JPH0787714B2 - 単相同期モータの回転方向制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、界磁極を設けた回転子と単相巻線が巻回され
た固定子とを備える単相同期モータの回転方向制御装置
に関する。

［従来の技術］ 従来より、単相同期モータの回転方向を制御する装置の
一つとして、単相同期モータの起動時に、所定の基準点
に対する回転子磁極の位置を検出し、その検出位置と回
転方向指令とに応じて、交流電源投入後の最初の正のサ
イクルの開始時あるいは最初の負のサイクルの開始時か
ら、固定子に巻回された単相巻線を、交流電源により通
電することで回転子の回転方向を指令方向に制御する装
置が知られている（特公昭63−60637号）。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記装置では、起動時には回転方向を指令方向
に制御できるものの、起動後に過負荷などにより回転子
の回転が停止した場合には、負荷軽減後に再び回転する
に際して、回転子磁極の位置に関係無く交流電源による
通電が継続されるので、回転子の回転方向が不確定とな
り回転方向を指令方向に制御できえないといった問題が
起こる。

そこで、本発明は、単相同期モータの起動時は勿論のこ
と、起動後に一旦停止した後に再び回転を始めるときに
も、回転方向を指令方向に制御できる単相同期モータの
回転方向制御装置を提供することを目的としてなされ
た。

［課題を解決するための手段］ 本発明の要旨とするところは、 界磁極を設けた回転子と単相巻線が巻回された固定子と
を備える単相同期モータの回転方向を制御する単相同期
モータの回転方向制御装置であって、 上記回転子の回転方向を検出する回転方向検出手段と、 該検出された回転子の回転方向から予め指令された回転
方向と一致しているか否かを判定する判定手段と、 所定周期で交互に通電方向を切り換えて、上記固定子の
単相巻線を通電する通電手段と、 上記判定手段により上記回転子の回転方向が予め指令さ
れた回転方向と一致していると判定されたときには、上
記通電手段による上記固定子の単相巻線の通電を継続さ
せ、上記判定手段により上記回転子の回転方向が予め指
令された回転方向と一致していないと判定されたときに
は、その後上記判定手段により上記回転子の回転方向が
予め指令された回転方向と一致したと判定されるまでの
間、上記通電手段による上記単相巻線の通電を、上記通
電方向の切換周期とは異なる周期で繰り返し遮断させる
制御手段と、 を備えたことを特徴とする単相同期モータの回転方向制
御装置にある。

［作用］ 以上のように構成された本発明の単相同期モータの回転
方向制御装置によれば、 通電手段が、所定周期で交互に通電方向を切り換えて固
定子の単相巻線を通電すると、すなわち交番電流を通電
すると、交番電流により固定子に形成された磁極によっ
て回転子にトルクが与えられるので、回転子が上記の通
電周期に同期して回転する。このとき、判定手段によっ
て、回転子の回転方向が予め指令された回転方向と一致
していると判定されたときには、通電手段による単相巻
線の通電はそのまま継続されるが、回転子の回転方向が
指令された回転方向と一致していないと判定されると、
制御手段が、その後、判定手段により回転子の回転方向
が予め指令された回転方向と一致したと判定されるまで
の間、通電手段による単相巻線の通電を通電方向の切換
周期（換言すれば単相巻線に通電する交番電流の周期）
とは異なる周期で繰り返し遮断させる。

このように単相巻線の通電が繰返し遮断されると、回転
子の回転は同期を外れ、回転子の回転方向は、通電遮断
時の固定子磁極と回転子磁極との位置関係及び通電遮断
直後の通電方向により定まる固定子磁極の極性によって
決まることになるため、こうした単相巻線に通電の断・
続により、回転子の回転方向は指令された回転方向と一
致するようになる。

そして、このように回転子の回転方向が指令された回転
方向と一致すると、判定手段にてその旨が判定され、制
御手段が、その判定結果に従い単相巻線の通電の遮断を
終了して、通電手段による単相巻線の通電のみでモータ
を駆動させるようになるため、その後回転子は、指令さ
れた回転方向で、且つ通電手段による通電方向の切り換
えに同期して回転することになる。

［実施例］ 以下に本発明の実施例を図面と共に説明する。

第１図は単相同期モータの回転方向制御装置の電気回路
図であり、第２図（Ａ）及び（Ｂ）は単相同期モータの
機械的構造を表す説明図である。

第２図（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、単相同期モータ
Ｍは、永久磁石を用いて８磁極に構成された回転子RT
と、単相巻線Ｃが巻回された８個の突極p1〜p8で構成さ
れた固定子STとを備えており、回転子RTの回転平面RTa
は、例えば反射面ｎと無反射面ｓとで交互に８分割され
ている。又、単相同期モータＭのケースMaには、上記回
転面RTaに対向して、後述の検出ユニット20a・20bが配
設されている。

