b , …よ り位相が 9 Q度おく れている。 曲線 3 3 a， 3 3 b， … と曲線 3 6 a， 3 6 b , …を 2 つの入力とするアン ド回路の出力は曲線 3 7 a， 3 7 b , … と な り 、 曲線 3 3 a， 3 3 b , … と 曲線 3 4 a， 3 4 b , …を 2つの入力とするア ン ド回路の出力は曲線 3 8 a， 3 8 b , …となる。 同じ手段によ り曲線 3 9 a , 3 9 b , …と曲線
4 0 a , 4 0 b , …が得られる。
上述した回路がブロ ッ ク回路 1 8 と して示され、 端子 1 8 a , 1 8 b , …の出力はそれぞれ曲線 3 8 a， 3 8 b , …と下段の曲線 で示す信号となっている。
コイル ； I 0 a， 1 O bの対向する図 1 1 の回転子 1 の代り に同じ 形状のアルミニューム板を使用しても同じ目的が達成される。
電機子コイルの通電手段を図 1 5 にっき次に説明する。 電機子 コ イ ル 3 2 a， 3 2 b， 3 2 c , 3 2 dの下端には、 それぞれ トラ ン ジス 夕 2 0 a， 2 0 b， 2 0 c， 2 0 dが挿入されている。 卜 ラ ンジス夕 2 0 a , 2 0 b , 2 0 c , 2 0 dは、 スイ ッチング素子 となるもので、 同じ効果のある他の半導体素子でもよい。 直流電 源正負端子 2 a , 2 bよ り供電が行なわれている。 本 実 施 例 で は、 ト ラ ン ジス タ 2 0 a， 2 0 b， 2 0 c , 2 0 dは電機子コ イ ル の 卜端即ち電源負極側にあるので、 その導通制御の入力回路は簡素 化される特徴がある。 図 4 に示すものが従来周知の手段である が、 卜.述されているためその説明を省略する。
次に図 1 5 にっき詳細を説明する。 端子 4 2 a , 4 2 b , 4 2 c , 4 2 d よ り、 図 1 9の位置検知信号曲線 3 7 a , 3 7 b , …， 曲線 3 8 a , 3 8 b , …， 曲線 3 9 a， 3 9 b , …， 曲線 4 0 a , 4 0 b , …が入力される。 上述した入力信号によ り、 ト ラ ン ジス 夕 2 0 a , 2 0 b , 2 0 c , 2 0 dがア ン ド回路 2 4 a， 2 4 b , 2 4 c， 2 4 dを介してベース入力が得られて導通して、 電機子コ イ ル 3 2 a， 3 2 b , 3 2 c , 3 2 dが通電される。
端子 4 1 は電機子電流を指定する為の基準電圧である。 端 子 4 1 の電圧を変更するこ とによ り 、 出力 トルクを変更するこ とがで き る 。 電源スィ ッ チ （図示せず） を投入する と 、 オペア ンプ 4 1 aの +端子の入力は—端子のそれよ り低いので、 オペアンプ 4 1 aの出力は口一レベルとなり、 反転回路 2 8 bの入力もローレ ベルなのでその出力はハイ レベルとなり、 トラ ンジスタ 2 0 aが導 通して、 電圧が電機子コ イ ルの通電制御回路に印加される。 抵抗 2 2は、 電機子コイル 3 2 a， 3 2 b , 3 2 c , 3 2 dの電機子電 流を検出する為の抵抗である。
ブロ ッ ク回路 Nは、 電機子コイル 3 2 b， 3 2 dの通電制御の為 の電気回路で、 電機子コイル 3 2 a， 3 2 cの通電制御回路と同様 な構成となっている。 ト ラ ンジスタ 2 0 a， 2 0 c ダイ オー ド 4 9 a , 4 9 bに対応する部材となるダイオー ド 4 9 c， 4 9 d及 びトラ ンジスタ 2 0 b , 2 0 dのみがブロ ッ ク回路 Nに付加されて いる。
図 丄 9 の位置検知信号曲線の 1 つが図 1 7のタイムチヤ一 卜の 1 段目に曲線 3 3 a と して示されている。 図 4において、 この曲 線 3 3 aの巾だけ電機子コイルが通電される。 図 1 7の矢印 2 3は 通電角 1 8 0度を示している。 通電の初期では、 電機子コイルの イ ンダクタンスの為に立上がりがおくれ、 通電が断たれると、 蓄積 された磁気エネルギが、 図 4のダイオー ド 6 c , 6 dを介して電源 に還流放電されるので、 点線 Jの右側の曲線 2 5の後半部のように 降下する。 正 トルクの発生する区間は、 矢印 2 3で示す 1 8 0度の 区間なので、 矢印 2 3 aの区間で反 トルクの発生があり、 出力 トル クと効率を減少する。 高速回転となるとこの現象は著しく 大きく な り使用に耐えられぬものとなる。 高速度となる と、 曲線 3 3 aの巾が小さ く なるので曲線 2 5の立 上がり もおく れるので、 出力 トルクが減少する。 即ち減 トルクが発 生する。 これは、 磁極と突極によ り磁路が閉じられているので大 きいイ ンダクタ ンスを有しているからである。 リ ラクタ ンス型の 電動機は大きい出力 トルクを発生する利点がある反面に回転速度を 上昇せしめるこ とができない欠点があるのは、 上述した反 トルク と 減 トルクの発生の為である。 本発明装置は、 図 1 5の逆流防止用 のダイ オー ド 4 9 a ， 4 9 b及び小容量のコ ンデ ンサ 4 1 c , 4 I d及びダイオー ド 2 1 a， 2 l b及び半導体素子 4 a， 4 b , 5 a等を付設して上述した欠点を除去し、 又電機子コイルの通電制 御のスイ ッチング素子 （記号 2 0 a , 2 0 b， 2 0 c , 2 0 d ) を 電源負電圧側に 1 個のみ使用したこ とに特徴を有するものである。
本実施例では端子 4 2 a , 4 2 b , …に入力される位置検知信号 は 9 0度の巾の図 】 9の曲線 3 7 a , 3 7 b , ···， 曲線 3 8 a , 3 8 b , …， 曲線： 3 9 a， 3 9 b , …， 曲線 4 0 a , 4 0 b , …が 入力される。
端子 4 2 aの入力信号曲線 3 7 aの末端で通電が断たれる と、 電 機子コ イ ル 3 2 a に蓄積された磁気エネルギは、 逆流防止用ダィ オー ド 4 9 a に よ り 、 直流電源側に還流 しないでダイ ォー ド 2 l aを介して、 コ ンデンサ 4 1 cを図示の極性に充電して、 これ を高電圧とする。 従って、 磁気エネ'ルギは急速に消滅して電流が 急速に降下する。
図 1 7 の タ イ ム チ ャ ー ト の 1 段 目 の 曲線 2 ? ， 2 7 a ,
2 7 bは、 電機子コイル 3 2 aを流れる電流曲線でその両側の点線 間が 9 0度となっている。 通電電流は曲線 2 7 bのように急速に 降下して反 トルクの発生が防止され、 コ ンデンサ 4 1 cは高電圧に 充電して保持される。 次に図 1 9の位置検知信号曲線 3 9 aが端子 4 2 cに入力されると、 トラ ンジスタ 2 0 cが導通して電機子コィ ル 3 2 cが通電される。 ブロ ック回路 4は曲線 3 9 aの始端部の 微分パルスによ り付勢される単安定回路によ り構成されているの で、 端子 4 2 cの入力の'始端部の電気パルスによ り トラ ンジスタ
4 a , 4 b , S C R 5 aが導通して、 コ ンデンサ 4 1 cの高電圧が 電機子コイル 3 2 cに印加されて通電の立上りを急速とする。 曲 線 3 9 aの末端で トラ ンジスタ 2 0 cが不導通に転化すると、 電機 子コイル 3 2 cの蓄積磁気エネルギは小容量のコ ンデンサ 4 1 dに ダイオー ド 2 1 bを介して充電されて高電圧に保持する。
次に端子 4 2 aに入力される位置検知信号によ り電機子コイル 3 2 aが通電されるが、 このときにコンデンサ 4 1 dの高電圧が印 加されて通電の立上りを急速とする。 ダ イ オ ー ド 2 1 c ， 2 丄 dは上 したコ ンデンサ 4 丄 じ， 4 丄 dの放 ¾ [Hi路となる。
5 C R 5 aの必要となる理由を説明する。 これが除去されると、 電機子コイル 3 2 cの通電が断たれたときに、 その磁気エネルギは ダイォ一 ド 2 1 b—電機子コイル 3 2 a→ダイオー ド 2 1 a—電機 子コイル 3 2 cの順で放出されてコ ンデンサ 4 1 dの充電が行なわ れなく な り本発明の目的が達成されないことになる。
上述した電機子コイル 3 2 aの通電時に、 コ ンデンサ 4 1 dの充 電電圧と電源電圧 （端子 2 a , 2 bの電圧） の両者が印加電圧とな るので、 電機子コイル 3 2 aの電流の立上りが急速となる。 この 現象によ り、 図 1 7の曲線 2 7のように急速に立上る。 立上りの 通電曲線 2 7は中途で図示のように立上りがおそく なる。 これは 磁気エネルギが電機子コイル間を移動すると きに、 コイルの銅損と 磁極の鉄損によ り熱エネルギに転化して消滅するからである。 か かる不都合を除去する手段については後述する。 以上の説明のよ う に、 減 トルク と反 トルクの発生が除去され、 又矩形波に近い通電 となるので、 出力 トルクが増大する。
ブロ ッ ク回路 Nは電機子コイ ル 3 2 b ， 3 2 dの通電制御回路 で、 前述した電機子コイル 3 2 a , 3 2 c と同じ構成のものでその 作用効果も同様である。
電機子コイル 3 2 b， 3 2 dは、 端子 4 2 b， 4 2 dの入力位置 検知信号となる図 1 9 の曲線 3 8 a， 3 8 b , … と曲線 4 0 a， 4 0 b , …によ り通電制御が行なわれる。
次にチヨ ッパ回路について説明する。 電機子コイル 3 2 aの電 流が増大して、 その検出の為の抵抗 2 2の電圧降下が増大し、 基準 電圧端子 4 1 の電圧 （オペアンプ 4 1 aの一端子の入力電圧） を越 える と、 オペア ンプ 4 丄 aの出力がハイ レベルに転化するので、 微 分回路 4 l bよ り微分パルスが得られ、 単安定回路 2 8 aを付勢し て所定の巾のパルス電気信号が得られる。 反転回路 2 8 bの出力 はローレベルにその巾だけ転化するので、 アン ド回路 2 4 aの出力 も同じ巾だけローレベルとな り 、 ト ラ ンジスタ 2 0 a もその巾だけ 不導通に転化する。 従って電機子コイルの電流 （電機子電流） は降 下し、 ダイオー ド 2 1 aを介してコ ンデンサ 4 1 aを充電する。 単安定回路 2 8 aの出力信号が消滅すると、 反転回路 2 8 b , アン ド回路 2 4 aの出力は再びハイ レベルに転化して、 ト ラ ンジスタ 2 0 aが導通して電機子電流が増大し始める。
電機子電流が設定値を越える と、 オペアンプ 4 1 aの出力が再び ハイ レベルに転化して ト ラ ンジスタ 2 0 aは、 単安定回路 2 8 aの 出力パルス巾だけ不導通に転化して電機子電流は降下する。 かか るサイ クルを繰返すチヨ ッパ回路となり、 電機子電流は基準電圧端 子 4 1 の電圧に規制された電流値となる。 図 1 7の曲線 2 7 aは δ チヨ ッパ制御の電流を示している。 基準電圧端子 4 1 の電圧を回 転速度に比例した電圧によ り制御する周知の手段によ り定速制御を 行なう こ ともできる。
上述したチヨ ッパ作用があるときに、 単安定回路 2 8 aの出力パ ルスの回数だけコ ンデンサ 4 1 cは繰返して充電されて電圧が上昇0 し、 静電工ネルギが蓄積される。 位置検知信号の末端で、 卜ラ ン ジスタ 2 0 aが不導通に転化すると、 電機子コイル 3 2 aの磁気ェ ネルギの全部がコ ンデンサ 4 1 cに充電される。
コ ンデンサ 4 1 Gの静電工ネルギは、 チヨ ッパ周波数と電機子電 流の降下時間に対応した静電工ネルギが更に付加される。
5 かかる静電工ネルギによ り、 電機子コイル 3 2 cが次に通電され たと きに電流が立上るので、 前述した電機子コイルの銅損と磁極の 鉄損によるエネルギ損失を補填するこ とができる。 従って電機子 電流は図 1 7の 1段目の点線曲線 2 7 cのように急速に立上り、 ほ ぼ矩形波に近いものとなり出力 トルクを増大する作用効果がある。0 コ ンデンサ 4 1 cの容量、 チヨ ツバ電流の周波数、 単安定回路 2 8 aの出力パルス巾は上述した作用効果があるように調整する必 要がある。
電機子コ イ ル 3 2 b , 3 2 c , 3 2 d も ア ン ド回路 2 4 b , 2 4 c , 2 4 d トラ ンジスタ 2 0 b , 2 0 c， 2 0 dによ り同じくδ 電機子電流のチヨ ッパ制御が行なわれる。 電機子コ イルの通電は、 突極が磁極に侵入する点よ り 4 5度まで の区間のいずれの点でもよい力 s、 回転速度， 効率， 出力 トルクを考 慮して調整し、 位置検知素子となるコイル 1 0 a， 1 0 bの固定電 機子側に固定する位置を変更する。 以上の説明よ り理解されるよ う に効率良く 、 大きい出力と高速回転を行なう こ とができるので本 発明の目的が達成される。
図 1 7の 1 段目の曲線 2 6 a， 2 6 b， 2 6 cは電機子コイルの 通電曲線を示し、 点線 2 6 — 1 と 2 6 — 2の間隔は位置検知信号の 9 0度の巾である。
曲線 9一 1 , 9一 2， 9一 3は出力 トルク曲線である。 曲 線 9一 1 は電機子コイルの電流が小さいと きで、 トルクは平坦である が、 電流の増大と と もに トルク ピーク値は、 曲線 9一 2， 9一 3 に 示すよ う に左方に移動し、 ピーク値の巾もせま く なる。 通電の開 始される点は、 上述した トルク特性と通電電流値を考慮して突極が 極に侵入する点よ り 3 0度位おく れた点となるように位置検知コ ィ ル 1 0 a , 1 0 bの固定位置を調整するこ どがよい。 コ ンデン サ 4 1 cは小容量の方が充電電圧が高電圧となるので、 通電曲線の 立上り と降下を急速と し、 高速回転の電動機を得るこ とができ、 リ ラクタ ンス型電動機の欠点となっている低速度となる欠点が除去で きる 上述したコ ンデンサの容量は充電電圧が回路の トラ ンジス タを破損しない範囲で小容量のものを使用するこ とがよい。
本実施例ではコ ンデンサ 4 1 c， 4 1 d 2個を使用したが 1 個の コ ンデンサと して、 ダイオー ド 2 1 , 2 1 bを介して充電するよ うにしても同じ作用効果がある。
図 1 5 の ア ン ド回路 2 4 a， 2 4 b , …を除去し、 点線記号 1 6で示すスイ ッチング素子を揷入しこのベース端子 1 6 aを反転 回路 2 8 bの出力によ り制御してもチヨ ッパ回路を構成することが できる。
次に図 1 6の実施例について説明する。
図 1 5のコ ンデンサ 4 1 c , 4 1 dは電機子コイルに並列に接続 されている力5'、 図 1 6では トラ ンジスタ 2 0 a， 2 0 cに並列にコ ンデンサ 4 7 aが接続されて同じ作用を行なっている点が異なって いる。 図 1 5 と同じ記号の部材は同じ作用効果を有するので詳細 な説明は省略する。
電機子コイル 3 2 a , 3 2 cの通電が断たれると、 それ等の蓄積 磁気エネルギはダイオー ド 2 1 a， 2 1 b , 2 1 c , 2 1 dを介し てコ ンデンサ 4 7 aを充電して図示の極性で高電圧とする。 従つ て通電電流の降下が急速となる。
トラ ンジスタ 2 0 a， 2 0 cのいずれかが端子 4 2 a， 4 2 cの 入力位 -匿検知信号 （図 1 9 の曲線 3 7 a ， 3 7 b , … と 曲線 3 9 a , 3 9 b， ···） によ り導通すると、 コ ンデンサ 4 7 aの高電 圧が電機子コイル 3 2 a , 3 2 cのいづれかに印加されて通電の立 上りを急速とする。
ブロ ッ ク回路 Pは電機子コイル 3 2 b， 3 2 dの通電制御をする 為の回路で、 電機子コイル 3 2 a， 3 2 cの制御回路と同様な回路 である。
以上説明よ り理解されるように本発明の目的が達成されるもので ある。
