JPS6318438B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は同期モータに関し、一層詳細には同
期運転に切替わる際に切替を極めて円滑にする手
段としてコミユテータに対するブラシの配置とブ
ラシの円弧巾を変えるだけで実現できる低廉でエ
ネルギ損失のない同期モータに関する。

発明者は既に整流子とコミユテータとブラシの
組合せにより起動運転してロータの回転を同期回
転まで立上げ、その時点で整流子とコミユテータ
を回路から脱除して電源交流による同期運転に切
替えるモータで、起動時の立上り期間を短縮する
ために固定電機子のコイルに電源交流を全波整流
して供給し、また立上り時のトルクを同期運転時
に必要なトルクより大にして起動運転から同期運
転に確実に切替えると共に必要最少限の電力で同
期運転させるために電機子のコイルを２つに分岐
して、起動運転時には全波整流された電源交流を
それぞれのコイルセグメントに交互に供給し、同
期運転時には全体コイルに電源交流を直接供給す
るようにした同期モータを発明し出願した（特願
昭56−159711号（特開昭58−63061号公報）、特願
昭56−159712号（特開昭58−63062号公報））。

しかるに、この種の電動機においては、起動運
転時に整流作用によつて、分岐された電機子のコ
イルＡ、コイルＢのうち例えば、コイルＡにはロ
ータの回転角に見合う電流分のみが供給され、他
方のＢコイルには常にＡコイルと逆の電流成分が
供給されるため両コイルとも同一方向に電流が流
れると共にロータの回転に伴つてコミユテータが
作用して両コイルを流れる電流の方向が全体とし
て交互に変換され、第１図に示すように、この変
換の周期が次第に速くなつていつて電源交流の周
期に近づいた時点でいずれか一方のコイル（図の
場合はコイルＡ）に偏つて電流が流れるようにな
り、その確率はそれぞれ50％である。電流がコイ
ルＡに収斂する場合には、流れる電流は交流の位
相と重なるため、同期運転に切替つてもそのまま
運転を続行するが、電流がコイルＢに収斂する場
合には流れる電流は交流の位相と丁度反対になる
ため、逆のトルクが発生して同期運転に切替つて
も再び起動運転に戻つてしまい、電流がコイルＡ
に収斂するまで、起動運転と同期運転の状態を往
復することになつてコミユテータ等の脱除による
機械的な騒音を発するなど円滑な切替が望めな
い。

発明者は上記難点を解決するために、コイルＡ
の巻数をコイルＢの巻数より少なくしてコイルＡ
の抵抗値をコイルＢの抵抗値より小さくすると
か、コイルＢに別途抵抗を加えることによつてコ
イルＡに対して同期運転に切替るべく負荷に見合
つた十分なトルク条件を与え、他方のコイルＢに
は同期運転に切替わるに不十分なトルク条件を与
えることにより、電源交流と同じ位相の正電流が
流れるコイルＡに正電流が収斂したときだけ同期
運転に切替るようにして所期の目的である起動運
転から同期運転への切替を確実かつ円滑にするこ
とを達成し特許出願した（特願昭56−177740号
（特開昭58−79457号公報））。

ここで発明者は、上記発明が一方のコイルにわ
ざわざ抵抗を加えることによつて生ずるコストの
上昇とエネルギ損失を考慮して改良を試みた結
果、コミユテータのブラシの配列等を若干変更す
るだけで容易に所期の目的が達せられることを見
出した。

すなわち、この発明の目的は、極めて安易低廉
な手段で同期運転への切替の際生ずる不具合を解
消できる、４極の永久磁石ロータに対し、交流電
源により同期モータとして運転するように対応さ
せたコイルを有する固定電機子を設け、上記コイ
ルを２つのコイルセグメントに分割し、同期運転
に達するまでの起動運転時に、電源交流を整流し
て交流の正電流成分を一方のコイルセグメント
に、交流の負電流成分を他方のコイルセグメント
にいずれも同一方向に流すと共にロータの回転に
伴つて、ロータの回転を付勢するように上記コイ
ル全体として同一方向に流れる電流の方向を交互
に変換するための整流子、コミユテータおよびブ
ラシから成る変換回路を設け、この変換回路に、
ロータの回転速度が同期運転の回転速度附近に達
したときに変換回路を脱除して同期運転に切替え
るための切替手段を設けた同期モータにおいて、
一方のＡコイルセグメントに対し同期運転に切替
わるべく負荷に見合つた十分なトルク条件を与
え、他方のＢコイルセグメントには同期運転に切
替わるに不十分なトルク条件を与えるよように、
コミユテータを周角度180゜より若干小さい２つの
摺動リング片を対設し、これらの摺動リング片に
対し４方から４個のブラシを摺接し、これらのブ
ラシのうちＡコイルセグメントに直接連絡するブ
ラシ（主ブラシと呼ぶ）に対し円周上両隣りにあ
つて、それぞれ主ブラシと摺動リング片を介して
連通し電源およびＡコイルセグメントを含む回路
を構成する２個の切替ブラシを主ブラシの周方向
に若干接近させて配し、残りのＢコイルセグメン
トに直接連絡する副ブラシを主ブラシと中心軸に
関して対称位置に配すると共に主ブラシの円弧巾
を他の３個のブラシの均一円弧巾より大にするな
どブラシの巾、摺動リング片の展開角、ブラシの
周方向設置角度の相互の関係において、一定の極
状態においてＡコイルセグメントに通電するロー
タの回転角をＢセグメントに通電するロータ回転
角より常に大になるように設定したことを特徴と
する同期モータを提供するにある。以下この発明
の実施例を図面を参照して詳細に説明する。

