JPH0767378A - 無整流子直流電動機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 位置検出素子が不要で、加速駆動、減速駆動
が可能な無整流子直流電動機を提供する。 【構成】 固定子巻線１１，１２，１３に誘起される逆
起電力のゼロクロス点を逆起電力検出回路１で検出し、
その検出信号をもとに位置信号合成手段４により６相の
合成信号を作成する。選択回路６に入力される加減速指
令に応じて６相の合成信号を３相の第１の位置信号と第
２の位置信号に振り分け、それぞれ第１の駆動トランジ
スタ群５ａと第２の駆動トランジスタ群５ｂに入力し、
通電制御する。特に減速駆動状態では、電流の大きさを
制限することにより、逆起電力検出回路の誤動作を防
ぎ、安定な加減速駆動を実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、無整流子直流電動機に
関し、特に固定子巻線に誘起される逆起電力から、固定
子巻線の電流切換えに必要な位置信号を作成するように
した無整流子直流電動機に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、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、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。

【０００３】この種の無整流子直流電動機のうち、固定
子巻線に誘起される逆起電力から永久磁石回転子の回転
位置を検出する方式のものは、従来よりいくつか提案さ
れている。その一例は、永久磁石回転子が回転したこと
により３相の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（電気角で３０度）だけ遅延させる
ことによって６相の位置信号を合成している。そして、
この６相の位置信号によりそれぞれ駆動用トランジスタ
をオン・オフさせることによって、固定子巻線に電流を
通電させ、このような相切換え動作を順次行い、永久磁
石回転子を回転させる（例えば、特開昭６２−２６０５
８６号公報参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな構成では、３相の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て得られた出力信号を、モノマ
ルチで回転子の回転数とは無関係に一定時間だけ遅延さ
せるようにしているため、回転数を変化させた場合には
位置信号の位相が正規の位相（電気角で３０度だけ遅
延）からずれ、電動機を最大効率で運転することができ
ない。また上記のような構成では、電動機に加速トルク
を発生させることはできるが、減速トルクを発生させる
ことができないので、電動機を高速回転から低速回転に
移行させるときには、電動機の回転数が自然に減速する
のを待つ必要があるため、速度切換えを短時間に行うこ
とができない。

【０００５】本発明は上記問題点に鑑み、固定子巻線に
誘起される逆起電力から永久磁石回転子の回転位置を正
確に検出することができ、しかも回転数を任意に変更す
ることが可能な速度応答性に優れた無整流子直流電動機
を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明の無整流子直流電動機は、３相の固定子巻線
に発生する逆起電力に応動した整形信号を得る逆起電力
検出手段と、整形信号に応動した６相のパルスを発生す
る論理パルス発生手段と、傾斜信号を発生する傾斜信号
発生手段と、６相のパルスと傾斜信号とを用いて６相の
合成信号を合成する位置信号合成手段と、加減速指令に
応じて前記６相の合成信号を第１の３相位置信号と第２
の３相位置信号とに振り分ける選択手段と、直流電源の
一端と固定子巻線の電流給電端子の間の電流路を形成し
前記第１の３相位置信号に応動して通電制御の行われる
第１の駆動トランジスタ群と、直流電源の他端と電流給
電端子の間の電流路を形成し前記第２の３相位置信号に
応動して通電制御の行われる第２の駆動トランジスタ群
より構成され、加減速指令に応じて前記第１の３相位置
信号と第２の３相位置信号を切換えるという構成を備え
たものである。

【０００７】

【作用】本発明は上記した構成によって、固定子巻線に
誘起された逆起電力のゼロクロス点を整形して整形信号
に変換する。その整形信号の周期に応じて台形波状の位
置信号を作成しているので、電動機の回転数を変化させ
ても固定子巻線の通電位相が変化することはない。ま
た、選択手段に入力される加減速指令に応じて６相の合
成信号から第１の位置信号と第２の位置信号を選択し、
第１の駆動トランジスタ群と第２の駆動トランジスタ群
の通電制御を行うように構成し、減速時には、固定子巻
線に通電された電流と巻線抵抗による電圧降下分が、そ
の固定子巻線に誘起される逆起電力の大きさより大きく
ならないように固定子巻線に通電される電流を制限する
ように構成しているので、加減速指令に係わらず固定子
巻線に発生する逆起電力のゼロクロス点を正確に検出す
ることができる。その結果、固定子巻線に誘起される逆
起電力から永久磁石回転子の回転位置を誤動作なく検出
することができ、回転数を任意に変更することが可能な
速度応答性に優れた無整流子直流電動機を実現すること
ができる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の無整流子直流電動機の実施例
について、図面を参照しながら説明する。