次に図 1 4の実施例につきその詳細を説明する。
図： I 4において、 端子 4 2 a , 4 2 b , …にはそれぞれ図 1 9の P 9300066
4 7
位置検知信号 と な る 曲線 3 7 a , 3 7 b , … ， 曲線 3 8 a ， 3 8 b , …， 曲線 3 9 a， 3 9 b , …， 曲線 4 0 a， 4 0 b , …が 入力される。
位置検知信号の入力 に よ り 対応する ト ラ ン ジス タ 2 0 a , 2 0 b， …が導通して、 電機子コィル 3 2 a， 3 2 b , …が通電さ れる。
端子 4 2 aに曲線 3 7 aが入力されると、 電機子コイル 3 2 aは 図 1 7の 2段目に示す曲線 2 5 aのよう に通電電流が増大する。 リ ラクタ ンス型の電動機は前述したよう に大きいィ ンダクタ ンスを 有し、 立上りに時間を要するので曲線 2 5 aのよ うになる。
曲線 3 7 aの末端 （点線 Kの点） で通電が断たれると蓄積磁気ェ ネルギがダイオー ド 2 1 a , 2 1 c , コ ンデンサ 4 7を介して放電 される。
コ ンデンサ 4 7はツエナダイォー ド 1 7 aを介して直流電源正負 端子 2 a , 2 bよ り電源電圧で充電されているので、 前記した磁気 エネルギの放電は、 周知の手段となっている電源側に磁気エネルギ が還流される手段と同じ現象とな り、 図 1 7の曲線 2 5 aの立上り の巾と降下部の巾はほぼ等し く なる。 この為にコ ンデンサ 4 7は 磁気エネルギの流入によ り余り電圧が上昇しないよう に大きい容量 のものを使用する必要がある。 図 1 7の曲線 2 5 aの立上りの巾 は 9 0度とな り降下部の巾も 9 0度となるので、 と もに正 トルクの みが発生する。 この為に突極 1 a , 1 bが磁極に侵入する点よ り 電機子 コ イ ルの通電が開始する よ う に位置検知素子 （ コ イ ル 1 0 a , 1 0 b ) と各電機子コイルとの相対位置を調整するこ とが 必要となる。 端子 4 2 cに入力される曲線 3 9 a， 3 9 b , …の位置検知信号 によ り導通される 卜ラ ンジス夕 2 O cによ り通電される電機子コィ ル 3 2 cについても通電電流は同じ理由でその立上り と降下部の巾 はともに 9 〇度で、 ダイオー ド 2 1 b， 2 1 d， コンデンサ 4 7の 作用も同様である。
電機子コイル 3 2 a , 3 2 cの通電が交替される毎にコ ンデンサ 4 7は充電され、 電圧が設定値だけ上昇すると、 ツエナ一ダイォー ド 1 Ί aを介して電源側に放電されてエネルギ損失と電圧の上昇が 抑止される。
電機子コイル 3 2 b， 3 2 dの通電制御もブロ ック回路 Mによ り 同じ手段によ り行なわれ、 その作用効果も同様である。 - 端子 4 2 b， 4 2 dには図 1 9の曲線 3 8 a , 3 8 b , …と曲線 4 0 a , 4 0 b , …の電気信号が入力されて トランジスタ 2 0 b , 2 0 dの制御が行なわれる。 ツエナーダイオード 1 7 bの作用も ツエナ一ダイオー ド 1 7 a と同様である。
図 1 8 の曲線 3 1 a ， 3 1 b , 3 1 c , 3 1 dはそれぞれ図 1 4の電機子コイル 3 2 a， 3 2 b， 3 2 c , 3 2 dの通電曲線を 示している。 又曲線 2 8 a ， 2 8 b , 2 8 c , 2 8 dは、 図 1 5 ， 1 6 の実施例の電機子コ イ ル 3 2 a ， 3 2 b , 3 2 c , 3 2 dの通電曲線を示している。
両者の差を次に説明する。
図 1 4の実施例では高速となると各通電曲線のピーク点が左方に 移動するのでピーク値が降下し出力 トルクが減少する。 又印加電 圧を上昇すると通電曲線の立上りの傾きが急速となり対応して出力 トルクが上昇する。 かかる特性は周知の直流電動機と相似した特 性とな り有効な技術を供与できる。
1 8 0度回転したと きに、 磁極と突極の磁気エネルギが 1 回だけ 出入するのでサイ ン波の片波の通電と同じ鉄損とな り、 後述する矩 形波の通電と比較して鉄損が小さ く 効率が上昇する作用効果があ る。
図 1 5 , 1 6 の実施例では、 高速 と な っ て も 曲線 2 8 a , 2 8 b , …のピーク値は変更されないので、 高速回転が容易で出力 トルクが自由に制御できる。
又印加電圧が設定値以上であれば上述した特性は変化しない。 出力 トルクの発生する区間はほぼ 9 0度なので、 この区間を最大 トルクの得られる区間とするこ とによ り、 出力 トルクを増大し又効 率を上昇せしめるこ とができる。 通電曲線の立上り と降下が急速 なので、 鉄損が図 1 4の実施例と比較して増大する欠点がある。
図 1 4の実施例では、 起動時若しく は過負荷で低速のときに電機 子コイ ルの通電電流が著し く上昇して焼損する。 これを防止する 手段について説明する。
図 1 4 において、 抵抗 2 2 の電圧降下が大き く なつ て +端子 4 1 の電圧を越えるとオペアンプ 4 1 aの出力がハイ レベルに耘化 し、 微分回路 4 l bの電気パルスによ り単安定回路 2 8 aよ り所定 巾の電気信号が出力され、 反転回路 2 8 bの出力がローレベルにそ の巾だけ転化するので、 ト ラ ンジスタ 2 8が不導通に転化する。 電機子コイルの通電が断たれ、 その磁気エネルギはダイオー ド 2を 介して放電されるので電流が減少する。 所定時間後に反転回路 2 8 bの出力がハイ レベルに復帰するので ト ランジスタ 2 8が導通 して電流が増大する。 かかるサイ クルを繰返えすチヨ ッパ回路と なる。
従って端子 4 1 の電圧を電機子コィルの焼損電流よ り少ない電流 による抵抗 2 2の電圧降下とすることによ り焼損を防止するこ とが できる。
次に本発明が適用される 2相全波のリ ラクタ ンス型の電動機の構 成について説明する。 図 2 0は、 固定電機子と回転子の平面図で ある。 図 2 0 において、 記号 1 は回転子で、 その突極 1 a , l bの巾は 1 8 0度 （機械角で 9 0度） でそれぞれは 3 6 0度の位 相差で等しいピッチで配設されている。 回転子 1 は、 珪素鋼板を 積層した周知の手段によ り作られている。 記号 5 は回転軸であ る。 固定電機子 1 6には、 スロ ッ ト 8個が等しい雛間角で設けら れそれぞれ記号 1 6 a， 1 6 b , …で示されている。 記号 6は外 筐となる円筒である。
スロ ッ ト 1 6 a， 1 6 c及びスロ ッ ト 1 6 e， 1 6 gにはそれぞ れ 1個のコイルが捲回され、 2個のコィルは直列若しく は並列に接 続されて第 1 の相の電機子コィルとなる。 本実施例では直列接続 されている。
スロ ッ ト 1 6 b， 1 6 d及びスロ ッ ト 1 6 f ， 1 6 hにはそれぞ れ 1 個のコイ ルが捲回され、 2個のコイルは直列に接続されて第 2の相の電機子コイルとなる。 スロ ッ ト 1 6 c， 1 6 e及びス ロ ッ ト 1 6 g， 1 6 aにはそれぞれ 1個のコイルが捲回され、 2個 のコイルは直列に接続され第 3の相の電機子コイルとなる。
スロ ッ ト 1 6 d , 1 6 f 及びスロ ッ ト 1 6 h， 1 6 bにはそれぞ れ 1 個のコイルが捲回されて直列に接続されて第 4の相の電機子コ ィルとなる。 一般に 2相の電動機は第 1 , 第 2の相の電機子コイルによ り構成さ れているものである力 s、 各相がバイ ファラ巻きされている と考える と第 1 の相は 2個 1 組とな り、 第 2の相も 2個 1組の電機子コイル となる。 これ等を第 1 ， 第 3の相及び第 2 ， 第 4の相の電機子コ ィルと呼称する。 通電の順序は第 1 の相■→第 2の相—第 3の相— 第 4の相の電機子コイルの順とな り これが繰返されて出力 トルクが 得られる。
矢印 Aは回転子 1 の回転方向で、 突極 1 a， 1 bの巾は機械角で 9 0度となり、 互いに同じ角度だけ離間する。
図 2 1 は回転子 1 と電機子コイルの展開図である。
図 2 1 において、 電機子コイル 9 a， 9 bは前述した第 1 の相の 電機子コ イ ルを示し、 電機子コ イ ル 9 c， 9 d及び電機子コ イ ル 9 e , 9 f 及び電機子コイル 9 g， 9 hはそれぞれ前述した第 2 , 第 3， 第 4の相の電機子コイルを示している。 第 1 , 第 2 , 第 3 ， 第 4 の相の電機子コ イ ルの導出端子は記号 8 a， 8 b及び 8 c , 8 d及び 8 e , 8 f 及び 8 g , 8 hで示される。
固定電機子 1 6 も回転子 1 と同じ く珪素鋼板積層体によ り作られ ている。
点線 1 e , 1 dで示す斜線部にはブラスチッ ク材が充填されてい る力 これは高速回転時に空気の摩擦損失を防止する為のものであ る。
上述した第 1 ， 第 2 ， 第 3 , 第 4の相の電機子コイルを以降はそ れぞれ電機子コイ ル 3 2 a ， 電機子コイル 3 2 b ， 電機子コイ ル 3 2 c , 電機子コ イ ル 3 2 d と呼称する。
電機子コ イ ル 3 2 cが通電されていると、 突極 l a , 1 bが吸引 されて、 矢印 A方向に回転子 1が回転する。 9 0度回転すると、 電機子コ イ ル 3 2 cの通電が断たれ、 電機子コ イ ル 3 2 dが通電さ れる。 更に 9 0度回転すると、 電機子コイル 3 2 dの通電が断た れて、 電機子コイル 3 2 aが通電される。 通電モー ドは 9 0度の δ 回転毎に、 電機子コイル 3 2 a—電機子コイル 3 2 b—電機子コィ ル 3 2 c—電機子コイル 3 2 d—とサイ ク リ ッ クに交替され、 2相 全波の電動機と して駆動される。 このときに軸対称の位置にある磁 極は、 N , S極に着磁されている。 励磁される 2個の磁極が常に 異極となっている為に、 非励磁磁極を通る洩れ磁束は互いに反対方 10 向となり、 反 トルクの発生が防止される。
コイル 1 0 a， 1 0 bは、 突極 l a , l bの位置を検出する為の 位置検知素子で、 図示の位置で電機子 1 6の側に固定され、 コイル 面は、 突極 1 a， 1 bの側面に空隙を介して対向している。 コイル 1 0 a , 1 0 bは 9 0度離間している。 コイルは 5 ミ リメー トル 丄 5 径で 丄 0 0 ターン位の空心のものである。 図 2 2 に 、 コ イ ル 1 0 a , 1 0 b よ り 、 位置検知信号を得る為の装置が示されてい る。 図 2 2 にお（/、て、 コ イ ル 1 0 a ， 抵抗 1 5 a ， 1 5 b , 1 5 cはブリ ッ ジ回路となり、 コイル 1 0 aか突極 1 a , 1 bに対 向していないと きには平衡するように調整されている。 従って、 20 ダイオー ド 1 1 a， コ ンデンサ 1 2 aならびにダイオー ド l i b， コ ンデンサ 1 2 bよ りなるローパスフィルタの出力は等しく 、 オペ アンプ 1 3の出力は口一レベルとなる。 記号 1 0は発振器で 1 メ _ ガサイ クル位の発振が行なわれている。 コ ィ ル 1 0 a 力 s 突 極 l a , 1 b , …に対向すると、 鉄損 （渦流損と ヒステリ シス損） に 25 よ りイ ンピーダンスが減少するので、 抵抗 1 5 aの電圧降下が大き く な り、 オペアンプ 1 3の出力はハイ レベルとなる。
ブロ ッ ク 回路 1 8 の入力は、 図 1 9 のタ イ ムチヤ一 卜 の曲線 3 3 a , 3 3 b , …とな り、 反転回路 1 3 aを介する入力は、 曲線 3 3 a , 3 3 b , …を反転した曲線 3 5 a , 3 5 b , …となる。 図 2 2のブロ ッ ク回路 1 4はコイル 1 O bを含む上述した回路と同じ 構成のものを示すものである。 発振器 1 0は共通に利用するこ とが できる。 ブロ ッ ク回路 1 4の出力及び反転回路 1 3 bの出力は、 ブ ロ ッ ク回路 1 8 に入力され、 それらの出力信号は、 図 1 9 におい て、 曲線 3 4 a , 3 4 b , ···， 及び曲線 3 4 a， 3 4 b , …を反転 した曲線 3 6 a , 3 6 b , …となる。
曲線 3 4 a， 3 4 b , …は曲線 3 3 a， 3 3 b , …よ り位相が 9 0度お く れている。 曲線 3 3 a ， 3 3 b , … と 曲線 3 6 a ， 3 6 b , …を 2 つの入力とするア ン ド回路の出力は曲線 3 7 a， 3 7 b , … と な り 、 曲線 3 3 a ， 3 3 b , … と 曲線 3 4 a ， 3 4 b , …を 2 つの人力と するア ン ド回路の出力は曲線 3 8 a，
3 8 b , …となる。 同じ手段によ り曲線 3 9 a , 3 9 b , …と曲線
4 0 a， 4 0 b， …力 s得られる。
上述した回路がブロ ッ ク回路 1 8 と して示され、 端子 1 8 a， 1 8 b , …の出力はそれぞれ曲線 3 7 a， 3 7 b , …と下段の曲線 で示す信号となっている。
コイル 1 O a , 1 O bの対向する図 2 0の回転子 1 の代り に同じ 形状のアルミニューム板を使用しても同じ目的が達成される。
電機子コイルの通電手段を図 2 3 にっき次に説明する。 電機子 コイル 3 2 a， 3 2 b , 3 2 c , 3 2 dの下端には、 それぞれ トラ ンジスタ 2 0 a , 2 0 b， 2 0 c ， 2 0 dが挿入されている。 ト ラ ンジス夕 2 0 a， 2 0 b , 2 0 c， 2 0 dは、 スィ ッチング素子 となるもので、 同じ効果のある他の半導体素子でもよい。 直流電 源正負端子 2 a , 2 bよ り供電が行なわれている。 本 実施例 で は、 ト ラ ンジスタ 2 0 a， 2 0 b , 2 0 c , 2 0 dは電機子コイル の下端即ち電源負極側にあるので、 その導通制御の入力回路は簡素 化される特徴がある。
次に図 2 3 にっ き詳細を説明する。 端子 4 2 a ， 4 2 b , 4 2 c , 4 2 dよ り、 図 1 9の位置検知信号曲線 3 7 a， 3 7 b , … ， 曲線 3 8 a， 3 8 b , …， 曲線 3 9 a， 3 9 b , …， 曲線 4 0 a， 4 0 b , …が入力される。 上述した入力信号によ り、 トラ ンジス夕 2 0 a , 2 0 b , 2 0 c , 2 0 d力 s'ア ン ド回路 2 4 a ,
2 4 , 2 4 c , 2 4 dを介してベース入力が得られて導通して、 電機子コイル 3 2 a , 3 2 b , 3 2 c , 3 2 dが通電される。
端子 4 3は電機子電流を指定する為の基準電圧である。 端 子 4 3の電圧を変更するこ とによ り、 出力 トルクを変更することがで きる。 電源スィ ッ チ （図示せず） を投入する と、 オペア ンプ 4 3 aの +端子の入力は一端子のそれよ り低いので、 オペアンプ 4 3 aの出力はローレベルとなり、 反転回路 2 8 bの入力もローレ ベルなのでその出力はハイ レベルとなり、 トランジスタ 2 0 aが導 通して、 電圧が電機子コイルの通電制御回路に印加される。 抵抗 2 2 aは、 電機子コイル 3 2 a， 3 2 b , 3 2 c， 3 2 dの電機子 電流を検出する為の抵抗である。
ブロ ッ ク 回路 F， G , Hは、 電機子コイ ル 3 2 b， 3 2 c ,
3 2 dの通電制御の為の回路で、 電機子コイル 3 2 aの回路と同じ 構成のものを示している。 ダイオー ド 4 9 b， 4 9 c , 4 9 dは ダイオー ド 4 9 aに対応する部材である。
