JPH11252983A - 多相電動機の整流方法および整流回路装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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とこの制御方
法を提供すること。 【解決手段】 電源電圧ないしは該電圧に相当する直流
電圧（Ｕ０）と、基準電圧と、三角波形ランプ電圧（Ｕ
ｒ）を供給し、該３つの電圧をスイッチング手段（４，
５，６）に送出し、制御器Ｐによって、該スイッチング
手段（４，５，６）を制御し、該スイッチング手段は前
記電圧（Ｕ０，Ｕｒ）と前記基準電圧との間を周期的に
切り換えることによって、周期的な台形波形制御信号
（ｃ，ｄ，ｅ）を形成し、該周期的台形波形制御信号
（ｃ，ｄ，ｅ）は、前記電動機の相応の巻線区分（１，
２，３）を駆動する整流方法およびこの方法を実施する
回路装置とを構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多相電動機の整流
方法およびそのための制御器を有する回路装置に関す
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、Ｏ
Ｒ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】上記課題は本発明によ
り、電源電圧ないしは該電圧に相当する直流電圧と、基
準電圧と、三角波形ランプ電圧とを設け、該３つの電圧
をスイッチング手段に接続し、制御器Ｐによって、該ス
イッチング手段を制御し、前記２つの電圧と前記基準電
圧との間で周期的に切り換えることによって、周期的な
台形波形制御信号を形成し、該周期的台形波形制御信号
によって、前記電動機の相応の巻線区分（１，２，３）
を駆動する整流方法とこれを実施するための回路装置と
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１１，１２，１
３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

フロントページの続き (72)発明者 ギュンター グライム ドイツ連邦共和国 フイリンゲン−シユヴ エニンゲン オーバーラー ゾネンビュー ル 22

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多相電動機の整流方法において、 電源電圧ないしは該電圧に相当する直流電圧（Ｕ０）
   と、基準電位と、三角波形ランプ電圧（Ｕｒ）を供給
   し、 該３つの電圧をスイッチング手段（４，５，６）に送出
   し、 制御器Ｐによって該スイッチング手段（４，５，６）を
   制御し、 該スイッチング手段（４，５，６）は、前記の２つの電
   圧（Ｕ０，Ｕｒ）と前記基準電位との間で周期的に切り
   換えることによって、周期的な台形波形制御信号（ｃ，
   ｄ，ｅ）を形成し、 該周期的台形波形制御信号（ｃ，ｄ，ｅ）は、前記電動
   機の相応の巻線区分（１，２，３）を駆動することを特
   徴とする整流方法。
2. 【請求項２】 前記スイッチング手段（４，５，６）
   を、それぞれの巻線区分（１，２，３）の出力増幅器
   （１１，１２，１３）の前段に配置する請求項１に記載
   の整流方法。
3. 【請求項３】 前記三角波形ランプ電圧（Ｕｒ）を、相
   互に異なる極性を有する２つの電流源ないしは電圧源
   （８，９）の出力電流ないしは出力電流からそれぞれ生
   成し、 前記三角波形ランプ電圧（Ｕｒ）の振幅は、前記電源電
   圧ないしは該電圧に相当する信号（Ｕ０）の大きさにそ
   れぞれ相応する請求項２に記載の整流方法。
4. 【請求項４】 前記三角波形ランプ電圧（Ｕｒ）を、前
   記制御器（Ｐ）によって階段波形電圧を発生させること
   によりデジタル的に生成する請求項２に記載の整流方
   法。
5. 【請求項５】 制御器（Ｐ）を備えた多相電動機（１
   ０）の整流回路装置において、 スイッチング手段（４，５，６）が含まれており、 該スイッチング手段を使用することによって、周期的台
   形波形制御信号（ｃ，ｄ，ｅ）が、電源電圧ないしは該
   電圧に相当する信号（Ｕ０）と、基準電圧と、三角波形
   ランプ電圧（Ｕｒ）とから生成され、 前記周期的台形波形制御信号は、相応する巻線区分
   （１，２，３）を駆動するように構成されていることを
   特徴とする整流回路装置。
6. 【請求項６】 前記スイッチング手段（４，５，６）
   は、それぞれの巻線区分（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５
   に記載の整流回路装置。
7. 【請求項７】 相互に異なる極性を有する２つの電流源
   ないしは電圧源（８，９）を含み、 該電流源ないし電圧源の出力電流ないしは出力電圧か
   ら、スイッチ（７）を介して周期的に切り換えることに
   よって、前記三角波形ランプ電圧（Ｕｒ）を生成する請
   求項６に記載の整流回路装置。
8. 【請求項８】 それぞれの巻線区分（１，２，３）に対
   する前記台形波形制御信号（ｃ，ｄ，ｅ）を、前記電源
   電圧ないしは該電圧に相当する信号（Ｕ０）と、基準電
   位と、前記ランプ電圧（Ｕｒ）との間で周期的に切り換
   えることによって生成する請求項６に記載の整流回路装
   置。
9. 【請求項９】 前記電動機（１０）の回転速度および／
   または整流を制御するためにセンサ（Ｓ）が前記電動機
   （１０）に配置されている請求項５に記載の整流回路装
   置。
10. 【請求項１０】 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９に記載の整
    流回路装置。