JPH0454893A

JPH0454893A - 無整流子直流電動機

Info

Publication number: JPH0454893A
Application number: JP2161804A
Authority: JP
Inventors: Toshio Inaji; 利夫稲治; Makoto Goto; 誠後藤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-06-20
Filing date: 1990-06-20
Publication date: 1992-02-21
Anticipated expiration: 2013-12-14
Also published as: JP2836199B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、高信顛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法して安価なも
のではなく、さらに素子の取付は位置調整の煩雑さ、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（つか提案されている
。

その１つは、例えば特公昭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、例えば特公昭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、その
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
供給手段の一実施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゜１
３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ＯＮ。

ＯＦＦ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　）
ランジスタ、２４．２５．２６はＮＰＮ　ｌ−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＝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。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には各々第３図ｊ、に
、Ｉ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。

そこで例えば特公昭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だけ遅延させて通電のタイミ
ングを決定している。したがって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。

上述した特公昭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。

また特公昭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課題がある。

また先行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。

さらには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。

さらには本発明は、先行技術に示された無整流子直流電
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
して選択信号発生手段の出力する選択信号に応じて１相
の逆起電力のみを順次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、その出力信号を分周して固定子
巻線の逆起電力と同じ周波数の複数相の信号を発生する
論理パルス発生手段と、論理パルス発生手段の出力信号
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、その回転位置信号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、このパルス信号列をもとに回転子位置信号を
作成しているので、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い
。しかも固定子巻線の通電状態から次に検出すべき相の
逆起電力のみをパルス信号列に変換するように選択回路
を付加しているので逆起電力のゼロクロス点誤検出によ
る相切換えの誤動作も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、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
換えが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１１．１２．１
３に誘起される逆起電力と選択信号発生手段６の出力す
る選択信号とが入力される。

逆起電力検出手段ｌは選択信号発生手段６が出力する選
択信号に応じて３相の逆起電力のゼロクロス点を検出し
てパルス列ｍに変換する。このパルス列ｍ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が出力するパルス列ｍは論理パルス
発生手段２とパルス遅延手段３に入力される。論理パル
ス発注手段２は逆起電力検出手段１が出力するパルス列
ｍ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。パル
ス遅延手段３はまず入力されたパルス列の周期ｍを計数
する。そして計数した周期の概略１／２の時間だけ出力
パルスを遅延させて遅延パルスとして選択信号発生手段
６に出力する。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発生手段４に入力され、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は位置信号発生
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
．１２．１３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１６図および第１７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　）ランジスタ
２Ｌ　２２．２３には電′流が流出する方向に、ＮＰＮ
）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。するとそれぞれのトランジスタは加えら
れたベース電流を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、　　１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゜１
３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はインバータ回路でそれぞれ比較器３１．３２゜
３３の各出力が接続されている。７１．７２．７３．７
４゜７５、７６はスイッチでそのうちスイッチ？１．７
３．７５の片方はインバータ回路３６．３４．３５にそ
れぞれ接続され、スイッチ７２．７４．７６の片方は比
較回路３２゜３３、３１にそれぞれ接続されている。ス
イッチ７１゜７２、７３．７４．７５．７６の他方はそ
れぞれ共通接続されて、逆起電力検出手段１の出力端子
となっている。

第５図に示す逆起電力検出手段の動作について第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１
１、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δと同一の電位が得られる。したがって電動機と
しで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
される逆起電力はそれぞれ第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
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のパルスエツジは逆起ｔ　、ｆ７
ａ、ｂ、ｃのゼロクロス点とそれぞれ一致する。

第６図ｔｌ、ｔ２．ｔ３．ｔ４．ｔ５，１６は選択信号
発生手段６から逆起電力検出手段１に出力される６相の
信号で、その立ち上がりエツジは逆起電力ａ、ｂ、ｃの
ゼロクロス点のタイミングと電気角で３０度だけ遅延さ
せた選択信号波形を示す。

これらの選択信号によりスイッチ７１．７２．７３．７
４゜７５、７６がオン・オフされる（信号″Ｈ”でスイ
ッチオン、信号“Ｌ”でスイッチオフ）。

そめ結果、スイッチ７１．７２．７３．７４．７５．７
６の共通接続点からは第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
上がりエツジとが一致したパルス列ｍが出力される。す
なわち逆起電力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ｍが出力される。

次に本発明の一実施例におけるパルス遅延手段３の動作
について詳しく説明する。

第７図は第１図に示す本発明の一実施例におけるパルス
遅延手段３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
２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。

