JP3079617B2 - 無整流子直流電動機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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、ホール素子の如き回転位置検出用
の検出素子を不要にした無整流子直流電動機に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】無整流子直流電動機は、ブラシ付の直流
電動機に比べて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。

【０００３】従来、この種の無整流子直流電動機は、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）を使
用している。しかしながら、位置検出素子は決して安価
なものではなく、さらに、検出素子の取付け位置調整の
煩雑さや配線数の増加が生じている。そのため、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。

【０００４】また、電動機内部に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、機器の小型化に伴って、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。

【０００５】そこで、位置検出素子を用いない無整流子
直流電動機が、従来よりいくつか提案されている。

【０００６】例えば特開昭５５−１６０９８０号公報に
は、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記載されてい
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。

【０００７】また、例えば特開昭６２−２６０５８６号
公報には、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記載されてい
る。これは起動時に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零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。

【０００８】次に、従来例の定常回転時のおける駆動波
形について、（図１７）および（図１８）を参照しなが
ら説明する。（図１７）は、従来の無整流子直流電動機
の固定子巻線に電力（電流）を供給する回路であり、
（図１８）は従来例の動作を説明するための信号波形で
ある。

【０００９】（図１７）において、２２７は永久磁石回
転子、２１１，２１２，２１３は３相の固定子巻線、２
２１，２２２，２２３，２２４，２２５，２２６は駆動
トランジスタであり、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２１１，２１２，２１３に
電流を供給する。

【００１０】無整流子直流電動機の駆動は、回転子２２
７の回転位置に応じて得られる６相のパルス信号ｄ’，
ｆ’，ｈ’，ｇ’，ｉ’，ｅ’（例えば電流信号）を駆
動トランジスタ２２１，２２２，２２３，２２４，２２
５，２２６の各ベースに印加して行われる。上記６相の
パルス信号の波形を図１８（ｄ）〜（ｉ）に示す。ここ
で、各トランジスタのベースへの信号は、ＰＮＰ形トラ
ンジスタ２２１，２２２，２２３では電流が流出する方
向に、ＮＰＮ形トランジスタ２２４，２２５，２２６に
は電流が流入する方向に加える。例えば、トランジスタ
２２１，２２５が導通した場合には、固定子巻線２１
１，２１２に電流が流れる。次に、トランジスタ２２
１，２２６が導通すると、電流路が切換わり、固定子巻
線２１１，２１３に電流が流れる。このようにして、電
流路の切換え動作を順次行い、固定子巻線２１１，２１
２，２１３に両方向の電流Ｉａ’，Ｉｂ’，Ｉｃ’を供
給し（図１８（ｊ）〜（ｌ））、永久磁石回転子２２７
を回転させる。また、回転子２２７の定常回転状態で
は、固定子巻線２１１，２１２，２１３の各電流給電端
子Ａ，Ｂ，Ｃと中性点Ｏの間に、逆起電力ａ’，ｂ’，
ｃ’が誘起される（図１８（ａ），（ｂ），（ｃ））。

【００１１】６相のパルス信号ｄ’〜ｉ’は回転子２２
７の回転位置に対応した位置信号に相当し、逆起電力
ａ’，ｂ’，ｃ’の波形とは（図１８（ａ）〜（ｉ））
に示す位相関係にある。すなわち、電気角で３０度だけ
位相が異なる。ここに、電気角３６０度は逆起電力の１
周期分に相当する。そこで、例えば特開昭６２−２６０
５８６号公報では、固定子巻線に誘起された逆起電力の
零クロス点を検出し、その出力信号をモノマルチを用い
て一定時間だけ遅延させ、通電のタイミングを決定して
いる。

【００１２】ところで、６相の位置信号ｄ’〜ｉ’は矩
形波状であるために、固定子巻線に流れる電流波形Ｉ
ａ’，Ｉｂ’，Ｉｃ’も矩形波状となり、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。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】前者の先行技術（特開
昭５５−１６０９８０号公報）の無整流子直流電動機で
は、固定子巻線に一方向だけの電流を供給する半波駆動
方式であるため、その駆動構成を簡単にできる反面、巻
線に両方向に流れる電流を供給する構成の全波駆動方式
の電動機に比べると、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。

【００１４】また、後者の先行技術（特開昭６２−２６
０５８６号公報）の無整流子直流電動機では、固定子巻
線に誘起される逆起電力の零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て通電相を決定
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。

【００１５】さらに、両者先行技術の無整流子直流電動
機では、巻線に流れる電流は矩形波状となる。そのた
め、巻線電流が急峻にオン、オフされるため、回転時に
大きな振動や騒音を発生するという重大な欠点がある。
特に、電動機を高速回転で使用するほど振動や騒音が著
しくなる。また、電流の切換えに伴うスパイク状電圧を
低減するために、大容量の電解コンデンサを含むフィル
タ回路を固定子巻線に接続する必要がある。

【００１６】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。そこでこれら先行技術
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。前者の先行技術（特開昭５５
−１６０９８０号公報）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
しても固定子の位置は振動的となりなかなか静止せず、
その結果起動時間が長くなる。また後者の先行技術（特
開昭６２−２６０５８６号公報）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てい
る。

【００１７】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零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
から逆起電力の零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。

【００１８】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に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き
の電動機に比べると起動特性が著しく劣るといる問題点
がある。

【００１９】本発明は、上記問題点に鑑み、位置検出素
子の不要な、しかも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。特に、滑らかな電流路の切換えを行
い、高速回転時にも振動、騒音の極めて少ない無整流子
直流電動機を提供するものである。

【００２０】さらに本発明は、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。

【００２１】

【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、３相の固定子巻線と、直流電源の一端と
前記固定子巻線の電流給電端子との間の電流路を形成す
る３個のトランジスタからなる第１の駆動トランジスタ
群と、前記直流電源の他端と前記電流給電端子との間の
電流路を形成する３個のトランジスタからなる第２の駆
動トランジスタ群と、前記固定子巻線に発生する逆起電
力に応動した整形信号を得る逆起電力検出手段と、前記
整形信号が入力されこの整形信号の周期を計数して前記
周期が所定の範囲内にあるときは前記整形信号に応動し
た検出信号を出力し、前記周期が所定の範囲を越えたと
きは疑似的に発生される疑似パルス信号に基づいて検出
信号を出力する周期検出手段と、前記周期検出手段から
出力される検出信号に応動して複数相のパルス信号を発
生する論理パルス発生手段と、前記周期検出手段から出
力される検出信号のエッジ時点もしくはほぼエッジ時点
から始まる傾斜信号を発生する波形発生手段と、前記論
理パルス発生手段から出力されるパルス信号と前記波形
発生手段から出力される傾斜信号より６相の位置信号を
合成する信号合成手段を具備し、前記信号合成手段の３
相の位置信号に応動して前記第１の駆動トランジスタ群
を通電制御し、前記信号合成手段の他の３相の位置信号
に応動して前記第２の駆動トランジスタ群を通電制御す
るよう構成している。

【００２２】さらに、本発明では、上記目的を達成する
ために、３相の固定子巻線と、直流電源の一端と前記固
定子巻線の電流給電端子との間の電流路を形成する３個
のトランジスタからなる第１の駆動トランジスタ群と、
前記直流電源の他端と前記電流給電端子との間の電流路
を形成する３個のトランジスタからなる第２の駆動トラ
ンジスタ群と、前記固定子巻線に発生する逆起電力に応
動した整形信号を得る逆起電力検出手段と、前記整形信
号が入力されこの整形信号の周期を計数して前記周期が
所定の範囲内にあるときは前記整形信号に応動した検出
信号を出力し、前記周期が所定の範囲を越えたときは疑
似的に発生される疑似パルス信号に基づいて検出信号を
出力する周期検出手段と、前記周期検出手段から出力さ
れる検出信号に応動して複数相のパルス信号を発生する
論理パルス発生手段と、前記周期検出手段から出力され
る検出信号に応動して第１の傾斜信号を発生する第１の
傾斜波形発生手段と、前記周期検出手段から出力される
検出信号に応動して前記第１の傾斜信号とは異なるタイ
ミングにおいて第２の傾斜信号を発生する第２の傾斜波
形発生手段と、前記論理パルス発生手段から出力される
パルス信号と前記第１の傾斜波形発生手段から出力され
る第１の傾斜信号より３相の第１の位置信号を合成する
第１の位置信号合成手段と、前記論理パルス発生手段か
ら出力されるパルス信号と前記第２の傾斜波形発生手段
から出力される第２の傾斜信号より前記第１の位置信号
とは異なるタイミングの３相の第２の位置信号を合成す
る第２の位置信号合成手段を具備し、前記第１の位置信
号に応動して前記第１の駆動トランジスタ群を通電制御
し、前記第２の位置信号に応動して前記第２の駆動トラ
ンジスタ群を通電制御するよう構成している。

