JPS5992796A - 逆起電力を検出する温度補正されたブリツジ回路 - 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】 れるブリンジ回路により検出された逆起電力を・、位置
検知化号又は速度信号とする半導体電動機の、湿度補償
された電気回路に関するものである。

一般に半導体電動機において、位置検知信号又は連関個
分として通電中に逆起電力を検出する手段は、１９７７
回路の採用が有効である。しかし、電機子コイルと、こ
れに直列に挿入されている抵抗とは温度係数が異なり、
温度の変化に」〜ってフリンー／回路の平衡条件が崩れ
る為に、正確な逆起電力信号を検出することができない
欠点があった。

これは温度環境の変化の激しい場合における設置や、大
きい電機子電流で使用する場合には無視できなくなり、
問題となっていた。又、直列に挿入される抵抗によって
発生するジュール熱は、全て損失となるので、効率の劣
化を招き不都合であった。

本発明は上述した欠点を除去するもので、その詳細を第
１図以下について次に説明する。

第１図は、本発明が使用される半導体電動機の実施例で
ある。軟鋼板である基板１には、渦流損失の々いンフト
フエライト若しくは磁性酸化鉄の焼結体（セラミック材
）で作られた磁性体２を介して電（・氏子コイル３が固
定されている３、磁性体２は、回転数が少ない場合は省
略して、基板１をヨークとして代用できる。基板１に基
部４ａを固定した支軸４には、スリーブ５が遊嵌され、
スリーブ５にはプラスチック材６を介してフェライトマ
グネットよりなる回転子となる界磁マグネット７が固着
されている。スリーブ５及び界磁マグネット７の上面に
は、軟鋼板８が固定され、軟鋼板８の外側は延長されて
ファンの羽根（記号８ａ、８ｂで示す）を構成している
。スリーブ５と支軸４との間には潤滑剤が注入されてい
る。

第２図に示すものは、上記した界磁マグネットであり、
９０度の開角で軸方向にＮ、Ｓ極が交互に着磁されてい
る。

第４図に電機子コイル３及び界磁マグネット７の展開図
が示されている。電機子コイル３ａ、３ｃ及び電機子コ
イル３ｄ、３ｂは、それぞれ２相の電機子コイルとなり
、電機子コイル３ａ、３Ｃ及び電機子コイル３ｄ、３ｂ
には、位相が電気角で９０度異なる交流か通電されて、
界磁マグネット７を矢印Ａ方向に駆動している。電機子
コづル３Ｃ１３ｄを除去しても、上述した駆動トルクは
得られるので、電機子コイル３ａ、３ｂのみとして重な
らない並置手段を得ることができる。即ち第３図に示す
ように、扇形の電機子コイル３ａ、３ｂを並置すること
により目的が達成される。かかる手段によると、電機子
が偏平で厚みを少ならしめることができ、又電機子コイ
ル３ａ、３ｂをプラスチック材で埋設して円板状に成型
できるので、量産時に有効である。前記した電機子コイ
ル３の通電は、界磁マグネット７０回転位置を検出して
検知信号を得る位置検知装置により制御されるものであ
る。界磁−７グネント７が８極の場合には、４個の電機
子コイルと々る。又上述した手段は、３相の電機子コイ
ルの場合にも周知の手段により実施できるものである。

第３図において、点線７ａ、７ｂは界磁マグネット７の
外端部及び内端部を示すもので、電機子コイル３ａ、３
ｂの駆動トルクに寄与する部分（径方向の省線部分）の
一部が界しマグネット７と対向しないように、′に機子
コイル３ａ、３ｂ配置されている。

次に逆起電力を検出する従来のブリンジ回路を説明する
。第５図において、端子１０ａ、１０ｂは電機子コづル
３に通電する通電回路（第７図示）との接続端子であり
、゛それぞれに印加される電圧によって、一方向又は往
復方向の通電が電機子コイル３にムされる。電機子コイ
ル３と電機子コイル３に直列に挿入される抵抗１１との
接続点は、差動増幅器であるオペアンプ１３の反転入力
端子に接続され、抵抗１２ａ、１２ｂの接続点はオペア
ンプ１３の非反転入力端子に接続されている。抵抗１１
．１２ａ、１２ｂの値は次のように設定されている。即
ち、電動機が停止して、電機子コイル３に逆起電力か発
生シてい々いときに、オペアンプ１３０２つの入力電圧
に差かないように選定されるものである。つまり、ｔＥ
ｔ子コイル３と抵抗１１の抵抗値の比が、抵抗１２ａと
抵抗１２ｂの抵抗値の比と等しくなっている。又抵抗１
１には電機子電流が流れるので一般に低抵抗が用いられ
る。電動機が回転すると電機子コイル３には逆起電力が
発生する。電機子コイル３に矢印Ｂの方向に電機子電流
が流れる場合は、逆起電力により電機子電流が減る為に
、抵抗１１の電圧降下が減少して、オペアンプ１３の反
転入力端子の入力電圧が降下するので、オペアンプの出
力電圧は上昇する。又電機子コづル３に矢印Ｂと逆方向
に電機子電流が流れる場合は、前記と逆方向の逆起電力
により電機子電流が減る為に、抵抗１１の電圧降下が減
少して、オペアンプ１３の反転入力端子の入力電圧が上
昇するので、オペアンプ１３の出力電圧は降下する。従
ってオペアンプ１３の出力電圧は、電機子コイル３０通
電力向に拘らず、発生した逆起電力に比例した電圧とな
っており、出力端子１４によって位置検知信号又は速度
信号が得られるものである。

