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    公开号:WO1992005627A1
    申请号:PCT/JP1991/001217
    申请日:1991-09-12
    公开日:1992-04-02
    发明作者:Itsuki Bahn
    申请人:Kabushikigaisya Sekogiken；
    IPC主号:H02K19-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 害
    [0002] 3相 リ ラ ク タ ンス型電動機
    [0003] 技 術 分 野
    [0004] 本発明は、 リ ラ ク タ ンス型電動機に関し、 特に、 各種 産業機器の駆動源と して使用可能な、 出力 ト ルク の大き い 3相 リ ラ ク タ ンス型電動機に関する。
    [0005] 背 景 技 術
    [0006] 典型的な 3 相リ ラ ク タ ンス型電動機は、 6個の磁極を 有する固定子と、 4個又は 8個の突極を有する ^転子と を備え、 各組が電動機直径方向に互いに対向する 2個の 磁極からなる 3組の磁極には、 第 1 相〜第 3相の励磁コ ィ ルを夫々構成する 3組の励磁コ イ ルが夫々嵌装されて いる。 第 1 〜第 3相の励磁コ ィ ルには励磁電流が順次印 加され、 これによ り、 励磁された磁極と これに対応する 突極との間に磁気吸引力が作用 して、 回転子が回転する。
    [0007] リ ラ ク タ ン ス型電動機では、 磁極を通る磁束が飽和し た状態においても、 励磁コ イ ルの起磁力 （ア ンペア夕一 ン） すなわち励磁コ イ ル巻数と励磁電流との積の増大に つれて、 電動機出力 ト ルク が増加する。 例えば、 出力が 約 5 0 0 ヮ ッ ト の リ ラ ク タ ンス型電動機においては、 第 1 図に示すよ う に、 励磁電流が例えば 2 ア ンペア より も 小さい区間 3 a では出力 ト ルク が励磁電流の自乗に比例 して増大し、 励磁鼋流が 2 ア ンペアよ り も大きい区間 3 bでは出力 ト ルクが励磁電流に比例して増大する。
    [0008] 従って、 理論上は、 励磁コ イ ルの起磁力を増大するこ とによ り電動機出力 ト ルクを増大できる。 しかしながら、 電動機において励磁コ ィ ルが占有できる空間は限られて おり、 励磁コ イ ルの巻数を増大すべく励磁コ イ ルを大型 にする こ とは困難である。 又、 励磁電流を増大すると銅 損が増大する。 従って、 励磁コ イ ルの起磁力を増大させ て リ ラ ク タ ン ス型電動機の出力 ト ルクを増大する ことは 困難である。
    [0009] 3相リ ラ ク タ ン ス型電動機では、 典型的には、 回転子 が電気角で 1 8 0度回転する毎に励磁電流が供給， 遮断 される。 即ち、 回転子 1 回転当り、 磁束の蓄積， 消減が 6 回繰り返される。 こ の様に、 リ ラ ク タ ン ス型電動機で は回転子 1 回転当りの磁束蓄積， 消弒回数が大き く、 従 つて、 鉄損が増大する。 しかも、 励磁コ イ ルのイ ンダク タ ン スが大きいので、 励磁コ イ ルに蓄積される磁気エネ ルギが著し く 大き く、 エネルギ蓄積， 消滅に時間を要す る。 こ のため、 励磁電流の立ち上がり， 立ち下がりが遅 れて、 減 ト ル ク が発生する （ ト ルク が減少する） と共に 反 ト ルク が発生する。 減 ト ルク及び反 ト ルク は、 電動機 回転速度の増大につれて増大する。 従って、 電動機を高 回転速度で運転する こ とは困難である。
    [0010] 特に、 電動機の出力 ト ルクを増大させるベく突極及び 磁極の配設数を増加し、 或は、 突極と磁極間の間隙を小 さ く する と、 蓄積磁気ヱ ネ ルギに起因して励磁電流の立 ち上がり， 立ち下がり に要する時間が更に増大するので、 回転速度が顕著に減少する。 結局、 従来の リ ラ ク タ ンス型電動機において、 所要回 転速度と大き い出力 ト ルク とを同時に得る こ とは困難で あった。
    [0011] 発 明 の 開 示
    [0012] 本発明の目的は、 各種産業機器の駆動源と して使用可 能な、 大きい出力 ト ルク の 3相 リ ラ ク タ ンス型電動機を 提供する こ と にある。
    [0013] 上述の目的を達成するため、 本発明の 3相リ ラ クタ ン ス型霪動機は、 第 1 相， 第 2相及び第 3相に夫々関連す る 3組の磁極が内周面に所定の順序で周方向に等間隔で 形成された固定電機子と、 3組の磁極に夫々嵌装されか つ第 1 相， 第 2相及び第 3相に夫々関連する 3組の励磁 コ イ ルと、 回転自在に配されかつ固定電機子の磁極の総 数を上回る所定数の突極が外周面に周方向に等間隔で形 成された回転子とを備えている。 各組の磁極は、 相隣る 2個の磁極と両該磁極と電動機直径方向に対向しかつ栢 隣る 2個の磁極とからなり、 又、 各組の励磁コ イ ルは互 いに接铳されている。 更に、 本発明の 3 相リ ラ ク タ ンス 型電動機は、 回転子の回転につれて一連の位置検出信号 を順次発生するための位置検出装置と、 直流電源に接続 され位置検出信号に応じて 3組の励磁コ ィ ルを順次通電 させるための通電制御回路と、 各組の励磁コ イ ルへの通 電の停止時に当該通電停止された一組の励磁コ ィ ルに蓄 積された磁気エネルギを前記通電停止時に通電開始され る別の組の励磁コ イ ルに流入させる こ と によ り、 当該蓄 積磁気エネルギを急速に消威させる と共に前記別の組の 励磁コ ィ ルに流れる励磁電流を急速に立ち上がらせるた めの回路手段とを備えている。