【００２３】

【作用】本発明は定常回転状態において整形信号に応動
した傾斜信号（第１の傾斜信号と第２の傾斜信号）を発
生し、この傾斜信号を使用して滑らかに変化する６相の
位置信号（第１の回転位置信号と第２の回転位置信号）
を合成し、この合成された位置信号によって第１の駆動
トランジスタ群と第２の駆動トランジスタ群を通電制御
することにより、固定子巻線に台形波状の滑らかな両方
向の電流を供給している。これにより、巻線電流が従来
例の如く急峻にオン、オフされることがなく、電流路の
切換えが滑らかに行われ、振動および騒音が著しく小さ
い電動機が提供できる。

【００２４】さらに、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パルス信号に
より固定子巻線を強制的に切換えている。そして逆起電
力検出手段で逆起電力の零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
の位置検出素子付きの電動機と比べても遜色のない起動
特性が得られる電動機が提供できる。

【００２５】

【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。

【００２６】（図１）は、本発明の一実施例の無整流子
直流電動機の全体構成を示すブロック図である。（図
１）の電力供給部５は、信号合成部４から出力される６
相の位置信号に応動して第１の駆動トランジスタ群５ａ
と第２の駆動トランジスタ群５ｂを通電制御し、固定子
巻線１１，１２，１３に所定の両方向の電流を分配供給
する。

【００２７】（図２）に電力供給部５の具体的な構成例
を示す。電力供給部５の第１の駆動トランジスタ群５ａ
は、３個のＰＮＰ形の第１の駆動トランジスタ２１，２
２，２３からなり、各駆動トランジスタ２１，２２，２
３はそれぞれ直流電源２０の正極側端子と固定子巻線１
１，１２，１３の電流給電端子Ａ，Ｂ，Ｃの間の電流路
を形成する。また、第２の駆動トランジスタ群５ｂは、
３個のＮＰＮ形の第２の駆動トランジスタ２４，２５，
２６からなり、各駆動トランジスタ２４，２５，２６は
それぞれ直流電源２０の負極側端子と固定子巻線１１，
１２，１３の電流給電端子Ａ，Ｂ，Ｃの間の電流路を形
成する。

【００２８】第１の駆動トランジスタ２１，２２，２３
の各ベースには、信号合成部４の第１の位置信号合成器
４ａによって合成された３相の第１の位置信号ｄ，ｆ，
ｈ（電流信号）がそれぞれ供給され、第１の駆動トラン
ジスタの通電を制御する。同様に、第２の駆動トランジ
スタ２４，２５，２６の各ベースには、第２の位置信号
合成器４ｂによって合成された３相の第２の位置信号
ｇ，ｉ，ｅ（電流信号）がそれぞれ供給され、第２の駆
動トランジスタの通電を制御する。永久磁石回転子２７
の回転に伴って、６相の位置信号ｄ，ｆ，ｈ，ｇ，ｉ，
ｅが所定の順序にて変化し、固定子巻線１１，１２，１
３には所定の３相両方向電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃがそれぞ
れ供給される。その結果、永久磁石回転子２７は回転駆
動され、所定の回転数（高速回転もしくは低速回転）で
の回転を持続する。定常回転状態では、固定子巻線１
１，１２，１３に誘起される逆起電力ａ，ｂ，ｃと３相
両方向電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃは同位相になり、各逆起電
力ａ，ｂ，ｃの零クロス時点において対応する巻線への
電流は零もしくはほぼ零になる。その具体的な動作およ
び各信号波形は後述する。

【００２９】（図１）に示す逆起電力検出部１は、３相
の固定子巻線１１，１２，１３の電流給電端子Ａ，Ｂ，
Ｃと中性点Ｏが接続され、巻線１１，１２，１３に誘起
される逆起電力ａ，ｂ，ｃの零クロス時点のタイミング
を検出する。すなわち、逆起電力検出部１は、３相の逆
起電力ａ，ｂ，ｃに応動し、その零クロス時点に対応し
た３相の整形信号を得て、各整形信号のエッジ時点にお
いて変化する整形タイミング信号ｍを得る。

【００３０】（図３）に逆起電力検出部１の具体的な構
成例を示し、（図４）を参照してその動作を説明する。
定常回転状態において、巻線１１，１２，１３には３相
の逆起電力ａ，ｂ，ｃが発生する（図４（ａ）〜
（ｃ））。コンパレータ回路３１，３２，３３は、それ
ぞれ各巻線１１，１２，１３の両端電圧が入力され、両
端電圧が零になる時点において変化する３相の整形信号
ｕ，ｖ，ｗを得ている（図４（ｄ）〜（ｆ））。巻線の
両端電圧は、供給電流と巻線抵抗による電圧降下と逆起
電力が合成された電圧であるが、逆起電力が零になる時
点（零クロス時点）において巻線に供給される電流は零
もしくはほぼ零なので、３相の整形信号ｕ，ｖ，ｗのエ
ッジは各逆起電力ａ，ｂ，ｃの零クロス時点に対応す
る。整形信号ｕ，ｖ，ｗは、アンド回路３４，３５，３
６とオア回路３７によって論理合成され、整形タイミン
グ信号ｍを得ている（図４（ｇ））。整形タイミング信
号ｍの各立ち上がりエッジは各逆起電力の立ち上がり側
の零クロス点に対応し、整形タイミング信号ｍの各立ち
下がりエッジは各逆起電力の立ち下がり側の零クロス点
に対応している。

【００３１】（図１）に示す周期検出部６は、逆起電力
検出部１の整形タイミング信号ｍが入力され、その信号
の周期を計数して周期が所定の範囲内にあるときは整形
タイミング信号ｍをタイミング信号ｎとして出力し、周
期が所定の範囲を越えたときは疑似パルスｔを発生しタ
イミング信号ｎを出力する。なお周期検出部６は後述す
る波形発生部３を構成する傾斜波形発生器の傾斜信号の
時間的な傾斜を変える信号ｓａも出力する。

【００３２】（図５）に周期検出部６の具体的な構成例
を示し、（図７）、（図８）、（図９）を参照してその
動作を説明する。（図７）は高速定常回転時（第１の回
転数）の所要の信号波形を示し、（図８）は低速定常回
転時（第１の回転数よりも低い第２の回転数）の所要の
信号波形を示す。そして（図９）は起動時の所要の信号
波形を示している。

【００３３】（図５）において、カウンタ回路１５２
は、クロック入力端子（ＣＫ）、リセット端子（Ｒ）を
持った所要ビット数のアップ形バイナリーカウンタ（同
図では、５ビットのアップカウンタ）である。このカウ
ンタ回路１５２はクロック発生回路１５１の出力するク
ロックパルスｃｐがクロック入力端子（ＣＫ）に入力さ
れカウントする。そして、リセット端子（Ｒ）にリセッ
トパルスｒが入力されるとカウンタ回路１５２のすべて
のビットは”Ｌ”になる。またＡＮＤ回路１５３はカウ
ンタ回路１５２のすべてのビット出力が入力され、すべ
てのビットが”Ｈ”になった時に疑似パルスｔを出力す
る。なお、カウンタ回路１５２は、オーバーフロー検出
時のカウント停止機能を有し、オーバーフローを検出し
たときにクロックパルスｃｐのカウント動作を停止する
ようにしている。

【００３４】立ち上がりエッジ微分回路１５８は逆起電
力検出部１から出力される整形タイミング信号ｍが入力
され、整形タイミング信号ｍの立ち上がり時点において
パルスｖｕを出力する。また、立ち下がりエッジ微分回
路１５９は整形タイミング信号ｍが入力され、整形タイ
ミング信号ｍの立ち下がり時点においてパルスｖｄを出
力する。３入力形のＯＲ回路１５７は、整形タイミング
信号ｍの立ち上がりパルスｖｕと立ち下がりパルスｖ
ｄ、およびＡＮＤ回路１５３からの出力信号の疑似パル
スｔが入力されると、タイミングパルスｋを出力する。
また、立ち下がり微分回路１５４はタイミングパルスｋ
が入力され、タイミングパルスｋの立ち下がり時点にお
いてリセットパルスｒを出力する。

【００３５】セット・リセット端子付きデータ入力形の
フリップフロップ回路１６４は、パルスｖｕがセット端
子（Ｓ）に入力され、またパルスｖｄがリセット端子
（Ｒ）に入力される。そして、クロック入力端子（Ｃ
Ｋ）にはＡＮＤ回路１５３からの出力信号の疑似パルス
ｔが入力されタイミング信号ｎを出力する。