【０００９】図１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。図１にお
いて、１は逆起電力検出回路で、３相の固定子巻線１
１,１２,１３に誘起される逆起電力Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃと
固定子巻線１１,１２,１３の中性点ｏが入力される。逆
起電力検出回路１は３相の逆起電力Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃの
ゼロクロス点を検出して整形信号ｍに変換する。逆起電
力検出回路１の出力する整形信号ｍは論理パルス発生回
路２と傾斜信号発生回路３に入力される。論理パルス発
生回路２は入力された整形信号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。傾斜信号発生回路３は入力され
た整形信号ｍに応じて傾斜信号ｓｔを発生する。論理パ
ルス発生回路２で発生された６相のパルスは位置信号合
成回路４に入力され、傾斜信号発生回路３の発生する傾
斜信号ｓｔと６相のパルスをもとに６相の台形波状の合
成信号が合成される。位置信号合成回路４で発生された
６相の合成信号は選択回路６に入力され、それぞれ３相
の第１の位置信号と第２の位置信号に振り分けられる。
第１の位置信号と第２の位置信号は電力供給回路５に入
力される。電力供給回路５は第１の位置信号と第２の位
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。

【００１０】以上のように構成された実施例の動作につ
いて詳しく説明する。図２は、本発明の無整流子直流電
動機を構成する電力供給回路５の一実施例を示す回路構
成図である。図２において、２７は永久磁石回転子、１
１,１２,１３は固定子巻線、５ａは第１の駆動トランジ
スタ群、５ｂは第２の駆動トランジスタ群、２０は直流
電源である。第１の駆動トランジスタ群５ａは３個のＰ
ＮＰ型の駆動トランジスタ２１,２２,２３からなり、各
駆動トランジスタ２１,２２,２３はそれぞれ直流電源２
０の正極側端子と固定子卷線１１，１２，１３の電流給
電端子Ａ，Ｂ，Ｃの間の電流路を形成する。また、第２
の駆動トランジスタ群５ｂは３個のＮＰＮ型の駆動トラ
ンジスタ２４,２５,２６からなり、各駆動トランジスタ
２４,２５,２６はそれぞれ直流電源２０の負極側端子と
固定子卷線１１，１２，１３の電流給電端子Ａ，Ｂ，Ｃ
の間の電流路を形成する。

【００１１】駆動トランジスタ２１,２２，２３の各ベ
ースには、選択回路６によって選択された３相の第１の
位置信号ｄ１，ｆ１，ｈ１がそれぞれ供給され、駆動ト
ランジスタ２１，２２，２３の通電を制御する。同様に
駆動トランジスタ２４,２５，２６の各ベースには、選
択回路６によって選択された３相の第２の位置信号ｇ
２，ｉ２，ｅ２がそれぞれ供給され、駆動トランジスタ
２４，２５，２６の通電を制御する。ただし各駆動トラ
ンジスタのベースに加えられる信号の方向はＰＮＰ型ト
ランジスタ２１,２２,２３には電流を引き出す方向に、
ＮＰＮ型トランジスタ２４,２５,２６には電流を流し込
む方向に加えられる。その結果、永久磁石回転子２７は
回転駆動される。この電力供給回路６の一実施例の各部
信号波形については、後で図１２および図１３にて詳細
に説明する。

【００１２】図３は、図１の逆起電力検出回路１の一実
施例の回路構成図で、電動機の定常回転におけるその各
部信号波形図を図４に示す。

【００１３】図３において、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（−）には固定子巻線１
１,１２,１３の中性点ｏ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。３７は、３入力のオア回路で、アンド回路３
４，３５，３６の各出力が入力されてオア信号ｍを出力
する。

【００１４】図３に示す逆起電力検出回路１の動作につ
いて、図４を用いて説明する。定常回転状態において、
固定子巻線１１,１２,１３には図４に示す３相の逆起電
力Ｅａ,Ｅｂ,Ｅｃが誘起される。比較器３１,３２,３３
の入力端子には、それぞれ固定子巻線１１，１２，１３
の両端電圧が入力され、両端電圧がゼロになる時点にお
いて変化する３相の整形信号ｕ，ｖ，ｗを得ている。固
定子巻線の両端電圧は、巻線に流れる電流と巻線抵抗に
よる電圧降下と逆起電力が合成された電圧であるが、逆
起電力のゼロクロス点において巻線に供給される電流は
ゼロなので、３相の整形信号ｕ，ｖ，ｗのエッジは各起
電力Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃのゼロクロス点と一致する。整形
信号ｕ，ｖ，ｗは、アンド回路３４，３５，３６とオア
回路３７によって論理合成され、図４に示す整形信号ｍ
を得ている。整形信号ｍの立ち上がりエッジは各逆起電
力の立ち上がり側のゼロクロス点に対応し、整形信号ｍ
の立ち下がりエッジは各逆起電力の立ち下がり側のゼロ
クロス点に対応している。

