WO1997004520A1 - Moteur a reluctance polyphase - Google Patents

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WO1997004520A1
WO1997004520A1 PCT/JP1996/001972 JP9601972W WO9704520A1 WO 1997004520 A1 WO1997004520 A1 WO 1997004520A1 JP 9601972 W JP9601972 W JP 9601972W WO 9704520 A1 WO9704520 A1 WO 9704520A1
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armature coil
armature
pole
magnetic
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Itsuki Bahn
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Sekoh Giken KK
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Sekoh Giken KK
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K19/103—Motors having windings on the stator and a variable reluctance soft-iron rotor without windings
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
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    • H—ELECTRICITY
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/03—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with a magnetic circuit specially adapted for avoiding torque ripples or self-starting problems
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    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings

Definitions

  • the present invention relates to a multi-phase reluctance motor that has a linear torque characteristic with respect to an energizing current, and is devised so that high-speed rotation and a large output torque can be obtained.
  • the reluctance motor has the characteristic of high output torque, but it has been put into practical use for a special purpose because of its drawbacks, such as low rotational speed and vibration. With few exceptions, few have been commercialized.
  • Reference numeral 16 denotes a solid armature, made of a laminated silicon steel sheet, and has magnetic poles 16 &, '16 ⁇ ,..., and armature coils 17 a — 1, 17 b — 1, ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ , 1 7 f — 1 is mounted.
  • the rotor 1 fixed to the rotating shaft 5 has eight projections 1a, 1b, 1c, ——, 1h. When the rotor 1 is in the state shown in Fig.
  • the rotor 1 moves in the direction of arrow A. Rotate. The energization is stopped when the rotor 1 rotates 120 degrees in electrical angle. Next, the armature coils 17c-1 and 17f-1 are energized, and when energized 120 degrees in electrical angle, they rotate in the same direction of the arrow A.
  • the armature coil is [17 a — 1, 17 d -L] ⁇ [17 b-1, 17 e-l] ⁇ [17 c-1, 17 f-1] --- Rotate in A direction.
  • the magnetic poles 16a and 16d become salient poles 1a and 1e. Since it is sucked in the radial direction, the fixed armature 16 is deformed and distorted by the suction force. Further, when the rotor 1 rotates and the armature coils 17 b—1 and 17 e—1 are energized, the magnetic poles 16 b and 16 e become the diameters of the magnetic poles 1 a and 1 e. The armature 16 is similarly deformed and distorted.
  • the magnetic poles 16c and 16f are oriented radially to the magnetic poles 1a and le.
  • the stationary armature 16 is similarly deformed and distorted.
  • the direction in which the fixed armature 16 is deformed in accordance with the rotation of the rotor 1 changes one after another. ⁇ Therefore, the vibration is generated by the deformation that changes the direction.
  • Another problem is that the gap between the salient pole and the magnetic pole must not be kept constant. As a result, vibration noise is generated during the rotation of the motor, and the useful life of the bearing of the rotating shaft of the zero trochanter 1 is reduced. Make The above-mentioned problems are difficult to solve if the output is large and large.
  • An object of the present invention is to provide a multi-phase reluctance motor having a large output torque and suppressing generation of vibration.
  • the multi-phase reactance motor according to the present invention has n (n is a positive integer of 2 or more) salient poles in the circumferential direction having the same width. And adjacent soft magnetic rotors formed at equal intervals and m ⁇ ⁇ n slots (m is a positive integer of 3 or more) formed at equal intervals in the circumferential direction.
  • An armature coil is attached to the matching parts to form mxn magnetic poles, and the armature coil is used for the first phase armature coil and the second phase armature.
  • a fixed armature connected to form a coil, a third-phase armature coil, an N-phase armature coil, and the rotor is rotated with respect to the fixed armature.
  • a position detecting device that detects a shift position and outputs a position detection signal of the first, second, third, and Nth phases sequentially separated by a predetermined width with a predetermined width;
  • One-phase armature coil, second-phase armature coil, third-phase armature coil ..., N-phase armature coil A switching element, a DC power supply for supplying power to the armature coil of each phase via a semiconductor switching element connected in series to the armature coil, and The continuity of the semiconductor switching element is controlled by the position detection signals of the first, second, third,..., And Nth phases from the output device, and the first phase relay is controlled.
  • the coil is energized simultaneously with the armature coil of the second phase for some sections, and the second phase armature coil is energized simultaneously with the armature coil of the third phase for some sections.
  • ⁇ ⁇ ⁇ The N-phase armature coil is composed of the first-phase armature coil and an energization control circuit that is energized simultaneously in some sections. Then, the first magnetic core formed on the fixed armature is simultaneously magnetized to the second magnetic pole adjacent to the predetermined direction and one of the N pole and the other to the S pole, and then to the second magnetic pole.
  • the magnetic pole and the third magnetic pole adjacent to the predetermined direction are magnetized simultaneously with the N pole and the other magnetic pole with the S pole, and then the third magnetic pole and the fourth magnetic pole adjacent to the predetermined direction and Since ⁇ ⁇ ⁇ is simultaneously magnetized to the S pole, the magnetic flux passing through the larger area of the pair of matching magnetic poles that faces the salient poles is Depending on the amount, a leakage i flux effective for the torque between the magnetic pole and the salient pole passing through the other magnetic pole is generated.
  • Figure 1 is a cross-sectional view of a fixed armature and a rotor of a conventional reluctance motor.
  • FIG. 2 is a sectional view of a fixed armature and a rotor in one embodiment of a three-phase relaxation motor according to the present invention.
  • FIG. 3 is a sectional view of a rotor and a fixed armature of another embodiment of a three-phase reactance motor according to the present invention.
  • Fig. 4 is a development view of the motor's rotating arm, fixed armature, and armature coil shown in Fig. 2.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the principle of generating a rotating torque by the reluctance motor according to the present invention.
  • Fig. 6 is an electric circuit diagram for obtaining the position detection signal of a three-phase reactance type motor.
  • Figure 7 is a graph showing the transition of the current supplied to the armature coil.
  • Figure 8 is a circuit diagram of the energization control of a three-phase reluctance motor.
  • Figure 9 is a graph of the current flowing through the armature coil and the output torque.
  • Figure 10 shows a short circuit of the position detection signal curve of a three-phase reactance motor.
  • a cylindrical fixed armature 16 is fixed inside the outer casing 9.
  • the fixed armature 16 is made by a well-known means in which silicon steel sheets are laminated.
  • six slots 17a, 17b.,..., 17f are formed at equal separation angles.
  • the adjacent ones of these slots (17a and 17b, 17b and 17c,..., ⁇ , 17f and 17a) have armature coils, respectively.
  • the armature coils 9a, 9c, 9e, 9b, 9d, 9f described later with reference to FIG. 4 are wound and mounted.
  • the magnetic poles 16a, 16b, --- are provided between the adjacent slots of the armature 16 by attaching the armature coil force to the slots and the slots.
  • 16 f are formed. These neighboring slots are 120 degrees apart in electrical angle.
  • the angle display is an electrical angle.
  • the rotating shaft 5 to which the rotor 1 is fixed is rotatably supported by bearings (not shown) on both sides in the axial direction of the outer casing 9 (in the direction perpendicular to the paper surface in FIG. 2).
  • the rotor 1 is made of a soft magnetic material, and is made of a silicon steel sheet laminate like the fixed armature 16.
  • the outer periphery of the rotor 1 is provided with two salient poles 1a and 1b separated by 120 degrees with a width of 240 degrees.
  • the outer peripheries of the salient poles 1a and 1b are opposed to the magnetic poles 16a, 16b, ——, and 16f via a gap of about 0.1 millimeter.
  • Rotor 1 and armature 16 in Fig. 2 are shown in a developed view. This is the portion on the left side of the dotted line B representing the mechanical angle of 360 degrees in FIG. Reference numerals used in FIG. 4 that are the same as those in FIG. 2 represent the same components.
  • the armature coil wound around slot 17a—17b is indicated by reference numeral 9a.
  • the armature coil wound around slot 17b—17c has a code of 9c, and the armature coil wound around slot 17c—17d. Is the sign 9 e
  • the armature coil wound around slot 17d-17e is labeled 9b, and the armature coil wound around slot 17e-17f is labeled.
  • the armature coil wound around slot 17f-17a is indicated by reference numeral 9f, respectively.
  • armature coils 9a, 9b, 9f armature coils 9a and 9b are connected in series and supplied with power through terminals 8a and 8d.
  • Armature coils 9c and 9d are also connected in series, and are supplied with power by terminals 8b and 8e.
