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    公开号:WO1992013386A1
    申请号:PCT/JP1992/000057
    申请日:1992-01-23
    公开日:1992-08-06
    发明作者:Itsuki Bahn
    申请人:Kabushikigaisya Sekogiken；
    IPC主号:H02P6-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書
    [0002] 高速直流電動機
    [0003] 技 術 分 野
    [0004] 本発明は、 高速回転可能であることから ドリルマシン， 研摩機等各種産 業機器の駆動源として利用され、 また小型で出力の大きいことから例えば 電動車等の駆動源としても使用される高速直流電動機に関する。
    [0005] 背 景 技 術
    [0006] 従来、 高速電動機として、 例えば、 イ ンバータを使用した誘導電動機， ィンダクタンスの小さいコアレス電動機を含む半導体電動機 （ブラシレス モータ） が用いられている。 しかし、 この種の電動機は、 一般に、 交流電 源出力を整流するための直流電源装置を備えているので、 大型高価となる 欠点がある。 特にイ ンバータを使用する場合には、 この欠点が顕著に現れ る。 また、 上記従来の電動機は最大回転数が毎分 6 0 0 0〜 1 0 0 0 0回 転位で、 しかも、 大出力を得ようとすると最大回転数が上記回転数よりも 減少する。 そして、 回転数を増大させる為に電動機への印加電圧を上昇さ せると、 電動機の効率が劣化して実用性が失われる。 さらに、 電動機に装 備される定トルク駆動用， 定速駆動用もしくはサーボ制御用の電気回路で、 高速度のときに安定して作動するものがなく、 特に効率良く作動するもの が開発されていない。
    [0007] 発 明 の 開 示
    [0008] 本発明の目的は、 高回転数かつ高効率で運転可能であり、 しかも小型か つ廉価な直流電動機を提供することにある。
    [0009] 本発明の別の目的は、 出力トルクを可変制御可能な直流電動機を提供す ることにある。 上述の目的を達成するため、 本発明の一つの態様は、 3相 Y型接続の直 流電動機において、 互いに電気角 1 2 0度離間して設置された位置検知素 子によりマグネッ ト回転子の位置を検知して、 電気角で 1 2 0度の巾で、 時間的に重畳することなく、 しかも順次に連続して、 第 1 , 第 2 , 第 3の 相の位置検知信号がサイクリックに配設された位置検知信号ならびに該位 置検知信号と電気角で 6 0度の位相差のある同じ構成の第 4 , 第 5 , 第 6 の相の位置検知信号を出力する位置検知装置と、 第 1の相， 第 2の相及び 第 3の相の電機子コイルに対して正方向及び逆方向の通電を行なえるよう に夫々接続された第 1 , 第 2及び第 3のトランジスタブリツジ回路を有し、 上記第 1， 第 2及び第 3の相の位置検知信号によって夫々上記第 1 , 第 2 , 第 3の トランジスタプリッジ回路が付勢されると当該付勢された卜ランジ スタブリツジ回路に接続された電機子コイルに対して正方向の通電がなさ れ、 上記第 4 , 第 5及び第 6の相の位置検知信号によって夫々上記第 1 , 第 2 , 第 3の トランジスタ回路が付勢されると当該付勢されたトランジス タブリ ツジ回路に接続された電機子コイルに対して逆方向の通電がなされ るようにした電気回路と、 上記第 1， 第 2 , 第 3のトランジスタブリッジ 回路に供電する直流電源の正極側若しくは負極側にある上記各トランジス 夕ブリッジ回路の 6個のトランジスタのそれぞれに第 1 , 第 2， ···， 第 6 の逆流防止用のダイオードが直列に挿入されると共に、 上記第 1 , 第 2 , ···, 第 6の逆流防止用のダイオードのそれぞれに並列に第 1 , 第 2 , ··', 第 6のコンデンサが接続され、 上記各位置検知信号の終端において、 対応 する電機子コイルの通電が断たれたときに、 該電機子コイルに蓄積された 磁気エネルギを、 対応する前記した逆流防止用ダイォードに並列に設けら れたコンデンサに充電して、 磁気エネルギの放電電流の降下を急速とし、 上記電機子コイルが次に同方向に通電されたときに、 該コンデンザの充電 電圧により、 この通電の立上がりを急速とする電気回路を備える。