    [0014] 上述のよ う に、 本発明によれば、 第 1 相， 第 2相及び 第 3相の各々 に関連して、 相隣る 2個の磁極と両該磁極 と電動機直径方向に対向する 2 個の磁極とからなる 4つ の磁極が設け られ、 当該 4つの磁極は、 これら磁極に夫 々嵌装した 4 つの励磁コ イ ルによ り励磁される。 この結 果、 第 1 相， 第 2栢及び第 3相の各々に関連して 2つの 励磁コ イ ルを設けた従来の リ ラ ク タ ンス型電動機に比べ て、 各相の励磁コイル全体の起磁力が大幅に増大する。 即ち、 本発明によれば、 霪動機における限られた励磁コ ィ ル E設空間が有効利用され、 鼋動機を大型にすること なしに励磁コ イ ルの起磁力を増大でき、 従って、 電動機 出力 ト ルクを増大でき る。 しかも、 本発明によれば、 各 相の励磁コ イ ルへの通電の停止時に当該通電停止された 励磁コ ィ ルに蓄積された磁気ヱネ ルギが前記通電停止時 に通電開始される別の相の励磁コ イ ルに流入し、 当該蓄 積磁気ェネルギが急速に消婊する と共に前記別の相の励 磁コ イ ルに流れる励磁電流が急速に立ち上がる。 この結 果、 本発明の電動機は、 磁極数及び突極数が従来の電動 機のものよ り も多いのにもかかわらず、 各種産業機器の 駆動源に要求される高回転速度で運転可能である。 この 様に、 本発明によれば、 各種産業機器の駆動源と して使 用可能な、 大きい出力 ト ルク の 3相リ ラ ク タ ン スが提供 される。
    [0015] 図 面 の 簡 単 な 説 明
    [0016] 第 1 図は、 リ ラ ク タ ン ス型電動機の励磁電流一出力 ト ルク曲線を例示する グ ラ フ、
    [0017] 第 2 図は、 本発明の第 1 実施例による 3相片波 リ ラク タ ン ス型電動機の本体を示す概略断面図、
    [0018] 第 3 図は、 第 2図の回転子及び電機子を電動機半周部 について、 位置検出素子と共に示す展開図、
    [0019] 第 4 図は、 電動機本体と共に用いられる位置検出装置 を示す概略回路図、
    [0020] 第 5 図は、 電動機本体及び位置検出装置と共に用いら れる通霪制御回路を示す概略回路図、
    [0021] 第 6 図は、 電動機本体の励磁電流曲線及び出力 ト ルク 曲線を示すグ ラ フ、
    [0022] 第 7 図は、 位置検出装置における各種信号の時間轾過 に伴う変化を示すタイ ミ ン グチ ヤ一 ト、
    [0023] 第 8図は、 第 1 実施例の磁極とは断面形状が異なる磁 極の変形例を示す部分概略断面図、
    [0024] 第 9 図は、 第 1 実施例での突極数と異なる数の突極を 有する電動機本体の変形例を示す、 第 3 図と同様の展開 図、 および
    [0025] 第 1 0 図は、 本発明の第 2実施例による電動機の通電 制御回路を示す概略回路図であ る。
    [0026] 発明を実施するための最良の形態
    [0027] 本発明の第 1 の実施例による 3相片波 リ ラ ク タ ンス型 電動機は第 2 図に示す電動機本体を備えている。 電動機 本体は、 筐体の周壁 2 3 と、 筐体周壁 2 3 に固定した筐 体の両端壁 （図示略） に設けた軸受け （図示略） によ り 回転自在に支持された回転軸 5 と、 回転軸 5 に嵌着され た回転子 1 と、 該回転子 1 と同軸状に配され筐体 2 3に 固定された電機子 （固定子） 1 6 とを備えている。 回転 子 1 及び電機子 1 6 の夫々は、 従来公知のよう に珪素鋼 板の積層体よ りなる。 筐体周壁 2 3 は、 アル ミ ダイキヤ ス ト によ っ て、 凹部 2 4 a〜 2 4 f を形成した電機子外 周面に埋設， 固定され、 周壁 2 3 を構成するダイ キャ ス ト材は、 電機子 1 6 の外周部において記号 Eで示す深さ まで侵入している。 周壁 2 3 と電機子 1 6 との結合部 2 4 a ' 〜 2 4 f ， は、 ダイ キ ャ ス ト作業後に切削により 除去される。 即ち、 電機子 1 6 には、 相隣る一対の磁極 に関連する磁路をその他の磁極に関連する磁路から遮断 する切り欠き 2 4 a ' 〜 2 4 f ' が形成されている。