２ｃｋを発生しており、ｃｋのクロックパルスは第１の
カウント手段４１に、２ｃｋのクロックパルス（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ｌの
出力するパルス例ｍが入力され、第１のカウント手段４
１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。なお、
信号２が遅延パルスを形成する。

第７図に示すパルス遅延手段３の動作について、永久磁
石回転子２７が定常回転しているときについて第８図を
用いて説明する。第１のカウント手段４１は転送手段４
３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ｍ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ｍ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。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ｍ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ｍの立ち上がりエツジ）
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ｑａにアナログ的に示しである。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４
２は第８図２に示すような遅延パルス２を出力する。パ
ルス列ｍは逆起電力検出手段１の出力するパルスで、パ
ルス列ｍの立ち上がりエツジは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
ス点を示すものであるから、パルス列ｍの立ち上がりエ
ツジで出力されるパルス列Ｓ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２の立ち上がりエツジは逆起電
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、遅延パルスとして選択信
号発生手段６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図に示しているとおりで
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８図ではパルスｓ、ｒのパルス幅を便宜上大きく記
しであるが、パルス周期に比べて十分に狭いものとする
。

第９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３の他の実施例の要部回路構成図、第１０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。

なお第５図と同一の機能を有するものについては同一の
符号を付して重複した説明は省略する。

第９図において、４１は第１のカウント手段、４２は第
２のカウント手段であり、第１のカウント手段は８ビツ
トの、第２のカウント手段は７ビツトのディジタルカウ
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ｃ
ｋ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７つのスイッチ
で構成されたスイッチ転送回路で、第７図に示す転送手
段４３のロードパルスＳにより短時間のあいだ接点に接
続され、第１のカウント手段４１の計数値の最下位ビッ
トを除くビット（第９図の例では７ビツト分）が第２の
カウント手段４２に転送される。

第９図に示すパルス遅延手段の動作について、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１０
図を用いて説明する。

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１０図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Ｓ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Ｓのち
ょうど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１０図に示すような遅延パルス２を
出力する。したがって第１０図に示す２の立ち上がりエ
ツジは逆起電力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。

なお、第７図の実施例では第１、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９図の実施例
では１１ｍ類のクロックでよいという利点がある。

第１１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３の他の実施例の回路構成図、第１２図は回
転子の定常回転におけるその各部信号波形図である。

なお第７図、第９図と同一の機能を有するものについて
は同一の符号を付して重複した説明は省略する。

第１１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人力
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はダウンカウントして計数値が零になったと
きそれぞれゼロフラグｚａ、ｚｂ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、２ｃｋ　（クロック周波
数Ｃｋの２倍）をアップカウント人力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ｌの出力するパルスｍに応じて交互に切換える。６
４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１１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が定常側転しているときについて第１２
図を用いて説明する。

まず最初にクロック切換え回路６３のスイ・ンチは第１
１図に示す接点ａ側の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のアップカウント人力
ＣＵにはクロックｃｋが供給され、パルスｍ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ｍがクロック切換え回路６３に入力されるとクロック
切換回路６３のスイッチは接点す側に切換えられ、第１
のアン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。このとき第１のアップダウンカウント手段
６１のダウンカウント入力にはクロック２ｃｋが入力さ
れる。したがって、パルス列ｍの周期をアンプカウント
した計数値を２ｃｋのクロックでダウンカウントするの
で、パルス列ｍのちょウド中間点で計数値が零になる。

その様子を第１２図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１２図に示すようなゼロ
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１２図のｐｂに示すようなアンプダウ
ンカウント動作を繰り返し、第１２図ｚｂに示すような
ゼロフラグを出力する。ゼロフラグｚａ、ｚｂは交互に
発生するので、オア回路６４からは第１２図に示すよう
な信号２が出力され、第１１図に示すパルス遅延手段は
立ち上がりエツジが逆起電力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パルス
２を出力することになる。

第７図、第９図の実施例では第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１１図の実施例で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１３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１４図に示す。

第１３図において、８１は６相のリングカウンタで逆起
電力検出手段１のパルス列ｍが入力され、６つの出力端
子には第１４図に示すｐｉ、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図に示す位置
信号発生手段４と選択信号発生手段６にそれぞれ出力さ
れる。

