JPS58133194A - 半導体電動機の駆動回路 - 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】 本発明は、公知の起動手段を設け１回転子の回転位置検
出用の位置検出機構は特別に設けずに構成された半導体
電動機の駆動回路に関するものである。

従来の半導体電動機は、マグネット回転子よりの磁界ｔ
ホール素子にて検出し、このホール素子に得られる磁界
に応じた電圧を回転子の位置検出信号とし、かかる信号
に基づいて複数相の固定子巻線の駆動電流上制御して回
転力を得るか、ｔた、回転側に回転子の回転に対応して
回転する磁性体【設け、固定側に発振コイル等【設岐、
その回転−情の磁性体と固定側の発振コイル等を磁気的
に結合させて発振回路を構成し、その発振回路の磁気パ
ーミアンス七回転子の位置に応じ変化させ、かかる信号
によ）複数相の固定子巻線の駆動電流【ｌ！Ｉ′ＩＩ御
して回転力を得てい友、他の方法としては公知の起動手
段によ）電動ｅｋ起動させ、回転子の永久磁石の回転の
ために固定子に別に設けたコントロール巻線や無通電の
固定子１１１に生ずる逆起電圧により複数相の固定子巻
線の駆動電流を制御して回転力ＩＩ−得ていた。

以上の説明のように従来の半導体電動機は回転子の位置
検出手段を必要とするか、無通電の固定子巻線による信
号を必要とするため構成が煩雑となってい友。

第１図は従来よシ公知である無通電の固定子巻線に生ず
る逆起電圧により通電する２相の半導体電動機の実施例
の説明図である。固定子巻線１ａと１ｂはバイ７アラ巻
きされて電気角で１８０度位相が異なるように配設され
、固定予巻＠　１　ｅと１ｄも同様に配設されている。

固定予巻１１１ａとｌｂ、ｌｃと１ｄはそれぞれ電気角
で９０度異なつ次位置に配設され２相の構成となってい
る。トランジスタ６．７はフリップフロップ回路となっ
ている。固定子巻線１１に矢印入方向の通電が行なわれ
ているときＫは、固定子巻線１に＋に矢印Ｂ方向の逆起
電圧により抵抗３を介してトランジスタ６の導通を保持
している。固定予巻１１ｉ１ｍｍｌｂが次の磁界に侵入
すると、逆起電圧は反転するのでトランジスタ６のベー
ス人力を断って不導通とする。従ってフリップフロップ
回路は反転し抵抗２を介してトランジスタ７が導通して
、固定子巻線１ｂが通電される。この時固定予巻１１１
ｍの矢印Ａ方向の逆起電圧がトランジスタ７の導通を保
持している。固定子巻線１ａ、ｌｂが次の磁界に侵入す
ると逆起電圧が反転するので、同様にトランジスタ７が
不導通になり、トランジスタ６が導通する。かくしてマ
グネット回転子の所定角度（磁極幅）の回転毎に固定子
巻線１ａ、ｌｂの通電が交替される。固定子巻線１ｅ、
ｌｄについても事情は全く興じで、所定角度毎に通電が
交替される。固定予巻ｆｉｌａ、ｌｂ及びｌｃ、ｌｄ會
各１相の固定子巻線と考えると、２相の固定予巻−には
矩形波交流で位相が電気角で９０ｆｆｉ異なるものが通
電され次こととなるので、マグネット回転子は所定方向
に回転する直流電動様となる。但し逆起電圧が位置検出
出力となっているので自起動はしない、その自起動手段
についての説明は本発明の畳上ではないので、第１図示
による従来の実施例についても省略する。

