JP4194698B2 - 多相電動機の整流方法および整流回路装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多相電動機を整流するための回路装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の回路装置は、例えば欧州特許第０２５９７６４号明細書から公知である。そこでは３つの巻線区分を有する電動機は、出力増幅器を介してパルス発生器によって駆動されている。制御は、この電動機の回転を検出するセンサを介して行われる。この装置のパルス発生器は方形波信号を生成し、この方形波信号は状態＋１，０，−１，０，＋１，…を周期的に経過する。これらの状態間の所定の経過時に妨害パルスが発生するため、適切な手段を講じて抑制しなければならない。
【０００３】
上記の欧州特許第０２５９７６４号明細書には、デジタル回路に基づく、電動機の別の整流回路装置が記載されている。そこでは電動機に設けられたセンサからの整流パルスは、カウンタおよび関連する論理回路において使用されており、これらは３位相分シフトされた信号電圧を生成し、３つの巻線区分を駆動する。これらの電圧は後段のデコーダで使用され、このデコーダは６位相分シフトされた信号電圧を生成する。この信号電圧から、方形波振幅を有する電流が、インバータ、ＯＲ回路および６つのスイッチを介して生成され、電動機を駆動するために使用される。この場合には、殊にこの６つのスイッチが大電流を切り換えなければならないために回路は比較的複雑である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、回路構成が複雑でなく、かつ妨害パルスを良好に抑制する、多相電動機の整流回路装置を提供し、かつこれを制御する方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、多相電動機を整流するための回路装置であって、この回路装置は、制御器と、スイッチング手段とを含んでおり、このスイッチング手段は、上記制御器によって使用され、これによって電源電圧と、基準電位と、三角波形ランプ電圧とから周期的台形波形制御信号が、各巻線区分を駆動するために形成される形式の回路装置において、上記回路装置は、さらに電動機速度および／または整流を制御しかつ上記電動機に配置されたセンサを含んでおり、このセンサにより、電動機１回転につき所定の数のパルスが供給され上記制御器により、上記電動機を制御するため、インタフェースを介して上記電源電圧が変化させられ、上記パルスは、等しい時間間隔を有しており、また上記制御器によって使用されて、三角波形ランプ電圧が形成され、この三角波形ランプ電圧は、上記制御器によってデジタル的に生成され、この制御器によって電源電圧と一致させられ、上記台形波形制御信号は、連続して周期的にスイッチングすることによって、上記の電源電圧と、基準電位と、三角波形ランプ電圧とから形成されることを特徴とする、回路装置を構成することによって解決される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の整流回路装置は、スイッチング手段を有している。このスイッチング手段を使用し制御器によって制御することによって、電圧供給源または同等の直流電圧と、基準電圧と、三角波形ランプ電圧とから、周期的な台形波形制御信号を生成する。この制御信号がそれぞれの巻線区分を駆動する。この制御信号は、急峻なエッジを有するスイッチングパルスを含まないため、電動機のインダクタンスによって過剰な妨害電圧は生成されることはない。この制御信号は、殊にそれぞれの巻線区分の出力増幅器の前段で形成されるために、スイッチング手段が大電流を切り換えることはない。さらに出力増幅器は、それぞれの巻線区分を常時低インピーダンスで駆動するために、結果として良好な、付加的な減衰が得られる。電源電圧から導出された信号、ないしは別の手法で生成した信号を、電源電圧の代わりに使用することも可能である。
【０００７】