    [0028] 回転子 1 の外周面には、 周方向幅が互いに同一の 2 6 個の突極 1 a 〜 1 zが周方向に等間隔で形成され、 電動 機半径方向外方に突出している。 電機子 1 6 は磁路を形 成自在の環状磁心 1 6 ， を有し、 磁心内周面には 1 2個 の磁極 1 6 a 〜 1 6 f 及び 1 6 a， 〜： I 6 f ， が周方向 に等間隔に形成され、 電動機半径方向内方に突出 してい る。 磁極及び突極の先端面同士は、 約 0. 1 5 m mの空 隙をおいて対向している。 磁極の周方向幅は、 互いに同 —でかつ突極幅と同一である。 相隣る 2 つの磁極例えば 磁極 1 6 a と 1 6 a ' との離隔間隔は、 3 つの突極例え ば突極 1 a〜 l c の配設区間の長さに対応している。 即 ち、 相隣る磁極同士は、 磁極先端において、 突極幅の 4 倍の距離だけ互いに離間している。 そ して、 相隣る 2個 の磁極 1 6 a， 1 6 a ' と両磁極と電動機直径方向に対 向しかつ相隣る 2個の磁極 1 6 d， 1 6 d ' とか らなる 第 1 組の磁極は、 第 1 相に関連 している。 磁極 1 6 b, 1 6 b， ， 1 6 e及び 1 6 e ' は、 第 2相に関連する第 2組の磁極をなす。 又、 磁極 1 6 c , 1 6 c ' , 1 6 f 及び 1 6 ί ' は、 第 3相に関連している。
    [0029] 磁極 1 6 a 〜 1 6 f 及び 1 6 a ' 〜 ： I 6 f ， には、 励 磁コ イ ル 1 7 a〜 ： I 7 f 及び 1 7 a， 〜 ： I 7 f ， が夫々 嵌装されている。 上述のよ う に相隣る磁極同士が突極幅 の 4倍に等しい距離だけ離隔しているので、 両該磁極に 嵌装される励磁コ イ ルの配設空間は相当に大きい。 従つ て、 各々の励磁コ イ ルを径大の絶縁銅線を所要タ ー ン数 だけ巻いたもので構成でき、 所要の起磁力が得られる。 そ して、 第 1 相に関連する第 1 組の励磁コ イ ル 1 7 a， 1 7 a ' , 1 7 d , 1 7 d ' は、 互いに直列又は並列に 接続され、 或は、 その内の 2個づっを直列接続したもの 同士が並列に接続されている。 以下、 この接続体を第 1 相の励磁コ イ ル Kと云う。 第 2 組の励磁コ イ ル 1 7 b， 1 7 b， ， 1 7 e及び 1 7 e ， な らびに第 3組の励磁コ ィ ル 1 7 c , 1 7 c ' , 1 7 f 及び 1 7 ί ， も同様に接 続され、 これらを夫々第 2 , 第 3相の励磁コ イ ル L, Μ と云う c
    [0030] 電動機は、 第 4図に示す位置検出装置を更に備えてい る。 位置検出装置は、 回転子 1 の突極 1 a〜 l z の回転 位置を検出するための、 5 mm直径でかつ約 1 0 0 ター ンの空心コ イ ルよ り夫々なる 3 つの位置検出素子 1 0 a 〜 1 0 c (第 3 図） を含み、 これらの検出素子 （以下、 検出コ ィ ルと云う） は互いに 1 2 0度離間すると共に夫 々のコ ィ ル面が突極 1 a〜 1 z の側面に空隙を介して対 向可能なよ う に電機子 1 6 に固定されている。 又、 位置 検出装置は発振周波数が約 1 M H z の発振器 7 を含み、 発振器 7 の出力側は、 検出コイ ル 1 0 a〜 l 0 c と抵抗 1 5 a〜 l 5 e とよ り なるプリ ッ ジ回路に接铳されてい る。 このブリ ッ ジ回路は、 コ イ ル 1 0 a〜： I 0 c のいず れもが回転子 1 の突極 1 a〜 1 z に対向していない状態 で平衡するよ う に調整されている。 そ して、 プリ ッ ジ回 路は、 ダイ オー ド 1 1 a〜 l 1 d とコ ンデンサ 1 2 a〜
    [0031] 1 2 d とよ り夫々なる ローノ、'ス フ ィ ルタ及びオペアンプ
    [0032] 1 3 a〜 l 3 c を介して、 論理回路 8 に接続されている。 よ り詳し く は、 ダイ ォー ド 1 1 a〜 l 1 c のア ノー ド は、 コ イ ル 1 0 a〜 ： L O c と抵抗 1 5 a〜 ： 1 5 c との接 続点に夫々接铳され、 これらダイ オー ド 1 1 a〜 1 1 c のカ ソ ー ドは、 一端が接地されたコ ンデンサ 1 2 a〜 1 2 c の他端及びオペア ンプ 1 3 a〜 l 3 c の正入力端子 に夫々接続されている。 そ して、 ダイ オー ド 1 1 dは抵 抗 1 5 d， 1 5 e の接続点にア ノ ー ドが接続され、 また、 —端が接地されたコ ンデンサ 1 2 d の他端及びオペア ン プ 1 3 a〜 l 3 c の負入力端子にカ ソ ー ドが接铳されて いる。 オ ペア ンプ 1 3 a〜 l 3 c の出力端子は論理回路 8 の入力側に接続されている。
    [0033] 霪動機は、 第 5図に示す通鼋制御回路をさ らに備え、 電機子 1 6 の励磁コ イ ル 1 7 a 〜 l 7 f 及び 1 7 a ' 〜 1 7 f ' すなわち第 1 〜第 3相の励磁コ ィ ル K〜 Mに対 する励磁電流供給を許容および阻止するよう にな つてい る O
    [0034] 通電制御回路の入力端子 4 a 〜 4 c は、 一方では上述 の位置検出装置の出力端子 6 a 〜 6 c に接続され、 他方 では通電制御回路の A N D回路 1 4 a〜 l 4 c の夫々の
