JPS6346679B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、無刷子直流電動機の回転数を定速制
御する無刷子直流電動機制御回路に関する。

（従来の技術） 従来、無刷子直流電動機（以後単に電動機と記
す）を定速に制御する制御回路は、固定子巻線に
誘起される逆起電力Ｖが回転子の回転数Ｎに依存
して増減する現象を利用している。たとえば、第
１図に示すように、トランジスタａのエミツタ・
コレクタ間の抵抗値を上記逆起電力Ｖで制御し、
直流電源ｂから供給される回転子の位置検出器ｃ
およびトランジスタｄへの通電量の調整を行な
い、トランジスタｅのベース電流を増減してい
る。そして、回転子の回転数Ｎが減少した際には
トランジスタｅのエミツタ・コレクタ間の抵抗値
を下げ固定子巻線ｆへの通電量を増加して回転数
Ｎを上げ、回転子の回転数Ｎが増加した際にはト
ランジスタｅのエミツタ・コレクタ間の抵抗値を
上げ固定子巻線ｆへの通電量を減少して回転数Ｎ
を下げるよう動作している。

しかし、このような制御回路においては、電動
機が重負荷により回転数Ｎが低下した場合には、
トランジスタｅのエミツタ・コレクタ間の抵抗値
は低下するため問題はないが、軽負荷時により回
転数Ｎが増加した場合にはトランジスタｅのエミ
ツタ・コレクタ間の抵抗が増加して、エミツタ・
コレクタ間の電圧の高い不飽和領域で通電される
ため、コレクタ損失が大きくなり熱暴走によるト
ランジスタ破壊が生じてしまう。このトランジス
タ破壊を防止するため、トランジスタｅに定格容
量の大きいパワートランジスタを用いたり、また
放熱フインの大きなものを用いる必要が生じ、制
御回路全体の形状が大きくなるとともに、コスト
も高くなる。

また、位置検出器ｃとして通常使用されるホー
ル素子には回転数Ｎの増減に応じたパルス電圧を
出力させるため、その制御電流を変化させる必要
があり、このため感度が制御電流によつて調整で
きるInSbバルク型ホール素子を使用している。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、このInSbバルク型のホール素子は温
度によりその特性が変わりやすく、回路設計が困
難である問題がある。

本発明は上記問題点に鑑みなされたもので、無
刷子直流電動機への通電を行なうスイツチング回
路をパルス制御することにより、スイツチング回
路素子に定格の小さな安価なものを用いることが
できるとともにこれに使用する放熱フインも小型
化でき、さらに温度特性のすぐれた無刷子直流電
動機制御回路を提供するものである。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は、永久磁石より構成される回転子と、
固定子巻線とよりなる無刷子直流電動機の制御回
路において、上記電動機の回転子に対向して設け
られオン時間・オフ時間比率が一定の通電パルス
を上記電動機の回転数に応じた周期で出力するホ
ールICで形成された検出回路と、この検出回路
から出力される通電パルスに基いて立上り時間を
一定時間遅らせた駆動パルスを出力し上記電動機
の固定子巻線への通電を制御するスイツチング回
路とを具備しているものである。

（作用） 本発明の無刷子直流電動機制御回路は、ホール
ICで形成された検出回路の通電パルスに基いて
スイツチング回路より、立上り時間が一定時間遅
れた駆動パルスを出力し、このスイツチング回路
からの駆動パルスにより無刷子直流電動機の固定
子巻線への通電を行うものである。

このため上記電動機の回転数が上昇した際には
上記検出回路の通電パルス周期が短縮されてスイ
ツチング回路の駆動パルスは減少し、上記電動機
の回転数が低下した際には上記検出回路の通電パ
ルス周期が長くなつてスイツチング回路の駆動パ
ルスが増加し上記電動機の回転数の定速制御を行
なう。従つて負荷等の変化によつて電動機の回転
数が変化すると電動機の回転数が増減し電動機は
定速制御される。

（実施例） 次に本発明の一実施例を第２図ないし第７図を
参照して説明する。

第２図の無刷子直流電動機制御回路（以後制御
回路という）において、１は直流電源２を電源と
して駆動される検出回路であり、この検出回路１
は温度依存性の低いSiペレツト等のホールICをも
つて形成されている。また、この検出回路１は、
図示しない無刷子直流電動機（以後単に電動機と
記す）の固定子上に回転子に対向するように固定
され、この回転子の回転数Ｎを検出し、検出信号
として通電パルスを出力する。この検出回路１の
通電パルスは、オン時間taおよびオフ時間tbの比
が一定となるように形成され、回転数Ｎが上昇す
るとそのパルス周期Ｔ（Ｔ＝ta＋tb）が短くなり、
反対に、回転数Ｎが低下するとそのパルス周期Ｔ
は長くなる。

この検出回路１の通電パルスはインバータ３に
より波形整形され信号を反転して出力される。こ
のインバータ３の通電パルスはインバータ４ａ，
４ｂにより同様にして反転出力され、エミツタが
アースされたスイツチング回路のNPNトランジ
スタ（以後TrIと記す）５のベースに入力され
る。