  • Armature coils 9e and 9f are also connected in series, and power is supplied to terminals 8c and 8f.
  • the armature coils 9a and 9c, 9c and 9e, 9e and 9b, are separated by 120 degrees.
  • the armature coils 9a-9b are for the first phase armature coil
  • the armature coils 9c-9d are for the second phase armature coil
  • the Coils 9 e — 9 f are the armature coils of the third phase.
  • Rotor 1 is 120 degrees to the left from the position shown in Figure 4.
  • the salient poles la and lb are magnetically attracted by the magnetic poles 16a and 16d.
  • the power supply to armature coils 9a and 9b is stopped and the second phase armature coils 9c and 9d are tightly powered. Then it will rotate further to the right.
  • the armature coils 9c and 9d are turned off when rotated by 120 degrees, and when the armature coils 9e and 9f of the third phase are energized, they rotate further to the right. I do.
  • the pair of armature coils 9a and 9b connected in series (refer to Fig. 4) is referred to as armature coil 39a of the first phase, and the armature coils 9c connected in series are referred to as 9c.
  • the pair of 9d and 9d is called the second-phase armature coil 39b, and the pair of armature coils 9 and 9e connected in series is the third-phase armature coil.
  • 3 9 c the energization control circuit of the armature coils 39a, .3 : 9b, 39c of the first, second, and third phases will be described with reference to FIG.
  • Transistors 20a and 20b are connected to both ends of the armature coil 39a of the first phase, and transistors 20a and 20b are connected to both ends of the armature coil 39b of the second phase.
  • Transistors 20c and 20d are connected, and transistors 20e and 20f are connected to both ends of the armature coil 39c of the third phase. I have. these Transistors 20a, 20b, and 20c are switching elements, and use other semiconductor elements having the same effect instead of transistors. It may be.
  • Power is supplied to the first, second and third phase armature coils 39a, 39b and 39c from the DC power supply positive and negative terminals 2a and 2b.
  • Diodes 49 a-1, 49 b — 1 and 49 for preventing backflow are provided between the transistors 20 a, 20 c, and 20 e and the DC power supply + terminal 2 a, respectively.
  • c One is connected.
  • Capacitors 47a, 47b, and 47c are connected to the transistor 20f, respectively.
  • the terminal 42a that is the upper input terminal of the AND circuit 41a
  • the transistors 20a and 20b conduct, and the armature coil 39a of the first phase is energized.
  • the transistors 20c and 20d and the transistors 20e and 20f conduct.
  • the second, third and third phase armature coils 39b, 39c are energized.
  • Terminal 40 is a reference voltage for specifying the exciting current.By changing the voltage of terminal 40, the output torque is changed. Can be changed.
  • the power switch (not shown) is turned on, the input of the-terminal of the operational amplifier 40b is lower than that of the + terminal, and the output of the operational amplifier 40b becomes a high level.
  • the transistors 20a and 20b conduct, and the voltage from the power supply is applied to the conduction control circuit of the armature coil 39a of the first phase.
  • the resistor 22a is a resistor for detecting the exciting current of the armature coil 39a of the first phase.
  • Reference numeral 30a is an absolute value circuit.
  • the input signals at terminals 42a, 42b and 42c are output signals from a position detecting device (described later) that detects the rotational position of salient poles 1a and 1b of rotor 1.
  • the predetermined high-level period and low-level period are repeated.
  • the first phase armature coil 39a is passed during the period when the input signal at the terminal 42a is at a high level, and the second phase armature coil 39b is energized.
  • the period during which the input signal of the terminal 42b is at a high level, and the third phase armature coil 39c is energized only when the input signal of the terminal 42c is at a high level.
  • Level is the period.
  • the curve 25 on the left side is a diode 49 a — 1 for preventing backflow and a capacitor 4 in the armature coil 39 a of the first phase. 7 a
  • the right curve 26a-26c-26b prevents backflow to the first phase armature connector 39a as shown in Figure 8. This shows the case where the diode 49a-1 for connection and the capacitor 47a are connected.
  • the curve 25 on the right side of the dotted line K-1 causes the counter torque and reduces the output torque and the efficiency. At high speeds, this reduction in torque efficiency becomes so large that it cannot be used. This is because the time width of the generation of the anti-torque does not change even at a high speed, but the time width of the interval 23a of the generation of the positive torque decreases in proportion to the rotation speed.
  • the rising edge of curve 25 also causes a decrease in output torque. That is, torque reduction occurs. This is because the magnetic path is closed by the magnetic poles and salient poles, so the large inductor This is because they have a A relaxed 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 anti-torque and torque reduction mentioned above. It is.
  • a well-known means for eliminating such a drawback is to advance the phase of the armature coil before the salient pole penetrates the magnetic pole and to start energizing the armature coil.
  • the phase lead current is applied, the inductance of the magnetic pole is remarkably small, so it rises rapidly.
  • the drawback is that the impedance increases rapidly and the current drops rapidly, thus reducing the output torque.
  • the number of position sensing elements is required twice when performing forward / reverse operation.
  • Curve 26 a — 26 c — 26 b of the time chart of FIG. 7 shows the current curve flowing through the armature coil 39 a of the first phase in the conduction control circuit of FIG. .
  • the width between the dotted lines 26 1 and 26-2 is 120 degrees.
  • the conduction current drops rapidly as shown by curve 26b to prevent the generation of anti-torque, and capacitor 47a is charged and held at a high voltage.
  • the transistors 20a and 20b conduct again, and the armature coil 39a of the first phase is turned on. It is energized.
  • the voltage stored in the capacitor 47a is also applied to the armature coil 39a of the first phase via the transistors 20a and 20b, so that the first phase
  • the sum of the power supply voltage (the voltages at terminals 2a and 2b) and the charging voltage of capacitor 47a is applied to armature coil 39a. Therefore, the rise of the current of the armature coil 39a of the first phase is abrupt as shown by the curve 26a, and the generation of the torque reduction is eliminated.
  • diode 49a-1 for backflow prevention and This explains that when current is supplied to the armature coil 39a of the first phase provided with the support 47a, the anti-torque and torque reduction are reduced.
  • the power is supplied to the second and third phase armature coils 39 b and 39 c to which the transistors 49 b-1 and 49 c-1 and the capacitors 47 b and 47 c are attached. Similarly, the anti-torque and reduced torque decrease.
  • the chopper circuit When the current of the armature coil 39a of the first phase increases and the voltage drop of the resistor 22a for detecting it increases and exceeds the voltage of the reference voltage terminal 40, the operational amplifier 4Ob Output is at the open-circuit level, and the input below the AND circuit 4 la is at the open-circuit level, so that 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 the high level due to the decrease of the predetermined value, and the transistors 20a and 20b are turned off. It becomes conductive and the exciting current increases.
  • the exciting current is maintained at the set value.
  • the section indicated by the dotted line 26c in FIG. 7 is the section where the chopper control is performed.
  • the height of the dotted line 26c is regulated by the voltage of the reference voltage terminal 40.
  • the above is the description of the chopper control for the current of the armature coil 39a of the first phase.
  • the explanation of force and the control of the current of the armature coils 39b, 39c of the second and third phases are similarly performed.
  • the energization of the armature coils 39a, 39b, and 39c in each phase depends on the point at which the salient poles la and lb enter the magnetic poles 16a, 16b, and 16c——16f. It may be any of the points slightly earlier. Adjust in consideration of the rotation speed, efficiency, and output torque, and change the position of the coils 10a, 10b, and 10c serving as position detection elements that are fixed to the fixed armature side.
  • the three-phase single-wave energization by the energization control circuit in Fig. 8 is efficient, and enables a large output and high-speed rotation.
  • a three-phase single-wave motor has the drawback that the output torque suffers from bleeding, but this can be overcome by using three-phase two-wave power.
  • the armature coils 39a, 39b, and 39c of each phase are energized by an angle width of 240 degrees, respectively (and a phase difference of 120 degrees between each other). ), And as a result, the adjacent magnetic poles [16 a, 16 b], [16 b, 16 c], [16 c, 16 d] ——, [16 f, 1 a) is magnetized in the section of width of 120 degrees, one is N pole and the other is S pole. Moreover, the armature coils 9a, 9b are arranged so that the magnetic poles 16a—16d, 16b—16e, 16c—16f at the positions symmetrical to the axis are of different polarities. 9c, 9d; magnetized at 9e, 9f.
  • Reference numeral 3 in the developed view of FIG. 4 denotes a positioning rotor made of a conductor that is coaxial with, has the same shape as, and rotates synchronously with the rotor 1. That is, the rotor 3 for position detection, like the rotor 1, forms two salient poles 3a and 3b separated by 120 degrees with a width of 240 degrees.
