[go: up one dir, main page]

JP2003319616A - Semiconductor control motor with mechanical sensor - Google Patents

Semiconductor control motor with mechanical sensor

Info

Publication number
JP2003319616A
JP2003319616A JP2002158291A JP2002158291A JP2003319616A JP 2003319616 A JP2003319616 A JP 2003319616A JP 2002158291 A JP2002158291 A JP 2002158291A JP 2002158291 A JP2002158291 A JP 2002158291A JP 2003319616 A JP2003319616 A JP 2003319616A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
brush
semiconductor
motor
rotor
phase
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2002158291A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yuji Akiyama
勇治 秋山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to JP2002158291A priority Critical patent/JP2003319616A/en
Publication of JP2003319616A publication Critical patent/JP2003319616A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Brushless Motors (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem of a short motor life time due to brush wear in a commutator motor and to attain reduction in the space of a circuit in a semiconductor control motor and cost. <P>SOLUTION: A sensor ring rotating integrally with a rotor and a brush are provided for an electric-signal detection sensor detecting a relative facing position between a stator and the rotor. As a result, sparking wear which is one of main causes of wearing to the brush in the commutator motor is eliminated, the switching operation of a semiconductor switch is controlled by the detected voltage signal which generates a rotating magnetic field at the stator to rotate the rotor. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、センサーリング
とブラシを用いてロータとステータ間の相対位置を検出
する如くした機械式位置検出装置と半導体スイッチを備
えたメカセンサ付き半導体モータに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor motor with a mechanical sensor equipped with a mechanical position detecting device for detecting the relative position between a rotor and a stator using a sensor ring and a brush and a semiconductor switch.

【0002】[0002]

【従来の技術】モータには、機械式位置検出手段として
整流子とブラシを備え、界磁を永久磁石または直流励磁
電磁石とし、電機子電流を整流して一定方向の回転力を
得る直流モータや、同様に整流子とブラシを備え、界磁
を電磁石として交直両用での利用も可能とされたユニバ
ーサルモータがある。両者は、整流子を用いたモータで
あることから、整流子モータと呼ばれている。さらにま
た、回転子に多極永久磁石を有するモータで、ホールI
Cなどの半導体素子を用いて回転子の位置信号を検出
し、多相巻線に直列接続したトランジスタなどのパワー
スイッチ素子を、前記位置信号情報に基づいた一定のシ
ーケンスに従って開閉制御して、一定方向の回転力を得
る半導体制御モータ(以下半導体モータと略記する)が
ある。
2. Description of the Related Art A motor is provided with a commutator and a brush as mechanical position detecting means, a field is a permanent magnet or a DC exciting electromagnet, and a DC motor for rectifying an armature current to obtain a rotational force in a certain direction. Similarly, there is a universal motor that has a commutator and a brush and that can be used for both direct and alternating currents by using the field as an electromagnet. Both are called commutator motors because they are motors that use a commutator. Furthermore, in the motor having a multi-pole permanent magnet in the rotor, Hall I
A position signal of the rotor is detected by using a semiconductor element such as C, and a power switch element such as a transistor connected in series to the multi-phase winding is controlled to open and close in accordance with a certain sequence based on the position signal information so that a constant value is obtained. There is a semiconductor control motor (hereinafter abbreviated as a semiconductor motor) that obtains a rotational force in a direction.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】このような整流子モー
タや半導体モータにあって、前者のモータは、電機子電
流を切換える整流時に、リアクタンス電圧やトランス電
圧と呼ばれる電圧が整流子片とブラシ間に発生するた
め、整流子とブラシ間に大きな火花の発生が避けられ
ず、ブラシの磨耗を促進して、モータ寿命を短くすると
いう大きな欠点があった。
Among such commutator motors and semiconductor motors, in the former motor, a voltage called a reactance voltage or a transformer voltage is generated between the commutator element and the brush during commutation for switching the armature current. Therefore, a large spark is unavoidable between the commutator and the brush, which promotes abrasion of the brush and shortens the life of the motor.

【0004】また、後者の半導体モータは、軸受以外に
機械的な磨耗部がなく、極めて長寿命で信頼性の高いモ
ータである反面、ホールICなどの半導体センサを取り
付けることが必要になり、そのセンサ回路の電源として
主回路とは別の電源回路を設けることが必要となり、ま
た、外部ノイズの影響を受け易いという欠点を有してい
た。更にまた、動作させるパワー素子に信号を分配する
分配回路も必要となり、その回路も複雑で、大きなスペ
ースが必要となる上、整流子モータと比べ、コストが大
幅に上昇してしまうという欠点があった。
The latter semiconductor motor has no mechanical wear parts other than the bearing and is a motor having a very long life and high reliability, but on the other hand, it is necessary to mount a semiconductor sensor such as a Hall IC. As a power source of the sensor circuit, it is necessary to provide a power source circuit different from the main circuit, and there is a drawback that it is easily affected by external noise. Furthermore, a distribution circuit for distributing a signal to the operated power element is also required, and the circuit is complicated and requires a large space, and there is a drawback that the cost is significantly increased as compared with the commutator motor. It was