第２図は、この発明のコミユテータおよび回路
の説明図で、１０は電機子コイルで、コイルセグ
メント１０ａ，１０ｂから成つている。

１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄはそれぞれブ
ラシで、摺動リング１４に摺接している（総称は
ブラシ１２とする）。

ブラシ１２ａ，１２ｂはそれぞれ整流子１６
ａ，１６ｂを介して電源１８と連絡し、さらにコ
イルセグメント１０ａと１０ｂの間に連絡してい
る。またブラシ１２ｃ，１２ｄはそれぞれコイル
セグメント１０ａ，１０ｂの自由端に連絡してい
る。

摺動リング１４は、モータの回転軸１５の周囲
に180゜より若干小さい周角度を保つて２分された
摺動リング片１４ａ，１４ｂから成つている。

２０ａ，２０ｂはスイツチで、破線の方向に動
作すると同時に摺動リング１４とブラシ１２から
成るコミユテータおよび整流子１６ａ，１６ｂを
脱除して、交流電源１８とコイルセグメント１０
ａ，１０ｂを直列に電機子コイル１０が短絡す
る。

第２図の状態にあつては電源１８、整流子１６
ａ、ブラシ１２ａ、摺動リング片１４ａ、ブラシ
１２ｃ、コイルセグメント１０ａ、電源１８の回
路および摺動リングが若干回転した状態では電源
１８、コイルセグメント１０ｂ、ブラシ１２ｄ、
摺動リング片１４ｂ、ブラシ１２ｂ、整流子１６
ｂ、電源１８の回路を構成する。

ここで摺動リング１４が反時計方向へ約90゜回
転するとブラシ１２ａ，１２ｄは摺動リング片１
４ａを介し、またブラシ１２ｂ，１２ｃは摺動リ
ング片１４ｂを介して連絡し、電源１８、スイツ
チ２０ａ、整流子１６ａ、ブラシ１２ａ、摺動リ
ング片１４ａ、ブラシ１２ｄ、コイルセグメント
１０ｂ、スイツチ２０ｂを経て電源に戻る回路と
電源１８、スイツチ２０ｂ、コイルセグメント１
０ａ、ブラシ１２ｃ、摺動リング片１４ｂ、ブラ
シ１２ｂ、整流子１６ｂ、スイツチ２０ａ、電源
１８の回路を構成する。

このように電機子コイル１０には、摺動リング
１４が第２図の状態では、交流の整流電流がコイ
ルセグメント１０ａ，１０ｂに対して交互かつ同
一方向に流れる。この場合電流はいずれか一方の
コイルセグメントにのみ流れるため全コイルに通
電した場合に比べ大電流が流れ、同期運転時に比
べ起動立上時に大きなトルクを発生する。そして
摺動リング１４がモータの回転軸と共に回転する
と約90゜回転するごとに電機子コイル１０に流れ
る電流の方向が変り極が変換される。

したがつて４極の永久磁石ロータと固定電機子
の極が対応し、ロータが約90゜回転するごとに固
定電機子の極が変換し、ロータの回転を引続き付
勢するように作用する。

次に、ロータの回転速度が同期回転付近に達し
たところで、コミユテータおよび整流子が脱除さ
れると同時にスイツチ２０ａ，２０ｂが破線のよ
うに切替り電源と電機子コイル１０とが短絡回路
を構成し、モータは同期モータとして駆動する。
この場合、電機子コイル１０はコイルセグメント
１０ａ，１０ｂが直列一体に連絡しているため、
負荷に見合つた同期運転に必要なトルクを発生す
る限度の電流が流れる。

ここで、ブラシ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２
ｄはほぼ４分円位置に配設されるが、ブラシ１２
ａ，１２ｂはそれぞれブラシ１２ｃとの間の周角
度が90゜より小さくなるように円周上ブラシ１２
ｃの方向に近づけて設けてあり、また、ブラシ１
２ｃの円弧巾は他の均一円弧巾の３個のブラシ１
２ａ，１２ｂ，１２ｄよりも大にしてある。