図 1 9 の位置検知信号曲線の 1 つが図 2 5 のタイ ムチヤ一 卜の 1 段目に曲線 3 3 a と して示されている。 従来の手段によると、 曲線 3 3 aの巾だけ電機子コイルが通電される。 図 2 5 の 矢 印 2 3は通電角 1 8 0度を示している。 通電の初期では、 電機子コ ィ ルのイ ンダクタ ンスの為に立上がりがお く れ、 通電が断たれる と、 蓄積された磁気エネルギが、 電源に還流放電されるので、 点線 Jの右側の曲線 2 5の後半部 2 5 aのように降下する。 正 トルク の発生する区間は、 矢印 2 3 で示す 1 8 0度の区間なので、 矢印 2 3 aの区間で反 トルクの発生があり、 出力 トルク と効率を減少す る。 高速回転となると この現象は著し く大き く なり使用に耐えら れぬものとなる。
高速度となる と、 曲線 3 3 aの巾が小さ く なるので曲線 2 5の立 上がり もおく れて出力 トルクが減少する。 即ち減 トルクが発生す る。 これは、 磁極と突極によ り磁路が閉じられているので大きい ィ ンダクタ ンスを有しているからである。 リ ラクタ ンス型の電動 機は大きい出力 トルクを発生する利点がある反面に回転速度を上昇 せしめるこ とができない欠点があるのは、 上述した反 トルク と減 卜 ルクの発生の為である。 本発明装置は、 図 2 3の逆流防止用のダ ィオー ド 4 9 a， 4 9 b , …及び小容量のコ ンデンサ 4 1 a及びダ ィオー ド 2 1 a， 2 1 d及び半導体素子 4 a， 4 b , 5 a等を付設 して上述した欠点を除去し、 又電機子コイルの通'電制御のスィ ッチ ング素子 （記号 2 0 a， 2 0 b , 2 0 c , 2 0 d ) を電源負電圧側 に 1 個のみ使用したこ とに特徴を有するものである。 本実施例で は端子 4 2 a , 4 2 b , …に入力される位置検知信号は 9 0度の巾 の図 1 9の曲線 3 7 a， 3 7 b , ·■·， 曲線 3 8 a， 3 8 b , …， 曲 線 3 9 a , 3 9 b , …， 曲線 4 0 a , 4 0 b , …が入力される。
端子 4 2 aの入力信号曲線 3 7 aの末端で通電が断たれる と、 電 機子コ イ ル 3 2 a に蓄積された磁気エネルギは、 ダイ オー ド 2 l aを介して、 コ ンデンサ 4 l aを図示の極性に充電して、 これ を高電圧とする。 従って、 磁気エネルギは急速に消滅して電流が 急速に降下する。
図 2 5 の タ イ ム チャー ト の 1 段目 の曲線 2 6 a ， 2 6 c , 2 6 bは、 電機子コイル 3 2 aを流れる電流曲線でその両側の点線 2 6 - 1 , 2 6 — 2間が 9 0度となっている。 通電電流は曲線 2 6 bのように急速に降下して反トルクの発生が防止され、 コ ンデ ンサ 4 1 aは高電圧に充電して保持される。 次に図 1 9の位置検 知信号曲線 3 7 bが端子 4 2 aに入力される と、 ト ラ ン ジスタ 2 0 aが導通して電機子コイル 3 2 aが通電される。 ブロ ック回 路 4は曲線 3 7 bの始端部の微分パルスによ り付勢される単安定回 路によ り構成されているので、 端子 4 2 aの入力の始端部の電気パ ルスによ り ト ラ ンジスタ 4 a， 4 b , S C R 5 aが導通して、 コ ン デンサ 4 1 aの高電圧が電機子コイル 3 2 aに印加されて通電の立 上りを急速とする。 この立上り曲線が図 2 5で曲線 2 6 aと して 示される。 コ ンデンサ 4 l aの上述した放電電流は、 逆流防止用ダ ィオー ド 4 9 aによ り、 直流電源側に還流することが防止される。
ダイオー ド 2 1 は、 コ ンデンサ 4 1 aの放電回路となる。
上述した電機子コイル 3 2 aの通電時に、 コ ンデンサ 4 1 aの充 電電圧と電源電圧 （端子 2 a， 2 bの電圧） の両者が印加電圧とな るので、 電機子コイル 3 2 aの電流の立上りが急速となる。 この 6
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現象によ り、 図 2 5の曲線 2 6 aのよう に急速に立上る。 立上り の通電曲線 2 6 aは中途で図示のように立上りがおそく なる。 こ れは磁気エネルギが電機子コィル間を移動すると きに、 コィルの銅 損と磁極の鉄損によ り熱ェネルギに転化して消滅するからである。
かかる不都合を除去する手段については後述する。 以上の説明 . のよう に、 減 トルク と反 トルクの発生が除去され、 又矩形波に近い 通電となるので、 出力 トルクが増大する。
ブロ ッ ク 回路 F , G , H は電機子 コ イ ル 3 2 b， 3 2 c ,
3 2 dの通電制御回路で、 前述した電機子コイル 3 2 a と同じ構成 のものでその作用効果も同様である。
電機子コイル 3 2 b， 3 2 c , 3 2 dは、 端子 4 2 b , 4 2 c ,
4 2 dの入力位置検知信号となる図 1 9の曲線 3 8 a， 3 8 b , … と曲線 3 9 a , 3 9 b , …と曲線 4 0 a， 4 0 b , …によ り通電制 御が行なわれる。
次にチヨ ッパ回路について説明する。 電機子コイル 3 2 aの電 流が増大して、 その検出の為の抵抗 2 2 aの電圧降下が増大し、 基 準電圧端子 4 3の電圧 （オペアンプ 4 3 aの一端子の入力電圧） を 越えると、 オペアンプ 4 3 aの出力がハイ レベルに転化するので、 微分回路 4 3 bよ り微分パルスが得られ、 単安定回路 2 8 aを付勢 して所定の巾のパルス電気信号が得られる。 反転回路 2 8 bの出 力は口一レベルにその巾だけ転化するので、 アン ド回路 2 4 aの出 力も同じ巾だけローレベルとな り、 トラ ンジスタ 2 0 aもその巾だ け不導通に転化する。 従って電機子コイルの電流 （電機子電流） は降下し、 ダイ オー ド 2 l aを介してコ ンデンサ 4 l aを充電す る。 単安定回路 2 8 a の出力信号が消滅す る と 、 反転回路 2 8 b , ア ン ド回路 2 4 aの出力は再びハイ レベルに転化して、 ト ラ ン ジスタ 2 0 aが導通して電機子電流が増大し始める。
電機子電流が設定値を越えると、 オペアンプ 4 3 aの出力が再び ハイ レベルに転化して トラ ンジスタ 2 0 aは、 単安定回路 2 8 aの 出力パルス巾だけ不導通に転化して電機子電流は降下する。 かか るサイ クルを繰返すチヨ ッパ回路となり、 電機子電流は基準電圧端 子 4 3の電圧に規制された電流値となる。 図 2 5の曲線 2 6 cは チヨ ッパ制御の電流を示している。 基準電圧端子 4 3の電圧を回 転速度に比例した電圧によ り制御する周知の手段によ り定速制御を 行なう こ ともできる。
上述したチヨ ッパ作用があるときに、 単安定回路 2 8 aの出力パ ルスの回数だけコ ンデンサ 4 1 aは繰返して充電されて電圧が上昇 し、 静電工ネルギが蓄積される。 位置検知信号の末端で、 卜ラン ジス夕 2 0 aが不導通に転化すると、 電機子コイル 3 2 aの磁気ェ ネルギの全部がコ ンデンサ 4 1 aに充電される。
コ ンデンサ 4 1 aの静電工ネルギは、 チヨ ッパ周波数と電機子電 流の降下時間に対応した静電工ネルギが更に付加される。
かかる静電工ネルギによ り、 電機子コイル 3 2 aが次に通電され たときに電流が立上るので、 前述した電機子コイルの銅損と磁極の 鉄損によるエネルギ損失を補填することができる。 従って電機子 電流は図 2 5の 1段目の点線曲線 2 7 aのように急速に立上り、 ほ ぼ矩形波に近いものとな り出力 トルクを増大する作用効果がある。
コ ンデンサ 4 l aの容量、 チヨ ッパ電流の周波数、 単安定回路 2 8 aの出力パルス巾は上述した作用効果があるように調整する必 要がある。 T 00066
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電機子 コ イ ル 3 2 b ， 3 2 c , 3 2 d も ア ン ド回路 2 4 b， 2 4 c , 2 4 d 卜ラ ンジス夕 2 0 b， 2 0 c , 2 0 dによ り 同じ く 電機子電流のチヨ ッパ制御が行なわれる。
電機子コイ ルの通電は、 突極が磁極に侵入する点よ り 4 5度まで の区間のいずれの点でもよいが、 回転速度， 効率， 出力 トルクを考 慮して調整し、 位置検知素子となるコイル 1 0 a， 1 0 bの固定電 機子側に固定する位置を変更する。 以上の説明よ り理解されるよう に効率良く 、 大きい出力と高速回転を行なう こ とができるので本発 明の目的が達成される。
図 2 5の 1 段目の曲線 2 7 a , 2 6 b， 2 6 cは電機子コイルの 通電曲線を示し、 点線 2 6 — 1 と 2 6 — 2の間隔は位置検知信号の 9 0度の巾である。
曲線 9 a， 9 b , 9 cは出力 トルク曲線である。 曲線 9 aは電機 子コイルの電流が小さいと きで、 トルクは平坦であるが、 電流の增 大と と もに トルク ピーク値は、 曲線 9 b， 9 c に示すように左方に 移動し、 ピーク値の巾もせま く なる。 通電の開始される点は、 上 述した トルク特性と通電電流値を考慮して突極が磁極に侵入する点 よ り 3 0 度位お く れた点と なる よ う に位置検知コ イ ル 1 0 a , 1 O bの固定位置を調整するこ とがよい。 コ ンデンサ 4 1 aは小 容量の方が充電電圧が高電圧となるので、 通電曲線の立上り と降下 を急速と し、 高速回転の電動機を得るこ とができ、 リ ラクタ ンス型 電動機の欠点となっている低速度となる欠点が除去できる。 上述 したコ ンデンサの容量は充電電圧が回路の トラ ンジスタを破損しな い範囲で小容量のものを使用するこ とがよい。 コ ン デ ン サ 4 1 aを除去し、 点線で示すようにコ ンデンサ 4 7 aを設けても同 じ目的が達成される。 この場合にダイオー ド 2 1 dの出力側は電 機子コイル 3 2 aの上端に接続される。
次に図 2 4にっき説明する。 電機子コイル 3 2 a， 3 2 cの両 端に ト ラ ンジスタ 2 0 a , 2 2 a と トラ ンジスタ 2 0 c， 2 2 cが 接続されている。
電機子コイル 3 2 a , 3 2 cの通電が断たれると、 それ等の蓄積 磁気エネルギはダイオー ド 2 1 a , 2 1 b , 2 1 c , 2 1 dを介し てコ ンデンサ 4 7 aを充電して図示の極性で高電圧とする。
従つて通電電流の降下が急速となる。
ト ラ ン ジス タ 2 〇 a ， 2 2 a若し く は ト ラ ンジスタ 2 0 c ，
2 2 cのいずれかが端子 4 2 a , 4 2 cの入力位置検知信号 （図 1 9の曲線 3 7 a , 3 7 b , …と曲線 3 9 a， 3 9 b , …） によ り 導通する と、 コ ンデンサ 4 7 aの高電圧が電機子コイル 3 2 a ,
3 2 cのいづれかに印加されて通電の立上りを急速とする。
ブロ ッ ク回路 Kは電機子コイル 3 2 b， 3 2 dの通電制御をする 為の回路で、 電機子コイル 3 2 a， 3 2 cの制御回路と同様な回路 である。
以上説明よ り理解されるように本発明の目的が達成されるもので ある。
ア ン ド回路 2 4 a ， 2 4 b , ···， 2 4 d , 抵抗 2 2 a ， 記号 4 3 ， 4 3 a , 4 3 b , 2 8 a , 2 8 bで示す部材は図 2 3の同一 記号の部材と同じ作用効果を有するものである。
本実施例の ト ラ ンジスタ 2 2 a， 2 2 cを除去して、 図 2 3の手 段によ り本発明を実施することもできる。
上述した実施例は 2相両波通電の電動機の場合であるが、 3相片 波通電の場合にも本発明の手段を実施するこ とができる。 この場合 には、 回転子 1 は同じ構成であるが、 電機子 1 6のスロ ッ トの数は 1 2個となる。
次に本発明の要旨となっている回転子 1 の詳細を図 2 0にっき説 明する。 回転中に、 突極 1 a , 1 bは電機子コイルの通電によ り 磁化された磁極によ り、 回転中心軸 （回転軸 5の中心線） の方向 （ 矢印 Bの向き） に突極 1 a , 1 bは吸引力を受ける。 突極 1 a， l bの吸引力は次に述べる理由によ り差を生じ、 従って回転中に振 動を発生する。 回転軸 5 と軸受の間に存在する空隙によ り振動が 発生する。 又突極 l a， l b外周面と電機子 1 6の内周面の空隙 長が回転中に変化すると同じ く振動が発生する。
本発明装置は次の構成によ り上述した振動を除去している。
突極 1 aの外周面と電機子 1 6 の内周面と の空隙長を、 突極 1 bの外周面と電機子 1 6の内周面との空隙長よ り設定値だけ小さ く構成する。 この手段と して、 電機子 1 6の内周面の中心軸を回 転軸 5 の回転中心線と合致せしめ、 又突極 1 aの外周面と回転軸 5の回転中心線との距離を突極 1 bの外周面と回転軸 5の回転中心 線との距離よ り設定値だけ大き く する。
以上の構成によ り、 回転子 1 に作用する矢印 Bの方向の磁気吸引 力が所定値だけ大き く な り、 磁気吸引力のベク トル Bは突極 1 a と 同期して回転するので振動の発生が防止される。
上述した回転子 1 の構成の為に回転中に突極 1 a と突極 1 bの側 の遠心力に差を生じて振動を発生する。 これを除去する為に金属 板 1 cを回転子 1 の突極 1 bの側の側面に固着してバラ ンスウェイ 卜 とするこ とによ り振動が除去される。 金属板 l cは回転子 1 の 両側面に同形のものが固定される。 以上の構成によ り高速回転時 でも振動の発生を防止するこ とができる作用効果がある。
図 2 7は本発明装置の固定電機子と回転子と電機子コイルの展開 図である。 以降の角度表示は電気角で行なう。
図 2 7 において、 回転子 1 は図 2 6 と同じ構成で図示しない回転 & 軸によ り外筐に設けた軸受によ り回動自在に支持されている。 回転 子 1 の直径は 1 0 cm位とされて大型の電動機となっている。
固定電機子は外筐の内側に装着固定され、 その電機子コイルのみ が記号 1 7 a， 1 7 b， 1 7 c , 1 7 a— 1 ， 1 7 b — 1 ， …と し て示されている。
電機子コ イ ルはスロ ッ 卜 に装着されているが、 その 1 部が図 2 8 に示されている。 図 2 8 において、 回転子 1 の突極 1 a，
1 bに対向する固定電機子 1 6の磁極 1 6 a , 1 6 b , …の部分の みが示されている。 他の突極、 磁極も全く 同じ構成となっている。
回転子 1 , 固定電機子 1 6はと もに珪素鋼板積層体によ り作られ ている。 スロ ッ ト 4 a， 4 b , …は、 6 0度の離間角で内周全面に 配設される。 スロ ッ ト 4 a , 4 dには電機子コィル 1 7 aが装着さ れ、 ス ロ ッ ト 4 c， 4 f とスロ ッ ト 4 e , 4 hにはそれぞれ電機子 コイル 1 7 b と 1 7 cが装着される。 他のスロ ッ トにも図 2 7の各 電機子コイルが装着される。 ' 上述した回転子 1 ， 突極 l a , 1 b， …， 回転軸 5 ， スロ ッ ト 4 a , 4 b， …， 固定電機子 1 6の平面図が図 2 9 に示されてい る。 図 2 7の電機子コイル 1 7 a， 1 7 a - 1 , …は直列に接続 されてその端子が記号 3 a , 3 a— 1 として示される。 各電機子コ ィルは並列に接続される場合もある。 上述した電機子コイルを第 1 の相の電機子コイルと呼称する。
