JPS6220792B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は無刷子直流電動機に関するものであ
り、特に永久磁石回転子の回転位置角度を認識す
るのに例えばホール素子の如き検出要素を持たな
い無刷子電動機の起動性の改良に関するものであ
る。

無刷子直流電動機は刷子付の直流電動機に比べ
機械的接点を持たないため、長寿命であると同時
に電気的雑音も少なく、近年高信頼性が要求され
る産業用機器の他に音響機器などの民生機器にも
広く活用されてきている。これら無刷子電動機は
そのほとんどが励磁巻線の通電相切換えのために
刷子に相当する永久磁石回転子位置検出手段（例
えばホール素子）を使用している。しかしながら
回転子位置検出手段は決して安価なものではな
く、また電動機内部に取付けなければならないた
め構造上の制約が起ることがしばしばある。

かかる回転子位置検出手段、例えばホール素子
の如き検出要素の全く無い無刷子電動機も従来よ
り幾つか提案されている。その１つに電動機巻線
と双安定回路もしくは移相回路を有するリング状
発振回路で回転子の回転に従つて通電相を順次切
換えてゆく方法がある。この方法では上記回路の
発振周波数の設定自体が重要であつて電動機の能
力例えば効率、トルクに大きな影響を与える。従
つてホール素子などの位置検出手段を持つ無刷子
電動機に比べるとどうしても特性上見劣りする。
例えば負荷条件が大きく変つたり、回転数を変え
る必要がある場合には向かず適応性にとぼしい。

更にもう１つ例をあげると固定子巻線に外部発
振器から一定の周波数を有する交流電圧をかけ永
久磁石回転子を駆動する方法がある。この方法も
大きな負荷変動が与えられる場合には向かない。
電動機としては負荷に応じて電力損失が増減すべ
きであるのに対し上記方法は基本的には最大負荷
に対応する電力が常に必要であり、小負荷時には
極めて効率が悪いし、またトルクリツプルも大き
い。これを改善する手段は相当繁雑である。

更にもう１つの例をあげると励磁巻線に誘起さ
れる逆起電力信号をとり出し信号処理をしてこれ
を位置信号となし巻線を駆動するという方法があ
る。この方法は相当複雑な回路が必要であるが最
近は集積回路技術が進歩した結果比較的容易でま
た低価格に実現できるようになつている。

本発明は上記のうち最後の例に属するものであ
り且つ新規な無刷子電動機を提案するものであ
る。その結果例えばホール素子の如き回転子位置
検出手段を有する無刷子電動機と比べても遜色の
ない電動機を実現することができるものである。

特に起動時に回転子を少しばかりの角度を回す
ことにより正規の回転状態に到らしめることので
きる自起動方向及び再起動方式の無刷子電動機を
提供するものである。

以下に面面によつて本発明を説明してゆく。第
１図は本発明に係わる電動機と巻線駆動トランジ
スタの概念図である。１は永久磁石回転子。２
ａ，２ｂ，２ｃは固定子巻線。３ａ，３ｂ，３ｃ
はそれぞれ上記巻線を駆動する巻線駆動トランジ
スタであつて、４ａ，４ｂ，４ｃはそのベース端
子である。５は正の直流電源＋Ｖ_cc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３ａ，３
ｂ，３ｃのベース端子４ａ，４ｂ，４ｃに順次切
換わるベース電流を印加することによつて行なわ
れる。なおこの図では２極３相（２磁極３巻線
群）の電動機を表わしており、以後これに従つて
説明してゆくが極数、相数はこの限りではないの
を予めことわつておく。

さて第２図は第１図に示す電動機の巻線の逆起
電力特に巻線駆動トランジスタ３ａ，３ｂ，３ｃ
のコレクタ電位を表わしたものである。図中１１
ａ，１１ｂ，１１ｃはそれぞれ巻線駆動トランジ
スタ３ａ，３ｂ，３ｃのコレクタ電位の時間的推
移であつて特に破線で表わしたものは回転子１を
外部から回した時の逆起電力波形である。また実
線で表わしたものは実際に駆動されて自回転した
時の波形であり、駆動電流と巻線抵抗による電圧
降下（１１ａの波形についてのみ特に斜線を施し
た）がみられる。この電圧降下は発生トルクが大
きい程大きくなる。

