JPH0642795B2 - 無整流子電動機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ファン等の駆動用に使用され、巻線に誘起さ
れる逆起電力を利用して回転子の位置を検出する無整流
子電動機に関するものである。

従来の技術 従来この種の無整流子電動機は第７図および第８図に示
すような構成であった。図において１〜６はスイッチン
グ素子であり、それらの出力端が３相ブリッジ接続さ
れ、中性点非接地スター結線された３相の固定子巻線７
〜１２に接続されている。１３は４極に着磁された磁極
をもつ回転子である。回転子１３の固定子巻線７〜１２
に対する相対的な位置を、所定の回転数にてその位相遅
れが である一次フィルター回路４２〜４４の各出力を相互に
比較する比較器４５〜４７にて検出し、この比較器４５
〜４７の出力状態に応じて、制御手段４８がスイッチン
グ素子１〜６にゲート信号を出力し、所定の固定子巻線
相に対する通電を制御し回転子１３を回転させている。
第８図は固定子巻線端子電圧Ｖ_１と比較器４５の出力の
関係を示した図であり、図におけるＡは所定の回転数に
て一次フィルター回路４２の位相が 遅れた場合であり、出力が変化する電気角 の時点で固定子巻線通電相を切換えており、正確な回転
子位置検出ができている。ＢはＡに対して回転数が低く
なった場合であり、一次フィルター回路４２の位相遅れ
が より図における電気角Ｑ_１だけ小さくなるため、Ａより
早い状態で比較器４５の出力が変化し、固定子巻線通電
相の切換えタイミングもＡの正確な状態に対して早くな
っている。またＣはＡに対して回転数が高くなった場合
であり、一次フィルター回路４２の位相遅れが より図における電気角Ｑ_２だけ大きくなるため、Ａより
遅れた状態で比較器４５の出力が変化し、固定子巻線通
電相の切換えタイミングもＡの正確な状態に対して遅れ
ている。

発明が解決しようとする問題点 このような従来の構成では、所定の回転数にて一次フィ
ルターの位相遅れ角度を としているため、所定の回転数以外の回転状態では一次
フィルターの位相遅れ角度が変化するため、固定子巻線
に対する通電切換タイミングがずれることになり、電動
機の効率低下や騒音発生の原因となったり、運転不能状
態となる問題があった。

本発明はこのような問題点を解決するもので、回転数に
かかわりなく、騒音発生や効率低下の少ない状態で運転
できる無整流子電動機を提供することを目的とするもの
である。

問題点を解決するための手段 この問題点を解決するために本発明は、中性点非接地ス
ター結線された３相の固定子巻線の中性点でない各相端
子に接続され、定数切換可能なフィルター回路と、回転
子の回転数を検出する回転数検出手段と、前記回転子の
回転数に応じて前記フィルター回路の定数を切り換える
切換手段と、前記フィルター回路の各出力を相互に比較
して前記回転子の位置を検出する比較器と、この比較器
の出力に応じて前記３相の固定子巻線の所定の相に通電
する制御手段を設けたものである。

作用 この構成により、回転子回転数が変化しても、回転数検
出手段によって回転数を検出し、回転数に応じてフィル
ター回路の定数を切換え、フィルター回路の位相遅れガ
一定となるよう調整するため、回転数にかかわりなく、
比較器による正確な回転子の位置検出が可能となり、騒
音発生や効率低下の少ない状態での無整流子電動機の運
転が可能となる。