  • the coils 10a, 10b, and 10c for position detection have their coil surfaces facing the salient poles 3a and 3b of the position detection rotor 3 via appropriate gaps. So that it is fixed to the motor body.
  • These position detection coils 10a, 10b, and 10c each consist of an air-core coil with a diameter of several millimeters in the range of 10 to 20 minutes. .
  • These coils 10a, 10b, and 10c are arranged at an interval of 120 degrees from each other as shown in FIG.
  • the coil 10a and the resistors 15a, 15b, and 15c constitute a bridge circuit.
  • Reference numeral 10 denotes an oscillator, which oscillates on the order of two megacycles.
  • Yuinore 10 a does not face salient poles 3 a and 3 b of rotor 3 for position detection (that is, when it faces the gap between salient poles 3 a and 3 b).
  • a single pass consisting of diode 11a, capacitor 12a, and diode llb and capacitor 12b
  • the outputs of the filters are equal, and the output of Op Amp 13 is
  • Coil 10a has salient poles 3a, 3b,
  • the bridge circuit 14a having the coil 10a surrounded by the dotted line in FIG. 6, the bridge circuit having the coil 10b having the same circuit configuration as the bridge circuit 14a is provided.
  • a bridge circuit 14c having a bridge circuit 14b and a coil 10c is provided. Each of the bridge circuits 14a, 14b, and 14c can use the oscillator 10 in common.
  • the outputs of the bridge circuits 14 a, 14 b, and 14 c are input to the block circuit 18.
  • the output of the bridge circuit 14a is represented by curves 45a, 45b,..., As shown by the time chart in FIG.
  • the width of the curves 45a and 45b is 240 degrees, and the end of the curve 45a and the start of the next curve 45b are spaced apart by .120 degrees.
  • the outputs of the bridge circuits 14b, 14c are curves indicated by reference numerals 46a, 46b,-and 47a, 47b,-.
  • curves 45a and 46a, 46a and 47a, and 47a and 45b each have a phase difference of 120 degrees.
  • the 6 is a circuit commonly used in the control circuit of a three-phase Y-type semiconductor motor, and the terminals 18a, 18b, 1 This is a logic circuit that can obtain an electric signal for each rectangle of width 240 degrees from 8c.
  • the output signal of terminal 18a is output to terminal 42a, and the output signal of terminal 18b is output.
  • the input signal is input to terminal 42b, and the output signal of terminal 18c is input to terminal 42c.
  • the armature coils 39c and 39a are energized at the same time only in the sections indicated by arrows D and E. That is, the curves 48a, 48b,-in FIG.
  • the section indicated by — 120 degree width and 240 degree separation
  • the positional relationship between the magnetic poles 16f and 16a and the salient pole 1a shown in Fig. 5 shows the initial state of the simultaneous conduction.
  • the magnetic fluxes on the opposing surfaces of the end face 1 d of the salient pole 1 a and the end face 6 f of the magnetic pole 16 f are indicated by arrows 23 a and 23 b, and the gap length is 0.1 mm. In the meter position, it is perpendicular to the end face and does not contribute to torque. The magnetic fluxes at both ends are in the directions shown by arrows 24a and 24b, and the torques are canceled out and do not contribute to the output torque.
  • a bundle is generated, and as a result, a torque in the direction of arrow A is generated.
  • a torque for driving the rotor 1 is generated in the direction of arrow A.
  • the relationship between the salient pole la and the magnetic poles 16f, 16a shown in Fig. 5 is equal to the relationship between them and the target salient pole lb and the magnetic poles 16c, 16d. Therefore, similarly, the magnetic flux between the salient pole 1 b and the magnetic pole 16 d simultaneously generates a torque that drives the rotor 1 in the same direction (the direction of the arrow A).
  • the armature coil 39a of the first phase has a curve 4 in FIG. 5a, 45b
  • the second phase armature coil 39b has curves 46a, 46b,-
  • the third The two-phase armature coil 39c is energized by a width of 240 degrees as shown by the curves 47a and 47b, so that the two adjacent armatures
  • the coils (39a-39b, 39b-39c, 39c-39a) are energized simultaneously by a width of 120 degrees. That is, between the third-phase armature coil 39c and the first-phase armature coil 39a, as shown by the curves 48a and 48b in FIG.
  • the reactance type motor according to the present invention has a large output torque.
  • the rotor has two salient poles (1a, lb).
  • the rotor may have three salient poles (la, lb, 1c).
  • the dotted line B shifts 360 degrees to the right in the development of FIG.
  • the output torque increases in proportion to the number of salient poles.
  • the fixed armature 16 receives the magnetic attraction force in the directions of arrows 4-1 and 4-1-4 and is deformed by the salient poles 1a and 1e.
  • the fixed armature 16 is deformed by the salient poles 1b and If by the attraction force in the directions of arrows 4-2 and 4-15.
  • the fixed armature 16 is deformed by the attraction force in the directions of arrows 413 and 416.
  • the fixed armature 16 of the motor shown in FIG. 1 has a disadvantage that the direction of deformation changes with rotation and vibration is generated.
  • the suction force is generated at the same time, so that the compression force is generated in the circular direction of the armature 16. There is no deformation only by itself, and therefore, there is an effect that generation of vibration is suppressed. Further, in the present invention, if the number of salient poles is six, three times as much output torque as that of the conventional motor shown in FIG. 1 having the same six salient poles can be obtained.
  • double-wave energization can also be used. It is also possible to energize four phases. In this case, the energizing section is 90 degrees.
  • the relationship between the torque and the energizing current of a conventional reactance type motor is as shown by the curve 33 in Fig. 9, and the curve is initially a power curve.
  • the device of the present invention is characterized in that the output torque is obtained by the leakage magnetic flux, so that the amount of the leakage magnetic flux is proportional to the current, and as a result, the relationship between the torque and the conduction current is represented by the curve in FIG.
  • 33b it is linear, and it is possible to stably obtain an output torque proportional to the flowing current.
  • the reactance type motor of the present invention vibration is prevented and the relationship between the flowing current and the torque is reduced.
  • the effect is that the person in charge can be made linear.

