JP3119863B2 - 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。

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、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して演算処理することによ
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、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。

以下、従来例の駆動波形について第２図および第３図
を参照しながら説明する。

第２図は無整流子直流電動機を構成する固定子巻線電
力供給手段の一例を示す回路構成図、第３図は従来例に
おける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。一般に無整流子直流電動機
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2
1,22,23には電流が流出する方向に、NPNトランジスタ2
4,25,26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。次にトランジスタ21,26が導通して固定子巻線1
1,13に電流が流れる。このような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。同図ｄ〜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。そ
こで例えば特開昭62−260586号公報に示されるような先
行技術では、固定子巻線に誘起された逆起電力のゼロク
ロス点を検出し、その出力信号をモノマルチを用いるこ
とによって一定時間（30度分）だけ遅延させて通電のタ
イミングを決定している。また、６相の位置信号ｄ〜ｉ
は矩形波状であるため、固定子巻線に流れる電流波形は
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。

発明が解決しようとする課題 上述した特開昭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、その駆動回路を簡
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
クも小さいという課題がある。

また上述した特開昭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、その遅延時間は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課題がある。

また上述した両者の先行技術に示される無整流子直流
電動機にあって、固定子巻線に流れる駆動電流は通電幅
がほぼ120度（電気角）の矩形波状となる。そのため、
切換えに伴うスパイク状電圧を低減するために実際には
比較的大きなコンデンサを含むフィルタ回路が固定子巻
線の通電端子に必要となる。また、固定子巻線に流れる
電流が急峻にオン・オフされるため、回転時に振動、騒
音を発生しやすいという欠点を有し、しかも電動機を高
速回転で使用するほどその傾向が著しいという課題があ
る。

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。

さらに本発明は、先行技術に示される無整流子直流電
動機に必要とされるような大きなコンデンサを含むフィ
ルタ回路が不要で、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
巻線と、前記固定子巻線に発生する逆起電力のゼロクロ
ス点を検出しパルス整形したパルス信号列を得る逆起電
力検出手段と、前記パルス信号列を分周し複数相のパル
ス信号を発生する論理パルス発生手段と、前記逆起電力
検出手段のパルス信号列のタイミングで傾斜波形を発生
する傾斜波形発生手段と、前記論理パルス発生手段のパ
ルス信号と前記傾斜波形発生手段の傾斜波形より回転子
の回転位置信号を合成する位置信号合成手段と、前記回
転位置信号をそれぞれ増幅して得られた駆動電流を前記
固定子巻線に順次両方向に通電する固定子巻線電力供給
手段とを含んで構成されるものである。

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
列に変換し、そのパルス信号列をもとに台形波状の回転
子位置信号を作成しているので、電動機に回転数を変化
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
ることはない。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。

さらに加えて、固定子巻線各相に通電される電流の相
切換えは傾斜波形発生手段の発生する傾斜波形により極
めて滑らかに行われるため、従来例に見られるような、
相切換えに伴うスパイク状電圧を低減するための比較的
大きなコンデンサを含むフィルタ回路を固定子巻線の通
電端子に接続する必要がない。

また、固定子巻線に流れる電流が、従来例の如く急峻
にオン・オフされることがなく相切換えが滑らかに行わ
れるため、振動および騒音の非常に少ない電動機の駆動
が可能となる。

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ｎに変換する。このパルス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ｎは論理パルス発生手段２と傾斜波形発生手
段３に入力される。論理パルス発生手段２は逆起電力検
出手段１の出力するパルスｎを分周して固定子巻線11,1
2,13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。傾斜波形発生手段３は入力されたパルスｎ
に応じて傾斜波形を発生し、同時にパルスｎの周期を計
数する。

論理パルス発生手段２で発生された６相のパルス信号
は位置信号合成手段４に入力され、傾斜波形発生手段３
の発生する傾斜波形stと６相のパルス信号をもとに回転
子27の回転位置信号に変換される。この回転位置信号は
固定子巻線電力供給手段５に入力される。固定子巻線電
力供給手段５は位置信号合成手段４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４図は本発明の無整流子直流電動機を構成する固定
子巻線電力供給手段５の一実施例の各部信号波形図であ
る。

