JP2502781B2 - 無整流子直流電動機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は無整流子直流電動機に関する。さらに詳しく
は永久磁石回転子の回転位置を検出するために、ホール
素子の如き回転子位置検出素子を不要とした無整流子直
流電動機に関するもので、特に起動特性の改良に関する
ものである。

従来の技術 無整流子直流電動機はブラシ付の直流電動機に比べ、
機械的接点を持たないため長寿命であると同時に電気的
雑音も少なく、近年、高信頼性が要求される産業用機器
や映像・音響機器に広く応用されている。

従来、この種の無整流子直流電動機はそのほとんどが
固定子巻線の通電相切換えのために、ブラシに相当する
回転子位置検出素子、例えばホール素子等を使用してい
る。しかしながら、回転子位置検出素子自体決して安価
なものではなく、さらに素子の取付け位置調整の煩雑
さ、配線数の増加により無整流子直流電動機はブラシ付
直流電動機に比べて大幅にコストが上昇する欠点があ
る。

また、電動機内部に回転子位置検出素子を取り付けな
ければならないため、構造上の制約が起こることがしば
しばある。近年、機器の小型化に伴い使用される電動機
も小型かつ薄型化され、ホール素子等の位置検出素子を
取り付ける場所的な余裕がなくなってきている。

そこで、ホール素子の如き回転子位置検出素子の全く
ない無整流子直流電動機が従来よりいくつか提案されて
いる。

その１つは、例えば特開昭55−160980号公報に示され
るような、固定子巻線に電流を一方向だけに供給する、
いわゆる半波駆動方式の無整流子直流電動機がある。こ
れは起動時に自起動回路で特定の固定子巻線相のみを付
勢して回転子の位置決めを予め行い、次に３相の固定子
巻線のうち休止中の２つの固定子巻線に誘起される逆起
電力を検出することによって、次の通電相を決定し固定
子巻線に電流を一方向だけに順次供給するものである。

さらには、例えば特開昭62−260586号公報に示される
ような、固定子巻線に電流を両方向に供給する、いわゆ
る全波駆動方式の無整流子直流電動機がある。これは電
動機の起動時には、起動パルス発生回路の出力する起動
パルスで固定子巻線に流れる電流を強制的に順次切換え
て駆動し、回転子の回転が上昇して固定子巻線に逆起電
力が誘起されたときに、逆起電力のゼロクロス点を検出
し、その出力信号をモノマルチで一定時間だけ遅延させ
ることによって通電のタイミングを決定するものであ
る。

発明が解決しようとする課題 これら回転子位置検出素子のない無整流子直流電動機
は、基本的には固定子巻線に誘起される逆起電力を利用
して固定子巻線の相切換えに必要な位置信号を作成して
いる。したがって、起動時においては、各固定子巻線に
逆起電力が発生していないので、固定子巻線の初期通電
相が定まらない。そこで上述した先行技術に示される無
整流子直流電動機にあっては、起動用に特別な起動回路
を設けている。特開昭55−160980号公報に示される技術
では、特定の固定子巻線のみを付勢して予め回転子の初
期位置を決定している。ところが初期位置を決定するた
めに、固定子巻線の１相のみを付勢しても回転子の位置
は振動的となってなかなか静止せず、その結果起動時間
が長くなる。また、特開昭62−260586号公報に示される
技術では、起動回路の出力する出力パルスにより固定子
巻線を強制的に順次切換えている。しかしながら、固定
子巻線を強制的に順次切換えても回転子の回転は振動的
となる。したがって、検出回路で逆起電力のゼロクロス
点をうまく検出できても、固定子巻線を強制的に順次切
換えて駆動する起動モードから逆起電力のゼロクロス点
を検出して行う正規の位置検出モードにはうまく切換え
ることが困難である。すなわち、起動モードから正規の
位置検出モードへの切換えのタイミングが難しく、電動
機の起動時間が長くなる。

一般に、これら回転子位置検出素子のない無整流子直
流電動機は、起動時おいては回転子が静止しているため
各固定子巻線には逆起電力を発生していない。そのため
初期の通電相が定まらず位置検出素子付の電動機に比べ
ると起動性が著しく劣るという問題点がある。

さらに特開昭55−160980号公報に示される無整流子直
流電動機にあっては、固定子巻線の一方向だけに電流を
供給する半波駆動方式であるため、その駆動装置を簡単
に構成できる反面、固定子巻線に流れる電流を両方向に
流れるように構成した全波駆動方式の電動機に比べると
固定子巻線の利用率が低くて効率が悪く、発生トルクも
小さいという問題点がある。

また、特開昭62−260586号公報に示される無整流子直
流電動機にあっては、固定子巻線に誘起される逆起電力
のゼロクロス点で発生されたパルスをモノマルチで一定
時間だけ遅延させることにより通電相を決定する方式で
あり、その遅延時間が電動機の回転数と無関係に一定で
あるため回転数を変える必要がある用途には向かず適用
性に乏しいという問題点がある。

本発明は、回転子位置検出素子の不要な無整流子直流
電動機でありながら特別な起動回路が設けることなく、
良好な起動特性の得られる無整流子直流電動機を提供す
ることを目的としている。