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Description

明 細 書
複数相の リ ラ ク タ ンス型電動機
技 術 分 野
本発明は、 通電電流に対する トルク特性がリ ニアで、 高速回転で しかも大き い出力 トルク を得る こ とができる よ う に工夫 した、 複数相の リ ラ.クタ ンス型電動機に関す る。
S i&
リ ラ ク タ ンス型電動撐は、 出力 トルクの大きい特性が あるが、 回転遼度がおそいこ と、 振動が発生するこ と等 の欠点のため、 特殊な目的のために実用化されたこ とを 除き、 実用化された例はほと んどない。
周知の 3相片被通電の リ ラ クタ ンス型電動機を図 1 を 参照して説明する。 符号 1 6 は.固.卑電機子で、 珪素鋼板 積層体で作られ、 磁極 1 6 &、 ' 1 6 ゎ、 …には電機子コ ィ ル 1 7 a — 1、 1 7 b — 1、 · · · ·、 1 7 f — 1が装着 される。 回転軸 5 に固定さ れた回転子 1 には 8個の突起 1 a、 1 b、 1 c、 ——、 1 hが形成されて いる。 回転 子 1 が図 1 の状態で、 電機子コィ ノレ 1 7 b — 1 とそれと 軸対象位置にある電機子コ イ ル 1 7 e — 1が通電される と、 回転子 1 は矢印 A方向に回転する。 回転子 1 が電気 角で 1 2 0度回転する と通電が停止される。 次に電機子 コ ィ ノレ 1 7 c — 1 と 1 7 f — 1 が通電され、 電気角で 1 2 0度通電する と同 じ角度矢印 A方向に回転する。
以上のよ う に、 電機子コ イ ルは [ 1 7 a — 1、 1 7 d — l ] → [ 1 7 b - 1、 1 7 e - l ] → [ 1 7 c - 1、 1 7 f - 1 ] ——の順の通電さ れるこ と によ り、 回転子 1 は矢印 A方向に回転する。
上述 した回転の トル クの発生には 8個の突極のうち 2 個が関与 し、 残 り の 6個は関与 しない。 しかし、 すべて の突極が同時に トルク発生に関与すれば ト ルクはそれだ け増大する と考え られる力 そのよ うな技術はまだ具体 的に開発されて いな い。
さ ら に、 図 1 の電動機において、 電機子コイ ル 1 7 a 一 1 と 1 7 d — 1 が通電された と きは、 磁極 1 6 a と 1 6 dは突極 1 a及び 1 e に径方向に吸引されるので、 固 定電機子 1 6 は吸引力 によ り変形歪曲する。 さ ら に回転 子 1が回転 して電機子コイ ル 1 7 b— 1 と 1 7 e — 1が 通電された と きは、 磁極 1 6 b と 1 6 e は磁極 1 a及び 1 e に径方向に吸引 されて、 同様に固定電機子 1 6 を変 形歪曲する。
さ らに回転子 ] が回転 して電機子コィノレ 1 7 c — 1 と 1 7 f — 1 が通電された と きは、 磁極 1 6 c と 1 6 f は磁 極 1 a及び l e に径方向に吸引 されて、 同様に固定電機 子 1 6 を変形歪曲する。 このよ う に固定電機子 1 6 は回 転子 1 の回転に伴って変形される方向が次々移ってゆ く < このため、 このよ う な方向を変える変形によ り振動が発 生 し、 ま た突極 と磁極間の空隙を一定に保持させないと い う問題点がある。 その結果、 電動機の回転中に振動音 を発生 し、 又 0転子 1 の回転軸の軸受の耐用時間を少な く する。 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。
発 明 の 開 示
本発明の目的は、 出力 ト ルクが大き く、 振動の発生を 抑えた複数相の リ ラ ク タ ンス型電動機を得る こ と にある。
上記目的を違成するため、 本発明による複数相の リ ラ ク タ ンス型電動機は、 円周方向に n個 （ nは 2 またはそ れ以上の正の整数） の突極をそれぞれ等 しい幅でかつ等 し い離間隔でもって形成 した軟磁性体回転子と、 円周方 向に等間隔に形成した m χ · n個 （ mは 3以上の正整数） のス ロ ッ ト の各隣合う もの同士に電機子コイ ルを装着す る こ と によ り m X n個の磁極を形成 し、 かつ、 その電機 午コイ ルを第 1 相の電機子コ イル、 第 2相の電機子コィ ル、 第 3相の電機子コ イ ル ——、 第 N相の電機子コイ ル、 と なるよ う に接続した固定電機子と、 上記固定電機子に 対 して上記回転子を、 回転子の突極と固定電機子の磁極 とが僅少の間隙をも って対向するよ う に、 回転可能に支 持する手段と、 上記回転子の突極の回転位置を検出 して、 所定幅で.順次に所定の幅だけお く れた第 1、 第 2、 第 3、 ——第 Nの相の位置検知信号を出力する位置検知装置と、 上記第 1 相の電機子コ イ ル、 第 2相の電機子コ イ ル、 第 3 相の電機子コイ ル · · · · 、 第 N相の電機子コイ ルのそれ それに直列接続された半導体スイ ッ チング素子と、 上記 各相の電機子コ イ ル にそれに直列接続された半導体スィ ツ チング素子を介 して供電する直流電源と、 上記位置検 出装置か らの第 1、 第 2、 第 3、 · · · ·、 第 Nの相の位置 検知信号によ り 上記半導体スィ ツチング素子の導通を制 御 して、 第 1 相の電據子コ イ ルは第 2相の電機子コイ ル と一部の区間同時に通電され、 上記第 2相の電機子コィ ルは第 3 相の電機子コ イ ル と一部の区間同時に通電され, • · · ·第 N相の電機子コ イ ルは上記第 1相の電機子コイ ル と一部の区間同時に通電されるよ う に した通電制御回路 とから構成 して いる。 そ して、 上記固定電機子に形成さ れた第 1 の磁挺は所定方向隣の第 2の磁極と 1 方が N極 他方が S 極に同時着磁され、 次には上記第 2の磁極と上 記所定方向隣の第 3 の磁極と 1 方が N極他方が S極に同 時着磁さ れ、 次には上記第 3 の磁極と上記所定方向隣の 第 4の磁極と 1 方が λτ ^ ¾方が S極に同時着磁され る こ と に よっ て、 これ ら璘合う 1 対の磁極のう ち突極と 対向する面積の大き い方の磁極を通過する磁束の量に依 存 した、 他方の磁極を通過する、 磁極と突極間の トルク に有効な洩れ i 束を発生させるよ う に している。
本発明は上記構成を備える こ と によ り、 （a ) 隣接する 磁極を N、 s に同時に i頃次に励磁して突極を吸引 して 出力 ト ルク を発生 して いるので従来の手段の 2 〜 3倍の 出力 ト ルクが得られる、 （b ) 電機子磁極と回転子突極と の間の空隙が ] Z 1 0 ミ リ メ一 トル以内なので、 電流と 出力 ト ル クの関係が直線的に比例 し、 飽和する こ とがな いので大きい出力 卜 ルクが得 られる、 （ c ) 回転子の突極 のすべてが出力 ト ルク に ί木止する こ とな く 寄与 している ので、 大き い出力 ト ル クが得られる、 と いう効果を有す る。
図 面 の 筒 単 な 説 明
図 1 は従来の リ ラ ク タ ンス型電動機の固定電機子と回 転子の断面図であ り、
図 2 は本発明によ る 3相 リ ラ ク夕 ンス型電動機の 1 実 施例にお ける固定電機子と.回転子の断面図であ り
図 3 は本発明によ る 3相 リ ラ クタ ンス型電動機の他の 実施例の回転子、 固定電機子の断面図であ り、
図 4 は図 2 に示す電動機の回 fe子、 固定電機子、' 電機 子コイ ルの展開図であ り、
図 5 は本発明によ る リ ラ ク タ ンス型電動機が回転 トル ク を発生する原理を説明するための図であ り、
図 6 は 3相 リ ラ ク タ ンス型電動機の位置検知信号を得 るための電気回路図であ り、
図 7 は電機子コイ ルに通電される電流の推移を表すグ ラ フであ り、
図 8 は 3相 リ ラ ク タ ン ス型電動機の通電制御回路図で あ り、
図 9 は電機子コイ ル に通電される電流と出力 トルクの グラ フであ り、 そ して、
図 1 0 は 3 相 リ ラ ク タ ンス型電動機の位置検知信号曲 線の夕 ィ ムチヤ一 ト である。
発 明 を 実施 す る た め の最良 の 形態 本発明の 1 実施例に よ る 3相 リ ラ クタ ンス型電動機の 固定電機子と回転子との構造について図 2 を参照 して説 明する。
外筐 9 の内側には円筒状の固定電機子 1 6が固着され て いる。 固定電機子 1 6 は、 珪素鋼板を積層 した周知の 手段によ り 作られて いる。 電機子 1 6の内周面には 6個 の ス ロ ッ ト 1 7 a、 1 7 b.、 、 1 7 f が等 しい離間 角で形成されて いる。 これ らス ロ ッ トのう ち隣合う もの 同士 （ 1 7 a と 1 7 b、 1 7 b と 1 7 c、 . ·，■、 1 7 f と 1 7 a ) にはそれぞれ電機子コ ィ ル （図 4を参照して 後述する電機子コイ ル 9 a、 9 c、 9 e、 9 b、 9 d、 9 f ) が捲回 して装着さ れる。 電機子 1 6で隣合うス ロ ッ ト間の部分には、 そのス ロ ヅ 卜 とス ロ ヅ 卜 と に電機子 コイル力 装着さ れる こ と によって磁極 1 6 a、 1 6 b、 ——、 1 6 f が形成される。 これ ら隣合う ス ロ ッ ト同士 は電気角で 1 2 0度離れて いる。 以下、 特に断らないか ぎ り角度表示は電気角 とする。