    [0010] 本発明の別の態様は、 上記の直流電機において、 更に第 1 , 第 2 , 第 3 のトランジスタブリ ッジ回路に含まれる第 1 , 第 2 , 第 3の相の電機子コ ィルの第 1相， 第 2相， 第 3相の通電モードの電機子電流を設定値に保持 する第 1のチヨツバ回路ならびに第 1 , 第 2 , 第 3の相の電機子コイルの 第 4相， 第 5相， 第 6相の通電モードの電機子電流を設定値に保持する第 2のチヨッパ回路とを備える。
    [0011] 上述のように、 本発明は、 ある電機子コイルの通電が断たれたときに、 該電機子コイルに蓄積された磁気エネルギを、 対応する逆流防止用ダイォ 一ドに並列に設けられたコンデンサに充電することによって、 上記磁気ェ ネルギの放電電流の降下を急速とするとともに、 この同じ電機子コイルが 次に通電されるときには、 上記コンデンサの充電電圧が直流電源の電圧に 加わり高電圧となり、 通電の立上がりを急速となるようにしたので、 蓄積 磁気エネルギに起因する反トルクの発生および電機子電流の立上がりの遅 れに起因する トルクの減少 （減トルクの発生） を防止でき、 従って、 電動 機の回転数を増大できると共に効率を向上できる。 また、 電機子電流を第
    [0012] 1 , 第 2のチヨツバ回路を用いて設定値に保持するよう制御したので、 直 流電源から通電制御回路への印加電圧に応じて定まる電動機回転数と出力 トルクとを互いに別個独立に制御できる。 従って、 交流を整流するタイプ の直流電源を使用する場合、 直流電源に内蔵の平滑コンデンサとして容量 の小さいものを用いることができ、 装置の小形化， 低コス ト化が図られる 図 面 の 簡 単 な 説 明
    [0013] 第 1図は本発明の第 1の実施例による直流電動機のマグネッ ト回転子お よび電機子コィルを示す展開図、 第 2図は第 1図の位置検知素子と協働し て位置検知装置を構成する論理回路を示すプロック回路図、 第 3図は第 1 図および第 2図の位置検知装置と共に用いられる通電制御回路を示す回路 図、 第 4図は本発明の第 2の実施例による直流電動機に装備される通電制 御回路を示す第 3図と同様の回路図、 第 5図は第 2図の論理回路から送出 される位置検知信号と電機子電流のタイミングチヤ一ト、 第 6図は第 1図 の位置検知素子から送出される電気信号及び第 2図の論理回路から送出さ れる位置検知信号を示すタイミングチャートである。
    [0014] 発明を実施するための最良の形態
    [0015] 第 1図ないし第 3図及び第 5図， 第 6図を参照して、 本発明の第 1の実 施例による 3相 Y型接続の半導体電動機を説明する。 なお、 以下の説明に おいて角度を電気角で表す。
    [0016] 半導体電動機は、 第 1図に展開して示すマグネッ ト回転子 1と第 1相〜 第 3栢の電機子コイル 4 a〜4 cとを有する電動機本体と、 回転子 1の回 転位置を検出するための位置検知装置とを備えている。 位置検知装置は、 第 1図に示すホール素子 （位置検知素子） 3 a〜3 cと第 2図に示す論理 回路 Bとを有している。
    [0017] ホール素子 3 a〜3 cは、 互いに 1 2 0度離間し、 かつ、 回転子 1の磁 極 l a , 1 bに対向して電動機本体の電機子側に固定されている。 論理回 路 Bは、 ホール素子 3 a〜3 cの電気出力信号に基づいて電動機を駆動す るための 6系列の位置検知信号を発生するもので、 従来公知のように構成 されている。 すなわち、 ホール素子 3 a〜3 cから送出される電気信号な らびに当該電気信号の夫々を反転して得た電気信号の対応するものが図示 しない従来公知の増幅手段を介して論理回路 Bの入力端子 5 a〜5 f に夫 々印加され、 論理回路 Bは、 これら電気信号に基づいて得た位置検知信号 を出力端子 6 a〜 6 f から夫々送出するようになっている。 そして、 ホー ル素子 3 a〜 3 cは、 電動機の最大トルク発生区間において各相電機子コ ィル 4 a〜4 cへの通電を行なわせる位置検出信号を発生可能な位置に固 定されている。