以上の説明のように従来の半導体電動機は回転子の位置
検出手段１特別に設けない場合には無通電の固定子巻今
による逆起電圧を位置検出出力として利用してい友、 本発明は公知の起動十段會設け１回転位置検出用の位置
検出手段は設けず、複数相の固定子巻線に対応しｔ逆起
電圧を検出する複数個の逆起電圧検出回路と、該逆起電
圧検出回路より出力される対応する田方によシ前記固定
子巻縁への通電が一方向通電となるように制御する通電
制御回路とより構成されている次め、上述し念従来の欠
点全除去できるとともしで環境の悪い場所においても電
動機の便用が可能となり、用途に応じ次通電角制御によ
り動車が良好で、しかも電ＩＪ２Ｉ慎が簡素化され小型
化、破産化に有効となる特徴を有するものである。上述
した％徴を有する本発明装置の詳細について＠２図示以
下の各実施例について説明する。

第２図は本発明装置のブロック図である。半導体電動＠
１１は複数相の固定予巻１で構成されている。各相の固
定子巻線に対応して逆起電圧を検出する複数個の逆起電
圧検出回ｗ１１２が設けられている。逆起電圧検出回路
１２の出力及び起動手段としての発振器１４からの各相
に対応する所定周期のパルス信号の出力Ｆｉ、それでれ
対応する通電制御回路１３−１．１３−２．−−・、１
３−＋ａに入力されている６通電制御回路１３−１．１
３−２．・−・・・、１３＝ｍはかかる入力によりそれ
ぞれ対応し友固定子巻線への通電が一方向通電となるよ
うに制御している。なお逆起電圧検出回路１２への入力
と出力の数は必らずしも一致しない構成とすることも可
能である。即ち％　３相の固定予巻＠を通電制御する場
合２相分の固定子４Ｉ巌より逆起電圧を検出して３相分
の出力信号を発生させることも公知の技術により可能で
ある。又、２相の固定予巻＃を一方向の通電制御する場
合Ｆｉ遡常４１１類の出力信号が必要となるが、同相の
固定子ｅａｔの場合電気角で１８０度位相が異なるため
、反転信号上用いることくより２種類Ｏ出力信号を発生
濱せることで通電制御が可能となる一４ｈのである。上
述し次構成の＾体的な実施例について第３図以下におい
て説明する。

第３図は本発明装置【３相の半導体電動機に適用した実
施例の説明図である。（ａ）［において第１図示と同一
符号のものは同一部材を示している。

３相に配設され几固定子巻ｌ１１１−１．１１−２゜１
１−３は第２図示の半導体電動機１１ｊ−構成している
０回転子となるマグネットと固定子巻線１１−１．１１
−２．１１−１及び通電する位相関係は従来より公知の
３相で一方向通電される直流電ｌＩ！Ｊ磯と全く同様で
ある。逆起電圧検出回路１２−１は、固定予巻＠１１−
１と抵抗１５゜１６．１７によりプリフジ回路を構成し
、抵抗１５．１＠の−ｙｌＡは直流電源正極端子２９−
１に接続されている。逆起電圧検出回路１８．１９より
得られる出力は増幅回路となる差動増幅回路により増幅
している。差動増幅回路は抵抗２０゜２１．２３．２４
．オペアンプ２２により構成している。抵抗２４の一瑠
は基準電圧端子２トＩＫ接続されている０以上の構成の
逆起電圧検出回路は固定予巻＠１１−２．１１−３に対
しても同様にプリフジ回路、増幅回ｗ１を設けて、逆起
電圧検出回路１２−２．１２−３として図示している。

第２図示における通電制御ｌｉＩ回絡１Ｓ−１，１３−
７、−＋、１３−ｎは本実施例においてはトランジスタ
２５．２＠、２７．抵抗２５ｍ、２＠ａ。

２７ｍ、２Ｊｉとして水氷されている。トランジスタ２
ｓのコレクタは固定予巻５１１１−１．抵抗１７の一端
に接続され、ベースはオペアンプ２２の出力端子に抵抗
２５ｍ１介してＷ！枕されている。