回転子 1 を固定 し た回転軸 5 は、 外筐 9 の軸心方向 ( 図 2では紙面に直交する方向） 両側の軸受 （図示せず） に回動自在に支持さ れる。 この回転子 1 は軟磁性体で、 固定電機子 1 6 と同 じ く 珪素鋼板積層体で作られている。 回転子 1 の外周 には 2 4 0度の幅で 1 2 0度離間 した二 つの突極 1 a、 1 bが設け られて いる。 この突極 1 a、 l bの外周は磁極 1 6 a、 1 6 b、 ——、 1 6 f と、 0. 1 ミ リ メ 一 トノレ ぐ ら いの空隙を介 して、 対向する。
この図 2の回転子 1 及び電機子 1 6 を展開図に して示 したものが図 4の、 機械角 3 6 0度を表す点線 Bよ り 左 側の部分である。 図 4で使用される符号で図 2 と共通の ものは同 じ構成要素を表 して いる。
図 4 においては、 ス ロ ッ ト 1 7 a— 1 7 b に捲回され る電機子コイ ルは符号 9 aで表示されている。 ま た、 ス ロ ッ ト 1 7 b — 1 7 c に捲回される電機子コイ ルは符号 9 cで、 ス ロ ッ ト 1 7 c — 1 7 d に捲回される電機子コ ィ ルは符号 9 eで、
ス ロ ッ ト 1 7 d - 1 7 e に捲回される電機子コイ ルは符 号 9 bで、 ス ロ ッ ト 1 7 e — 1 7 f に捲回される電機子 コ ィ ノレ は符号 9 dで、 さ ら に、 ス ロ ッ ト 1 7 f — 1 7 a に捲回さ れる ¾機子コ イ ルは符号 9 f で、 それぞれ示さ れている。
これ ら電機子コ イ ル 9 a、 9 b、 、 9 f のうち、 電機子コ イ ル 9 a と 9 b は直列に接続され、 端子 8 a及 び 8 d によ り 供電される。 ま た、 電機子コイル 9 c と 9 d も直列 に接続され、 端子 8 b及び 8 e によ り供電され る。 電機子コ イ ル 9 e と 9 f も直列に接続され、 端子 8 c及び 8 f に よ り供電される。 電機子コイ ル 9 a と 9 c, 9 c と 9 e、 9 e と 9 b、 ——間は.1 2 0度離間 して い る。 電機子コ イ ル 9 a - 9 b は第 1 の相の電機子コイ ル に、 電機子コ ィ ノレ 9 c 一 9 d は第 2の相の電機子コイ ル に、 ま た、 電糍子コ イ ル 9 e — 9 f は第 3の相の電機子 コ イ ルにそれぞれなる。
回転子 1 が図 4 に示さ れた位置から左側に 1 2 0度も どった位置にある と き、 第 1 の相の電機子コイ ル 9 a、 9 b に通電する と、 突極 l a、 l bは磁極 1 6 a、 1 6 d によ り 磁気的 に吸引 さ れて矢印 A方向に回転する。 1 2 0度.回転 して図 4の位置に きたと き に電機子コイル 9 a、 9 bへの通電を停止して、 第 2の相の電機子コイ ル 9 c、 9 d を逼電する と更に右方に回転する。 1 2 0度 回転 した と き に電機子コイ ル 9 c、 9 dの通電を停止し て、 第 3 の相の電機子コ イ ル 9 e、 9 f に通電する と更 に右方に回転する。 以上のよ う に、 第 1、 第 2、 第 3の 相の電機子コ イ ルに 1 2 0度の区間.だけ順次に通電する と、 回転子 1 は矢印 A方向に回転 して 3相片波通電の リ ラ ク夕 ンス型電動機となる。
以下、 直列接続さ れた電機子コ イ ル 9 a と 9 bの対 (図 4参照） を第 1 の相の電機子コイ ル 3 9 a と呼び、 直列接続された電機子コイ ル 9 c と 9 dの対を第 2の相 の電機子コイ ル 3 9 b と呼び、 さ ら に、 直列接続された 電機子コ イ ル 9 と 9 eの対を第 3の相の電機子コイ ル 3 9 c と呼ぶ こ と とする。 そ こで、 これら第 1、 第 2、 第 3の相の電機子コ ィ ノレ 3 9 a、 .3: 9 b、 3 9 c の通電 制御回路を図 8 を参照 して説明する。
第 1 の相の電機子コ イ ル 3 9 aの両端には ト ラ ンジス 夕 2 0 a、 2 0 bが接続され、 第 2の相の電機子コイ ル 3 9 bの両端には ト ラ ン ジ ス タ 2 0 c、 2 0 dが接続さ れ、 ま た、 第 3の相の電機子コイ ル 3 9 cの両端には ト ラ ンジス 夕 2 0 e、 2 0 f が接続されて いる。 これらの ト ラ ン ジ ス タ 2 0 a、 2 0 b、 2 0 c、 は、 ス ィ ヅ チング素子とな るもので、 ト ラ ン ジスタ に代えて同 じ効 果のある他の半導体素子を用 いて もよい。 これ ら第 1、 第 2、 第 3の相の電機子コィ ノレ 3 9 a、 3 9 b、 3 9 c への電力供給は、 直流電源正負端子 2 a、 2 bから行な われる。
ト ラ ンジス タ 2 0 a、 2 0 c及び 2 0 e と直流電源 + 端子 2 a との間にはそれぞれ逆流防止用のダイ ォー ド 4 9 a - 1 , 4 9 b — 1 及び 4 9 c 一 1が接続されている。 ま た、 ト ラ ンジスタ 2 0 a と ト ラ ンジスタ 2 0 ¾» との間、 ト ランジスタ 2 0 c と ト ラ ン ジス夕 2 0 d との間、 及び ト ラ ン ジスタ 2 0 e と ト ラ ンジスタ 2 0 f との間には、 それぞれコ ンデンサ 4 7 a、 4 7 b、 及び 4 7 cが接続 されて いる。
ア ン ド回路 4 1 a、 4 1 b、 4 1 cの下側の入力端子 への入力がハイ レベルのと き に、 アン ド回路 4 1 aの上 側の入力端子である端子 4 2 aにハイ レベルの電気信号 が入力さ れる と、 ト ラ ン ジスタ 2 0 a、 2 O bが導通し て、 第 1 の相の電機子コイ 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 夕 2 0 e、 2 0 f が導通 して、 第 2、 第 3の相の電機子 コ イ ル 3 9 b、 3 9 c が通電される。
端子 4 0 は励磁電流を指定するための基準電圧である, 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 -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、 前述のよ う に、 ト ラ ンジスタ 2 0 a、 2 0 bが 導通して、 電源からの電圧が第 1 の相の電機子コイ ル 3 9 aの通電制御回路に印加される。 抵抗 2 2 aは、 第 1 の相の電機子コイ ル 3 9 aの励磁電流を検出するための 抵抗である。 符号 3 0 aは絶対値回路である。
端子 4 2 a、 4 2 b、 4 2 cの入力信号は回転子 1 の 突極 1 a、 1 bの回転位置を検知する位置検知装置 （後 述する ） か らの出力信号であ り、 所定のハイ レベル期間 と ロー レベル期間と を繰り 返す。 第 1の相の電機子コィ ル 3 9 aが通 さ れるのは端子 4 2 aの入力信号がハイ レベルである期間であ り、 第 2の相の電機子コイ ル 3 9 bが通電されるのは端子 4 2 bの入力信号がハイ レベル である期間であ り、 ま た、 第 3の相の電機子コイ ル 3 9 c が通電されるのは端子 4 2 cの入力信号がハイ レベル である期間である。
次に図 8の逍電制御回路において、 逆流防止用のダイ オー ド 4 9 a — 1、 4 9 b — 1及び 4 9 c 一 1、 並びに コ ンデンサ 4 7 a、 4 7 b, 及び 4 7 c を付設 した効果 について図 7 を参照 して説明する。
図 7の通電雹流を表すタ イ ムチャー ト において、 左側 の曲線 2 5 は、 第 1 の相の電機子コイル 3 9 a に逆流防 止用のダイ オー ド 4 9 a — 1 とコ ンデンサ 4 7 a とが接 続されてない場合を示 し、 ま た、 右側の曲線 2 6 a - 2 6 c - 2 6 b は図 8 に示される とお り第 1 の相の電機子 コ ィ ノレ 3 9 a に逆流防止用のダイ ォ一 ド 4 9 a— 1 と コ ンデンサ 4 7 a とが接続されて いる場合を示す。