さて巻線の逆起電力を利用してこれを相切換え
即ち前記巻線駆動トランジスタ３ａ，３ｂ，３ｃ
のベース電流の切換えに使おうとするためにはま
ず第２図から明らかなように逆起電力波形の非通
電領域を使わなければならない。即ち例えば第２
図について言えば直流電源電圧＋Ｖ_ccより上の領
域を使わなければならない。これより下の領域は
通電領域を含むため使用することは出来ない。本
発明に係わる電動機では１１ａ，１１ｂの非通電
領域（特に＋Ｖ_ccより上の領域）を使つて巻線２
ｃを駆動し、同様に１１ｂ，１１ｃにより巻線２
ａを、１１ｃ，１１ａにより巻線２ｂをそれぞれ
駆動するようにしている。更に本発明に係わる電
動機では巻線の逆起電力の面積特に第２図につい
て言えば＋Ｖ_ccより上の非通電領域（言わば半波
整流された部分）の面積は永久磁石回転子１の回
転数に依存せず一定であることに着目し、逆起電
力波形１１ａの＋Ｖ_ccより上の部分の時間的加算
積分から逆起電力波形１１ｂのＶ_ccより上の部分
の時間的減算積分したものをもつて巻線２ｃを駆
動するためのいわゆる位置信号となし、更に全く
同様に１１ｂの時間的加算積分から１１ｃの時間
的減算積分したものをもつて巻線２ａを、また１
１ｃの時間的加算積分から１１ａの時間的減算積
分をしたものをもつて巻線２ｂをそれぞれ駆動す
るための位置信号となしている。

第３図は以上の本発明に係わる電動機の逆起電
力の積分演算の様子を示すものである。第３図ａ
は第２図に示すものと同じ巻線の逆起電力（巻線
駆動トランジスタのコレクタ電位）を示す。第３
図ｂは第３図ａの１１ａのハツチを施した部分の
時間的な加算積分から１１ｂのハツチを施した部
分を時間的に減算積分したもので、巻線２ｃを駆
動するための位置信号に相当するものである。以
下全く同様に第３図ｃは第３図ａの１１ｂのハツ
チを施した部分の時間的な加算積分から１１ｃの
ハツチを施した部分を時間的に減算積分したもの
で、巻線２ａを駆動するための位置信号に相当
し、第３図ｄは第３図ａの１１ｃのハツチを施し
た部分の時間的な加算積分から１１ａのハツチを
施した部分を時間的に減算積分したもので、巻線
２ｂを駆動するための位置信号に相当するもので
ある。それぞれの位置信号の山はちようど該当駆
動巻線相と一致している。またその山の波高値は
回転子の回転速度に依らず常に一定（Ｅ_c）であ
る。それは前述の如く巻線の逆起電力の面積が回
転数に依らず一定であるからである。このことは
極めて重要なことであつて電動機がどのような回
転数で回転しても位置信号の大きさ（波高値）が
常に一定であるため、あたかもホール素子の如き
位置検出器を別に設けたのと同様な効果を得るこ
とが出来、非常に都合が良い。従つて超低速回転
も容易に実現できるし、またこの種の電動機特有
の自起動性が悪い点も比較的簡単な回路で補うこ
とが出来る。

更に本発明に係わる電動機では第３図ｂ，ｃ，
ｄに示す逆起電力の積分演算によつて作られた位
置信号をそのまま駆動トランジスタ３ａ，３ｂ，
３ｃのベース電流として与えても良いが、このま
までは駆動電流のオーバーラツプが生じやすいの
で、この３つの位置信号を３差動回路を通じて滑
らかに切換える信号（例えばベース電流）に変換
している。

