JPS62163592A - 直流無刷子電動機 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は直流無刷子電動機に係り、特に、永久磁石回転
子と、この回転子と空隙を介して対向設置される固定子
と、上記回転子の磁極位置を検出する位置検出器と、こ
の位置検出器の出力に応じた電流を上記固定子に巻装さ
れた励磁巻線に通電する通電制御装置とを備えて回転子
を駆動する小形の直流無刷子電動機に関するもので、電
動機の効率すなわち入力に対する出力の割合を増大させ
ることを図ったもので、例えば、小形の空冷用ファン等
の駆動源として用いることができる。

〔発明の背景〕

小形の空冷用ファンの駆動源に用いる直流無刷子電動機
１こは、回・１テ子位置検出器が１個の−川式が多く用
いられ、−相当りの通電期間が電気角で１８０度となっ
ている。この通電方式では、通電の切替え点にお・いて
電磁トルクが発生しないので、回転子と固定子間の空隙
長（ご差を設けたり、又は回転子の永久磁石面に対向す
る位置に磁性材料を付加したりして、レラクタンストル
クにより電磁トルクを補う構成が採用される。そして、
通電の切替え点では、励磁巻線に発生する逆起電力は零
に、励磁巻線に流れる電流は最大となり、通電期間の中
心では、逆起電力は最大に、励磁巻線電流は最小となる
。この場合、トルクの発生にさほど寄与しない通電期間
の初期と終期を無通電状態にすること、すなわち、通電
期間の１８０度を、例えば初期のＯ〜２０度間と終Ｊｔ
ｌ’Ｊの１６０〜１８０度間は無通電状態にして中央部
の２０〜１６０度間のみ通電すること、により電動機の
効率、すなわち、入力に対する出力の割合が増大するこ
とは良く知られている。

しかし、電動機の起動時には、通電期間の初期と終期を
無通電として１８０度より小さい通電角では、起動特性
が悪く、場合によっては起動できない不都合も生じる。

これを解決するには、電動機速度がある回転数に達する
までは、１８０度の通電状態にしておくことが必要であ
る。

なお、この種の電動機の速度制御装置に関する先願に実
願昭５９−１０５１６０号がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、簡単な回路構成を備えた通電制御装置
により、１８０度の通電角のうちの初期と終期を無通電
状態にすることを実現すると共に、ある設定回転数以下
の回転数で運転されている領域では１８０度の通電角と
することができ、これにより、起動特性を低下させずに
電動機効率を増大させることのできる直流無刷子電動機
を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明では、上記目的を達成するために、回転子の永久
磁石にはその軸方向端面に磁極を着磁又は取付け、この
磁極に対向する位置にある通電制御装置搭載基板にはそ
の板面上に上記磁極の回転に応じて交流信号を発生する
導体パターンを配設し、発生した交流信号と前記位置検
出器の出力信号とを入力に受けて位置検出器出力信号の
位相切替わり時点ごとにリセットさ−れて上記交流信号
のパルス数を計数開始するが交流信号の電圧値が設定さ
れた電圧値以下の時は計数せず、計数したパルス数が設
定された計数値の範囲内にある期間のみ出力を発生する
カウンタ回路と、このカウンタ回路が出力を発生してい
る時のみ前記位置検出器出力を固定予励巻線に通電させ
るゲート回路とを備えた通電制御装置とした（Ｉ′４成
を採用する。

〔発明の実施例〕

本発明の一実施例を第１図〜第４図により説明する。第
１図は要部のブロック構成図、第２図は定常回転時の第
１図中の主要部信号波形図、第３図は起動から定常回転
に至るまでの第１図中の主要部信号波形図、第４図は本
発明電動機を小形の空冷用ファンの駆動源に使用する場
合の一例を示す断面図である。まず、第４図について説
明する。