    [0035] —方の入力端子に接铳されている。 そ して、 これら A N D回路の他方の入力端子は、 当該 A N D回路と協働して 後述のチ ヨ ッ パ回路を成すオペアンプ 4 0 a を介 して、 電動機出力 ト ルクを可変制御するための基準電圧が印加 される基準電圧入力端子 4 0 に接続されている。 また、 A N D回路 1 4 a〜 l 4 c の夫々の出力端子は、 反転回 路を介して、 直流電源の正端子 2 a と第 1 〜第 3 相の励 磁コ イ ル K〜 Mの一端との間に介在する ト ラ ン ジ スタ （ ス イ ッ チ ン グ素子） 2 0 a， 2 0 c , 2 0 e のベ ー スに 接铳されている。 第 1 〜第 3相の励磁コ イ ル K〜 Mの夫 々 の他端は、 ト ラ ン ジ ス タ 2 0 b， 2 0 d , 2 0 ί及び 抵抗 2 2 を介 して直流電源の負端子 2 b に接続され、 又、 ト ラ ン ジス タ 2 0 b， 2 0 d , 2 0 ί を介してオ ペア ン ブ 4 0 a の負入力端子に接続されている。 抵抗 2 2は、 第 1 〜第 3相の励磁コ ィ ル K〜Mに流れる励磁電流を検 出する もので、 その一端は ト ラ ン ジス タ 2 0 b， 2 0 d , 2 0 f のエ ミ ッ タに接铳され、 他端がダイ ォー ド 2 1 a , 2 1 c， 2 1 e のア ノ ー ドに接続されている。 こ れらダ ィ ォ ー ドのカ ソ ー ドは第 1 〜第 3相の励磁コ イ ル K〜M の一端に接続され、 第 1 〜第 3 相の励磁コ イ ルの他端と 直流電源正端子 2 a との間にはダイ オー ド 2 1 b， 2 1 d , 2 1 f が介在している。
    [0036] 以下、 上述の構成の 3相片波 リ ラ ク タ ン ス型電動機の 作動を説明する。
    [0037] 電動機に装備された位置検出装置 （第 4図） のブリ ツ ジ回路は、 検出コ イ ル 1 0 a〜 1 0 cが回転子 1 の突極 1 a〜 1 z のいずれにも対向していない場合に平衡する よう になつている。 従って、 検出コ イ ル 1 0 aが突極に 対向していないと き は、 ダイ オ ー ド 1 1 a， コ ンデンサ 1 2 aからなる 口 一ノ、'ス フ ィ ルタ の出力とダイ オー ド 1 1 d , コ ンデ ンサ 1 2 dからなるロ ーパス フ ィ ルタの出 力とは互いに等し く、 オペア ンプ 1 3 a の出力はローレ ベルとなる。 但し、 実際には、 電動機の回転停止時、 検 出コ ィ ルのいずれか一つが突極のいずれか一つに対向し ている。 従って例えば、 検出コ イ ル 1 0 aが突極に対向 している と、 鉄損 （渦流損と ヒ ス テ リ シ ス損） に起因し て検出コ イ ル 1 0 a のイ ン ピー ダン スが減少する ので抵 抗 1 5 a での電圧降下が大き く なり、 オ ペア ンプ 1 3 a の正入力端子への印加鼋圧が増大してオペア ンプ出力 2 5 はハ イ レベ ルとなる （第 7 図に符号 2 5 a , 2 5 bで 例示する） 。 即ち、 回転子 1 の回転に伴ってオペアンプ 1 3 a からは矩形波信号 2 5 が送出される。
    [0038] 検出コ イ ル 1 0 b , 1 0 c の夫々が突極 l a〜 ： l zの いずれかの側面に対向したと き にも、 抵抗 1 5 b , 1 5 c での電圧降下が大き く なり 口 —パス フ ィ ルタ 1 1 b , 1 2 > および 1 1 c， 1 2 c を介して印加される入力電 圧が増大してオペア ンプ 1 3 b， 1 3 c の出力 2 6, 2 7 (第 7 図） がハ イ レベルとな り （第 7 図に符号 2 6 a, 2 6 b, 2 7 a , 2 7 bで例示する） 、 回転子 1 の回転 に伴って両オ ペア ンプから矩形波信号 2 6， 2 7 が送出 される。 上記矩形波信号 2 5〜 2 7 は互いに 1 2 0度の 位相差を有している。
    [0039] これら矩形波信号 2 5〜 2 7 を入力する論理回路 8は、 矩形波信号 2 5 , 2 6及び 2 7 と矩形波信号 2 6 , 2 7 及び 2 5 を反転したものとの対応する もの同士の論理積 に対応する矩形波信号 2 8〜 3 0 (第 7 図） を発生する。 結局、 霪動機の回転に伴って、 位置検出装置の出力端子 6 a〜 6 c からは、 第 1 〜第 3 相の励磁コ イ ル K〜Mに 関連しかつ回転子 1 の突極の位置を表す 1 2 0度幅の第 1 〜第 3相の位置検出信号 2 8〜 3 0 が順次送出される。
    [0040] さて、 電動機電源の投入時、 通電制御回路 （第 5図） において、 直流電源の正負端子 2 a， 2 bから当該回路 への給電が行われる。 また、 オ ペア ンプ 4 0 a の負入力 端子に正入力端子に加わる電圧よ り も低い電圧が印加さ れ、 オペア ン プ 4 0 a からハイ レベル出力が A N D回路 1 4 a〜 l 4 c に印加され、 これら A N D回路のゲー ト が開く。 上述のよ う に、 電動機の起動時、 位置検出装置 の検出コ イ ル 1 0 a〜 1 0 c の いずれか一つが電動機本 体の回転子 1 の突極 1 a〜 l z のいずれか一つに対向し てい る。