第４図は３差動回路を通して滑らかに切換わる
位置信号（例えばベース電流）の波形を示す。図
中実線で描いた波形２１ｃは巻線２ｃを駆動する
信号であり、破線で描いた波形２１ａは巻線２ａ
を駆動する信号であり、一点鎖線で描いた波形２
１ｂは巻線２ｂを駆動する信号である。位置信号
を上記の如く差動回路に通すこと自体は既に公知
ではあるが、これを組合せれば巻線駆動電流の望
ましくないオーバーラツプを防ぐことが出来ると
共になめらかな相切換えが実現でき、振動やトル
クリツプルの少ない良好な電動機を実現すること
が可能となる。しかしこの場合何らかの電気的ト
リガーを与えたり、あるいは回転子に対して僅か
ばかりの外力を与えてやるのが望ましい。その結
果回転子が少しばかりの角度を回われば正規の回
転状態に到り、以後は自在な任意回転数で制御す
ることが可能となる。

第５図は本発明の概念をブロツク図的に表現し
たものである。図中２ａ，２ｂ，２ｃは第１図と
共通の固定子巻線。３ａ，３ｂ，３ｃも同じく巻
線駆動トランジスタである。３０ａ，３０ｂ，３
０ｃはそれぞれの巻線の逆起電力の非通電領域
（特にここでは＋Ｖ_ccより上の部分）を取り出す
ための一種の整流回路。３１ａ，３１ｂ，３１ｃ
はそれぞれの整流回路３０ａ，３０ｂ，３０ｃで
得られる逆起電力の半波波形を電流に変換する吐
出形の電圧電流変換回路。同様に３２ａ，３２
ｂ，３２ｃは吸引形の電圧電流変換回路。３３
ａ，３３ｂ，３３ｃはそれぞれ電圧電流変換回路
３１ｂと３２ｃ，３１ｃと３２ａ，３１ａと３２
ｂとによつて充放電される時間積分コンデンサ。
３４は適当な直流電圧バイアス。３５は上記コン
デンサに記憶される位置信号によつて駆動電流を
滑らかに順次切換えるための差動比較回路で、こ
こではエミツタを共通にした３差動トランジスタ
３６ａ，３６ｂ，３６ｃで構成する例を示す。３
７は巻線駆動電流指令。３８は巻線駆動回路で、
特にここでは電流増幅トランジスタ３９ａ，３９
ｂ，３９ｃと巻線駆動トランジスタ３ａ，３ｂ，
３ｃとで構成する例を示す。

次に２２は本発明の特徴である自起動回路であ
つて基本的には直流電源とスイツチとからなる。
直流電源２３ａ，２３ｂ，２３ｃはそれぞれ電圧
値ｅ_a，ｅ_b，ｅ_cを有し、充放電される時間積分
コンデンサ３３ａ，３３ｂ，３３ｃの初期値を与
えるものである。スイツチ２４ａ，２４ｂ，２４
ｃは起動時にある一定時間閉じる転送スイツチで
あつて、その時直流電源２３ａの電圧ｅ_aがコン
デンサ３３ａに転送され、以下同様に２３ｂの電
圧ｅ_bが３３ｂに、２３ｃの電圧ｅ_cが３３ｃにそ
れぞれ転送されて時間積分コンデンサ初期値が決
る。次にスイツチ２５ｂ及び２５ｃは上記とは反
対に起動時のある一定時間開く位置決めスイツチ
で、電動機の回転子の位置決めのため設けられる
ものである。

