JPH0474956B2

JPH0474956B2 -

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Publication number: JPH0474956B2
Application number: JP58116981A
Authority: JP
Priority date: 1983-06-30
Filing date: 1983-06-30
Publication date: 1992-11-27
Also published as: JPS6013491A

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、さらに詳述すれ
ば、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、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の励磁巻線に通電する通
電制御装置とを備えて回転子を回転駆動する構成
の直流無刷子電動機に関するもので、特に、供給
する電圧を不変としておいて回転子の速度を定格
速度以下の任意の速度に制御可能としようとする
もので、例えば、フアンモータ等、比較的軽負荷
の電動機に適用される。

〔発明の背景〕

従来例を第１図により説明する。第１図ａは直
流無刷子電動機の断面図、ｂはその通電制御回路
図である。第１図において、１は回転子軸、３は
回転ハブ（図には見えていない）を介して回転子
軸１に直結していて回転子軸１と一体的に回転す
る永久磁石であり、これらの１，３で電動機の回
転子を構成する。永久磁石３は円筒形状をしてお
り、その円筒の半周はＮ極に、残りの半周はＳ極
に着磁されている。なお、この電動機が冷却用フ
アンの駆動源に用いられる電動機である場合は、
永久磁石の外周側に、フアンブレードの複数枚が
植設されることになる。５ａ，５ｂは固定子鉄芯
のポールシユー、６ａ，６ｂは固定子磁極、７
ａ，７ｂは各固定子磁極６ａ，６ｂにそれぞれ巻
装された励磁巻線、８は固定子ヨーク、９は永久
磁石３の回転磁極位置を検出する位置検出器であ
る。４は永久磁石３の内周面と固定子鉄芯のポー
ルシユー５ａ，５ｂの外周面との間の空隙であ
り、そして、位置検出器９はこの空隙４内の、ポ
ールシユー５ａ，５ｂを対称的に２等分する中心
線上より僅かに外れた位置に配置される。ｂ図に
おいて、Q_a，Q_bは各励磁巻線７ａ，７ｂの通電
を制御するトランジスタ、R₁，R₂，R₃，R₄はそ
れぞれ抵抗である。

第１図ｂ図の、は電源供給端子であり、こ
こに所定の直流電圧を印加すると、位置検出器９
は第１図ａの図示状態では永久磁石３のＳ極に対
向しているのでＳ極を検出してトランジスタQ_a
のベースに正の電圧を、Q_bのベースに負の電圧
を与え、これによりトランジスタQ_aが導通して
励磁巻線７ａに電流を流し、この電流により生じ
る磁界により永久磁石３に、例えば、時計方向の
回転力を発生し、回転子が時計方向に回転する。
回転子が半回転すると位置検出器９は永久磁石３
のＮ極に対向し、トランジスタQ_bのベースに正
の電圧を、Q_aのベースに負の電圧を与え、これ
によりQ_bが導通して励磁巻線７ｂに電流を流し、
この電流により生じる磁界により永久磁石３に、
同じ時計方向の回転力を発生し、回転子は引き続
き時計方向に回転する。以下、同様に動作して、
回転子が半回転するごとに、通電する励磁巻線７
ａ，７ｂが切換えられて、連続的に時計方向の回
転力を発生する。

冷却用フアンの駆動用電動機としては、従来、
一般に交流の誘導電動機が採用されていた。この
理由は、誘導電動機は構造が簡単で安価に製造で
き、しかも磨耗する部分がなく寿命が長いという
特長があるためであつた。しかし、誘導電動機は
交流電源のある場所でしか使用できないという不
都合があり、他方で冷却フアンの被冷却対象とな
る電子機器等の小形化や広域での普及を推進する
過程で電子機器内の電源を直流低電圧に統一する
という要請が生じ、これに対処するように冷却用
フアンの駆動用電動機も直流低電圧で運転できる
ものが必要となつてきた。

この要請に対して駆動用電動機として整流子と
刷子を有する通常の直流電動機を使用すること
は、刷子から発生する磨耗粉が電子機器類を汚染
すること、電動機の寿命が誘導電動機に比し短か
いことなどの不都合があるために、第１図に例示
したような、刷子を有しない、速度発電機を設け
る必要のない構造簡易な直流無刷子電動機が賞用
されている。