例えば第３図のようにブラシ１２ａ，１２ｂを
正規の４分円位置よりブラシ１２ｃの方向にα゜ず
つ偏らせると共にブラシ１２ｃの巾を円周角にお
いて左右にβ゜ずつ延出させれば、摺動リング１４
ａ又は１４ｂがブラシ１２ｂ，１２ｃ間又はブラ
シ１２ｃ，１２ａ間をブリツジしながら回動す
る、通電する周角度はブラシ１２ａ，１２ｂが正
規の４分円位置にある場合よりそれぞれ（α＋
β）゜大きくなり、ブラシ１２ａ，１２ｄ間又は
ブラシ１２ｄ，１２ｂ間においては正規の４分円
位置にある場合よりもα゜小さくなる。

このようにα、βの大きさを設定することによ
りブラシ１２ｂと１２ｃ又はブラシ１２ｃと１２
ａが摺動リング１４を介して導通している時間
を、ブラシ１２ａと１２ｄ又はブラシ１２ｄと１
２ｂが摺動リング１４を介して導通している時間
より一定時間長くなるようにして、コイルセグメ
ント１０ａには起動運転から同期運転に切替わる
に十分なだけのトルクが得られるだけの電流が流
れないように電流の積分値を調節する。

このように設定すると、ロータの回転速度が同
期回転附近に達して整流電流がコイルセグメント
１０ａのみ収斂すれば、そのまま同期運転に切替
わるが、整流電流がコイルセグメント１０ｂにの
み収斂すれば、同期運転に切替わることができ
ず、セグメント１０ａに収斂するタイミングを得
たときに同期運転に切替わるから、起動運転と同
期運転の状態を往復することなく、一回の動作で
同期運転に切替わる。

なお、ブラシ１２ａ，１２ｂをブラシ１２ｃに
近づける手段と、ブラシ１２ｃの円弧巾を大きく
する手段とのいずれか一方を用いるだけでもよい
ことはもちろんのことである。

以上、この発明によればブラシの配置を若干変
化させることおよび又は、ブラシの１個の円弧巾
を大きくする極めて安易低廉な手段で起動運転か
ら同期運転に確実かつ円滑に変換できるという著
効を奏する。

以上本発明につき好適な実施例を挙げて種々説
明したが、本発明はこの実施例に限定されるもの
ではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多く
の改変を施し得るのはもちろんのことである。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の実施例を示すもので、第１図
は整流電流が一方のコイルセグメントに収斂する
状態を示す説明図、第２図はこの発明のコミユテ
ータおよび回路の説明図、第３図は原理説明図で
ある。 １０……電機子コイル、１０ａ，１０ｂ……コ
イルセグメント、１２，１２ａ，１２ｂ，１２
ｃ，１２ｄ……ブラシ、１４……摺動リング、１
４ａ，１４ｂ……摺動リング片、１５……回転
軸、１６ａ，１６ｂ……整流子、１８……電源、
２０ａ，２０ｂ……スイツチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ４極の永久磁石ロータに対し、交流電源によ
   り同期モータとして運転するように対応させたコ
   イルを有する固定電機子を設け、 上記コイルを２つのコイルセグメントに分割
   し、同期運転に達するまでの起動運転時に、電源
   交流を整流して交流の正電流成分を一方のコイル
   セグメントに、交流の負電流成分を他方のコイル
   セグメントにいずれも同一方向に流すと共にロー
   タの回転に伴つて、ロータの回転を付勢するよう
   に上記コイル全体として同一方向に流れる電流の
   方向を交互に変換するための整流子、コミユテー
   タおよびブラシから成る変換回路を設け、 この変換回路に、ロータの回転速度が同期運転
   の回転速度附近に達したときに変換回路を脱除し
   て同期運転に切替えるための切替手段を設けた同
   期モータにおいて、 一方のＡコイルセグメントに対し同期運転に切
   替わるべく負荷に見合つた十分なトルク条件を与
   え、他方のＢコイルセグメントには同期運転に切
   替わるに不十分なトルク条件を与えるように、コ
   ミユテータを周角度180゜より若干小さい２つの摺
   動リング片を対設し、これらの摺動リング片に対
   し４方から４個のブラシを摺接し、これらのブラ
   シのうちＡコイルセグメントに直接連絡するブラ
   シ（主ブラシと呼ぶ）に対し円周上両隣りにあつ
   て、それぞれ主ブラシと摺動リング片を介して連
   通し電源およびＡコイルセグメントを含む回路を
   構成する２個の切替ブラシを主ブラシの周方向に
   若干接近させて配し、残りのＢコイルセグメント
   に直接連絡する副ブラシを主ブラシと中心軸に関
   して対称位置に配すると共に主ブラシの円弧巾を
   他の３個のブラシの均一円弧巾より大にするなど
   ブラシの巾、摺動リング片の展開角、ブラシの周
   方向設置角度の相互の関係において、一定の極状
   態においてＡコイルセグメントに通電するロータ
   の回転角をＢセグメントに通電するロータ回転角
   より常に大になるように設定したことを特徴とす
   る同期モータ。