【００３６】セット・リセット形フリップフロップ回路
１５５は、セット端子（Ｓ）にカウンタ回路１５２の最
上位ビット出力が入力され、リセット端子（Ｒ）にリセ
ットパルスｒが入力される。データ入力形フリップフロ
ップ１５６は、データ入力端子（Ｄ）にフリップフロッ
プ回路１５５の出力信号ｑａが入力され、クロック入力
端子（ＣＫ）にタイミングパルスｋが入力され、信号ｓ
ａを出力する。なお、信号ｓａは波形発生部３において
回転数に応じて傾斜信号の傾斜を変える信号である。

【００３７】（図５）に示す周期検出部の動作につい
て、まず回転子２７が高速回転しているときについて
（図７）を参照して説明する。

【００３８】ＯＲ回路１５７には整形タイミング信号ｍ
（図７（ａ））の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジ
でそれぞれ出力されたパルスｖｕ（図７（ｂ））とパル
スｖｄ（図７（ｃ））が入力されているので、ＯＲ回路
１５７からは（図７（ｆ））に示すタイミングパルスｋ
が出力される。また、立ち下がり微分回路１５４はタイ
ミング信号ｋの立ち下がり時点でリセットパルスｒ（図
７（ｇ））を出力し、リセットパルスｒによってカウン
タ回路１５２のすべてのビットを”Ｌ”（低電位状態）
にする。なお、（図７（ｈ））にカウンタ回路１５２の
内容をアナログ信号に変えた場合の波形ｐｐを示す。

【００３９】高速回転時には、カウンタ回路１５２はす
べてのビットが”Ｈ”になるまでにリセットパルスｒに
よってリセットされるので、ＡＮＤ回路１５３の出力信
号である疑似パルスｔは”Ｌ”のままである（図７
（ｄ））。従って、フリップフロップ回路１６４はクロ
ック入力端子（ＣＫ）にパルスが入力されずに、セット
端子（Ｓ）、リセット端子（Ｒ）にそれぞれ立ち上がり
パルスｖｕ、立ち下がりパルスｖｄが入力されるので、
フリップフロップ回路１６４は（図７（ｅ））に示すタ
イミング信号ｎを出力する。タイミング信号ｎは整形タ
イミング信号ｍと同様の波形となる。

【００４０】また高速回転時では、カウンタ回路１５２
は最上位ビットが”Ｈ”になるまでにリセットパルスｒ
によってリセットされるので、最上位ビットは”Ｌ”の
ままであり、フリップフロップ回路１５５の出力信号ｑ
ａも”Ｌ”のままである（図７（ｉ））。フリップフロ
ップ回路１５６は、フリップフロップ回路１５５の出力
信号ｑａをタイミングパルスｋのタイミングにおいて取
り込み、回転数（整形信号の周期）に応じた信号ｓａと
して出力する。高速回転時には信号ｓａは”Ｌ”状態を
保持する（図７（ｊ））。

【００４１】次に、（図５）に示す周期検出部の動作に
ついて、回転子２７が低速回転しているときについて
（図８）を参照して説明する。なお、（図７）の高速回
転時における波形と同様の波形（図８（ａ）〜（ｈ））
については重複した説明は省略する。

【００４２】低速回転時では、整形タイミング信号ｍの
周期は高速回転時のそれよりも長く、カウンタ回路１５
２の最上位ビットは”Ｌ”から”Ｈ”になる期間があ
り、フリップフロップ回路１５５の出力信号ｑａも同様
に”Ｌ”から”Ｈ”になる期間がある（図８（ｉ））。
データ入力形フリップフロップ回路１５６は、フリップ
フロップ回路１５５の出力信号ｑａをタイミングパルス
ｋのタイミングにおいて取り込み、回転数（整形信号の
周期）に応じた信号ｓａとして出力する。低速回転時に
は信号ｓａは”Ｈ”状態を保持する（図８（ｊ））。

【００４３】次に、（図５）に示す周期検出部の動作に
ついて、回転子２７が停止している起動時について（図
９）を参照して説明する。

【００４４】起動時（回転子停止状態）では、逆起電力
検出部１から整形タイミング信号ｍは出力されないの
で、パルスｖｕおよびパルスｖｄは”Ｌ”のままである
（図９（ａ）〜（ｃ））。カウンタ回路１５２はリセッ
トパルスｒが入力されるまで、ＣＫをカウントする。従
って、カウンタ回路１５２のカウント値は単調に増加
し、５ビットすべてが”Ｈ”になったとき、ＡＮＤ回路
１５３は疑似パルスｔを出力する（図９（ｄ））。ＯＲ
回路１５７には疑似パルスｔが入力され、タイミング信
号ｋが出力される（図９（ｆ））。そして、立ち下がり
微分回路１５４はタイミング信号ｋの立ち下がり時点で
リセットパルスｒを出力し、リセットパルスｒによって
カウンタ回路１５２のすべてのビットを”Ｌ”にする。
なお、（図９（ｈ））にカウンタ回路１５２の内容をア
ナログ信号に変えた場合の波形ｐｐを示す。

【００４５】起動時には、フリップフロップ回路１６４
に入力されるパルスｖｕおよびパルスｖｄは”Ｌ”のま
まであるが、クロック入力端子（ＣＫ）に疑似パルスｔ
がタイミングパルスｋとして入力されるので、フリップ
フロップ回路１６４はタイミング信号ｎを出力する（図
９（ｅ））。

【００４６】また起動時では、カウンタ回路１５２の最
上位ビットは”Ｌ”から”Ｈ”になる期間があり、フリ
ップフロップ回路１５５の出力信号ｑａも同様に”Ｌ”
から”Ｈ”になる期間がある（図９（ｉ））。データ入
力形フリップフロップ回路１５６は、フリップフロップ
回路１５５の出力信号ｑａをタイミングパルスｋのタイ
ミングにおいて取り込み、回転数（整形信号の周期）に
応じた信号ｓａとして出力する。起動時には低速定常回
転時と同様に信号ｓａは”Ｈ”状態を保持する（図９
（ｊ））。

【００４７】（図１）の波形発生部３は、第１の傾斜発
生器３ａと第２の傾斜波形発生器３ｂを含んで構成さ
れ、周期検出部６のタイミング信号ｎ、信号ｓａが入力
され、発生タイミングの異なる第１の傾斜信号と第２の
傾斜信号を作り出す。

【００４８】（図６）に波形発生部３の具体的な構成例
を示し、（図７）、（図８）、（図９）を参照してその
動作を説明する。

【００４９】（図６）に示す波形発生部の動作につい
て、まず回転子２７が高速回転しているときについて
（図７）を参照して説明する。

【００５０】第１の遅延回路４０ａは、タイミング信号
ｎが直接入力され、タイミング信号ｎの立ち下がりエッ
ジより所定時間τａの間”Ｈ”状態を遅延させた第１の
遅延信号ｍａを出力する（図７（ｋ））。第２の遅延回
路４０ｂは、タイミング信号ｎをインバータ回路４１に
よって反転した信号が入力され、タイミング信号ｎの反
転信号の立ち下がりエッジより所定時間τｂの間”Ｈ”
状態を遅延させた第２の遅延信号ｍｂを出力する（図７
（ｌ））。

【００５１】第１の傾斜波形発生器３ａは、第１の遅延
信号ｍａと信号ｓａが入力され、第１の傾斜信号ｓｔ１
を作る。信号ｓａはインバータ回路５５ａを介してスイ
ッチ回路５６ａの開閉動作を行う。すなわち、ｓａ＝”
Ｌ”の時にスイッチを閉じ、ｓａ＝”Ｈ”の時にスイッ
チを開く。同様に、遅延信号ｍａはインバータ回路５３
ａを介してスイッチ回路５４ａの開閉動作を行う。すな
わち、ｍａ＝”Ｌ”の時にスイッチを閉じ、ｍａ＝”
Ｈ”の時にスイッチを開く。

【００５２】高速回転時では、ｓａ＝”Ｌ”であるか
ら、スイッチ回路５６ａは閉じ、定電流源５１ａと定電
流源５２ａの合成電流（Ｉ１＋Ｉ２）によってコンデン
サ５０ａを充電する。遅延信号ｍａが”Ｌ”になるとス
イッチ回路５４ａが閉じ、コンデンサ５０ａの電荷を放
電する。コンデンサ５０ａの端子電圧は、バッファ回路
５７ａを介して第１の傾斜信号ｓｔ１として出力され
る。その結果、第１の傾斜信号ｓｔ１は、タイミング信
号ｎの立ち上がりエッジ時点から所定の傾斜で大きくな
り、遅延信号ｍａが”Ｌ”になるとアース電位になる三
角波状の信号になる（図７（ｍ））。なお、第１の傾斜
信号ｓｔ１の傾斜部分の時間幅は、タイミング信号ｎの
エッジ間隔（”Ｈ”の区間）よりも十分に広くなる。