さらに本発明は、回転子位置検出素子の不要な、しか
も固定子巻線に流れる電流を両方向に流れるように構成
した全波駆動方式の無整流子直流電動機を提供すること
を目的としている。さらに本発明は、電動機の回転数を
任意に変えることが可能な無整流子直流電動機を提供す
ることを目的としている。

課題を解決するための手段 本発明は上記目的を達成するために、複数相の固定子
巻線のそれぞれに発生する逆起電力をパルス整形してパ
ルス信号列を得る逆起電力検出手段と、パルス信号列が
入力されその信号列の周期を計数しその周期が所定の範
囲内にあるときは計数した周期に比例もしくは略比例し
た時間だけ遅延した遅延パルスを出力し信号列の周期が
所定の範囲を越えたときは疑似パルスを出力するパルス
遅延手段と、パルス遅延手段の出力信号に応動して逆起
電力と同じ周波数の複数相の相切換えパルスを発生する
論理パルス発生手段と、論理パルス発生手段の出力信号
を回転子の回転位置信号となし、この信号により順次固
定子巻線を付勢する固定子巻線電力供給手段とを含んで
構成される。

作用 本発明は上記した構成により、それぞれの固定子巻線
に誘起される逆起電力のゼロクロス点間の時間を常に計
数し、その計数値をもとに次に通電すべき固定子巻線の
通電位相を決定しているので、電動機の回転数を変化さ
せても次に通電すべき固定子巻線の通電位相が変化する
ことはなく、常に安定した駆動が得られる。したがっ
て、回転数を変える必要がある用途にも容易に応用する
ことが可能となり、従来例の回転子位置検出素子不要の
無整流子直流電動機に見られるような、回転数を変化さ
せた場合に駆動が不安定になるということはない。

さらに加えて、本発明は起動用に特別な起動回路を設
けることなく、起動時においては疑似出力パルスにより
固定子巻線を強制的に順次切換えている。そして逆起電
力検出手段で、逆起電力のゼロクロス点を検出したとき
固定子巻線を強制的に順次切換えて、駆動する起動モー
ドから逆起電力のゼロクロス点を検出して行う正規の位
置検出モードに速やかに切換えることができ、従来の位
置検出素子付の電動機と比べても遜色のない起動特性が
得られる。

さらに加えて、固定子巻線に誘起される逆起電力のゼ
ロクロス点のみを検出しているので、駆動電流による電
圧の影響を受けることもなく、固定子巻線に流れる電流
を両方向に流せる全波駆動方式の電動機の構成をとるこ
とができる。したがって、半波駆動方式の電動機に比べ
て高効率、高トルクの無整流子直流電動機が提供でき
る。

実施例 以下、本発明の一実施例について、図面を参照しなが
ら説明する。

第１図は本発明の一実施例における無整流子直流電動
機の構成を示すブロック図である。第１図において、１
は逆起電力検出手段で、３相の固定子巻線11,12,13に誘
起される逆起電力が入力される。逆起電力検出手段１は
３相の逆起電力のゼロクロス点を検出してパルス列ｎに
変換する。このパルス列ｎは３相の逆起電力のゼロクロ
ス点を示す。逆起電力検出手段１の出力するパルス列ｎ
はパルス遅延手段２に入力される。パルス遅延手段２は
まず入力されたパルス列の周期ｎを計数する。そして計
数した周期の概略1/2の時間だけ入力パルスを遅延させ
る。３は論理パルス発生手段で、パルス遅延手段２の出
力するパルスｚを分周して固定子巻線11,12,13に誘起さ
れる逆起電力と同じ周波数の６相のパルスを出力する。
論理パルス発生手段３で発生された６相のパルス信号は
回転子の位置信号となり、固定子巻線電力供給手段４に
入力される。固定子巻線電力供給手段４は、論理パルス
発生手段３の出力する回転子位置信号に応じて各固定子
巻線11,12,13に順次駆動電流を両方向に供給する。

以上のように構成された本発明の無整流子直流電動機
の動作について詳しく説明する。

第２図は本発明の一実施例における電動機とそれを構
成する固定子巻線電力供給手段４の一実施例を示す回路
構成図、第３図はその各部信号波形図である。

第２図において、27は永久磁石回転子、11,12,13は固
定子巻線、21,22,23,24,25,26は駆動用トランジスタで
これらのトランジスタをオン，オフすることにより固定
子巻線11,12,13に電流を供給する。そのうち21,22,23は
PNPトランジスタ、24,25,26はNPNトランジスタで構成さ
れている。20は電源である。一般に無整流子電動機の駆
動は、回転子27の回転位置に応じて得られる６相のパル
ス信号を、駆動用トランジスタ21,26,22,24,23,25の各
ベースに印加して行われる。その６相のパルス信号波形
を第３図d,e,f,g,h,iに示す。ただし各トランジスタの
ベースに加えられる信号の方向はPNPトランジスタ21,2
2,23には電流が流出する方向に、NPNトランジスタ24,2
5,26には電流が流入する方向に加えられる。まずトラン
ジスタ21,25が導通して固定子巻線11,12に電流が流れ
る。次にトランジスタ21,26が導通して固定子巻線11,13
に電流が流れる。このように相切換え動作を順次行い、
永久磁石回転子27を回転させる。そのときの固定子巻線
11,12,13には第３図j,k,lに示す電流が両方向に通電さ
れる。また回転子27が回転している状態では、固定子巻
線11,12,13の各端子には第３図a,b,cに示す電圧（逆起
電力）が誘起される。第３図d,e,f,g,h,iで示される６
相のパルス信号は回転子27の位置信号であり、逆起電力
a,b,cの波形とは第３図に示すような位相関係にあり、
電気角で30度だけ位相が異なることに注意すべきであ
る。したがって、本発明のようにホール素子の如き回転
子位置検出素子を設けずに回転駆動させるためには、固
定子巻線に誘起される逆起電力a,b,cのゼロクロス点を
検出して、電気角で30度だけ出力パルスを遅延するよう
な信号処理を行う必要がある。