これは、固定子４の磁極数が２極で、各種にそれぞれ励
磁巻線５が巻装されており、永久磁石回転子９の磁極位
置を検出する位置検出器１０が１何段けられ、この位置
検出器１０の出力に応じた電流を通電制御装置１８内の
ゲート回路（第１図で説明するゲート回路６０　）を介
して各励磁巻線５に通電する例である。第４図において
、ｌは風胴ケース、２は電動機を支持する支持カ却、３
はファンブレードである。６は回転子軸で、回転子ポス
７を介して、磁気ヨークを兼ねる回転子ハブ８の中心部
に配置される。回転子ハブ８の円筒部の内径側に永久磁
石回転子９が取付けられている。固定子４は、ブラケッ
ト１２の外周に固着されており、ブラケット１２はその
一方端が電動機のカバー仮３の中心部に固定状に保持さ
れて、固定子４の外周面と永久磁石回転子９の内周面と
が小空隙を介して対向するようになっている。１４．１
５を軸受で、ブラケット１２の内径部に保持され、回転
子軸６を回転自在に支承する。位置検出器１０は、固定
子４の鉄心端面から軸方向に小間隔だけ離れた位置で、
しかも永久磁石回転子９の内径面と小空隙を介して向き
合う位置に、印刷基板１６上に適当な高さの取付台を介
して取付けられる。印刷基板１６はカバー仮１３に固着
されている。通電制御装置１８は印刷基板１６に装着さ
れており、前述のように、位置検出器１０の出力信号を
受けてこの出力信号に応した電流を固定子の各励磁巻線
に通電する。１７はファンブレード３を電動機に取付け
るためのハブで、回転子ハブ８と一体的に回転するよう
に回転子ハブ８の外周に設けられる。

本発明１こおいては、上記のような構成に加えて、さら
に、交流信号発生用の磁極■９と、導体パターン２０と
が設けられる。磁極１９は、永久磁石回転子９の軸方向
端面部を、軸方向磁界を発生するように着磁するか、又
は別の永久磁石を固着させる。

磁極１９の極数は永久磁石回転子９の極数と同数でも良
いが、極数が多い方が、発生する交流倍数のパルス数が
大となって好都合である。導体パターン２０は、磁極１
９に対向する位置にある印刷基板１６の面上に、第１図
に一例を示すパターン形状に、すなわち、一本の連続導
線を外周部で円周方向に次に半径方向に、次に内周部で
円周方向に、再び半径方向に、のように順次折り曲げて
基板１６面上に接着して形成するか、あるいは印刷配線
で形成する。このような導体パターン２０を設けること
により、磁極１９の回転に応して、磁極１９と導体パタ
ーン２０との相対位置により決定されるフレミング右手
則による交流信号が導体パターン２０の端子間に発生す
る。

次に、第１図および第２図により、本実施例における、
定常回転数ｌど達した後の通電制御動作について述べる
。位置検出器１０からは、第２図に示すように互いに逆
相関係にある出力信号ｆｌｏ）。

（１１）が発生し、これらの信号が、ケート回路５０内
の論理積回路５１．５２のそれぞれの一方の入ノＪ端に
入力されると同時に、比較回路３０にも入力される。比
較回路３０には導体パターン２０が発生する交流信号（
２０）も入力される。比較回路３０は、交流信号（２０
）を波形整形して次段のカウンタ回路４０へのカウンタ
入力信号（３０）を作って出力すると共に、位置検出器
出力信号（１０）、　（１１）を用いてその位相切替わ
り時点ごとにカウンタ回路４０へのカウンタリセット信
号（３５）を作って出力する。導体パターン２０から発
生する交流信号（２０）の発生周波数および発生電圧は
、電動機回転子の回転数に比例する。カウンタ回路４０
はリセット信号（３５）が入力するごとに今までの計数
値がクリアされて、その時点以降のカウンタ入力信号（
３０）のパルス数を計数する動作を繰り返す。２つの隣
接するリセット信号（３５）間のカウンタ入力信号（３
０）のパルス数は、磁極１９の磁極数、導体パターン２
０の形状による設計定数であり、電動機回転数が変化し
ても、２つのリセット信号（３５）間のパルス数は変化
しない。したがって、カウンタ回路４０においてリセッ
ト時点から計数動作を開始して得られる計数値は、位置
検出器１０の出力信号（１０）あるいは（１１）の位相
が切替わる１８０度通主通電内において、回転子がどの
位相位置まで回転したかを示すことになる。カウンタ回
路４０は、計数したパルス数が、あらかしめ設定された
計数値の範囲内にある時に、論理レベル′°１°′の出
力信号を発生し続ける。例えば、リセット時点から次の
リセット時点までの計数値が設計定数で１００であると
するとき、計数値が２１〜８０の範囲内にある時に゛ｌ
゛″信号を出力するようにする。このカウンタ出力信号
（４０）が論理和回路５３を経てゲート回路５０内の論
理積回路５１　、５２のそれぞれの他方の入力端の入力
となり、これらの論理積回路５１　、５２の出力が励磁
巻線通電信号（５１）、　（５２）となる。これにより
、励磁巻線通電信号（５１）、　（５２）は、位置検出
器の出力信号（１０）、　（１１）の１８０度通電期間
のうちの始期および終期の’Ａずつか無通電となり中間
領域の３／への期間において通電状態となるように制御
されることになり、本発明の目的が達成される。この場
合、無通電期間と通電期間の設定、あるいはその変更は
、カウンタ回路４０における出力発生計数値範囲の設定
、あるいはその変更で、任意に、しかも正確、に行うこ
とができる。