いま、 逆流防止用のダイ オー ド 4 9 a— 1 と コ ンデン サ 4 7 a と を欠 く 図 8 の通電制御回路のアン ド回路 4 1 aの入力端子 4 2 a に矢印 2 3 で しめす 1 2 0度幅の入 力信号 4 5 a ' が入力され、 ト ラ ンジスタ 2 0 a、 2 0 b が導通 した と考える。 する と、 通電の初期では電機子 コ イ ルのィ ンダク夕 ンスのために通電電流の立上がりが お く れる （曲線 2 5 の左側部分） 。 また、 通電が断たれ る と、 蓄積さ れた磁気エネルギがダイ オー ド 2 1 a、 2 1 b を介 して鼋源に還流放電されるので、 点線 K一 1 の 右側の曲線 2 5 の後半部のよ う になだ らかに降下する。 正 トルクの発生する区間は、 矢印 2 3 aで示す 1 2 0度 の区間なので、 点線 K - 1 の右側の曲線 2 5 は反 トルク の原因 となって、 出力 ト ルク と効率を減少する。 高速回 転となる と この トルク効率の減少は著 し く 大き く な り使 用 に耐え られぬもの と なる。 これは、 反 トルク発生の時 間幅は高速と なって も変化 しないが、 正 トルク発生の区 間 2 3 aの時間幅は回転速度に比例 して小さ く なるから である。
曲線 2 5 の立上が り のお く れも出力 トルクの減少の原 因 とな る。 即ち減 ト ル ク が発生である。 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 ク夕 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 トルクの発生のためである。
以上は逆流防止用のダイ オー ド 4 9 a — 1 と コ ンデン サ 4 7 a とを欠 く 第 1 の相の電機子コイ ル 3 9 a に通電 した と き に反 ト ルク及び減 トルクが発生するこ と を説明 したものである力 逆流防止用.のダイ ォー ド 4 9 b — 1， 4 9 c 一 1 及びコ ンデンサ 4 7 b、 4 7 c を欠 く 第 2、 第 3の相の電機子コイ ル 3 9 b、 3 9 c に対し通電 した と きも同様の反 トルク及び減 トルクが発生する。
かかる欠点を除去するための周知の手段は、 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 ンダク夕 ンスが著 し く 小さ いので、 急速に立上がるが、 出力 卜ル 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。
次に、 図 8 に示される通 り の （ すなわち、 第 1 の相の 電機子コ イ ル 3 9 a に対 して逆流防止用のダイ ォ一 ド 4 9 a — 1 とコ ンデンサ 4 7 aが付設された） 通電制御回 路にする と、 上述の欠点が除去できる こ と を以下に説明 する。 まず、 通電が断たれる と第 1 の相の電機子コ 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 ォー ド 4 9 a - 1 によ り、 直流電源側に還流しないでダイ ォ一 ド 2 1 b、 2 1 aを介 して、 コ ンデンサ 4 7 aを図 8 に 示すよ う な極性に充電 して、 これを高電圧とする。 従つ て、 磁気エネルギは急速に消滅 して電流が急速に降下す るからである。
図 7のタイ ムチヤ一 卜 の曲線 2 6 a— 2 6 c — 2 6 b は、 図 8の通電制御回路における第 1 の相の電機子コィ ル 3 9 aを流れる電流曲線を示すものである。 点線 2 6 一 1 と 2 6 — 2 とで囲ま れる幅が 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。 次の入力信号が端子 4 2 aに入力される こ と によ り、 ト ラ ン ジス タ 2 0 a、 2 0 bが再び導通 し て第 1 の相の電機子コ イ ル 3 9 aが通電される。 この と き、 コ ンデンサ 4 7 a に蓄積された電圧も トラ ンジスタ 2 0 a、 2 0 b を介 して第 1 の相の電機子コイ ル 3 9 a に印加されるので、 第 1 の相の電機子コイ ル 3 9 aには、 電源電圧 （端子 2 a、 2 bの電圧） にコ ンデンサ 4 7 a の充電電圧 とが加算さ れた ものが印加される。 したがつ て、 第 1 の相の電機子コ ィ ル 3 9 aの電流の立上が り が 曲線 2 6 aのよ う に急になって、 減 トルクの発生が除去 される。
以上は逆流防止用のダイ オー ド 4 9 a— 1 と コ ンデン サ 4 7 a とが付設された第 1 の相の電機子コイ ル 3 9 a に通電 した と き反 トルク及び減 トルクが減少される こ と を説明 したものであるが、 逆流防止用の ト ラ ンジスタ 4 9 b — 1、 4 9 c — 1 及びコ ンデンサ 4 7 b、 4 7 c を 付設 した第 2、 第 3の相の電機子コイル 3 9 b、 3 9 c に通電する と き も同様に反 トルク及び減 トルクが減少す る。
以上の説明のよ う に、 図 8 に示す通電制御回路では減 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 トルクが増大するこ とがわかる。
次にチ ヨ ッ パ回路について図 8 を参照 して説明する。 第 1 の相の電機子コイ ル 3 9 aの電流が増大して、 その 検出のための抵抗 2 2 aの電圧降下が増大 し、 基準電圧 端子 4 0 の電圧を越える と、 オペアンプ 4 O bの出力は 口 一 レベル となって、 アン ド回路 4 l aの下側の入力が 口 一 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、 ォ ペアンブ 4 0 bの出力はハイ レベルに復帰 して、 トラ ン ジス夕 2 0 a、 2 0 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 7 の点線 2 6 cで示される区間がチヨ ヅ パ制御 の行なわれて いる区間である c 点線 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。 以上は第 1 の相 の電機子コィ ノレ 3 9 aの電流についてのチヨ ヅ パ制御の 説明である力、 第 2、 第 3の相の電機子コイ ル 3 9 b、 3 9 cの電流のチ ヨ ツ バ制御も同様に行われる。
各相の電機子コイ ル 3 9 a、 3 9 b、 3 9 cの通電は、 突極 l a、 l bが磁極 1 6 a、 1 6 b、 1 6 c —— 1 6 f に侵入する点若 し く は少 し前の点のいずれでも 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、 図 8の通電制御回 路によ る 3相片波通電は効率が良 く、 大きい出力と高速 回転を可能と する。 ただ し、 3相片波通電の電動機は出 力 トルク に リ ブルが発生する という欠点があるが、 これ は 3相両波通 ¾ とする こ とで解消できる。
さ ら に、 本実施例では、 各相の電機子コイル 3 9 a、 3 9 b, 3 9 c を そ れそれ 2 4 0度の角度幅だけ通電 ( しかも相互に 1 2 0度の位相差をもたせてさせ） 、 そ の結果、 隣合う磁極 [ 1 6 a、 1 6 b ] 、 [ 1 6 b、 1 6 c ] 、 [ 1 6 c, 1 6 d ] ——、 [ 1 6 f 、 1 6 a ] を 1 2 0度幅の区間だけ、 一方を N極、 他方を S極に着 磁させる。 しかも、 軸対象の位置にある磁極 1 6 a— 1 6 d、 1 6 b — 1 6 e、 1 6 c — 1 6 f が異極となるよ う に電機子コ イ ル 9 a、 9 b ; 9 c、 9 d ; 9 e、 9 f で磁化する。
そ こで、 回転子 1 の回転位置を検出 し、 アン ド回路 4 l a、 4 1 b、 4 1 c の入力端子 4 2 a、 4 2 b、 4 2 c に入力する信号を生成するための装置を以下に説明す る。
図 4の展開図における符号 3 は、 回転子 1 と同軸で同 形でかつ回転子 1 と同期回転する、 導体で作られた位置 出用回転子を示す。 すなわち、 位置検出用回転子 3は、 回転子 1 と同様に、 2 4 0度幅で 1 2 0度離間 した 2つ の突極 3 a、 3 b を形成 して いる。 一方、 位置検知用の コ ィノレ 1 0 a、 1 0 b、 1 0 c は、 そのコイル面が位置 検出用回転子 3の突極 3 a、 3 bの面に適切な空隙を介 して対向するよ う に、 電動機本体に固定されて いる。 こ れ ら位置検知用のコイ ル 1 0 a、 1 0 b、 1 0 c は、 そ れぞれ 1 0〜 2 0夕一 ンで径が数ミ リ メ 一 トルの空心の コ ィノレからなる。 これ ら コ イ ル 1 0 a、 1 0 b、 1 0 c は図 4 に示されるよ う に互いに 1 2 0度の間隔をもって 配設される。