このような信号処理を行う本発明の一実施例の各部の
動作についてさらに図面を用いて説明する。

第４図は第１図に示す本発明の一実施例における逆起
電力検出手段１の回路構成図である。。

第４図において、14,15,16は抵抗で片方は固定子巻線
11,12,13の各端子に接続され、他方はそれぞれ共通接続
されている。31,32,33は比較回路で、その入力端子
（＋）には固定子巻線11,12,13の各端子に接触され、入
力端子（−）には抵抗14,15,16の共通接続点が接続され
ている。34,35,36はアンド回路で、それぞれ比較器31,3
2と、比較器32,33と、比較器33,31との各出力が接続さ
れている。30は３入力のオア回路で、アンド回路34,35,
36の各出力が入力されている。39はイクスクルーシブオ
ア回路で、片方の入力にはオア回路30の出力がそのまま
入力され他方の入力にはオア回路30の出力信号を抵抗37
とコンデンサ38で定まる時定数だけ遅延した信号が入力
される。

第４図に示す逆起電力検出手段１の動作について第５
図を用いて説明する。

第４図の抵抗14,15,16はそれぞれ固定子巻線11,12,13
と接続されているので、抵抗14,15,16の共通接続点には
固定子巻線11,12,13の中性点と同一の電位が得られ
る。したがって、電動機としては特別に固定子巻線の中
性点から信号線を引き出しておく必要がない。固定子巻
線11,12,13に誘起される逆起電力a,b,cは第４図の比較
器31,32,33の入力端子（＋）に入力され、入力端子
（−）には抵抗14,15,16の共通接続点に得られる固定子
巻線の中性点電位が入力されている。したがって、比較
器31,32,33の各出力端子には、第５図u,v,wに示すよう
な逆起電力a,b,cを波形整形し、逆起電力a,b,cのゼロク
ロス点とパルスエッジの一致するパルス波形が得られ
る。第５図に示すｍは逆起電力検出手段１を構成するオ
ア回路30の出力波形であり、３相の逆起電力a,b,cのゼ
ロクロス点とパルスの立ち上がり，立ち下がりエッジの
位相が一致したパルス列が出力される。第５図ｎはオア
回路30の出力信号ｍを両エッジ微分した波形である。す
なわち、イクスクルーシブオア回路39と抵抗37とコンデ
ンサ38でパルスの両エッジ微分回路を構成しており、イ
クスクルーシブオア回路39からは３相の各逆起電力a,b,
cのゼロクロス点ごとにパルスが出力され、逆起電力a,
b,cの１周期につき６回（電気角で60度ごと）のパルス
列が出力される。第５図ｚはパルス遅延手段２の出力
で、その立ち上がりエッジが、ｎの立ち上がりエッジの
タイミングを検出してから電気角で30度だけ遅延したパ
ルス信号波形を示す。

次に本発明の一実施例におけるパルス遅延手段２の動
作について詳しく説明する。

第６図は第１図に示す本発明の一実施例におけるパル
ス遅延手段２の回路構成図、第７図（ａ）は電動機の定
常回転におけるその各部信号波形図、第７図（ｂ）は電
動機の起動時におけるその各部信号波形図である。

第６図において、41は第１のカウント手段、42は第２
のカウント手段、44はクロックパルス発生手段である。
第１のカウント手段41はその計数値が所定の値を越えた
ときにキャリーフラグｔを出力し、第２のカウント手段
42はその計数値が零になったときにゼロフラグｚを出力
する。クロックパルス発生手段44は２種類のクロックパ
ルスck,ck2を発生しており、クロックパルスckは第１の
カウント手段41に、ククロックパルスck2（クロック周
波数はckの２倍）は第２のカウント手段42に入力されて
いる。43は転送手段で、逆起電力検出手段１の出力する
パルス列ｎと第１のカウント手段41の出力するキャリー
フラグｔが入力され、第１のカウント手段41にはその計
数値をリセットするリセットパルスｒを、第２のカウン
ト手段42には第１のカウント手段41の計数値をロードす
るロードパルスｓを出力する。

