JPS62247789A - 無整流子電動機 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、ファン等の駆動用に使用され、巻線に誘起さ
れる逆起電力を利用して回転子の位置を検出する無整流
子電動機に関するものである。

従来の技術 従来この種の無整流子電動機は第６図および第７図に示
すような構成であった。図において１〜６はスイッチン
グ素子であり、それらの出力端が３相ブリツジ接続され
、中性点非接地スター結線された３相の固定子巻線７〜
１２に接続されている。１３は４極に着磁された磁極を
もつ回転子である。回転子１３の固定子巻線７〜１２に
対する相対的な位置を、−次フイルター回路１４〜１６
の出力電圧と３相の固定子巻線の中性点電位をそれぞれ
比較する比較器４０〜４２で検出している。

この比較器３２〜３４によって検出された回転子位置に
応じて、制御手段３６がスイッチング素子１〜６にゲー
ト信号を出力し、所定の固定子巻線組に対する通電を制
御し回転子１３を回転させている。第６図は比較器４０
〜４２に対する入力とその出力およびスイッチング素子
１〜６の導通関係を示した図であるが、比較器４０〜４
２の非反転入力端子には３相の固定子巻線７〜１２の中
性点でない各相の端子電圧ｖＡ、ＶＢ、ｖｃが印加され
、３　・・− 反転入力端子には固定子巻線７〜１２の中性点電位■Ｎ
が印加され、ｖＡとＶＮの比較出力■８゜ＶＢとＶＮの
比較器力■ｂ、■ｃとＶＮの比較出力■。

をそわ、それ出力している。この■８と■ｂとＶ。の出
力関係が回転子１３の位置によって変化するので、それ
を制御手段４３によって判断して回転子１３の位置を検
出し、通電する固定子巻線相を決定し、それに応じたス
イッチング素子のゲート信号を出力しているのである。

（たとえば特開昭６２−２９９１７号公報）発明が解決
しようとする問題点 このような従来の構成では、巻線電流によって生じる抵
抗降下による通電切換タイミングの遅れをさけるために
、各相巻線の端子電圧以外に中性点電位を観測しており
、電動機内部から中性点を引き出す必要があり、リード
処理が複雑になるという問題があった。また、直接電動
機内部から中性点を引き出さず、各相端子から抵抗を介
してスター結線することによって、中性点電位を得るこ
とも可能だが、その場合にも抵抗を余分に３個結する必
要があり、比較回路が複雑になるという問題があった。

本発明はこのような問題点を解決するもので、中性点電
位を観測しなくても、１ｉｊ１転数にかかわりなく通電
切換タイミングのずれのない無整流子電動機を提供する
ことを目的とするものである。

問題点を解決するための手段 この問題点を解決するために本発明の無整流子電動機は
、中性点非接地スター結線された３相の固定子巻線の中
性点でない各相端子に各々接続され、所定の回転数にて
所定の位相遅れを発生させるフィルター回路と、これら
フィルター回路の各出力を相互に比較する比較回路と、
この比較回路の位相遅れが前記所定の回転数以外でも所
定の値となるよう位相を調整する位相調整手段とから構
成された回転子の位置を検出する位置検出手段と、この
位置検出手段の出力に応じて前記３相の固定子巻線の所
定の相に通電する制御手段を設けたものである。

作　　用 ５　べ−１ この構成によシ、あらかじめ所定の回転数でフィルター
回路の位相遅れが所定の値となるよう設定し、捷だ所定
の回転数以外では位相調整手段が位相遅れを所定の値と
なるよう調整するので、位置検出手段からの回転子位置
検出情報が常に所定の位相で遅れ、制御手段がその遅れ
を前提として固定子巻線の通電相を決定するので、通電
切換タイミングにずれのない、円滑な回転が可能となる
。