電機子コ イ ル 1 7 b， 1 7 b - 1 , … と電機子コ イ ル 1 7 c， 1 7 c - 1 , …も直列に接続され、 それぞれを第 2 , 第 3の相の電 機子コイルと呼称する。 第 1 ， 第 2 ， 第 3の相の電機子コィルは順 次に位相が 1 2 0度づっずれてスロ ッ 卜 に装着される。 図 2 9の突 極 1 aが矢印 Dの位置にあると きに、 電機子コイル 1 7 aが通電さ れると、 図 2 7の磁極 1 6 a， 1 6 b , 1 6 cはと もに N極に励磁 されて、 突極 l aは矢印 A方向に吸引されて回転する。 第 1 の相の 電機子コ イ ルの通電なので、 突極 1 a， 1 b， …のすべてが矢印 A方向の トルクを発生する。
1 2 0度回転したと きに第 1 の相の電機子コイルの通電を停止し て第 2の相の電機子コイル （記号 1 7 b， 1 7 b - 1 , .·· ) を通電 すると、 各突極は矢印 A方向の トルクが発生し、 1 2 0度回転した と きに第 2 の相の通電を停止して第 3の相の電機子コイル （J己号 1 7 c , 1 7 - 1 , …） を通電すると、 各突極は矢印 A方向の 卜 ル クを発生する。 更に 1 2 0度回転したと きに再び第 1 の相の電機子 コイルを通電すると引続いた回転が行なわれる。
上述したように、 第 1 ， 第 2， 第 3 ， 第 1 ， …の相の電機子コィ ルに 1 2 0度の巾の通電を行なう こ と によ り矢印 A方向に回転子 1 が回転する 3相片波通電の リ ラクタ ンス型電動機が得られる。 出 力 トルクは突極 l a , l b , …のすべてよ り得られるので大きい出 力 トルクの得られる作用効果がある。
上述した構成よ り判るよ う に、 スロ ッ ト 4 a， 4 b， …の数が多 く なるので、 怪の小さい電動機の場合には、 電機子コイルの巻線空 間が小さ く な り実用化が困難となる。 本発明装置は径の大きい電動 機の場合に有効な手段となる。 磁極 1 6 a， 1 6 b , …が磁気的に 飽和するまでは電流の次乗に比例した出力 トルクが得られ、 その径 は電流に正比例した出力 卜ルクが得られるこ とはリ ラクタンス型電 動機で周知である。 従ってアンペアターンを大きく できるスロ ッ ト 空間の大きい大型の電動機に本発明の手段を適用すると、 同形の直 流電動機の 1 0倍位の出力 トルクが得られる効果がある。 図 2 7の 突極数は 3個以上のものであれば本発明を実施できる。 突極数を nとするとスロ ッ 卜の数は 6 n個， 磁極数も 6 n個となる。
従来の図 2 6に示す電動機と比較すると、 出力 トルクに寄与する 突極数が 3倍となるので出力 トルクが 3倍となる効果がある。
従来の図 2 6 に示す電動機の場合には、 突極 1 a， 1 eによ り固 定電機子 1 6は磁気吸引力を矢印 4一 1， 4— 4の方向に受けて変 形し、 1 2 0度回転する と、 突極 l b， I f によ り矢印 4一 2， 4一 5の方向の吸引力によ り変形し、 次に 1 2 0度回転すると、 矢 EIJ 4 - 3 , 4一 6の方向の吸引力によ り変形する。 従って固定電機 子 1 6は回転とともに変形の方向が変化して振動を発生する欠点が ある。 本発明装置では、 図 2 9 に示す矢印 4一 1 , 4 一 2 ， 4 - 3 ， …の吸引力は同時に発生するので固定電機子 1 6は同周方 向の圧縮力が発生するのみで変形がなく 、 従って振動の発生が抑止 される作用効果がある。
図 2 9 において、 突極 l a， I dはスロ ッ ト 4 a， スロ ッ ト 4 b , 4 c , 4 d , 4 a - 1 , 4 b - 1， 4 c一 1， 4 d - 1 (点 線で示す） の間の磁極によ り、 矢印 4一 1 , 4一 4と反対方向の磁 気吸引力を受ける。
他の突極 1 b , 1 e , 突極 1 c， 1 f も同様な磁気吸引力を受け る。 各突極と磁極間の空隙は完全に同じ空隙長とするこ とは技術的 に困難なので上述した磁気吸引力は対称の位置にある突極で打消し 合う こ となく 、 従って径方向の吸引力によ り、 回転子 1 は回転中に 振動を発生し、 回転軸 5の軸受を損傷し、 又振動を発生する欠点が ある。
本発明装置では、 片側にある突極 1 b , 1 cの高さを他の突極の 高さ と異なら しめて、 空隙長 （矢印で示す記号 5 a， 5 bの空隙 長） を他の突極の空隙長よ り所定長だけ小さ く若し く は大き く 構成 する。 従って回転子 1 は、 回転軸 5が軸受に押し付けられて回転す るので上述した欠点が除去される作用効果がある。
図 2 7の矢印 Eの区間 （機械角で 1 8 0度近傍の区間） にある電 機子コイルの巻数を他の区間にある電機子コイルの巻数よ り所定回 数だけ大き く若し く は小さ く する。
上述した手段によ り、 磁極と突極間の磁気吸引力は一定方向とな り、 LHI 子 丄 が 丄 向にのみ吸引されるので、 振動の発生が防止さ れる作用効果がある。
電機子コイルによ り磁化される磁極の極性は、 図 2 7に示すよう に N， S極となっている。 次に第 1 , 第 2 ， 第 3の相の電機子コィ ルの通電手段を説明する。 第 1 ， 第 2 ， 第 3の相の電機子コイ ル は、 図 2 7の端子 3 a， 3 a — 1 間の電機子コイル及び端子 3 b , 3 b - 1 間の電機子コイル及び端子 3 c， 3 c — 1 間の電機子コィ ルをそれぞれ示している。 これ等をそれぞれ電機子コイル 3 9 a , 3 9 b , 3 9 c と呼称する。
図 2 7のコイル 1 0 a， 1 0 b， 1 0 cは、 突極 l a， l b , - の位置を検出する為の位置検知素子で、 図示の位置で電機子 1 6の 側に固定され、 コイル面は、 突極 1 a， 1 b， …の側面に空隙を介 して対向している。 コイル 1 0 a， 1 0 b , 1 0 cは 1 2 0度離間 している。 コイルは 5 ミ リ メ一 卜ル径で 3 0 ターン位の空心のもの である。 図 3 1 に、 コイル 1 0 a， 1 0 b， 1 0 cよ り、 位置検知 信号を得る為の装置が示されている。 図 3 1 において、 コイ ル 1 0 a , 抵抗 1 5 a , 1 5 b , 1 5 cはブリ ッ ジ回路となり、 コィ ル 1 0 aか突極 1 a， 1 b， …に対向していないときには平衡する よ う に調整されている。 従って、 ダイ オー ド 1 1 a , コ ンデンサ 1 2 aならびにダイオー ド 1 l b , コンデンサ 1 2 bよ りなるロー パスフィル夕の出力は等し く 、 オペアンプ 1 3の出力はローレベル となる。 記号 1 0は発振器で 1 メガサイクル位の発振が行なわれて いる。 コイル 1 0 aが突極 1 a， l b , …に対向すると、 鉄損 （渦 流損と ヒステリ シス損） によ りイ ンピーダンスが減少するので、 抵 抗 1 5 aの電圧降下が大き く なり、 オペアンプ 1 3の出力はハイ レ ベルとなる。
ブロ ッ ク回路 1 8 の入力は、 図 3 8 のタイ ムチャー ト の曲線 2 5 a , 2 5 b , …となり、 反転回路 1 3 aを介する入力は、 曲線 2 5 a， 2 5 b， …を反転したものとなる。 図 3 1 のブロ ッ ク回路 1 4 a , 1 4 bは、 それぞれコイル 1 0 b， 1 0 cを含む上述した ブロ ッ ク回路と同じ構成のものを示すものである。 発振器 1 0は共 通に利用することができる。 ブロ ッ ク回路 1 4 aの出力及び反転回 路 1 3 bの出力は、 ブロ ッ ク回路 1 8に入力され、 それらの出力信 号は、 図 3 8 において、 曲線 2 7 a， 2 7 b , …， 及び曲線 2 7 a , 2 7 b , …を反転したものとなる。 ブロ ッ ク回路 1 4 bの 出力及び反転回路 1 3 cの出力は、 ブロ ッ ク回路 1 8に入力され、 それらの出力信号は、 図 3 8において、 曲線 2 9 a , 2 9 b , …及 びこれを反転したものとなる。 曲線 2 5 a， 2 5 b , …に対して、 曲線 2 7 a， 2 7 b , …は位相力 1 2 0度お く れ、 曲線 2 7 a， 2 7 b , …に対して、 曲線 2 9 a , 2 9 b , …は位相が 1 2 0度お く れている。 ブロ ッ ク回路 1 8は、 3相 Y型の半導体電動機の制御 回路に慣用されている回路で、 上述した位置検知信号の入力によ り 端子 1 8 a , 1 8 b , …， 1 8 f よ り 1 2 0度の巾の矩形波の電気 信号が得られる論理回路である。 端子 1 8 a， 1 8 b , 1 8 cの出 力は、 図 3 8 において、 それぞれ曲線 3 6 a , 3 6 b , …， 曲線 3 7 a , 3 7 b , …， 曲線 3 8 a， 3 8 b , … と して示されてい る。 端子 1 8 d， 1 8 e , 1 8 f の出力は、 それぞれ曲線 4 3 a， 4 3 b , …， 曲線 4 4 a， 4 4 b , …， 曲線 4 5 a， 4 5 b , …と して示されている。 端子 1 8 a と 1 8 dの出力信号、 端子 1 8 b と 1 8 e の出力信号， 端子 1 8 c と 1 8 f の出力信号の位相差は 1 8 ϋ度である。 乂端子 丄 8 a， 1 8 b , 1 8 cの出力信号は、 順 次に 1 2 0度おく れ、 端子 1 8 d , 1 8 e , 1 8 f の出力信号も同 じ く 順次に 1 2 0 度お く れて レヽる。 コ イ リレ 1 0 a ， 1 0 b , 1 O cの対向する突極 1 a , 1 b…の代り に、 図 2 7の回転子 1 と 同期回転する同じ形状のアルミニューム板を用いても同じ効果があ る。
電機子コイルの通電手段を図 3 5にっき次に説明する。 電機子コ ィ ル 3 9 a， 3 9 b , 3 9 cの両端には、 それぞれ ト ラ ンジスタ 2 0 a , 2 0 b及び 2 0 c， 2 0 d及び 2 0 e , 2 0 f が揷入され ている。 卜ラ ンジス夕 2 0 a， 2 0 b， 2 0 c , …は、 スィ ッチン グ素子となるもので、 同じ効果のある他の半導体素子でもよい。 直 流電源正負端子 2 a， 2 bよ り供電が行なわれている。 アン ド回路 4 1 aの下側の入力がハイ レベルの と き に、 端子 4 2 aよ り ノ\ィ レ ベルの電気信号が入力されると、 トランジスタ 2 0 a， 2 0 bが導 通して、 電機子コイル 3 9 aが通電される。 同様に端子 4 2 b , 4 2 c よ りハイ レベルの電気信号が入力される と、 トラ ンジスタ
2 0 c , 2 0 d及びトラ ンジスタ 2 0 e， 2 O f が導通して、 電機 子コイル 3 9 b， 3 9 cが通電される。 端子 4 0は励振電流を指定 する為の基準電圧である。 端子 4 0の電圧を変更するこ とによ り、 出力 トルクを変更することができる。 電源スィ ッチ （図示せず） を 投入すると、 オペアンプ 4 0 bの一端子の入力は +端子のそれよ り 低いので、 オペアンプ 4 0 bの出力はハイ レベルとなり、 卜ラ ンジ ス夕 2 0 a， 2 0 bが導通して、 電圧が電機子コィル 3 9 aの通電 制御回路に印加される。 抵抗 2 2 aは、 電機子コイル 3 9 aの励磁 電流を検出する為の抵抗である。 記号 3 0 aは絶対値回路である。
端子 4 2 a の入力信号は、 図 3 8 の位置検知信号 3 6 a , 3 6 b …又端子 4 2 b ， 4 2 c の入力信号は、 位置検知信号 3 7 a， 3 7 b， …及び 3 8 a , 3 8 b , …となっている。 上述し た位置検知信号曲線の 1 つが図 3 3のタイムチャー トの 1段目に曲 線 3 6 a と して示されている。 この曲線 3 6 aの巾だけ電機子コィ ル 3 9 aが通電される。 矢印 2 3 aは通電角 1 2 0度を示してい る。 通電の初期では、 電機子コイルのイ ンダクタンスの為に立上が りがお く れ、 通電が断たれる と、 蓄積された磁気エネルギが、 図
3 5のダイオー ド 4 9 aが除去されていると、 ダイオー ド 2 1 a , 2 1 bを介して電源に還流放電されるので、 点線 Kの右側の曲線 2 5の後半部のように降下する。 正トルクの発生する区間は、 矢印 2 3で示す 1 8 ◦度の区間なので、 反 トルクの発生があり、 出力 卜 ルク と効率を減少する。 高速回転となる と この現象は著し く 大き く な り使用に耐えられぬものとなる。
反 トルク発生の時間巾は、 高速となっても変化しないが、 正 トル ク発生の区間 2 3の時間巾は回転速度に比例して小さ く なるからで ある。 他の位置検知信号 3 7 a , 3 8 a に よ る電機子 コ イ ル
3 9 b , 3 9 cの通電についても上述した事情は同様である。 曲線
2 5の立上がり もおく れるので、 出力 トルクが減少する。 即ち減 ト ルクが発生する。 これは、 磁極と突極によ り磁路が閉じられている ので大きいイ ンダクタ ンスを有しているからである。 リ ラクタ ンス 型の電動機は大きい出力 トルクを発生する利点がある反面に回転速 度を上昇せしめるこ とができない欠点があるのは、 上述した反 トル ク と減 トルクの発生の為である。 かかる欠点を除去する為の周知の 手段は、 突極が磁極に侵入する以前に進相して、 電機子コイルの通 電を始めるこ とである。
進相通電をする と、 磁極のイ ンダクタ ンスが著しく小さいので、 急速に立上がるが、 出力 トルクの発生する点即ち突極が磁極に侵入 し始めると、 イ ンダクタ ンスが急速に大き く なり、 電流も急速に降 下する。 従って出力 トルクが減少する欠点がある。 正逆転の運転を する場合には、 位置検知素子の数が 2倍必要となる欠点がある。 本 発明装置は、 図 3 5の逆流防止用のダイ オー ド 4 9 a , 4 9 b , 4 9 c と コ ンデンサ 4 7 a， 4 7 b， 4 7 cを付設するこ と によ り、 上述した欠点を除去したこ とに特徴を有するものである。 曲線
3 6 aの末端で通電が断たれると、 電機子コイル 3 9 aに蓄積され た磁気エネルギは、 逆流防止用ダイオー ド 4 9 aによ り、 直流電源 側に還流しないでダイオー ド 2 1 b， 2 1 aを介して、 コンデンサ
4 7 aを図示の極性に充電して、 これを高電圧とする。 従って、 磁 気ェネルギは急速に消滅して電流が急速に降下する。
図 3 3 の タ イ ム チャー ト の 1 段目 の曲線 2 6 a， 2 6 b , 2 6 cは、 電機子コイル 3 9 aを流れる電流曲線でその両側の点線 2 6 — 1 , 2 6 — 2 間が 1 2 0度となっている。 通電電流は曲線 2 6 bのように急速に降下して反 トルクの発生が防止され、 コンデ ンサ 4 7 aは高電圧に充電して保持される。 次に位置信号曲線 3 6 bによ り、 トランジスタ 2 0 a， 2 0 bが導通して再び電機子 コイル 3 9 aが通電される力 、 このときの印加電圧は、 コンデンサ 4 7 aの充電電圧と電源電圧 （端子 2 a， 2 bの電圧） が加算され るので、 電機子コイル 3 よ aの電流の立上がりが急速となる。 この 現象によ り、 曲線 2 6 aのように急速に立上がる。 以上の説明のよ う に、 減 トルクと反 トルクの発生が除去され、 又矩形波に近い通電 となるので、 出力 トルクが増大する。