第１５図は第１図に示す本発明の一実施例における選択
信号発生手段６の回路構成図で、その各部信号波形図を
同じく第１４図に示す。

第１４図において、９１．９２．９３．９４．９５．９
６はＤフリップフロップで各クロック端子Ｃにはパルス
遅延手段３の出力する遅延パルス２が入力され、各り入
力端子には論理パルス発生手段２で出力された６相パル
ス信号Ｐｉ−Ｐ６が入力される。その結果、Ｄフリップ
フロップの各Ｑ出力端子からは論理パルス発生手段２の
６相パルス信号ｐ１〜ｐ６をそれぞれ遅延パルス２のパ
ルス幅だけ遅延した６相信号ｔ１〜ｔ６を出力する。そ
の様子を第１４図に示す。これらの６相パルス信号ｔｌ
〜ｔ６は第６図の６相の選択信号となり、そのパルス幅
は電気角で６０度で、逆起電力検出手段１に出力される
。

第１６図は第１図に示す本発明の一実施例における位置
信号発生手段４の回路構成図で、その各部信号波形図を
第１７図に示す。

第１６図において、５０は充放電用コンデンサ５１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、
５１は論理パルス発生手段２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、５２は充放電用コ
ンデンサ５１に充電電流を供給するための定電流源回路
、５４は入力が一コンデンサ５１に接続されたバッファ
アンプである。コンデンサ５１、スイッチ５０、定電流
源回路５２、バッファアンプ５４で鋸歯状波発生手段１
（１０を構成している。５６は反転アンプで、バッファ
アンプ５４の出力が接続されている。５５はバッファア
ンプで入力には基準電圧源５３が接続されている。バッ
ファアンプ５４、バッファアンプ５５および反転アンプ
５６の各出力は信号合成手段１０１．１０２．１０３．
１０４．１０５．１（１６に接続されている。なお、信
号合成手段１０１．１０２．１０３゜１０４、１０５．
１（１６はそれぞれ同一の構成であるので、信号合成手
段１０１の構成だけを示しである。信号合成手段１０１
において、５７．５８．５９はスイッチで、片方はそれ
ぞれバッファアンプ５４．５５および反転アンプ５６？
こ接続され、スイッチ５７．５８．５９の他方は共通接
続されて信号合成手段１０１の出力端子になっている。

次に第１６図に示す位置信号発生手段４の動作について
第１７図の各部信号波形図を用いて説明する。

鋸歯状波発生手段１（１０のスイッチ５１が開いている
ときはコンデンサ５１には定電流回路５２により一定電
流が供給され、スイッチ５０が閉じたときはコンデンサ
５１に蓄えられた電荷は瞬時に放電される。

ところがスイッチ５０は逆起電力検出手段１の出力する
パルスｍの立ち上がりエツジで短時間だけ閉じるように
構成されているので、パルスｍの立ち上がりエツジでコ
ンデンサ５１に蓄えられた電荷を瞬時に放電させ、鋸歯
状波発生手段１（１０からは第１７図ｓｔに示すような
パルスｍと同位相の鋸歯状波が得られる。５６は反転ア
ンプで、バッファアンプ５４の出力ｓｔが接続されるの
で、反転アンプ５６の出力からは第１７図ｓｔｂに示す
ような、ｓｔを反転した信号が得られる。第１７図ｓｆ
は基準電圧源５３を示す波形で、大きさは鋸歯状波ｓｔ
のピーク値に等しく設定されている。信号合成手段１０
１を構成するスイッチ５７．５８．５９は論理パルス発
生手段２の出力するパルス信号ｐｌ、ｐ２．ｐ３に応じ
てオン・オフ（信号“Ｈ１１でスイッチオン、信号“Ｌ
”でスイッチオフ）するので、バッファアンプ５４．−
５５および反転アンプ５６の出力は信号合成手段１０１
にて合成され、出力端子ｄからは第１７図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１０２．１０３．１０４
゜１０５、１（１６の各出力端子からは、パルス信号（
Ｐ２゜ｐ３．ｐ４）、（ｐ３．ｐ４．ｐ５）、（ｐ４゜
ｐ５．ｐ６）、（ｐ５．ｐ６．ｐｉ）、（ｐ６゜ｐｌ、
ｐ２）に応じて位置信号ｅ、ｆ、ｇ、ｈ。

ｉが出力される。第１７図ｄ　−ｉの信号は回転子２７
の位置信号となり第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、１２．１
３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ｍに変換し、論理パルス発生手段２は
この変換パルスｍを受けて６相のパルス信号ｐｉ−ｐ６
を作成している。この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１７図ｄ　−ｉに示すよ
うな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はその回転子位置信号ｄ　％　ｉに応じて固定
子巻線１１．１２．１３に第４図ｊ、に、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。また、逆起電力検出手段１の変
換パルスｍは、パルス遅延手段３で電気角で３０度だけ
遅延されて遅延パルス２に変換される。６相パルス信号
ｐ１〜ｐ６は、選択信号発生手段６により遅延パルス２
のパルス幅だけ遅延された６相の選択信号ｔｌ−ｔ６に
変換され、逆起電力検出手段ｌに入力される。