第７図は、前記したブリッジ回路に通％、を行なう通電
回路で、往復通電を行々う場合の１例である。トランジ
スタ２１　ａ、２ｉ　ｂ、２１　ｃ、２１ｄで構成され
たブリッジ回路の１つの対向する頂点（ハ５、正電圧源
１２とアースに接続され、他の対向する頂点には、接Ｍ
ｅ端子１（ｌ　ａ、１０ｂを介して、電机子コイルを含
むブリッジ回路２０が接続されている。ｌ・ランジスク
２１ａ、２１ｂのベースには、抵抗を介して制御端子１
４　ａが接続され、トランジスタ２ｉ　ｃ　、２１ｄの
ベースには、抵抗を介して制御端子Ｌ４ｂが接続され、
制御端子１４ａ、１４　ｂには、位置検知装置による位
置信号が付勢され、ブリッジ回路２ｏに交番電圧を与え
て電機子コイル３を駆動し、電動化、に駆動トルクを発
生している。位置信号には、逆起電力を利用する場合は
、オペアンプ１３の出力を図示しない制御回路を介して
使用し、又逆起電力を利用しない場合は、例えば第３図
に示すホール素子９ａ、９ｂの出力を図示しない制御回
路を介して使用するものである。

上述した構成よシ判るように、電機子コイル２に通電中
に発生する逆起電力に比例した信号がフリンジ回路によ
り得られるが、一般に電機子コ〈ル３は温度係数が大き
い銅線であシ、温度変化によってブリッジ回路１３の抵
抗比の平衝条件が崩れる為、その温度補償が問題となっ
ていた。電機子コイル３に直列に挿入されている抵抗１
１は、一般に炭素被膜抵抗で、その温度係数は１度Ｍｐ
−０，０３φ〜−０，１％であり、他種の抵抗であって
も±０．０３係程度であるのに対して、電機子コイル３
に用いられる銅線の温度係数は１度当ｐ　＋　０．４例
位であり、炭素被膜抵抗と逆特性で、かつその値も太き
い。又、この彫物は電動機の負荷トルクが増すとよシ大
きい比率となる。すなわち、負荷が増すと回転数が減少
する為に逆起電力が小さく々るが、湿度による％様子コ
イル３の抵抗忽化分は変らない為に、相対的に逆起電力
信号に対する温度ノイズが増すことに在る為である。例
えば、速度制御をしていない場合で、負荷ト・ルクが最
大トルクの１／２　のときは温度１度当、！９＋０．４
係、弁葡トルタが最大トルクの３／４のときは現反１匿
蟲り＋１．２％逆起電力信号が変動し、よシ大きい誤差
を発生する。負荷トルクが増すことで電機子市原も増大
するので、より大きいジュール熱が発生し、温度環境を
さらに悪化させる。

本発明は、上述した従来のフリンジ回路の欠点が除去さ
れる特徴がある。

第８図は、本発明における電機子コイル３が扇形に巻か
れている場合を示している。巻き始めの端子１５ａより
枠巻きされ、所要の巻き数だけ巻いたときに中間端子１
５ｂを導出し、続いて同方向にＰＪ＋要の巻き数だけ巻
いて端子１．５　ｃを導出する。端子１５ａ、１５ｂ間
をコイル３−１、端子１５ｂ、１５ａ間をコイル３−２
とすると、コイル３−１は内側に巻かれているので、コ
イル：３−１．３−２の巻き数が同じ巻き数であっても
その抵抗値Ｒ１、Ｒ２は異なる値と々す、若干Ｒ１が小
さく々る。

上述した電機子コイル３を使用した場合のフリンジ回路
を第６図に示す。

第６図において、第５図と同一記号のものけ同一部材で
あるので、その説明を省略する。逆起電力検出用の端子
をコイル３−１とコイル３−２のｔｉＪ、即ち第８図の
端子１５　ｂから取り出して、オペフン１１３０反転入
力端子に接続している。第５図における電機子コイル３
に直列に挿入された抵抗１１に代って、電機子コイル３
の一部であるコイル３−２を使用している。コイル３−
１．３−１ｊ：同方向に巻かれているので、駆動トルク
は全く変化せず、又コイル３−１と逆起電力検出用抵抗
となっているコイル３−２は、同一環境である為同−階
度となシ、かつ温度係数も等しいので、抵抗１２ａ、１
２．ｂとのブリフジ回路の抵抗比の平衝条件が保持され
るので、逆起電力信号をオペアンプ１３より、温度変動
に無関係に出力できる。