しかし、冷却用フアンの駆動源に直流無刷子電
動機を使用する場合、電動機から発生する回転音
が、できるだけ小さいことが要求される。そこ
で、同一風量を発生するならば、小形のフアンを
高速で回転させるより、それより大形のフアンを
低速で回転させる方が、発生する騒音が小さくな
ることから、例えば定格回転数3000rpmの直流無
刷子電動機をそれ以下の低回転数で回転させたい
という要望が多い。電動機を低速回転させるに
は、固定子巻線仕様を変更し、巻線の巻数を増加
させ、巻線の線径を小さくしなければならない
が、巻数を増加させると巻線工数が増加し、線径
を小さくすると巻線時の断線が多くなり、歩留ま
りが悪くなり、製造原価が高くなるという不都合
が生じる。また、低速回転を得るのに、通電制御
回路のトランジスタ等の制御素子を使用して励磁
巻線に印加する電圧を下げる方式もよく行なわれ
るが、巻線印加電圧の切換え整流を導通、非導通
のトランジスタのスイツチング作用を用いること
で小形化を行なつている電動機の場合、上記方式
では電圧制御用の大コレクタ損失のスランジスタ
が必要となり、発熱が大となる、設置スペースが
必要となる、効率が悪化する等の不都合が生じ、
小形製品には不適当である。さらに、低速回転を
得るのに、巻線に低控素子を追加する方式も、従
来、行なわれているが、この方式によつても、前
記の大コレクタ損失のコレクタを追加するのと同
様の不都合がある。さらに、以上の方式は、いず
れも起動時のトルクが高速回転仕様の電動機に比
較して小さくなるという不都合である。

また、空隙寸法の大小等により発生するレラク
タンストルクを起動に利用する、１相方式の直流
無刷子電動機もよく採用されるが、しかし、この
場合は、巻線通電により発生する電磁起動トルク
が小さいために、起動時に、逆回転レラクタンス
トルクが打消されずに電動機が起動できない場合
も生じるという不都合がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、従来技術での上記した諸不都
合点を除き、定格回転数以下の任意の低速回転数
で運転させることができ、起動特性のすぐれた、
構造簡易の直流無刷子電動機を提供することにあ
る。

〔発明の概要〕

本発明の特徴は、上記目的を達成するために、
直流無刷子電動機においてその通電制御装置を、
位置検出器の出力信号に同期した鋸歯状波電圧信
号を発生する鋸歯状波発生回路と、この鋸歯状波
電圧を平滑化する平滑回路と、上記鋸歯状波電圧
と上記平滑電圧を比較し鋸歯状波電圧が平滑電圧
より小さいとき出力を発生する第１の比較器と、
低速回転時の平滑出力電圧より大きな電圧値に設
定される設定電圧と上記平滑電圧を比較し設定電
圧が平滑電圧より小さいとき出力を発生する第２
の比較器と、上記第１、第２の比較器のいずれか
より出力が発生している時に前記位置検出器出力
を固定子の励磁巻線に通電させるゲート回路とを
偏えた構成とするにある。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第２図、第３図によ
り説明する。第２図は通電制御回路図、第３図は
その各部信号のタイムチヤートである。この実施
例は、１個の位置検出器と２個の固定子励磁巻線
とを有する第１図構成の直流無刷子電動機の通電
制御装置に対するものである。

第２図において、位置検出器９、例えばホール
素子、の正側出力信号１０と、負側出力信号１
０′とは、それぞれAND回路７０，７５の一方の
入力となつており、これらのAND回路７０，７
５の各出力８０，８５がそれぞれ固定子の励磁巻
線（第１図の７ａ，７ｂ）に供給される。２０は
位置検出器９の出力信号に同期した鋸歯状波電圧
信号を発生する鋸歯状波発生回路であり、例え
ば、抵抗とコンデンサとの直列回路に定電流源を
接続し、コンデンサの端子に接続したトランジス
タスイツチを、位置検出９の出力信号１０及び１
０′の立上がり時点に発生するパルス信号でON
させる構成とし、コンデンサの端子電圧を出力信
号２０として取出すことにより、信号２０は、位
号１０の立上がりによつてクリアされた後直ちに
充電をはじめ、次に信号１０′の立上がりにより
クリアされるまで上昇を続ける鋸歯状波電圧信号
となる。従つて、この鋸歯状波電圧信号２０のピ
ーク値は、第３図に示すように、電動機の速度が
低いときほど高くなる。３０はこの鋸歯状波電圧
信号２０を平滑化する平滑回路である。４０は第
１の比較器で、鋸歯状波電圧信号２０と、平滑回
路３０からの平滑電圧３０とを比較し、鋸歯状波
電圧２０の方が平滑電圧３０より小さいときに、
出力信号４０を発生する。４５は第２の比較器
で、電動機の低速回転時の平滑出力電圧より大き
な電圧値に、設定器５０で設定された設定電圧５
０と平滑電圧３０とを比較し、設定電圧５０の方
が平滑電圧３０より小さいときに、出力信号４５
を発生する。６０はOR回路で、第１の比較器４
０の出力４０及び第２の比較器４５の出力４５を
入力に受けて、出力信号６０を発生して、AND
回路７０，７５のそれぞれの他方の入力として送
られる。