【００５３】第２の傾斜波形発生器３ｂは、第２の遅延
信号ｍｂと信号ｓａが入力され、第２の傾斜信号ｓｔ２
を作る。信号ｓａはインバータ回路５５ｂを介してスイ
ッチ回路５６ｂの開閉動作を行う。すなわち、ｓａ＝”
Ｌ”の時にスイッチを閉じ、ｓａ＝”Ｈ”の時にスイッ
チを開く。同様に、遅延信号ｍｂはインバータ回路５３
ｂを介してスイッチ回路５４ｂの開閉動作を行う。すな
わち、ｍｂ＝”Ｌ”の時にスイッチを閉じ、ｍｂ＝”
Ｈ”の時にスイッチを開く。

【００５４】高速回転時では、ｓａ＝”Ｌ”であるか
ら、スイッチ回路５６ｂは閉じ、定電流源５１ｂと定電
流源５２ｂの合成電流（Ｉ１＋Ｉ２）によってコンデン
サ５０ｂを充電する。遅延信号ｍｂが”Ｌ”になるとス
イッチ回路５４ｂが閉じ、コンデンサ５０ｂの電荷を放
電する。コンデンサ５０ｂの端子電圧は、バッファ回路
５５ｂを介して第２の傾斜信号ｓｔ２として出力され
る。その結果、第２の傾斜信号ｓｔ２は、タイミング信
号ｎの立ち下がりエッジ時点から所定の傾斜で大きくな
り、遅延信号ｍｂが”Ｌ”になるとアース電位になる三
角波状の信号になる（図７（ｎ））。なお、第２の傾斜
信号ｓｔ２の傾斜部分の時間幅は、タイミング信号ｎの
エッジ間隔（”Ｌ”の区間）よりも十分に広くなる。

【００５５】このように、第１の傾斜信号ｓｔ１はタイ
ミング信号ｎの立ち上がりエッジから三角波を作り、第
２の傾斜信号ｓｔ２はタイミング信号ｎの立ち下がりエ
ッジから三角波を作り、傾斜信号ｓｔ１とｓｔ２は交互
に異なるタイミングの傾斜信号になる（図７（ｍ），
（ｎ））。

【００５６】次に（図６）の波形発生部の動作につい
て、回転子２７が低速回転しているときおよび回転子２
７が停止している起動時について、（図８）および（図
９）を参照して説明する。

【００５７】第１の遅延信号ｍａはタイミング信号ｎ
の”Ｈ”の区間を遅延時間τａだけ伸ばしたものであ
り、第２の遅延信号ｍｂはタイミング信号ｎの反転信号
の”Ｈ”の区間を遅延時間τｂだけ伸ばしたものである
（図８（ｋ），（ｌ）、図９（ｋ），（ｌ））。

【００５８】第１の傾斜波形発生器３ａには、信号ｓａ
と第１の遅延信号ｍａが入力される。信号ｓａが”Ｈ”
であるから、スイッチ回路５６ａは開く。従って、コン
デンサ５０ａの充電電流は定電流源５１ａの電流Ｉ１だ
けになり、第１の傾斜信号ｓｔ１の時間的な傾斜は緩や
かになる（図８（ｍ）、図９（ｍ））。なお、（図８
（ｍ））および（図９（ｍ））の破線は合成電流（Ｉ１
＋Ｉ２）によってコンデンサ５０ａを充電したと仮定し
た場合の第１の傾斜信号を表している。

【００５９】第２の傾斜波形発生器３ｂには、信号ｓａ
と第２の遅延信号ｍｂが入力される。信号ｓａが”Ｈ”
であるから、スイッチ回路５６ｂは開く。従って、コン
デンサ５０ｂの充電電流は定電流源５１ｂの電流Ｉ１だ
けになり、第２の傾斜信号ｓｔ２の時間的な傾斜は緩や
かになる（図８（ｎ）、図９（ｎ））。なお、（図８
（ｎ））および（図９（ｎ））の破線は合成電流（Ｉ１
＋Ｉ２）によってコンデンサ５０ｂを充電したと仮定し
た場合の第２の傾斜信号を表している。

【００６０】このようにして、低速回転時（第２の回転
数の定常状態）および起動時において、第１の傾斜信号
ｓｔ１と第２の傾斜信号ｓｔ２の時間的な傾斜を緩やか
にし、タイミング信号ｎのエッジ間隔における電位上昇
値を、高速回転時（第１の回転数の定常状態）と同じに
なるようにしている。

【００６１】（図１）の論理パルス発生部２は、周期検
出部６のタイミング信号ｎが入力され、６相の論理パル
スを作る。（図１０）に論理パルス発生部２の具体的な
構成例を示し、（図１１）を参照してその動作を説明す
る。

【００６２】（図１０）において、タイミング信号ｎは
両エッジ微分回路８０に入力され、タイミング信号ｎの
両エッジのタイミングにおいて微分パルス信号ｎａを得
る（図１１（ａ），（ｂ））。微分パルス信号ｎａは、
データ入力形フリップフロップ回路８１，８２，８３，
８４，８５，８６とＮＯＲ回路８７からなる６進シフト
レジスタのクロックパルスとなる。微分パルス信号ｎａ
が発生する毎に”Ｈ”（高電位）状態が順次シフトし、
サイクリックな６相の論理パルス信号ｐ１〜ｐ６を発生
する（図１１（ｃ）〜（ｈ））。この論理パルス信号ｐ
１〜ｐ６の各エッジは、タイミング信号ｎの各エッジに
対応し、定常回転状態においては逆起電力ａ，ｂ，ｃの
各零クロス時点に対応する。定常回転状態のタイミング
信号ｎと論理パルスｐ１〜ｐ６の位相関係を、（図１１
（ａ）〜（ｈ））に示す。

【００６３】（図１）の信号合成部４は、第１の位置信
号合成器４ａと第２の位置信号合成器４ｂを含んで構成
され、論理パルス発生部２から出力される論理パルス信
号と波形発生部３の傾斜信号（第１の傾斜信号と第２の
傾斜信号）が入力され、タイミングの異なるそれぞれ３
相の第１の位置信号と第２の位置信号（合計６相の位置
信号）を合成する。

【００６４】（図１２）に信号合成部４の具体的な構成
例を示し、（図１３）を参照してその動作を説明する。
（図１２）の第１の位置信号合成器４ａには、第１の傾
斜信号ｓｔ１が入力される。バッファ回路６３ａは、定
電圧源６２ａの電位が入力され、その電位に応じた所定
の第１の定電位信号ｓｆ１を出力する。反転バッファ回
路６１ａは、第１の傾斜信号ｓｔ１と第１の定電位信号
ｓｆ１が入力され、第１の定電位信号ｓｆ１を基準にし
て第１の傾斜信号ｓｔ１を反転した第１の反転傾斜信号
ｓｄ１を得ている（図１３（ｉ））。

【００６５】各合成回路７１，７２，７３は、論理パル
ス発生部２から出力される論理パルスｐ１〜ｐ６に応動
して、第１の傾斜信号ｓｔ１と第１の定電位信号ｓｆ１
と第１の反転傾斜信号ｓｄ１を合成し、３相の第１の位
置信号ｄ，ｆ，ｈを作り出す。（図１３（ａ）〜
（ｌ））に関係する信号波形を示す。

【００６６】合成回路７１は、３個のスイッチ回路６
４，６５，６６と抵抗６７と電流変換回路６８からな
り、スイッチ回路６４，６５，６６を論理パルスｐ１，
ｐ２，ｐ３によって閉開し、抵抗６７に台形波状の電圧
信号を得て、その電圧信号の正極部分を電流変換回路６
８によって電流に変換し、位置信号ｄを得ている（図１
３（ｊ））。ｐ１が”Ｈ”の区間ではスイッチ回路６４
が閉じ、第１の傾斜信号ｓｔ１が抵抗６７の電圧にな
る。次に、ｐ２が”Ｈ”の区間にかわるとスイッチ回路
６５が閉じ、第１の定電位信号ｓｆ１が抵抗６７の電圧
になる。この切り換わり時点における第１の傾斜信号ｓ
ｔ１の電位は、第１の定電位信号ｓｆ１の電位に等し
い。次に、ｐ３が”Ｈ”の区間にかわるとスイッチ回路
６６が閉じ、第１の反転傾斜信号ｓｄ１が抵抗６７の電
圧になる。第１の反転傾斜信号ｓｄ１は第１の定電位信
号ｓｆ１を基準にした反転信号であり、切り換わり時点
において両者の電位は等しい。さらに、ｐ１，ｐ２，ｐ
３がすべて”Ｌ”の区間になると、スイッチ回路６４，
６５，６６が開き、抵抗６７の電位はアース電位に等し
くなる。従って、抵抗６７には台形波状の電圧信号が得
られる。電流変換回路６８は、この抵抗６７の電圧信号
からアース電位以上の正極側の電圧に比例した電流信号
に変換し、台形波状の位置信号ｄとして出力（電流吸い
込み）する（図１３（ｊ））。