次に第５図の動作、機能について説明する。巻
線に発生する逆起電力を半波整流（＋Ｖ_ccより上
の部分をとり出す）してこれを電流の形に変換し
加算及び減算積分するプロセスについてはあらた
めて説明するまでもないので省略するが、本積分
にあたつてはコンデンサを用いこれを充放電する
ことによつて積分演算をアナログ的に実施してい
る。次に自起動回路２２について説明する。起動
時例えば電源投入時の起動時においては、永久磁
石回転子の位置信号を示すべき前記時間積分コン
デンサ３３ａ，３３ｂ，３３ｃの電荷は零であ
る。すると前記自起動回路２２がなければ、上記
位置信号を受けて電流を切換える差動比較回路３
５の３差動トランジスタ３６ａ，３６ｂ，３６ｃ
のベースは同電位となるため、上記トランジスタ
３６ａ，３６ｂ，３６ｃの特性がよく揃つていれ
ば結果的に巻線駆動電流はほぼ同一となり、従つ
て巻線駆動トランジスタの３ａ，３ｂ，３ｃのコ
レクタ電位はいずれも＋Ｖ_ccより低くなるので、
この電流により回転子がある方向に僅かに動いた
としても逆起電力は小さいため＋Ｖ_ccの閾値を越
えることがなく、前記時間積分コンデンサ３３
ａ，３３ｂ，３３ｃには充放電もされず起動され
ないことになる。実際は前記トランジスタ３６
ａ，３６ｂ，３６ｃのバラツキ、その後の電流増
幅率の差等によりある特定の巻線のみに流れるこ
とが多い、特に巻線の電流総計を一定にするよう
な帰還系をとり入れる場合その傾向が著しい。従
つてこの電流によつて回転子がある方向に僅かに
動けばある巻線の逆起電力は＋Ｖ_ccの閾値を越え
ることがあり、その結果前記時間積分コンデンサ
３３ａ，３３ｂ，３３ｃのあるものは充電され起
動されることもある。しかしながらこれは確率的
にみて確実なものとは言えない。この欠点を解決
するのが自起動回路２２であつて起動時に強制的
に前記時間積分コンデンサ３３ａ，３３ｂ，３３
ｃに初期値を与えようとするものである。そのた
めに電圧値ｅ_a，ｅ_b，ｅ_cをそれぞれ有する直流
電源２３ａ，２３ｃ，２３ｃを設けておき、起動
時の僅かな時間のみ閉じる転送スイツチ２４ａ，
２４ｂ，２４ｃを通してコンデンサ３３ａ，３３
ｂ，３３ｃに上記電圧値を充電転送するようにし
ている。こうすることにより起動時は、ある特定
の巻線のみ駆動することができるため、これによ
つて回転子がある方向に動けば他の巻線の逆起電
力は＋Ｖ_ccの閾値を越えて半波整流されるように
なるため前記積分コンデンサに新しい位置情報が
与えられるようになり、その結果起動は一層確実
になる。

しかしながらこの場合起動の最初の一瞬は回転
子の回転方向が決らず一旦は反対に動き出したり
してしばらく時間がたつてから正規の回転に到る
こともあるため起動に要する時間がややかかると
いう欠点がある。そこで本発明では更にこの欠点
を除去するため、起動に先立つてあるいは起動と
同時に回転子の位置決めを行ない、この回転子の
位置に合致する初期値を時間積分コンデンサ３３
ａ，３３ｂ，３３ｃに与えるという方法によつて
起動に要する時間をさらに短かくコントロールす
ると同時に一層確実な起動を保証するようにして
いる。回転子の位置決めは起動の際にある短時間
特定の巻線のみを付勢すれば良く、第５図に示す
概念ブロツク図では起動の際にある短時間開く位
置決めスイツチ２５ｂ，２５ｃで実現している。
位置決めスイツチ２５ｂ，２５ｃが開けば前記時
間積分コンデンサ３３ａ，３３ｂ，３３ｃの情報
にかかわらず差動比較回路３５の３差動トランジ
スタのうち３６ｃのみが導通し、結局固定子巻線
２ｃのみに駆動電流が流れる。特定の巻線のみを
付勢する方法は第５図に示すものにとどまらず、
例えば巻線駆動トランジスタ３ａ，３ｂ，３ｃの
うち１つに外部からベース電流を与え、他のベー
ス電流が流れないようにしても良い。

