JP2827467B2 - 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し、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のホール
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
固定子券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）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。

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
順次切り換えて駆動し、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 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。
しかしながら、起動時に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が発生していない。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
ると起動特性が著しく劣るという問題点がある。こで上
述した従来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。

上記従来技術では、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、
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、
結果として電動機の起動関が長くなる。

さらに、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、起動時においては相切換えを強制的に行う
ため一種の同期電動機と考えられ、起動に適した相切換
えの周波数は電動機に加わる負荷の大きさや回転子の慣
性によって大きくばらつく。場合によっては、いつまで
も固定子巻線に誘起される誘起電力のゼロクロス点をう
まく検出できず、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なかなか移行できないと
いう問題点がある。

また上記従来技術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、上記問題点に鑑み、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
路を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、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のゼロクロス点を検
出してパルス信号列を発生させる逆起電力検出手段と、
固定子巻線の付勢状態を順次切換えるための切換えパル
スを発生する切換えパルス発生手段と、切換えパルス発
生手段の出力パルス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、複数相のパルスに応じて固定
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、起動時には切換えパルス発生手段から、所定の
周期以上のパルスと前記所定の周期より短いパルスとを
それぞれ所定時間ずつ交互に発生するように構成された
ことを特徴とするものである。さらに、切換えパルス発
生手段は、逆起電力検出手段から出力されるパルス信号
列の周期を計数して、パルス信号列の周期が所定の範囲
を超えているときには起動時と判断して、所定の周期以
上のパルスと前記所定の周期より短いパルスとをそれぞ
れ所定時間ずつ交互に発生し、パルス信号列の周期が所
定の範囲内にあるときは定常回転時と判断して、逆起電
力検出手段のパルス信号列を所定時間だけ遅延したパル
ス列を発生するように構成されたことを特徴とするもの
である。さらに、切換えパルス発生手段は、クロックパ
ルス発生回路とクロックパルス発生回路から出力される
クロックパルスを計数するカウンタを備え、起動時には
カウンタの計数値に基づいて決定される周期以上のパル
スと前記周期より短いパルスとをそれぞれ所定時間ずつ
交互に発生することを特徴とするものである。

作用 本発明は上記した構成により、固定子巻線に誘起され
る逆起電力のゼロクロス点をパルス整形してパルス信号
列に変換する。起動時においては切換えパルス発生手段
の出力するパルスにより固定子巻線を強制的に順次切換
える。そして回転子が回転を開始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には固定子巻
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
ドに速やかに移行することができる。その結果、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。

また本発明は、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。

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、永久磁石回転子27が回転するこ
とによって３相の固定子巻線11,12,13に誘起される逆起
電力a,b,cが入力される。逆起電力検出手段１は３相の
逆起電力a,b,c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a,b,c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は切換えパルス発生手段２に入力される。切換え
パルス発生手段２は、逆起電力検出手段１から出力され
るパルス列ｎの周期を計数して、パルス列ｎの周期が所
定の範囲内にあるときはパルス列ｎの周期の1/2の時間
だけ遅延した出力パルスｚを出力し、パルス列ｎの周期
が所定の範囲を超えているときには起動時と判断して、
所定の周期以上のパルスと前記所定の周期より短いパル
スとをそれぞれ所定時間ずつ交互に発生する出力パルス
ｚを出力する。出力パルスｚは論理パルス発生手段３に
入力される。論理パルス発生手段３は入力された出力パ
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27の回転位置信号として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は回転
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一実施例をもとにして本発明
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図は本発明の無整流子直流電動機に係る固定子巻
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図は電動機の回転する様子を
説明するための合成電流ベクトル図である。

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、21,2
2,23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。一般に無整流子直流
電動機の駆動は、回転子27の回転一に応じて得られる６
相のパルス信号を駆動用トランジスタ21,26,22,24,23,2
5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21,22,23には電流が流出する方向に、NPNトランジ
スタ24,25,26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。固定子巻線11,12に電流が供給されること
により、電動機の固定子には第４図のI1に示すような合
成電流ベクトルを発生する。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、固定子には第
４図I2に示す合成電流ベクトルを発生する。