次に、電機子コイル３と界磁マグネット７との対向条件
によって、上述したフリンジ回路によって検出される逆
起電力信号変動を説明する。第８図の枠巻きされた電機
子コイル３において、部分１６は、駆動トルクに寄与せ
ず、部分１７ａ、１７　ｂ　、１８ａ。

１８ｂが駆動トルクを発生している。部分１９は、四半
円状に枠巻きできないので直線状になっており、若干の
駆動トルクを発生する。内側から巻かれている各コイル
は、形状が相似形でちゃ、界磁マグネット７が電機子コ
イル３の全体に対向している時は御名コイルには大きさ
に比例した逆起電力が発生する。この場合を第１の対向
条件とする。界磁マグネット７が電機子コイル３の部分
１８　ａ　、１８　ｂにのみ対向している時は、各コイ
ルに発生ずる逆起電力は等しくなる。この場合を第２の
対向条件とする。又、界磁マグネット７と電機子コイル
３が、部分１８ａ、１８ｂと、部分１６．１７ａ、１７
ｂ、１９の一部と対向している時は、内側のコイルは大
きさに比例した逆起電力が、外側のコイルは等しい逆起
電力がそれぞれ発生する。この場合を第３の対向条件と
する。各コイルそれぞれの抵抗値は、その大きさに比例
する。従って、第１の対向条件の場合の各コイルと、第
３の対向条件の場合の内側のコイルとに発生する逆起電
力は、それぞれの抵抗値に比例し、又他のコイルの場合
は抵抗値に無関係に等しい逆起電力が発生することにな
る。

上述した各対向条件における、第６図のブリッジ回路の
オペアンプ１３の出力電圧Ｖを計ｑ−する。

コイル３−１．３−２の抵抗値をＲ１，Ｒ２、発生する
逆起電力による電圧をＥｌ、Ｒ２、オペアンプ１３の増
幅度をＧとすると、 となる。第１の対向条件においては、各コイルの抵抗値
と発生する逆起電力が比例する為、式（１）のカッコ内
が零となるので、■は零となり逆起電力は検出されない
。次に第２の対向条件においては、各コイルに発生する
逆起電力は全て等しくなる。

従って、例えばコづル３−１とコイル３−２の巻数を等
しくすれば、ＥｌとＲ２が等しくなる。又前述した如く
、抵抗値Ｒ１、Ｒ２は異々る値となるので、第（１）式
のカッコ内は零とならない為に、逆起電力信号が検出さ
れる。次に第３の対向条件においては、コイル３−２の
一部、又はコイル３−２全部トコイル３−１の一部で、
その抵抗値と発生する逆起電力が比例せず、他の部分害
比例する為に、第（１）式のカッコ内が零とならないの
で、逆起電力が検出される。従って、第２、第３の対向
条件になるように界磁マグ不ント７と電機子コイルａを
設置することにより、温度補正された逆起電力信号を検
出することができる。又、本構成によれば、電機子コイ
ル３に直列に抵抗１１（第５図示）を挿入しないので、
抵抗１１によって発生するジコーール熱による効率の劣
化を防止するととがて・きる。

以上に述べたように、本発明の構成によれば、冒頭にお
いて述べた本発明の目的が達成されて、効果著しきもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の適用される電動機の説明図、第２図
は、界磁マグネットの説明図、第３図は電機子コイルの
説明図、第４図は界磁マグ不ントと電機子コイルの展開
図、第５図は、従来゛のフリンジ回路図、第６図は本発
明によるフリンジ回路図、第７図は、ブリッジ回路の通
電回路図、第８図は、本発明による電機子コイルの巻線
の図面をそれぞれ示す。 １・・・基板、　　２・・磁性体、　　３・・・電機子
コづル、４・・・支軸、　５・スリーブ、　　７・・界
峰マグイ・ント、　　８・・・軟銅板、　　９ａ、９ｂ
・・・ホール累子、１１．１２ａ、１２ｂ・抵抗、　１
３＝オペアンプ、　２０・・・ブリッジ回路、　２１　
ａ、　２１　ｂ、　２１　ｃ、２１　ｄ−）ランジスタ
。 特許出願人

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 回転子としての界磁マグネフトと、１否１定子としての
   複数の電機子コイルと、該電機子コイルの１個と複数個
   の抵抗により作られたブリッジ回路と、該ブリッジ回路
   の１つの対向する頂点に接わ１−された、前記した電機
   子コイルに通電する通電制御回路と、他の対向する頂点
   に接続された差動増幅回路とよりなシ、該差動増幅回路
   の出力により、それぞれ対応した電機子コイルの逆起電
   力を検出する半導体電動機において、電機子コイルの、
   駆動トルクに寄与する導体部分の一部が、界磁マグネフ
   トと対向しないように配置され、かつブリッジ回路にお
   ける電機子コイルに直列に挿入される抵抗を、電機子コ
   イルの一部で構成することを特徴とする逆起電力を検出
   する温度補正されたブリッジ回路。