次に、電動機の起動時およびある回転数に到達するまで
は、１８０度の通電角としてお（ことが必要であること
は前述した通りであるが、これを実現するための実施例
動作を第１図、第３図により説明する。導体パターン２
０が発生する交流信号（２０）の電圧値は回転数に比例
するので、電動機が起動してから定常回転数に到達する
期間の交流信号（２０）の大きさは第３図に例示するよ
うに、徐々に大きくなる。そこで、設定電圧（３１）と
して、定常回転時の電圧値より小さく決められる電圧レ
ベル値を設定しておき、比較回路３０は、この設定電圧
（３１）のレベル値と、入力されてくる交流信号（２０
）の大きさとを比較して、交流信号（２０）の方が小さ
い時に、論理レベル゛ｌ′の信号（３１）を論理和回路
５３に送出する。また、カウンタ入力信号（３０）およ
びカウンタリセット信号（３１）は、交流信号（２０）
が設定電圧（３１）より小さい時は発生しない。以後の
動作は第２図の場合と同じである。

これにより、電動機回転数が設定電圧（３１）に対応す
る回転数以下の低速領域では、比較回路３０から論理レ
ベル”　１　”の信号（３１）が発生して、この信号（
３１）が論理和回路５３を経てゲート回路５０内の論理
積回路５１．５２の他方入力端に入力され、励磁巻線を
通電制御する。これ１こより、電動機回転数が、設定電
圧（３１）値に対応する回転数に達するまでは１８０度
通主通電り、円滑な起動が実現し、定常回転数に到達後
は、カウンタ出力信号（４ｏ）による制御が行われて通
電期間の初期と終期とが無通電状態となり、電動機の高
効率化か実現されることになる。

なお、以上の実施例では、交流信号（２０）の大きさを
設定電圧（３１）の大きさと比較するとして説明したが
、交流信号（２０）の周波数も電動機の回転数と比例す
るので、交流信号（２０）の周波数を設定周波数と比較
する構成としても、同様に目的を達成することか可能で
ある。さらに、カウンタ回路４０を、隣接する２つのリ
セット信号（３５）の期間内の入力信号（３０）の計数
値が、設定された計数値、例えば１００個、に達しない
間は論理レベル”　ｌ　”の出力信号（４０）を発生す
るようなカウンタ回路としても、上記と同様の目的を達
成することができ、この場合は、信号（３１）の発生は
必要な（、また、論理和回路５３の設置も必要なくなる
。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、回転子位置検出
器１個の一相式の直流無刷子電動機の効率を、−相当り
の通電期間の初期と終期とで無通電状態とすることで、
１８０度通主通電合に比較して、増大させることができ
、しかも、起動時および低速回転時は自動的に１８０度
通主通電る構成であるので起動特性を悪化させることは
ない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例ブロック構成図、第２図およ
び第３図は本発明の動作説明用の第１図各部信号の波形
図、第４図は本発明による電動機の一例を示す断面図で
ある。 く符号の説明〉 ４・・・固定子　　　　　５・・・励磁巻線９・・・永
久磁石回転子　１０・・・位置検出器１つ・・・交流信
号発生用磁極　２０・・・導体パターン３０・・・比較
回路　　　　４０・・・カウンタ回路５０・・・ゲート
回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 永久磁石回転子と、この回転子と空隙を介して対向設置
   される固定子と、上記回転子の磁極位置を検出する位置
   検出器と、この位置検出器の出力に応じた電流を上記固
   定子に巻装された励磁巻線に通電する通電制御装置とを
   備えて上記回転子を駆動する直流無刷子電動機において
   、上記回転子の永久磁石にはその軸方向端面に磁極を着
   磁又は取付け、この磁極に対向する位置にある通電制御
   装置搭載基板にはその板面上に上記磁極の回転に応じて
   交流信号を発生する導体パターンを配設し、発生した交
   流信号と前記位置検出器の出力信号とを入力に受けて位
   置検出器出力信号の位相切替わり時点ごとにリセットさ
   れて上記交流信号のパルス数を計数開始するが交流信号
   の電圧値が設定された電圧値以下の時は計数せず、計数
   したパルス数が設定された計数値の範囲内にある期間の
   み出力を発生するカウンタ回路と、このカウンタ回路が
   出力を発生している時のみ前記位置検出器出力を固定子
   励磁巻線に通電させるゲート回路とを備えた通電制御装
   置としたことを特徴とする直流無刷子電動機。