    [0041] 斯かる状態において、 例えば、 位置検出装置からハイ レベルの第 2 相の位置検出信号 2 9 aが通電制御回路の 入力端子 4 b に印加される と、 こ のハイ レベル信号 2 9 aが ト ラ ン ジ スタ 2 0 dのベー ス に印加される と共に、 ゲー ト開状態にある A N D回路 1 4 bから送出されたハ ィ レべル出力が反転回路においてロ ー レベル出力に変換 された後に ト ラ ン ジスタ 2 0 c のベー ス に印加される。 従って、 ト ラ ン ジス タ 2 0 c， 2 0 (1が導通して第 2相 の励磁コ イ ル Lが通電される。 こ の結果、 電機子 1 6の 磁極 1 6 b及び 1 6 b ' が N極及び S極に磁化され、 ま た、 磁極 1 6 e及び 1 6 e ' が N磁及び S極に磁化され て、 突極 l e， 1 g, 1 r及び 1 t が磁気的に吸引され、 回転子 1 が第 2図に矢印 Aで示す方向に回転する-。 その 後、 回転子 1 が 9 0度にわたり 回転する と、 第 2相の位 置検出信号 2 9 がロー レベルがなる と同時にハイ レベル の第 3相の位置検出信号 3 0 a が通電制御回路の入力端 子 4 c に印加される。 即ち、 第 2相の励磁コ イ ル Lの通 電が断たれ、 第 3相の励磁コイ ル Mが通電される。 回転 子 1 がさ らに 1 2 0度回転する と、 第 3 相の励磁コ イ ル Mの通電が断たれて第 1 相の励磁コ イ ル Kが通電される c こ の様に、 通電モ— ドは 1 2 0度の回転毎に、 第 1相 の励磁コ イ ル K—第 2相の励磁コ イ ル L—第 3相の励磁 コ イ ル Mとサ イ ク リ ッ ク に交替 し、 結果と して、 励磁コ ィ ル K〜Mが順次かつ連続して通電されて電動機は出力 ト ルク を発生する。
    [0042] 各々の相の励磁コ イ ル K， L又は Μへの通電中、 電機 子 1 6 には磁路遮断作用のある切り欠き 2 4 a ' 〜2 4 f ' が形成されているため、 通電状態にある励磁コ イ ル を構成する 2 対の励磁コ イ ルの各対に関連する磁路は、 第 2 図に破線 Fで示すよ う に閉 じられる。 従って、 各相 励磁コ イ ルへの通霉時に、 当該励磁コ イ ルが発生する磁 束は ト ルク発生に寄与する電機子部分のみを通り、 電機 子 1 6 のその他の部分を通る こ とはない。 即ち、 各相の 磁極は、 実質的に U字状磁心と同一構成である。 この結 果、 励磁電流が ト ルク発生に有効利用されて銅損が低減 する。 又、 励磁コ イ ルに対する通電開始時及び通電停止 時における磁束発生， 消滅によ る鉄損発生に関与する磁 性体体積が最小になり、 効率が向上する。
    [0043] 又、 各相励磁コ イ ル K， L又は Μへの通電中、 励磁さ れた 2対の磁極は、 出力 ト ルク発生に寄与する円周方向 の磁気吸引力の外に、 半径方向に作用する磁気吸引力を 発生する。 しかしながら、 一方の磁極対が発生する半径 方向磁気吸引力と他方の磁極対が発生する半径方向磁気 吸引力とが相殺し合って、 軸受け損傷及び振動発生を防 止する。
    [0044] 上述の各相励磁コ イ ルの通電時、 例えばハイ レベルの 第 1 相の位置検出信号 2 8 aが発生して第 1 栢の励磁コ ィ ル Kが通電されている間、 励磁コ イ ル Kに流れる励磁 電流が、 第 5 図に示す通電制御回路の基準電圧入力端子 4 0 を介してオペアンプ 4 0 a の正入力端子に印加され かつ可変設定可能な基準電圧に対応する設定値を越える と、 オペア ン プ出力がロー レベルとなり、 A N D回路 1 4 a のゲー ト が閉じ、 ト ラ ン ジ ス タ 2 0 aが不導通とな る。 このと き、 励磁コ イ ル Kに蓄積されている磁気エネ ルギは、 ダイ オー ド 2 1 a， ト ラ ン ジス タ 2 0 b および 抵抗 2 2 を介して流れる電流と して放出され、 その後、 当該電流がオ ペア ンプ 4 0 a の ヒ ス テ リ シス特性に応じ て定ま る所定値まで低下したと きにォペア ンプ出力がハ ィ レベルに復帰して ト ラ ン ジス 夕 2 0 a が再び導通し、 励磁電流が流れる。 こ のよ う に、 オペア ンプ 4 0 aは A N D回路 1 4 a と協働して、 励磁電流と上記設定値との 大小関係に応じて ト ラ ン ジス タ 2 0 a を導通， 遮断させ、 励磁電流すなわち電動機の出力 ト ルクを制御する。 その 他の相についても同様で、 結局、 オペアンプ 4 0 aは A N D回路 1 4 a 〜 1 4 c と共にチ ヨ ッパ回路と して機能 する。
    [0045] 次に、 第 6 図を参照して、 本実施例による電動機の作 動上の特徴を さ らに説明する。 従来の電動機において、 例えば、 矢印 3 6 で示す第 2 相の位置検出信号 2 9 a の幅 1 2 0度に等しい区間にわ たり第 2相の励磁コ イ ル L に通電する と、 励磁コ イ ル L の大きいイ ンダク タ ンスのために、 通霪電流の立ち上が り において破線曲線 3 5 の前半部で示す遅れが生じる。 また、 大きい磁気エネルギを放出するので、 通電電流の 下降部が曲線 3 5 の後半部で示すよ う に延長される。 こ こで、 矢印 3 6 bは正 トルクを発生する 1 8 0度の区間 を示す。 従って、 曲線 3 5 の前半部では トルクが減少し (以下、 減 ト ルク の発生と云う） 、 後半部では大きい反 ト 々を発生する。 従って、 従来の電動機は効率が低下 しかつ回耘速度が低く なる。