次にチヨ ツバ回路について説明する。 電機子コイル 3 9 aの電流 が増大して、 その検出の為の抵抗 2 2 aの電圧降下が増大し、 基準 電圧端子 4 0の電圧 （オペアンプ 4 0 bの +端子の入力電圧） を越 えると、 アン ド回路 4 1 aの下側の入力がローレベルとなるので、 トランジスタ 2 0 a , 2 0 bは不導通に転化し、 励磁電流が減少す る。 オペアンプ 4 0 bのヒステリ シス特性によ り、 所定値の減少に よ り、 オペアンプ 4 0 bの出力はハイ レベルに復帰して、 卜ラ ンジ スタ 2 0 a , 2 O bを導通して励磁電流が増大する。 かかるサイ ク ルを繰返して、 励磁電流は設定値に保持される。 図 3 3 の曲線 2 6 cで示す区間がチヨ ッパ制御の行なわれている区間である。 曲 線 2 6 cの高さは基準電圧端子 4 0の電圧によ り規制される。 図
3 5の電機子コイ ル 3 9 bは、 端子 4 2 b よ り入力される位置検知 信号曲線 3 7 a ， 3 7 b , … によ り 、 その巾だけ ト ラ ン ジスタ 2 0 c , 2 O dの導通によ り通電され、 オペア ンプ 4 0 c ， 抵抗 2 2 b , 絶対値回路 3 0 b， ア ン ド回路 4 1 bによ り チヨ ッパ制御 が行なわれる。 ダイオー ド 4 9 b， コ ンデンサ 4 7 bの作用効果も 電機子コイル 3 9 aの場合と同様である。 電機子コイル 3 9 cにつ いても上述した事情は全く 同様で、 端子 4 2 cに図 3 8の位置検知 信号曲線 3 8 a， 3 8 b , …が入力されて電機子コイル 3 9 cの通 電制御が行なわれる。 ト ラ ン ジスタ 2 0 e ， 2 0 f , ア ン ド回路
4 1 c , オペアンプ 4 0 d , 抵抗 2 2 c， 絶対値回路 3 0 c， ダイ オー ド 4 9 c， コ ンデンサ 4 7 cの作用効果も前述した場合と全く 同様である。
各電機子コ イ ルの通電は、 突極が磁極に侵入する点若し く は 3 ϋ度の区間を経過した点のいずれでもよい。 回転速度、 効率、 出 力 トルクを考慮して調整し、 位置検知素子となるコイ ル 1 0 a , 1 0 b , 1 0 cの固定電機子側に固定する位置を変更する。
以上の説明よ り理解されるように 3相片波通電の電動機と して効 率良く 、 大きい出力と高速回転を行なう こ とができるので本発明の 目的が達成される。 3相全波通電の場合には、 図 3 0 にっき後述す るよ う に片波づつを上述した手段によ り構成すれば同じ目的が達成 できる。
図 3 3の 1 段目の曲線 2 6 a， 2 6 b， 2 6 cは電機子コイルの 通電曲線を示し、 点線 2 6 — 1 と 2 6 — 2の間隔は位置検知信号の 1 2 0度の巾で、 点線 2 6 — 1 と 2 6 — 3の間隔は 1 8 0度で出力 トルクのある区間である。 曲線 9一 1 ， 9 - 2 , 9一 3は出力 トル ク曲線で、 点線 2 6 — 1 の点で通電が開始され、 同時に突極が磁極 に侵入し始める。 曲線 9 ― 1 は電機子コイルの電流が小さいと き で、 トルクは平坦であるが、 電流の増大と と もに トルク ピーク値 は、 曲線 9一 2 , 9 — 3 に示すように左方に移動し、 ピーク値の巾 もせま く なる。 通電の開始される点は、 上述した トルク特性と通電 電流値を考慮して位置検知コイル 1 0 a , 1 0 b , 1 0 cの固定位 置を調整するこ とがよい。 コ ンデンサ 4 7 a， 4 7 b , 4 7 cは小 容量の方が充電電圧が高電圧となるので、 通電曲線の立上がり と降 下を急速と し、 高速回転の電動機を得るこ とができ、 リ ラクタンス 型電動機の欠点となっている低速度となる欠点が除去できる。 上述 したコ ンデンサの容量は充電電圧が回路の トランジスタを破損しな い範囲で小容量のものを使用することがよい。
界磁マグネッ 卜がないので、 減速若しく は停止せしめる為の電磁 制動を行なう こ とが不可能となり、 また、 回生制動もできない欠点 がある。 従って、 サーボ電動機、 電動車用の駆動電動機として使用 するこ とができない。
本発明によ り上述した欠点が除去される。 次にその詳細を説明す る。 図 3 5において、 ダイオー ド 4 9 a， 4 9 b , 4 9 cには、 半 導体ス イ ッ チ ン グ素子 と なる ト ラ ン ジ ス タ 2 8 a ， 2 8 b , 2 8 cが並列に接続されている。
端子 4 a— 1 ， 4 b - 1 , 4 c一 1 よ り、 それぞれ端子 4 2 a， 4 2 b , 4 2 cに入力される位置検知信号が入力される。
従って、 ト ラ ンジスタ 2 4 a， 2 8 aは、 曲線 3 6 a， 3 6 b , …の巾だけ導通される。 ト ラ ンジスタ 2 4 b， 2 8 b及び トラ ンジスタ 2 4 c , 2 8 cは それぞれ図 3 8 の曲線 3 7 a , 3 7 b , …及び曲線 3 8 a ,
3 8 b , …の巾の区間のみがそれぞれ導通される。
電機子コイル 3 9 a， 3 9 b， 3 9 cはそれぞれ 1 2 0度の巾だ け連続して通電されているので、 ト ラ ンジスタ 2 0 b， 2 0 d , 2 〇 f のェミ ッ タ側を接続し、 絶対値回路 3 0 b , 3 0 c及び抵抗 2 2 b , 2 2 c及びオペアンプ 4 0 c , 4 0 dを除去しても同じ作 用効果がある。 電機子コイ ルの通電角を 1 2 0度以上とする と、 上 述した手段を採用するこ とはできない。
逆転をする場合には、 端子 4 2 a， 4 2 b , 4 2 cの入力信号を 図 3 8 の位置検知信号曲線 4 3 a， 4 3 b , …， 曲線 4 4 a ,
4 4 b , …， 曲線 4 5 a， 4 5 b , …にそれぞれ切換える。 電動機 を逆転せしめたと きには、 図 3 8の上から 3段目までの位置検知信 号曲線は、 位相が 1 8 0度左方に移動するので、 反転した曲線とな る。 従って曲線 4 3 a , 4 3 b , …を得る為には、 1 段目の曲線と 2段目の曲線を反転した曲線を 2つの入力とするアン ド回路の出力 が使用される。 曲線 4 4 a， 4 4 b , …， 曲線 4 5 a， 4 5 b , … を得る為にも同様な手段が使用される。
正転中に逆転モー ドと して制動する場合には上述した手段は必要 ない。
次に正転中に逆転モー ドに転化して回生制動を行う場合につき説 明する。 正転のと きの電機子コイル 3 9 aの通電の説明をする。
図 3 4のグラフにおいて、 曲線 3 6 aは端子 4 2 aの入力位置検 知信号である。 矢印 3 8 — 1 は 1 2 0度の巾を示している。
図 3 5の ト ラ ンジスタ 2 8 aの導通角も矢印 3 8 — 1 となってい る。
電機子コイル 3 9 aの電流の立上がり部は、 曲線 3 2 aに示すよ う に、 コ ンデンサ 4 7 aの高電圧によ り急速となる。 曲線 3 2 aの 前半部では、 蓄積静電工ネルギは電機子コイル 3 9 aの磁気エネル ギに転換される。 曲線 3 2 aの後半部では、 電源よ り磁気エネルギ が補充される。
オペアンプ 4 0 bの出力が口一レベルに転化すると、 卜ラ ンジス タ 2 0 a， 2 0 bは不導通に転化するので、 曲線 3 2 bに示すよう に、 ト ラ ンジスタ 2 8 aを介して磁気エネルギが電源側に還流され 電機子コイル 3 9 aの電流が減少し、 所定まで減少すると、 ォペア ンプ 4 0 bのヒステリ シス特性によ り出力がハイ レベルとなり、 ト ラ ンジスタ 2 0 a , 2 0 bが導通して曲線 3 2 cのように電流が増 大する。 かかるサイ クルを繰返すチヨ ッ パ回路となる。 かかる チヨ ッパ回路は他の周知の手段でもよい。
曲線 3 6 aの末端で ト ラ ンジスタ 2 0 a， 2 0 b , 2 8 aが不導 通となるので、 蓄積磁気エネルギの放出による電流は、 ダイオー ド 4 9 a に よ り 電源に還流する こ と が阻止されて、 コ ンデンサ 4 7 aを充電するので急速に降下する。 従って前述したように、 減 トルク と反 トルクの発生が防止されて高速高効率の電動機が得られ る。 励磁電流値は基準電圧端子 4 0の電圧によ り制御するこ とがで きる。 他の電機子コイル 3 9 b , 3 9 cについても上述した事情は 全く 同様である。
正転中に逆転モー ドに転換して減速する場合を図 3 4の下段の曲 線について説明する。 出力の大きい電動機の場合には、 回生制動を 行ない、 回転子及び負荷の運動 ネルギを電源に帰還する必要があ る。
次にその手段を説明する。 正転中に減速若し く は停止の為に、 逆 転モー ドに転換するこ と によ り その目的が達成される構成となって いる。 逆転モー ドの場合の電機子コ イ ル 3 9 aについて説明する と、 起電力は矢印 3 0の方向とな り 、 電機子コイ ル 3 9 aに印加さ れる電圧は、 V + E と なる。 Vは端子 2 a , 2 bの電圧， Eは逆起 電力即ち電機子コイ ル 3 9 aに鎖交する磁束量が回転と と もに減少 するこ と による起電力である。 従って、 図 3 4のタイ ムチャー トの 2段目の曲線 3 6 aの位置検知信号によ り 、 点線 3 5 a， 3 5 c , …のよ う に急速に設定値まで増大する。
オペア ンプ 4 0 bの出力が口一 レベルと なる と 、 卜 ラ ン.ジスタ 2 0 a , 2 0 bが不導通に転化し、 電機子コイル 3 9 aの蓄積磁気 エネルギ放出による通電方向と逆起電力の方向は同方向となる。 正 転中には、 上記した通電方向は反対方向となっているが、 逆転モー ドの為に、 制動 トルクが発生しているので、 通電方向が同方向 とな る ものである。 従って、 ダイ オー ド 2 1 a， 2 l bを介して流れる 電流は、 V— Eの電圧に転化した電源電圧に蓄積磁気エネルギを 卜 ラ ンジス夕 2 8 aを介して還流するこ と になるので、 通電電流の減 少度合は、 正回転時の場合よ り小さ く 、 降下部の巾が大き く なる。 従って、 図 3 4の点線 3 5 b， 3 5 dに示すよ う になる。 所定値ま で減少する と、 オペアンプ 4 0 bの ヒステ リ シス特性によ り 、 その 出力がハイ レベルと な り 、 再び ト ラ ンジスタ 2 0 a， 2 0 bが導通 して励磁電流は急速に増大する。 かかるサイ クルを繰返すチ ヨ ッパ 回路 と なる。 各位置検知信号の始端 と 末端における ダイ オー ド 4 9 a及び ト ラ ンジスタ 2 8 a， コ ンデンサ 4 7 aの作用効果は正 転時の場合と全く 同様である。 図 3 4の点線 3 5 a， 3 5 c , …の 巾は、 点線 3 5 b , 3 5 d , …の巾よ り小さ く なつている。 点線 3 5 a , 3 5 c , …の区間では、 電力を消費する力5'、 時間巾が小さ いので電力は小量である。 点線 3 5 b , 3 5 d , …では、 回転子と 負荷のエネルギが電力に変換されて電源に還流されている。 この時 間巾は大きいので回生制動が行なわれる効果がある。 所定の減速が 完了したときに、 正転に復帰すると正常な正転の運転に復帰するこ とができる。 印加電圧を上昇せしめると、 例えば毎分 3万回転位と する こ とができる。 図 3 5 の ト ラ ンジスタ 2 8 a， ダイ オー ド 4 9 a , コ ンデンサ 4 7 aは電源正極 2 a側に設けられている力 電源負極 2 b側に設けても同じ目的が達成される。
上述した作用効果は、 電機子コイル 3 9 b , 3 9 cの場合にも全 く 同様である。 次に、 突極と磁極による 1 8 0度の区間の出力 卜 ルクを説明する。 図 3 8のタイムチャー トにおいて、 最下段の曲線 4 2 , 4 2 — 1 は矢印 3 4 a ( 1 8 0度） の出力 トルクを示してい る。 励磁電流が小さいときには、 曲線 4 2 — 1 で示すように出力 卜 ルクは対称形で、 平坦な トルク特性となる。 励振電流が大き く磁束 が飽和値に近づく と、 曲線 4 2で示すように非対称の トルク曲線と なる。 即ち突極が磁極に侵入し始めると急速に トルクが増大し、 次 に平坦となり、 次に漸減する。 更に励磁電流が増大すると平坦部が 殆ど消滅する。 前述した正逆転のモー ドのときに、 中央部の巾の電 機子コイルの通電の場合に、 卜ルク曲線が対称形 （曲線 4 2 — 1 ) のときには、 正逆転時の出力 トルク特性は変化しない。 しかし、 非 対称の場合には、 出力 トルク特性が変化する不都合がある。 しかし 逆転モー ドの減速時に減速 卜ルクが減少するのみなので実用上差支 えはない。
1 2 0度の通電の場合に、 正転モー ドのときには、 矢印 3 4 bの 巾だ電機子コイルの通電をするこ とが一般的手段であるが、 位置検 知信号の始端部よ り矢印 3 4 cの巾だけ通電する場合もある。 回生 制動をして電動機を減速して停止せしめるにはオペアンプ 4 0 b， 4 0 c , 4 0 dの +端子の入力を回転速度に比例する電気信号とす ればよい。 この為にブロ ッ ク回路 4 0 — 1 の出力が切換スィ ッ チ 4 0 a を介 して端子 4 0 の出力 と切換え られる。 ブロ ッ ク回路 4 0 — 1 は回転速度に比例した電圧を発生する周知の回路である。 次に図 3 6 にっき 3相全波通電の場合について説明する。
図 3 0において、 金属製の外筐 （円筒状） 2 5 — 1 の右側には円 形の即板 2 5 - 2の外周折曲部が嵌着され、 両側の中央部に設けた ボール軸受 2 9 a， 2 9 bには回転軸 5が回動自在に支持される。 回転軸 5 には回転子 1 が支持体 5 aを介して固定される。 回転子 1 の突極 （図示せず） は、 図 2 7の回転子 1 の突極と同じ構成と なっている。 突極に磁極が対向する固定電機子 Cは外筐 2 5 — 1 の 内側に固定され、 その構成は図 2 8， 図 2 9の固定電機子 1 6 と同 じ構成となっている。 回転子 1 の右側面には同形の外周部の突出部 を有するアルミニューム製の回転子 2 9が固着し回転子 1 と同期回 転する。 外周部にはコイル 1 0 a， 1 0 b , 1 0 cが対向している ので、 図 3 1 で前述したように図 3 8に示される位置検知信号を得 るこ とができる。
固定電機子 C と同じ構成で位相を回転子 1 の突極に対して相対的 に 1 8 0度ずら して （軸方向のまわり に 1 8 0度回転する） 固定電 機子 C一 1 が外筐 2 5 - 1 の内側に固定され、 その磁極は回転子 1 の外周突極と空隙を介して対向する。 固定電機子 C一 1 の磁極の 電機子 コ イ ルは 3 相 と な り 、 これ等を電機子コ イ ル 3 9 d , 3 9 e , 3 9 f と 呼称する 。 電機子コ イ ル 3 9 d， 3 9 e , 3 9 f を図 3 5 と同様な電気回路によ り 、 図 3 8の位置検知信号 4 3 a , 4 3 b , ···， 44 a , 4 4 b， ···， 4 5 a , 4 5 b , …を 介して電機子コイル 3 9 d， 3 9 e , 3 9 f の通電制御を行なう こ とによ り 3相片波通電の電動機と して運転することができる。 固定 電機子 C， c一 1 の両者によ り 3相全波通電の電動機となる。
図 3 6 にっ き前記 し た電機子コ イ ル 3 9 a ， 3 9 b ，
3 9 f の通電制御の説明をする。
図 3 0の固定電機子 Cに装着された第 1 , 第 2 ， 第 3の相の電機 子コイルに対応する固定電機子 C一 1 に装着された電機子コイルを 第 1 , 第 2 , 室 _ の相の電機子コイルと呼称する。 両者それぞれ片 波の通電となっているので図 3 0の電動機は 3相両波通電となって いる。
1 相の電機子コイルは第 1 ， 第 1 の電機子コイルで構成され、
2 , 3相の電機子コイルは、 それぞれ第 2， 第 2の電機子コイルと 第 3 ， 室一 の電機子コイ ルによ り構成される。 位置検知信号曲線