トランジスタ２６．２７も同様に逆起電圧検出回路１２
−２．１２−３にそれぞれ接続されている。

トランジスタ２５．２６．２７４０エミツタは共通に接
続され、抵抗２８【介してＩＩ流流電負負極端子２９２
に接続されている。

以上のような構成の本発明装置の動作について（ｂ）図
とともに説明するｃ（ｂ）図Ｆｉ縦軸が逆起電圧、横軸
が時間會示している。各逆起電圧−＠１１−１息、ｉｔ
−２ｍ、１１−３ｍはそれぞれ固定予巻＃１１−１，１
ｔ−２，１１−３の発生する逆起電圧を示している。公
知の起動手段により回転子が回転し、！グネット回転子
と固定子巻線との位置関係により逆起電圧が固定子巻線
１１−１に矢印Ｃ方向に発生している状ｍ、即ちＣｂ）
図の時間ユ゛、の近傍の状聾について説明する。この時
固定子巻曽１１−２．１１−３にそれぞれ発生する逆起
電圧１１−：２ｍ、１１−３ｍは逆起電圧１ｌ−１ａよ
り低い状態になっている。固定子巻線１１−１に逆起電
圧が矢印Ｃ方向に発生していると、迎起電圧検出層子１
９は１８よシ高電位となる。

従ッて、オペアンプ２２の出力には基準電圧層子２Ｓ−
３の電圧より正の方向に増幅された逆起電圧が検出灯れ
、トランジスタ２５が導通となる、従って、止樟膚子２
９−１より固定予巻＠１１−１が含まれるプリフジ回路
、トランジスタ２５．９抗２８ｉ弁して負極層子２１１
−２に通電式れる。

次に回転子が回転し、逆起電圧が固定予巻＠１１−２に
矢印り方向に発生している状Ｉｍ％即ち、（ｂ）図の時
間Ｔａの近傍の状ＩＩＫなると、逆起電圧検出回ｗ！１
２−２の出力は基準電圧端子２ト１の電圧より正の方向
に増幅された逆起電圧が検出され、トランジスタ２６が
導通となる。従って、正極端子２９−１より固定子＠＠
１１−２が含まれるプリフジ回路、トランジスタ２６．
抵抗２８１介して負極端子２９−２に通電される。以下
同様に順次に固定子轡＠！１１−３．１１−１．ｔ１＝
２、・・・・−に通電され回転が持続される。上述した
ような通電の切シ換わシは周知の３相の一方向通電され
る半導体電動機と同様であり、所定の方向に回転する半
導体電動機となるものである。

次に各通電の切シ換わりについて説明する。前述し定抵
抗２８はトランジスタ２５，２６．２７の共通のエミッ
タ抵抗となっており、差動回１ｌｌｌｉｓｔ！−獣して
いる友め各固定子巻線の通電角は電気角で１２０Ｋにな
っている０例えば固定子％１ｌｌｌ−１の通電時間Ｆｉ
（ｂ）図の時間Ｔ、からＴ、迄となリ、Ｔ・ｔ　Ｔｔ　
Ｉ　Ｔ４　＊　”’−”毎に通電が切シ換わるものであ
る。

点綴で示すようにトランジスタ２５．２＠。

２１のニオツタを負極端子２９−２に接続した場合には
、各固定子巻線の通電角は電気角で１２０度近傍から１
８０度近傍に設定できることは明白である。又、基準電
圧は電動機の発生する逆起電圧が速度に関係する几め、
起動彼の連間変化によシ、無通電区間が生じないように
設定しであるものである。

以上説明したものは３個の逆起電圧検出回路によシ対応
する３相の固定予巻？ｓｔ−通電制御したものであるが
％　２個の逆起電圧検出回路によシ３相σノ固定子巻＃
を一方同通電となるように通電制御することも公知の技
術によシ可能である０例えば。