【００１５】図５は、本発明の無整流子直流電動機を構
成する論理パルス発生回路２の一実施例の回路構成図
で、その各部信号波形図を図６に示す。

【００１６】図５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の整形信号ｍが入力され、６
つの出力端子には図６に示すｐ１,ｐ２,ｐ３,ｐ４,ｐ
５,ｐ６の６相パルスを出力する。これらのパルスのパ
ルス幅は電気角で６０度である。これらの６相パルスｐ
１，ｐ２，ｐ３，ｐ４，ｐ５，ｐ６は図１に示す位置信
号合成回路４にそれぞれ出力される。

【００１７】以下、傾斜信号発生回路３の動作について
詳しく説明する。図７は傾斜信号発生回路３の一実施例
の回路構成図、図８（ａ）は高速定常回転状態における
各部信号波形図、図８（ｂ）は低速定常回転状態におけ
る各部信号波形図である。

【００１８】図７において、４２は両エッジ微分回路
で、入力された整形信号ｍの両エッジのタイミングで微
分パルスｎを作る。微分パルスｎは立ち下がり微分回路
４３に入力され、微分パルスｎの立ち下がりエッジのタ
イミングで微分パルスｒを作る。４１はカウンタ回路
で、所用ビット数のバイナリーアップカウンタ（例え
ば、５ビットカウンタ）であり、クロックパルス発生回
路４０の出力するクロックパルスｃｐをカウントし、微
分パルスｒによってリセットされる。４４はラッチで、
ラッチ４４のセット端子Ｓにはカウンタ回路４１の最上
位ビットの出力が接続され、リセット端子Ｒには微分パ
ルスｒが入力されている。４５はＤ型フリップフロップ
で、ラッチ４４の出力信号ｑを微分パルスｎのタイミン
グで取り込み、保持信号ｓとして出力する。

【００１９】５０は微分パルスｎに応じて鋸歯状の傾斜
信号を発生するための充放電用コンデンサ、５１，５２
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の定電流源回路で、充電電流の大き
さはそれぞれＩ１，Ｉ２である。そのうち、第２の定電
流源回路５２はスイッチ５３を介して充放電用コンデン
サ５０に接続されている。保持信号ｓはスイッチ回路５
３の開閉動作を行う。すなわち、保持信号ｓが”Ｈ”の
ときはスイッチを開き、保持信号ｓが”Ｌ”のときはス
イッチを閉じる。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スイッチ回路である。微
分パルスｎはスイッチ回路５４の開閉動作を行う。すな
わち、微分パルスｎが”Ｈ”のときはスイッチを閉じ、
微分パルス信号ｎが”Ｌ”のときはスイッチを開く。５
５は入力が充放電用コンデンサ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
信号発生回路３の出力端子となり、傾斜信号ｓｔを出力
する。

【００２０】図７に示す傾斜信号発生回路３の動作につ
いて、まず永久磁石回転子２７が高速定常回転している
ときについて図８（ａ）を参照して説明する。

【００２１】図８（ａ）において、ｍは逆起電力検出回
路１の出力する整形信号で、ｎは両エッジ微分回路４２
により整形信号ｍの両エッジのタイミングで発生された
微分パルスである。ｒは立ち下がり微分回路４３により
微分パルスｎの立ち下がりエッジのタイミングで発生さ
れた微分パルスを示す。カウンタ回路４１は、立ち下が
り微分回路４３が微分パルスｒを出力するまでクロック
パルスｃｐをカウントする。微分パルスｒは逆起電力検
出回路１の出力する整形信号ｍと同じ周期であるから、
カウンタ回路４５の内容は整形信号ｍの周期を計数した
ことになる。