【0005】本発明は、上記した整流子モータとブラシ
レスモータの持つ欠点を解決するために発明されたもの
であり、その課題とする所は、位置検出手段として整流
子モータにおける整流子に似た機能のセンサーリングと
ブラシを設けるが、それらは、従来の整流子モータのよ
うに、電機子コイルに流す電流方向を切換える整流機能
をそれ自身に負わせることなく、回転子と固定子間の相
対位置を検出するための信号用としての電圧センサとし
て働かせることを目的としたセンサーリング及びブラシ
を設けるものである。
The present invention was invented to solve the above-mentioned drawbacks of the commutator motor and the brushless motor, and its problem is similar to the commutator in the commutator motor as the position detecting means. A sensor ring and a brush for the function are provided, but they do not have a commutation function that switches the direction of the current flowing through the armature coil, as in a conventional commutator motor, but they do not interfere with each other between the rotor and the stator. A sensor ring and a brush are provided for the purpose of acting as a voltage sensor for a signal for detecting a position.

【0006】それにより、摩擦による機械的なブラシ磨
耗は存在するが、ブラシ磨耗の主要因である火花の発生
を無くすことができ、ブラシの押圧荷重は低荷重とする
ことができるので、それにより摩擦によるブラシ磨耗も
極めて僅かなものとすることができ、ブラシ寿命を軸受
寿命よりも長寿命化することができる。斯くして、本発
明の課題は、従来の半導体モータ並の長寿命が得られ、
より小型で、かつ安価な新タイプモータを提供すること
にある。
As a result, although mechanical brush wear due to friction is present, the generation of sparks, which is the main factor of brush wear, can be eliminated, and the pressing load of the brush can be made low, so that The abrasion of the brush due to friction can be made extremely small, and the life of the brush can be extended longer than the life of the bearing. Thus, the object of the present invention is to obtain a long life equivalent to that of a conventional semiconductor motor,
It is to provide a new type motor that is smaller and cheaper.

【0007】又、本発明の他の課題は、本案モータでは
上記した半導体モータと同様に、トランジスタやサイリ
スタなどのスイッチ素子を使用するが、そのスイッチ素
子の制御回路部をできるだけ簡略化し、さらに安価で省
スペースとすることができる半導体モータを提供するこ
とにある。
Another object of the present invention is to use a switching element such as a transistor or a thyristor in the motor of the present invention, as in the semiconductor motor described above. However, the control circuit portion of the switching element is simplified as much as possible, and the cost is further reduced. Another object of the present invention is to provide a semiconductor motor that can save space.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】このため請求項1記載の
発明は、複数相の電機子巻線を巻装した固定子と、電機
子巻線への通電電流を断続制御する半導体スイッチ、お
よび、界磁回転子とを有する半導体モータにおいて、界
磁回転子の回転軸に固定したセンサーリングと、該セン
サーリングに当接させたブラシを設け、該ブラシにより
検出される電圧信号により半導体スイッチを開閉制御
し、固定子に回転磁界を生じしめて、界磁回転子を連続
的に回転せしめることにある。
For this reason, the invention according to claim 1 is to provide a stator having a plurality of phases of armature windings wound thereon, a semiconductor switch for intermittently controlling a current passing through the armature windings, and In a semiconductor motor having a field rotor, a sensor ring fixed to the rotary shaft of the field rotor and a brush in contact with the sensor ring are provided, and a semiconductor switch is activated by a voltage signal detected by the brush. The purpose is to control the opening and closing, generate a rotating magnetic field in the stator, and continuously rotate the field rotor.

【0009】請求項2記載の発明は、請求項1記載のメ
カニカルセンサ(以下メカセンサと略記する)付き半導
体モータにおいて、前記センサーリングは、正電圧、及
び、零または負の電圧が印加されて成る2つのスリップ
リング部と、2種の電極を円周方向に交互に配置してな
る出力リング部により構成し、該出力リング部の夫々の
電極に前記2つのスリップリング部の何れか一方を接続
したことにある。
According to a second aspect of the invention, in the semiconductor motor with a mechanical sensor (hereinafter abbreviated as a mechanical sensor) according to the first aspect, the sensor ring is applied with a positive voltage and zero or negative voltage. Two slip ring sections and an output ring section in which two kinds of electrodes are alternately arranged in the circumferential direction, and one of the two slip ring sections is connected to each electrode of the output ring section. There is something I did.