第４図において、a,b,cはそれぞれ固定子巻線11,12,1
3に誘起される逆起電力波形である。同図ｄ〜ｉは位置
信号発生手段４で合成される６相信号で、回転子27の回
転位置に応じて得られる６相の位置信号に相当する。こ
れは従来例の第３図ｄ〜ｉに示す矩形波状の信号波形と
は異なり台形波状の信号波形である。なお、この台形波
状の信号波形を得る方法については、第12図及び第13図
にて説明する位置信号発生手段のところで詳細に説明す
る。

第４図ｄ〜ｉの６相位置信号はそれぞれ第２図に示す
駆動用トランジスタ21,26,22,24,23,25の各ベースに入
力される。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。各々のトランジスタは加えら
れたベース電流をそれぞれ増幅して各ベース電流に比例
した電流が各コレクタに流れる。その結果、固定子巻線
11,12,13には第４図j,k,lに示す電流が両方向に通電さ
れる。このような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。

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の一実施例の回路構成図である。

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31,32
と比較器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の出力端子となって、信号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は第６図a,b,cに示さ
れるような信号波形であり、これらは第５図の比較器3
1,32,33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31,3
2,33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傾斜波形発生手段３の
動作について詳しく説明する。

第７図は第１図に示す本発明に係る傾斜波形発生手段
３の一実施例の回路構成図、第８図は電動機の定常回転
におけるその各部信号波形図である。

第７図において、41はカウント手段、40はクロックパ
ルス発生手段である。

クロックパルス発生手段40はクロックパルスckを発生
しており、クロックパルスckはカウント手段41に入力さ
れている。43,44はそれぞれ第1,第２のラッチで、第１
のラッチ43のセット端子Ｓにはカウント手段41の中間ビ
ットの出力が入力され、第２のラッチ44のセット端子Ｓ
にはカウント手段41の最上位ビットの出力が接続されて
いる。42はリセットパルス発生手段で逆起電力検出手段
１の出力するパルスｎが入力され、カウント手段41にそ
の計数値をリセットするリセットパルスｒを出力する。
リセットパルスｒは第1,第２のラッチ43,44のリセット
端子Ｒにも入力されラッチの内容をリセットする。

45,46はそれぞれ第1,第２のＤ型フリップフロップで
入力端子Ｄには第1,第２のラッチ43,44の出力端子Ｑが
接続され、クロック端子Ｃには逆起電力検出手段１の出
力パルスｎが入力されている。

50は逆起電力検出手段１の出力に応じて鋸歯状波を発
生するための充放電用コンデンサ、51,52,53はそれぞれ
充放電用コンデンサ50に充電電流を供給するための第1,
第2,第３の定電流源回路で、充電電流の大きさはそれぞ
れI1,I2,I3である。そのうち第1,第２の定電流源回路は
スイッチ56,57を介して充放電用コンデンサ50に接続さ
れている。スイッチ56,57は第1,第２のＤ型フリップフ
ロップ45,46の出力端子Ｑの各出力に応じて、出力が
“H"のときはスイッチオフ、出力が“L"のときはスイッ
チオンされる。すなわち、スイッチ56,57のオン・オフ
の状態に応じて充放電用コンデンサ50に供給される充電
電流が異なるように構成されている。54は充放電用コン
デンサ50に蓄えられた電荷を放電させるためのリセット
用スイッチ、55は入力がコンデンサ50に接続されたバッ
ファアンプである。バッファアンプ55の出力端子が傾斜
波形発生手段３の出力端子となる。

第７図において、充放電用コンデンサ50、３つの定電
流源回路51,52,53、スイッチ56,57、リセット用スイッ
チ54およびバッファアンプ55が傾斜波形発生手段３の波
形発生部90を構成している。