コイ ル 1 0 a、 1 0 b、 1 0 c よ り位置検知信号を得 るための装置を図 6 を参照 して説明する。 図 6 において, コィノレ 1 0 a、 抵抗 1 5 a、 1 5 b、 1 5 c はブリ ッ ジ 回路を構成 して いる。 符号 1 0 は発振器で、 2 メ ガサイ クル位の発振が行なわれて いる。 ユイノレ 1 0 aが位置検 知用 回転子 3 の突極 3 a、 3 b に対向 して いな い と き ( すなわち、 突極 3 a と 3 b との間の空隙に対向 してい る と き ） には平衡する よ う に調整されて いる。 平衡状態 では、 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 l l b、 コ ン デンサ 1 2 b よ り なる口 一パス フ ィ ル夕の出力は等 し く な り、 オペア ンプ 1 3の出力は口
— レベル となる。 コ イ ル 1 0 aが突極 3 a、 3 b、
に対向する と、 銅損によ 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。 図 6 で点線で囲む、 コィ ル 1 0 a をもつブ リ ヅ ジ回路 1 4 aのほかに、 ブリ ヅ ジ 回路 1 4 a と同 じ回路構成の、 コ イ ル 1 0 bを もつブリ ヅ ジ回路 1 4 b及びコ イ ル 1 0 c をも つブリ ッ ジ回路 1 4 c を備える。 各ブ リ ッ ジ回路 1 4 a、 1 4 b、 1 4 c は発振器 1 0 を共通に利用する こ とができ る。
ブリ ッ ジ回路 1 4 a、 1 4 b, 1 4 cの出力は、 .それ ぞれブロ ッ ク回路 1 8への入力となる。 ブリ ッ ジ回路 1 4 aの出力は、 図 1 0のタイ ムチャー ト で示すと、 符号 4 5 a、 4 5 b、 · · · ·で示す曲線となる。 曲線 4 5 a、 4 5 b、 の幅は 2 4 0度であ り、 曲線 4 5 aの末端 と次の曲線 4 5 bの始端と は.1 2 0度の間隔がある。 同 様に、 ブ リ ッ ジ回路 1 4 b、 1 4 cの出力は、 符号 4 6 a、 4 6 b, ——及び 4 7 a、 4 7 b、 ——で示す曲線 となる。 さ ら に、 曲線 4 5 a と 4 6 a、 4 6 a と 4 7 a. 4 7 a と 4 5 b と はそれぞれ 1 2 0度の位相差がある。 図 6のブロ 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 c よ り 2 4 0 度の幅の矩形'おの電気信号が得られる論理回路である。 端子 1 8 aの出力信号は端子 4 2 a に、 端子 1 8 bの出 力信号は端子 4 2 b に、 端子 1 8 c の出力信号は端子 4 2 c に、 それぞれ入力 さ れる。
こ こで、 図 5 を参照 して、 同時（こ'着磁された磁極 1 6 f とその隣の磁極 1 6 aが突極 1 a に対して トルク を発 生させる こ と についての説明をする。 図 5の磁極 1 6 f ， 1 6 a と突極 1 a との相対位置は、 図 4の回転子 1が左 方向に 1 0 0度位移動 した位置にある ときを示 している t この と き、 磁極 1 6 f の電機子コ イ ル 9 f ( 3 9 c ) は， 図 1 0の曲線 4 7 a、 4 7 b、 に示されるよ う に順 次通電さ れる。 ま た、 磁極 1 6 aの電機子コ イ ル .9 a ( 3 9 a ) は、 図 1 0の曲線 4 5 a、 4 5 b、 ——に示 される よ う に順次通電される。 その結果、 電機子コイ ル 3 9 c と 3 9 a とは、 矢印 D及び矢印 Eで示す区間だけ 同時に通電さ れる こ と になる。 すなわち、 図 1 0で曲線 4 8 a、 4 8 b、 ——で示される区間 （ 1 2 0度幅で 2 4 0度の離間 ） 同時に通電される。 図 5 に示す磁極 1 6 f 、 1 6 a と 突極 1 a についての位置関係はその同時通 電の初期の状態を示 して いる。
図 5 において、 突極 1 aの端面 1 d と磁極 1 6 f の端 面 6 f との対向面の磁束は矢印 2 3 a、 2 3 b、 と な り、 空隙長が 0. 1 ミ リ メ ー ト ル位となる と端面に垂 直とな り ト ルク に寄与 しない。 両端部の磁束は、 矢印 2 4 a、 2 4 b に示す方向のものとな り トルク は相殺さ れ て、 やは り 出力 トル ク に寄与 しない。 一方、 突極 1 a と 磁極 1 6 aの端面 6 a との間は矢印 2 5 aで示す洩れ磁 束が発生 し、 その結果、 矢印 A方向の トルクを発生する。 従って矢印 A方 に回転子 1 を駆動する トルク を発生する。 なお、 この図 5 に示す突極 l a と磁極 1 6 f 、 1 6 a と の間の関係は、 それ ら と铀対象の突極 l b と磁極 1 6 c、 1 6 d と の関係に等 し いため、 同様に突極 1 b と磁極 1 6 d との間の ¾れ磁束が同時に回転子 1 を同じ方向 （矢 印 A方向） に駆動する ト ルク を発生する こ となる。
回転子 1 の突極を 3個ま たはそれ以上とする場合には、 図 4の展開図は、 機械角 3 6 0度の点線を右にシフ ト し て、 位置検知用回転子 3の突極 3 a、 3 b に 3 c、 —— を加え、 また、 回転子突極 l a、 1 b、 に l c、 ——を 加え、 さ れにそれら に対応 して磁極数も増加させればよ い o
以上の説明 によ り理解されるよ う に、 本実施例による 3相の リ ラ ク 夕 ンス型電動機では、 第 1 の相の電機子コ ィ ル 3 9 aには図 1 0の曲線 4 5 a、 4 5 b、 のよ う に、 ま た、 第 2相の電機子コイ ル 3 9 b には曲線 4 6 a、 4 6 b、 ——のよ う に、 さ ら に、 第 3の相の電機子 コイ ル 3 9 c には曲線 4 7 a、 4 7 b、 のよ う に、 それぞれ 2 4 0度幅だけ通電される こ と によ り、 隣接す る 2個の電機子コイ ル （ 3 9 a — 3 9 b、 3 9 b — 3 9 c、 3 9 c — 3 9 a ) が 1 2 0度幅だけ同時に順次通電 さ れる。 すなわち、 第 3相の電機子コイ ル 3 9 c と第 1 相の電機子コ ィ ル 3 9 a との間は図 1 0の曲線 4 8 a、 4 8 b、 の よ う に、 第 1 相の電機子コイ ル 3 9 a と 第 2相の電機子コ イ ル 3 9 b との間は曲線 4 9 a、 4 9 b、 ……のよ う に、 ま た、 第 2相の電機子コイル 3 9 b と第 3相の電機子コ イ ル 3 9 c との間は曲線 5 0 a、 5 0 b、 ——のよ う に、 同時通電される。 その結果、 大き い出力 ト ルクが発生するものであるが、 その理由を次に 説明する。
図 5 において、 磁極 1 6 f 、 1 6 aの電機子コ イ ルが 同時に通電さ れ磁極 1 6 f が N極、 磁極 1 6 aが S極に 励磁される と、 磁束は点線 Fで示すよう に還流する。 と こ ろで突極 l a と磁極 1 6 f の対向面積は、 突極 l a と 磁極 1 6 aの対向面積に比べて大きいので、 突極 1 a と 磁極 1 6 f との間は磁気抵抗が小さ く 大き い磁束量とな る。 この大き い磁束量をも った磁束が磁極 1 6 f から突 極 l a に、 さ ら に突極 l aから磁極 1 6 aへと還流する と き、 ト ルク に有効な洩れ磁束 2 5 aも対応して増大し, それが大きい トルク を発生する。
本発明によ る リ ラ クタ ンス型電動機が大きい出力 トル ク となるのは上述 した理由 による ものである。 磁極と突 極数を増加する とそれに対応 して大きい出力 トルクを得 る こ とができ る。 そ して、 図 2の例では回転子の突極は 2 つ （ 1 a、 l b ) と したが、 これに代えて突極を 3つ ( l a、 l b、 1 c ) と する こ と もでき る。 この場合、 図 4の展開図では点線 B ば右方に 3 6 0度シフ 卜 する。 さ ら に、 突極の数はを増大させる と、 出力 トルクはその 突極の数に比例 して増大する。 と こ ろ で、 図 1 に示す従来型の電動機の場合には突極 1 a、 1 b、 …は 6個あるが、 出力 トルク に有効なもの はその う ちの 2個 （例えば、 ある時点では突極 1 aと 1 e ) である。 そ して、 こ の図 1 に示す電動機では、 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 — 1、 4 一 4の方向に受けて変形する。 その位置から さ ら に 1 2 0度回転する と、 固定電機子 1 6 は突極 1 b、 I f によ り矢印 4 — 2、 4 一 5の方向の吸引力 によ り変 形する。 さ ら にその位置から 1 2 0度回転する と、 固定 電機子 1 6 は矢印 4 一 3、 4 一 6の方向の吸引力によ り 変形する。 図 1 の電動機の固定電機子 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。