なお起動時に閉じる転送スイツチ２４ａ，２４
ｂ，２４ｃの閉じる時間は開く位置決めスイツチ
２５ｂ，２５ｃの開く時間と重つて等しいかそれ
より短くなくてはならない。なぜなら上記スイツ
チ２５ｂ，２５ｃが閉じて回転子が正規の回転に
入れば時間積分コンデンサ３３ａ，３３ｂ，３３
ｃは巻線に発生する逆起電力に応じて充放電され
なければならず他から如何なる強制充放電を受け
てはならないからである。従つてもし転送スイツ
チ２４ａ，２４ｂ，２４ｃの閉じる時刻を位置決
めスイツチ２５ｂ，２５ｃの閉じた直後にシーケ
ンシヤルに設定したい時は、即ち回転子の位置決
め完了直後に時間積分コンデンサ３３ａ，３３
ｂ，３３ｃにその初期値を転送したい時には転送
スイツチ２４ａ，２４ｂ，２４ｃの閉じる時間の
長さは極く短時間でなければならないことは明ら
かである。

なおまた第５図について信号系路はすべて３系
路となつているが、これは固定子巻線が３つ（３
相）あるためであつて、従つて巻線相数が変れば
それに応じて系路数も変るべきものであつて、３
系路に限定するものではない。

第６図は本発明の自起動時におけるプロセスを
図解する波形図である。第６図ａは巻線駆動トラ
ンジスタのコレクタ電位の時間的推移を示すもの
であり、８０ａ，８０ｂ，８０ｃはそれぞれ巻線
駆動トランジスタ３ａ，３ｂ，３ｃのコレクタ電
位を示す。ここでは時刻ｔ＝０で巻線２ｃのみが
付勢され（その時８０ｃの電位は低くなつてい
る）、ｔ＝ｔ_sでそれが解除されて回転子が自起動
し次第に回転を上げてゆく様子を示す。第６図
ｂ，ｃ，ｄはそれぞれ時間積分コンデンサ３３
ｃ，３３ａ，３３ｂのいわゆる位置信号に相当す
る電圧の推移であつて、それぞれのコンデンサに
は初期値としてｅ_c，ｅ_a，ｅ_dの電圧が与えられ
る（ｔ＝０からｔ＝ｔ_sまで）。また第６図ｅは上
記時間積分コンデンサ３３ａ，３３ｂ，３３ｃに
蓄積される電圧が差動切換回路３５によつて滑ら
かに切換えられる位置信号（例えば巻線駆動トラ
ンジスタのベース電流）を示し、８１ａ，８１
ｂ，８１ｃはそれぞれ最終的に巻線２ａ，２ｂ，
２ｃの電流と対応するものである。なお時刻ｔ＝
０からｔ＝ｔ_sまでは前述のとおり強制的に巻線
２ｃのみが付勢されるようになつている。その結
果その間に回転子は位置決めされることになるの
であるが、回転子と巻線の相対位置で言えば時刻
ｔ＝ｔ_sになれば永久磁石回転子のＮ極、Ｓ極の
磁極のうちどちらか所定の磁極の中心が固定子巻
線２ｃのほぼ中心に対向する位置まで回転して位
置決めされる。この状態は前述第３図の逆起電力
積分演算の様子を示す図で言うと第３図ａのｔ＝
ｔ_Nの時刻と対応するものであつて時間積分コン
デンサ３３ｃ，３３ａ，３３ｂに与えるべき初期
値とは第３図ｂ，ｃ，ｄのｔ＝ｔ_Nの時刻におけ
る電圧と言うことができる。