第６図に示すパルス遅延回路２の動作について、まず
永久磁石回転子27が定常回転しているときについて第７
図（ａ）を用いて説明する。第１のカウント手段41は転
送手段43の出力するリセットパルスｒが入力されるまで
クロックパルスckをアップカウントする。リセットパル
スｒは逆起電力発生手段１が出力するパルス列ｎと同じ
周期であるので、第１のカウント手段41の計数値は逆起
電力検出手段１の出力するパルス列ｎの周期を計数した
ことになる。その様子を第７図（ａ）のｐに計数値をア
ナログ的に示している。第２のカウント手段42には、転
送手段43の出力するロードパルスｓのタイミングで第１
のカウント手段41のカウント値ｐが初期値として転送さ
れる。第２のカウント手段42はパルス列ｎの周期を計数
した計数値ｐをck2のクロックでダウンカウントされる
ので、ロードパルスｓ（またはｎ）のパルス列の中間点
で計数値が零になる。その様子を第７図（ａ）のqaにア
ナログ的に示している。第２のカウント手段42は計数値
が零のときゼロフラグが出力されるように構成されてい
るので、第２のカウント手段42は第７図（ａ）のｚに示
すような遅延パルスｚを出力する。パルス列ｎは逆起電
力検出手段１の出力するパルスで、３相の固定子巻線1
1,12,13に誘起される逆起電力a,b,cのゼロクロス点を示
すものであるから、パルス列ｎおよびｓの間隔は電気角
で60度に相当する。したがって、第７図（ａ）に示すｚ
の立ち上がりエッジは逆起電力a,b,cのゼロクロス点か
ら電気角で30度だけ遅延されたことになる。なお、ロー
ドパルスｓとリセットパルスｒの位相関係は第７図
（ａ）の如く、リセットパルスｒがロードパルスｓより
遅れているが、それは第１のカウント手段41のカウント
値を第２のカウント手段42に確実に転送させるためであ
る。また第７図（ａ）ではパルスs,rのパルス幅を便宜
上大きく記してあるが、パルス周期に比べて十分に狭い
ものとする。

次に電動機の起動時における動作について第７図
（ｂ）を用いて説明する。第１のカウント手段41は、転
送手段43の出力するリセットパルスｒが入力されるまで
クロックパルスckをアップカウントする。ところが、回
転子27は静止しているので逆起電力発生手段１はパルス
列ｎを出力しない。したがって、第１のカウント手段41
の計数値は第７図（ｂ）のｐに示すように単調に増加し
その計数値が所定の値に達したとき、第１のカウント手
段41からキャリーフラグｔを転送手段43に出力する。転
送手段43はその信号ｔを受けてリセットパルスｒとロー
ドパルスｓを出力する。第２のカウント手段42はロード
パルスｓで初期値がロードされた後、ダウンカウントさ
れる。そして第２のカウント手段42の計数値が、零にな
ったときゼロフラグｚが論理パルス発生手段３に出力す
る。、電動機の起動時においてゼロフラグｚは固定子巻
線の相切換え動作を順次行うための疑似信号となり、こ
の疑似信号により永久磁石回転子27は回転を開始する。
ところで今、第７図（ｂ）のqaに点線で示すように、転
送手段43が信号ｔを受けたとき第１のカウント手段41の
計数値をそのまま第２のカウント手段42に初期値として
転送されるものとする。このように構成したときは、第
７図（ｂ）のqaに示す点線の波形より明らかなように、
第２のカウント手段42がダウンカウントされてその計数
値が零に達しないうちに、第１のカウント手段41の計数
値がさらに転送される場合が発生する。その場合は第２
のカウント手段42の計数値は零にならず遅延パルスｚが
出力されない。したがって、第７図（ｂ）のｚに示すよ
うなパルスｘが発生しない。その結果、固定子巻線の相
切換えがうまく行われず、電動機の加速がうまく行われ
ない。

そこで第７図（ｂ）のqaに示す実線波形のように、転
送手段43が信号ｔを受けたときは、第１のカウント手段
41の計数値をそのまま第２のカウント手段42に転送する
のではなく、第１のカウント手段41の計数値より小さい
所定値を第２のカウント手段42に転送する。すると前述
したような第２のカウント手段42の計数値が零に達しな
いうちに第１のカウント手段41の計数値がさらに転送さ
れることはなく、第２のカウント手段42の計数値は必ず
零になり遅延パルスｚが出力される。以下、定常時と同
様な動作で第２のカウント手段42からは第７図（ｂ）の
ｚに示すような遅延パルスｚが出力され、遅延パルスｚ
は論理パルス発生手段３に加えられ、電力供給手段４に
より３相の固定子巻線11,12,13の通電相の切換えが順次
行われる。そして電動機は加速され、良好な起動特性が
得られる。

第８図は第１図に示す本発明の一実施例におけるパル
ス遅延手段２の他の実施例の要部回路構成図、第９図
（ａ）は電動機の定常回転におけるその各部信号波形
図、第９図（ｂ）は電動機の起動時におけるその各部信
号波形図である。

なお、第６図と同一の機能を有するものについては同
一の番号を付して重複した説明は省略する。

第８図において41は８ビットカウンタで構成される第
１のカウント手段、42は５ビットカウンタで構成される
第２のカウント手段でディジタルカウンタで構成されて
いる。第１のカウント手段41、第２のカウント手段42に
はそれぞれ同一のクロックckが入力されている。第１の
カウント手段41はクロックckをアップカウントし、第２
のカウント手段42はクロックckをダウンカウントする。
45は５つのスイッチで構成されたスイッチ転送回路で、
転送手段43のロードパルスｓにより短時間左側の接点に
接続され、第１のカウント手段41の計数値の最下位ビッ
トを除く５ビットが第２のカウント手段42に転送され
る。また、第１のカウント手段41の計数値がオーバーフ
ローして第１のカウント手段41からキャリーフラグｔが
出力されたときは、短時間スイッチ転送回路45は右側の
接点に接続され第２カウント手段42のすべてのビットが
“1"にセットされる。