と こ ろが、 本発明においては、 突極を 3個以上とする こ と に よ り、 すべて に同時に吸引力を発生させるので、 固定.電機子 1 6の円局方向の圧縮力が発生するのみで変 形はな く、 したがって、 振動の発生が抑制される と いう 効果があ る。 ま た、 本発明において、 突極を 6個 とする と、 同 じ 6個の突極を もった図 1 の従来型の電動機に く らべ、 3 倍の出力 トルクが得られる。
こ こ で、 突梃を 4つ備える本発明の他の実施例につい て図 3 を参照 して説明する。 電機子 1 6 の内周面には 1 2個のス ロ ヅ 卜 1 7 a、 1 7 b、 1 7 c、 · · · ·、 1 7 1 が等 し い離間角で形成さ れて いる。 これ らのス ロ ヅ 卜の う ち隣合う もの同士 （ 1 7 a と 1 7 b、 1 7 b と 1 7 c. ——、 1 7 1 と 1 7 a ) にはそれぞれ電機子コ イ ルが捲 回 して装着さ れる。 一方、 回転子 1 の外周 には 4つの突 極 l a、 l b、 l c、 I d が形成されて いる。 そ して、 3相の電機子コ イ ルの通電が行なわれる と、 回転子 1 は, その突極 l a、 l b、 l c、 I dが磁気的に吸引される こ と によ り、 矢印 A方向に回転する。 この と き に電機子 1 6 を吸引する力の方向は矢印 9 a、 9 b、 9 c、 9 d の方向と なるので、 電機子 1 6 を歪曲する力はパラ ンス して消滅する。 従って図 2 の実施例のよう に突極 l a、 1 b に電機子 1 6が吸引 さ れて歪曲する欠点が除去され る。
以上の説明は 3相片波通電の場合であるが、 両波通電 と する こ と もできる。 又 4相の通電とする こ と もできる < この場合の通電区間は 9 0 度となる。
従来の リ ラ クタ ンス型の電動機の トルク と通電電流の 関係を表すと図 9 における曲線 3 3 のよ う にな り、 初期 は次乗曲線と なって いる。 従来のマグネ ッ ト電動機では, マグネ ッ 卜 の磁界以上に磁極を励磁できないので点線 3 3 aの点で ト ルクが飽和 して、 この点以上の トルクは得 られない。 一方、 本発明装置では洩れ磁束によ り 出力 ト ルク を得る こ と を特徴と して いるので、 洩れ磁束の量は 電流に比例 し、 その結果、 トルク と通電電流の関係は図 9 における曲線 3 3 b のよ う に リ ニヤとな り、 通電電流 に比例 した出力 トルク を安定的に得るこ とができる。
以上のよ う に本発明によ る リ ラ クタ ンス型電動機によ れば、 振動が防止され、 かつ、 通電電流と トルク との関 係を リ ニア と する こ とができ る、 と いう効果が発揮され る。
9 3

Claims

請 求 の 範 囲
複数相 （ N相 ： N は 2 ま たはそれ以上の正の整数） の リ ラ ク タ ン ス型電動機において、
円周方向に n個 （ n は 2 ま たはそれ以上の正の整 数） の突極をそれぞれ等 しい幅でかつ等 しい離間隔で もっ て形成 した軟磁性体回転子と、
円周方向に等間隔に形成 した m X n個 （ mは 3以 上の正整数） のス ロ ッ ト の各隣合う もの同士に電機子 コイ ルを装着する こ と によ り m x n個の磁極を形成 し， かつ、 その電機子コ イ ルを第 1 相の電機子コイ ル、 第
2相の電機子コイ ル、 第 3相の電機子コイル——、 第 N相の電機子コ イ ル、 となるよ う に接続 した固定電機 子と、
上記固定電機子に対 して上記回転子を、 回転子の 突極と固定電機子の磁極 とが僅少の間隙をもって対向 する よ う に、 回転可能に支持する手段と、
上記回転子の突極の回転位置を検出 して、 所定幅 で順次に所定の幅だけお く れた第 1、 第
2、 第
3、 · · …第 N の相の位置検知信号を出力する位置検知装置と, 上記第 1 相の電機子コイ ル、 第 2相の電機子コィ ル、 第 3相の電機子コ イ ル ·■ · .、 第 N相の電機子コィ ルのそれぞれに直列接铳された半導体ス ィ ツチング素 子と、
上記各相の電機子コ イ ルにそれに直列接続された 半導体スィ ツ チン グ素子を介 して供電する直流電源と. 上記位置檢出装置か らの第 1、 第 2、 第 3、 ——、 第 Nの相の位置検知信号によ り上記半導体ス ィ ッチン グ素子の導道を制御 して、 第 1 相の電機子コイ ルは第 2相の電機子コイ ル と一部の区間同時に通電され、 上 記第 2 相の ¾機子コ ィ ルは第 3相の電機子コィ ル 'と一 部の区間同時に通電され、 ——第 N相の電機子コイ ル は上記第 1 相の電機子コ イ ルと一部の区間同時に通電 される よ う に した通電制御回路とからな り、
上記固定電機子に形成された第 1 の磁極は所定方 向隣の第 2 の磁極と 1 方が N極他方が S極に同時着磁 され、 次には上記第 2 の磁極と上記所定方向隣の第 3 の磁極と 1 方が N極他方が S極に同時着磁され、 次に は上記第 3 の磁極と上記所定方向隣の第 4の磁極と 1 方が N極他方が S極に同時着磁され——る こ と によつ て、 これら隣合う 1 対の磁極の う ち突極と対向する面 積の大き い方の磁極を通過する磁束の量に依存 した、 他方の磁極を通過する、 磁極と突極間の トルク に有効 な洩れ磁束を発生させるよ う に したこ と を特徴とする、 複数相の リ ラ クタ ン ス型電動機。
. 上記 リ ラ ク 夕 ンス型電動機は 3相の （ N = 3 ) の電 動機であって、 上記軟磁性体回転子は電気角で 2 4 0 度幅の突起を軸対象に 2 つ （ n = 2 ) 備え、 ま た上記 固定電機子は 6個 （ m = 3 ) こ のス ロ ッ ト を形成 し、 これら ス ロ ッ ト を一定方向に沿って順に第 1、 第 2、 第 3、 · · · ·第 6 のス ロ ッ ト と称 したと き、 第 1 及び第 2のス ロ ッ 卜 に装着される電機子コイ ルと第 4及び第 5 のス ロ ッ 卜 に装着される電機子コイ ル とを直列接続 して第 1 相の電機子コ ィ ル と し、 第 2及び第 3 のス ロ ッ ト に装着さ れる電機子コ イ ルと第 5 及び第 6 のス ロ ッ ト に装着さ れる電機子コ イ ルと を直列接続 して第 2 相の電璣子コ イ ル と し、 さ ら に、 第 3及び第 4のス ロ ッ ト に装着される電機子コ イ ルと第 6 及び第 1 のス ロ ッ ト に装着さ れる電機子コイ ルと を直列接続 して第 3 相の電機子コイ ル と し、
上記第 1 相の電撻子コィ ルに関連する半導体スイ ツ チング素子に対しては、 上記位置検出器よ り電気角で
2 4 0 度幅のノヽィ レべルで 1 2 0度幅の口一 レベルを 繰り 返す第 1 の相の位置検知信号を供給 し、 上記第 2 相の電機子コ イ ル に関連する半導体スィ ヅチング素子 に対 しては上記第 1 の相の位置検知信号よ り 電気角で
1 2 0度遅れた信号を第 2 の相の位置検知信号と して 供給 し、 さ ら に、 上記第 3相の電機子コイルに関連す る半導体ス ィ ツチ ン グ素子に対 しては上記第 2 の相の 位置検知信号よ り 電気角で 1 2 0度遅れた信号を第 3 の相の位置検知信号と して供給 して、
上記回転子の 2 つの突極のすベてが出力 トルク に休 止する こ と な く 寄与する よ う に したこ と を特徴とする. 請求の範囲第 1 項記載の複数相の リ ラ ク夕 ンス型電動 3 . 上記各相の電機子コ イ ルの雨端側にそれぞれ接続さ れた半導体スィ ツ チ ング素子のうちの一方と上記直流 電源の正ま たは負の いずれかの極との間に逆流防止用 のダイ オー ド を介在させる と と も に、 これら半導体ス ィ ツ チ ングと半導体ス ィ ヅ チングとの間にコ ンデンサ を接続 して、
電機子コ イ ルの通電が断たれた と き、 該電機子コィ ルに蓄積さ れた磁気エネルギーを上記逆流防止用ダイ ォ一 ドでも って直流電源側に還流するのを妨げて、 上記コ ンデンサに充電 し、 また、 この電機子コ イ ルが 再び通電される と きは、 直流電源からの電圧に上記コ ンデンザに充電された電圧を加算したものがこの電機 子コィ ノレに印加されるよ う に した、
請求の範囲第 1 項記載の複数相の リ ラ ク夕 ンス型電 動機。
4 . 上記突極と上記磁極との空隙を 1 / 1 0 ミ リ メ ー ト ル以下 と した、 請求の範囲第 1 項記載の複数相の リ ラ ク夕ンス型電動檨。
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