    [0018] 直流電動機は、 第 1相〜第 3相の電機子コイル 4 a〜4 cへの通電を制 御するための第 3図に示す通電制御回路と、 この回路に給電するための直 流電源とをさらに備えている。 通電制御回路は、 論理回路 Bの出力端子 6 a〜 6 f に夫々接続された入力端子 8 a〜 8 c , 9 a〜 9 cを有している c 以下、 第 3図に示す通電制御回路の、 第 1相の電機子コイル 4 aに関連 する回路構成を説明する。
    [0019] 電機子コイル 4 aの一端にはトランジスタ 1 0 aのコレクタが接続され、 当該トランジスタのエミ ッタは直流電源の正端子 2 aに接続され、 ベース は反転回路を介して通電制御回路の入力端子 8 aに接続されている。 一方 この入力端子 8 aは、 さらにトランジスタ 1 0 bのベースに接続され、 該 トランジスタ 1 0 bのェミ ッタはダイオード 1 7 aを介して直流電源の負 端子 2 bに接続されている。 なお、 ダイォード 1 7 aにはコンデンサ 1 6 aが並列に接続されている。 トランジス夕 1 0 dのコレクタおよびベース は、 電機子コイル 4 aと トランジスタ 1 0 aとの接続点および通電制御回 路の入力端子 9 aに夫々接続されている。 また、 このトランジスタ 1 0 d のエミ ッ夕はダイォード 1 7 bを介して直流電源負端子 2 bに接続されて いる。 なお、 ダイオード 1 7 bにはコンデンサ 1 6が並列に接続されてい る。 さらに、 上記トランジスタ 1 0 bのコレクタは、 電機子コイル 4 aと トランジスタ 1 0 cのコレクタとの接続点に接続され、 当該トランジスタ 10 cのエミ ッタは上記直流電源の正端子 2 aに接続され、 ベースは反転 回路を介して通電制御回路の入力端子 9 aに接続されている。 さらに、 電 機子コイル 4 aとトランジスタ 10 a, 10 bとの接続点にはダイォード 12 aのァノードおよびダイォ一ド 12 dのカソ一ドが夫々接続され、 ダ ィォード 12 a用カソードは上記直流電源の正端子 2 aに接続され、 ダイ オード 12 dのァノ一ドはダイォード 17 b (及びこれと並列のコンデン サ 16 b) を介して直流電源の負端子 2 bに接続されている。 そして、 ァ ノ一ドが直流電源の負端子 2 bとダイォード 17 a (及びこれと並列のコ ンデンサ 16 a) を介して接続されたダイォード 12 bのカソードは、 電 機子コイル 4 a， トランジスタ 10 b, 10 cおよびダイオード 12 cの 接続点に接続される。 ダイオード 12 cのカソードは上記直流電源の正端 子 2 aに接続されている。
    [0020] 第 2, 第 3相の電機子コイル 4 b, 4 cに関連する通電制御回路の構成 は上述の電機子コイル 4 aに関連する回路と同様なので説明を省略する。 なお、 電機子コイル 4 aおよびトランジスタ 10 a〜l 0 dはプリッジ回 路を構成し、 電機子コイル 4 dおよびトランジスタ 11 a〜 l i d, 電機 子コイル 4 cおよびトランジスタ 11 e〜l 1 hも同様にプリッジ回路を 構成している。
    [0021] 以下、 上述の構成の直流電動機の作用を第 3図， 第 5図及び第 6図を用 いて説明する。
    [0022] 回転子 1が回転すると、 ホール素子 3 a〜3 cから矩形波の電気信号 2 5, 27, 29 (第 6図） が夫々送出され、 論理回路 Bの入力端子 5 a, 5 c, 5 eに夫々印加される。 これら電気信号は、 ホール素子 3 a〜3 c が磁極 （S極） 1 bの磁界内にあるときにハイレベル （第 6図に符号 25 a, 25 b, 27 a, 27 b, 29 a, 29 bで示す） になる。 また、 図 示しない要素において上記電気信号の夫々を反転して得た電気信号 26, 28, 30が論理回路 Bの入力端子 5 b, 5 d, 5 f に夫々印加される。 ハイレベルの上記電気信号 25 a〜 30 bは 180度の幅を夫々有し、 相 隣るもの同士 （例えば信号 25 a, 25 b) は互いに 180度離間してい る
    [0023] 論理回路 Bは上記電気信号 25〜30から得た第 1〜第 6の位置検知信 号 31〜 36 (第 6図） の夫々を出力端子 6 a〜6 f から第 3図の通電制 御回路の入力端子 8 a〜8 c, 9 a〜9 cに送出する。