【００２２】図８（ａ）のｐにカウンタ回路４１の内容
をアナログ信号に変えた場合の波形を示す。永久磁石回
転子２７が高速回転している場合には、カウンタ回路４
１の計数値は十分小さく、ラッチ回路４４の各セット端
子Ｓに入力されるカウンタ回路４１の最上位ビットは常
に”Ｌ”の状態であり、ラッチ４４の出力端子Ｑの出力
は”Ｌ”状態にある。したがって、Ｄ−フリップフロッ
プ回路４５の入力端子Ｄにはラッチ４４の出力端子Ｑの
出力”Ｌ”が入力され、クロック端子ＣＫには両エッジ
微分回路４２の出力する微分パルスｎが入力されている
ので、Ｄ−フリップフロップ回路４５の出力する保持信
号はｓは”Ｌ”状態である。したがって、傾斜信号発生
回路３においてスイッチ回路５３は閉じ、充放電用コン
デンサ５０には定電流源回路５１と定電流源回路５２の
合成電流（Ｉ１＋Ｉ２）によって充放電用コンデンサ５
０を充電する。ところが、微分パルスｎが”Ｈ”になる
とスイッチ回路５４が閉じ、コンデンサ５０の電荷を放
電する。コンデンサ５０の端子電圧は、バッファ回路５
７を介して傾斜信号ｓｔとして出力される。その結果、
傾斜信号ｓｔは、図８（ａ）に示すように、整形信号ｍ
の立ち上がり、立ち下がりの各エッジのタイミングから
所定の傾斜で大きくなり、微分パルスｎが”Ｈ”になる
とアース電位になる鋸歯状の傾斜信号になる。

【００２３】永久磁石回転子２７が低速定常回転してい
るときについて、図７に示す傾斜信号発生回路３の動作
を、図８（ｂ）を参照して説明する。

【００２４】永久磁石回転子２７が低速回転している場
合には、逆起電力発生回路１が出力する整形信号ｍのエ
ッジ間隔は高速回転時よりも長くなり、カウンタ回路４
１の計数値は高速時の計数値（図８（ａ）のｐ）よりも
大きくなって、最上位ビットが”Ｌ”状態から”Ｈ”状
態に変わる時間がある。そのため、ラッチ回路４４はセ
ットされ、その出力信号ｑも”Ｈ”に変わる（図８
（ｂ）のｑ）。このときに整形信号ｍのエッジが到来し
て微分パルスｎが発生し、ラッチ回路４４の出力信号ｑ
をＤ−フリップフロップ回路４５で保持するので、Ｄ−
フリップフロップ回路４５の出力する保持信号ｓは”
Ｈ”になる（図８（ｂ）のｓ）。保持信号ｓが”Ｈ”で
あるから、スイッチ回路５６は開く。したがって、コン
デンサ５０の充電電流は定電流源回路５１の電流Ｉ１だ
けになり、第１の傾斜信号ｓｔの時間的な傾斜は緩やか
になる（図８（ｂ）のｓｔ）。なお、図８（ｂ）に示す
ｓｔの破線は、合成電流（Ｉ１＋Ｉ２）によってコンデ
ンサ５０を充電したと仮定した場合の傾斜信号を表して
いる。このようにして、低速定常回転時においては、傾
斜信号ｓｔの時間的な傾斜を緩やかにし、整形信号ｍの
エッジ間隔におけるピーク値を、高速回転時と同じにな
るようにしている。

【００２５】なお、カウンタ回路４１は、オーバーフロ
ー検出時のカウント停止機能を有し、オーバーフローを
検出したときにクロックパルス信号ｃｐのカウント動作
を停止するようにしてある（図示しない）。

【００２６】以下、位置信号合成回路４の動作について
詳しく説明する。図９は位置信号合成回路４の一実施例
の回路構成図で、図１０はその各部信号波形図である。

【００２７】図９において、６０は位置信号合成回路４
の入力端子で、傾斜信号ｓｔが入力される。６３はバッ
ファ回路で、定電圧源６２が接続され、その電圧に応じ
た所定の第１の定電圧信号ｓｆを出力する。６１は反転
バッファ回路で、傾斜信号ｓｔと定電圧信号ｓｆが入力
され、定電圧信号ｓｆを基準にして傾斜信号ｓｔを反転
した反転傾斜信号ｓｄを得ている。また、傾斜信号ｓ
ｔ、定電圧信号ｓｆおよび反転傾斜信号ｓｄの３つの信
号は、各合成回路７１，７２，７３，７４，７５，７６
にそれぞれ入力されている。なお、合成回路７１，７
２，７３，７４，７５，７６はそれぞれ同一の構成であ
るので、合成回路７１の構成だけを示してある。合成回
路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、バッファ回路６３および反転
バッファ回路６１に接続され、スイッチ６４，６５，６
６の他方は共通接続されて抵抗６７に接続されている。
抵抗６７に得られる電圧信号が合成回路７１の出力とな
る。図９において、スイッチ６４，６５，６６は、論理
パルス発生回路２の出力する６相パルスｐ１,ｐ２,ｐ
３,ｐ４,ｐ５,ｐ６ のうち３つのパルス（ｐ１，ｐ２，
ｐ３）の出力に応じてオン，オフされる。そして、合成
回路７１の出力端子からは合成信号ｄが出力される。同
様に合成回路７２，７３、７４，７５，７６にはそれぞ
れ３つのパルス信号（ｐ２、ｐ３、ｐ４）、（ｐ３、ｐ
４、ｐ５）、（ｐ４，ｐ５，ｐ６）、（ｐ５，ｐ６，ｐ
１）、（ｐ６，ｐ１，ｐ２）の出力に応じて３つのスイ
ッチ（図示しない）がオン，オフされ、出力端子からは
合成信号ｅ，ｆ，ｇ，ｈ，ｉが出力される。