【００６７】合成回路７２と７３の構成および動作は、
合成回路７１と同様であり、それぞれ論理パルスｐ３，
ｐ４，ｐ５とｐ５，ｐ６，ｐ１に応動して、台形波状の
位置信号ｆとｈを出力（電流吸い込み）する（図１３
（ｋ），（ｌ））。このようにして、第１の位置信号合
成器４ａは、３相の台形波状の位置信号ｄ，ｆ，ｈを合
成・出力する。（図１２）の第２の位置信号合成器４ｂ
には、第２の傾斜信号ｓｔ２が入力される。バッファ回
路６３ｂは、定電圧源６２ｂの電位が入力され、その電
位に応じた所定の第２の定電位信号ｓｆ２が出力され
る。反転バッファ回路６１ｂは、第２の傾斜信号ｓｔ２
と第２の定電位信号ｓｆ２が入力され、第２の定電位信
号ｓｆ２を基準にして第２の傾斜信号ｓｔ２を反転させ
た第２の反転傾斜信号ｓｄ２を得ている（図１３
（ｎ））。

【００６８】合成回路７４，７５，７６は、論理パルス
発生部２の論理パルスｐ１〜ｐ６に応動して、第２の傾
斜信号ｓｔ２と第２の定電位信号ｓｆ２と第２の反転傾
斜信号ｓｄ２を合成し、３相の第２の位置信号ｇ，ｉ，
ｅを作り出す。各合成回路の構成は前述の合成回路７１
と同様である（但し、電流変換回路の電流の向きは流し
出しになる）。たとえば、合成回路７４は、論理パルス
ｐ４，ｐ５，ｐ６によってスイッチ回路を閉開し、抵抗
に台形波状の電圧信号を得て、その電圧信号の正極部分
を電流変換回路によって電流に変換し、位置信号ｇを作
り出す。すなわち、ｐ４が”Ｈ”になると第２の傾斜信
号ｓｔ２が抵抗の電圧になり、ｐ５が”Ｈ”にかわると
第２の定電位信号ｓｆ２が抵抗の電圧になり、ｐ６が”
Ｈ”にかわると第２の反転傾斜信号ｓｄ２が抵抗の電圧
になり、ｐ４，ｐ５，ｐ６がすべて”Ｌ”にかわると抵
抗の電位はアース電位に等しくなる。その結果、抵抗に
は台形波状の電圧信号が得られ、電流変換回路はこの抵
抗の電圧信号からアース電位以上の正極側の電圧に比例
した電流に変換し、台形波状の位置信号ｇとして出力
（電流流出）する（図１３（ｇ））。なお、第２の傾斜
信号ｓｔ２と第２の定電位信号ｓｆ２の切り換わり時点
における両者の電位は等しくされ、かつ、第２の定電位
信号ｓｆ２と第２の反転傾斜信号ｓｄ２の切り換わり時
点において両者の電位は等しくされている。

【００６９】合成回路７５と７６の構成および動作は、
合成回路７４と同様であり、それぞれ論理パルスｐ６，
ｐ１，ｐ２とｐ２，ｐ３，ｐ４に応動して、台形波状の
位置信号ｉとｅを出力（電流流出）する（図１３
（ｐ），（ｑ））。このようにして、第２の位置信号合
成器４ｂは、３相の台形波状の位置信号ｇ，ｉ，ｅを合
成・出力する。

【００７０】第１の位置信号合成器４ａによる３相の第
１の位置信号ｄ，ｆ，ｈはタイミング信号ｎの立ち上が
りエッジ（整形信号の立ち上がりエッジ）より傾斜の始
まる台形波状になり、第２の位置信号合成器４ｂによる
３相の第２の位置信号ｇ，ｉ，ｅはタイミング信号ｎの
立ち下がりエッジ（整形信号の立ち下がりエッジ）より
傾斜の始まる台形波状になる（図１３（ａ），（ｊ），
（ｋ），（ｌ），（ｏ），（ｐ），（ｑ））。従って、
信号合成部４により整形信号の各エッジから傾斜の始ま
る６相の台形波状の位置信号ｄ，ｆ，ｈ，ｇ，ｉ，ｅが
得られる。

【００７１】（図１）の電力供給部５は第１の駆動トラ
ンジスタ群５ａと第２の駆動トランジスタ群５ｂを含ん
で構成され、信号合成部４の位置信号（第１の位置信号
と第２の位置信号）に応動して、所定の両方向の電流を
固定子巻線１１，１２，１３に分配供給する。すでに説
明した（図２）の電力供給部５の動作波形を（図１４）
に示す。

【００７２】第１の駆動トランジスタ２１，２２，２３
の各ベースには、信号合成部４の第１の位置信号合成器
４ａによって合成された台形波状の３相の第１の位置信
号ｄ，ｆ，ｈがそれぞれ供給され、第１の駆動トランジ
スタの通電を制御する。同様に、第２の駆動トランジス
タ２４，２５，２６の各ベースには、第２の位置信号合
成器４ｂによって合成された台形波状の３相の第２の位
置信号ｇ，ｉ，ｅがそれぞれ供給され、第２の駆動トラ
ンジスタの通電を制御する。永久磁石回転子２７の回転
に伴って、６相の位置信号ｄ，ｆ，ｈ，ｇ，ｉ，ｅが
（図１４（ｅ）〜（ｊ））のように変化し、固定子巻線
１１，１２，１３にはそれぞれ（図１４（ｋ），
（ｌ），（ｍ））に示した台形波状の３相の電流Ｉａ，
Ｉｂ，Ｉｃが両方向に供給される。その結果、永久磁石
回転子２７は回転駆動され、所定の回転数（高速回転も
しくは低速回転）での回転を持続する。（図１４
（ａ），（ｂ），（ｃ））に固定子巻線１１，１２，１
３に誘起される逆起電力ａ，ｂ，ｃを示す。定常回転状
態では、逆起電力ａ，ｂ，ｃと電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃは
同位相になる。また、電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃが台形波状
になるように駆動トランジスタの通電を制御しているの
で、各固定子巻線１１，１２，１３の逆起電力ａ，ｂ，
ｃの零クロス時点においてその固定子巻線に供給される
各電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃは零もしくはほぼ零になる。従
って、逆起電力検出部１により正確な逆起電力の零クロ
ス時点の検出が可能になる。

【００７３】次に、（図１）から（図１４）に示した本
発明の実施例の全体的な動作を説明する。逆起電力検出
部１は、固定子巻線１１，１２，１３の両端電圧を整形
することにより、巻線１１，１２，１３に誘起される逆
起電力ａ，ｂ，ｃに応動した３相の整形信号ｕ，ｖ，ｗ
を得て、整形信号の各エッジに対応して変化する整形タ
イミング信号ｍを作る。周期検出部６は、逆起電力検出
部１の整形タイミング信号ｍが入力され、その信号の周
期を計数して周期が所定の範囲内にあるときは整形タイ
ミング信号ｍをタイミング信号ｎとして出力し、周期が
所定の範囲を越えたときは疑似パルスｔを発生しタイミ
ング信号ｎを出力する。論理パルス発生部２は、タイミ
ング信号ｎの各エッジにおいてシフトする６相の論理パ
ルスｐ１〜ｐ６を作る。波形発生部３は、タイミング信
号ｎの立ち上がりエッジ時点から傾斜を始める第１の傾
斜信号ｓｔ１とタイミング信号ｎの立ち下がりエッジ時
点から傾斜を始める第２の傾斜信号ｓｔ２を作る。信号
合成部４は、論理パルスｐ１〜ｐ６と第１の傾斜信号ｓ
ｔ１から台形波状の３相の第１の位置信号ｄ，ｆ，ｈを
作り、また論理パルスｐ１〜ｐ６と第２の傾斜信号ｓｔ
２から台形波状の３相の第２の位置信号ｇ，ｉ，ｅを作
る。第１の位置信号ｄ，ｆ，ｈと第２の位置信号ｇ，
ｉ，ｅの位相は異なっており、信号合成部４は合計６相
の台形波状の位置信号を作り出している。電力供給部５
の第１の駆動トランジスタ群５ａは第１の位置信号によ
って通電を制御され、第２の駆動トランジスタ群５ｂは
第２の位置信号によって通電を制御されている。従っ
て、第１の駆動トランジスタ群５ａと第２の駆動トラン
ジスタ群５ｂによって、固定子巻線１１，１２，１３に
は台形波状の３相の両方向の電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃが供
給される（図１４（ｋ），（ｌ），（ｍ））。定常回転
状態においては、固定子巻線１１，１２，１３の逆起電
力ａ，ｂ，ｃと電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃは同位相になる
（図１４参照）。