第８図に示すパルス遅延回路の動作についてまず永久
磁石回転子27が定常回転しているときについて第９図
（ａ）を用いて説明する。なお、定常回転時には第１の
カウント手段41の上位２ビット分は“0"であるものとす
る。

第２のカウント手段42には転送手段43の出力するロー
ドパルスｓのタイミングで第１のカウント手段41の計数
値ｐが転送される。ただし、第２のカウント手段42には
第１のカウント手段41の最下位ビットだけが捨てられて
転送されるので、第９図（ａ）のqbに示すように、第２
のカウント手段42の初期値は第１のカウント手段41の計
数値ｐの1/2の値が初期値として与えられることにな
る。第２のカウント手段42は、パルス列ｎの周期を計数
した計数値の半分に相当するp/2をクロックckでダウン
カウントすることになるので、パルス列ｎの中間点で計
数値が零になる。したがって、第２のカウント手段42は
第９図（ａ）に示すような遅延パルスｚを出力する。し
たがって、第９図（ａ）に示す遅延パルスｚの立ち上が
りエッジは逆起電力a,b,cのゼロクロス点からちょうど
電気角で30度だけ遅延されたことになる。

次に電動機の起動時における動作について第９図
（ｂ）を用いて説明する。起動時には逆起電力検出手段
１はパルス列ｎを出力しないので、第１のカウント手段
41はクロックパルスckをアップカウントし続ける。した
がって、第１のカウント手段41の計数値は第９図（ｂ）
のｐに示すように単調に増加し、その計数値がオーバー
フローしたとき第１のカウント手段41からキャリーフラ
グｔが出力され、転送手段43とスイッチ転送回路45に入
力される。転送手段43はその信号ｔを受けてリセットパ
ルスｒとロードパルスｓを出力する。第２のカウント手
段42はロードパルスｓで初期値がロードされるが、今、
第９図（ｂ）のqbに点線で示すように、第２のカウント
手段として７ビットのカウンタを用意して転送手段43が
信号ｔを受けたとき、第１のカウント手段41の計数値の
半分であるp/2の値（上位７ビット分）をそのまま第２
のカウント手段42に初期値として転送されるものとす
る。このように構成されたときは、第９図（ｂ）のqbに
示す点線の波形より明らかなように、起動時において第
２のカウント手段42がダウンカウントされてその計数値
が零に達しないうちに第１のカウント手段41の計数値が
さらに転送される場合が発生する。その場合は第２のカ
ウント手段42の計数値が零にならず遅延パルスｚが出力
されない。したがって、第９図（ｂ）のｚに示すような
パルスｘが発生しない。その結果、固定子巻線の相切換
えがうまく行われず電動機の加速がうまく行われない。

そこで、第９図（ｂ）のqbに示す実線波形のように、
起動時に転送手段43が信号ｔを受けたときは、第１のカ
ウント手段41の計数値の半分であるp/2の値を、この場
合は最下位１ビットを除く上位７ビットをそのまま第２
のカウント手段42に転送するのではなく、転送時にはス
イッチ転送回路45を短時間右側の接点に接続することに
より、第１のカウント手段41の計数値の半分であるp/2
の値よりさらに小さい所定値、この場合はすべてのビッ
トが“1"の５ビット分を第２のカウント手段42に転送す
る。すると前述したような、第２のカウント手段42の計
数値が零に達しないうちに第１のカウント手段41の計数
値がさらに転送されることはなく、第２のカウント手段
42の計数値は必ず零になり遅延パルスｚが出力される。
以下、定常時と同様な動作で第２のカウント手段42から
は第９図（ｂ）のｚに示すような遅延パルスｚが出力さ
れ、遅延パルスｚは論理パルス発生手段３に加えられ、
固定子巻線電力供給手段４により３相の固定子巻線11,1
2,13の通電相の切換えが順次行われる。そして電動機は
加速され、良好な起動性が得られる。

第６図に示すパルス遅延手段では第一，第２のカウン
ト手段に供給するクロックの周波数は異なるが、第８図
に示すパルス遅延手段では１種類のクロックでよいとい
う利点がある。

第10図は第１図に示す本発明のパルス遅延手段２の他
の実施例の回路構成図、第11図（ａ）は回転子の定常回
転におけるその各部信号波形図、第11図（ｂ）は電動機
の起動時におけるその各部信号波形図である。

なお第６図，第８図と同一の機能を有するものについ
ては同一の番号を付して重複した説明は省略する。

第10図において、61は第１のアップダウンカウント手
段、62は第２のアップダウンカウント手段である。第１
のアップダウンカウント手段61、第２のアップダウンカ
ウント手段62にはそれぞれアップカウント入力CUとダウ
ンカウント入力CDがある。また、第１のアップダウンカ
ウント手段61、第２のアップダウンカウント手段62はア
ップカウントして計数値がオーバーフローしたときには
それぞれキャリーフラグta,tbを出力し、ダウンカウン
トして計数値が零になったときはそれぞれゼロフラグz
a,zbを出力する。６はオア回路でキャリーフラグta,tb
の２つの信号が入力され、信号ｔを出力する。63はクロ
ック切換え回路で、クロック発生手段44の発生する２種
類のクロックパルスck,ck2（クロック周波数はckの２
倍）をアップカウント入力CUに供給するか、ダウンカウ
ント入力CDに供給するかを逆起電力検出手段１の出力す
るパルスｎとオア回路６の出力する信号ｔに応じて交互
に切換える。64はオア回路で、第1,第２のアップダウン
カウント手段61,62のそれぞれが出力するゼロフラグza,
zbが入力されて遅延パルスｚを出力する。