【００２８】位置信号合成回路４の動作について、図１
０の各部信号波形図を用いて以下に説明する。図１０に
おいて、ｍは逆起電力検出回路１の出力、ｐ１，ｐ２，
ｐ３，ｐ４，ｐ５，ｐ６は論理パルス発生回路２の出
力、ｓｔは傾斜信号発生回路３の出力する傾斜信号を示
す。傾斜信号ｓｔは反転バッファ回路６１に入力されて
いるので、反転バッファ回路６１の出力からは図１０の
ｓｄに示すような、第１の定電位信号ｓｆを基準にして
ｓｔを反転した信号ｓｄが得られる（ｓｄ＝ｓｆ−ｓ
ｔ）。

【００２９】合成回路７１を構成するスイッチ６４，６
５，６６は論理パルス発生回路２の出力するパルス信号
ｐ１、ｐ２、ｐ３に応じて信号”Ｈ”でスイッチが閉
じ、信号”Ｌ”でスイッチが開くので、入力端子６０，
バッファ回路６３および反転バッファ回路６１の出力は
合成回路７１の出力端子に順次接続され、図１０のｄに
示す台形波状の合成信号が得られる。なお、切換わり時
点において両者信号の電圧は等しく、さらにｐ１，ｐ
２，ｐ３がすべて”Ｌ”の区間になると、スイッチ回路
６４，６５，６６すべてが開き抵抗６７の電位はアース
電位に等しくなる。したがって、抵抗６７には整形信号
ｍの立ち上がりエッジから始まる立ち上がり傾斜部分を
有する台形波状の合成信号ｄが得られる。

【００３０】以下、同様にして合成回路７２、７３、７
４、７５、７６の各出力端子からは、台形波状の合成信
号ｅ，ｆ，ｇ，ｈ，ｉが出力される。したがって、位置
信号合成回路４により整形信号ｍの各エッジから傾斜の
始まる６相の合成信号ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈ，ｉが得られ
る。

【００３１】図１１は選択回路６の一実施例の回路構成
図である。図１１において、９７は６個の切換えスイッ
チで、指令入力端子９８に入力される加減速指令に応じ
てａ側、もしくはｂ側に６個の切換えスイッチを同時に
切換えることができる。９１，９２，９３，９４，９
５，９６は電流変換回路で、入力された電圧信号をそれ
ぞれ電圧値に比例した大きさの電流に変換する。ただ
し、電流変換回路９１，９２，９３の出力は電流吸い込
み型で、入力された電圧値に比例した大きさの電流をそ
れぞれの出力端子ｄ１，ｆ１，ｈ１から吸い込む。電流
変換回路９４，９５，９６の出力は電流吐き出し型で、
入力された電圧値に比例した大きさの電流をそれぞれの
出力端子ｇ２，ｉ２，ｅ２から吐き出す。

【００３２】以上のような信号処理により得られた信号
で電動機を駆動したときの各部波形を図１２および図１
３に示す。

【００３３】図１２は、選択回路６の指令入力端子９８
に加速指令を入力したときの各部波形を示す。選択回路
６の指令入力端子９８に加速指令が入力されたときに
は、６個の切換えスイッチはａ側に切換えられる。入力
された６相の合成信号ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈ，ｉのうち
ｄ，ｆ，ｈが第１の位置信号ｄ１，ｆ１，ｈ１として選
択され、ｇ，ｉ，ｅが第２の位置信号ｇ２，ｉ２，ｅ２
として選択される。したがって、図１２に示すように、
図２の第１の駆動トランジスタ２１，２２，２３の各ベ
ースには、位置信号合成回路６によって作成された台形
波状の３相の第１の位置信号ｄ１（＝ｄ），ｆ１（＝
ｆ），ｈ１（＝ｈ）（吸い込み電流）がそれぞれ供給さ
れ、第１の駆動トランジスタ群の通電を制御する。