（ｂ）図の逆起電圧油＠１１−１　ｍ、　１１−２ａＱ
用いて逆起電圧曲縁１１−３ｍに相当する信号を得るこ
とにより実施できるものである。

４４図は本発明装置ｔ２相の半導体電動機に適用した実
施例の説明図である。第２図示と同一符号のものは同一
部材を示している。逆起電圧検出回ｗ１１２−１．１２
−２は第３図（１）において説明しｔものと全く同様で
ある０回転子となるマグネ−／’）と固定予巻［１１−
１，１１−２，１１−３゜１１−４及び通電する位相関
係は従来より公知の２相で一方向通電される直流電動機
と全く同様である。

上述しｔ逆起電圧検出回［１２−１の出力によシ制御さ
れる通電制御回路の構成について説明する。オペアンプ
２２の出力はトランジスタ３０゜３８のペースに接続さ
れている。トランジスタ３０、’３８のエミッタはそれ
ぞれ抵抗３１．３９を介して基準電圧端子２９−３に接
続されている。

トランジスタ３０のコレクタはトランジスタ３４のペー
ス、及びダイオード３３に接続式れ、ダイオード３３は
抵抗３２に介して正極端子２９−１に接続されている。

トランジスタ３８のコレクタはトランジスタ４００ベー
ス、及び抵抗４１１介して負極端子２Ｂ−２に接続され
ている。トランジスタ３４のエミッタは抵抗３５に介し
て正極麟子２９−ＩＫ接続され、コレクタ杜トランジス
タ３６のペース、及び抵抗３７１介して負極端子２９−
２に接続されている。トランジスタ３６のコレクタは固
定予巻ｌｌ１ｌｌ−１．抵抗１７の一端に接続されてい
る。トランジスタ４０のコレクタは固定子壱＄１１−２
’ｌ介して正極端子２９−１に接続式れている。固定予
巻＠１１−１．１１−２はそれぞれ電気角で１８０度の
位相差ｔ−もって配設されている０以上の構成の通電制
御回路は逆起電圧検出回ｗ１１２−２に対しても同様に
設けられており、構成は全く同様である。固定子巻線１
１−３．１１−４はそれぞれ電気角で１８０度の位相差
ｔもって配設され、固定子巻線１１−１゜１１−３との
位相差は電気角で９０度となっている。トランジスタ３
８．４０．４８．５２のエミッタは共通に接続され、抵
抗５４１介して負極端子２９−２に接続されている。

以上のような構成の本発明装置の動作について（ｂ）、
（ｃ）図とともに説明する。（ｂ）図は縦軸が逆起電圧
、横軸が時間を示し、各逆起電圧−巌１ｌ−１ａ、１ｌ
−１ａはそれぞれ固定予巻＠Ｉｔ−１゜１１−３の発生
する逆起電圧を示している。（Ｃ）図は縦軸が電圧、横
軸が時間を示し、各電圧１層３７ｍ、４１　ｍ、４８’
ａ、５１ｍはそれぞれ抵抗３７．４１，４１１．５８に
より変換された電圧を示している。公知の起動手段によ
り回転子が（ロ）転し、マグネット回転子と固定子巻線
との位鎗関係によ）逆起電圧が固定子巻線１１−１に矢
印Ｅ方向に発生している状ａ、即ち（ｂ）図の時間Ｔ、
の近傍の状態について説明する。この時固定子巻層１１
−３に発生する逆起電圧１１−３ｍは逆起電圧１１−１
’　ａよプ低い状態となっている。固定予巻＠１１−１
に逆起電圧が矢印Ｅ方向に発生していると、逆起電圧検
出回［１２−１の出力（オペアンプ２２の出力）Ｋは基
準電圧端子２１１−２の電圧より正の方向に増幅された
逆起電圧が検出される。かかる電圧はトランジスタ３０
と抵抗３１とにより電流変換され、変換され九電ｆｌＬ
ｔ−ダイオードｓ３と抵抗３２とにより電圧変換される
。更にかかる電圧は抵抗３５とトランジスタ３４とによ
り電流変換され、変換された電流を抵抗３１によシミ正
変換される。従って、オペアンプ２２の出力の基準電圧
端子２８−２の電圧よ）正の方向の電圧に対応しｔ電圧
が抵抗３７による電圧となＣｍ（ｃ）図の記号３７ｍで
示される電圧曲線となっている。かかる電圧によ多トラ
ンジスタ３６が導通となる。この状態の時にはトランジ
スタ３８゜４０は不導通となっている。従って、正極端
子２９−１よ）固定予巻＠１１−１が含まれるプリフジ
回路、トランジスタ３６．抵抗５４を介して負極端子２
ｓ−２に通電される０次に回転子が回転し、逆起電圧が
固定予巻＠１１−３に矢印Ｆ方向に発生している状態、
即ち（′ｂ）図の時間Ｔ−の近傍の状態になると、逆起
電圧検出＠路１２−２の出力は基準電圧端子２９−３の
電圧よ）正の方向に増幅され几逆起電圧が検出され、対
応した電圧がトランジスタ４２．抵抗４３、ダイオード
４５、抵抗４４、抵抗４１．トランジスタ４６１１−介
して抵抗４９による電圧とな！Ｄ、（ｅ）図の記号４１
１ｍで示される電圧曲縁となっている。かかる電圧によ
シトランジスタ４８が導通となる。この状ＭＯ時にはト
ランジスタ５０．５２は不導通と壜っている。従って、
正極端子２・−１より固定子巻線１１−３が含まれるブ
リッジ回路、トランジスタ４８％抵抗５４’＆−介して
負極端子２８−２に通電される。更に回転子が回転し、
逆起電圧が固定子巻線１１−１に矢印Ｇ方向に発生して
いる状態。