実施例 以下、本発明の一実施例について第１図〜第６図にもと
づき説明する。図において１４〜１６は巻線のスイッチ
ングノイズを低減させる一次フイルター回路で、抵抗（
以下Ｒと記す）１７〜１９とコンデンサ（以下Ｃと記す
）２０〜２２で構成されている。２３〜２５は比較器で
、比較器２３は固定子巻線端子電圧■１と■２の一次フ
イルター回路１４と１６を通過した後の出力電圧、比較
器２４は同様に■２と■３の一次フイルター回路１６と
１６を通過したのちの出力電圧、比較器２６も同様にｖ
ｌとｖ３の一次フイルター回路１４と１６６　・　− を通過した後の出力電圧を比較して、回転子１３の位置
検出情報を出力している。イ）ン相調整手段２６は、比
較器２３〜２６の位置検出情報が回転子１３の回転数に
かかわらず、常に％ＸｎＸπ（ｎは自然数）の位相遅れ
となるよう調整しており、−次フイルター回路１４〜１
６および比較器２３−２５とともに、回転子位置検出手
段２７を構成している。制御手段２８は回転子位置検出
手段２７０回転子位置情報をもとに回転子１３の位置を
判定し、通電すべき固定子巻線相を決定し、導通させる
スイッチング素子のゲート信号を出力している。第２図
は固定子巻線７〜１２の各相の端子電圧（図における破
線で示された台形波状の電圧）■１〜■３と、その−次
フイルター回路１４〜１６を通過した後の出力電圧（図
における実線で示さ７′１．た三角波状の電圧）の関係
、および比較器２３〜２６の各出力電圧ｖｃ１〜■ｃ３
とスイッチング素子１〜６の導通状態の関係を示した図
であり、比較器２３〜２６の各出力電圧■ｃ１〜■ｃ３
において破線で示された出力は、−次フイルター回路１
４〜１６を通過させんいで■１〜■３を直接比較した場
合の出力、実線は位相遅れが％πの特性をもつ一次フイ
ルター回路１４〜１６を通過させた場合の出力を示して
いる。丑だ、スイッチング素子は図におけるＯＮ部分が
導通区間を示している。第３図は一次フイルター回路１
４および１６の入出力電圧と比較器２３の入出力電圧の
関係を示しており、実線と破線は第２図と同様の電圧で
あるが、一点鎖線で示された電圧は一次フイルター回路
１４および１６の位相遅れが％πより小さくなった場合
の、−次フイルター回路１４と１５の出力電圧および比
較器２３の出力を示している。

図において、回転子１３０回転中固定子巻線の各相端子
には、スイッチングノイズがないと仮定すれば、■１〜
■３の電圧が発生し、■１〜■３を直接相互に比較すれ
ば比較器２３〜２５からは破線状の出力電圧■ｃ１〜■
ｃ３が得られる。そのＶＣ，〜ｖｃ３の出力レベルの相
互の関係は電気角で％πごとに変化し、なおかつその変
化タイミングが通電相の切換、すなわちスイッチング素
子の導通切換タイミングと一致し、出力レベル相等の関
係は一周期（２π）あたり６種類に変化し、スイッチン
グ素子１〜６の導通状態の６種類の変化数と一致する。

そのため制御手段２８が直接比較器２３〜２６の出力レ
ベル相互の関係状態を観察し、状態変化するごとに、そ
のときの出力レベル相互の関係に応じて通電相を決定し
、スイッチング素子のゲート信号を出力してやれば、回
転子１３は円滑に回転する。しかし実際には、固定子巻
線の通電状態を切り換える際、端子電圧■１〜■３にス
パイク状のノイズ電圧が発生し、正確な端子電圧どうし
の比較が困難と々るので、ノイズ、除去のためにで次フ
ィルター回路１４〜１６を利用する。ところが−次フイ
ルター回路はＲとＣで構成されているため、その入出力
波形に以下の式で示される位相ずれが発生する。