    [0024] 以下の説明において、 位置検知信号 31を第 1の相の位置検知信号と呼 称し、 位置検知信号 32, 33, 34, 35, 36を夫々第 2, 第 3, 第 4, 第 5， 第 6の相の位置検知信号と呼称する。
    [0025] そして、 第 5図には、 上記第 1〜第 6図の相の位置検出信号 31-36 と電機子電流の波形曲線との関係が示されている。 この第 5図では、 上段 から順次、 第 1, 第 4, 第 2, 第 5, 第 3, 第 6の相の位置検知信号と電 機子電流波形が示されている。
    [0026] ここで、 通電制御回路の入力端子 8にハイレベルの入力信号が印加され ると トランジスタ 10 a, 1 O bが導通する。 この結果、 電機子コイル 4 aの両端が直流電源の正端子 2 aおよび負端子 2 cに夫々接続され、 電機 コイル 4 aは正方向 （第 3図において右方向） に通電される。 一方、 入力 端子 9 aにハイレベルの入力信号が印加されると、 トランジスタ 10 c, 10 dが導通して電機子コイル 4 aは逆方向 （左方向） に通電される。 同 じ事情により、 端子 8 b, 9 bにハイ レベルの入力信号が印加されると、 電機子コイル 4 bは正若しくは逆方向に通電される。 電機子コイル 4 cに ついても同様である。 以上の説明より判るように電機子コイル 4 a〜4 c の正方向の通電は、 それぞれ、 ハイレベルの位置検知信号 3 l a, 31 b, …及び信号 32 a, 32 b…ならびに信号 33 a, 33 b…の幅だけ順次 行われる。 また、 電機子コイル 4 a〜4 cの逆方向の通電は、 それぞれハ ィレベルの位置検知信号 34 a, 34 b, …及び信号 35 a, 35 b, … ならびに信号 36 a， 36 b, …の幅だけ順次行われる。
    [0027] 前述したように通電制御回路の入力端子 8 aに示すハイレベルの位置検 知信号 31 aが入力されると、 第 3図の直流電源の正端子 2 aからの正電 圧が印加され、 トランジスタ 10 a， 10 bが導通するので、 電機子コィ ル 4 aが第 3図で右方向 （正方向） に通電される。 通電初期には、 電機子 コイル 4 aのインダクタンスの為に、 第 5図の点線 22 aに示すように電 機子電流は上昇する。 ハイレベルの位置検知信号 31 aの終端において、 トランジスタ 10 a, 10 bが不導通となるので、 電機子コイル 4 aの蓄 積磁気エネルギは、 ダイオード 12 c, 12 dと直流電源端子 2 a, 2 b を介して、 コンデンサ 16 aを充電する。 コンデンサ 16 aは第 3図に図 示の如くの +—の極性となり、 電機子コイル 4 aに対して、 電源正及び負 端子 2 a, 2 bの電圧が加算された電圧となって印加される。 従って、 電 機子コイル 4 aの蓄積磁気エネルギは、 急速にコンデンサ 16 aの静電工 ネルギに転化され、 1部は直流電源側に還流される。 従って、 電機子コィ ル 4 aの電機子電流は急速に降下する。 この降下部が第 5図で記号 22 b として示されている。 電流降下部 22 bの巾が 30度を越えると電機子電 流の通電区間が 180度 （正トルク発生圧間） を越えてしまって反トルク が発生する。
    [0028] 次に所定時間後に、 同じ入力端子 8 aにハイレベルの位置検知信号 31 bが入力されるので、 トランジスタ 1 0 a , 1 0 bが再び導通して電機子 コイル 4 aは同方向に通電される。 このときに電機子コイル 4 aに印加さ れる電圧は、 前述したコンデンサ 1 6 aの充電電圧に直流電源の端子 2 a , 2 bの電圧が加算されたものとなるので、 電機子電流曲線 1 8 cの立上り 部 2 2 cは急速となる。 又電流降下は、 ダイオード 1 2 c， 1 2 dを介す るコンデンサ 1 6 aへの充電により急速となる。 上述した事情は、 曲線 1 8 aの立上り部 2 2 aについても全く同じでその立上りが急速となる。 通電制御回路の入力端子 9 aには、 位置検知信号 3 4…の電気信号が入 力される。 ハイレベルの電気信号 3 4 aが入力されると、 トランジスタ 1 0 c , 1 0 dが導通して電機子コイル 4 aは第 3図で左方向に通電され、 通電の立上りは、 コンデンサ 1 6 bの充電電圧と直流電源の正及び負端子 2 a , 2 bの加算電圧により急速となる。 