次にスイツチング回路について説明する。

６は単安定マルチバイブレータ等をもつて形成
された遅延回路（以後MMと記す）で、たとえば
第３図ＡまたはＢに示す回路をもつて構成されて
いる。ここにおいて、第３図Ａの回路構成をもつ
て形成されたMM６は、入力端子６ａに「０」パ
ルスを入力した状態では、インバータ７の入力段
は「０」であり、インバータ７を介した出力端子
６ｂは「１」を出力している。このためインバー
タ７，８の入出力段間に接続されたコンデンサ９
の電位は「０」となつている。そして、この状態
のMM６にパルス「１」を入力すると、コンデン
サ９の充電電圧がインバータ７のスレツシヨルド
電圧を上まわるまでの時間tdの遅れをもつてこの
MM６は「０」を出力する。また、第３図Ｂをも
つて形成されたMM６も同様に動作する。

このため、このMM６は第４図に示すように、
インバータ４ｂから入力されるパルスが「１」→
「０」に反転するときにはこれと同期してその出
力パルスを「０」→「１」に反転して出力すると
ともに、インバータ４ｂから入力されるパルスが
「０」→「１」に反転するときには常に一定時間
tdだけ遅延してその出力パルスを「１」→「０」
に反転して出力する。

そして、MM６の出力パルスはインバータ１０
を介してその信号が反転され、エミツタがアース
されたNPNトランジスタ（以後Trと記す）１
１のベースに入力される。

１２はスイツチング素子としてのPNPトラン
ジスタ（以後Trと記す）であり、ベースを前
記Tr１１のコレクタに接続するとともに、エ
ミツタを電源２の正極側に接続し、コレクタをコ
ンデンサ１３を介してアースしている。

このようにスイツチング回路はTr５、Tr
１１、Tr１２、MM６、インバータ１０およ
びコンデンサ１３にて構成されている。

また１４は図示しない前記電動機の固定子巻線
であり、この固定子巻線１４は一端が前記Tr
１２のコレクタに、他端が前記Tr５のコレク
タに接続されている。

次にこの実施例の動作を説明する。

まず、電動機が回転数Ｎで回転すると、第４図
に示すように検出回路１はこの回転数Ｎに応じた
周期Ｔの通電パルスを出力する。この検出回路１
の通電パルスはインバータ３，４ａ，４ｂを介し
てスイツチング回路のTr５のオン・オフを制
御するとともに、MM６の出力パルスを制御す
る。

このMM６の出力パルスは、検出回路１から出
力される通電パルスが「０」→「１」に反転する
と同時に「０」→「１」に反転し、検出回路１の
出力パルスが「１」→「０」に反転すると、一定
時間td遅延して「１」→「０」に反転する。そし
て、このMM６はインバータ１０を介してその出
力パルスが「１」のときにTr１１をオフし、
さらにこのTr１１を介してTr１２をオフす
る。また、このMM６はその出力パルスが「０」
のときTr１１をオンし、さらにTr１２をオ
ンする。

以上のように検出回路１の電通パルスは「０」
→「１」に反転するとスイツチング回路のTr
５およびTr１２がともにオフされ、スイツチ
ング回路から出力される駆動パルスは「０」とな
り、固定子巻線１４の通電はオフされる。また、
検出回路１から出力される通電パルスが「１」→
「０」に反転すると、スイツチング回路のTr５
は直ちにオンし、Tr１２は立上り時間が一定
時間td遅れてオンする。このため、スイツチング
回路の駆動パルスは検出回路１が「０」の通電パ
ルスを出力する時間tbから遅延時間td減算した時
間「１」となつて出力され、この時間固定子巻線
１４に通電されることになり、検出回路１の通電
パルスの１サイクル中に占める固定子巻線１４の
通電時間の比は、 Ｋ（Ｎ）＝tb−td／Ｔ＝tb／Ｔ−td／Ｔ … で表わされることになる。ここにおいて、tb／Ｔ
およびtdは一定であるため、検出回路１の通電パ
ルス周期Ｔが増加するとＫ，Ｎが増し、スイツチ
ング回路の駆動パルスは長くなり固定子巻線１４
の通電時間が増加し、電動機への供給電力を増加
する。

また、検出回路１から出力される通電パルス周
期Ｔが短くなるとＫ，Ｎが減少し、スイツチング
回路の駆動パルスは短くなり固定子巻線１４の通
電時間も減少し、電動機への供給電力を低下させ
る。

したがつて、電動機が重負荷となり回転数Ｎが
減少すると、第５図Ａに示すように検出回路１か
ら出力される通電パルス周期Ｔは長くなるため
Ｋ，Ｎは増加てスイツチング回路の駆動パルスは
長くなり、電動機への供給電力を増加して回転数
Ｎを増加するよう働く。

また、電動機が軽負荷となりその回転数Ｎが増
加すると、第５図Ｂに示すように検出回路１の通
電パルス周期Ｔが短くなり、Ｋ，Ｎが減少して電
動機への供給電力を減少し、その回転数Ｎを低下
させるように働く。