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７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１０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１２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。

なお、本発明に係わる逆起電力検出手段１は、第４図に
示すように固定子巻線の中性点電位６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、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、素子の取付は位置調整の煩雑さや配
線数が削減され、大幅にコストが低減される。

さらには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。しかも、固定子巻線の通
電状態から次に検出すべき相の逆起電力のみをパルス信
号列に変換するように選択回路を付加しているので、逆
起電力のゼロクロス点誤検出による相切換えの誤動作も
なく、常に安定した駆動が得られる。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図は従来例における固定子
巻締電力供給手段の各部信号波形図、第４図は本発明の
一実施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５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６図は第５図の
各部信号波形図、第７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８図は
第７図において定常回転した場合の各部信号波形図、第
９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１θ図は第９図において
定常回転した場合の各部信号波形図、第１１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１２図は第ｉｔ図において定常回転
した場合の各部信号波形図、第１３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１４図は本発明の一実施例を構成する論理パ
ルス発生手段と本発明の一実施例を構成する選択信号発
生手段の一実施例の動作を説明する信号波形図、第１５
図は本発明の一実施例を構成する選択信号発生手段の一
実施例を示す回路構成図、第１６図は本発明の一実施例
を構成する位置信号発生手段の一実施例を示す回路構成
図、第１７図は第１６図の動作を説明する信号波形図で
ある。ｌ・・・・・・逆起電力検出手段、２・・・・・・論理
ノ々ルス発生手段、３・・・・・・パルス遅延手段、４
・・・・・・位置信号発生手段、５・・・・・・固定子
巻線電力供給手段、６・・・・・・選択信号発生手段、
ＩＬ　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。代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名第　３２図図／−一進ｇｔ２検出手９２−−１１ハ０ルス兜ｉ手役３−・・ノずルスＩＬＪ７Ｌ′４役４−　征１福号￥生手受５−　固定子息廠電カ槽蛤子役第図第図第図１／第図第図第図、ｄ／第１１図第１２図第１５図第１６図ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）複数相の固定子巻線のそれぞれに発生する逆起電
力を検出し選択信号に応じて１相の逆起電力のみを順次
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その信号列を遅延
して得られる遅延パルスを出力するパルス遅延手段と、
前記逆起電力検出手段のパルス信号列を分周して逆起電
力と同じ周波数の複数相のパルス信号を発生する論理パ
ルス発生手段と、前記パルス遅延手段の遅延パルスが入
力されこの遅延パルスにより前記論理パルス発生手段の
パルス信号を遅延させて得られる選択信号を前記逆起電
力検出手段に出力する選択信号発生手段と、前記論理パ
ルス発生手段の出力信号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
で構成されたことを特徴とする無整流子直流電動機。
（２）パルス遅延手段は、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
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）パルス遅延手段は、逆起電力検出手段の出力する
パルス信号列の周期の整数分の１の時間だけ遅延させた
遅延パルスを出力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）パルス遅延手段は、逆起電力検出手段の出力する
パルス信号列の周期の２分の１の時間だけ遅延させた遅
延パルスを出力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。
（５）パルス遅延手段は、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、転送された計数値から複数の固
定子巻線の選択信号を演算出力する第２のカウント手段
と、前記第１および第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。
（６）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（５）記載の無整流子直流
電動機。
（７）転送手段は第１のカウント手段の計数値の整数分
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（５）記載の無整流子直流
電動機。
（８）転送手段は第１のカウント手段の計数値の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（５）記載の無整流子直流電
動機。
（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（５）記載の無
整流子直流電動機。
（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（５）記載の無整
流子直流電動機。
（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（５）記載の無整流
子直流電動機。
（１２）パルス遅延手段は、逆起電力検出手段の発生す
るパルス列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および第２のアッ
プダウンカウント手段と、前記第１および第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）第１および第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。
（１４）第１および第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。
（１５）第１および第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。
（１６）位置信号発生手段は論理パルス発生手段のパル
ス信号に応じて鋸歯状波を発生する鋸歯状波発生手段と
、論理パルス発生手段のパルス信号に応じて複数相の位
置信号を合成する信号合成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。