【００３４】同様に、図２の第２の駆動トランジスタ２
４，２５，２６の各ベースには、第２の位置信号ｇ２
（＝ｇ），ｉ２（＝ｉ），ｅ２（＝ｅ）（吐き出し電
流）がそれぞれ供給され、第２の駆動トランジスタ群の
通電を制御する。永久磁石回転子２７の回転に伴って、
第１の位置信号ｄ１，ｆ１，ｈ１および第２の位置信号
ｇ２，ｉ２，ｅ２が図１２のように変化し、固定子巻線
１１，１２，１３にはそれぞれ図１２のＩａ，Ｉｂ，Ｉ
ｃに示した台形波状の３相の電流が両方向に供給され
る。図１２において、Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃは固定子巻線１
１，１２，１３に誘起される逆起電力を示す。Ｖａ，Ｖ
ｂ，Ｖｃは固定子巻線１１，１２，１３の電流給電端子
Ａ，Ｂ，Ｃの各端子電圧で、固定子巻線１１，１２，１
３のそれぞれに誘起される逆起電力Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃと
各相に電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃが流れることにより発生し
た巻線抵抗による電圧降下分（電圧波形Ｖａのみ斜線で
示した部分）を加算した波形である。図１２より明らか
なように、選択回路６の指令入力端子９８に加速指令を
入力したとき、３相の固定子巻線に通電される電流Ｉ
ａ，Ｉｂ，Ｉｃは、固定子巻線に誘起される逆起電力Ｅ
ａ，Ｅｂ，Ｅｃとそれぞれ同位相の関係にある。その結
果、永久磁石回転子２７と固定子巻線１１，１２，１３
は加速トルクを発生し、回転駆動される。

【００３５】また、電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃが台形波状に
なるように駆動トランジスタの通電を制御しているの
で、各固定子巻線１１，１２，１３の逆起電力Ｅａ，Ｅ
ｂ，Ｅｃのゼロクロス点においてその固定子巻線に供給
される各電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃはゼロになる。したがっ
て、逆起電力検出回路１により正確な逆起電力のゼロク
ロス点の検出が可能である（図１２ｍ）。

【００３６】図１３は、選択回路６の指令入力端子９８
に減速指令を入力したときの各部波形を示す。

【００３７】選択回路６の指令入力端子９８に減速指令
が入力されたときには、６個の切換えスイッチはｂ側に
切換えられる。入力された６相の合成信号ｄ，ｅ，ｆ，
ｇ，ｈ，ｉのうちｇ，ｉ，ｅが第１の位置信号ｄ１，ｆ
１，ｈ１として選択され、ｄ，ｆ，ｈが第２の位置信号
ｇ２，ｉ２，ｅ２として選択される。したがって、図１
３に示すように、図２の第１の駆動トランジスタ２１，
２２，２３の各ベースには、位置信号合成回路６によっ
て作成された台形波状の３相の第１の位置信号ｄ１（＝
ｇ），ｆ１（＝ｉ），ｈ１（＝ｅ）（吸い込み電流）が
それぞれ供給され、第１の駆動トランジスタ群の通電を
制御する。

【００３８】同様に、図２の第２の駆動トランジスタ２
４，２５，２６の各ベースには、第２の位置信号ｇ２
（＝ｄ），ｉ２（＝ｆ），ｅ２（＝ｈ）（吐き出し電
流）がそれぞれ供給され、第２の駆動トランジスタ群の
通電を制御する。永久磁石回転子２７の回転に伴って、
第１の位置信号ｄ１，ｆ１，ｈ１および第２の位置信号
ｇ２，ｉ２，ｅ２が図１３のように変化し、固定子巻線
１１，１２，１３にはそれぞれ図１３に示した台形波状
の３相の電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃが両方向に供給される。
図１３において、Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃは固定子巻線１１，
１２，１３に誘起される逆起電力を示す。Ｖａ，Ｖｂ，
Ｖｃは固定子巻線１１，１２，１３の電流給電端子Ａ，
Ｂ，Ｃの各端子電圧を示し、固定子巻線１１，１２，１
３のそれぞれに誘起される逆起電力Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃか
ら各相に電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃが流れることにより発生
した巻線抵抗による電圧降下分（電圧波形Ｖａのみ斜線
で示した部分）を引き算した波形である。ただし、選択
回路６の指令入力端子９８に減速指令が入力されたとき
には、固定子巻線に通電される電流によって巻線抵抗に
発生する電圧降下分が固定子巻線に発生する逆起電力の
大きさより大きくならないように図１１の電流変換回路
９１，９２，９３，９４，９５，９６の出力電流を制限
するように構成されている（図示しない）。

【００３９】図１３より明らかなように、選択回路６の
指令入力端子９８に減速指令を入力したとき、３相の固
定子巻線に通電される電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃは、固定子
巻線に誘起される逆起電力Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃとそれぞれ
逆位相の関係にある。