第10図に示すパルス遅延回路の動作についてまず永久
磁石回転子27が定常回転しているときについて第11図
（ａ）を用いて説明する。

まず、クロック切換え回路63のスイッチは第10図に示
す位置にあったとする。すると第１のアップダウンカウ
ント手段61のアップカウント入力CUにはクロックckが供
給され、パルスｎがクロック切換え回路63に入力される
まで第１のアップダウンカウント手段61はアップカウン
ト動作を行う。次にパルスｎがクロック切換え回路63に
入力されたとき第１のアップダウンカウント手段61はダ
ウンカウント動作に切換わる。しかもクロック切換え回
路63によりダウンカウント入力に供給されるクロックは
ck2であり、クロック周波数はckの２倍のクロックが入
力される。したがって、パルス列ｎの周期をアップカウ
ントした計数値をck2のクロックでダウンカウントする
ので、パルス列ｎの中間点で計数値が零になる。その様
子を第11図（ａ）のpaに示す。その結果、第１のアップ
ダウンカウント手段61は第11図（ａ）に示すようなゼロ
フラグzaを出力する。同様に第２のアップダウンカウン
ト手段62も第11図（ａ）のpbに示すようなアップダウン
カウント動作を繰り返し、第11図（ａ）のzbに示すよう
なゼロフラグを出力する。za,zbは交互に発生するので
オア回路64からは第11図（ａ）に示すような信号ｚが出
力され、第10図のパルス遅延手段は立ち上がりエッジが
逆起電力a,b,cのゼロクロス点からちょうど電気角で30
度だけ遅延された遅延信号ｚを出力することになる。

次に電動機の起動時における動作について第11図
（ｂ）を用いて説明する。

まず、クロック切換え回路の63のスイッチは第10図に
示す位置にあったとする。第１のアップダウンカウント
手段61は逆起電力発生手段１が出力するパルスｎが入力
されるまでクロックパルスckをアップカウントする。と
ころが回転子は静止しているので逆起電力発生手段１は
パルス列ｎを出力しない。したがって、第１のアップダ
ウンカウント手段61の計数値は第11図（ｂ）のpaに示す
ように単調に増加し、その計数値がオーバーフローした
とき第１のアップダウンカウント手段61からはキャリー
フラグtaがクロック切換え回路63に出力される。すると
クロック切換え回路63は、電動機の定常回転時と同様に
第１のアップダウンカウント手段61をアップカウント動
作からダウンカウント動作に切換える。しかもダウンカ
ウント入力に供給されるクロックはCK2であり、クロッ
ク周波数はckの２倍であるので、アップカウントした計
数値をCK2のクロックでダウンカウントし、やがて計数
値が零になる。その様子を第11図（ｂ）のpaに示す。そ
の結果、第１のアップダウンカウント手段61は第11図
（ｂ）に示すようなゼロフラグzaを出力する。同様に第
２のアップダウンカウント手段62も第11図（ｂ）のpbに
示すようなアップダウンカウント動作を繰り返し、第11
図（ｂ）のzbに示すようなゼロフラグを出力する。za,z
bは交互に発生するのでオア回路64からは第11図（ｂ）
に示すようなパルス信号ｚが出力される。第11図（ｂ）
に示すパルス信号ｚが、起動時における疑似信号を相当
する。以下、パルス信号ｚは論理パルス発生手段３に加
えられ、電力供給手段４により３相の固定子巻線11,12,
13の通電相の切換えが順次行われる。そして電動機は加
速され、良好な起動特性が得られる。

第６図，第８図に示すパルス遅延手段においては、第
１のカウント手段の計数値を第２のカウント手段に転送
する転送手段が必要であるが、第10図に示すパルス遅延
手段においては転送手段が不要でクロック切換え回路で
アップカウント、ダウントカウント動作の切換えだけを
行えばよいという利点がある。

第12図は第１図に示す本発明の論理パルス発生手段３
の回路構成図、第13図はその各部信号波形図である。

第12図において、80は６相のリングカウンタで第13図
に示すt1,t2,t3,t4,t5,t6の６相パルス信号を出力す
る。これらパルス信号のパルス幅は電気角で60度であ
る。81,82,83,84,85,86はオア回路で、リングカウンタ8
0の６相パルス信号t1,t2,t3,t4,t5,t6の各出力が入力さ
れ、第５図，第13図に示すd,e,f,g,h,iの６相の位置信
号が出力される。これらの信号のパルス幅は電気角で12
0度である。６相パルス信号d,e,f,g,h,iは回転子27の位
置信号となり、第１図に示す固定子巻線電力供給手段４
に入力される。