3 6 a , 3 6 b , …， 3 7 a , 3 7 b , ···， 3 8 a , 3 8 b， …を それぞれ第 1 , 第 2 ， 第 3の相の位置検知信号と呼称し、 位置検知 信号曲線 4 3 a， 4 3 b , …， 曲線 4 4 a , 4 4 b , ···， 曲線
4 5 a , 4 5 b…をそれぞれ筻_上， 2 , 簠^_の相の位置検知信号 と呼称する。
図 3 6 において、 端子 4 2 a , 4 2 b， 4 2 cよ り入力される位 置検知信号はそれぞれ第 1 ， 第 2 ， 第 3の相の位置検知信号とな り、 端子 4 2 d， 4 2 e , 4 2 f よ り入力される位置検知信号はそ れぞれ第 1 ， 第 2 ， 第 3 の位置検知信号となる。 又電機子コ イ ル 3 9 a , 3 9 dはそれぞれ第 1 の相の第 1 , ¾_丄の電機子コイ ル、 電機子コ イ ル 3 9 b， 3 9 e と電機子コイ ル 3 9 c , 3 9 f はそれ ぞれ第 2 と第 3の相の第 2 , 2_の電機子コイル、 第 3 ， _3の電 機子コ イ ルと なる。 端子 4 2 aの入力信号がある と 卜 ラ ンジス夕 2 0 a , 2 0 bが導通して、 順方向に接続したダオー ド 4 9 aを介 して電機子コイル 3 9 aが通電され、 入力信号 （曲線 3 6 a ) の末 端で ト ラ ンジスタ 2 0 a， 2 0 bは不導通に転化する。 電機子コィ ル 3 2 aの蓄積磁気エネルギは、 ダイオー ド 2 1 a， 2 1 bを介し て電源 （端子 2 a， 2 b ) に還流するこ とがダイオー ド 4 9 aによ り防止されて、 コ ンデンサ 4 7 aに充電される。 従って急速に蓄積 磁気エネルギによる放電電流が消滅する。
コ ンデンサ 4 7 aの容量を調整して、 突極が 6 0度回転する時間 即ち図 3 8の曲線 3 6 aの右端と曲線 4 3 aの左端の区間内に上記 した放電電流が消滅するように小さい容量のものが使用される。 容 量が小さすぎる と充電電圧が高すぎて、 ト ラ ン ジスタ 2 0 a ， 2 0 b , 2 0 c , 2 0 dの耐電圧を越えるからである。 従って反 卜 ルクの発生が防止される作用がある。 突極が 6 0度回転すると、 端 子 4 2 dに曲線 4 3 aの位置検知信号が入力されるので、 トラ ンジ ス夕 2 0 c， 2 0 dが導通して電機子コイル 3 2 dの通電が開始さ れる。 このと きの印加電圧は、 コ ンデンサ 4 7 aの高電圧なので電 流は急速に立上がる。 図 3 3 のタ イ ムチャー ト の 3 段目の曲線 3 1 bで示すよ う に立上がる。 その後は、 後述するチヨ ツバ回路に よ り設定された電流値で通電され、 曲線 4 3 aの末端で、 卜 ラ ンジ スタ 2 0 c， 2 0 dが不導通に転化するので電機子コィルに蓄積さ れた磁気エネルギは、 逆流防止用のダイオー ド 4 9 aによ り電源側 に還流するこ とが阻止されて、 コ ンデンサ 4 7 aに流入充電されて 高電圧に充電する。 次に端子 4 2 aよ り曲線 3 6 bの入力信号があ るので、 電機子コイル 3 9 aの通電電流は急速に立上がる。 上述し た説明よ り判るように、 電機子コィル 3 9 a , 3 9 dの蓄積磁気ェ ネルギは、 通電の停止と ともに、 コ ンデンサ 4 7 aに充電されるの で急速に消滅して反 トルクの発生が防止される。 従って、 トルクの 減少することを防止する作用がある。 電機子コイル 3 9 dの通電が 断たれると、 その蓄積磁気エネルギは急速にコンデンサ 4 7 aに充 電されて、 その放出による電流も急速に減少して高速度の回転でも 6 0度以内に消減する。 所定時間後に電機子コイル 3 9 aの通電が 開始され、 コ ンデンサ 4 7 aの高電圧によ り電流は急速に増大す る。 その時間巾も 6 0度突極が回転する時間内となる。
次にチ ヨ ッ パ作用の ある場合につき説明する。 ア ン ド 回路 4 1 a , 4 I d , オペア ンプ 4 0 b , 基準電圧端子 4 0 , 抵抗 2 2 a , 絶対値回路 3 0 aによ り、 トランジスタ 2 0 a， 2 0 b， 2 0 c , 2 0 dをオンオフするチヨ ッパ作用は前実施例と同様であ る 。 かかる チ ヨ ッ ノ 作用 に よ り 、 図 3 3 の通電曲線 3 1 a ， 3 1 b , 3 1 cは方形に近い曲線となる。 点線部がチヨ ッパ作用に よ り設定された電流値となった区間である。 端子 4 2 b， 4 2 eの 入力 ， ダイ オー ド 4 9 b ， コ ンデ ンサ 4 7 b , ア ン ド 回路 4 1 b 4 1 e , トラ ンジスタ 2 0 e， 2 0 f 〜， 抵抗 2 2 b， オペ ア ンプ 4 0 c , 絶対値回路 3 0 b によ り 、 電機子コイル 3 9 b , 3 9 eの通電が制御される作用は、 前述した電機子コイル 3 9 a， 3 9 d と全く 同様である。 又端子 4 2 c， 4 2 f の入力、 ダイォ一 ド 4 9 c， コ ンデンサ 4 7 c， ア ン ド回路 4 1 c， 4 1 f , 卜 ラ ン ジス夕 2 0 i ， 2 0 j ， …， オペアンプ 4 0 d， 抵抗 2 2 c， 絶対 値回路 3 0 c によ り、 電機子コイル 3 9 c， 3 9 f の通電が制御さ れる作用も上述した場合と全く 同様である。 従って、 3相全波通電 の行なわれる リ ラクタ ンス型電動機が得られ、 出力 トルクの大きい 長所を保存し、 回転速度が小さいという重欠点を除去する作用があ る。 又リ プル トルクも小さ く なる。
図 3 3 の曲線 3 1 d , 3 1 eはそれぞれ位置検知信号 3 7 a , 4 4 aによる電機子コイル 3 9 b， 3 9 eの通電曲線である。 曲線 3 1 , 3 1 h , 3 I f はそれぞれ位置検知信号 3 8 a， 4 5 a , 4 5 bによる電機子コイル 3 9 c， 3 9 f の通電曲線である。 コ ン デンサ 4 7 a , 4 7 b , 4 7 c を、 ダイ オー ド 4 9 a， 4 9 b , 4 9 c と電源に並列に並置して設けても本発明を実施するこ とがで きる。 チヨ ッパ作用の区間中に電機子コイルの通電が断たれたと きに、 磁気エネルギによ り コ ンデンサ 4 7 a， 4 7 b， 4 7 cの電 圧が上昇する。 従って電機子コイルが次に通電されたと きに通電の 立上がりを良好とする作用効果がある。
電動機を逆転せしめる手段について次に説明する。
端子 4 2 a， 4 2 b , 4 2 cに入力される位置検知信号をそれぞ れ端子 4 2 d ， 4 2 e , 4 2 f に入力せ し め、 端子 4 2 d， 4 2 e , 4 2 f に入力される位置検知信号をそれぞれ端子 4 2 a , 4 2 b , 4 2 c に入力すると電動機は逆転する。 上述した入力切 換え手段を図 3 2 にっき説明する。 図 3 2 において、 端子 8 a， 8 b , …， 8 f には、 それぞれ図 3 8の位置検知信号曲線 3 6 a , 3 6 b , …， 曲線 3 7 a， 3 7 b , …， 曲線 3 8 a , 3 8 b , ·" , 曲線 4 3 a， 4 3 b , …， 曲線 4 4 a， 4 4 b , …， 曲線 4 5 a ,
4 5 b , …が入力されている。
端子 6 6の入力がハイ レベルのと きには、 ア ン ド回路 6 6 a， 6 6 c , 6 6 e , 6 6 g , 6 6 i ， 6 6 kの下側の入力がハイ レべ ルとな り 、 オア回路 6 5 a， 6 5 b， ···， 6 5 f を介して、 端子 9 a , 9 b , …， 9 f よ り正転する為の位置検知信号が得られる。 端子 9 a， 9 b , .·· , 9 f の出力信号は、 図 3 6の端子 4 2 a， 4 2 b， …， 4 2 f にそれぞれ入力されているものである。 端子 6 6の入力をローレベルとすると、 反転回路 6 6 aによ りハイ レべ ルの電気信号がアン ド回路 6 6 b， 6 6 d , ···， 6 6 iの下側に入 力されるので、 オア回路 6 5 a， 6 5 b , ·'· , 6 5 f を介して、 端 子 9 a， 9 b， 一， 9 f よ り逆転する為の位置検知信号が得られ る。 従って、 端子 6 6の入力信号によ り正逆転を行なう ことができ る。 正転中に、 端子 6 6の入力をローレベルとすると逆転卜ルクが 発生し、 チヨ ッパ回路による励磁電流の上昇部の時間巾は、 降下部 の時間巾よ り小さ く なり、 回生制動が行なわれることは、 図 3 5の 実施例と全く 同様で、 その作用効果も同様である。 図 3 6の端子 2 8 - 1 , 2 8 - 2 , 2 8 — 3 はそれぞれ端子 3 1 — 1 ， 3 1 - 2 , 3 1 - 3 に接続されている。 端子 4 a— 1 ， 4 b - 1 , 4 c一 1 の入力信号はそれぞれ端子 4 2 a， 4 2 dと端子 4 2 b， 4 2 e と端子 4 2 c， 4 2 f の入力信号と同じ信号となっている。 曲線 4 3 a， 4 3 b , …， 曲線 4 4 a， 4 4 b , …， 曲線 4 5 a， 4 5 b , …が入力されている。
端子 6 6 の入力がハイ レベルのと きには、 ア ン ド回路 6 6 a , 6 6 c， 6 6 e , 6 6 g , 6 6 i , 6 6 kの下側の入力がハイ レべ ルとな り 、 オア回路 6 5 a， 6 5 b , ···， 6 5 f を介して、 端子 9 a , 9 b， …， 9 f よ り正転する為の位置検知信号が得られる。 端子 9 a， 9 b， …， 9 f の出力信号は、 図 3 6の端子 4 2 a， 4 2 b , …， 4 2 f にそれぞれ入力されている ものである。 端子 6 6の入力を口一レベルとする と、 反転回路 6 6 aによ りノ\ィ レべ ルの電気信号がアン ド回路 6 6 b， 6 6 d , …， 6 6 i の下側に入 力されるので、 オア回路 6 5 a , 6 5 b， …， 6 5 f を介して、 端 子 9 a， 9 b， …， 9 f よ り逆転する為の位置検知信号が得られ る。 従って、 端子 6 6の入力信号によ り正逆転を行なう こ とができ る。 正転中に、 端子 6 6の入力をローレベルとする と逆転 トルクが 発生し、 チヨ ッパ回路による励磁電流の上昇部の時間巾は、 降下部 の時間巾よ り小さ く なり、 回生制動が行なわれるこ とは、 図 3 5の 実施例と全く 同様で、 その作用効果も同様である。 図 3 6の端子 2 8 - 1 , 2 8 - 2 , 2 8 - 3 は それぞれ端子 3 1 — 1 , 3 1 - 2 , 3 1 — 3 に接続されている。 端子 4 a — l， 4 b — 1， 4 c一 1 の入力信号はそれぞれ端子 4 2 a， 4 2 d と端子 4 2 b， 4 2 e と端子 4 2 c， 4 2 f の入力信号と同じ信号となっている。 従って前実施例と同様に、 正転中に逆転モー ドに転化するこ とに よ り回生制動を行なう こ とができる。
突極が磁極に侵入して、 3 0度の点で電機子コイルの通電が開始 され、 1 2 0度回転して通電が停止されるように、 位置検知素子と なるコイル 1 0 a , 1 0 b , 1 0 cの位置が調整されて電機子側に 固定されている。 従って、 正逆転のいずれの場合でも、 突極が磁極 に侵入して、 3 0度の点で電機子コイルが通電され、 1 2 0度回転 して通電が停止されるので、 正逆転時の出力 トルクがほぼ等しく な る効果がある。
出力 トルクを規制するのは基準電圧 （図 3 6の端子 4 0の電圧） のみなので、 印加電圧に無関係となる。 従って、 電源端子 2 a， 2 bのリ プル電圧は余り関係がないので、 交流電源の場合に、 その 整流の為のコ ンデンサは大容量の必要がなく 、 又交流電源が 3相の 場合には、 コ ンデンサは更に小容量となり、 電源を簡素化できる特 徵がある。
図 3 5， 図 3 6では電機子コィルの両端に設けた トランジスタに よ り通電制御が行なわれているが、 電機子コイルの負電圧側に トラ ンジス夕を 1個のみ使用しても本発明を実施できる。 ，
図 3 7にっきその説明をする。
図 3 7において、 電機子コィル 3 9 a， 3 9 b， 3 9 cの下端に は、 それぞれトランジスタ 2 0 a , 2 0 b及び 2 0 cが揷入されて いる。 ト ラ ンジスタ 2 0 a， 2 0 b， 2 0 cは、 スイ ッチング素子 となるもので、 同じ効果のある他の半導体素子でもよい。 直流電源 正負端子 2 a， 2 bよ り供電が行なわれている。 本実施例では、 卜 ラ ンジスタ 2 0 a , 2 0 b , 2 0 cは電機子コイルの下端即ち電源 負極側にあるので、 その導通制御の入力回路は簡素化される特徴が ある。
端子 4 2 a， 4 2 b， 4 2 c よ り、 図 3 8の位置検知信号曲線 3 6 a , 3 6 b , …， 曲線 3 7 a , 3 7 b ， …， 曲線 3 8 a， 3 8 b , …が入力される。 上述した入力信号によ り、 トランジスタ 2 0 a， 2 0 b , 2 0 cがアン ド回路 4 1 a， 4 1 b， 4 1 cを介 し てべ一ス入力が得 られて導通 して、 電機子コ イ ル 3 9 a , 3 9 b , 3 9 cが導通される。
端子 4 0は励磁電流を指定する為の基準電圧である。 端子 4 0の 電圧を変更するこ とによ り、 出力 トルクを変更するこ とができる。 電源スィ ッチ （図示せず） を投入すると、 オペアンプ 4 0 bの一端 一子の入力は +端子のそれよ り低いので、 オペアンプ 4 0 bの出力は ハイ レベルとなり、 ト ランジスタ 2 0 aが導通して、 電圧が電機子 コ イ ルの通電制御回路に印加さ れる。 抵抗 2 2 ， 絶対値回路 3 0 aは、 電機子コイル 3 9 a , 3 9 b , 3 9 cの励磁電流を検出 する為の抵抗である。
本実施例では、 前述した反 トルク と減 トルクの発生を防止して高 速高 トルク とする為に次の手段が採用される。
図 3 7の小容量のコ ンデンサ 4 7 a及びダイォー ド 2 1 a及び半 導体素子 1 9 a， 1 9 b , 1 9 c等を付設して上述した欠点を除去 し、 又電機子コイルの通電制御のスイ ッチング素子 （記号 2 0 a， 2 0 b , 2 0 c ) を電源負電圧側に 1 個のみ使用したこ とに特徴を 有するものである。
位置検知信号曲線 3 6 aの末端で通電が断たれると、 電機子コィ ル 3 9 aに蓄積された磁気エネルギは、 直流電源側に還流しないで ダイオー ド 2 1 a， 3 3 aを介して、 コ ンデンサ 4 7 aを図示の極 性に充電して、 これを高電圧とする。 従って、 磁気エネルギは急速 に消滅して電流が'急速に降下する。
図 3 3 の タ イ ム チャー ト の 1 段 目 の曲線 2 6 a ， 2 6 b , 2 6 cは、 電機子コイル 3 9 aを流れる電流曲線でその両側の点線 2 6 - 1 と 2 6 — 2 間が 1 2 0度となっている。 通電電流は曲線 2 6 bのように急速に降下して反 トルクの発生が防止され、 コ ンデ ンサ 4 7 aは高電圧に充電して保持される。 電機子コイル 3 9 b， 3 9 cが端子 4 2 b , 4 2 cよ り入力される位置検知信号によ り通 電され、 次に通電が停止される と、 それぞれダイオー ド 3 3 b , 3 3 c , 2 1 b， 2 1 cを介してコ ンデンサ 4 7 b， 4 7 cが高電 圧に充電されて電流は急速に低下する。