第７図に示す傾斜信号発生手段３の動作について、ま
ず永久磁石回転子27が高速回転しているときについて第
８図を用いて説明する。

第８図において、ｎは逆起電力検出手段１の出力する
パルスで、パルスｎの立ち上がりエッジは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
点を示し、パルスｎの間隔は電気角で60度に相当する。
ｒはリセットパルス発生手段42の出力するリセットパル
スを示す。なお、パルスｎとリセットパルスｒの位相関
係は第８図（Ａ）に示しているとおりであり、リセット
パルスｒをパルスｎより遅延させているのはカウント手
段41のビット値を第1,第２のラッチ回路43,44に確実に
転送させるためである。また図ではパルスn,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。カウント手段41はリセットパルス
発生手段42がリセットパルスｒを出力するまでクロック
パルスckをカウントする。リセットパルスｒは逆起電力
検出手段１が出力するパルスｎと同じ周期であるから、
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ｎの周期を計数したことになる。その様子を第
８図（Ａ）のｐに計数値をアナログ的に示してある。

永久磁石回転子27が高速回転しているときには、カウ
ント手段41の計数値は十分小さく、第1,第２のラッチ4
3,44の各セット端子Ｓに入力されるカウント手段41のビ
ットは常に“L"の状態であり、第1,第２のラッチ43,44
の出力端子Ｑの各出力はどちらも“L"状態にある。した
がって、第1,第２のＤ型フリップフロップ45,46の各入
力端子Ｄには第1,第２のラッチ43,44の出力端子Ｑの各
出力“L"が入力され、クロック端子Ｃには逆起電力検出
手段１の出力するパルスｎが入力されているので、第1,
第２のＤ型フリップフロップ45,46の各出力端子Ｑの各
出力も“L"状態のままである。

したがって、スイッチ56およびスイッチ57は両者とも
オン状態にあり、充放電用コンデンサ50には第1,第2,第
３の定電流源回路の出力する充電電流の和（I1＋I2＋I
3）が供給される。その結果、充放電用コンデンサ50は
一定の傾斜で充電が開始される。ところがパルスｎが入
力されたときには、リセット用スイッチ54が一瞬オンさ
れるので充放電用コンデンサ50に蓄えられた電荷は瞬時
に放電される。その様子を第８図（Ａ）のstに示す。以
上のようにして傾斜波形発生手段３からはパルスｎと同
位相の鋸歯状の傾斜波形stが出力される。

次に永久磁石回転子27が中速回転しているときの傾斜
波形発生手段３の動作について、第８図（Ｂ）を用いて
説明する。

永久磁石回転子27が中速回転しているときには、逆起
電力発生手段１が出力するパルスｎの周期は高速回転時
よりも長くなり、カウント手段41の計数値は高速値の計
数値よりも大きくなって、第１のラッチ43のセット端子
Ｓに入力されるビットが“L"状態と“H"状態を繰り返
し、第２のラッチ44のセット端子Ｓに入力されるビット
は常に“L"状態にあるとする。その様子を第８図（Ｂ）
のq1,q2に示す。したがって、第1,第２のＤ型フリップ
フロップ45,46の各入力端子Ｄには第1,第２のラッチ43,
44の出力端子Ｑの各出力“H"および“L"が入力され、ク
ロック端子Ｃには逆起電力検出手段１の出力するパルス
ｎが入力されているので、第1,第２のＤ型フリップフロ
ップ45,46の各出力端子Ｑの各出力は第８図（Ｂ）のs1,
s2に示すようにそれぞれ“H"および“L"状態となる。

したがって、スイッチ56はオフ状態、スイッチ57はオ
ン状態にあり充放電用コンデンサ50には第2,第３の定電
流源回路の出力する充電電流だけが供給されて、その大
きさは（I2＋I3）となる。充電電流は高速回転時に比べ
て小さくなったので、充放電用コンデンサ50には高速回
転時より緩やかな一定の傾斜で充電が開始される。その
様子を第８図（Ｂ）のstに示す。なお第８図（Ｂ）のst
で点線で示した波形は中速回転時において高速回転時と
同じ充電電流（I1＋I2＋I3）を充放電用コンデンサ50に
供給したときの傾斜波形を示したものである。第８図
（Ｂ）のstに実線で示したように、回転速度に応じて充
電電流の大きさを変えれば傾斜波形のピーク値を高速回
転時と同じ大きさにすることができる。以上の説明から
明らかなように、中速回転時においても傾斜波形発生手
段３からはパルスｎと同位相でピーク値が高速回転時と
同じ傾斜波形stが出力される。