上記の周期的台形波形制御信号は、２つの電圧から基準電位に周期的に切り換えることによって生成される。切換時点は、制御器によって制御されるか、または電動機に設けられたセンサＳからの信号パルスから導出される。例えば３つの巻線区分を有する電動機に対してランプ電圧を生成するためには、電動機の１回転につき時間的に等間隔な、例えば２４の切換時点が必要である。これらの時点は、３つの台形波形制御信号を形成する時点を決定し、前記の巻線区分を駆動する。３つ巻線区分すべてに対して１つのランプ電圧だけで十分である。
【０００８】
この三角波形ランプ電圧は、例えば極性が逆の２つの電流源ないしは電圧源によって生成可能である。この２つの電流源ないしは電圧源との間で切換が周期的に行われ、その出力電圧ないしは出力電流がそれぞれ、キャパシタを周期的に充放電する。これとは択一的に、つぎのような別の三角波形生成器を使用することも可能である。例えば制御器によって階段波形の電圧を発生させることにより、ランプ電圧をデジタル的に生成することも可能である。本発明の電動機は、パルス幅の変化（ＰＷＭ）によってではなく、所定の制御信号振幅によって制御されると有利であるために、ランプ電圧の最大電圧が電源電圧の値と一致することを保証することが同時に必要である。
【０００９】
電源電圧の生成と、ランプ電圧の生成と、スイッチング手段とを有利には、駆動および制御用に必要な制御器と共に１つの集積回路に組み込むことが可能である。本発明ではこのためにわずかな外部構成部材しか必要としない。本発明は、とくに市販の電子機器の同期電動機、例えばビデオレコーダに使用される同期電動機、またはコンピュータ用装置の同期電動機に適用できる。
【００１０】
本発明を概略図面を用いて以下にさらに詳しく説明する。
【００１１】
【実施例】
図１の電動機１０は、３つの巻線区分１，２，３を有する。これらの巻線区分は出力増幅器１１，１２，１３によって駆動される。これらの巻線区分１，２，３は、図３に示した周期的な台形波形制御信号ｃ，ｄ，ｅによって駆動される。これらの制御信号ｃ，ｄ，ｅは、電源電圧Ｕ０（図１）と、この実施例ではアース電位である基準電圧と、三角波形ランプ電圧Ｕｒとから形成される。これとは択一的に、０ではない任意の所望の電圧、例えば−Ｕｒを基準電位として使用することも可能である。制御器Ｐは、スイッチ４，５，６を介してこれらの制御信号ｃ，ｄ，ｅの生成を制御する。これらのスイッチ４，５，６には、上記の電圧Ｕ０、Ｕｒおよびアース電位がそれぞれ印加されており、これらの電圧を後段に対して周期的に切り換える。ここで台形波形制御信号は順次に、正のランプ、正の制御電圧Ｕｒ、負のランプおよびアース電位から形成される。ここで三角波形ランプ電圧Ｕｒは、切換時点において動作電圧Ｕ０またはアース電位と等しい電圧レベルを有しており、不連続に生じることはない。
【００１２】
制御器Ｐは、スイッチ４，５，６によって所定の低い回転周波数を設定し、電動機１０を始動する。そしてこの回転周波数を、通常動作に達し所定の目標値となるまで上昇させる。ここで切換の際の急峻な電圧変化を回避するために加速中は、ランプ電圧の周波数を始動時の低い周波数に合わせることができる。図１の整流回路装置には、択一的にセンサを設けることができる。このセンサは電動機に配置され、所定の整流時点を設定する。この場合にはこれらの整流時点は、通常動作時においてもまた電動機始動時においても使用することが可能である。
【００１３】
この実施例においては三角波形ランプ電圧Ｕｒは、相互に異なる極性を有する２つの電流源８，９と、スイッチ７とを使用することによって生成される。このスイッチ７は、制御器Ｐによって電流源８，９の出力間を周期的に切り換えられる。これにより三角波形のランプ電圧が、適宜充放電されるキャパシタＣ１を使用して生成される。択一的にはキャパシタＣ１を充電する電流源８，９の代わりに、直列抵抗を有する２つの電圧源または別の三角波形発生器を使用してランプ電圧Ｕｒを生成することも可能である。ランプ電圧Ｕｒはまた、殊に制御器Ｐを用いてデジタル的に生成してよい。例えばデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）を使用して階段波形電圧を生成する。