    [0046] 本実施例の電動機によれば、 斯かる不都合が除去され る。 以下、 その理由を説明する。 例えば、 第 2相の位置 検出信号 2 9 a に応じた第 2相の励磁コ イ ル Lの通電時、 直流電源端子 2 a から高い電圧が印加されるので、 励磁 電流は第 6 図に破線で示す通電曲線 3 5 b のよ う に急速 に立ち上がり、 これによ り减 ト ルク の発生が防止される。 その他の相の励磁コ イ ルについても同様である。 電動機 を高速回転させる場合、 位置検出信号の幅が小さ くなる ので、 これに応じて通電曲線の立ち上がり部の幅を小さ く すべく、 よ り端子電圧の高い直流電源を用いる。
    [0047] また、 各相位置検出信号例えば第 1 相の信号 2 8 aの 立ち下がり時、 ト ラ ン ジス タ 2 0 a , 2 O bが共に不導 通とな り、 励磁コ イ ル Kに蓄積された磁気エネルギに起 因してダイ オー ド 2 l b—電源端子 2 a , 2 b—抵抗 2 2→ダイ ォー ド 2 1 a なる経路に沿って電流が流れ、 即 ち、 電源にエネルギが還流される。 結果と して、 励磁電 流は急速に減少する。 斯く還流される磁気ヱネルギは、 一般には、 直流電源に内蔵された大容量の整流用コ ンデ ンサに蓄積される。 こ こで、 通電曲線 3 5 a の降下部の 幅 （矢印 3 6 aで示す） は電源電圧が高いほど小さくな り、 この降下部の幅が 3 0度を越えなければ実質的な反 ト ルク が発生しない。 その他の通電曲線 3 5 b , 3 5 c についても同様である。 電動機を高速回転させる場合、 位置検出信号幅が小さ く なるのに対応して通霪曲線の降 下部の幅を小さ くすべく、 端子電圧がよ り高い直流電源 を用いる。
    [0048] こ こで注目すべきは、 本実施例装置によれば、 電動機 の可能最大回転速度を直流電源電圧の値に応じて決定可 能な一方、 電動機の出力 ト ルク を基準電圧入力端子 4 0 に印加する基準電圧の値に応じて制御可能な点にある。 すなわち、 電動機の最大回転速度および出力 ト ルクを独 立に制御でき る。
    [0049] マグネ ッ ト 回転子を有する直流電動機とは異な り、 リ ラ ク タ ンス型電動機では、 第 6 図に示すよう に、 突極が 磁極に侵入し始める と きの出力 ト ルクが著し く大きい一 方で、 突極が磁極から離脱し始める と きに出力 ト ルクが 急減する。 そ こで、 第 6図に矢印 3 6 bで示す正 トルク 発生区間 （ 1 8 0度） のう ちの中央部 （ 1 2 0度） にお いて励磁コ イ ルの通電を行う こ とで、 出力 ト ルク変動を ある程度は抑制可能である。 しかしながら、 第 6 図に破 線曲線 4 1 a〜 4 1 c で示すよ う に電動機の出力 トルク は時点 B以降で平坦になる ものの、 電動機の回転速度が 増大するにつれて出力特性は曲線 4 1 a から 4 1 cに向 けて変化し、 ト ルク平坦部の幅が狭く なる。
    [0050] そ こで、 出力 ト ルク特性をさ らに平坦にするため、 好 ま し く は、 通電開始時期が早ま るよ う に、 即ち、 トルク 曲線の立ち上がり近傍で通電が開始されるよ う に検出コ ィ ル 1 0 a〜 l 0 c の配設位置を調節する こ とにより、 平坦でかつ大きい出力 ト ルク を得ている。 図中、 矢印 3 6， 3 6 c はハ イ レベルの第 1 相の位置検出信号 2 9 a の幅 （ 1 2 0 度） および正 ト ルク の得られる幅 （ 1 8 0 度〉 を夫々表す。 こ こで、 励磁電流曲線 3 5 bの降下部 の幅が矢印 3 6 d で示す区間の幅よ り も小さければ反ト ルク は発生しない。 区間 3 6 d の幅は区間 3 5 b の降下 部幅 3 6 a の 2倍で、 従って、 出力 ト ルク の平坦部が長 く 出力 ト ルク の リ ツ プルが小さ く なる と共に、 電動機を よ り高速度で回転可能になる。 なお、 電機子 1 6 の磁極 に対向する回転子 1 の突極の形状を変更する こ と により、 ト ルク曲線の平坦部をよ り長く できる。
    [0051] 上記第 1 実施例は種々に変形可能である。
    [0052] 例えば、 第 8 図に示すよ う に、 細長の磁極 1 6 a〜 1 6 ί及び 1 6 a ， 〜 1 6 f ' の基部側の周方向幅を先端部 側の幅よ り も広く して も良い。 この場合、 磁極の機械的 強度を増大できる。 又、 磁極の先端部側が磁気的に飽和 する一方で、 基部側が飽和しないよ う にでき、 出力 トル クを増大でき る。
    [0053] 又、 回転子 1 に設ける磁極の数を増大可能である。 第 9 図に示す回転子 1 には、 2 8個の磁極 （その半数を図 示する） が形成されている。 この様に、 磁極数を増大す ると、 2つの励磁コ イ ル対の間に空間 3 2 a , 3 2 b , 3 2 c , · · ' が形成される。 例えば励磁コ イ ル対 1 6 a , 1 6 a， と励磁コ イ ル対 1 6 b ， 1 6 b， との間に 空間 3 2 a が設けられる。 この空間は、 励磁コィ ルの端 子の処理を行うのに便宜であり、 又、 この空間を介して 通風が行われて電動機本体が冷却される。