即ち（ｂ）図の時間Ｔｓの近傍の状態になると、逆起電
圧検出回路１２−１の出力（オペアンプ２２の出力）に
は基準電圧端子２１１の電圧よ）負の方向に増幅された
逆起電圧が検出される。かかる電圧はトランジスタ３８
と抵抗３−とにより電流変換され、変換され九電流を抵
抗４１によシミ正変換される。従ってオペアンプ２２の
出力の基準電圧端子２８−２の電圧よシ負の方向の電圧
に対応した電圧が抵抗４１による電圧となｐ、＜ｅ）図
の記号４１私で示される電圧曲縁となっている。かかる
電圧によりトランジスタ４０が導通となる。

この状態の時にはトランジスタ３０，３４．１＠は不導
通となっている。従って、正極端子２９−１よシ固定予
巻縁１１−２％抵抗５４ｔ−介して負極端子２８−２に
通電される。以下同様に順次に固定子巻線１１−４．１
１−１．１１−３．１１−２．−・・−・に通電され回
転が持続される。上述し友ような通電の切シ換わりは周
知の２相の一方向通電された半導体電動機と同様であり
、所定の方向に回転する半導体電動機となるものである
。

次に各通電の切夛換わりについて説明する。前述した抵
抗　　　　　　　。

５４はトランジスタ３＠、４Ｇ、４８．５２の共通のエ
ミッタ抵抗となっておプ、差動回ｍｔ−構成しているｔ
め各固定子巻線の通電角は電気角で９０度になっている
０例えば固定子巻線ｔｔ−ｉの通電時間は（ｂ）図のＴ
・からＴ、迄となり　ｈ　’ｒ−Ｔ、　、　Ｔ、　、　
Ｔ・、・・・−・毎に通電が切）換わるものである。

エミッタ抵抗５４ｇ削除した場合、各固定子巻線の通電
角は電気角で９０度近傍から１８０度近傍に設定できる
ことは明白である。

以上説明したものは２個の逆起電圧検出回路により対応
する２相の固定子巻線を通電制御し九ものであるが、電
気角で１８０度位相の異なつ九固定子巻線（本実施例の
場合には固定子巻線１１−２．１ｌ−４）にもそれぞれ
逆起電圧検出回ｗＩｔ設けて、４個の逆起電圧検出回路
によシ２相の固定予巻ａｔ一方向通電となるように通電
することも可能である。