【００４０】その結果、永久磁石回転子２７と固定子巻
線１１，１２，１３は減速トルクを発生する。また固定
子巻線１１，１２，１３に誘起される逆起電力Ｅａ，Ｅ
ｂ，Ｅｃのゼロクロス点において、固定子巻線に通電さ
れる各電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃはゼロになるため、減速ト
ルクを発生している場合にも逆起電力検出回路１は正確
な逆起電力のゼロクロス点の検出が可能である）。

【００４１】図１４は、選択回路６の指令入力端子９８
に減速指令を入力するが、図１３の場合とは異なり、固
定子巻線に通電される電流を制限することなく十分大き
くしたときの各部波形を示したものである。固定子巻線
に通電される電流を制限することなく十分大きくする
と、巻線抵抗に発生する電圧降下分が固定子巻線に発生
する逆起電力よりも大きくなるため、図１４のＶａ，Ｖ
ｂ，Ｖｃに示すように、固定子巻線１１，１２，１３の
電流給電端子Ａ，Ｂ，Ｃの各端子電圧は、固定子巻線１
１，１２，１３のそれぞれに誘起される逆起電力Ｅａ，
Ｅｂ，Ｅｃのゼロクロス点以外にもゼロクロス点を発生
する。したがって、固定子巻線に通電される電流を制限
せずに減速トルクを発生させる場合には、逆起電力検出
回路１は逆起電力のゼロクロス点だけでなくそれ以外の
ゼロクロス点も検出するため、固定子巻線に誘起される
逆起電力のゼロクロス点に各エッジが一致した整形信号
ｍを作成することができない（図１４のｍ）。その結
果、位置信号合成回路２は永久磁石回転子２７の回転に
応じた位置信号を作成することができず、永久磁石回転
子２７と固定子巻線１１，１２，１３は減速トルクを安
定に発生することができない。

【００４２】図１から図１３に示した本発明の実施例の
全体的な動作を説明する。逆起電力検出回路１は、固定
子巻線１１，１２，１３の両端電圧を整形することによ
り、巻線１１，１２，１３に誘起される逆起電力Ｅａ，
Ｅｂ，Ｅｃに応動した３相の整形信号ｕ，ｖ，ｗを得
て、整形信号の各エッジに対応して変化する整形信号ｍ
を作成する。論理パルス発生回路２は、整形信号ｍの各
エッジにおいてシフトする６相の論理パルスｐ１，ｐ
２，ｐ３，ｐ４，ｐ５，ｐ６を作成する。波形発生回路
３は、整形信号ｍの両エッジから傾斜を始める傾斜信号
ｓｔを作成する。位置信号合成回路４は、論理パルスｐ
１，ｐ２，ｐ３，ｐ４，ｐ５，ｐ６と、傾斜信号ｓｔよ
り整形信号ｍの両エッジから始まる立ち上がり傾斜部分
および立ち下がり傾斜部分を有する台形波状の６相の合
成信号を作成する。

【００４３】選択回路６は、指令入力端子９８に入力さ
れる加減速指令に応じて、６相の合成信号より３相の第
１の位置信号ｄ１，ｆ１，ｈ１と、３相の第２の位置信
号ｇ２，ｉ２，ｅ２とに振り分けて、それぞれ電力供給
回路５の第１の駆動トランジスタ群５ａと第２の駆動ト
ランジスタ群５ｂに出力する。電力供給回路５の第１の
駆動トランジスタ群５ａは第１の位置信号によって通電
を制御され、第２の駆動トランジスタ群５ｂは第２の位
置信号によって通電を制御される。したがって、第１の
駆動トランジスタ群５ａと第２の駆動トランジスタ群５
ｂによって、固定子巻線１１，１２，１３には台形波状
の３相の両方向の電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃが供給される。
選択回路６の指令入力端子９８に加速指令が入力される
加速駆動状態では、固定子巻線１１，１２，１３の逆起
電力Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃと電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃとは同位
相となるように第１の位置信号と第２の位置信号とが選
択される。

【００４４】一方、選択回路６の入力端子９８に減速指
令が入力される減速駆動状態では、固定子巻線１１，１
２，１３の逆起電力Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃと電流Ｉａ，Ｉ
ｂ，Ｉｃとが逆位相となるように第１の位置信号と第２
の位置信号とが選択される。また減速駆動状態では、固
定子巻線に通電される電流は、巻線抵抗に発生する電圧
降下分が固定子巻線に発生する逆起電力の大きさより大
きくならないように電流を制限することにより、逆起電
力検出回路が固定子巻線に誘起される逆起電力のゼロク
ロス点を誤検出することを避けることができ、安定な加
減速駆動を実現できる。