【００７４】このように、本発明の実施例では、位置検
出素子が全く不要な無整流子直流電動機を実現してお
り、非常に簡素な構造になっている。

【００７５】また、本実施例の位置信号は、逆起電力の
零クロス時点に一致する整形信号のエッジ時点から始ま
る滑らかな傾斜を持った台形波状になされている。その
結果、電流も非常に滑らかな台形波状になり、固定子巻
線の電流の切り換わりも滑らかであり、振動や騒音の著
しく小さな電動機を実現している。特に、本実施例のよ
うに、各位置信号を電気角で６０度（タイミング信号ｎ
のエッジ間隔）の立ち上がり傾斜部と６０度の平坦部と
６０度の立ち下がり傾斜部を持つように合成するなら
ば、第１の駆動トランジスタ群を制御する３相の位置信
号ｄ，ｆ，ｈの合成値を一定にでき、かつ、第２の駆動
トランジスタ群を制御する３相の位置信号ｇ，ｉ，ｅの
合成値を一定にできるので、巻線に供給する合成電流
（直流電源からみた供給電流）を一定にできる効果もあ
る。その結果、電流脈動がなくなり、均一なトルクを発
生させることができる。なお、逆起電力の１周期が電気
角の３６０度である。

【００７６】さらに、本実施例に示したように、整形信
号の周期（整形タイミング信号の半周期）に応じて波形
発生部の傾斜信号の傾斜を変え得るようにするならば、
回転数を変化させた場合でも、上述の滑らかな台形波状
の位置信号を簡単に得ることができる。

【００７７】さらに、本実施例に示したように、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
切換えている。そして逆起電力検出手段で逆起電力の零
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、安定した起動特性を得ることが
できる。

【００７８】次に、波形発生部３の他の具体的な構成例
を（図１５）に示し、その動作を説明する。なお、動作
波形は（図７）、（図８）、（図９））と同様であり、
同じ信号については同一の信号名とした。

【００７９】（図１５）に示す波形発生部の動作につい
て、まず回転子２７が高速回転しているときについて
（図７）を参照して説明する。第１の遅延回路１０８ａ
は、タイミング信号ｎが入力され、タイミング信号ｎの
立ち下がりエッジより所定時間τａの間”Ｈ”状態を遅
延させた遅延信号ｍａを出力する（図７（ｋ））。第２
の遅延回路１０８ｂは、タイミング信号ｎをインバータ
回路１０９によって反転された信号が入力され、タイミ
ング信号ｎの反転信号の立ち下がりエッジより所定時間
τｂの間”Ｈ”状態を遅延させた遅延信号ｍｂを出力す
る（図７（ｌ））。

【００８０】分周回路１０７は、クロックパルス発生回
路１０１の出力するクロックパルス信号ｃｐ１に対して
所定の分周を行い、分周クロックパルス信号ｃｐ２を出
力する。第１の傾斜波形発生器３ａは、第１の遅延信号
ｍａと信号ｓａとクロックパルス信号ｃｐ１と分周クロ
ックパルス信号ｃｐ２が入力され、第１の傾斜信号ｓｔ
１を作る。選択回路１２１ａは、信号ｓａの状態に応じ
てクロックパルス信号ｃｐ１と分周クロックパルス信号
ｃｐ２を選択して、第１のクロック信号ｃａとしてい
る。すなわち、ｓａ＝”Ｌ”の時にｃａ＝ｃｐ１とし、
ｓａ＝”Ｈ”の時にｃａ＝ｃｐ２（分周信号）としてい
る。

【００８１】高速回転時（第１の回転数）では、ｓａ
＝”Ｌ”であり、クロック信号ｃａはｃｐ１になる。選
択回路１２１ａのクロック信号ｃａはアンド回路１２２
ａを介してアップ形のカウンタ回路１２４ａのクロック
端子に入力され、カウンタ回路１２４ａはクロック信号
ｃａをカウントする。第１の遅延信号ｍａはインバータ
回路１２３ａを介してカウンタ回路１２４ａのリセット
端子に入力され、ｍａ＝”Ｌ”の時にカウンタ回路１２
４ａをリセットする。カウンタ回路１２４ａの内容はＤ
Ａ変換回路１２５ａ（ディジタル−アナログ変換回路）
に入力され、その内容に応じたアナログ電圧に変換し、
第１の傾斜信号ｓｔ１を得ている（図７（ｍ））。な
お、カウンタ回路１２４ａは最上位ビットの反転信号を
オーバーフロー信号（ＯＶＦ）としてアンド回路１２２
ａに出力し、オーバーフロー時にクロックの入力を禁止
するようにし、カウンタ回路１２４ａの内容が所定値以
上になることを禁止している。

【００８２】第２の傾斜波形発生器３ｂは、第２の遅延
信号ｍｂと信号ｓａとクロックパルス信号ｃｐ１と分周
クロックパルス信号ｃｐ２が入力され、第２の傾斜信号
ｓｔ２を作る。選択回路１２１ｂは、信号ｓａの状態に
応じてクロックパルス信号ｃｐ１と分周クロックパルス
信号ｃｐ２を選択して第２のクロック信号ｃｂとなして
いる。すなわち、ｓａ＝”Ｌ”の時にｃｂ＝ｃｐ１と
し、ｓａ＝”Ｈ”の時にｃｂ＝ｃｐ２（分周信号）とし
ている。

【００８３】高速回転時（第１の回転数）では、ｓａ
＝”Ｌ”であり、クロック信号ｃｂはｃｐ１になる。選
択回路１２１ｂのクロック信号ｃｂはアンド回路１２２
ｂを介してアップ形のカウンタ回路１２４ｂのクロック
端子に入力され、カウンタ回路１２４ｂはクロック信号
ｃｂをカウントする。第２の遅延信号ｍｂはインバータ
回路１２３ｂを介してカウンタ回路１２４ｂのリセット
端子に入力され、ｍｂ＝”Ｌ”の時にカウンタ回路１２
４ｂをリセットする。カウンタ回路１２４ｂの内容はＤ
Ａ変換回路１２５ｂ（ディジタル−アナログ変換回路）
に入力され、その内容に応じたアナログ電圧に変換し、
第２の傾斜信号ｓｔ２を得ている（図７（ｎ））。な
お、カウンタ回路１２４ｂは最上位ビットの反転信号を
オーバーフロー信号としてアンド回路１２２ｂに出力
し、オーバーフロー時にクロックの入力を禁止するよう
にし、カウンタ回路１２４ｂの内容が所定値以上になる
ことを禁止している。

【００８４】このように、第１の傾斜信号ｓｔ１は整形
タイミング信号ｍの立ち上がりエッジから三角波を作
り、第２の傾斜信号ｓｔ２は整形タイミング信号ｍの立
ち下がりエッジから三角波を作り、傾斜信号ｓｔ１とｓ
ｔ２は交互に異なるタイミングの傾斜信号になる（図７
（ｍ），（ｎ））。

【００８５】（図１５）に示す波形発生部の動作につい
て、回転子２７が低速回転しているときおよび回転子２
７が停止している起動時について、（図８）および（図
９）を参照して説明する。

【００８６】第１の遅延信号ｍａはタイミング信号ｎ
の”Ｈ”の区間を遅延時間τａだけ伸ばしたものであ
り、第２の遅延信号ｍｂはタイミング信号ｎの反転信号
の”Ｈ”の区間を遅延時間τｂだけ伸ばしたものである
（図８（ｋ），（ｌ）、図９（ｋ），（ｌ））。

【００８７】第１の傾斜波形発生器３ａに、第１の遅延
信号ｍａと信号ｓａとクロックパルス信号ｃｐ１と分周
クロックパルス信号ｃｐ２が入力される。信号ｓａが”
Ｈ”であるから、選択回路１２１ａは分周クロックパル
ス信号ｃｐ２をクロック信号ｃａとして出力する。すな
わち、低速回転時（第２の回転数）および起動時でのク
ロック信号ｃａ＝ｃｐ２の周波数は、高速回転時のクロ
ック信号ｃａ＝ｃｐ１の周波数よりも回転数比に対応し
て小さくされる（回転数比に対応した所定の分周値分の
１）。従って、カウンタ回路１２４ａは時間的に緩やか
にカウントアップしていき、カウンタ回路１２４ａの内
容をＤＡ変換回路１２５ａによりアナログ値に変換した
第１の傾斜信号ｓｔ１の時間的な傾斜も緩やかになる
（図８（ｍ）、図９（ｍ））。なお、（図８（ｍ））お
よび（図９（ｍ））の破線はクロック信号ｃｐ１でカウ
ントしたと仮定した場合の第１の傾斜信号を表してい
る。