又、２相、３相以外の構成においても同様の手段によシ
実施できるものである。

以上の各実施例の説明よシ理解される通プ１本発明装置
によると２通電中の固定子巻層よシ逆起電圧を検出して
位置検出出力とすることができるため１位置検出手段を
特別に般ける必要がなく。

用途に応じた通電角の制御が可能となシ、効率が＾好で
、しかも電動機が簡素化され、小型化、量産化に有効と
なる。又、駆動回路部分ｔ　リード−等によシ導出して
電動機本体と離れた場所に設置して使用することができ
るため、温度、湿ｆ、ｍ埃等による環境の悪い場所にお
いても電動機の使用が可能となる。又、駆動回路部分１
？ＩＣ化することによシ安価でしかも量産性の優れ九半
導体電動機を得ることができる特徴を有し、効果著しき
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来より公知の２相の半導体電動機の実施例の
説明図、１１２図は本発明装置０１１７２図、＠３図（
ａ）は本発ｉｊ１装置ｔ３相の半導体電動機に適用した
実施例の＠明＃Ａ、第３図（ｂ）は３相の半導体電動機
における逆起電圧の説明図、第４図（ａ）は本発明装置
ｔ２相の半導体電動機に適用し友実施例の説明図、第４
図（ｂ）は２相の半導体電動機における逆起電圧の！！
！明図、第４図（ｅ）は２相の半導体電動機における駆
動回路の一部の電圧の説明図ｔそれぞれ示す。 １ａ、ｌｂ、ｌｅ、ｌｄ、１１−１．１１−２゜１１−
３・−・固定予巻＠、　　　２，３，４，５゜１５、１
６．ｔ　７，２Ｑ、２１，２３．２４゜２５ｍ、２＠畠
、２７ｍ、２８，３ｔ、３２ｓ３５．３７，３９，４１
，４３，４４，４７゜４９．５１．５３．５４−抵抗％
　　＠、７，８゜１．２５，２＠、２７．３０，３４，
３＠、３８゜４Ｇ、４２，４＠、４１１．５０．５２・
−トランジスタ、　　　　１０−１，２１１−１−・直
流電源正極端子、　　　　１０−２．２１−２−直流電
源負極端子、１１−・半導体電動機、　　　１１−１ｍ
、１ｌ−２ａ、１１−３ｍ−逆起電圧−＠、　　　　１
２．１２−１．１２−２．１２−１−逆起電圧検出回路
。 １＄−１，１３−２，−＋、１ｍ−！ｌ−通電制御回＠
、１４−発振器、　　　　１１１，１１・一端子、２２
−・オペアンプ、　　　　２９−３・−基準電圧端子、
３３．４５・−ダイオード、　　　３７ｍ、４１ｍ。 ４９ｍ、５３ｍ−・電圧＊＊。 特許出願人 ％ｆ　　図 １ｖｙ２　　図 躬　３　図 （））

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　起動手段を設け１回転位置検出用の位置検出
   手段は設けずに構成てれた半導体電動機の駆動回路にお
   いて、複数相の固定子巻線に対応した逆起電圧音検出す
   る複数個の逆起電圧検出回路と、該逆起電圧検出回路よ
   多出力される対応する出力により前記固定子巻線への通
   電が一方向造電となるように制御する通電制御回路とよ
   り構成され友こと七特徴とする半導体電動機の駆動回路
   。
2. （２）３相の固定子巻線に対応した逆起電圧を検出する
   ３ｍ以下の逆起電圧検出回路よプ構成されたことｔ特徴
   とする特許請求の範囲第（１）項記載の半導体電動機の
   駆動回路。
3. （３）２相の固定子巻線に対応し九逆起電圧を検出する
   ４個以下の逆起電圧検出回路よｐ構成されたこと１％黴
   とする特許請求の範囲第（１）項記載の半導体電動機の
   駆動回路。