第１図に示すように、単相同期モータの回転方向制御装
置１は、回転方向指令器OPにより指令された回転方向へ
回転子RTの回転方向を制御するもので、定電圧の直流電
源を装置各部に供給する定電圧回路５と、回転子RTの回
転方向を検出する回転方向検出ブロック７と、指令され
た回転方向と検出された回転方向とが一致しているか否
かを判定する判定回路９と、判定回路９の判定結果に応
じて定電圧回路５から後述の駆動ブロック13への電源供
給を制御することで、単相巻線Ｃの通電タイミングを調
整するタイミングブロック11と、所定周期で交番電流を
単相巻線Ｃへ通電する駆動ブロック13と、を主要部とし
て構成されている。

なお、本実施例ではタイミングブロック11が通電断続手
段に相当する。

回転方向指令器OPは、直流電源Ｂと、その直流電源Ｂを
定電圧回路５へ接続する二連ロータリスイッチSWとから
構成され、二連ロータリスイッチSWにより直流電源Ｂの
出力端子T1・T2の極性を切り換えることで、単相同期モ
ータＭの回転方向を指令する。すなわち、単相同期モー
タＭを正転方向（時計方向）CWへ回転させるときには出
力端子T1及びT2の極性を、それぞれ正極及び負極に、逆
転方向（反時計方向）CCWへ回転させるときには出力端
子T1及びT2の極性を、それぞれ負極及び正極に切り換え
て、出力端子T2から負電圧（正転CW時）又は正の電圧レ
ベル（逆転CCW時）を判定回路５へ出力することで回転
方向を指令する。

定電圧回路９は、直流電源Ｂの出力端子T1・T2の極性が
反転しても、常に同じ極性で直流電圧を出力する整流回
路5aと、分圧抵抗R1とツェナーダイオードZDとの直列回
路5bとからなり、単相同期モータＭの駆動電圧電源Vdd
と装置各部に共通の基準電圧電源Vccを出力する。

回転方向検出ブロック７は、発光ダイオードLED1・LED2
及びフォトトランジスタFT1・FT2からなる２組の検出ユ
ニット20a・20bと２個のフリップフロップ22a・22bとか
ら構成されている。２個のフリップフロップ22a・22bに
おいては、出力端子Qa及びQbが、フリップフロップ22b
及び22aのリセット端子Rb及びRaに接続されて、フォト
トランジスタFT1・FT2からの入力電圧レベルの最初の変
化に応じて、フリップフロップ22bの出力端子Qbの電圧
レベルをLowあるいはHighに保持する。また、一方の検
出ユニット20aは回転子RTの回転平面RTaの中心線上に配
設され、他方の検出ユニット20bはその中心線からやや
離れて配設されて、反射面ｎ及び無反射面ｓの通過を一
定のタイムラグをもって検出するように設置されてい
る。

すなわち、第３図に示すように、回転子RTが正転CWして
いる場合、反射面ｎが検出ユニット20a・20bを通過する
ときに、反射面ｎで反射された発光ダイオードLED1の光
を受光してフォトトランジスタFT1が先にONし、一定の
タイムラグをおいて、反射面ｎで反射された発光ダイオ
ードLED2の光を受光してフォトトランジスタFT2がONし
て、それぞれLowレベルの信号をフリップフロップ22a・
22bのデータ入力端子Da・Db及びクロック入力端子CKa・
CKbに出力する。フリップフロップ22a・22bはそれぞれ
クロック入力端子CKa・CKbへの入力信号の立上りに同期
してデータ入力端子Da・Db及びデータ出力端子Qa・Qbに
出力し保持する。正転CWの場合には、フォトトランジス
タFT1（CKb）がLowからHighに立上る時にフォトトラン
ジスタFT2（Db）はLowレベルとなるので、フリップフロ
ップ22bの出力端子Qbの電圧レベルはHighからLowに変わ
る。一方、逆転CCWの場合には、フォトトランジスタFT1
がLowからHighに立上る時にフォトトランジスタFT2（D
b）はHighレベルとなるので、フリップフロップ22bの出
力端子QbのレベルはLowからHighに変わる。

判定回路９は、排他的論理和の論理回路であって、一方
の入力端子ａはフリップフロップ22bの出力端子Qbに接
続され、他方の入力端子ｂは、基準電圧Vccにてプルア
ップされると共に、ダイオードD1のアノードに接続され
ることでダイオードD1を介して回転方向指令器OPの出力
端子T2に接続されている。又、判定回路９の出力端子ｃ
は、ダイオードD2を介してタイミングブロック11のトラ
ンジスタTr2のベース抵抗R2に接続されている。