同様に永久磁石回転子27が低速回転しているときの傾
斜波形発生手段３の動作について、第８図（Ｃ）を用い
て説明する。

永久磁石回転子27が低速回転しているときには、逆起
電力発生手段１が出力するパルスｎの周期は高速および
中速回転時よりも長くなり、カウント手段41の計数値は
中速時の計数値よりもさらに大きくなって、カウント手
段41の第１のラッチ43のセット端子Ｓに入力されるビッ
ト、第２のラッチ44のセット端子Ｓに入力されるビット
ともに“H"状態になり、第1,第２のラッチ43,44の出力
端子Ｑの出力はどちらも“L"状態にある。その様子を第
８図（Ｃ）のq1,q2に示す。したがって、第1,第２のＤ
型フリップフロップ45,46の各入力端子Ｄには第1,第２
のラッチ43,44の出力端子Ｑの各出力“H"が入力され、
クロック端子Ｃには逆起電力検出手段１の出力するパル
スｎが入力されているので、第1,第２のＤ型フリップフ
ロップ45,46の出力端子Ｑの各出力は第８図（Ｃ）のs1,
s2に示すようにそれぞれ“H"状態となる。

したがって、スイッチ56およびスイッチ57はオフ状態
にあり、充放電用コンデンサ50には第３の定電流源回路
の出力する充電電流I3だけが供給される。充電電流は高
速および中速回転時に比べてさらに小さくなったので、
充放電用コンデンサ50には中速回転時よりさらに緩やか
な一定の傾斜で充電が開始される。その様子を第８図
（Ｃ）のstに示す。第８図（Ｃ）のstで点線で示した波
形は低速回転時においても高速回転時と同じ充電電流
（I1＋I2＋I3）を充放電用コンデンサ50に供給したとき
の傾斜波形を示したものである。第８図（Ｃ）のstに実
線で示したように、永久磁石回転子27の回転速度に応じ
て充電電流の大きさを変えれば傾斜波形のピーク値を高
速時と同じ大きさにすることができる。以上の説明から
明らかなように傾斜波形発生手段３からは低速回転時に
おいても、パルスｎと同位相でピーク値が高速回転時と
同じ傾斜波形stが出力される。

第９図は第１図に示す本発明に係る傾斜波形発生手段
３の他の実施例の要部回路構成図である。

なお第９図は、第７図の波形発生部90をディジタル回
路に置き換えたもので、第９図には波形発生部90の構成
のみを示してある。

第９図において、81は分周回路で、入力されたクロッ
クckを1/2分周、1/4分周してクロック1/2ckおよびクロ
ック1/4ckを出力する。82は入力された３種類のクロッ
クck,1/2ck,1/4ckから１つのクロックを選択して出力す
るデータセレクタで、入力s1,s2により切り換えられ
る。83はカウンタでクロック入力としてデータセレクタ
82の出力が入力されている。また、カウンタ83には逆起
電力検出手段１の出力するパルスｎが入力され、カウン
タ83の計数値をリセットする。84はD/A（ディジタル／
アナログ）変換器でカウンタ83のディジタル値をアナロ
グ値に変換する。D/A変換器84の出力が傾斜波形発生手
段３の出力端子となり、stが出力される。

第９図に示す傾斜信号発生手段３の動作について、第
７図の場合と同様に永久磁石回転子27が高速、中速、低
速回転しているときについて説明する。

カウンタ83にはクロックが入力され計数値は時間とと
もに単調に増加するので、カウンタ83の内容をアナログ
量に変換するD/A変換器84の出力は第７図の実施例と同
様に一定の傾斜で増加する。ところが、パルスｎがカウ
ンタ83に入力されたときにはカウンタ83の内容は瞬時に
リセットされるので、D/A変換器84の出力からは鋸歯状
の傾斜波形stが得られる。高速回転のときは第７図の実
施例と同様にＤ型フリップフロップ45,46の各出力s1,s2
は両方とも“L"状態である。s1,s2が両方とも“L"状態
のときはデータセレクタ82はクロックckを選択する。中
速回転のときはs1が“H"状態、s2が“L"状態であり、デ
ータセレクタ82はクロック1/2ckを選択する。低速回転
のときはs1,s2ともに“H"状態であり、データセレクタ8
2はクロック1/4ckを選択するように構成されている。す
なわち、回転数が高速、中速、低速と変化するにつれて
カウンタ83のクロックの周波数はck,1/2ck,1/4ckと小さ
くなるので、回転数が下がってパルスｎの周期が長くな
ってもカウンタ83の計数値は回転数とは無関係にほぼ等
しくできる。したがって、カウンタ83の内容をD/A変換
器でアナログ値に変換した出力stのピーク値は第７図の
実施例と同様に等しくすることが可能で、傾斜波形発生
手段３からはパルスｎと同位相で回転数とは無関係にピ
ーク値がほぼ等しい傾斜波形stが出力される。