【００４５】なお、本実施例に係わる傾斜信号発生回路
３では、整形信号ｍの周期に応じて傾斜信号の時間的な
傾斜を２段階に切換えるように構成したが、２段階に限
らずそれ以上に増やしてもよいし、整形信号の周期に応
じて傾斜信号の時間的な傾斜を連続的に変化するように
構成してもよいことは言うまでもない。

【００４６】また、本実施例では３相のモータについて
説明したが、相数は３相に限らず何相にでも応用できる
ことは言うまでもない。

【００４７】

【発明の効果】以上のように本発明は、位置検出素子が
全く不要な無整流子直流電動機を実現している。また加
減速指令を入力することにより、第１の駆動トランジス
タ群と第２の駆動トランジスタ群の各ベースに入力され
る位置信号を容易に変更することができるため、回転子
に加速トルクまたは減速トルクを自由に発生させること
ができ、電動機を高速回転から低速回転に移行させると
きにも電動機が自然に減速するのを待つ必要がなく、速
度切換えを短時間に行うことができる。

【００４８】また位置信号は、滑らかな立ち上がり傾斜
および立ち下がり傾斜を有する台形波状にされているの
で電流も非常に滑らかな台形波状になり、固定子巻線の
電流の切り換えも滑らかであり、振動や騒音の著しく小
さな電動機を実現できる。

【００４９】さらに、整形信号の周期ｍに応じて傾斜信
号発生手段の傾斜信号の傾斜を変えるようにすることに
より、回転数を変化させた場合でも、上述の滑らかな台
形波状の位置信号を簡単に得ることができ、本発明の構
成では固定子巻線に誘起される逆起電力から永久磁石回
転子の回転位置を正確に検出することができるため、回
転数を任意に変更でき、速度応答性に優れた無整流子直
流電動機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】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

【図２】本発明に係わる電力供給回路の回路構成図

【図３】本発明に係わる逆起電力検出回路の回路構成図

【図４】図３に示す逆起電力検出回路の各部信号波形図

【図５】本発明に係わる論理パルス発生回路の回路構成
図

【図６】図５に示す論理パルス発生回路の各部信号波形
図

【図７】本発明に係わる傾斜信号発生回路の回路構成図

【図８】図７に示す傾斜信号発生回路の各部信号波形図

【図９】本発明に係わる位置信号合成回路の回路構成図

【図１０】図９に示す位置信号合成回路の各部信号波形
図

【図１１】本発明に係わる選択回路の回路構成図

【図１２】本発明の無整流子直流電動機の加速駆動状態
における各部信号波形図

【図１３】本発明の無整流子直流電動機の減速駆動状態
における各部信号波形図

【図１４】電動機の減速駆動状態において、電流制限を
行わないときの各部信号波形図

【符号の説明】

１ 逆起電力検出回路 ２ 論理パルス発生回路 ３ 傾斜信号発生回路 ４ 位置信号合成回路 ５ 電力供給回路 ５ａ 第１の駆動トランジスタ群 ５ｂ 第２の駆動トランジスタ群 ６ 選択回路 １１,１２,１３ 固定子巻線

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】３相の固定子巻線と、前記固定子巻線に発
   生する逆起電力に応動した整形信号を得る逆起電力検出
   手段と、前記整形信号に応動した６相のパルスを発生す
   る論理パルス発生手段と、前記整形信号に応動した傾斜
   信号を発生する傾斜信号発生手段と、前記６相のパルス
   と前記傾斜信号とを用いて６相の合成信号を合成する位
   置信号合成手段と、加減速指令に応じて前記６相の合成
   信号を３相の第１の位置信号と３相の第２の位置信号に
   振り分ける選択手段と、直流電源の一端と前記固定子巻
   線の電流給電端子の間の電流路を形成し前記第１の位置
   信号に応動して通電制御の行われる第１の駆動トランジ
   スタ群と、前記直流電源の他端と前記電流給電端子の間
   の電流路を形成し前記第２の位置信号に応動して通電制
   御の行われる第２の駆動トランジスタ群とより成ること
   を特徴とする無整流子直流電動機。
2. 【請求項２】減速トルクを発生させるときは、固定子巻
   線に通電される電流と巻線抵抗により発生する電圧降下
   分が固定子巻線に発生する逆起電力の大きさより大きく
   ならないように、固定子巻線に通電される電流を制限し
   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】減速トルクを発生させるときは、固定子巻
   線に通電される電流を加速時の電流よりも少なくなるよ
   うし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】傾斜信号発生手段は、逆起電力検出手段の
   整形信号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。