タイミングブロック11は、駆動ブロック13への駆動出夏
電源Vddの供給を断続するトランジスタ（PNP形）Tr1と
トランジスタTr1を駆動するトランジスタ（NPN形）Tr2
とからなるスイッチング回路11aと、オペアンプAMP1・
ダイオードD3・コンデンサC1・抵抗R3〜R8からなりトラ
ンジスタTr2のベースへ所定周波数のパルス信号（方形
波）P1を出力する発振回路11bとから構成されている。
又、トランジスタTr2のベース抵抗R2には判定回路９の
出力端子ａが接続されているので、判定回路９の出力が
Lowレベルのときには、トランジスタTr2は発振器11bの
パルス信号P1により駆動され、判定回路９の出力がHigh
レベルのときには、トランジスタTr2のベースに入力さ
れる電圧ＶBのレベルは常時HighとなりトランジスタTr2
は常にON状態となる、したがって、回転子RTの回転方向
と指令された回転方向とが一致しているときには、トラ
ンジスタTr1が常にON状態になって駆動電源Vddが駆動回
路13aに供給され、一致していないときには、パルス信
号P1に同期して、トランジスタTr1がON−OFFし電源供給
が断続される。

駆動ブロック13は、駆動回路13aとドライブパルス発振
回路13bとで構成され、固定子RTの単相巻線Ｃを所定周
期で通電方向を交互に切り換えて通電する。駆動回路13
aはパワートランジスタTr3〜Tr6及びフライホイールダ
イオードD3〜D6や通電方向を切り換えるスイッチングト
ランジスタTr7などで構成された転流回路であって、正
負に振幅する方形波電圧±VCを印加して交番電流を単相
巻線Ｃに供給する。ドライブパルス発振回路13bは、オ
ペアンプAMP2・コンデンサC2・抵抗R10〜R14からなり、
所定周波数のパルス信号（方形波）P2をスイッチングト
ランジスタTr7のベースへ出力する。つまり、パルス信
号P2により交番電流の周期が決まるように構成されてい
る。

次に、単相同期モータの回転方向制御回路１の動作につ
いて説明する。

まず、第４図（Ａ）に示すように、回転方向指令器OPに
より正転方向CWへの回転が指令された場合、回転子RTが
逆転しているときには、判定回路９においては、一方の
入力端子ａにフリップフロップ22bからHighレベル信号
が、他方の入力端子ｂに回転方向指令器OPの出力端子Ｔ
からLowレベル信号が入力されるので、判定回路９の出
力はLowレベルとなる。

このときには、図の（ホ）及び（ヘ）の欄に示すよう
に、トランジスタTr2が、発振器11bのパルス信号P1によ
って駆動され、駆動回路13aへの駆動電源Vddの供給が、
パルス信号P1に同期して断続される。そのため、図の
（ヌ）の欄に示すように、正の電圧＋VCが単相巻線Ｃ方
向に印加され通電が行われている半ばから負の電圧−VC
が印加されて通電が開始されるまでの期間t1に通電が遮
断され、そして１周期の交番電流の通電の後に、負の電
圧−VC印加による通電の半ばから正の電圧＋VCによる通
電の半ばまでの期間t2に通電が遮断される。

このように通電が遮断されたときには、通電遮断時の固
定子磁極と回転子磁極との位置関係及び通電遮断直後の
通電の方向によって定まる固定子磁極の極性によって、
回転子RTの回転方向が決まる。たとえば、通電遮断期間
t1の直後では回転子RTは逆回転CCWするが、その後の通
電遮断期間t2の直後の通電によって回転子RTは正転CWに
転じる。すると、判定回路９の出力がHighレベルに変わ
り、駆動回路13aの通電断続は停止されて、常時、駆動
回路13aに駆動電源Vddが供給されるので、単相巻線Ｃに
は所定周期で交番電流が通電される。従って、ドライブ
パルスP2に同期して回転子RTは正転方向CWへ回転し続け
る。

一方、第４図（Ｂ）に示すように、回転方向指令器OPに
より逆転方向CCWへの回転が指令された場合、回転子が
正転CWしているときには、判定回路７においては、一方
の入力端子ａにフリップフロップ22bからLowレベル信号
が、他方の入力端子ｂに回転方向指令器OPの出力端子T2
からHighレベル信号が入力され、判定回路９の出力はLo
wレベルとなる。したがって、駆動回路13aへの駆動電源
Vddの供給が、パルス信号P1に同期して断続される。

このときには、図の（ホ）及び（ヘ）の欄に示すよう
に、正の電圧＋VCが単相巻線Ｃ方向に印加され通電が行
われている半ばから負の電圧−VCが印加されて通電が開
始されるまでの期間t3に通電が遮断され、そして１周期
の交番電流の通電の後に、負の電圧−VC印加による通電
の半ばから正の電圧＋VCによる通電の半ばまでの期間t4
に通電が遮断される。