このような相切換え動作を順次行い、固定子巻線11,1
2,13には各々第３図j,k,lに示す電流が両方向に通電さ
れる。それに従って第４図に示すように、合成電流ベク
トルがI1→I2→I3→I4→I5→I6と電気角で60度ずつステ
ップ状に変化し、電動機の固定子には合成電流ベクトル
I1,I2,I3,I4,I5,I6による回転磁界が発生する。その結
果、永久磁石回転子27は回転力を受け回転を始める。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の位置信号に相当し、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相検出素
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に信号処理を行
う必要がある。第３図に示す６相の回転位置信号d,e,f,
g,h,iは矩形形状であるため、固定子巻線に流れる電流
波形は同図j,k,lのように通電幅がほぼ120度（電気角）
の矩形波状となり固定子巻線に流れる電流は急峻にオン
・オフされることになる。

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５図は第１図に示す本発明に係る逆起電力検出手段
１の一実施例の回転構成図である。

第５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の各端子が接続され、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、比較器32,33および比較器33,31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オア出力ｍを出力する。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ｍ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ｍ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。イクスクルーシブオア回
路39の出力は逆起電力検出手段１の出力信号となって、
パルスｎを出力する。

第５図の逆起電力検出手段１の動作について第６図を
用いて説明する。

第５図に示す抵抗14,15,16はそれぞれ固定子巻線11,1
2,13と接続されているので、抵抗14,15,16の共通接続点
に固定子巻線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５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の供給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６図u,v,wに示すような
逆起電力a,b,cを波形整形したパルスが得られる。パル
ス波形u,v,wのパルスエッジは逆起電力a,b,cのゼロクロ
ス点とそれぞれ一致する。その結果、オア回路30の出力
端子からは第６図ｍに示す波形が得られ、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ｍが出力される。第
６図ｎはオア回路30の出力パルス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ｎが出力される。

次に本発明の一実施例における切換えパルス発生手段
２の動作について詳しく説明する。

第７図は本発明に係る切換えパルス発生手段２の一実
施例の回転構成図、第８図は電動機の定常回転時におけ
る各部信号波形図、第９図は電動機の起動時における各
部信号波形図である。

第７図において、41はアップカンウントする第１のカ
ウンタ、42はダウンカウントする第２のカウンタ、44は
クロックパルス発生回路である。クロックパルス発生回
路44は２種類のクロックパルスck,2ck（クロック周波数
はckの２倍）を発生しており、ckのクロックパルスは第
１のカウンタ41に、2ckのクロックパルスは第２のカウ
ンタ42に入力されている。第１のカウンタ41からは最上
位ビット出力d1と途中のビット出力d2とが出力されてい
る。ビット出力d1,d2はデータセレクタ45に入力されて
いる。第２のカウンタ42から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。データセレクタ45は入
力された選択信号c3に応じて２種類のビット出力d1,d2
のうちどちらか１つのビット出力を選択してパルスｔと
して出力する。43は転送回路で逆起電力検出手段１の出
力するパルス列ｎまたはデータセレクタ45の出力するパ
ルスｔが入力される。パルス列ｎまたはパルスｔが入力
されると転送回路43は、第１のカウンタ41にはその計数
値をリセットするリセットパルスｒを出力し、第２のカ
ウンタ42には第１のカウンタ41の計数値をロードするロ
ードパルスｓを出力する。定常回転時のように逆起電力
検出手段１からパルス列ｎが出力される場合、リセット
直前の第１のカウンタ41の計数値および第２カウンタ42
にロードされた値が、逆起電力検出手段１が出力するパ
ルス列ｎの周期である。一方、起動時のように逆起電力
検出手段１からパルス列ｎが出力されない場合はパルス
列ｎの周期が所定の範囲を超えている場合、第１のカウ
ンタ41は単調増加し、その計数値が所定の値に達したと
き、ビット出力d1、d2が出力され、データセレクタ45を
介してパルスｔを転送回路43に出力する。46は第３のカ
ウンタで、データセレクタ45の出力するパルスｔのパル
ス数を計数する。47はアンド回路で第３のカウンタ46の
２種類のビット出力c2,c3が入力され、ビットc2,c3とも
“H"状態になったときアンド回路47は“H"のパルスqcを
出力する。パルスqcは第３のカウンタ46のリセットパル
スで、第３のカウンタ46の計数値をリセットする。な
お、第２のカウンタ42の出緑するゼロフラグｚが論理パ
ルス発生手段３に入力される切換えパルスｚに対応す
る。