第７図は本発明の具体的実施例である。図中第
５図と共通の部分には同一の番号を付けた。６０
ａ，６０ｂ，６０ｃは巻線の逆起電力を半波整流
し、吐出形及び吸引形の電流に変換する電圧電流
変換回路であり、第５図の３０ａ，３１ａ，３２
ａに相当する。６０ｂ，６０ｃについても全く同
様である。この３つの変換回路６０ａ，６０ｂ，
６０ｃは全く同一であるので６０ａについてだけ
説明する。６１はダイオードであり、ここには抵
抗６２でほぼ決る一定電流I₀が常時流れている。
トランジスタ６３はダイオード６１とカレントミ
ラー回路を構成しているためやはりI₀の電流を吸
引するよう動作する。一方抵抗６４の値は抵抗６
２に等しく今仮に巻線駆動トランジスタ３ａのコ
レクタ電位がちようど＋Ｖ_ccに等しければ抵抗６
４を流れる電流はI₀に等しく、従つてダイオード
６８への分流電流は零となる。次に巻線駆動トラ
ンジスタ３ａのコレクタ電位が＋Ｖ_ccより低くな
れば、抵抗６４を流れる電流はI₀より少くなりダ
イオード６８への分流電流はやはり零となる。一
方巻線駆動トランジスタ３ａのコレクタ電位が＋
Ｖ_ccより高くなると（△Ｖ高くなるとする）、抵
抗６４を流れる電流はI₀より増加してゆく。その
増加分は△Ｖを抵抗６４の抵抗値で割つたものに
等しくこの量はダイオード６８に分流する。従つ
てダイオード６８に分流される電流は逆起電力を
半波整流したものを電流変換したものになるから
６１，６２，６３，６４で構成される回路部分は
半波整流回路と電圧電流変換回路とを兼ねる。次
にトランジスタ６９，７０はダイオード６８とカ
レントミラー回路を構成するためダイオード６８
の分流電流と同一の電流を共に吸引する。トラン
ジスタ７０のコレクタは充放電積分コンデンサ３
３ｂに接続されているので、これを放電すること
になり、従つてトランジスタ７０は吸引形の電流
源となる。一方トランジスタ６９のコレクタはダ
イオード７１と接続されており、またダイオード
７１とトランジスタ７２はカレントミラー回路を
構成しているためトランジスタ７２はダイオード
６８の分流電流と同一の電流を吐出する。またト
ランジスタ７２のコレクタは充放電積分コンデン
サ３３ｃに接続されているのでこれを充電するこ
とになり、従つてトランジスタ７２は吐出形の電
流源となる。なお抵抗７３は比較的小さな抵抗で
あり、ダイオード７１とトランジスタ７２よりな
るカレントミラー回路のゲインを僅かに下げ、結
果的にトランジスタ７２の吐出電流量をダイオー
ド６８の分流電流量より僅かに少くしている。

２２は自起動回路であつて、２４ａ，２４ｂ，
２４ｃはトランジスタによる転送スイツチであ
り、起動時の僅かな時間のみ導通して、時間積分
コンデンサ３３ａ，３３ｂ，３３ｃに初期値を与
えるものである。トランジスタ１４ａ，１４ｂ，
１４ｃは抵抗１５ａ，１５ｂ，１５ｃをそれぞれ
介して前記スイツチトランジスタ２４ａ，２４
ｂ，２４ｃのベースに接続されるスイツチトラン
ジスタ駆動用トランジスタである。そのベースは
共通に接続されそのベース端子８３には起動時に
僅かな時間巾τ_０の正パルスが印加される。さて
起動時に時間積分コンデンサ３３ａ，３３ｂ，３
３ｃにそれぞれ転送されるべき電圧値ｅ_a，ｅ_b，
ｅ_cを有する直流電流は本具体的実施例において
は直流電源＋Ｖ_ccと直流電圧バイアス３４を抵抗
分割することにより得ている。即ち電圧値ｅ_aは
抵抗１６ａと１７ａ、電圧値ｅ_bは抵抗１６ｂと
１７ｂ、電圧値ｅ_cは抵抗１６ｃ，１７ｃによつ
て抵抗分割されて作られている。上記抵抗は比較
的低い値の抵抗を使い、出力インピーダンスを低
くすべきである。なお上記直流電圧バイアス３４
は充分低出力インピーダンスであつてかつ＋Ｖ_cc
よりも低い電圧を有するものでなければならな
い。