ψ−−１ａｎ２πｆＣＲ（ψ：位相ずれ角度）（ｆ：入
力周波数） 上式の右辺の負記号は、人力に対して出力の位相が遅れ
ることを示す。捷だ入力周波数は回転子１３９　′・−
・ の回転数によって決定される。そのため−次フイルター
回路を使用した場合には、比較器２３〜２５の出力波形
の位相が遅れ通電切換タイミングも遅れることに々るが
、あらかじめ所定の回転数で一次フイルター１４〜１６
の位相遅れが％πとなるようにＲとＣを決定してやれば
、−次フイルター１４〜１６の出力は第２図および第３
図に示すような略三角形状となり、比較器２３〜２６の
出力電圧も実線で示された％π位相が遅れた波形となる
。この場合実線で示された■ｃ１〜■ｃ３の出力状態の
変化は、破線で示された■ｃ１〜■ｃ３の出力状態の変
化に対してちょうど％π遅れ、その変化のタイミングは
通電相の切換、すなわちスイッチング素子の導通切換タ
イミングとは一致する。そのため制御手段２６が、比較
器２３〜２６の出力信号が％π遅れていることを前提に
して通電相を決定し、それに応じたスイッチング素子の
ゲート信号を出力してやれば、回転子１３は円滑に回転
することが可能となる。′ｊｆ、たＲとＣを決定すると
きに、巻線電流によって生じる抵抗降下による通電１ｏ
　　−１ 切換タイミングの遅れを補正するよう、あらかじめ所定
の回転数より計算した値より小さく設定すれば、切換タ
イミングの遅れは解消されることになる。ところが回転
子１３の回転数が所定の回転数より低下してくると、■
１〜■３の周波数が低下するので、−次フイルター回路
１４〜１６に対する入力周波数ｆが低下することになり
、位相遅れ角度も所定の回転数時の位相遅れ％πより小
さくなる。そのときの様子を示したのが第３図の一点鎖
線で図示した電圧波形であり、比較器２３の出力電圧波
形の位相遅れか、ハπより９２分だけ小さくなっている
。このとき他の比較器２４と２５の出力波形も同様の位
相遅れ状態となる。そのため、比較器２３〜２６の出力
レベル相７７の関係が変化すると同時に、制御手段２８
が通電相を切り換えれば、回転子１３の位置に対して、
通電切換がはやくなってし捷うことになる。そのため位
相調整手段２ｅで、比較器２３〜２５の出力の位相をψ
８だけ遅らせば、位置検出手段２７からの回転子位置情
報はちょうど％πだけ遅れ、通電切換タイミングのずれ
は解消されることになる。回転数の低下にともなってψ
。は大きくなるので、それにとも々って位相調整角度も
変化させれば、回転数にかかわりなく常に正確なタイミ
ングで通電切換が可能となる。

第４図は装部の具体的々回路の一例を示す。位相調整手
段２６と制御手段２８はマイクロコンピュータ２９およ
び周辺回路から構成されている。

その他の部分は第１図と同様であり、比較器２３〜２６
の出力が直接マイクロコンピュータ２９に入力すれ、マ
イクロコンピュータ２９は比較器２３〜２５の出力レベ
ル相互の関係が変化する時間１を４測し、その時間から
位相ずれ角度ψ８にあたる切換タイミングずれ時間１ａ
を演算して、切換タイミングを調整するとともに、その
関係そのものから通電すべき固定子巻線相を決定し、そ
れに応じたスイッチング素子のゲート信号を出力し、巻
線に対する通電を制御している。

次に−１−記のように構成した無整流子電動機の動作を
第５図のフローチャートを用いて説明する。

回転する。捷ずステップ３０でゲート仁号を出力し回転
子１３を同転させる。その後ただちにステップ３１で比
較器２３〜２５の出力信号の取り込みを開始すると同時
に、ステップ３２で比較器３〜２６の出力レベル相７７
の関係か変化するまでの時間ｔの測定を開始する。次に
ステップ３３で比較器２３〜２６の出力レベルが変化す
る１で観察を続け、変化すれはステップ３４て時間ｔの
測定を停止すると同時に、ステップ３５て時間ｔより、
切換タイミングずれ時間ｔａを演算する。なおｔａの演
算は、−次フイルター回路の位相遅れか３イπのときの
ｔをＴ、位相がずれた場合のｔをＴ′およびそのときの
位相遅れ角度をψ′とすれば、以下の式によって可能で
ある。