以上の説明で明かなように、本発明の無整流子電動機
では、まず、逆起電力検出手段１は固定子巻線11,12,13
に誘起される逆起電力a,b,cのゼロクロス点を検出して
変換パルスｎに変換する。その変換パルスｎはパルス遅
延手段２で電気角で30度だけ遅延されて遅延パルスｚに
変換される。論理パルス発生手段３は、この遅延パルス
ｚを受けて６相の回転位置信号d,e,f,g,h,iを作成す
る。そして最後に電力供給手段４はこの回転子位置信号
d,e,f,g,h,iに応じて固定子巻線11,12,13に第３図j,k,l
に示すような駆動電流を順次両方向に供給し、その結果
永久磁石回転子27は回転される。

したがって、本発明の無整流子電動機は、ホール素子
の如き回転子位置検出素子を設けずに固定子巻線に流れ
る電流を両方向に流せる全波駆動方式の電動機を構成す
ることができる。

なお、本発明に係わるパルス遅延手段において、第６
図の一実施例では、第２のカウント手段に入力されるク
ロック周波数は第１のカウント手段に入力されるクロッ
ク周波数の２倍として説明したが整数倍であってもよ
い。また、本発明に係わるパルス遅延手段において、第
８図の一実施例では、定常回転時における第２のカウン
ト手段に初期値として転送される値は２分の１となるよ
うに選んだが整数分の１でもよい。また、本発明に係わ
るパルス遅延手段において、第10図の一実施例では、ア
ップカウント入力端子とダウンカウント入力端子のうち
一方の入力端子に入力されるクロック周波数は他方の入
力端子に入力されるクロック周波数の２倍として説明し
たが整数倍でも構成できることは言うまでもない。

また、本発明に係わる逆起電力検出手段１では第４図
に示すように、固定子巻線の中性点電位を検出するた
めに共通接続した３本の抵抗を使用して行っているが、
直接電動機の固定子巻線の中性点から信号線を引き出し
て使用しても可能であることは言うまでもない。また、
本発明の実施例では固定子巻線がＹ結線である３相の電
動機に限ったが、相数は３相に限らず何相であってもよ
い。また本発明の無整流子電動機は固定子巻線がΔ結線
された電動機に適用することも可能である。

発明の効果 本発明は、以上説明したように構成されているので、
以下に記載されるような効果を奏する。

本発明の無整流子直流電動機は逆起電力検出手段で固
定子巻線に誘起される逆起電力のゼロクロス点のみを検
出しているので、ホール素子の如き回転子位置検出素子
が不要でありながら、固定子巻線に流れる電流を両方向
に供給する全波駆動方式の電動機が容易に構成できる。
したがって、固定子巻線の一方向だけに電流を供給する
半波駆動方式に比べて固定子巻線の利用率が高く、高効
率で高発生トルクの電動機を提供することができる。

さらには従来の無整流子電動機のような回転子位置検
出素子が不要のため、素子の取付け位置調整の煩雑さや
配線数が削減されるため大幅にコストが低減される。

さらに電動機内部に回転子位置検出素子を取り付ける
必要がないため、電動機は構造上の制約を受けず超小型
化、超薄型化が可能となる。

また、本発明の無整流子直流電動機は起動時において
は遅延パルス発生手段の出力する疑似パルスにより固定
子巻線の通電相を順次切換えているので、特別な起動回
路を設けることなく良好な起動特性が得られる。

さらに、本発明の無整流子直流電動機は各固定子巻線
に誘起される逆起電力のゼロクロス点間の時間を常に計
数し、その計数値をもとに次に通電すべき固定子巻線の
通電位相を決定しているので、電動機の回転数を変化さ
せた場合にも次に通電すべき固定子巻線の通電位相が変
化することはなく常に安定した駆動が得られるという優
れた効果も併せて備えている。したがって、電動機の回
転数を任意に変える必要がある用途にも適用することが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の無整流子直流電動機の一実施例の構成
を示すブロック図、第２図は本発明の一実施例における
電動機とそれを構成する固定子巻線電力供給手段の一実
施例を示す回路構成図、第３図はその各部信号波形図、
第４図は本発明の一実施例を構成する逆起電力検出手段
の一実施例を示す回路構成図、第５図は本発明の無整流
子直流電動機の一実施例の動作を説明する信号波形図、
第６図は本発明の一実施例を構成するパルス遅延手段の
一実施例を示す回路構成図、第７図（ａ）はその定常回
転における各部信号波形図、第７図（ｂ）は起動時にお
ける各部信号波形図、第８図は本発明の一実施例を構成
するパルス遅延手段の他の実施例の要部回路構成図、第
９図（ａ）はその定常回転における各部信号波形図、第
９図（ｂ）は起動時における各部信号波形図、第10図は
本発明の一実施例を構成するパルス遅延手段の他の一実
施例を示す回路構成図、第11図（ａ）はその定常回転に
おける各部信号波形図、第11図（ｂ）は起動時における
各部信号波形図、第12図は本発明の一実施例を構成する
論理パルス発生手段の一実施例を示す回路構成図、第13
図はその各部信号波形図である。 １……逆起電力検出手段、２……パルス遅延手段、３…
…論理パルス発生手段、４……固定子巻線電力供給手
段、11,12,13……固定子巻線、41……第１のカウント手
段、42……第２のカウント手段、61……第１のアップダ
ウンカウント手段、62……第２のアップダウンカウント
手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−29380（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−260586（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−11085（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−122387（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−234090（ＪＰ，Ａ)