このように通電が遮断されると、たとえば、通電遮断期
間t3の直後では回転子RTは正転CWするが、その後の通電
遮断期間t2の直後には、回転子RTは逆転CCWに転じる。
すると、判定回路９の出力がHighレベルに変わり、駆動
回路13aの通電断続は停止されて、常時、駆動回路13aに
駆動電源Vddが供給されるので、単相巻線Ｃには所定周
期で交番電流が通電される。従って、ドライブパルスP2
に同期して回転子RTは逆転方向CCWへ回転し続ける。

以上説明したように、本実施例では回転子RTの回転方向
が指令された回転方向と一致していないときには一致す
るまで、駆動電源Vddの駆動回路13aへの供給を、パルス
信号P1に同期して断続することで、回転子RTの回転方向
を指令方向に制御し、一致した後には、交番電流を単相
巻線へ継続して通電するので、単相同期モータＭの起動
時にも、起動後に過負荷などによって回転子RTが停止し
た後に再び回転を始めるときにも、回転子RTの回転方向
を指令方向に制御することができる。

また、スイッチング回路11aと発振回路11bとで交番電流
の通電を断続する回路構成なので、回転子RTの回転方向
を簡単な回路によって制御でき、装置構成を簡素化でき
る。

さらに、２組の検出ユニット20a・20bによって回転子RT
の回転方向を検出するので、回転子RTの磁極がどのよう
に位置にあっても、回転方向を正確に検出することがで
きる。従来は、モータ起動時に回転方向を検出するに際
して、所定の定点に対する回転子磁極の位置を検出する
ことで回転方向を判定するため、隣接する磁極の境界線
がその定点に位置しているときには、判定される回転方
向が不確定になるという問題があったが、本実施例では
このような問題は解決されている。

尚、本実施例では、方形波の電圧±VCを印加して交番電
流を単相巻線Ｃに通電したが、このほかに、トライアッ
クやSCRなどを用いた駆動回路によって、正弦波交流電
圧を印加して交番電流を通電するように構成すると共
に、トライアックやSCRのトリガタイミングをより駆動
回路への駆動電源の供給を制御するように構成してもよ
い。

又、回転方向の検出ユニット20a・20bに発光ダイオード
LED1・LED2及びフォトトランジスタFT1・FT2を用いた
が、このほかにホール素子や磁気抵抗素子などを使った
磁気的検出器、又はフォトインタラプタなど光学的検出
器を用いてもよい。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明の単相同期モータの回転方
向制御装置においては、回転子の回転方向を検出し、そ
の検出した回転方向が予め指令された回転方向とは異な
る場合には、回転子の回転方向が指令された回転方向と
一致するまでの間、通電手段による単相巻線への交番電
流の通電を、その交番電流の周期とは異なる周期で繰返
し遮断することにより、回転子の回転方向を指令された
回転方向に制御する。このため、本発明によれば、単相
同期モータの起動時にも、起動後に過負荷などによって
回転子が停止した後に再び回転を始めるときにも、回転
子の回転方向を指令方向に制御することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の単相同期モータの回転方向制御装置の
電気回路図、第２図（Ａ）及び（Ｂ）は単相同期モータ
の機械的構造を表す説明図、第３図は回転子磁極の検出
タイミングを示す説明図、第４図（Ａ）及び（Ｂ）は回
転方向の制御動作を表すタイミングチャートである。 １……単相同期モータの回転方向制御装置 ７……回転方向検出ブロック ９……判定回路 11……タイミングブロック 13……駆動ブロック 20a・20b……検出ユニット Ｍ……単相同期モータ、RT回転子、Ｃ……単相巻線 ST……ステータ、OP……回転方向指令器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】界磁極を設けた回転子と単相巻線が巻回さ
   れた固定子とを備える単相同期モータの回転方向を制御
   する単相同期モータの回転方向制御装置であって、 上記回転子の回転方向を検出する回転方向検出手段と、 該検出された回転子の回転方向が予め指令された回転方
   向と一致しているか否かを判定する判定手段と、 所定周期で交互に通電方向を切り換えて、上記固定子の
   単相巻線を通電する通電手段と、 上記判定手段により上記回転子の回転方向が予め指令さ
   れた回転方向と一致していると判定されたときには、上
   記通電手段による上記固定子の単相巻線の通電を継続さ
   せ、上記判定手段により上記回転子の回転方向が予め指
   令された回転方向と一致していないと判定されたときに
   は、その後上記判定手段により上記回転子の回転方向が
   予め指令された回転方向と一致したと判定されるまでの
   間、上記通電手段による上記単相巻線の通電を、上記通
   電方向の切換周期とは異なる周期で繰り返し遮断させる
   制御手段と、 を備えたことを特徴とする単相同期モータの回転方向制
   御装置。