【００１４】
動作電圧Ｕ０は定電圧であり、この実施例ではこの電圧もキャパシタＣ２によって緩やかにされる。スイッチ４，５，６は、出力増幅器１１，１２，１３の前段に配置されるため、これらのスイッチが切り換えるのは低いレベルの電力だけである。したがって例えば低電力トランジスタをスイッチング素子として使用することができる。この結果、３つのスイッチ４，５，６もまたランプ発生器７，８，９と制御器Ｐと一緒に１つのＩＣに集積可能であり有利である。出力増幅器１１，１２，１３としては、独立したパワートランジスタを使用することが可能である。巻線区分１，２，３は、出力増幅器１１，１２，１３によって低インピーダンスで直接駆動されるため、電動機１０内で発生する妨害電圧は効果的に抑制される。
【００１５】
図２は、センサＳを介して電動機１０の回転速度を制御する整流回路を示している。この整流回路は図１の整流回路と類似に構成されており、同じ要素は同じ参照記号を有している。上記の説明を繰り返すと、それぞれの巻線区分１，２，３を駆動する周期的台形波形制御信号ｃ，ｄ，ｅは同様に、電源電圧Ｕ０と、三角波形ランプ電圧Ｕｒと、この実施例ではアース電位である基準電位とから形成される。この構成例ではセンサＳは、電動機の１回転につき所定の数のパルスを供給する。これらのパルスは図３に示したように時間間隔が等しい。これらのパルスは電動機の位置と回転速度の尺度であり、制御器Ｐが電動機の回転速度の安定化、または加速および制動のためにこのパルスを使用する。この実施例では電動機は振幅を制御することによって、すなわち電源電圧Ｕ０の変化によって制御すると有利である。この電源電圧Ｕ０の変化は制御器Ｐにより、例えばデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）を含むインタフェースＩを介して生成される。ランプ電圧Ｕｒは上記と同様にデジタル的に生成され、その周波数と振幅は、制御器ＰによってインタフェースＩを介して電源電圧Ｕ０と一致させることができる。これによりスイッチ４，５，６はそれぞれ可能な限り理想形に近い台形波形制御信号ｃ，ｄ，ｅを形成する。
【００１６】
図２の装置における周期的台形波形制御信号ｃ，ｄ，ｅの生成を図３を参照して詳しく説明する。この実施例ではセンサＳは、３６０゜に相当する、電動機の１回転につき２４個のパルスセンサ信号を供給する。上記のようにこれらのパルスを使用して、２つのセンサパルス分の周期を有する三角波形ランプ電圧Ｕｒを生成する。台形波形制御信号ｃ，ｄ，ｅは、図２のスイッチ４，５，６を使用することによって、動作電圧Ｕ０と、基準電位アースとランプ電圧Ｕｒとから生成される。これらの制御信号ｃ，ｄ，ｅは例えば６つのセンサパルス分の周期を有しており、それぞれ２センサパルス分だけ相互に位相シフトしている。センサ信号１，２，３，４，５，…に対応する切換時点ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ５，…を図３の下部に示す。この電源電圧Ｕ０の代わりに、この電源電圧から導出された信号または別の手法で生成された信号を使用して、台形波形制御信号ｃ，ｄ，ｅを生成することも可能である。
【００１７】
この実施例では、それぞれの台形波形制御信号ｃ，ｄ，ｅの最大および最小振幅の持続時間は、それぞれ２つのパルス経過(marking pulse)（電圧ｃに対してはｔ２からｔ４またはｔ５からｔ７）の間の時間間隔に相当する。この電動機は、図２を参照して説明したように振幅変化によって制御可能である。これとは択一的に、最大値の幅を変化させ、パルス幅変調制御信号とすることも可能である。この場合には、動作電圧Ｕ０とランプ電圧Ｕｒの最大振幅を一定に保つことが可能であり、電動機１０はパス幅変調（ＰＷＭ）によってのみ制御される。立ち上がりエッジの時点は変化しないため、周波数は変化せず、パルスの幅のみが変わる。
【００１８】
