JPH0467795A - 無整流子直流電動機 - Google Patents

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、高信転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Ｇこ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、機器の小型化に伴し）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しすに供給
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Ｇこ供給する、
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、ＩＬ　１２１
３は固定子巻線、２Ｌ　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ＩＬ　１２．１３に電流
を供給する。そのうち、２１２２．２３はＰＮＰ　）ラ
ンジスタ、２４．２５．２６はＮＰＮ　）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
２１．２２．２３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。まず、トランジスタ２Ｌ　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ＩＬ
　１２．１３には第３図ｊ、に、１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ＩＬ　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（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３！Ａ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
る電流が象、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、逆起電力検出手段のパルス信号列に応じて傾
斜波形を発生する傾斜波形発生手段と、論理パルス発生
手段のパルス信号と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、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、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１１．１２．１
３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ｌ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ＬＬ　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。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に人力され、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ＩＬ
　１２．１３に誘起される逆起電力波形である。

同図ｄ〜工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図にで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２１．２６．２２．２４．２３２５
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２
１．２２．２３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。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１１．１２．１
３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図に示す本発明に係る逆起電力検出手段ｌ
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ＩＬ　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。３１．３２．３．３は比較
回路で、その入力端子（＋）には固定子巻線１１１２、
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３Ｌ　
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人力のオア回路で、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
。イクスクルーシプオア回路３９の出力は逆起電力検出
手段ｌ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１
１１２、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ＩＬ　１２．１３の中
性点る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３１．３２．３
３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３
１．３２．３３の各出力端子には第６図ｕ、ｖ、ｗに示
すような逆起電力ａｂ、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、立ち下がりエツジの位相が一致したパルス
ｍが出力される。第６図ｍはオア回路３０の出力パルス
ｍを両エツ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、
　　ｂＣ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のセント端子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
４４０セツト端子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はリセットバフレス発
生手段で逆起電力検出手段１の出力するパルスｎが人力
され、カウント手段４１にその計数値をリセットするリ
セ、２トバルス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
プで入力端子りには第１．第２のラッチ４３゜４４の出
力端子Ｑが接続され、クロンク端子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は逆起電力発生手段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ＩＩ、１２．１３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５
６．５７は第１．第２のＤ型フリップフロップ４５．４
６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およびバンファアンブ５５が（頃斜
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
ゼロクロス点を示し、パルスｎの間隔は電気角で６０度
６こ相当する。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。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
起電力発生手段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で
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（、第１．第２のラッチ
４３．４４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
ランチ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
プフロンプ４５．４６の各入力端子りには第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ｌ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　Ｉ＋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（１
１＋Ｉ２＋Ｉ３）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・ノド用スイッチ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ＳＬ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１頃斜波形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の計数値は高速時の
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“Ｈ”状態、第２のランチ
４４のセット端子Ｓに人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ｑｌ、　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
各入力端子りには第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Ｉ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３１．　、Ｓ２に示すようムこそれぞれ“Ｈパおよび
“′Ｌ゛状態となる。

したがって、スイッチ５６はオン状態、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１、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（１１＋１３）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５
０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（１１＋１２＋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し傾斜波形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ｌ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“Ｈ１１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”　Ｈ”状
態にある。その様子を第８図（Ｃ）のｑｌ、　ｑ２に示
す。したがって、第１、第２のＤ型フリップフロップ４
５．４６の各入力端子りには第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型フリンブフロン
プ４５．４６の出力端子Ｑの各出力は第８図（Ｃ）のｓ
ｌ、　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Ｓｔｂこ示す。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（Ｉ　１＋Ｉ２−１１３）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し大きさにすること
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９ｏ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
成のみを示しである。

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１／２ｃ
ｋ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、１／２ｃｋ１
／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ｓｌ、ｓ２により切り換えられる。８
３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ｌ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１頃斜波形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ｓＬ　ｓ２は両
方とも“′Ｌ”状態である。Ｓｌ、　５２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ｓｌが′Ｈ”状態、ｓ２がＩ
ＩＬ”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ｓｌ、　ｓ２とも
に“Ｈ”状態であり、データセレクタ８２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ｃ　ｋ、　１／２ｃ　ｋ、　
１／４ｃ　ｋ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ｐＬ　ｐ２．　ｐ３ｐ４＋
　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図ムこおいて、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７Ｌ　７２．７３．７４
．７５．７６に接続されている。なお、信号合成手段７
Ｌ　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の構成だけを示しであ
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信号合成手段７１
の出力端子になっている。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ｐＬ　
ｐ２．　ｐ３．　ｐ４．’Ｐ５゜ｐ６のうち３つのパル
ス信号（ｐＬ　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７２．７３．７
４；　７５．７６にはそれぞれ３つのパルス信号（ｐ２
．　ｐ３．　ｐ４）、（ｐ３．　ｐ４．　ｐ５）、（ｐ
４．　ｐ５．　ｐ６）　、（ｐ５．　ｐ６．　ｐｉ）、
（ｐ６．　ｐｉ、　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、ｐ
１〜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ｐ
Ｌ　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の出力端子に順次接続され第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．ρ３．
　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１３図ｄ−ｉの信号は永久磁石回転
子２７０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ＩＬ　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ｓ
ｔ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〜１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〜ｊに応じて固定子巻線ＩＬ　
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。

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か、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かＹ結線された３相の電動機に
限ったが、相数は３相に限らす両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１頃斜波形発生手段３の実施例では、
逆起電力検出手段ｌの出力するパルスｎの周期を計数し
てその周期に応して１頃斜波形の時間的な１頃斜角度を
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、素子の取付は位置調整の煩雑さ
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
１１ｆｆｉ（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、１１１２、１３・・・・・・固定子
巻線。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名ト Ｓす 箪 図 第 図 第 図 第 図 」 第 図 第 図 ＣＣ） 第 図 第 図 第１０図 第１２図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （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、前記逆起電力検出手段のパルス
   信号列を分周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、前記逆起電力検出手段のパルス信号列
   に応じて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
   されたことを特徴とする無整流子直流電動機。
2. （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を計数し、計数した周期に応じて
   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. （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. （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。