JPH0251390A - 無刷子直流電動機 - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は無刷子直流電動機に係り、特に、位置検出機構
を持たず、電動機の運転中に固定子巻線に発生する逆起
電圧を利用して永久磁石回転子の位置検出を行なうよう
にした無刷子直流電動機に関する。

（ロ）従来の技術 従来、固定子巻線に発生する逆起電圧を利用して永久磁
石回転子の位置検出を行なうようにした無刷子直流電動
機には特公昭６２−２０７９１号公報がある。これは、
複数の固定子巻線のそれぞれに発生する逆起電圧の非通
電領域の全部または一部を個別にとり出す整流回路と、
前記整流回路の出力をそれぞれ電流に変換する吐出型及
び吸引型の電圧電流変換回路と、両変換回路によって充
放電される複数の時間積分コンデンサより構成された演
算回路とを備え、この演算回路により複数の固定子巻線
のそれぞれに発生する逆起電圧の非通電領域の全部また
は一部を個別にとり出してこれを時間内に加算積分およ
び減算積分し積分演算した結果を永久磁石回転子の回転
位置信号となし、この信・号によって複数の固定子巻線
を順次付勢して電動機を駆動するようにしたものである
。

（八）発明が解決しようとする課題 しかしながら上記の構成によると逆起電圧は整流回路に
よって整流されるため、整流回路を一般的なダイオード
等の整流素子で構成した場合には、整流素子の順方向電
圧降下が生じ、この電圧降下によって整流波形は逆起電
圧波形とは異なったものとなる（整流波形の波高値が逆
起電圧波形の波高値より電圧降下分だけ低くなる）。こ
のため、上記整流波形をもとに時間積分された波形の波
高値は一定にならない場合があり、これをもとに演算さ
れた回転位置信号も少なからず影響を受け、駆動回路を
構成するスイッチング素子の安定した切換え（一定のタ
イミングでの切換え）が行なわれないことがある。この
問題は永久磁石回転子の回転数が低い場合には逆起電圧
の波高値が低く、整流波形に及ぼす影響が大きくなるの
で特に顕著となる。また、上記構成では重圧電流変換回
路の出力を充放電する際に複数の時間積分コンデンサを
使用しているため、充放電のサイクル設定が難しく、設
定が悪いとスイッチング素子の正常な切換えができなく
なる等の問題があり、信頼性に問題があった。

本発明は断る点に鑑みなきれたもので、３相の固定子巻
線とこの巻線の夫々に直列接続諮れた永久磁石回転子駆
動用のスイッチング素子とを備え、この直列回路に一方
向通電するようにした無刷子直流電動機（以下３相片道
通電方式の無刷子直流電動機という）において、整流素
子の順方向電圧降下やこれによる回転位置信号への悪影
響、及び、時間積分コンデンサの煩雑な充放電のサイク
ル設定をなくし、永久磁石回転子の回転数の影響を受け
ず、低速から高速まで最適なスイッチング素子への通電
が可能な信頼性の高い無刷子直流電動機を提供すること
を目的とする。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明は、３相片道通電方式の無刷子直流電動機におい
て、３相の固定子巻線とこの巻線の夫々に直列接続され
た巻線駆動用のスイッチング素子とを備え、この直列回
路に一方向通電するようにした無刷子直流電動機におい
て、前記固定子巻線の夫々に発生する逆起電圧のピーク
時を検出して信号を出力するピーク時検出回路を設け、
この回路の信号出力時に前記スイッチング素子の切換え
を行なうようにしたものである。

また、請求項１記載の無刷子直流電動機において、固定
子巻線の通電状態を常に１相がＯＮ、２相がＯＦＦとし
、かつ、ＯＦＦ相である一方の相の誘起逆起電圧と電源
電圧との差を検出して信号を出力する第１の検出回路と
、他方の相の誘起逆起電圧と電源電圧との差を検出して
信号を出力する第２の検出回路とを設け、この両回路か
らの出力信号を比較することによってＯＦＦ相の巻線の
逆起電圧のピーク時を検出するようにしたものである。