次に位置信号曲線 3 8 bによ り、 トラ ンジスタ 2 0 cが導通して 再び電機子コィル 3 9 cが通電されるが、 このときの印加電圧は、 コ ンデンサ 4 7 aの充電電圧と電源電圧 （端子 2 a， 2 bの電圧） の両者となるので、 電機子コイル 3 9 cの電流の立上がりが急速と なる。 この現象によ り、 曲線 2 6 aのように急速に立上がる。
この理由を次に説明する。 図 3 7のブロ ッ ク回路 4によ り位置検 知信号 3 8 bの始端部の微文パルスが得られ、 これを入力とする単 安定回路によ りみじかい巾の電気パルスが得られる。 この電気パル スによ り トラ ンジスタ 3 4 b， 3 4 a , S C R 1 9 aが導通するの で、 コ ンデンサ 4 7 aの高電圧が電機子コイル 3 9 cに印加されて 立上がり の電流を急速と し、 その後は直流電源の電圧によ り曲線 2 6 c (図 3 3 ) の電流が得られる。 コ ンデンサ 4 7 aの放電の終 了と と もに、 S C R 1 9 aは不導通に転化する。
以上の説明のように、 減 トルクと反 トルクの発生が除去され、 又 矩形波に近い通電となるので、 出力 トルクが増大する。
他の電機子コイル 3 9 a , 3 9 b とコ ンデンサ 4 7 b， 4 7 c と S C R 1 9 b , 1 9 cの作用についても上述した事情は全く 同様で ある。
端子 1 9 d， 1 9 e よ り、 対応する位置検知信号の始端部で得ら れる電気パルスの巾だけの電気信号が入力されるものである。 次にチヨ ッパ回路の説明をする。 電機子コイル 3 9 aの励磁電流 が増大して、 その検出の為の抵抗 2 2、 絶縁値回路 3 0 aの電圧が 増大し、 基準電圧端子 4 0の電圧 （オペアンプ 4 0 bの +端子の入 力電圧） を越えると、 ア ン ド回路 4 1 aの下側の入力がローレベル となるので、 ト ラ ンジスタ 2 0 aは不導通に転化し、 励磁電流が減 少する。 オペアンプ 4 0 bのヒステ リ シス特性によ り、 所定値の減 少によ り、 オペアンプ 4 0 bの出力はハイ レベルに復帰して、 トラ ンジス夕 2 ◦ aを導通して励磁電流が増大する。 かかるサイ クルを 繰返して、 励磁電流は設定値に保持される。 図 3 3の曲線 2 6 cで 示す区間がチ ヨ ッ パ制御の行なわれている 区間である。 曲線
2 6 c の高さは基準電圧端子 4 0 の電圧によ り規制される。 図
3 7の電機子コイル 3 9 bは、 端子 4 2 bよ り入力される位置検知 信号曲線 3 7 a， 3 7 b , …によ り 、 その巾だけの ト ラ ンジスタ 2 0 bの導通によ り通電され、 オペアンプ 4 0 b、 抵抗 2 2、 絶対 値回路 3 0 a、 ア ン ド回路 4 1 b によ り チヨ ヅ パ制御が行なわれ る。 電機子コイル 3 9 cについても上述した事情は全く 同様で、 端 子 4 2 cに図 3 8の位置検知信号曲線 3 8 a， 3 8 b , …が入力さ れて電機子コイ ル 3 9 cの通電制御が行なわれる。 ト ラ ンジスタ 2 0 c、 アン ド回路 4 1 c、 オペアンプ 4 0 b、 抵抗 2 2、 絶対値 回路 3 0 aの作用効果も前述した場合と全く 同様である。
電機子コイ ルの通電は、 突極が磁極に侵入する点若し く は 3 0度 の区間のいずれの点でもよい。 回転速度、 効率、 出力 トルクを考慮 して調整し、 位置検知素子となるコイル 1 0 a， 1 0 b , 1 0 cの 固定電機子側に固定する位置を変更する。 以上の説明よ り理解され るよう に 3相片波通電の電動機と して効率良く 、 大きい出力と高速 回転を行なう こ とができるので本発明の目的が達成される。
コ ンデンサ 4 7 a , 4 7 b , 4 7 cは小容量の方が充電電圧が高 電圧となるので、 通電曲線の立上がり と降下を急速と し、 高速回転 の電動機を得るこ とができ、 リ ラクタンス型電動機の欠点となって いる低速度となる欠点が除去できる。 上述したコ ンデンサの容量は 充電電圧が回路の 卜ランジタを破損しない範囲で小容量のものを使 用するこ とがよい。
界磁マグネッ 卜がないので、 減速若しく停止せしめる為の電磁制 動を行なう こ とが不可能となり、 また、 回生制動もできない欠点が ある。 従って、 サーボ電動機、 電動車用の駆動電動機と して使用す るこ とができない。
本発明によ り上述した欠点が除去される。 次にその詳細を説明す る。 回生制動の為に、 図 3 7 において、 コ ンデンサ 4 7 a， 4 7 b , 4 7 c , には、 半導体スイ ッチング素子となる トランジス 夕 2 8 a， 2 8 b， 2 8 cが直列に接続され、 トランジスタ Gが挿 入される。
正転中に制動の為に逆転する為には、 端子 4 2 a， 4 2 b , 4 2 cの入力信号を図 3 8の位置検知信号曲線 4 3 a , 4 3 b , ···、 曲線 4 4 a , 4 4 b , "-、 曲線 4 5 a， 4 5 b , —にそれぞれ 切換える。
次に正転中に逆転モー ドと して回生制動を行なう ときの詳細を説明 する。 正転モー ドのときの電機子コイル 3 9 a， の通電の説明をす る。
図 3 4において、 曲線 3 6 aは端子 4 2 aの入力位置検知信号であ る。 矢印 3 8 — 1 は 1 2 0度の巾を示している。 図 3 7の 卜ラ ンジ スタ 2 8 a , 2 8 aはベース端子 4 a — 1 の入力によ り導通され る。
他の ト ラ ンジスタ 2 8 b， 2 4 bのべ一ス端子 4 a — 2の入力信 号ならびに ト ラ ンジスタ 2 8 c， 2 4 cのベース端子 4 a — 3 の入 力信号もそれぞれ対応する位置検知信号となる。
上述した トラ ンジスタ 2 8 a， 2 8 b , 2 8 cの制御は回生制動 時の逆転モー ドのと きに行なわれ、 正転モー ドのと きには、 ベース 端子 4 a — 1 ， 4 a - 2 , 4 a — 3はアースレベルに保持され各 卜 ラ ンジスタは不導通に保持しても若しく は正転モー ドのと きにも逆 転モー ドと同じ導通制御をしても本発明の目的を達成するこ とがで きる。 端子 4 a - 1 ， 4 a - 2 , 4 a - 3の入力信号はそれぞれ端 子 4 2 a， 4 2 b , 4 2 cの入力位置検知信号となっている。
電機子コイル 3 9 aの電流の立上がり部は、 コ ンデンサ 4 7 bの 高電圧によ り急速となる。 オペアンプ 4 0 bの出力が口一レベルに 転化する と、 ト ラ ンジスタ 2 0 aは不導通に転化するので、 卜 ラ ン ジスタ 2 8 aを介して磁気エネルギが電源側に還流され電機子コィ ル 3 9 a の電流が減少し、 所定値まで減少する と 、 オペア ンプ 4 0 bのヒステ リ シス特性によ り出力がハイ レベルとなり、 ト ラン ジスタ 2 0 aが導通して電流が增大する。 かかるサイクルを繰返す チヨ ッパ回路となる。 かかるチヨ ッパ回路は他の周知の手段でもよ い。
曲線 3 6 aの末端で トラ ンジスタ 2 0 a， 2 8 aが不導通となる ので、 蓄積磁気エネルギの放出による電流は、 コ ンデンサ 4 7 aを 充電するので急速に降下する。 従って前述したように、 減 トルク と 反 トルクの発生が防止されて高速高効率の電軌機が得られる。 励磁 電流値は基準電圧端子 4 0の電圧によ り制御することができる。 他 の電機子コイル 3 9 b， 3 9 cについても上述した事情は全く 同様 である。
正転中に逆転モードに転換して減速する場合を図 3 4の下段の曲線 について説明する。 出力の大きい電動機の場合には、 回生制動を行 ない、 回転子及び負荷の運動エネルギを電源に帰還する必要があ る。
次にその手段を説明する。 正転中に減速若しく は停止の為に、 逆 転モー ドに転換することによ りその目的が達成される構成となって いる。 逆転モー ドの場合の、 電機子コイル 3 9 aについて説明する と、 起電力は矢印 3 0の方向となり、 電機子コィル 3 9 aに印加さ れる電圧は、 V + Eとなる。 Vは端子 2 a， 2 bの電圧、 Eは逆起 電力即ち電機子コィル 3 9 aに鎖交する磁束量が回転とともに減少 することによる起電力である。
従って、 図 3 4のタイムチヤ一 卜の 2段目の曲線 4 3 aの位置検 知信号によ り、 点線 3 5 a， 3 5 c , …のように急速に設定値まで 増大すると、 オペアンプ 4 0 bの出力がローレベルとなるので、 卜 ラ ンジスタ 2 0 aが不導通に転化し、 電機子コイル 3 9 aの蓄積磁 気エネルギ放出による通電方向と逆起電力の方向は同方向となる。
正転中には、 上記した通電方向は反対方向となっているが、 逆転 ' モー ドの為に、 制動 トルクが発生しているので、 通電方向が同方向 となるものである。
従って、 ダイ オー ド 2 l a , 3 3 aを介して流れる電流は、 V— Eの電圧に転化した電源電圧に蓄積磁気エネルギを 卜ラ ンジス 夕 2 8 aを介して還流する こ と になるので、 通電電流の減少度合 は、 正回転時の場合よ り小さ く 、 降下部の巾が大き く なる。 従つ て、 図 3 4の点線 3 5 b， 3 5 dに示すよう になる。 所定値まで減 少すると、 オペアンプ 4 0 bのヒステ リ シス特性によ り、 その出力 がハイ レベルとなり、 再び ト ラ ンジスタ 2 0 aが導通して励磁電流 は急速に増大する。 かかるサイ クルを繰返すチヨ ッパ回路となる。 位置検知信号の始端と末端におけるコ ンデンサ 4 7 aの作用効果は 正転時の場合と全く 同様である。 図 3 4の点線 3 5 a， 3 5 c， … の巾は、 点線 3 5 b， 3 5 d , ··'の巾よ り小さ く なつている。 点線 3 5 a , 3 5 c , …の区間では、 電力を消費する力 、 時間巾が小さ いので電力は小量である。 点線 3 5 b， 3 5 d , …では、 回転子と 負荷のエネルギが電力に変換されて電源に還流されている。 この時 間巾は大きいので回生制動が行なわれる効果がある。 所定の減速が 完了したと きに、 正転に復帰すると正常な正転の運転に復帰するこ とができる。
上述した作用効果は、 電機子コイル 3 9 b， 3 9 cの場合にも全 く 同様である。 正転モー ドのときには、 トランジスタ Gのベース 端子は導通するようにその入力が保持され、 逆転モー ドに転化する と、 図 3 4の曲線 3 5 a， 3 5 c , …の時間巾のみだけ 卜 ラ ンジス タ Gが導通するようにベース制御されるので、 電源よ り電機子コィ ル 3 9 aの供電が行なわれ、 曲線 3 5 b， 3 5 d， …の巾だけ トラ ンジスタ Gは不導通とな り、 ト ラ ンジスタ 2 8 aを介して電力が電 源側に回生するこ とができる。
他の電機子コイル 3 9 b , 3 9 cについても上述した事情は同様 である。
次に回生制動でなく電磁制動の場合について説明する。 この場合 には トランジスタ Gは除去される。
逆転モー ドの場合に、 図 3 4の曲線 3 5 a， 3 5 c , …の立上が りが急速となり、 曲線 3 5 b， 3 5 d , …の巾が大き く なり、 この 区間においては、 各電機子コイルの蓄積磁気エネルギは、 ダイォ一 ド 2 1 a , 2 1 b ， 2 1 c と ト ラ ン ジスタ 2 8 a ， 2 8 b , 2 8 cを介して、 各電機子コイルのジュール損失となり、 一部が電 源に回生される。
次に、 突極と磁極による 1 8 0度の区間の出力 トルクを説明す る 。 図 3 8 の タ イ ム チ ャ ー ト において、 最下段の曲線 4 2 , 4 2 — 1 は矢印 3 4 a ( 1 8 0度） の出力 トルクを示している。 励 磁電流が小さいときには、 曲線 4 2 — 1 で示すように出力 トルクは 対称形で、 平坦な トルク特性となる。 励磁電流が大き く磁束が飽和 値に近づく と、 曲線 4 2で示すように非対称の 卜ルク曲線となる。 即ち突極が磁極に侵入し始めると急速に トルクが増大し、 次に平坦 となり、 次に漸減する。 更に励磁電流が増大すると平坦部が殆ど消 減する。 前述した正逆転のモー ドのときに、 中央部の巾の励磁コィ ルの通電の場合に、 トルク曲線が対称形 （曲線 4 2 — 1 ) のと きに は、 正逆転時の出力 トルク特性は変化しない。 しかし、 非対称の場 合には、 出力 トルク特性が変化する不都合がある。 しかし逆転モー ドの減速時に減速 トルクが減少するのみなので実用上差支えはな い。
1 2 0度の通電の場合に、 正転モー ドのときには、 矢印 3 4 bの巾 だけ励磁コイルの通電をすることが一般的手段であるが、 位置検知 信号の始端部よ り矢印 3 4 cで示すように 1 2 0度の通電をする場 合もある。 後者の場合は毎分数万回転の高速度回転の場合に有効で ある。
上述した説明よ り理解されるよ うに、 正転中に逆転モー ド とする こ とによ り回生制動が行なわれて電動機が減速するこ とができる。 減速の トルクは図 3 7の端子 4 0の電圧によ り規制するこ とができ る。 減速して停止せしめる為には次の手段が採用される。 減速モー ドにする と同時に端子 4 0の電圧を回転速度に比例する電圧とする と、 減速するに従って減速 トルクが減少し、 停止すると電機子コィ ルの電流も零とな り、 停止せしめるこ とができる。
図 3 7のブロ ッ ク回路 2 8は、 電動機の回転速度に比例して +端 子 4 0 cの入力電圧を変更する回路である。 回生制動の為に逆転 モー ドに変更したと きに、 同時に切換スィ ッチ 4 0 aを切換えて、 プロ ッ ク回路 2 8の出力電圧がオペアンプ 4 0 bに入力されるよ う にすると、 電動機の減速と と もに端子 4 0 cの電圧が降下し、 従つ て励磁電流も減少する。 かかる制動によ り電動機は停止する。
マグネッ 卜回転子を有する電動機の電機子コイルを短絡した場合 の制動停止作用 と相似した停止特性を得るこ とができる。

Claims

言青 求 の 範 囲
1 . 固定電機子と磁性体回転子を備えた 3相片波通電の リ ラクタ ンス型直流電動機において、
該磁性体回転子の外周回転面に等しい巾 と離間角で配設された 2個の突極と、
該固定電機子内周面に等しい離間角で配設された 1 2個のスロ ッ 卜 と、
1番目 と 4番目の該スロ ッ 卜に捲回されたコイルならびに 7番目 と 1 0番目の該スロ ッ 卜に捲回されたコイルを直列若しく は並列に 接続した第 1 の相の電機子コイルと、
3番目と 6番目の該スロ ッ 卜に捲回されたコイルならびに 9番目 と 1 2番目の該スロ ッ 卜に捲回されたコイルを直列若しく は並列に 接続した第 2の相の電機子コイルと、
5番目 と 8番目の該スロ ッ 卜に捲回されたコイルならびに 1 1番 目 と 2番目の該スロ ッ トに捲回されたコイルを直列若しく は並列に 接続した第 3の相の電機子コイルと、
該突極の回転位置を検出する位置検知素子の出力によ り電気角で 1 2 0度の巾で互いに 2 4 0度離間した第 1 の相の位置検知信号及 びこれ等よ り電気角で 1 2 0度位相のおくれた第 2の相の位置検知 信号及びこれ等よ り電気角で 1 2 0度位相のおくれた第 3の相の位 置検知信号が得られる位置検知装置と、
該.第 1 ， 第 2， 第 3の相の各電機子コイルの電源負極側に挿入さ れた 1個のスィ ツチング素子と、
各々の該電機子コイルの電源正極側に順方向に挿入された 1個の 第 1 のダイオー ドと、 · 該第 1 のダイオー ド と該電機子コイルと該スイ ッチング素子の直 列接続体に供電する直流電源と、