【００８８】第２の傾斜波形発生器３ｂに、第２の遅延
信号ｍｂと信号ｓａとクロックパルス信号ｃｐ１と分周
クロックパルス信号ｃｐ２が入力される。信号ｓａが”
Ｈ”であるから、選択回路１２１ｂは分周クロックパル
ス信号ｃｐ２をクロック信号ｃｂとして出力する。すな
わち、低速回転時（第２の回転数）でのクロック信号ｃ
ｂ＝ｃｐ２の周波数は、高速回転時のクロック信号ｃｂ
＝ｃｐ１の周波数よりも小さくされ、所定分周値分の１
になる。従って、カウンタ回路１２４ｂは時間的に緩や
かにカウントアップしてゆき、カウンタ回路１２４ｂの
内容をＤＡ変換回路１２５ｂによりアナログ値に変換し
た第２の傾斜信号ｓｔ２の時間的な傾斜も緩やかになる
（図８（ｎ）、図９（ｎ））。なお、（図８（ｎ））お
よび（図９（ｎ））の破線はクロック信号ｃｐ１でカウ
ントしたと仮定した場合の第２の傾斜信号を表してい
る。

【００８９】このようにして、低速回転時（第２の回転
数）および起動時において、第１の傾斜信号ｓｔ１と第
２の傾斜信号ｓｔ２の時間的な傾斜を緩やかにし、タイ
ミング信号ｎのエッジ間隔における電位上昇値を、高速
回転時（第１の回転数）と同じになるようにしている。
その結果、低速回転時および起動時でも高速回転時と同
様な、立ち上がり傾斜および立ち下がり傾斜が電気角で
６０度の滑らかな台形波状の位置信号が合成され、固定
子巻線への供給電流も滑らかな台形波状になる。

【００９０】このように、第１の傾斜信号発生器３ａお
よび第２の傾斜信号発生器３ｂを、カウンタ回路やＤＡ
変換回路を使ってディジタル的に構成するならば、簡単
な構成で精度の良い傾斜信号ｓｔ１やｓｔ２を得ること
ができる。すなわち、水晶発振器等を使用することによ
りクロック信号を高精度に作り出せ、Ｒ−２Ｒラダー抵
抗型のＤＡ変換回路により精度良くアナログ信号に変換
できるので、傾斜信号の時間的な傾斜を高精度に作り出
すことができる。その結果、台形波状の位置信号の立ち
上がり傾斜部分および立ち下がり傾斜部分を６０度（電
気角）もしくはほぼ６０度にすることができ、固定子巻
線への電流波形を（図１４（ｋ），（ｌ），（ｍ））に
示したような好ましい台形波状の両方向電流にすること
が容易にできる。特に、量産時のバラツキが著しく少な
くなる。

【００９１】また、高速回転や低速回転に回転数を切り
換えるときにも、第１の傾斜信号発生器３ａおよび第２
の傾斜信号発生器３ｂのカウンタ回路へのクロック信号
の周波数を変えることにより、簡単に傾斜信号ｓｔ１や
ｓｔ２の時間的な傾斜を変えることができる。すなわ
ち、回転数を切換える用途に対して極めて容易に対応で
きる。

【００９２】なお、選択回路１２１ａと１２１ｂを１個
にして、クロック信号ｃａとｃｂを同一の信号にしても
よい。

【００９３】次に、逆起電力検出部１の他の具体的な構
成例を（図１６）に示し、その動作について説明する。
なお、動作波形は（図４）と同様であり、同じ信号につ
いては同一の信号名とした。本実施例では、中性点Ｏを
接続しないで、電流給電端子Ａ，Ｂ，Ｃのみの接続によ
って、３相の整形信号ｕ，ｖ，ｗを得ている。

【００９４】コンパレータ回路１３１は、正極入力端子
に給電端子Ａが接続され、負極入力端子に給電端子Ｃ，
Ｂが抵抗１４１，１４２を介して接続されている。抵抗
１４１と１４２の抵抗値は等しい、もしくは抵抗１４１
の方が抵抗１４２よりも少し大きい。抵抗１４１と１４
２による合成電圧は、中性点Ｏからみると固定子巻線１
１の両端電圧の反転電圧に等しく、もしくはほぼ等しく
なる。従って、コンパレータ回路１３１の整形信号ｕ
は、固定子巻線１１の逆起電力ａの零クロス時点におい
て変化する信号になる（図４（ｄ））。

【００９５】同様に、コンパレータ回路１３２は、正極
入力端子に給電端子Ｂが接続され、負極入力端子に給電
端子Ａ，Ｃが抵抗１４３，１４４を介して接続されてい
る。抵抗１４３と１４４の抵抗値は等しい、もしくは抵
抗１４３の方が抵抗１４４よりも少し大きい。抵抗１４
３と１４４による合成電圧は、中性点Ｏからみると固定
子巻線１２の両端電圧の反転電圧に等しく、もしくはほ
ぼ等しくなる。従って、コンパレータ回路１３２の整形
信号ｖは、固定子巻線１２の逆起電力ｂの零クロス時点
において変化する信号になる（図４（ｅ））。

【００９６】コンパレータ回路１３３は、正極入力端子
に給電端子Ｃが接続され、負極入力端子に給電端子Ｂ，
Ａが抵抗１４５，１４６を介して接続されている。抵抗
１４５と１４６の抵抗値は等しい、もしくは抵抗１４５
の方が抵抗１４６よりも少し大きい。抵抗１４５と１４
６による合成電圧は、中性点Ｏからみると固定子巻線１
３の両端電圧の反転電圧に等しく、もしくはほぼ等しく
なる。従って、コンパレータ回路１３３の整形信号ｗ
は、固定子巻線１３の逆起電力ｃの零クロス時点におい
て変化する信号になる（図４（ｆ））。

【００９７】３相の整形信号ｕ，ｖ，ｗはアンド回路１
３４，１３５，１３６とオア回路１３７によって論理合
成され、各整形信号のエッジ時点において変化する整形
タイミング信号ｍを得ている。整形タイミング信号ｍの
立ち上がりエッジは各逆起電力の立ち上がり側の零クロ
ス点に対応し、整形タイミング信号ｍの立ち下がりエッ
ジは各逆起電力の立ち下がり側の零クロス点に対応して
いる。

【００９８】本実施例では、電流給電端子だけを接続し
ていながらも、正確な逆起電力の零クロス時点の検出が
可能になっている。また、抵抗１４１〜１４６の抵抗値
を適当に選定することにより、その検出位相を少しシフ
トさせることも可能である。特に、本実施例の電動機の
ように逆起電力を検出して通電のタイミングを制御し、
その検出信号から台形波状の電流を固定子巻線に両方向
に供給する場合には、抵抗１４１，１４３，１４５の抵
抗値をそれぞれ抵抗１４２，１４４，１４６の抵抗値よ
りも大きめにしたほうが、検出位相（整形信号が変化す
るタイミング）を逆起電力の正確な零クロス時点よりも
早めに設定でき、好ましい効果を得ることができる。

【００９９】以上説明したように、本発明の無整流子直
流電動機は、ホール素子の如き回転子位置検出素子を設
けることなく、固定子巻線に両方向の電流を供給する全
波駆動方式の電動機を実現している。

【０１００】なお、前述の実施例では、Ｙ結線された３
相の固定子巻線を有する電動機について説明したが、本
発明はそのような場合に限らず、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。

【０１０１】また、前述の実施例の波形発生部では、タ
イミング信号の周期（高速回転時および低速回転時は整
形信号の周期、起動時は疑似パルスによるタイミング信
号の周期）に応じて傾斜信号の時間的な傾斜を２段階に
切換えるように構成したが、本発明はそのような場合に
限らず、３段階もしくはそれ以上に増やしてもよい。さ
らに、タイミング信号の周期に応じて、傾斜信号の時間
的な傾斜を連続的に変化するように構成してもよいこと
は言うまでもない。

【０１０２】また、前述の実施例の論理パルス発生部で
は、タイミング信号を利用して６相の論理パルス信号を
作ったが、本発明はそのような場合に限らず、必要に応
じて複数相の論理パルス信号を作ることができる。