第７図に示す切換えパルス発生手段２の動作につい
て、まず電動機が定常回転しているときの動作を第８図
を用いて説明する。

第１のカウンタ41は転送回路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と同じ周期であるから、第１のカウン
タ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８図ｐに
計数値をアナログ的に示している。電動機が定常回転し
ている場合は、リセットパルスｒの周期は十分に短く、
第１のカウンタ41の２つのビット出力d1,d2が“H"状態
となることはない。なお、第８図ｐで点線で示したもの
はビット出力d2が“H"状態になる第１のカウンタ41の計
数値を示したものである。したがって、データセレクタ
45からは第８図ｔに示すようにｔは出力されない。第７
図のカウンタ42には転送回路43の出力するロードパルス
ｓのタイミングで、第１のカウンタ41の計数値ｐが初期
値として転送される。第２のカウンタ42はパルス列ｎの
周期を計数した計数値ｐを2ckのクロックでダウンカウ
ントするので、ロードパルスｓ（またはパルスｎの立ち
上がりエッジ）のパルス列のちょうど中間点で計数値が
零になる。その様子を第８図ｑにアナログ的に示してい
る。第２のカウンタ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のカウンタ
42は第８図ｚに示すようなパルスｚを出力する。逆起電
力検出手段１の出力するパルス列ｎは、３相の固定子巻
線11,12,13に誘起される逆起電力a,b,cのゼロクロス点
を示すものであるから、パルスの間隔は電気角で60度に
相当する。したがって、第８図に示す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ちょうど電気
角で30度だけ遅延されたことになり、このパルスｚは切
換えパルスとして論理パルス発生手段３に出力される。
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８図の如くであり、リセットパルスｒをロードパルス
ｓより遅延させているのは、第１のカウンタ41の計数値
を第２のカウンタ42に確実に転送させるためである。ま
た第８図ではパルス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９図を用
いて説明する。第１のカウンタ41は転送回路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のカウンタ41の計数値は第９図ｐに示
すように単調に増加し、その計数値が所定の値（第９図
ｐに点線で示す）に達したとき第１のカウンタ41からは
ビット出力d1,d2が出力され、データセレクタ45を介し
てｔを転送回路43に出力する。転送回路43はそのパルス
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のカウンタ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
ウンタ42の計数値が、零になったときゼロフラグｚを切
換えパルスとして出力する。

電動機の起動時には逆起電力検出手段１からはパルス
列ｎが出力されないので、データセレクタ45からはパル
スｔが連続して出力される。最初データセレクタ45は第
１のカウンタ41のビット出力d1をパルスｔとして選択し
ており、そのパルス数は第３のカウンタ46でカウントさ
れる。いま第３のカウンタ46は３ビットのカウンタで構
成されているものとしてそのカウントされる様子を第９
図c1,c2,c3に示す。第３のカウンタ46がパルスｔを順次
カウントしてc2,c3の出力が“H"状態（パルスｔを６回
カウント）になったとき、アンド回路47の出力pcは“H"
状態になる。するとqcは第３のカウンタ46に入力され計
数値をリセットする。以降、電動機が回転して逆起電力
検出手段１からパルス列ｎが出力されるまで以上の動作
を繰り返す。ところが第３のカウンタ46の出力c3はデー
タセレクタ45の選択信号を兼用していて、第９図c3に示
すようにパルスｔを４回計数した後“H"状態になる。す
るとデータセレクタ45は今度は第１のカウンタ41のビッ
ト出力d2をパルスｔとして選択する。d2は第１のカウン
タ41の途中ビットであるので、第９図ｐに示すようにデ
ータセレクタ45がd1を選択していた時よりも短い周期で
第１のカウンタ41の計数値が第２のカウンタ42にロード
される。