演算が終了すればステップ３６で再び時間ｔの測１３ぺ
一 定を開始し、ステップ３７で通電相を決定したのち、ス
テップ３８の時間１ａ遅延タイマーで切換タイミングを
遅らせた後ステップ３９で、ステップ３了で決定された
通電相に応じたゲート信号を出力し、回転子１３の回転
を続行させる。以後はステップ３３から３９の繰り返し
で運転が続行される。比較器２３〜２５の出力状態に応
じてどの固定子巻線相を通電さぜるかは、あらかじめマ
イクロコンピュータ中のＲＯＭに記憶されており、本例
では比較器２３〜２５の出力状態の６種類の変化に対応
して、６種類の通電ノ（ターンが記憶されている。

なお本実施例では二次フイルター回路２３〜２６の位相
遅れ角度をハπとしたが、％ＸｎＸπ（ｎは自然数）で
あればよく、ｎの値を前提として制御手段２８が通電相
を決定すればよい。′！また二次フイルター回路の位相
遅れが％πとなる所定の回転数をあらかじめ電動機が使
用される最高回転数に設定しておけば、それ以下の回転
数では本実施例の運転制御が可能と々る。

１４　　・ 以上のように本実施例によれは、所定の回転数において
二次フイルターの位相遅れが、巻線電流による抵抗降下
のための位相遅れも含めて（ＫπとなるようＲとＣの値
を設定し、なおかつ所定の回転数以外の回転数では位相
調整手段が位相を調整しているので、位置検出手段から
の回転子位置情報が常に％π遅れる。さらに遅れを前提
として制御手段が巻線に対する通電を制御しているので
、−次フイルター回路および巻線電流による抵抗降下に
よる位相ずれのない正確な通電切換えによる、円滑な電
動機の回転が可能となる。

発明の効果 以上のように本発明によれは、あらかじめ所定の回転数
にてフィルター回路の位相遅れが所定の値となるように
設定するとともに、所定以外の回転数でも回転子の位置
検出手段からの出力が所定の位相遅れとなるよう位相調
整手段が調整しているので、制御手段は常に一定の遅れ
を前提として巻線に対する通電切換えをすることが可能
となり、中性点電圧を観測し々くても、最適な位置でも
通１５　・・ 主切換可能な騒音・振動発生の少ない、効率のよい無整
流子電動機が簡単な構成で製作できるという効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における無整流子電動機の概
略構成図、第２図は同巻線端子電圧と比較器の出力およ
びスイッチング素子の導通状態を示す説明図、第３図は
同巻線端子電圧と二次フイルター回路の出力電圧および
比較器の出力の関係を示す説明図、第４図は同要部回路
図、第６図は同運転のためのプログラムの一例を示すフ
ローチャート、第６図は従来の無整流子電動機の概略構
成図、第７図は同端子電圧と中性点電圧とスイッチング
素子の導通状態々どの関係を示す説明図である。 ７．８，９，１０，１１．１２・・・・・固定子巻線、
１３・・−・回転子、１４，１５．１８　　・・−次フ
イルター回路、１７，１８．１９・　・抵抗、２０゜２
１．２２・・・・コンデンサ、２３，２４．２５・・・
・・比較器、２６・・・・・・位相調整手段、２７・・
・・位置検出手段、２８・　制御手段。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名７ダ
ｆ２〜１１４線 イ３−＠１シこ２１ ｆ４ＪＧ−−−−そメでフイノ（ｆ−ＥＩＪンラレ、ｆ
７〜ｆ９−−一孜潴。 第１図　　　　２．〜２２−３’／＊、７アｆ１３−．
２．５−−−　ｍｌ較巷 ２１；　−−−＋ｈ列調窒リす ２７−−−イ１１Ｊｔｔ　↑、と９． ２８−　　副Ｋｌｌ＋η 第　２　図 第３図 Ｏ７５／ｌがＴ−江 第４図 ◆ つＣ−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 中性点非接地スター結線された３相の固定子巻線の中性
   点でない各相端子に各々接続され、所定の回転数にて所
   定の位相遅れを発生させるフィルター回路と、これらフ
   ィルター回路の各出力を相互に比較する比較回路と、こ
   の比較回路の出力の位相遅れが前記所定の回転数以外の
   回転数でも、所定の値となるよう位相を調整する位相調
   整手段とから構成された回転子の位置を検出する位置検
   出手段と、この位置検出手段の出力に応じて前記３相の
   固定子巻線の所定の相に通電する制御手段を備えた無整
   流子電動機。