該第 1 ， 第 2 ， 第 3の相の位置検知信号によ りそれぞれ対応する 該第 1 ， 第 2 , 第 3の相の電機子コイルに接続した該スイ ッ チング 素子を位置検知信号の巾だけ導通して該電機子コイルを通電せしめ て出力 トルクを得る通電制御回路と、
該スィ ツチング素子が該位置検知信号の末端で不導通に転化した と きに、 該スイ ッ チング素子と該電機子コイルとの接続点よ り、 第 2のダイォー ドを介して該電機子コイルに蓄積された磁気エネルギ を小容量のコ ンデンサに流入充電して保持し、 該電機子コイルの通 電電流の降下を急速とする第 1 の電気回路と、
該磁性体回転子が設定された角度だけ回転して、 該位置検知信号 によ り導通される該スィ ツチング素子を介して該電機子コイルの通 電が開始されたと きに、 該スイ ッチング素子の導通と词期して導通 される半導体素子を介して、 該第 1 のダイオー ドと該電機子コイル の接続点よ り前記した小容量のコ ンデンザに蓄積した静電工ネルギ を流入せしめて通電電流の立上り を急速とする第 2の電気回路と、 該電機子コイルの通電電流が所定値を越えて増大したこ とを検出 して検出電気信号を得る検出回路と、
該検出電気信号によ り該電機子コイルの通電を停止し、 所定時間 後に通電せしめるこ とによ り通電電流を所定値に保持するチヨ ッパ 回路と、
よ り構成されたこ とを特徴とする リ ラ クタ ンス型 3相高速電動
2 . 該電機子コイルの通電が停止されたと きに、 該第 2 のダイ オー ドを介して小容量のコンデンサに該電機子コイルの磁気エネル ギを流入して、 チヨ ッパ周波数に対応した回数だけ静電工ネルギと して充電して保持する第 3の電気回路とよ り構成される請求項 1記 載のリ ラクタ ンス型 3相高速電動機。
3 . 固定電機子と磁性体回転子を備えた 2相全波通電のリ ラクタ ンス型直流電動機において、
該磁性体回転子の外周回転面に等しい巾と離間角で配設された 2個の突極と、
該固定電機子内周面に等しい離間角で配設された 8個のスロ ッ ト と、
1番目 と 3番目の該スロ ッ トに捲回されたコイルならびに 5番目 と 7番目の該スロ ッ 卜に捲回されたコイルを直列若し く は並列に接 続した第 1 の相の電機子コイルと、
2番目 と 4番目の該スロ ッ 卜に捲回されたコイルならびに 6番目 と 8番目の該スロ ッ 卜に捲回されたコイルを直列若しく は並列に接 続した第 2の相の電機子コイルと、
3番目と 5番目の該スロ ッ 卜に捲回されたコイルならびに 7番目 と 1番目の該スロ ッ 卜に捲回されたコイルを直列若し く は並列に接 続した第 3の相の電機子コイルと、
4番目 と 6番目の該スロ ッ 卜に捲回されたコイルならびに 8番目 と 2番目の該スロ ッ 卜に捲回されたコイルを直列若しく は並列に接 続した第 4の相の電機子コイルと、
該突極の回転位置を検出する位置検知素子の出力によ り電気角で 9 0度の巾で順次に 3 6 0度位相のおく れた第 1 の相の位置検知信 号及びこれ等よ り電気角で 9 0度位相のおく れた第 2の相の位置検 知信号及びこれ等よ り電気角で 9 0度位相のおく れた第 3の相の位 置検知信号及びこれらよ り電気角で 9 0度位相のおく れた第 4の相 の位置検知信号が得られる位置検知装置と、
該第 1 , 第 2 ， 第 3 , 第 4の相の各電機子コイ ルの電源負極側に 挿入された 1 個のスイ ッチング素子と、
各々の該電機子コイルの電源正極側に順方向に挿入された 1 個の 第 1 のダイオー ドと、
該ダイオー ド と該電機子コイルと該スイ ッチング素子の直列接続 体に供電する直流電源と、
該第 1 ， 第 2 ， 第 3 ， 第 4の相の位置検知信号によ りそれぞれ対 応する該第 1 ， 第 2 ， 第 3， 第 4の相の電機子コイルに接続した該 スィ ツチング素子を該位置検知信号の巾だけ導通して該電機子コィ ルを通電せしめて最大出力 トルクを得る通電制御回路と、
該スィ ツチング素子が該位置検知信号の末端で不導通に転化した と きに、 該スイ ッ チング素子と該電機子コイルとの接続点よ り、 第 2のダイォー ドを介して該電機子コイルに蓄積された磁気エネルギ を小容量のコ ンデンサに流入充電して保持し、 該電機子コイルの通 電電流の降下を急速とする第 1 の電気回路と、
該磁性体回転子が設定された角度だけ回転して、 該位置検知信号 によ り導通される該スィ ツチング素子を介して該電機子コイルの通 電が開始されたと きに、 該スイ ッチング素子の導通と同期して導通 される半導体素子を介して、 第 1 のダイオー ドと該電機子コイルの 接続点よ り前記した小容量のコ ンデンサに蓄積した静電工ネルギを 流入せしめて通電電流の立上りを急速とする第 2の電気回路と、 該電機子コイルの通電電流が所定値を越えて増大したことを検出 して検出電気信号を得る検出回路と、
該検出電気信号によ り該電機子コイルの通電を停止し、 所定時間 後に通電せしめるこ とによ り通電電流を所定値に保持するチョ ッパ 回路と、 ·
よ り構成されたこ とを特徴とする リ ラ クタ ンス型 2相高速電動
4 . 該電機子コイルの通電が停止されたときに、 第 2のダイォ一 ドを介して小容量のコンデンサに該電機子コイルの磁気エネルギを 流入して、 チヨ ッパ周波数に対応した回数だけ静電工ネルギと して 充電して保持する第 3の電気回路とよ り構成される請求項 3記載の リ ラクタンス型 2相高速電動機。
5 . 固定電機子と磁性体回転子を備えた 2相全波通電のリ ラクタ ンス型直流電動機において、
該磁性体回転子の外周回転面に等しい巾 と離間角で配設された 2個の突極と、
該固定電機子内周面に等しい離間角で配設された 8個のスロ ッ 卜 と、
1番目 と 3番目の該スロ ッ 卜に捲回されたコイルならびに 5番目 と 7番目の該スロ ッ 卜に捲回されたコイルを直列若しく は並列に接 続した第 1 の相の電機子コイルと、
2番目 と 4番目の該スロ ッ 卜に捲回されたコイルならびに 6番目 と 8番目の該スロ ッ 卜に捲回されたコイルを直列若し く は並列に接 続した第 2の相の電機子コイルと、
3番目と 5番目の該スロ ッ 卜に捲回されたコイルならびに 7番目 と 1 番目の該スロ ッ 卜に捲回されたコイルを直列若し く は並列に接 続した第 3の相の電機子コイルと、
4番目 と 6番目の該スロ ッ 卜に捲回されたコイルならびに 8番目 と 2番目の該スロ ッ 卜に捲回されたコイルを直列若し く は並列に接 続した第 4の相の電機子コイルと、
該突極の回転位置を検出する位置検知素子の出力によ り電気角で 9 0度の巾で順次に 3 6 0度位相のおく れた第 1 の相の位置検知信 号及びこれ等よ り電気角で 9 0度位相のおくれた第 2の相の位置検 知信号及びこれ等よ り電気角で 9 0度位相のおくれた第 3の相の位 置検知信号及びこれ等よ り電気角で 9 0度位相のおく れた第 4の相 の位置検知信号が得られる位置検知装置と、
各々の該電機子コイルと該スィ ツチング素子の直列接続体に供電 する直流電源と、
該第 1 , 第 2 ， 第 3 ， 第 4の相の位置検知信号によ りそれぞれ対 応する第 1 ， 第 2 , 第 3 , 第 4の相に接続した該スイ ッ チング素子 を導通して、 正 トルクの発生する区間の始端部よ り該位置検知信号 の巾だけ該電機子コイルを通電せしめて出力 トルクを得る通電制御 回路と、
該第 1 ， 第 2 ， 第 3 ， 第 4の相の各電機子コイルの電源負極側に 挿入された 1個のスイ ッチング素子と、
該第 1 , 第 2 ， 第 3， 第 4の相の各電機子コイルと該スィ ッチン グ素子の直列接続体のそれぞれに逆接続された第 1群のダイ オー ド と、
該第 1 ， 第 3の相の電機子コイルの通電が断たれたときに、 蓄積 磁気エネルギを該電機子コィルと該スイ ツチング素子の接続点に接 続した第 2群のダイオー ド及び該第 1群のダイオー ドを介してコン 5 デンサに充電する第 1 の電気回路と、
- 該コ ンデンサの正極と電源正極との間に挿入されると ともにコ ン デンサの電圧と電源電圧を比較して、 前者と後者がほぼ等しく なる ように通電制御をする第 2の電気回路と、
該電機子コイルの通電電流が該電機子コィルを焼損する電流値を0 越えないように保持するチヨ ッパ回路と、
よ り構成されたこ とを特徴とする リ ラクタ ンス型 2相高速電動
6 . 珪素鋼板積層体によ り作られた円柱状磁性体回転子と、5 該磁性体回転子の中心線に固定された回転軸と、
該回転軸を回動自在に支持するように該回転軸の両端を支持する 軸受と、
該回転子の外側回転面に突出された 9 0度の巾で互いに 9 0度離 間した第 1 ， 第 2の突極と、
0 円環状の珪素鋼板積層体によ り作られ、 その内側面のスロ ッ 卜に 2相若し く は 3相の電機子コイルが装着された固定電機子と、 該固定電機子の内側円周面と設定された巾の空隙を介して前記し た第 1 ， 第 2の突極の外側円周面が回転すると ともに、 該固定電機 子の内側円周面と該第 1 の突極との空隙の巾が該第 2の突極の空隙5 の巾よ り所定値だけ小さ く なるように該第 1 ， 第 2の突極外周面と 該回転軸との距離を異ならしめる手段と、
該磁性体回転子の回転バラ ンスを保持するように該第 2の突極側 に固定されたバラ ンスウェイ 卜 と、
よ り構成されたこ とを特徴とする リ ラクタ ンス型高速電動機の回 転子。
7 . 磁性体固定電機子と磁性体回転子を有する 3相の リ ラクタ ン ス型電動機において、
該磁性体回転子の外周面に等しい巾と等しい離間角で配設された n個 （ nは 3以上の正整数） の突極と、
円筒状の固定電機子の内周部に等しい離間角で配設された 6 n個 のスロ ッ 卜 と、 該スロ ッ 卜 に装着される と と もに位相が電気角で 1 2 0度づっ順次にずらして装着された第 1 ， 第 2 ， 第 3の相の電 機子コイルと、
該突極の回転位置を検出して、 電気角で 1 2 0度の巾で互いに 2 4 0度離間した第 1 の相の位置検知信号ならびにこれ等よ り位相 が電気角で 1 2 0度おく れた第 2の相の位置検知信号ならびにこれ 等よ り位相が電気角で 1 2 0度おくれた第 3の相の位置検知信号が 得られる位置検知装置と、
該第 1 ， 第 2 ， 第 3の相の電機子コイルのそれぞれに直列に接続 された半導体スイ ッチング素子と、
該,第 1 , 第 2 , 第 3の相の電機子コイルと該半導体スイ ッ チング 素子の直列接続体に供電する直流電源と、
該第 1 ， 第 2 , 第 3の相の位置検知信号を介してそれぞれ該第 1 ， 第 2 , 第 3の相の電機子コイ ルに直列に接続した該半導体ス ィ ツチング素子を該位置検知信号の巾だけ導通して該電機子コイル を通電する通電制御回路と、
該半導体スィ ッチング素子が該位置検知信号の末端で不導通に転 化したときに、 該半導体スィ ッチング素子と該電機子コィルとの接 続点よ り、 ダイオードを介して該電機子コイルによ り蓄積された磁 気エネルギを小容量のコ ンデンサに流入充電して保持するこ とによ り該電機子コイ ルの通電電流の降下を急速とする第 1 の電気回路 と、
設定された角度だけ該磁性体回転子が回転して次に通電される該 電機子コイルが該位置検知信号によ りその巾だけ通電される と き に、 その通電の開始されると同時に前記した小容量の該コ ンデンサ に蓄積された静電工ネルギを、 該電機子コイルに流入せしめて、 通 電電流の立上がりを急速とする第 2の電気回路と、
該第 1 , 第 2， 第 3の相の電機子コイルの通電電流を検出して検 出信号を得る電機子電流検出装置と、
該検出信号によ り、 該電機子電流が設定値を越えると前記した半 導体スィ ツチング素子を不導通に転化し、 該電機子コイルの磁気ェ ネルギの放出による電流が所定値まで降下すると再び該半導体ス ィ ツチング素子を導通して該電機子電流を設定値に保持するチヨ ッ パ回路と、 よ り構成されたこ とを特徴とする 3相リ ラクタンス型電 動機。
8 . 請求項 7の特許請求の範囲において、 該回転子の片側面の複 数個の該突極と該固定電機子内周面との間の空隙が他の該突極と該 固定電機子内周面との間の空隙よ り大きく若しく は小さ く構成され たこ とを特徴とする 3相 リ ラクタ ンス型電動機。
9 . 請求項 7の特許請求の範囲において、 該固定電機子の内周部 の片側面の複数個の該スロ ッ 卜に装着される該電機子コイルのアン ぺャターンが他の該スロ ッ 卜に装着される該電機子コイルのアンべ ャター ン よ り大き く若し く は小さ く されたこ とを特徴とする 3相リ ラクタ ンス型電動機。
1 0 . 3相両波通電の リ ラクタ ンス型電動機において、
磁性体回転子の外周面の両側部に等しい巾と等しい離間角で配設 された n個 （ nは 3以上の正整数） の第 1 ， 第 2の突極と、 .
円筒状の第 1 の固定電機子の内周部に等しい離間角で配設された 6 n個のスロ ッ トに位相が電気角で 1 2 0度づっ順次にずら して装 着された第 1 ， 第 2 , 第 3の相の電機子コイルと、
該第 1 の固定電機子と全く 同じ構成で、 そのスロ ッ 卜に該第 1 , 第 2 , 室 ^の相の電機子コイルが装着された第 2の固定電機子と、 該第 1 の固定電機子の該スロ ッ ト と該第 1 の突極との対向位置と 該第 2の固定電機子の該スロ ッ 卜 と該第 2の突極との対向位置を電 気角で 1 8 0度ずらして配設する手段と、
該第 1 の突極の回転位置を検出して、 電気角で 1 2 0度の巾で互 いに 2 4 0度離間した第 1 の相の位置検知信号ならびにこれ等よ り 位相が電気角で 1 2 0度おく れた第 2の相の位置検知信号ならびに これ等よ り位相が電気角で 1 2 0度おくれた第 3の相の位置検知信 号ならびに該第 1 ， 第 2 ， 第 3の相の位置検知信号よ りそれぞれ位 相が電気角で 1 8 0度おく れた第 1 ， 第 2 ， 第 3の相の位置検知信 号が得られる位置検知装置と、
第 1 ， 第 2 , 第 3， i_i , _ 2_， _3の相の電機子コイルのそれ ぞれに直列接続された半導体スィ ッチング素子と、
該電機子コイルと該半導体スイ ッチングとの直列接続体に供電す る直流電源と、
該第 1 ， 第 2， 第 3 , 1 , 第 2， 第 3の相の位置検知信号を介 してそれぞれ該第 1 ， 第 2， 第 3， 1 , 第 2 , 室 _ の相の電機子 コィルに直列に接続した該半導体スィ ッチング素子を該位置検知信 号の巾だけ導通して該電機子コィルを通電する通電制御回路と、 該半導体スィ ッチング素子が該位置検知信号の末端で不導通に転 化したときに、 該半導体スィ ッチング素子と該電機子コィル.との接 続点よ り、 ダイオー ドを介して該電機子コイルによ り蓄積された磁 気エネルギを小容量のコ ンデンサに流入充電して保持することによ り該電機子コイ ルの通電電流の降下を急速とする第 1 の電気回路 と、
設定された角度だけ該磁性体回転子が回転して次に通電される該 電機子コイルが位置検知信号によ りその巾だけ通電されるときに、 その通電の開始されると同時に前記した小容量のコンデンザに蓄積 された静電工ネルギを、 該電機子コイルに流入せしめて、 通電電流 の立上がりを急速とする第 2の電気回路と、
該第 1 ， 第 2 ， 第 3の相の電機子コイルの通電電流を検出して検 出信号を得る電機子電流検出装置と、
該検出信号によ り、 電機子電流が設定値を越えると前記した半導 体スイ ツチング素子を不導通に転化し、 該電機子コイルの磁気エネ ルギの放出による電流が所定値まで降下する と、 再び該半導体ス イ ッチング素子を導通して該電機子電流を設定値に保持する第 1 の チヨ ッパ回路と、
該第 1 ， 第 2 , 第 3の電機子コイルの通電電流を設定値に保持す る同じ構成の第 2のチヨ ッパ回路と、 よ り構成されたこ とを特徴と する 3相 リ ラクタ ンス型電動機。
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