【0010】請求項3記載の発明は、メカセンサ付き半
導体モータにおいて、ブラシは、スリップリング部に当
接された2つの給電ブラシと、整流リング部に当接され
たn個(nは2以上の整数)の出力ブラシとなし、該出
力ブラシの電圧信号により開閉動作するn個の半導体ス
イッチ素子と、該半導体スイッチ素子と直列に接続した
n相の励磁コイルが巻装された固定子磁極と、永久磁石
と一体化されてなる回転子とから構成したことにある。
According to a third aspect of the present invention, in a semiconductor motor with a mechanical sensor, the brush has two power supply brushes that are in contact with the slip ring portion and n brushes (n is 2 or more) that are in contact with the rectifying ring portion. An integer number of output brushes, n semiconductor switch elements that are opened and closed by a voltage signal of the output brushes, and a stator magnetic pole around which an n-phase exciting coil connected in series with the semiconductor switch elements is wound. It is composed of a rotor integrated with a permanent magnet.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を多相
モータとして3相モータを使用した場合について、図1
ないし図7を参照して説明する。2相,4相モータなど
他の多相モータにおいても、同様の構成により本発明の
メカセンサ付き半導体モータは容易に実現できるもので
ある。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, a case where a 3-phase motor is used as a polyphase motor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
It will be described with reference to FIGS. With other multi-phase motors such as 2-phase and 4-phase motors, the semiconductor motor with a mechanical sensor of the present invention can be easily realized with the same configuration.

【0012】図1は本発明のメカセンサ付き半導体モー
タの全体を示す縦断面図、図2は固定子磁極と、回転子
磁極及びセンサーリングの各相出力ブラシ位置の関係を
示す平面図である。図1,2において、固定子5内に2
極の永久磁石4を有する回転子3が、回転軸2に固定さ
れ、回転自在に配置されている。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing the whole of a semiconductor motor with a mechanical sensor according to the present invention, and FIG. 2 is a plan view showing the relationship between the stator magnetic poles, the rotor magnetic poles, and the position of each phase output brush of the sensor ring. In FIGS. 1 and 2, 2 in the stator 5
A rotor 3 having pole permanent magnets 4 is fixed to the rotating shaft 2 and is rotatably arranged.

【0013】前記回転軸2には、センサーリング6が固
定され、正極ブラシ8−1とアースブラシ8−2、及
び、出力ブラシ8−3a,8−3b,8−3cが、端部
ケーシング12に取り付けられたブラシホルダー7に保
持されて、センサーリング6に当接されている。
A sensor ring 6 is fixed to the rotary shaft 2, a positive electrode brush 8-1, a ground brush 8-2, and output brushes 8-3a, 8-3b, 8-3c, and an end casing 12. It is held by the brush holder 7 attached to the sensor ring 6 and is in contact with the sensor ring 6.

【0014】前記固定子5は、3極の固定子磁極5−1
a,5−1b,5−1cを有し、円筒ケーシング10の
内部に収納固定されている。前記回転子3は、2極の永
久磁石4と回転子コア3−1からなり、前記固定子5内
に収納されている。回転軸2の一端が端部ケーシング1
1の中央部に取り付けられた軸受9に回転自在に軸支さ
れ、他端が前記円筒ケーシング10の他端に取り付けら
れる端部ケーシング12の中央部に装着された軸受9に
貫通して回転自在に軸支されている。
The stator 5 is a three-pole stator magnetic pole 5-1.
It has a, 5-1b, 5-1c and is housed and fixed inside the cylindrical casing 10. The rotor 3 includes a two-pole permanent magnet 4 and a rotor core 3-1, and is housed in the stator 5. One end of the rotating shaft 2 is the end casing 1
1 is rotatably rotatably supported by a bearing 9 attached to the central portion of the first end, and the other end is rotatably pierced by a bearing 9 attached to the central portion of an end casing 12 attached to the other end of the cylindrical casing 10. Is supported by.

【0015】前記固定子5の各磁極に対する巻線は、固
定子内周側から見て、同一方向となるように巻装され、
一端は共通端子としてまとめられてプラス電極に接続さ
れ、他端の3端子(13a,13b,13c)は、夫々
3個のパワートランジスタ14a,14b,14cのコ
レクタ端子に接続されている。
The windings for the respective magnetic poles of the stator 5 are wound so that they are in the same direction when viewed from the inner peripheral side of the stator,
One end is collected as a common terminal and connected to the plus electrode, and the other three terminals (13a, 13b, 13c) are connected to the collector terminals of the three power transistors 14a, 14b, 14c, respectively.