このように、電動機の回転数Ｎの変化に伴い
Ｋ，Ｎが変化してスイツチング回路の駆動パルス
の変化で、この電動機は定速制御される。

第６図は、他の回路をもつて形成された制御回
路の実施例を示すものである。

検出回路１から出力される通電パルスはインバ
ータ３，４を介してスイツチング回路MM６に入
力され、MM６の出力はインバータ１０を介して
スイツチング素子としてのNPNトランジスタ
（以後eTrと記す）１２のベースに入力されてい
る。このTr１２のエミツタはアースされ、コレ
クタは電動機の固定子巻線１４に接続され、直流
電源２による固定子巻線１４への通電の制御を行
なう。このようにスイツチング回路はMMR、イ
ンバータ１０およびTr１２にて構成されている。

次に、この制御回路の動作を説明する。

検出回路１から出力された通電パルスはインバ
ータ３，４を介して位相が２度反転されスイツチ
ング回路のMM６に入力される。したがつてMM
６に入力されるパルスは検出回路１の通電パルス
と同相となる。

このため、検出回路１から出力される通電パル
スが「０」→「１」に反転すると、スイツチング
回路のMM６の出力は時間td遅延して「１」→
「０」に反転し、検出回路１の出力パルスが「１」
→「０」に反転するとこれを同期してMM６の出
力パルスは「０」→「１」に反転する。そして、
このMM６はその出力パルスが「０」のとき、イ
ンバータ１０を介してTr１２をオンして、スイ
ツチング回路は駆動パルスを出力し、固定子巻線
１４は通電され、MM６の出力パルスが「１」の
とき、インバータ１０を介してTr１２をオフし
てスイツチング回路の駆動パルスは「０」となり
固定子巻線１４の通電をオフする。したがつて、
固定子巻線１４は検出回路１が「１」の通電パル
スを出力する時間taからスイツチング回路のMM
６の遅延時間tdを減算した時間通電されることと
なり、検出回路１の通電パルスの１サイクル中に
占める固定子巻線１４の通電時間の比は、前述し
た式と同様、 Ｋ（Ｎ）＝ta−td／Ｔ＝ta／Ｔ−td／Ｔ … の式で表わされる。

このため、電動機の回転数Ｎが重負荷により低
下すると、第７図Ａに示すように、検出回路１か
ら出力される通電パルス周期Ｔは長くなることに
よりＫ，Ｎが増加し、電動機の回転数Ｎも増加
し、スイツチング回路から出力される駆動パルス
も長くなる。

また、電動機の回転数Ｎが軽負荷により増加す
ると、第７図Ｂに示すように、検出回路１の通電
パルス周期Ｔが短くなり、Ｋ，Ｎが減少してスイ
ツチング回路の駆動パルスは短縮され、電動機の
回転数Ｎは低下する。

このように、電動機の回転数Ｎの変化に伴い
Ｋ，Ｎが変化し、スイツチング回路から出力さる
駆動パルスにて電動機は定速制御される。

〔発明の効果〕

本発明によれば、無刷子直流電動機の負荷変動
に対し上記電動機の固定子巻線への通電をスイツ
チング回路により供給電力を増減して上記電動機
の定速運転を行なうに際し、上記電動機への供給
電力の調整を検出回路から出力される通電パルス
に基いて駆動パルスを出力するスイツチング回路
の通電時間の制御をもつて行なうことにより、ス
イツチング回路を不飽和領域で使用することがな
くなり、定格の小さなスイツチング素子を用いか
つ小さな放熱フインを用いても熱暴走が発生する
ことを防止でき、安価でかつ小型の無刷子直流電
動機制御回路とすることができる。

また、従来のようにスイツチング回路の通電量
を電圧制御しないため、上記電動機の回転数を検
出する検出回路に温度依存性の小さな、たとえば
Siペレツト型のホールIC等を使用することがで
き、回路設計の簡単化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の無刷子直流電動機制御回路図、
第２図は本発明の無刷子直流電動機制御回路の一
実施例を示す回路図、第３図Ａ，Ｂはその遅延回
路の回路図、第４図は同上タイムチヤート図、第
５図Ａは無刷子直流電動機の回転数が減少した際
のタイムチヤート図、第５図Ｂは無刷子直流電動
機の回転数が増加した際のタイムチヤート図、第
６図は他の実施例を示す無刷子直流電動機制御回
路の回路図、第７図Ａは無刷子直流電動機の回転
数が減少した際のタイムチート図、第７図Ｂは無
刷子直流電動機の回転数が増加した際のタイムチ
ヤート図である。 １……検出回路、６……遅延回路、１２……ス
イツチング回路のスイツチング素子、１４……固
定子巻線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 永久磁石より構成される回転子と、固定子巻
   線とよりなる無刷子直流電動機の制御回路におい
   て、上記電動機の回転子に対向して設けられオン
   時間・オフ時間比率が一定の通電パルスを上記電
   動機の回転数に応じた周期で出力するホールIC
   で形成された検出回路と、 この検出回路から出力される通電パルスに基い
   て立上り時間を一定時間遅らせた駆動パルスを出
   力し上記電動機の固定子巻線への通電を制御する
   スイツチング回路とを具備したことを特徴とする
   無刷子直流電動機制御回路。