又ハイ レベルの位置検知信号 3 4 aの終端で、 トランジスタ 1 0 c , 1 0 dが不導通となるので、 電機子 コイル 4 aの蓄積磁気エネルギは、 ダイオード 1 7 bの存在の為に、 直流 電源側に還流することが阻止されて、 コンデンサ 1 6 bを充電する。 コン デンサ 1 6 bは高電圧に充電されるので、 磁気エネルギによる通電電流の 降下は急速となる。 次にハイレベル位置検知信号 3 4 bの電気信号が入力 端子 9 aに入力された場合の電機子コイル 4 aの通電も全く同様である。 通電電流は第 5図において点線曲線 1 8 b , 1 8 dとして示されている。 電動機の回転が高速となると、 ハイレベルの位置検知信号 3 1 a， 3 1 b , …と信号 3 4 a , 3 4 b , …の巾は時間的に小さくなるが、 上述した 立上り部と降下部の巾は不変である。 従って、 一般に毎分 1万回転位を越 えると、 立上り部と降下部の巾が相対的に大きくなり、 3 0度以上となり, トルクの減少 （減トルクの増大） が生じると共に反トルクが増大して、 効 率が劣化し、 回転速度をこれ以上上昇することは不可能となる。 ところが、 本発明装置では、 コンデンサ 16 a, 16 bの容量を小さくすることによ り、 充電電圧を上昇させることができるので、 電機子電流曲線の立上りと 降下の時間巾を小さくでき、 上述した不都合が完全に除去される効果があ る。 当然であるが、 コンデンサ 16 a, 16 bの充電電圧は、 トランジス 夕 10 a, 10 b, …の耐電圧以下とする必要がある。 回転速度の上昇の 限界は、 トランジスタ 10 a, 1 0 b, …の耐電圧特性により決定される。 第 3図の通電制御回路の入力端子 8 b, 9 bに、 第 5図の第 2， 第 5の 相の位置検知信号 32, 35がそれぞれ入力されると、 トランジスタ 11 a, l i b, ·'·, 11 dの導通制御が行なわれて、 点線曲線 19 a, 19 c (第 5図） に示す第 3図で右方向の通電が電機子コイル 4 bに行なわれ,. 第 5図で点線曲線 19 bに示す左方向の通電が行なわれる。 点線曲線 19 a, 19 b, 19 cの立上りと降下が、 逆流防止用のダイオード 17 c, 17 dとコンデンサ 16 c， 16 dの作用で急速となることは電機子コィ ル 4 aの場合と全く同様である。
    [0029] 第 5図上段で示す矢印 22の巾は 120度で、 通電区間となり、 また矢 印 22 aは 180度の巾で、 正トルクの発生する区間である。 矢印 22と 矢印 22 aとの相対位置は、 一般に矢印 22が矢印 22 aの中間にあるよ うに、 位置検知素子の固定位置が調整されているが、 回転速度の上昇に対 応して、 矢印 22の位置を左方に移動して最大トルクが得られるようにす ることがよい。
    [0030] 第 3図の通電制御回路の入力端子 8 c, 9 cには、 第 3, 第 6の相の位 置検知信号 33， 36がそれぞれ入力されて、 トランジスタ l i e, 11 f , …の導通制御を行なっている。 入力端子 8 cへの入力により、 電機子 コイル 4 cは第 3図で右方に通電され、 入力端子 9 cへの入力により左方 に通電される。 第 5図において、 電機子電流は曲線 20 a, 20 c, …と 曲線 20 b， …として正逆方向の通電が示されている。 ダイオード 17 e, 17 f とコンデンサ 16 e, 16 f の機能も前述した場合と同様である。 合成出力トルクは、 点線曲線 18 a, 18 b, 18 c, …と 19 a, 1 9 b, 19 c, ···, 20 a, 20 , 20 c, …の通電による トルクの合 成されたものとなり、 通常の 3相 Y型接続の直流電動機における出力トル クと同様なものが得られる。 しかし、 本発明の電動機においては、 通常の 電動機に比べ著しく高速度の回転が可能となり、 このときの効率の劣化が 防止されることに特徵を有するものである。 なお、 トランジスタ 10 a, 10 b, ···, 11 a, l i b, …は、 他の半導体スイッチング素子に代え てもよく、 とくに大出力の電動機の場合には、 電界効果トランジスタと ト ランジス夕を組合わせた I G B Tと称されるものが適当である。 コンデン サ 16 a, 16 b, ···, 16 f は、 ダイオード 17 a, 17 b, ···, 17 f にそれぞれ並列に接続して設けてあるが、 各ダイォー ドと直流電源の直 列接続体に並列に対応する各コンデンサを接続して設けても同じ目的が達 成できる。