以上の構成を備えた通電制御装置は次のように
動作する。まず、第１の比較器４０について考え
ると、固定子励磁巻線への通電期間は、鋸歯状波
電圧２０が平滑電圧３０より小さい期間だけとな
り、電動機の定常運転状態では通電期間は50％に
なり、供給される電源電圧は一定でも、励磁巻線
に供給される実効電圧は約1/2となり、このため
電動機の発生トルクは約1/2となり、電動機は発
生トルクと負荷トルクとが平滑する速度で回転す
る。この時に発生トルクを調整する働きをする鋸
歯状歯電圧２０の周期は、位置検出機９の出力信
号１０，１０′と同期しているので速度帰還が作
用した形となり、速度発電機を備えた帰還制御方
式ではないにもかかわらず、運転速度は安定す
る。

しかし、第１の比較器４０を備えた構成だけで
は、電動機の起動時には鋸歯状波電圧２０の方が
平滑電圧３０より高いことから、自己起動するこ
とができない。これに対処して設けられたのが第
２の比較器４５である。即ち、定速回転時の平滑
出力電圧より大きな電圧値に設定された設定電圧
５０と平滑電圧３０とを比較する第２の比較器を
設け、設定電圧５０の方が平滑電圧３０より小さ
い時に比較器出力を発生させる。そして、第１の
比較器、第２の比較器のいずれかより出力の発生
のある時に、位置検出器９の出力を固定子励磁巻
線に通電させるゲート回路構成とする。

このように構成することにより、電動機起動時
には鋸歯状波電圧２０のピーク値が高いことか
ら、平滑電圧３０の出力も設定電圧５０より高
く、従つて第２の比較器４５は出力信号４５を発
生し、この出力信号４５により回転子励磁巻線は
フル通電となつて電動機は起動する。回転子は次
第に加速されていくが、平滑電圧３０が設定電圧
５０より低くなるまでは、第２の比較機器５は引
き続き通電信号を出力するから、励磁巻線に流れ
る電流はフル通電となる。さらに回転子が加速さ
れて、平滑電圧３０が設定電圧５０より低くなる
と、第２の比較器４５の出力信号４５はなくな
り、以後は第１の比較器４０の出力によるオン、
オフ通電指令信号がOR回路、AND回路で構成さ
れるゲート回路に送られ、第１の比較器４０の出
力に応じた低速運転となる。この第１の比較器４
０の出力による低速運転時の速度の調整は、鋸歯
状波発生回路２０の出力電圧２０と、平滑回路３
０の出力電圧３０とをそれぞれ図示されていない
分圧器で分圧して第１の比較器４０に入力するよ
うにし、第１の比較器４０の発生する出力４０の
オン、オフの比率を変更することにより容易に可
能である。

以上のように、本発明実施例によれば、供給す
る直流電圧は一定にしておいて、鋸歯状波発生回
路からの出力とその平滑電圧とをそれぞれ調整し
て第１の比較器で比較することで固定子巻線への
通電率を任意に調整することができ、その通電率
に対応した低速度で電動機を運転させることがで
き、しかもこの速度は位置検出器で検出して負帰
還されているから、別に速度発電機を設ける構成
としなくても運転速度は安定しており、さらに、
起動時用の第２の比較器を設けた構成であること
から、起動時には上記第１の比較器出力による制
御とは無関係に、固定子巻線にはフル通電され、
最大の起動トルクで安定に起動ができ、しかも所
定の速度に達すれば自動的に第１の比較器出力に
よる制御に移行するという利点がある。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、供給電
圧は不変としたままで、固定子巻線への通電率を
任意に自動的に調整することができ、これにより
定格速度より低速での運転を安定に行なわせるこ
とができ、発生する騒音を低下させることが可能
となり、しかも、起動時にはフル通電となるので
起動は安定であり、さらに、上記フル通電運転か
ら通電率による運転への移行が自動的に行なわれ
る構成であることから、運転操作性の良い、構造
簡易の直流無刷子電動機を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術の説明図でａは断面図、ｂは
通電制御回路図、第２図は本発明の一実施例を示
す通電制御回路図、第３図は第２図の各部信号の
タイムチヤートである。符号の説明、１……回転子軸、３……永久磁
石、４……空隙、５ａ，５ｂ……ポールシユー、
６ａ，６ｂ……固定子磁極、７ａ，７ｂ……励磁
巻線、８……固定子ヨーク、９……位置検出器、
２０……鋸歯状波発生回路、３０……平滑回路、
４０……第１の比較器、４５……第２の比較器、
５０……設定電圧設定器、６０……OR回路、７
０，７５……AND回路。

Claims

【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、位置検出
器の出力信号に同期した鋸歯状波電圧信号を発生
する鋸歯状波発生回路と、この鋸歯状波電圧を平
滑化する平滑回路と、上記鋸歯状波電圧と上記平
滑電圧を比較し鋸歯状波電圧が平滑電圧より小さ
いとき出力を発生する第１の比較器と、低速回転
時の平滑出力電圧より大きな電圧値に設定される
設定電圧と上記平滑電圧を比較し設定電圧が平滑
電圧より小さいとき出力を発生する第２の比較器
と、上記第１、第２の比較器のいずれかより出力
が発生している時に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。