【0016】前記センサーリング6は、図3のセンサー
リングとブラシホルダー断面図、図4のセンサーリング
とブラシホルダー上方視図、及び、図5のセンサーリン
グとブラシホルダー下方視図に示す構造とされ、センサ
ーリング6の上方部には、正極ブラシ8−1が摺動する
スリップリング部6−1が設けられ、下方部には、アー
ス電極ブラシ8−2が摺動するスリップリング部6−2
を有している。また、中間部には、前記スリップリング
と接続された正電極片6−3aと、アース電極片6−3
bが円周方向に交互に設けられた出力リング部6−3が
設けられ、正電極片6−3aはスリップリング部6−1
に、また、アース電極片6−3bはスリップリング部6
−2に夫々接続されている。又、正電極片6−3aとア
ース電極片6−3bの中間部に非電極片6−33が設け
られている。
The sensor ring 6 has a structure shown in a sectional view of the sensor ring and the brush holder in FIG. 3, a top view of the sensor ring and the brush holder in FIG. 4, and a bottom view of the sensor ring and the brush holder in FIG. A slip ring portion 6-1 on which the positive electrode brush 8-1 slides is provided above the sensor ring 6, and a slip ring portion 6-2 on which the ground electrode brush 8-2 slides is provided below.
have. In addition, a positive electrode piece 6-3a connected to the slip ring and a ground electrode piece 6-3 are provided in the middle portion.
An output ring portion 6-3 in which b is alternately provided in the circumferential direction is provided, and the positive electrode piece 6-3a is a slip ring portion 6-1.
In addition, the ground electrode piece 6-3b is connected to the slip ring portion 6-3.
-2 are connected to each. Further, a non-electrode piece 6-33 is provided in the intermediate portion between the positive electrode piece 6-3a and the ground electrode piece 6-3b.

【0017】次に、図6に示す本発明モータの駆動回路
図と、図7に示す本発明モータの回転原理説明図によ
り、回転動作を説明する。このような3相モータに対し
て、正極ブラシ8−1には抵抗16aを介して電源電圧
が加えられる。この電圧は、各相のベースまたはゲート
制御回路(以下ゲート制御回路と略記する)15a,1
5b,15cのトランジスタを動作させるために適当な
値となるように抵抗16aと16bにより分圧されてい
る。また、アースブラシ8−2は零電圧とするよう接地
されている。図6ではトランジスタ記号をバイポーラ型
で表しているが、ユニポーラ型のFETやIGBTも含
まれるものである。
Next, the rotation operation will be described with reference to the drive circuit diagram of the motor of the present invention shown in FIG. 6 and the principle of rotation of the motor of the present invention shown in FIG. For such a three-phase motor, a power supply voltage is applied to the positive electrode brush 8-1 via the resistor 16a. This voltage is applied to the base or gate control circuit (hereinafter abbreviated as gate control circuit) 15a, 1 of each phase.
The voltage is divided by the resistors 16a and 16b so as to have an appropriate value for operating the transistors 5b and 15c. Further, the earth brush 8-2 is grounded so as to have a zero voltage. Although the transistor symbol is shown as a bipolar type in FIG. 6, it also includes a unipolar type FET and an IGBT.

【0018】抵抗16aと16bにより分圧された電源
電圧は、正極ブラシ8−1を介してスリップリング部6
−1に給電されている。さらに正電極片6−3aを経由
して、A相用出力ブラシ8−3a、A相ゲート回路15
aを介して、A相トランジスタ14aのベースに正電圧
を供給している。又、アース電圧は、アースブラシ8−
2を介してスリップリング6−2を経由し、アース電極
片6−3bに接続され、さらにC相ブラシ8−3cを介
してC相ゲート回路、そしてC相トランジスタ14cの
ベースに接続されている。又、B相用出力ブラシ8−3
bは正電極片6−3aから離れて非電極片6−33に当
接されている。B相トランジスタ14bはB相ゲート回
路15bを介して導通状態から非導通状態に切換えられ
る過程になっている。
The power supply voltage divided by the resistors 16a and 16b is passed through the positive electrode brush 8-1 and the slip ring portion 6 is supplied.
Powered to -1. Further, via the positive electrode piece 6-3a, the output brush 8-3a for A phase and the A phase gate circuit 15
A positive voltage is supplied to the base of the A-phase transistor 14a via a. Also, the earth voltage is the earth brush 8-
2 is connected to the ground electrode piece 6-3b via the slip ring 6-2, and is further connected to the C-phase gate circuit and the base of the C-phase transistor 14c via the C-phase brush 8-3c. . Also, the output brush for B phase 8-3
b is separated from the positive electrode piece 6-3a and abuts on the non-electrode piece 6-33. The B-phase transistor 14b is in the process of being switched from the conductive state to the non-conductive state via the B-phase gate circuit 15b.

【0019】即ち、A相出力ブラシ8−3aが正電圧に
なると、A相用トランジスタ14aは導通状態とされ、
A相コイル13aに励磁電流が流れる。この励磁電流に
よって、A相ポール5−1aはN極に磁化され、回転子
のS極永久磁石を吸引して回転子は反時計方向に回転す
る。
That is, when the A-phase output brush 8-3a has a positive voltage, the A-phase transistor 14a becomes conductive,
An exciting current flows through the A-phase coil 13a. This exciting current magnetizes the A-phase pole 5-1a to the N pole, attracts the S-pole permanent magnet of the rotor, and the rotor rotates counterclockwise.

【0020】図7は本発明モータのステータとロータの
相対位置及び整流子とブラシ間の相対位置を示す回転原
理の説明図である。本発明モータのセンサーリング6
は、回転子3の回転に伴って、回転子3と同じ角度だけ
回転する。以下、この図に従って回転動作を説明する。
FIG. 7 is an explanatory view of the principle of rotation showing the relative positions of the stator and rotor of the motor of the present invention and the relative positions of the commutator and brush. The sensor ring 6 of the motor of the present invention
Rotates with the same angle as the rotor 3 as the rotor 3 rotates. The rotation operation will be described below with reference to this figure.