    [0031] 上述のように、 本実施例によれば通電されている 1つの電機子コイルが 通電を断たれたとき、 該電機子コイルに蓄積された磁気エネルギをコンデ ンサに充電させることによって、 この磁気エネルギの放電電流の降下を急 速にし、 所定時間後、 上記電機子コイルが再び同方向に通電されるときに は通電開始にあたってこのコンデンサの高電圧に直流電源の電圧が加算さ れたものが上記電機子コイルに加わるので電機子電流は急速に立ち上る。 そのため、 上記コンデンサの容量を選択調整することにより、 減トルクと 反トルクの発生を極力抑えて毎分 10万回転以上の回転でも、 得ることの できる効率良 L、高速回転可能な電動機が得られることになる。
    [0032] なお、 第 3図の通電制御回路におけるダイオード 17 a, 17 b, ···,
    [0033] 17 f とコンデンサ 16 a， 16 b, ···, 16 f は直流電源の正端子 2 a 側に設けても同じ目的が達成される。
    [0034] 本発明の第 2の実施例による半導体電動機では、 ここで用いる通電制御 回路を、 上述のように、 上記のダイオード及びコンデンサを直流電源の正 端子側に取付けると共に、 電機子電流を設定値に保持するチヨツバ回路を 備えたものにする。 以下にその実施例にかかる通電制御回路の構成を、 第
    [0035] 4図を参照して説明する。 なお、 この説明は第 1相の電機子コイル 4 aに 関連する部分を中心に行う。
    [0036] 第 3図の通電制御回路でトランジスタ 10 b, 10 dのェミ ッタ側と直 流電源の負端子 2 b側との間に接続されていたダイォ一ドとコンデンサの 並列回路 17 a, 16 a ； 17 b, 16 bを、 この第 4図の通電制御回路 ではトランジスタ 10 c, 10 aのエミッタ側と直流電源の正端子 2 a側 との間に接続している。
    [0037] —方、 トランジスタ 10 a, 10 cのベースに接続されている反転回路 はアンド回路 7 a, 7 bの出力側と接続され、 該アンド回路の 7 a, 7 b の入力側の一方は入力端子 8 a, 9 aに夫々接続されている。 そして、 こ のアンド回路 7 a， 7 bの入力側の他方はオペアンプ 14 a, 14 bの出 力側と接続している。
    [0038] 上記オペアンプ 14 a, 14 bのプラス入力側は基準電圧端子 15と接 続され、 マイナス入力側は、 トランジスタ 10 b, 1 0 dのェミ ッタに接 続されている。 なお、 このトランジスタ 10 b, 10 dのェミ ッタと電源 負端子 2 bとの間には抵抗 13 a, 13 bが揷入されている。
    [0039] 第 2相， 第 3相の電機子コイル 4 b, 4 cに関連する通電制御回路の構 成も、 上記第 1相の電機子コイル 4 aに関連する構成と同様なので、 それ らについての説明は省略する。 ただし、 上記抵抗 13 a, 13 bは電機子 コイル 4 b, 4 cに対しても共通に使用されている。 即ち、 トランジスタ l i b, 11 f のェミ ッタはトランジスタ l i bと抵抗 13 aの接続点に 接続され、 トランジスタ l i d, 11 hのエミ ッ夕は トランジスタ 10 d と抵抗 13 bの接続点に接続されている。
    [0040] そこで、 第 4図に示した通電制御回路の機能を以下に説明する。