実施例 以下本発明の一実施例について第１図〜第６図にもとづ
き説明する。図において１８〜２０は巻線スイッチング
ノイズを低減させるフィルター回路で、抵抗とコンデン
サより構成され、切換手段１５〜１７によって定数切換
可能であり、定数が変化するとともに位相遅れ角度も変
化する。１４は回転子の回転数を検出する回転数検出手
段で、切換手段１５〜１７は回転数検出手段１４が検出
した回転数に応じてフィルター回路１８〜２０の定数を
切り換える。２１〜２３は比較器で、比較器２１は固定
子巻線端子電圧Ｖ_１とＶ_２の一次フィルター回路１８と
１９通過後の出力電圧，比較器２２は同様にＶ_２とＶ_３
の一次フィルター回路１９と２０通過後の出力電圧，比
較器２３も同様にＶ_３とＶ_１の一次フィルター回路２０
と１８通過後の出力電圧を比較して、回転子１３の位置
検出情報を出力している。制御手段２４は比較器２１〜
２３の出力状態をもとに回転子１３の位置を判定し、通
電すべき固定子巻線相を決定し、導通させるスイッチン
グ素子のゲート信号を出力している。第２図は一次フィ
ルター回路１８〜２０の位相遅れ角が1/3πのときの、
正確な回転子１３の位置検出が行なわれている状態で
の、固定子巻線７〜１２の各相の端子電圧（図における
破線で示された台形波状の電圧）Ｖ_１〜Ｖ_３と、その一
次フィルター回路１８〜２０を通過後の出力電圧（図に
おける実線で示された三角波状の電圧）の関係、および
比較器２１〜２３の出力電圧とスイッチング素子１〜６
の導通状態の関係を示した図である。スイッチング素子
は図におけるＯＮ部分が導通区間を示しており、電気角 ごとに導通状態を変化させ通電相を切換えている。第３
図は切換手段１５〜１７および一次フィルター回路１８
〜２０の概略構成図であり、切換手段１５〜１７は回転
数によってＯＮ，ＯＦＦ制御可能なスイッチＳ_１および
Ｓ_２から構成されている。また、一次フィルター回路１
８〜２０は、３個の抵抗Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３とコンデンサ
Ｃから構成されており、スイッチＳ_１とＳ_２のＯＮおよ
びＯＦＦによって全体の抵抗値を変化させることによっ
て、回路定数を３種類切換え、位相遅れ角度を変化させ
ている。第４図は第３図の構成において、Ｒ_１＝2.0
（ＫΩ），Ｒ_２＝1.4（ＫΩ），Ｒ_３＝6.9（ＫΩ），Ｃ
＝1.0（μＦ）として、一次フィルター回路の３種類の
定数についてそれぞれ通電相切換えタイミングの進み角
度を演算した図である。

図において、一次フィルター回路１８〜２０の位相遅れ
角度は ＝tan^-1ωCR（ω：２πｆ，ｆ：入力信号周波数）で
計算され、この位相遅れ角度がちょうど であれば、第２図に示すように比較的２１〜２３の出力
状態変化タイミングとスイッチング素子の導通状態変化
タイミング、つまり通電相切換えタイミングが一致する
ため、比較器の出力状態に応じて通電相を切換えていけ
ば、良好な運転が可能となる。しかしながら、一次フィ
ルター回路の位相遅れ角度は、その回路定数が一定であ
れば入力信号の周波数，本実施例では固定子巻線７〜１
２の各相端子電圧Ｖ_１〜Ｖ_３の周波数、つまり回転子の
回転数によって変化するため、回転数によって一次フィ
ルター回路の定数を第３図に示すように、回路の抵抗値
を切換えて変更している。実際に第４図に示すような抵
抗値とコンデンサ容量で、回転子の回転数が1200rpm,10
00rpm,800rpmのときの通電相切換えタイミングの進み角
度を演算すると第４図のようになる。スイッチＳ_１およ
びＳ_２を利用して一次フィルタ回路の定数を変更した場
合は、通電相切換えタイミングのずれが−４〜６度であ
るのに対して、定数変更しない場合は−９〜１１度であ
り大きくずれていることがわかる。そのため回転子の回
転数を検出し、1000rpmでスイッチＳ_１をＯＮとし、８
００rpmでスイッチＳ_２をＯＮとすれば通電切換タイミ
ングのずれの少ない運転が可能となる。

第５図に要部の具体的な回路の一例を示す。フィルター
回路１８は抵抗２６〜２８とコンデンサー２９，フィル
ター回路１９は抵抗２６′〜２８′とコンデンサー２
９′，フィルター回路２０は抵抗２６″〜２８″とコン
デンサー２９″から構成されている。切換え手段１５〜
１７は、スイッチング素子３０〜３０″，３１〜３１″
と３２，３３およびマイクロコンピュータ２５から構成
されている。また制御手段２４と回転数検出手段１４は
マイクロコンピュータ２５および周辺回路から構成され
ている。マイクロコンピュータ２５によって検出した回
転子の回転数が低い場合、マイクロコンピュータ２５は
スイッチング素子３２および３３に対するゲート信号を
出力しないため、スイッチング素子３２，３３および３
０〜３０″，３１〜３１″は非導通の状態であり、第３
図におけるスイッチＳ_１およびＳ_２がＯＦＦの状態に対
応する。次に回転子回転数が高くなり８００rpm以上と
なると、その回転数を検出したマイクロコンピュータ２
５は、スイッチング素子３２を導通させるためのゲート
信号を出力する。スイッチング素子３２が導通すると、
同時にスイッチング素子３０〜３０″も導通状態とな
り、抵抗２６〜２６″の両端が短絡され、フィルター回
路の抵抗はそれぞれ２個の抵抗２７と２８，２７′と２
８′，２７″と２８″から構成された状態となる。これ
は第３図におけるスイッチＳ_１がＯＮ，Ｓ_２がＯＦＦの
状態に対応する。次にさらに回転数が高くなり、1000rp
m以上となると、マイクロコンピュータ２５はスイッチ
ング素子３３を導通させるためのゲート信号を出力す
る。スイッチング素子３３が導通すると、同時にスイッ
チング素子３１〜３１″も導通状態となり、抵抗２６と
２７，２６′と２７′および２６″と２７″の両端が短
絡され、フィルター回路の抵抗はそれぞれ１個の抵抗２
８，２８′，２８″から構成された状態となる。これは
第３図におけるスイッチＳ_１およびＳ_２がＯＮの状態に
対応する。このように回転数によってフィルタ回路の抵
抗値が変化し、フィルター回路の定数を切換えることが
可能となる。その他の部分は第１図と同様であり、比較
器２１〜２３の出力が直接マイクロコンピュータ２５に
入力され、マイクロコンピュータ２５は、比較器２１〜
２３の出力状態を判断して、スイッチング素子１〜６へ
のゲート信号を出力し、固定子巻線７〜１２に対する通
電を制御している。