（＊）作用 本発明の無刷子直流電動機は上記した前者の構成により
、固定子巻線に発生する逆起電圧を直接利用してスイッ
チング素子への最適な通電タイミング（回転トルクが大
きい時点でのタイミング）を得ることができ、整流回路
や時間積分コンデンサを不用として整流素子の順方向電
圧降下やこれによる回転位置信号への悪影響、及び、時
間積分フンデンサの煩雑な充放電のサイクル設定をなく
し、しかも、逆起電圧の波高値を直接使用しておらずそ
の比を利用しているので永久磁石回転子の回転数の影響
を受けることなく低速から高速まで最適なタイミングで
スイッチング素子への通電を行なうことが可能となり、
信頼性を向上できるものである。

また、後者の構成により常にＯＦＦとなっている２相の
巻線の逆起電圧を利用することができ、より確実な通電
タイミングが得られ信頼性を一層向上できると共に回路
構成を簡素化できる。

（へ）実施例 以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明による無刷子直流電動機と巻線駆動用の
スイッチング素子の概略図である。１は４極の永久磁石
回転子、Ａ、Ｂ、Ｃは３相に配置された固定子巻線、２
ａ、２ｂ、２ｃは夫々前記巻線Ａ、Ｂ、Ｃを駆動する巻
線駆動トランジスタ、３ａ、３ｂ、３ｃはそのベース端
子である。

４は正の直流電源ＶＣＣに接続される端子である。

この電動機の駆動は回転子１の回転位置角度に応じて巻
線駆動トランジスタ２Ｂ、２ｂ、２ｃのベース端子３ａ
、３ｂ、３ｃに順次切換わるベース電流を印加すること
により行なわれる。

第２図は本発明による基本的な通電タイミングである。

ここで、永久磁石回転子１の回転時に発生する夫々の巻
線Ａ、Ｂ、Ｃの逆起電圧はｖＡ。

Ｖ、、ＶＣとなる。この場合、最適な通電タイミングと
は３相巻腺Ａ、Ｂ、Ｃの各相において夫々Ｔａ　、Ｔｂ
　、Ｔｃの区間になる。すなわち、各巻線Ａ、Ｂ、Ｃの
波高値のピークを夫々ａ　、　ｂ　’、　ｃとすると、
Ａ相の通電時間はｂ　−ｃ間のＴａ、Ｂ相の通電時間は
ｃ−ａ’間のＴｂ、Ｃ相の通電時間はａ゛〜ｂ′間のＴ
ｃとなり、他相の巻線のピーク時を検出することにより
上述した最適通電を行なうためのパルスを得るようにす
る。

次に、ＯＦＦ相のピーク時を検出する基本的な方法を第
３図で説明する。各巻線Ａ、Ｂ、Ｃに発生する逆起電圧
の波形は夫々ｖＡ、　Ｖｓ　、　Ｖｃとなり、かつ、通
電状態は常に１相がＯＮ、２相がＯＦＦとなるが、ここ
で、Ｂ相の逆起電圧のピーク時点すについて考えてみる
と、この時までは第２図に示した如くＣ相がＯＮＬ、て
いる。ここで、ｂ点での＋ＶＣＣからの波高値をＥ、ｂ
点と同時刻のＡ相のＶＡの波高値をＫＥとすると、波高
値Ｅは回転数によって変化するが、Ｋは回転数による変
化のない定数となる。例えば、ＶＡ−Ｅｓｉｎθであれ
ばに−１／２となる。そこで、 ［ｖｉ−（＋ｖｃｃ）：ｌと、［（＋Ｖｃｃ）−ＶＡ）
の１／に倍したものとを比較し、これが１：１になる時
を検出すればそれがＶ、のピーク時点すとなる。すなわ
ち、第４図に示すように（Ｖｌ−（＋Ｖｃｃ））と　ｔ
／ｘ（（＋ｖｃｃ）−ｖａ）の両型圧の波高値が一致す
る点がｖ３のピーク時点すとなるため、このｂ点でパル
スを発生させるようにしている。なお、他の相の場合も
同様にして、（Ｖ　Ｃ＋　（＋　Ｖ　ＣＣ”）　）と　
１／Ｋ（（＋Ｖｃｃ）−Ｖｍ）を比較してＶｃのピーク
時点Ｃを、（ＶＡ−（＋Ｖｃｃ）３　ト１／Ｋ　（（＋
Ｖｃｃ）−Ｖｃ）を比較してＶａのピーク時点ａを検出
する。