【0021】先ず、回転子が図7の(a)に示す相対関
係位置にある場合を考える。この位置では、A相コイル
13a(図7では図示省略)のみに励磁電流が流れ、A
相磁極5−1aのみがN極に励磁され、B相磁極5−1
bとC相磁極5−1cはS極に磁化される。図7(a)
の矢印で示した回転子3のN極の中心は、反時計方向に
90°先の位置にあるS極中心位置に至るまで回転力を
受け、回転を始める。
First, consider the case where the rotor is in the relative position shown in FIG. 7 (a). At this position, the exciting current flows only in the A-phase coil 13a (not shown in FIG. 7) and A
Only the phase magnetic pole 5-1a is excited to the N pole, and the B phase magnetic pole 5-1
The b and C phase magnetic poles 5-1c are magnetized to the S pole. Figure 7 (a)
The center of the N pole of the rotor 3 indicated by the arrow indicates a rotational force until it reaches the S pole center position located 90 ° ahead in the counterclockwise direction, and starts rotating.

【0022】次に、回転子3が図7(a)に示された初
期位置から60°回転すると、図7の(b)に示す相対
関係位置となる。この位置では、A相コイル13aとB
相コイル13bがN極に励磁され、C相コイル13cは
S極に磁化される。回転子3のN極の中心は、反時計方
向に90°先の位置にあるS極中心位置、即ちC相磁極
5−1cの中心に至るまで回転力を受け、回転子3は反
時計方向への回転を続ける。
Next, when the rotor 3 is rotated by 60 ° from the initial position shown in FIG. 7 (a), it becomes the relative relation position shown in FIG. 7 (b). At this position, the A-phase coils 13a and B
The phase coil 13b is excited to the N pole, and the C phase coil 13c is magnetized to the S pole. The center of the N pole of the rotor 3 receives the rotational force until it reaches the center position of the S pole located 90 ° in the counterclockwise direction, that is, the center of the C-phase magnetic pole 5-1c, and the rotor 3 rotates counterclockwise. Continue to turn to.

【0023】次に、回転子3が図7(b)に示された位
置から更に60°回転すると、図7の(c)に示す相対
関係位置となる。この位置になると、A相コイル13a
の励磁は中止され、B相コイル13bは継続して励磁さ
れる。またC相コイル13cへの励磁は休止されたまま
で、A相磁極とC相磁極はS極に磁化された状態とな
る。回転子3のN極の中心は図(c)に示されているよ
うに斜め右下の方向となり、さらに反時計方向に90°
先の位置にあるS極中心位置、即ちA相磁極5−1aと
C相磁極5−1cの中央位置に至るまで反時計方向への
回転力を受け、回転子3は回転を継続する。
Next, when the rotor 3 is further rotated by 60 ° from the position shown in FIG. 7 (b), the relative position shown in FIG. 7 (c) is obtained. At this position, the A-phase coil 13a
Excitation is stopped and the B-phase coil 13b is continuously excited. Further, the excitation of the C-phase coil 13c remains stopped, and the A-phase magnetic pole and the C-phase magnetic pole are magnetized to the S pole. The center of the N pole of the rotor 3 is in the diagonally lower right direction as shown in FIG. 7C, and further 90 ° counterclockwise.
The rotor 3 continues to rotate by receiving the rotational force in the counterclockwise direction up to the S pole center position at the previous position, that is, the center position of the A phase magnetic pole 5-1a and the C phase magnetic pole 5-1c.

【0024】以下同様にして、回転子3が更に60°回
転すると、A相コイル13aは励磁が中止されたまま
で、B相コイル13bは継続して励磁され、B相磁極5
−1bはN極とされている。また、C相コイル13cは
励磁が開始され、C相磁極5−1cはN極とされ、A相
磁極5−1aはS極に磁化される。この状態における回
転子3のN極中心の方向は右水平方向となり、回転子3
が更に90°回転するまで、反時計方向の回転力が発生
する。
Similarly, when the rotor 3 further rotates by 60 °, the excitation of the A-phase coil 13a is stopped and the excitation of the B-phase coil 13b is continued, and the B-phase magnetic pole 5 is continuously excited.
-1b is an N pole. Further, the C-phase coil 13c starts to be excited, the C-phase magnetic pole 5-1c is set to the N pole, and the A-phase magnetic pole 5-1a is magnetized to the S pole. In this state, the direction of the N pole center of the rotor 3 is the right horizontal direction, and the rotor 3
A counterclockwise rotational force is generated until is further rotated 90 °.