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２の回路構成図で、その各部信号波形図
を第11図に示す。

第10図において、80は６相のリングカウンタで逆起電
力検出手段１の出力するパルスｎが入力され、６つの出
力端子には第11図に示すp1,p2,p3,p4,p5,p6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各々
電気角で60度である。これらの６相パルス信号p1〜p6は
第１図の位置信号合成手段４にそれぞれ出力される。

次に本発明の一実施例における位置信号合成手段４の
動作について詳しく説明する。

第12図は第１図に示す本発明の一実施例における位置
信号合成手段４の回路構成図で、第13図はその各部信号
波形図である。

第12図において、60は位置信号合成手段４の入力端子
で、傾斜波形発生手段３の出力stが入力される。61は反
転アンプで、傾斜波形発生手段３の出力stが入力されて
stを反転した信号sdが出力される。63はバッファアンプ
で入力には基準電圧源62が接続され、信号sfを出力す
る。傾斜波形発生手段３の出力st,バッファアンプ63の
出力sf、反転アンプ61の出力sdの各出力は信号合成手段
71,72,73,74,75,76に接続されている。なお、信号合成
手段71,72,73,74,75,76はそれぞれ同一の構成であるの
で、信号合成手段71の構成だけを示してある。信号合成
手段71において、64,65,66はスイッチで、片方はそれぞ
れ入力端子60、バッファアンプ63および反転アンプ61に
接続され、スイッチ64,65,66の他方は共通接続されて抵
抗67と電流変換回路68に接続されている。電流変換回路
68の出力が信号合成手段71の出力ｄになる。いる。スイ
ッチ64,65,66は論理パルス発生手段２の出力する６相パ
ルス信号p1,p2,p3,p4,p5,p6のうち３つのパルス信号（p
1,p2,p3）の出力に応じてオン・オフされる。そして信
号合成手段71の出力端子からは信号ｄが出力される。同
様に信号合成手段72,73,74,75,76にはそれぞれ３つのパ
ルス信号（p2,p3,p4）、（p3,p4,p5）、（p4,p5,p6）、
（p5,p6,p1）、（p6,p1,p2）の出力に応じて３つのスイ
ッチ（図示せず）がオン・オフされ、出力端子からは信
号e,f,g,h,iが出力される。

次に第12図に示す位置信号発生手段４の動作について
第13図の各部信号波形図を用いて説明する。

第13図において、ｎは逆起電力検出手段１の出力、p1
〜p6は論理パルス発生手段２の出力、stは傾斜波形発生
手段３の出力を示す。傾斜波形発生手段３の出力stは反
転アンプ61に入力されているので、反転アンプ61の出力
からは第13図のsdに示すようなstを反転した信号が得ら
れる。第13図sfはバッファアンプ63の出力を示す波形
で、大きさは傾斜波形stのピーク値に等しく設定されて
いる。信号合成手段71を構成するスイッチ64,65,66は論
理パルス発生手段２の出力するパルス信号p1,p2,p3に応
じて、信号“H"でスイッチオン、信号“L"でスイッチオ
フするので、入力端子60、バッファアンプ63、および反
転アンプ61の出力は信号合成手段71にて合成される。な
お、p1,p2,p3がすべて“L"の区間ではスイッチ64,65,66
がすべてオフされ、抵抗67の電位はアース電位に等しく
なる。このようにして抵抗67に得られた合成電圧値は、
電流変換回路68により電流値（電流吸い込み）に変換さ
れ、第13図のｄに示す位置信号波形が得られる。