電動機の１回転につき２４個のセンサパルスが存在する場合には、台形波形制御信号ｃ，ｄ，ｅの周期は、いずれの場合も６パルス分であり、それぞれの位相シフトは２パルス分である。スイッチ４，５，６は後段に対して、交互に１または２センサパルスの周期で切り換えられ、スイッチ７は後段に対して各センサパルスで切り換えられる。これとは択一的に整流用に電動機の１回転につき例えば１２のセンサパルスを使用することも可能である。この場合にはスイッチ７に対する切換信号が制御器Ｐ内で生成される。
【００１９】
図１および２の回路装置はそれぞれ、３つの巻線区分を有する電動機に対する回路装置を示している。これは本発明の好適な実施例である。本発明を改良して２つの巻線区分を有する電動機または３つよりも多くの巻線区分を有する電動機に応用することも同様に可能である。図１および２にブロックとして図示した回路は、本発明の理解を助けるためにだけに使用したものである。これらの回路を別の手法で形成し図示することも、また種々異なる手法で統合することも可能である。またブロック内に含まれる素子も独立した素子として形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】３つの巻線区分を有する電動機と、整流回路とを示す図である。
【図２】制御のためのセンサを有する図１の電動機と回路装置とを示す図である。
【図３】電動機に設けられたセンサからのセンサ信号と、このセンサ信号から導出された信号を示す図である。
【符号の説明】
１〜３ 巻線
４〜７ スイッチ
８、９ 電流源または電圧源
１０ 電動機
１１〜１３ 出力増幅器
Ｐ 制御器
Ｉ インタフェース
Ｓ センサ
Ｃ１，Ｃ２ キャパシタ
ｃ，ｄ，ｅ 台形波形制御信号
Ｕ０ 電源電圧
Ｕｒ 三角波形ランプ電圧

Claims (4)

1. 多相電動機（１０）を整流するための回路装置であって、
   該回路装置は、
   制御器（Ｐ）と、
   スイッチング手段（４，５，６）とを含んでおり、
   該スイッチング手段（４，５，６）は前記制御器（Ｐ）によって使用され、これによって電源電圧（Ｕ０）と、基準電位と、三角波形ランプ電圧（Ｕｒ）とから周期的台形波形制御信号（ｃ，ｄ，ｅ）が、各巻線区分（１，２，３）を駆動するために形成される形式の回路装置において、
   前記回路装置はさらに、電動機速度および／または整流を制御しかつ前記電動機（１０）に配置されているセンサ（Ｓ）を含んでおり、
   該センサ（Ｓ）により、電動機１回転につき所定の数のパルス（ａ）が供給され、
   前記制御器（Ｐ）により、前記電動機（１０）を制御するため、インタフェース（Ｉ）を介して前記電源電圧が変化させられ、
   前記パルス（ａ）は、等しい時間間隔を有しており、また前記制御器（Ｐ）によって使用されて、三角波形ランプ電圧（Ｕｒ）が形成され、
   該三角波形ランプ電圧（Ｕｒ）は、前記制御器（Ｐ）によってデジタル的に生成され、該制御器（Ｐ）によって電源電圧（Ｕ０）と一致させられ、
   前記台形波形制御信号（ｃ，ｄ，ｅ）は、連続して周期的にスイッチングすることによって、前記の電源電圧（Ｕ０）と、基準電位と、三角波形ランプ電圧（Ｕｒ）とから形成されることを特徴とする、
   回路装置。
2. 前記三角波形ランプ電圧（Ｕｒ）は、前記制御器（Ｐ）によって階段状の波形電圧を発生させることによって生成される、
   請求項１に記載の回路装置。
3. 前記スイッチング手段（４，５，６）は、それぞれの巻線区間（１，２，３）の出力増幅器（１１，１２，１３）の前段に配置されている、
   請求項１または２に記載の回路装置。
4. 前記電動機（１０）は、３つの巻線区分（１，２，３）を有し、
   前記センサ（Ｓ）は、前記電動機の１回転につきｍ個のパルス信号を生成し、
   前記ｍは６の倍数であり、
   前記巻線区分（１，２，３）を駆動する前記制御信号（ｃ，ｄ，ｅ）の周期はｍ／４であり、
   前記三角波形ランプ信号（Ｕｒ）の周期はｍ／１２であり、
   前記スイッチ（４，５，６）を後段に対して交互にｍ／１２とｍ／２４の周期で切り換える
   請求項１に記載の回路装置。

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