【0025】同様にして、回転子3が更に60°回転す
ると、C相コイル13cのみの励磁が継続され、C相磁
極5−1cはN極とされ、A相磁極5−1aとB相磁極
5−1bはS極に磁化される。この状態における回転子
3のN極中心の方向は右斜め上方向となっており、回転
子3が更に90°回転するまで、反時計方向の回転力が
発生する。
Similarly, when the rotor 3 further rotates 60 °, the excitation of only the C-phase coil 13c is continued, the C-phase magnetic pole 5-1c becomes the N pole, and the A-phase magnetic pole 5-1a and the B-phase magnetic pole 5-1c. 5-1b is magnetized to the south pole. In this state, the direction of the N pole center of the rotor 3 is diagonally right upward, and counterclockwise rotational force is generated until the rotor 3 further rotates 90 °.

【0026】さらに同様にして、回転子3が更に60°
回転すると、C相コイル13cは励磁を継続し、B相コ
イル13bは継続して励磁が中止されたままで、A相コ
イル13aは励磁が開始され、A相磁極5−1aとC相
磁極5−1cはN極とされ、B相磁極5−1bはS極に
磁化される。この状態における回転子3のN極中心の方
向は左斜め上方向となっており、回転子3が更に90°
先の位置に回転するまで、反時計方向の回転力が発生す
る。
In the same manner, the rotor 3 is further rotated by 60 °.
When rotated, the C-phase coil 13c continues to be excited, the B-phase coil 13b continues to be de-energized, the A-phase coil 13a starts to be excited, and the A-phase magnetic pole 5-1a and the C-phase magnetic pole 5- 1c is an N pole, and the B-phase magnetic pole 5-1b is magnetized to an S pole. In this state, the direction of the center of the N pole of the rotor 3 is diagonally upward to the left, and the rotor 3 is rotated by 90 °.
Counterclockwise rotational force is generated until it rotates to the previous position.

【0027】更に60°回転した状態図が図7(a)で
あり、回転子3が60°回転するごとに同軸のセンサー
リング6も回転するので、各相コイルの電流は自動的に
断続され、負荷トルクとバランスする平均トルクの回転
速度で駆動される。
FIG. 7 (a) shows a state in which the rotor 3 is further rotated by 60 °, and the coaxial sensor ring 6 is rotated every time the rotor 3 is rotated by 60 °, so that the current of each phase coil is automatically interrupted. , Is driven at the rotation speed of the average torque that balances with the load torque.

【0028】[0028]

【発明の効果】請求項1記載のメカニカルセンサ付き半
導体制御モータの発明は、複数相の巻線を有する電機子
と、該電機子の巻線と差交する磁束を供給する界磁磁極
と、該巻線への通電電流を制御する半導体スイッチとを
具備する半導体モータにおいて、回転軸に固定し、異な
る電位が供給された電極片を有するセンサーリングと、
該センサーリングに当接摺動するブラシを有し、該ブラ
シより検出される電圧信号により前記半導体スイッチを
制御するので、整流子モータのようにブラシと整流子間
の給電時のスパークに起因するブラシ磨耗を無くすこと
ができ、モータ寿命として軸受寿命により決まるとみな
されている半導体モータと同等の長寿命とすることがで
き、従来の半導体モータの駆動に必要とされた電源回
路、及び分配回路が大幅に小型化でき、価格低減効果も
大きなモータとすることができる。
According to the invention of a semiconductor control motor with a mechanical sensor as set forth in claim 1, an armature having windings of a plurality of phases, and a field magnetic pole for supplying a magnetic flux intersecting with the windings of the armature are provided. In a semiconductor motor including a semiconductor switch for controlling a current supplied to the winding, a sensor ring having an electrode piece fixed to a rotating shaft and supplied with different potentials,
Since the semiconductor switch is controlled by a voltage signal detected by the brush, which has a brush that abuts and slides on the sensor ring, it is caused by a spark when power is supplied between the brush and the commutator like a commutator motor. Brush wear can be eliminated, the motor life can be extended as long as the semiconductor motor that is considered to be determined by the bearing life, and the power supply circuit and distribution circuit required for driving conventional semiconductor motors can be achieved. The motor can be significantly downsized, and the cost can be reduced significantly.

【0029】請求項2記載の発明は、請求項1記載のメ
カニカルセンサ付き半導体制御モータにおいて、夫々異
なる電位が給電される2つの給電スリップリング部と、
該スリップリング部の夫々に接続されて、円周方向に交
互に配置されてなる出力リング部とにより構成している
ので、モータ内に容易に組込むことができ、ブラシサイ
ズが小さくでき、製造が容易で、安価なセンサーリング
と成し得る。
According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor control motor with the mechanical sensor according to the first aspect, two power supply slip ring portions to which different potentials are respectively supplied,
Since the slip ring portions are connected to the respective output ring portions which are alternately arranged in the circumferential direction, the slip ring portions can be easily incorporated into the motor, the brush size can be reduced, and the manufacturing can be performed. It can be an easy and cheap sensor ring.