    [0054] 又、 検出コ イ ル 1 0 a 〜 l 0 c の検出対象と しての回 転子 1 に代えて、 回転子 1 と同期回転しかつ突極に代わ る突部を外周に形成したアル ミ ニ ュ ーム板を用いても良 い。 或は、 検出コ イ ル と回転子との組合せに代えて、 回 転子 1 と同期回転するマグネ ッ ト回転子とこれに対向す る磁気抵抗素子との組合せを用いても良い。
    [0055] 以下、 本発明の第 2実施例による 3相片波リ ラ クタ ン ス型電動機を説明する。
    [0056] 第 2実施例の装置は、 第 1 実施例のものに比べて、 端 子霪圧の低い直流電源例えばバッ テ リ を使用した場合に も作動可能で、 従って、 バッ テ リ を電源とする電気自動 車等の駆動源と して供し得る点が異なる。 このため、 第 2実施例の リ ラ ク タ ン ス型電動機は第 5 図の通電制御回 路に f¾ 5.て第 1 0図に示す回路を装備している。 この通 電制御 路は第 5 図に示すオペア ンプ 4 0 a及び A N D 回路 1 4 a〜 l 4 c に代えて逆流防止用ダイ ォー ド 1 8 及びコ ンデンサ 1 9 を備えている。
    [0057] 第 1 の実施例の場合と同様、 位置検出装置から通電制 御回路の入力端子 4 a〜4 c のいずれかにハイ レベルの 位置検出信号たとえば信号 2 8 a , 2 9 a , 3 0 aが印 加される と、 各相励磁コ イ ル K〜Mが順次通電され、 電 動機が回転する。 このと き、 励磁鼋流は、 直流電源端子 2 a , 2 b間の電圧と第 6図に示す出力 ト ルク曲線 4 1 a〜 4 1 d に比例す 逆起電力との差を励磁コ イ ルの抵 抗値で除した値をとる。 従って、 励磁電流は、 逆起電力 が平坦になる通電期間の中央部において略一定値をとる。 —方、 逆起電力が滹少する通霪期間の後半部では励磁電 流が増大し、 出力 ト ルクが増大 して出力 ト ルク曲線の後 半部に示す ト ルク減少を補償する。
    [0058] そ して、 例えばハイ レベルの第 1 の位置検出信号 2 8 a の立ち下がり に伴って第 1 相の励磁コ ィ ル Kへの通電 が断たれると、 励磁コ イ ル Kに蓄積された磁気エネルギ に起因して励磁コ イ ル K， ダイ オー ド 2 l b , コ ンデン サ 1 9 およびダイ ォー ド 2 1 a からなる経路に沿って鼋 流が流れ （第 1 0図） 、 コ ンデ ンサ 1 9 を高電圧にまで 充電する。 こ の結果、 蓄積磁気エネルギが急速に消嫁し、 曲線 3 5 a (第 6 図） で示すよ う に励磁電流が減少する。 このと き通霪制御回路の入力端子には第 2 の位置検出信 号 2 9 a が既に印加され ト ラ ン ジスタ 2 0 c , 2 0 d力 導通している ので、 直流電源電圧と共にコ ンデンサ 1 9 の充霪電圧が第 2相の励磁コィ ル Lに印加される。 結果 と して、 励磁コ イ ル L に流れる励磁電流が第 6 図に曲線 3 5 bで示すよう に急速に立ち上がり、 その後、 上述の よ う に略一定値となる。 第 3相の励磁コ イ ル Mについて も同様である。
    [0059] こ こで、 コ ンデンサ 1 9 の容量が小さいと、 これに応 じて励磁電流の立ち上がり部および立ち下がり部の夫々 の幅が小さ く なり、 電動機を高速運転した場合にも減ト ルク および反 ト ルク の発生が防止される。 即ち、 電動機 を高速かつ高効率で運転できる。 さ らに、 各相励磁コィ ルの相隣る も のの一方の ト ラ ン ジスタ対のオフ動作と同 時に他方の ト ラ ンジス タ対のオ ン動作する場合は、 コ ン デンサ 1 9 を除去可能である。
    [0060] 本実施例の電動機は、 励磁コ イ ルの蓄積した磁気エネ ルギを直流電源に還流させる上記第 1 実施例とは異なり、 直流電源に内蔵の平滑コ ンデンサへの蓄積磁気エネルギ の還流を逆流防止用ダイ ォー ド 1 8 によ り阻止する一方 で、 コ ンデンサ 1 9 を介して上記蓄積磁気ヱネルギを次 に通電される励磁コ イ ルに蓄積させて相隣る励磁コイル の夫々において磁気エネルギを急速に消滅および蓄積さ せる。 従って、 直流電源電圧は低く ても良い。
    [0061] 本実施例による出力 5 0 0 Wの電動機において コ ンデ ンサ 1 9 の容量を 0 . 1 F以下にした場合、 上記磁気 エネルギの消弒， 蓄積に要する時間は 2 0 s e c以内 となり、 鼋動機を毎分 1 0万回転の速度で運転可能であ る。 但し、 通常の回転速度で運転する場合にはコ ンデン サ容量を反 ト ルク発生を確実に防止可能な値以上に設定 する こ とが望ま しい。 なお、 逆流防止用ダイ ォー ド 1 8 は電源負極 2 b側に設けても良い。
    权利要求:
    Claims

    請 求 の 範 囲
    . 各組が栢隣る 2個の磁極と両該磁極と電動機直径方 向に対向しかつ栢隣る 2個の磁極とからなりかつ第 1 相， 第 2栢及び第 3相に夫々関連する 3組の磁極が内 周面に所定の順序で周方向に等間隔で形成された固定 電機子と、