Claims (16)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数相の固定子巻線と、前記固定子巻線に
   発生する逆起電力に応動したパルス信号列を得る逆起電
   力検出手段と、前記パルス信号列の周期が所定の範囲内
   にあるときには前記周期に比例もしくは略比例した時間
   だけ遅延させた遅延パルスを発生し、前記周期が所定の
   範囲を越えたときには疑似パルスを発生するパルス遅延
   手段と、前記パルス遅延手段の出力信号に応動して複数
   相のパルスを発生する論理パルス発生手段と、前記論理
   パルス発生手段の出力信号に応動して前記固定子巻線に
   電力を供給する電力供給手段を含んで構成されたことを
   特徴とする無整流子直流電動機。
2. 【請求項２】パルス遅延手段はパルス信号列の周期の整
   数分の１の時間だけ遅延させた遅延パルスを発生するよ
   うに構成されたことを特徴とする請求項（１）記載の無
   整流子直流電動機。
3. 【請求項３】パルス遅延手段はパルス信号列の周期の２
   分の１の時間だけ遅延させた遅延パルスを発生するよう
   に構成されたことを特徴とする請求項（１）記載の無整
   流子直流電動機。
4. 【請求項４】パルス遅延手段は、パルス信号列の周期を
   計数する第１のカウント手段と、前記第１のカウント手
   段の計数値を第２のカウント手段に転送する転送手段
   と、パルス信号列の周期に比例もしくは略比例した時間
   だけ遅延させた遅延パルスを出力する第２のカウント手
   段と、前記第1,第２のカウント手段にクロックを入力す
   るクロック発生手段とを含んで構成されたことを特徴と
   する請求項（１）記載の無整流子直流電動機。
5. 【請求項５】転送手段は、第１のカウント手段の計数値
   に応じて第２のカウント手段に転送される初期値を異な
   るようにしたことを特徴とする請求項（４）記載の無整
   流子直流電動機。
6. 【請求項６】転送手段は、第１のカウント手段の計数値
   が所定の範囲内にあるときはその計数値に比例もしくは
   略比例した値を第２のカウント手段に転送し、所定の範
   囲を越えたときは一定値を転送するようにしたことを特
   徴とする請求項（４）記載の無整流子直流電動機。
7. 【請求項７】転送手段は、第１のカウント手段の計数値
   が所定の範囲内にあるときはその計数値の整数分の１の
   値を第２のカウント手段に転送するように構成されたこ
   とを特徴とする請求項（６）記載の無整流子直流電動
   機。
8. 【請求項８】転送手段は、第１のカウント手段の計数値
   が所定の範囲内にあるときはその計数値の２分の１の値
   を第２のカウント手段に転送するように構成されたこと
   を特徴とする請求項（６）記載の無整流子直流電動機。
9. 【請求項９】第２のカウント手段に入力されるクロック
   周波数は第１のカウント手段に入力されるクロック周波
   数と異なるようにしたことを特徴とする請求項（４）記
   載の無整流子直流電動機。
10. 【請求項１０】第２のカウント手段に入力されるクロッ
    ク周波数は第１のカウント手段に入力されるクロック周
    波数の整数倍にしたことを特徴とする請求項（４）記載
    の無整流子直流電動機。
11. 【請求項１１】第２のカウント手段に入力されるクロッ
    ク周波数は第１のカウント手段に入力されるクロック周
    波数の２倍にしたことを特徴とする請求項（４）記載の
    無整流子直流電動機。
12. 【請求項１２】パルス遅延手段は、逆起電力検出手段の
    発生するパルスに応じてアップカウント動作とダウンカ
    ウント動作が切換えられ一方がアップカウント動作のと
    きは他方はダウンカウント動作をする第1,第２のアップ
    ダウンカウント手段と、前記第1,第２のアップダウンカ
    ウント手段にクロックを入力するクロック発生手段とを
    含んで構成されたことを特徴とする請求項（１）記載の
    無整流子直流電動機。
13. 【請求項１３】第1,第２のアップダウンカウント手段
    は、その計数値が所定値に達したときアップカウント動
    作とダウンカウント動作とを切換えるように構成された
    ことを特徴とする請求項（12）記載の無整流子直流電動
    機。
14. 【請求項１４】第1,第２のアップダウンカウント手段
    は、一方のカウント入力端子に入力されるクロック周波
    数は他方のカウント入力端子に入力されるクロック周波
    数と異なるようにしたことを特徴とする請求項（12）記
    載の無整流子直流電動機。
15. 【請求項１５】第1,第２のアップダウンカウント手段
    は、一方のカウント入力端子に入力されるクロック周波
    数は他方のカウント入力端子に入力されるクロック周波
    数の整数倍にしたことを特徴とする請求項（12）記載の
    無整流子直流電動機。
16. 【請求項１６】第1,第２のアップダウンカウント手段
    は、一方のカウント入力端子に入力されるクロック周波
    数は他方のカウント入力端子に入力されるクロック周波
    数の２倍にしたことを特徴とする請求項（12）記載の無
    整流子直流電動機。