【0030】請求項3記載の発明は、請求項2記載のメ
カニカルセンサ付き半導体制御モータにおいて、前記ブ
ラシは、前記2つの給電スリップリング部に当接された
各々1つの給電ブラシと、前記出力リング部に当接され
たn個(nは2以上の整数)の出力ブラシとから成り、
該出力ブラシの電圧信号に基づき開閉動作するn個の半
導体スイッチ素子と、該半導体スイッチ素子と直列に接
続されたn相の励磁コイルが巻装された固定子磁極と、
永久磁石を有する回転子とから構成したので、n相の励
磁コイルと出力ブラシが同数となり、制御回路における
信号処理が簡素化でき、電波ノイズによる誤動作がな
く、より小型で信頼性の高い半導体モータとすることが
できる。
According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor control motor with a mechanical sensor according to the second aspect, the brushes include one power feeding brush that is in contact with the two power feeding slip ring portions, and the output ring. Consisting of n (n is an integer of 2 or more) output brushes abutting the part,
N semiconductor switching elements that open and close based on the voltage signal of the output brush, and a stator magnetic pole around which an n-phase exciting coil connected in series with the semiconductor switching element is wound.
Since it is composed of a rotor having a permanent magnet, the number of n-phase exciting coils and the number of output brushes are the same, the signal processing in the control circuit can be simplified, there is no malfunction due to radio noise, and the semiconductor motor is smaller and more reliable. Can be

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明におけるメカニカルセンサ付き半導体制
御モータの全体の構造を示す縦断面図である。
FIG. 1 is a vertical sectional view showing the overall structure of a semiconductor control motor with a mechanical sensor according to the present invention.

【図2】固定子磁極と、回転子磁極、及び、センサーリ
ングの各相出力ブラシ位置の関係を示す平面図である。
FIG. 2 is a plan view showing a relationship among stator magnetic poles, rotor magnetic poles, and output brush positions of respective phases of a sensor ring.

【図3】センサーリングとブラシホルダー断面図であ
る。
FIG. 3 is a sectional view of a sensor ring and a brush holder.

【図4】センサーリングとブラシホルダーの上方視図で
ある。
FIG. 4 is a top view of the sensor ring and the brush holder.

【図5】センサーリングとブラシホルダーの下方視図で
ある。
FIG. 5 is a bottom view of the sensor ring and the brush holder.

【図6】本発明モータの駆動回路図である。FIG. 6 is a drive circuit diagram of the motor of the present invention.

【図7】本発明モータのステータとロータの相対位置、
及び、整流子とブラシ間の相対位置を示す回転原理説明
図である。
FIG. 7 is a relative position of a stator and a rotor of the motor of the present invention,
FIG. 6 is a rotation principle explanatory diagram showing a relative position between a commutator and a brush.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 メカニカルセンサ付き半導体制御モータ 3 回転子 4 永久磁石 5 固定子 5−1a A相磁極 5−1b B相磁極 5−1c C相磁極 6 センサーリング 7 ブラシホルダー 8−1 正極ブラシ 8−2 アースブラシ 8−3a,8−3b,8−3c 出力ブラシ 12 端部ケーシング 13a A相コイル 13b B相コイル 13c C相コイル 14a,14b,14c パワートランジスタ 15a,15b,15c ゲート制御回路 16a,16b 抵抗 1 Semiconductor control motor with mechanical sensor 3 rotor 4 permanent magnet 5 stator 5-1a A phase magnetic pole 5-1b B-phase magnetic pole 5-1c C phase magnetic pole 6 sensor ring 7 brush holder 8-1 Positive brush 8-2 Earth brush 8-3a, 8-3b, 8-3c Output brush 12 End casing 13a A phase coil 13b B phase coil 13c C phase coil 14a, 14b, 14c Power transistor 15a, 15b, 15c Gate control circuit 16a, 16b resistance