以上の基本的な論理に基づいて具体的実施例を以下に説
明する。

第５図は無刷子直流電動機の回路例であり、３相片道通
電方式で結線された固定子巻線Ａ、Ｂ。

Ｃの各相の逆起電圧ｖＡ、ｖ、、Ｖｃと＋ＶＣＣを夫々
抵抗Ｒ８〜Ｒ６によって分圧して信号として取り出し、
取扱いができるレベルに変換する。ここで、Ｒｔ−Ｒｓ
＝Ｒｓ、Ｒｓ−Ｒ−−Ｒｓとすれば減衰比は一定となる
。更に、これをＲ７−Ｒ１４によって分圧して電圧比較
できるレベルにする。ここで　−Ｒγ　−Ｒψ　−Ｒ１
１”’Ｒ１１ｌ　　　Ｒ＃”Ｒ１・−Ｒ１１”Ｒｔ４と
すれば、第６図に示すようにＶを基準として夫々等しい
波高値の信号電圧レベルＶ　ａ　ｔ　Ｖ　ｂ　ｙｖｃが
得られる。

このようにして得られた信号電圧ｖａ、　ｖｂ、　ｖＣ
を第７図に示すように２個の差動増幅器５，６に入力す
る。ここで、差動増幅器５は増幅度１、差動増幅器６は
増幅度１／Ｋに設定する。そして、それぞれの出力を電
圧比較器７によって比較するとＶｍのピーク時に巻線Ａ
を通電させるためのパルスａを発生させることができる
。このときの、Ａ相における逆起電圧ｖＡと電圧比較器
７からの発生パルスａを時間的に見ると第８図のような
タイムチャートとなる。また、他のＢ相、Ｃ相からも同
様にして巻１１Ｂを通電させるためのパルス５１巻１１
Ａｃを通電させるためのパルスＣを得ることができる。

（尚、第７図中、Ｂ相、Ｃ相についての差動増幅器と電
圧比較器の構成は同様であるので省略する。）そして、
夫々（３個）の電圧比較器７（他２個は図示せず）から
の出力パルスａ、ｂ、ｃは第９図に示すようになり、こ
れを演算回路８に入力して最適通電パルスｄ、ｅ、ｆが
得られる。ここで、演算回路８ではパルス発生した相を
順次ＯＮさせ、かつ、他の相がＯＮするまでとする演算
を行なうことにより上記最適通電パルスを得ている。

以上得られた最適通電パルスをもとに各巻線Ａ、Ｂ、Ｃ
を通電すると各相の逆起電圧波形は第１０図に示すＶＡ
’　、　Ｖ、’　、　ＶＣ’（７）ように変化する。そ
して、これによって逆起電圧から比較して得られる波形
も変化するので発生パルスも第１０図中ａ’、ｂ’、ｃ
’という具合に変化してパルスの時間幅は長くなる。し
かし、パルスの発生時点には同等影響がないので、演算
回路８によって再び上述した演算（パルス発生した相を
順次ＯＮさせ、かつ、他の相がＯＮするまでの間を通電
パルスとする演算）を行なうことにより、上記したパル
スｄ、ｅ、ｆ’と同様の最適通電パルスｄ　’、　ｅ　
’。