【０１０３】また、前述の実施例の信号合成部では、傾
斜信号を所定電位信号を使って電圧信号を合成した後
に、電流信号に変換して位置信号を得たが、本発明はそ
のような場合に限らず、傾斜信号を直接電流信号に変換
し、その後に所定電流信号と合成することによって台形
波状の位置信号を合成するようにしても良い。

【０１０４】これらの変更・変形を行った場合にも、本
発明に含まれることは言うまでもない。その他、本発明
の主旨を変えずして種々の変更・変形が可能である。

【０１０５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、固定子巻線に誘起される逆起電力を利用して、固定
子巻線に滑らかな両方向の電流を供給する全波駆動方式
の無整流子直流電動機を実現しており、従って、ホール
素子の如き位置検出素子が不要となり、半波駆動方式に
比べて高効率で、発生トルクの大きい無整流子直流電動
機としている。さらに、本発明は、巻線電流を滑らかな
台形波状にしているので、高速回転時の振動・騒音が極
めて小さくでき、また、スパイク状電圧を低減するため
の大容量の電解コンデンサを含むフィルタ回路も不要に
なり（大幅に小さくでき）、回路構成も簡素化できる。

【０１０６】さらに、本発明の無整流子直流電動機は、
起動時において周期検出部の出力する疑似パルスにより
固定子巻線を強制的に切換えているので、起動用に特別
な起動回路を設けることなく、従来の位置検出素子付き
の電動機と比べても遜色のない起動特性が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の無整流子直流電動機の一実施例の全体
構成を示すブロック図である。

【図２】電力供給部の具体的な構成例を示す回路構成図
である。

【図３】本発明に係る逆起電力検出部の具体的な構成例
を示す回路構成図である。

【図４】本発明に係る逆起電力検出部の動作を説明する
ための信号波形図である。

【図５】本発明に係る周期検出部の具体的な構成例を示
す回路構成図である。

【図６】本発明に係る波形発生部の具体的な構成例を示
す回路構成図である。

【図７】本発明に係る周期検出部および波形発生部の動
作を説明するための信号波形図である（高速回転時）。

【図８】本発明に係る周期検出部および波形発生部の動
作を説明するための信号波形図である（低速回転時）。

【図９】本発明に係る周期検出部および波形発生部の動
作を説明するための信号波形図である（起動時）。

【図１０】本発明に係る論理パルス発生部の具体的な構
成例を示す回路構成図である。

【図１１】本発明に係る論理パルス発生部の動作を説明
するための信号波形図である。

【図１２】本発明に係る信号合成部の具体的な構成例を
示す回路構成図である。

【図１３】本発明に係る信号合成部の動作を説明するた
めの信号波形図である。

【図１４】本発明の実施例の動作を説明するための信号
波形図である。

【図１５】本発明に係る波形発生部の他の具体的な構成
例を示す回路構成図である。

【図１６】本発明に係る逆起電力検出部の他の具体的な
構成例を示す回路構成図である。

【図１７】従来の無整流子直流電動機の回路構成図であ
る。

【図１８】従来の無整流子直流電動機の動作を説明する
ための信号波形図である。

【符号の説明】 １ 逆起電力検出部 ２ 論理パルス発生部 ３ 波形発生部 ３ａ 第１の傾斜波形発生器 ３ｂ 第２の傾斜波形発生器 ４ 信号合成部 ４ａ 第１の位置信号合成器 ４ｂ 第２の位置信号合成器 ５ 電力供給部 ５ａ 第１の駆動トランジスタ群 ５ｂ 第２の駆動トランジスタ群 ６ 周期検出部 １１,１２,１３ 固定子巻線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−281389（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−104123（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 6/14 - 6/22

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ３相の固定子巻線と、直流電源の一端と
   前記固定子巻線の電流給電端子との間の電流路を形成す
   る３個のトランジスタからなる第１の駆動トランジスタ
   群と、前記直流電源の他端と前記電流給電端子との間の
   電流路を形成する３個のトランジスタからなる第２の駆
   動トランジスタ群と、前記固定子巻線に発生する逆起電
   力に応動した整形信号を得る逆起電力検出手段と、前記
   整形信号が入力されこの整形信号の周期を計数して前記
   周期が所定の範囲内にあるときは前記整形信号に応動し
   た検出信号を出力し、前記周期が所定の範囲を越えたと
   きは疑似的に発生される疑似パルス信号に基づいて検出
   信号を出力する周期検出手段と、前記周期検出手段から
   出力される検出信号に応動して複数相のパルス信号を発
   生する論理パルス発生手段と、前記周期検出手段から出
   力される検出信号のエッジ時点もしくはほぼエッジ時点
   から始まる傾斜信号を発生する波形発生手段と、前記論
   理パルス発生手段から出力されるパルス信号と前記波形
   発生手段から出力される傾斜信号より６相の位置信号を
   合成する信号合成手段を具備し、前記信号合成手段の３
   相の位置信号に応動して前記第１の駆動トランジスタ群
   を通電制御し、前記信号合成手段の他の３相の位置信号
   に応動して前記第２の駆動トランジスタ群を通電制御す
   る構成にした無整流子直流電動機。
2. 【請求項２】 波形発生手段は、周期検出手段の検出信
   号の周期に応じて傾斜信号の時間的な傾斜を変化させる
   手段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。
3. 【請求項３】 波形発生手段は、周期検出手段の検出信
   号に応動してクロック信号をカウントする動作とリセッ
   トする動作を繰り返すカウント手段と、前記カウント手
   段の内容をアナログ量に変換するディジタル−アナログ
   変換手段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。
4. 【請求項４】 波形発生手段は、周期検出手段の検出信
   号の周期に応じてクロック信号の周波数を変化させる手
   段を含んで構成されたことを特徴とする請求項３記載の
   無整流子直流電動機。
5. 【請求項５】 ３相の固定子巻線と、直流電源の一端と
   前記固定子巻線の電流給電端子との間の電流路を形成す
   る３個のトランジスタからなる第１の駆動トランジスタ
   群と、前記直流電源の他端と前記電流給電端子との間の
   電流路を形成する３個のトランジスタからなる第２の駆
   動トランジスタ群と、前記固定子巻線に発生する逆起電
   力に応動した整形信号を得る逆起電力検出手段と、前記
   整形信号が入力されこの整形信号の周期を計数して前記
   周期が所定の範囲内にあるときは前記整形信号に応動し
   た検出信号を出力し、前記周期が所定の範囲を越えたと
   きは疑似的に発生される疑似パルス信号に基づいて検出
   信号を出力する周期検出手段と、前記周期検出手段から
   出力される検出信号に応動して複数相のパルス信号を発
   生する論理パルス発生手段と、前記周期検出手段から出
   力される検出信号に応動して第１の傾斜信号を発生する
   第１の傾斜波形発生手段と、前記周期検出手段から出力
   される検出信号に応動して前記第１の傾斜信号とは異な
   るタイミングにおいて第２の傾斜信号を発生する第２の
   傾斜波形発生手段と、前記論理パルス発生手段から出力
   されるパルス信号と前記第１の傾斜波形発生手段から出
   力される第１の傾斜信号より３相の第１の位置信号を合
   成する第１の位置信号合成手段と、前記論理パルス発生
   手段から出力されるパルス信号と前記第２の傾斜波形発
   生手段から出力される第２の傾斜信号より前記第１の位
   置信号とは異なるタイミングの３相の第２の位置信号を
   合成する第２の位置信号合成手段を具備し、前記第１の
   位置信号に応動して前記第１の駆動トランジスタ群を通
   電制御し、前記第２の位置信号に応動して前記第２の駆
   動トランジスタ群を通電制御する構成にした無整流子直
   流電動機。
6. 【請求項６】 第１の傾斜波形発生手段もしくは第２の
   傾斜波形発生手段は、周期検出手段の検出信号の周期に
   応じて第１の傾斜信号もしくは第２の傾斜信号の時間的
   な傾斜を変化させる手段を含んで構成されたことを特徴
   とする請求項５記載の無整流子直流電動機。
7. 【請求項７】 第１の傾斜波形発生手段もしくは第２の
   傾斜波形発生手段は、周期検出手段の検出信号に応動し
   てクロック信号をカウントする動作とリセットする動作
   を繰り返すカウント手段と、前記カウント手段の内容を
   アナログ量に変換するディジタル−アナログ変換手段を
   含んで構成されたことを特徴とする請求項５記載の無整
   流子直流電動機。
8. 【請求項８】 第１の傾斜波形発生手段もしくは第２の
   傾斜波形発生手段は、周期検出手段の検出信号の周期に
   応じてクロック信号の周波数を変化させる手段を含んで
   構成されたことを特徴とする請求項７記載の無整流子直
   流電動機。