次に２５ｂ，２５ｃはやはりトランジスタによ
るスイツチであり、起動時の僅かな時間のみを遮
断して永久磁石回転子の位置決めを行うものであ
る。次にトランジスタ２６ｂ，２６ｃは抵抗２７
ｂ，２７ｃをそれぞれ介して前記スイツチトラン
ジスタ２５ｂ，２５ｃのベースに接続されるスイ
ツチトランジスタ駆動用トランジスタである。該
トランジスタ２６ｂ，２６ｃはインバータートラ
ンジスタ２８を介して駆動される。なおこのイン
バータートランジスタ２８のベースは前記スイツ
チトランジスタ駆動トランジスタ１４ａ，１４
ｂ，１４ｃのベースと共通に接続されそのベース
端子８３より前記起動時の正パルスが与えられる
ようになつているため、起動時のみスイツチトラ
ンジスタ２５ｂ，２５ｃ遮断され、最終的にはこ
の間固定子巻線２ｃのみが付勢される。

なお前記正パルスは通常は直流電源＋Ｖ_ccの印
加と同時に与えられるものであるが、巻線駆動指
令３７の印加と同時に与えられても良い。

第８図は本発明を更に改良するために付加され
る再起動方式の概念図である。前述した自起動方
式はほぼ完全な自起動を期待できるが、回転子が
回転している時に外力などにより強制的に回転を
停止させられた場合などでは、前記時間積分コン
デンサのリーケージカレントなどによつて位置情
報が時間的に喪失してゆくため再起動できなくな
ることがある。そのため巻線の逆起電力の大きさ
を検出する検出回路と逆起電力の大きさがある所
定のレベル以下であるような時間を計測する回路
と、上記時間がある所定時間を越えると再起動信
号を出力する回路とで再起動回路を構成してい
る。以下図面について説明する。７５は巻線の逆
起電力の大きさを検出する検出回路、７６は逆起
電力の大きさがある所定レベル以下であるような
時間を計測する時間計測回路、７７は上記時間が
ある所定時間を越えると再起動信号を出力する回
路であつて、この再起動信号は前記第７図の自起
動回路２２の共通ベース端子８３に与えられる時
間巾τ_０の正のパルスである。かく構成すること
により電動機が回転停止してから一定時間たつと
再起動信号が発せられ、この信号によつて前記自
起動回路２２が再びトリガされモータの再起動を
促す。またこの再起動信号は電動機が起動するま
で所定時間間隔で繰り返し繰り返し与えられるも
のである。従つて最初の自起動の失敗についても
これを保証することが出来る。

第９図は上記再起動方式による再起動回路の具
体的実施例である。これを説明するとトランジス
タ８４ａ，８４ｂ，８４ｃは巻線の逆起電力のレ
ベルを検出するものであり、エミツタがそれぞれ
抵抗８５ａ，８５ｂ，８５ｃを介して巻線２ａ，
２ｂ，２ｃに接続されており、逆起電力がエミツ
タベース接合電位差Ｖ_EBだけ電源電圧＋Ｖ_ccより
も高くなると導通し電流を流す。トランジスタ８
４ａ，８４ｂ，８４ｃのコレクタは共通接続さ
れ、上記検出電流は加算されてリセツトトランジ
スタ８６のベースに与えられ。従つてリセツトト
ランジスタ８６は巻線の逆起電力の尖頭値がＶ_EB
より大きくなれば周期的にON−OFFする。Ｖ_EB
より小さければOFFのままである。次にリセツ
トトランジスタ８６は時間計測コンデンサ８７を
リセツトするよう接続される。また上記コンデン
サ８７には充電抵抗８８を通じて電源電圧＋Ｖ_cc
より常時充電されている。従つて巻線の逆起電力
がＶ_EBより小さければリセツトトランジスタ８６
はOFFのままであるので時間計測コンデンサ８
７の充電は進みその電位は上昇してゆく。８９は
コンパレータであり、比較電圧９０のＥ_sと上記
コンデンサ８７の両端電位とを比較し、コンデン
サ８７の充電が進み所定の時間を経過してＥ_sを
越えるとその出力が高い状態から低い状態に変化
する。９１はワンシヨツトパルス回路であり、上
記コンパレータ８９の出力の状態の変化を受けて
時間巾τ_０のワンシヨツト正パルスを発生する。
この正パルスは前述の起動時に自起動回路２２に
与えられる僅かな時間巾τ_０の正パルスに該当す
るものであつて第７図の共通ベース端子８３に与
えられる。９２は直流電源＋Ｖ_cc印加時など初期
起動のワンシヨツトパルスをトリガするためのト
リガ入力端子である。次に抵抗９３はワンシヨツ
ト正パルスをリセツトトランジスタ８６のベース
に戻すものであり、電動機がなお起動しないよう
な時は、所定時間間隔で繰り返しワンシヨツト正
パルスを発生できるようにするための帰還抵抗で
ある。