次に上記のように構成した無整流子電動機の動作を第６
図のフローチャートを用いて説明する。電動機の電源を
投入するとマイクロコンピュータ２５のＲＯＭに記憶さ
れた第６図のフローチャートに示すプログラムの手順に
したがって電動機が回転する。まずステップ３４でゲー
ト信号を出力して回転子１３を回転させる。その後ただ
ちにステップ３５で比較器２１〜２３の出力信号の取り
込みを開始するとともに、ステップ３６で回転子回転数
を検出するため、比較器２１〜２３の出力状態が変化す
るまでの時間ｔの測定を始める。時間ｔは回転数に比例
するため、時間ｔの測定によって回転数の検出が可能と
なる。次にステップ３７で比較器２１〜２３の出力状態
の観察を続け、信号が変化すれば、ステップ３８で時間
ｔの測定を終了したのちステップ３９で時間ｔの大きさ
を判断する。時間ｔが小さければ回転数が高いため、ス
テップ４０でフィルター回路の定数を切り換えるための
スイッチング素子３２もしくは３３のゲート信号を出力
する。その後ステップ３７での比較器２１〜２３の変化
後の出力状態からステップ４１で固定子巻線の通電相を
決定する。回転数が低く時間ｔが大きい場合は、ステッ
プ３９の後ただちにステップ４１を実行する。次に再び
ステップ３４でステップ４１で決定された通電相に応じ
たゲート信号を出力し回転子１３の回転を続行させる。
以後はこの繰り返して運転が続行される。比較器２１〜
２３の出力状態に応じてどの固定子巻線相を通電させる
かは、あらかじめマイクロコンピュータ２５のＲＯＭに
記憶されており、本実施例では比較器２１〜２３の出力
状態の６種類の変化に対応して、６種類の通電パターン
が記憶されている。

なお本実施例では、フィルター回路の定数を３種類切り
換えているが、３種類である必要はなく、必要に応じて
決定すればよい。

以上のように本実施例によれば、回転子回転数に応じて
フィルター回路の抵抗値を変更し、フィルター回路定数
を切換えているので、回転数が変化しても、通電切換タ
イミングのずれの少ない無整流子電動機の運転が可能と
なる。

発明の効果 以上のように本発明によれば、回転数検出手段が電動機
の回転数を検出し、その検出した回転数に応じて切換手
段がフィルター回路の定数を切り換えるため、回転数が
変化しても、通電切換タイミングのずれの少ない運転が
可能となり、効率低下や騒音発生の少ない無整流子電動
機を構成することが可能となる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例における無整流子電動機の概
略構成図、第２図は同巻線端子電圧とフィルター回路の
出力電圧と比較器の出力電圧およびスイッチング素子の
導通状態を示す説明図、第３図は同フィルター回路と切
換え手段の概略構成図、第４図は第３図の回路を具体的
に運転した場合の通電相切換え進み角度を示した図、第
５図は同要部回路図、第６図は同運転のプログラムの一
例を示すフローチャート、第７図は従来の無整流子電動
機の概略構成図、第８図は同端子電圧と比較的の出力電
圧の関係を示した説明図である。 ７，８，９，１０，１１，１２……固定子巻線、１３…
…回転子、１４……回転数検出手段、１５，１６，１７
……切換え手段、１８，１９，２０……フィルター回
路、２１，２２，２３……比較器、２４……制御手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中性点非接地スター結線された３相の固定
   子巻線の中性点でない各相端子に接続され、定数切換可
   能なフィルター回路と、回転子の回転数を検出する回転
   数検出手段と、前記回転子の回転数に応じて前記フィル
   ター回路の定数を切換える切換手段と、前記フィルター
   回路の各出力を相互に比較して前記回転子の位置を検出
   する比較器と、この比較器の出力に応じて前記３相の固
   定子巻線の所定の相に通電する制御手段を備えた無整流
   子電動機。