ｒ゛が得られる。

尚、以上の説明では差動増幅器５，６の増幅度を１と１
／Ｋに設定したが、電圧比較器７との関係によってこれ
以外の設定でも良い。

更に、本実施例ではＯＦＦ相と＋ＶＣＣとの電圧差をそ
れぞれ比較する方法を説明したが、これに限定されるこ
となく、例えば１相は（Ｖｌ−ＶＡ）のように逆起電圧
そのものの電圧差を検出して１＋に：にとなる時点を検
出しても最適通電パルスが得られ、逆起電圧のピーク時
を検出するものであれば同等本発明を逸脱しない。

（ト）発明の効果 以上のように本発明によればＯＦＦ相の固定子巻線に発
生する逆起電圧を直接利用して巻線駆動用スイッチング
素子への最適な通電タイミングを得ることができ、整流
回路や時間積分コンデンサを不用として整流素子の順方
向電圧降下やこれによる回転位置信号への悪影響、及び
、時間積分コンデンサの煩雑な充放電のサイクル設定を
なくし、永久磁石回転子の回転数の影響を受けることな
く低速から高速まで最適なタイミングでスイッチング素
子への通電を行なうことが可能となり、信頼性の高い無
刷子直流電動機が得られる。

また、常に１相を０Ｎ５２相をＯＦＦとして０ＦＦ２相
の逆起電圧を利用することにより簡単に各相の逆起電圧
のピーク時を検出することができると共に信頼性を一層
向上することができ、更に、定数Ｋを変更すれば永久磁
石回転子の着磁波形の興なる電動機にも簡易に適用でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による無刷子直流電動機と巻線駆動用ス
イッチング素子の概念図、第２図は逆起電圧による最適
通電の切換えタイミングを示す波形図、第３図は逆起電
圧によるＯＦＦＦＦ−ク時検出の原理を示す波形図、第
４図は逆起電圧によるＯＦＦＦＦ−ク時検出の電圧比較
を行なった場合の原理を示す波形図、第５図は無刷子直
流電動機と巻線駆動用スイッチング素子の実際の回路図
、第６図は第５図に示した回路での逆起電圧検出時の入
出力を示す波形図、第７図は逆起電圧のＯＦＦＦＦ−ク
時検出の回路例を示すブロック図、第８図は第７図のピ
ーク時検出回路の出力を示す波形図、第９図は逆起電圧
波形とピーク時検出回路の出力と最適通電パルスの関係
図、第１０図は最適通電パルスによって巻線通電した場
合の逆起電圧波形とピーク時検出回路の出力と最適通電
パルスの関係図である。 １・・・永久磁石回転子、　Ａ、Ｂ、Ｃ・・・固定子巻
線、　２ａ、２ｂ、２ｃ・・・巻線駆動トランジスタ、
　　５，６・・・差動増幅器、　７・・・電圧比較器、
８・・・演算回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）３相の固定子巻線とこの巻線の夫々に直列接続さ
   れた巻線駆動用のスイッチング素子とを備え、この直列
   回路に一方向通電するようにした無刷子直流電動機にお
   いて、前記固定子巻線の夫々に発生する逆起電圧のピー
   ク時を検出して信号を出力するピーク時検出回路を設け
   、この回路の信号出力時に前記スイッチング素子の切換
   えを行なうようにしたことを特徴とする無刷子直流電動
   機。
2. （２）固定子巻線の通電状態を常に１相がＯＮ、２相が
   ＯＦＦとし、かつ、ＯＦＦ相である一方の相の誘起逆起
   電圧と電源電圧との差を検出して信号を出力する第１の
   検出回路と、他方の相の誘起逆起電圧と電源電圧との差
   を検出して信号を出力する第２の検出回路とを設け、こ
   の両回路からの出力信号を比較することによってＯＦＦ
   相の巻線の逆起電圧のピーク時を検出するようにしたこ
   とを特徴とする請求項１記載の無刷子直流電動機。