第２のカウンタ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ので、より短時間で第２
のカウンタ42の計数値ｑは零になり周期の短い切換えパ
ルスｚが出力される。その結果、４回の比較的周期の長
いパルスｚとそれに比べて周期の短い２回のパルスｚが
繰り返し出力される。その様子を第９図q,zに示す。

以上の説明から明らかなように、電動機の起動時には
逆起電力検出手段１からはパルス列ｎが出力されない
が、その代わりにデータセレクタ45の出力ｔがその代わ
りを果たす疑似パルスとして転送回路43に入力される。

以下、第８図の定常時と同様な動作で第２のカウンタ
42からは第９図ｚに示すような切換えパルスｚが出力さ
れる。切換えパルス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
11,12,13の通電相の相切換え動作が順次行われる。そし
て電動機は加速され、良好な起動特性が得られる。

第10図は第１図に示す本発明の一実施例における論理
パルス発生手段３の回路構成図、第11図はその各部信号
波形図である。

第10図において、80は６相のリングカウンタで、切換
えパルスｚの立ち上がりエッジごとに第11図に示すt1,t
2,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。81,82,83,8
4,85,86はオア回路で、リングカウンタ80の６相パルス
信号t1,t2,t3,t4,t5,t6の各出力が入力され第11図に示
すd,e,f,g,h,iの６相の回転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120度である。６相パ
ルス信号ｄ〜ｉは回転子27の回転位置信号となり第１図
の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、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。電動機の定常回転時にはその変換パル
スｎは切換えパルス発生手段２で電気角で30度だけ遅延
された切換えパルスｚに変換される。電動機の起動時に
は逆起電力発生手段１の出力するパルス列ｎの代わり
に、データセレクタの出力パルスｔが使用され、同様に
切換えパルス発生手段２からは切換えパルスｚが論理パ
ルス発生手段３に出力される。論理パルス発生手段３は
この切換えパルス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。そして最後に固定子巻線電力供給手
段４はこの回転位置信号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。

前述したように第６図に示した本発明を構成する切換
えパルス発生手段２の一実施例では、出力される切換え
パルスｚは第９図に示したとおり４回の比較的周期の長
いパルスｚと、それに比べて周期の短い２回のパルスｚ
が繰り返し出力される。

第12図，第13図は第７図に示した切換えパルス発生手
段２の一実施例による電動機の起動方法を示すための概
念図である。

第12図は電動機の起動時において、論理パルス発生手
段３に一定周期の切換えパルスを仮に供給し続けた場合
の電動機の合成電流ベクトルと永久磁石回転子27の磁極
ベクトル（第２図の永久磁石回転子27のＮ極の位置を示
すベクトルΦ）の位置関係を示したものである。また第
12図に点線で示した位置は電流が通電されていない固定
子巻線に誘起された逆起電力のゼロクロス点の検出位置
を示したものである。すなわち、逆起電力検出手段１は
永久磁石回転子27の磁極ベクトルΦが第12図に示す点線
を通過したときにゼロクロス検出パルスを出力する。第
12図より明らかなように、電流ベクトルは電気角でステ
ップ状に60度ずつ変化するが、それに応じてゼロクロス
点の検出位置もステップ状に60度ずつ変化する。しかし
そのときは、すでに永久磁石回転子27の磁極ベクトルΦ
は逆起動力のゼロクロス点の検出位置を越えた位置にあ
り、逆起電力検出手段１はいつまでもゼロクロス点を検
出することができず、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なかなか移行できないた
め電動機が加速されることはない。