    前記 3組の磁極に夫々嵌装されかつ第 1 相， 第 2相 及び第 3相に夫々関連する と共に各組が互いに接続さ れた 3組の励磁コ イ ルと、
    回転自在に配されかつ前記固定電機子の磁極の総数 を上回る所定数の突極が外周面に周方向に等間隔で形 成された回転子と、
    前記回転子の回転につれて一連の位置検出信号を順 次発生するための位置検出装置と、
    直流電源に接続され位置検出信号に応じて前記 3組 の励磁コ ィ ルを順次通電させるための通電制御回路と、 前記各組の励磁コ ィ ルへの 5|電の停止時に当該通電 停止された一組の励磁コィ ルに蓄積された磁 ヱネル ギを前記通電停止時に通電開始される別の組の励磁コ ィ ルに流入させる こ と によ り、 当該蓄積磁気エ ネルギ を急速に消滅させる と共に前記別の組の励磁コ イルに 流れる励磁電流を急速に立ち上がらせるための回路手 段とを備える 3相リ ラ ク タ ンス型電動機。
    . 前記磁極のう ちの栢隣る磁極は、 3 つの前記突極の 配設区間の長さに対応する間隔だけ互いに離隔して設 けられる請求の範囲第 1 項記載の 3相 リ ラ ク タ ンス型 電動機。
    3 . 前記磁極 O夫々は互いに同一の周方向幅を有 し、 前 記突極の夫々は互いに同一の周方向幅を有する請求の 範囲第 1 項記載の 3相リ ラ ク タ ンス型霪動機。
    4 . 前記磁極の周方向幅は前記突極の周方向幅と同一で ある請求の範囲第 3項記載の 3相リ ラ ク タ ン ス型電動
    5 . 前記固定電機子は環状磁心を有し、 前記環状磁心に は、 前記磁極のう ちの相隣る一対の磁極に関連する磁 路をその他の磁極に関連する磁路から遮断する切り欠 きが形成されている請求の範囲第 1 項記載の 3 相リ ラ ク タ ン ス型電動機。
    6 . 各前記磁極の基部側の周方向幅を先端部側の周方向 幅よ り も広 く した請求の範囲第 1 項記載の 3相 リ ラク 夕 ン ス型電動機。
    7 . 前記回転子に 2 6 個の前記突極を設け、 前記固定霪 機子に 1 2 個の前記磁極を設けた請求の範囲第 1項記 載の 3相リ ラ ク タ ン ス型電動機。
    8 . 前記回転子に 2 8個の前記突極を設け、 前記固定電 機子に 1 2 個の前記磁極を設けた請求の範囲第 1項記 載の 3相 リ ラ ク タ ン ス型電動機。
    9 . 前記第 2 相に関連する磁極の各々 を前記第 1 相に関 連する磁極の対応する一つか ら機械角で 6 0度離間し て形成し、 前記第 3相に関連する磁極の各々を前記第 2相に関連する磁極の対応する一つから機械角で 6 0 度離間して形成した請求の範囲第 1 項記載の 3 相リ ラ ク 夕 ンス型電動機。
    0 . 前記位置検知装置は、 前記位置検知信号の夫々を 時間的に互いに重畳させる こ とな く かつ連铳的に順次 発生するよ う にされ、 各該位置検知信号は電気角で 1 2 0度の幅を有する請求の範囲第 1 項記載の 3 相リ ラ ク タ ンス型電動機。
    1 . 前記通電制御回路は、 前記第 1 相， 第 2相及び第 3相に関連する 3組の励磁コ イ ルの両端に夫々接铳さ れたスイ ッ チ ング素子を含み、 前記位置検出信号に応 じて前記ス イ ッ チ ン グ素子を導通， 遮断させる請求の 範囲第 1 項記載の 3相リ ラ ク タ ンス型電動機。
    2 . 前記回路手段は、 前記第 1 相， 第 2相及び第 3相 に関連する 3組の励磁コ イ ルの各組と前記スィ ッチン グ素子のこ れに対応する もの との接続体に逆接続され たダイ ォー ドを含み、 前記逆接続されたダイ オー ドを 介して、 前記蓄積磁気エネルギを前記別の組の励磁コ ィ ルに流入させる請求の範囲第 1 1項記載の 3 相リ ラ ク タ ンス型電動機。
    3 . 前記直流電源に対して順方向に挿入された逆流防 止用ダイ オ ー ドをさ らに含み、 相ついで発生する位置 検出信号の一方が消威しかつ他方が発生する と きに前 記一方の位置検出信号に関連する励磁コィ ルに蓄積さ れた磁気エ ネルギが前記直流電源に還流する こ とを前 記逆流防止用ダイ ォー ドによ り阻止する と共に前記磁 気エネルギを前記他方の位置検出信号に関連する励磁 コィ ルでの蓄積磁気エネルギに急速に転換し、 これに よ り前記減 ト ルク及び反 トルクを最小にする請求の範 囲第 1 項記載の 3栢 リ ラ ク タ ンス型電動機。
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP2/248643||1990-09-20||
    JP2248643A|JPH04133646A|1990-09-20|1990-09-20|Three-phase reluctance type electric motor|EP91915991A| EP0500963B1|1990-09-20|1991-09-12|Three-phase reluctance motor|
    DE69115250T| DE69115250T2|1990-09-20|1991-09-12|Dreiphasen-reluktanz-motor.|
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