    [0041] 第 4図のアン ド回路 7 a, 7 b, ···, 7 f の下側の入力がハイレベルの 場合には、 電機子コイル 4 a, 4 b, 4 cの通電制御及び電機子電流は第 3図の通電制御回路の場合と全く同様である。 第 4図の通電制御回路の入 力端子 8 a, 9 aには、 第 5図， 第 6図の位置検知信号 31, 34がそれ ぞれ入力され、 入力端子 8 b, 9 bには、 位置検知信号 32, 35が夫々 入力され、 入力端子 8 c, 9 cには、 位置検知信号 33, 36が夫々入力 される。 そこで、 端子 8 aにハイレベルの入力信号のある場合を例として 説明すると、 ハイレベルの位置検知信号 31 aの電気信号の入力があると、 充電されているコンデンサ 16 aの第 4図に図示の極性の高電圧により電 機子電流の立ち上りは、 第 5図に示す電流曲線 22 aのように急速となり、 同信号 31 aの終端では、 電機子コイル 4 aの蓄積磁気エネルギの放出に より、 コンデンサ 16 aは光電圧に充電して保持.され、 従って電機子電流 の降下は曲線 22 bのように急速となる。 電機子電流曲線は、 点線曲線 1 8 aに示すようになる。
    [0042] この同じ入力端子 8 aに入力される次のハイレベルの位置検知信号 31 bについても事情は全く同様で、 立上りと降下が急速となり、 第 5図で点 線曲線 18 cに示すようになる。 入力端子 9 aにハイ レベルの位置検知信 号 34 a, 34 bの電気信号が入力された場合にもダイオード 17 b, コ ンデンサ 16 cにより同様な電機子コイル 4 aの反対方向の通電の制御が 行なわれる。 端子 8 b, 9 b, 8 c, 9 cに入力される位置検知信号によ る電機子コイル 4 b, 4 cの通電制御も全く同様で、 第 3図の場合と全く 同じである。
    [0043] 各電機子コイルを設定された第 1, 第 2, ，··， 第 6の相の電流値に保持 するチヨッパ回路は、 一般的手段によると、 6組のチヨッパ回路が必要と なる。 しかるに、 本発明の通電制御回路によれば、 第 4図に示すように 2 組のチヨツバ回路により電機子電流を設定値に保持することができる特徴 がある。 次にその説明をする
    [0044] 第 4図において、 電機子コイル 4 a, 4 b, 4 cを同図で右方向に通電 する電流は、 第 5図の曲線 18 a, 19 a, 20 a, …で示されるように、 立上り部と降下部とで重畳しているが、 連続した通電となっている。 かか る通電電流はすべて抵抗 13 aを通るので、 抵抗 13 aの電圧降下は通電 電流に比例している。 また電機子コイル 4 a, 4 b, 4 cを左方に通電す る電流はすべて抵抗 13 bを流れる。 電機子コイル 4 a, 4 b, 4 cの通 電曲線は、 第 5図の曲線 18 b, 1 9 b, 20 b, …となり連続している。 従って抵抗 13 bの電圧降下は、 上述した電機子電流値に比例している。 オペアンプ 14 aの +端子の入力である基準電圧端子 15の電圧を抵抗 13 aの電圧降下が越えると、 オペアンプ 14 aの出力はローレベルとな り、 アン ド回路 7 a, 7 c, 7 eの出力もローレベルとなり、 電機子コィ ル 4 a, 4 b, 4 cの通電が断たれ、 各電機コイルの蓄積磁気エネルギは、 コンデンサ 1 6 a, 1 6 c, 1 6 eを充電して電流値は降下する。 この電 流値が設定値だけ降下すると、 オペアンプ 14 aの出力は再びハイレベル に復帰し各電機子コイルの電流は増大する。 したがって、 第 4図の通電制 御回路はこのようなサイクルを繰り返すチョツバ回路を有することとなり、 その結果、 電機子電流の上限値は基準電圧端子 15の電圧により規制され る。
    [0045] オペアンプ 14 b, 抵抗 13 b, アンド回路 7 b, 7 d, 7 f からなる 第 2のチヨツバ回路のチヨツバ作用も全く同じで、 対応する電機子電流値 は基準電圧端子 1 5の電圧に規制された値となる。 従って、 電動機を設定 された出力トルクで運転することができる。 又定速度制御をすることがで きる。 第 5図の点線 21 a, 21 b, ···, 21 f は上述した基準電圧によ る電機子電流の上限値を示すもので、 各電機子電流曲線はこの上限値以下 の電流値となる。 従って、 出力トルクは印加電圧に依存しないので、 直流 電源電圧のリプル電圧があつても、 チヨッパ周波数に影響を与えるのみで ある。 従って、 交流電源を整流して使用する場合に平滑用のコンデンサの 容量が小さくできる。 電源が 3相交流の場合には、 更に小さい容量のもの でよい。 従って、 電源部が小型化となる効果がある。 又交流電源のサイン 波電圧のピーク値近傍のみを使用する必要がなく、 サイン波の 1 Z2位の 巾の部分の通電が利用できるので、 電気ノイズが減少し、 力率を上昇でき る効果がある。