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】複数相の巻線を有する電機子と、該電機子
の巻線と差交する磁束を供給する界磁磁極と、該巻線へ
の通電電流を制御する半導体スイッチとを具備する半導
体制御モータにおいて、回転軸に固定し、異なる電位が
供給された電極片を有するセンサーリングと、該センサ
ーリングに当接摺動するブラシを有し、該ブラシより検
出される電気信号により前記半導体スイッチを制御して
なることを特徴とするメカニカルセンサ付き半導体制御
モータ。
1. An armature having windings of a plurality of phases, a field magnetic pole for supplying a magnetic flux that intersects with the winding of the armature, and a semiconductor switch for controlling a current supplied to the winding. In the semiconductor control motor, a sensor ring having an electrode piece fixed to a rotating shaft and supplied with different potentials, and a brush that abuts and slides on the sensor ring are provided. A semiconductor control motor with a mechanical sensor characterized by controlling a semiconductor switch.
【請求項2】 前記センサーリングは、夫々異なる電位
が給電される2つの給電スリップリング部と、該スリッ
プリング部の夫々に接続されて、円周方向に交互に配置
されてなる出力リング部とにより構成してなることを特
徴とする請求項1記載のメカニカルセンサ付き半導体制
御モータ。
2. The sensor ring includes two feeding slip ring portions to which different potentials are fed, and output ring portions connected to each of the slip ring portions and arranged alternately in the circumferential direction. The semiconductor control motor with a mechanical sensor according to claim 1, wherein the semiconductor control motor has a mechanical sensor.
【請求項3】 前記ブラシは、前記2つの給電スリップ
リング部に当接された各々1つの給電ブラシと、前記出
力リング部に当接されたn個(nは2以上の整数)の出
力ブラシとから成り、該出力ブラシの電気信号に基づき
開閉動作するn個の半導体スイッチ素子と、該半導体ス
イッチ素子と直列に接続されたn相の励磁コイルが巻装
された固定子磁極と、永久磁石を有する回転子とから構
成したことを特徴とする請求項2記載のメカニカルセン
サ付き半導体モータ。
3. The brushes include one power supply brush that is in contact with each of the two power supply slip rings, and n (n is an integer of 2 or more) output brushes that are in contact with each of the output ring parts. And n semiconductor switch elements that open and close based on the electric signal of the output brush, a stator pole around which an n-phase exciting coil connected in series with the semiconductor switch element is wound, and a permanent magnet. 3. A semiconductor motor with a mechanical sensor according to claim 2, wherein the semiconductor motor has a rotor.
JP2002158291A 2002-04-24 2002-04-24 Semiconductor control motor with mechanical sensor Pending JP2003319616A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002158291A JP2003319616A (en) 2002-04-24 2002-04-24 Semiconductor control motor with mechanical sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002158291A JP2003319616A (en) 2002-04-24 2002-04-24 Semiconductor control motor with mechanical sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2003319616A true JP2003319616A (en) 2003-11-07

Family

ID=29545540

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002158291A Pending JP2003319616A (en) 2002-04-24 2002-04-24 Semiconductor control motor with mechanical sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2003319616A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005318778A (en) * 2004-04-30 2005-11-10 Yuji Akiyama Electric blower
CN1319251C (en) * 2004-03-31 2007-05-30 丰田自动车株式会社 Device for judging brush state of motor
WO2012118467A1 (en) * 2011-02-28 2012-09-07 Goodzeit Carl L Dual armature motor/generator with flux linkage
CN105703549A (en) * 2014-12-09 2016-06-22 罗伯特·博世有限公司 Motor provided with potential equilibrium device
CN110719762A (en) * 2017-05-09 2020-01-21 皇家飞利浦有限公司 Vibration cancellation for personal care devices

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1319251C (en) * 2004-03-31 2007-05-30 丰田自动车株式会社 Device for judging brush state of motor
JP2005318778A (en) * 2004-04-30 2005-11-10 Yuji Akiyama Electric blower
WO2012118467A1 (en) * 2011-02-28 2012-09-07 Goodzeit Carl L Dual armature motor/generator with flux linkage
CN105703549A (en) * 2014-12-09 2016-06-22 罗伯特·博世有限公司 Motor provided with potential equilibrium device
CN110719762A (en) * 2017-05-09 2020-01-21 皇家飞利浦有限公司 Vibration cancellation for personal care devices
CN110719762B (en) * 2017-05-09 2022-06-03 皇家飞利浦有限公司 Personal care cleaning device and vibration canceling suspension
US11504217B2 (en) 2017-05-09 2022-11-22 Koninklijke Philips N.V. Vibration cancellation for personal care device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2575628B2 (en) Brushless motor
CA2097194C (en) Polyphase switched reluctance motor
US11196315B2 (en) Drive apparatus for rotating electric machine
KR880002475B1 (en) D.c. multi-phase bi-polar brushless motor
US6424114B1 (en) Synchronous motor
US20020070694A1 (en) Dynamo-electric machines and control and operating system for the same
EP0712544A1 (en) Electromagnetic machine with permanent magnet rotor
TW200826421A (en) A single phase AC synchronous motor
CA2743160C (en) Generator
JP2003319616A (en) Semiconductor control motor with mechanical sensor
US5168201A (en) Shifting-field type permanent-magnet motor
JP2008271630A (en) Two-phase simultaneous excitation brushless dc motor
AU2013206270A1 (en) Switch type DC electric machine having auxiliary excitation winding and conduction ring and brush
US5043641A (en) Circuit for and method of controlling 4-phase brushless DC motors
JP3163285B2 (en) Synchronous motor
JPH07143715A (en) Motor
RU2091966C1 (en) Dc machine
JP2000166208A (en) Drive device for outer rotor type multi-pole brushless motor
KR20050011140A (en) semiconductor controllable motor attached with mechanical sensor
JP4692707B2 (en) Electric motor
JP2000083390A (en) Synchronous motor
KR100725757B1 (en) Variable speed synchronous motor and electric blower using the same
JPH10201285A (en) Brushless dc motor
EP0076694A2 (en) 4-Pole electric motor
JP2004180419A (en) Polyphase motor