以下、同様にして信号合成手段72,73,74,75,76の各出
力端子からは、パルス信号（p2,p3,p4）、（p3,p4,p
5）、（p4,p5,p6）、（p5,p6,p1）、（p6,p1,p2）に応
じて位置信号e,f,g,h,iが出力される。第13図ｄ〜ｉの
信号は永久磁石回転子27の回転子位置信号となり第１図
の固定子巻線電力供給手段５に入力される。

以上の説明で明らかなように、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に変換し、論理パルス発生手段２はこの変換パ
ルスｎを受けて６相のパルス信号p1〜p6を作成してい
る。また逆起電力検出手段１の出力するパルスｎは傾斜
波形発生手段３に入力され、パルスｎと同位相の鋸歯状
の傾斜波形stに変換される。傾斜波形stと６相パルス信
号p1〜p6は位置信号合成手段４に入力され、第13図ｄ〜
ｉに示すような台形波状の回転子位置信号に変化され
る。そして最後に電力供給手段５はこの回転子位置信号
ｄ〜ｉに応じて固定子巻線11,12,13に第４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、本発明に係る逆起電力検出手段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、本発
明の実施例では固定子巻線がＹ結線された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
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。

また本発明に係る傾斜波形発生手段３の実施例では、
逆起電力検出手段１の出力するパルスｎの周期を計数し
てその周期に応じて傾斜波形の時間的な傾斜角度を３段
階に切換えるように構成したが、３段階に限らず増やし
てもよいし、連続的に変化するように構成しても可能で
あることは言うまでもない。

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。

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傾斜波形の時間的な傾斜角度
を変化させるように構成しているので、電動機の回転数
を変化させた場合にも回転子位置信号が常に台形波状で
あるため、相切換えも滑らかに行われ常に安定した駆動
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。

さらに、本発明の無整流子直流電動機は各固定子巻線
に通電される電流の相切換えは極めて滑らかに行われる
ので、固定子巻線に流れる電流が急峻にオン・オフされ
ることもなく、切換えに伴うスパイク状電圧を低減する
ために比較的大きなコンデンサを含むフィルタ回路を固
定子巻線の通電端子に接続することが不要で、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図は従来例における固定子巻線電力供給手
段の各部信号波形図、第４図は本発明に係る固定子巻線
電力供給手段の各部信号波形図、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図は本発明に係る傾斜
波形発生手段の一実施例を示す回路構成図、第８図
（Ａ）は高速回転時における第７図の各部信号波形図、
第８図（Ｂ）は中速回転時における第７図の各部信号波
形図、第８図（Ｃ）は低速回転時における第７図の各部
信号波形図、第９図は本発明に係る傾斜波形発生手段の
他の一実施例を示す要部回路構成図、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図は本発明に係
る位置信号合成手段の一実施例を示す回路構成図、第13
図は第12図の動作を説明する各部信号波形図である。 １……逆起電力検出手段、２……論理パルス発生手段、
３……傾斜波形発生手段、４……位置信号合成手段、５
……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 (56)参考文献 特開 昭62−260588（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−206893（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

(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
   発生する逆起電力のゼロクロス点を検出しパルス整形し
   たパルス信号列を得る逆起電力検出手段と、前記パルス
   信号列を分周し複数相のパルス信号を発生する論理パル
   ス発生手段と、前記逆起電力検出手段のパルス信号列の
   タイミングで傾斜波形を発生する傾斜波形発生手段と、
   前記論理パルス発生手段のパルス信号と前記傾斜波形発
   生手段の傾斜波形より回転子の回転位置信号を合成する
   位置信号合成手段と、前記回転位置信号をそれぞれ増幅
   して得られた駆動電流を前記固定子巻線に順次両方向に
   通電する固定子巻線電力供給手段と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】傾斜波形発生手段は、逆起電力検出手段の
   出力するパルス信号列の周期に応じて時間的な傾斜角度
   を変化させ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】傾斜波形発生手段は、クロックをカウント
   するカウント手段と、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／アナログ変換器より構成さ
   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】傾斜波形発生手段は、逆起電力検出手段の
   出力するパルス信号列の周期を計数し、計数した周期に
   応じてカウント手段に入力されるクロック数を変化させ
   るように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。