    [0046] 第 4図の通電制御回路において、 チヨッパ制御をする為にトランジスタ ブリッジ回路の上側のトランジスタ （1 0 a, 1 0 c, ···) のオンオフの 制御を行なったが、 下側のトランジスタ （10 b, 1 0 d-) のオンオフ の制御を行なっても同じ目的が達成できる。 この場合には、 オペアンプ 1 4 a , 1 4 bの出力で作動する単安定回路を設け、 該単安定回路の出力に より、 下側のトランジスタを不導通に保持することによりチヨツバ制御を 行なうことができる。
    [0047] 上述のように、 第 4図の通電制御回路によれば、 第 3図の通電制御回路 の有する効果に加え、 さらに、 その電機子電流は、 チヨッパ回路により設 定値に保持されるため、 直流電源に大きいリプル電圧を含んでいても、 チ ョツバ周波数が変化するのみで、 電機子電流値は上記設定値に保持される ので、 定トルク， 定速制御が可能で、 交流電原を整流したときに付加する 平滑用のコンデンサの容量が小さく、 3相交流が電源の場合には平滑用の コンデンサは著しく小さくなる。 又交流電源整流後に、 サイン波電圧のピ ーク値のみでなく、 比较的広い巾の部分の電圧が利用されるので、 整流装 置が小型廉価となり、 電気ノイズも小さく、 力率が上昇する。
    权利要求:
    Claims

    請 求 の 範 囲
    . 3相 Y型接続の直流電動機において、 互いに電気角 1 2 0度離間して 設置された位置検知素子によりマグネッ 卜回転子の位置を検知して、 電 気角で 1 2 0度の巾で、 時間的に重畳することなく、 しかも順次に連続 して、 第 1 , 第 2 , 第 3の相の位置検知信号がサイクリ ックに配設され た位置検知信号ならびに該位置検知信号と電気角で 6 0度の位相差のあ る同じ構成の第 4 , 第 5， 第 6の相の位置検知信号を出力する位置検知 装置と、 第 1の相， 第 2の相及び第 3の相の電機子コイルに対して正方 向及び逆方向の通電を行なえるように夫々接続された第 1 , 第 2及び第 3のトランジスタブリツジ回路を有し、 上記第 1 , 第 2及び第 3の相の 位置検知信号によって夫々上記第 1 , 第 2 , 第 3のトラ ンジスタブリ ツ ジ回路が付勢されると当該付勢されたトランジスタプリ ッジ回路に接続 された電機子コイルに対して正方向の通電がなされ、 上記第 4 , 第 5及 び第 6の相の位置検知信号によって夫々上記第 1 , 第 2 , 第 3のトラン ジスタ回路が付勢されると当該付勢されたトランジスタプリッジ回路に 接続された電機子コイルに対して逆方向の通電がなされるようにした電 気回路と、 上記第 1， 第 2， 第 3のトランジスタブリ ッジ回路に供電す る直流電源の正極側若しくは負極側にある上記各トランジスタプリッジ 回路の 6個のトランジスタのそれぞれに第 1， 第 2 , ···, 第 6の逆流防 止用のダイオードが直列に挿入されると共に、 上記第 1 , 第 2 , ···, 第 6の逆流防止用のダイオードのそれぞれに並列に第 1 , 第 2 , ···, 第 6 のコンデンサが接続され、 上記各位置検知信号の終端において、 対応す る電機子コィルの通電が断たれたときに、 該電機子コイルに蓄積された 磁気エネルギを、 対応する前記した逆流防止用ダイォードに並列に設け られたコンデンサに充電して、 磁気エネルギの放電電流の降下を急速と し、 上記電機子コイルが次に同方向に通電されたときに、 該コンデンサ の充電電圧により、 この通電の立上がりを急速とする電気回路とより構 成されたことを特徵とする高速 3相直流電動機。
    2. 請求の範囲第 1項記載の高速 3相直流電動機において、 上記第 1 , 第 2 , 第 3のトランジスタブリッジ回路に含まれる第 1 , 第 2， 第 3相 の電機子コイルの第 1相， 第 2相， 第 3相の通電モードの電機子電流を 設定値に保持する第 1のチヨツバ回路ならびに第 1 , 第 2 , 第 3の相の 電機子コイルの第 4相， 第 5相， 第 6相の通電モー ドの電機子電流を設 定値に保持する第 2のチヨツバ回路を付設したことを特徵とする高速 3 相直流電動機。
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