第13図は電動機の起動時において、第６図に示した切
換えパルス発生手段２から出力される４回の比較的周期
の長いパルスｚと、それに比べて周期の短い２回のパル
スｚを論理パルス発生手段３に供給した場合の電動機の
電流ベクトルと永久磁石回転子27の磁極ベクトルΦの位
置関係を示したものである。また第13図に点線で示した
位置は、第12図と同様に電流が通電されていない固定子
巻線に誘起された逆起電力のゼロクロス点の検出位置を
示したものである。起動開始から第４番目のパルスまで
は一定周期の切換えパルスが論理パルス発生手段３に供
給されるので、第13図の（ａ），（ｂ），（ｃ），
（ｄ）は第12図のそれぞれと一致する。ところが第5,第
６番目の切換えパルスの周期は最初の４パルスに比べて
短いので永久磁石回転子27が第12図（ｅ）に示す位置ま
で回転するまでに通電相切換えが行われる。その様子を
第13図（ｅ）に示す。第13図（ｅ）より明らかなよう
に、永久磁石回転子27の位置は第12図（ｅ）に比べて回
転方向に対して遅れた位置にある。さらに第６番目の短
周期の切換えパルスにより永久磁石回転子27は回転方向
に対してさらに遅れた位置、すなわち逆起電力のゼロク
ロス点の検出位置の手前に位置するようになる。したが
って、次の切換えパルスが供給されるまでには逆起電力
検出手段１は逆起電力のゼロクロス点を検出することが
できる。その様子を第13図（ｆ）に示す。逆起電力検出
手段１が逆起電力のゼロクロス点を検出した後は正規の
位置検出モードに移行し、順次相切換えが行われて電動
機は加速される。

なお、本実施例において逆起電力検出手段１は第５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。また本実
施例では固定子巻線がＹ結線された３相の電動機につい
て説明したが、相数は３相に限らず何相であってもよい
し、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、従来の無整流子直流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
は逆起電力検出手段から出力パルスが出力されなくて
も、切換えパルス発生手段からは所定の周期以上のパル
スと前記所定の周期より短いパルスとがそれぞれ所定時
間ずつ交互に出力されて固定子巻線の通電相を強制的に
切換えて駆動する。そして回転子が回転を開始して固定
子巻線に誘起される逆起電力のゼロクロス点を検出した
後は、正規の位置検出モードに速やかに移行することが
できるので、電動機の起動時間が短縮され、特別な起動
回路を設けることなく、従来の位置検出素子付の電動機
と比べても遜色のない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図は第２図の各部信号波形図、第４図は電
動機の回転する様子を説明するための合成電流ベクトル
図、第５図は本発明に係る逆起電力検出手段の一実施例
を示す回路構成図、第６図は第５図の各部信号波形図、
第７図は本発明に係る切換えパルス発生手段の一実施例
を示す回路構成図、第８図は定常回転時における第７図
の各部信号波形図、第９図は起動時における第７図の各
部信号波形図、第10図は本発明に係る論理パルス発生手
段の一実施例を示す回路構成図、第11図は第10図の各部
信号波形図、第12図，第13図は第７図に示した切換えパ
ルス発生手段の一実施例による電動機の起動方法を示す
ベクトル図である。 １……逆起電力検出手段、２……切換えパルス発生手
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。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H02P 6/00 - 6/24

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数相の固定子巻線のそれぞれに発生する
   逆起電力を検出するパルス整形してパルス信号列を発生
   させる逆起電力検出手段と、前記パルス信号列が入力さ
   れ前記固定子巻線の付勢状態を順次切換えるためのパル
   スを発生する切換えパルス発生手段と、前記切換えパル
   ス発生手段の出力パルス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、前記複数相のパルスに応
   じて前記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、起動時には前記切換えパルス発生
   手段から、所定の周期以上のパルスと前記所定の周期よ
   り短いパルスとをそれぞれ所定時間ずつ交互に発生する
   ように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】切換えパルス発生手段は、逆起電力検出手
   段から出力されるパルス信号列の周期を計数して、前記
   パルス信号列の周期が所定の範囲を超えているときには
   起動時と判断して、所定の周期以上のパルスと前記所定
   の周期より短いパルスとをそれぞれ所定時間ずつ交互に
   発生し、前記パルス信号列の周期が所定の範囲内にある
   ときは定常回転時と判断して、前記逆起電力検出手段の
   パルス信号列を所定時間だけ遅延したパルス列を発生す
   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】切換えパルス発生手段は、クロックパルス
   発生回路と前記クロックパルス発生回路から出力される
   クロックパルスを計数するカウンタを備え、起動時には
   前記カウンタの計数値に基づいて決定される周期以上の
   パルスと前記周期より短いパルスとをそれぞれ所定時間
   ずつ交互に発生することを特徴とする請求項（１）また
   は請求項（２）に記載の無整流子直流電動機。