第９図の再起動回路の実施例では逆起電力の大
きさを検出するのにトランジスタのＶ_EBを利用し
たが、他にも幾つかの方法がある。例えば第５図
に示す巻線の逆起電力の電圧電流変換回路の吐出
電流、あるいは吸引電流の量で判定してもよい。
この電流は巻線の逆起電力を電流に変換したもの
であるから例えばこの電流量と別個に設けた基準
電流を比較しても良いし、また抵抗に流し込みそ
の両端に発生する電圧と基準となる電圧を比較し
ても良い。この場合には基準は自由に設定できる
ため、トランジスタのＶ_EBを利用するものよりは
都合が良いかも知れない。

また逆起電力の大きさが所定のレベル以下であ
るような時間を計測する回路は本実施例では時間
計測コンデンサ８７及び充電抵抗８８とコンパレ
ータ８９に依つているが、要するにこれは一種の
遅延タイマーに他ならず、同等の機能を果すもの
であれば良く、必ずしも本実施例に限定されるも
のではない。

以上のように再起動回路を構成することで逆起
電力が所定のレベル以下の状態で所定の一定時間
を経過すれば電動機の回転は停止したものと判定
し、再起動信号を発生させこれによつて再び前記
自起動回路を動作させ電動機を再起動させること
が出来る。本再起動回路は最初の自起動の何らか
の原因による失敗についてもこれを保証するもの
であるので本再起動回路を付加すれば起動に関す
る信頼性は極めて高くなる。

以上説明してきたように本発明によれば、その
自起動方式については自起動時間の短縮と自起動
が確実になること、再起動方式については外力に
よる強制回転停止あるいは最初の自起動失敗を保
証するものであり、その結果、回転子位置を例え
ばホール素子の如き検出要素を利用して直接的に
認識する従来の無刷子電動機に比較しても遜色の
ない電動機を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる電動機と巻線駆動トラ
ンジスタの概念図、第２図は第１図に示す電動機
の巻線駆動トランジスタのコレクタ電位を表わす
波形図、第３図は逆起電力の積分演算の様子を示
す波形図、第４図は３差動回路を通して滑らかに
切換る位置信号の波形図、第５図は本発明の一実
施例を示すブロツク図、第６図は本発明の起動時
におけるプロセスを図解する波形図、第７図は本
発明の具体的実施例を示す回路図、第８図は本発
明を改良するために付加される再起動方式のブロ
ツク図、第９図は再起動方式の具体的実施例を示
す回路図である。 １……永久磁石回転子、２ａ，２ｂ，２ｃ……
固定子巻線、３ａ，３ｂ，３ｃ……巻線駆動トラ
ンジスタ、２２……自起動回路、２４ａ，２４
ｂ，２４ｃ……起動スイツチ、２５ｂ，２５ｃ…
…位置決めスイツチ、３３ａ，３３ｂ，３３ｃ…
…充放電時間積分コンデンサ、６０ａ，６０ｂ，
６０ｃ……吐出形及び吸引形電圧電流変換回路、
７５……巻線逆起電力検出回路、７６……逆起電
力の大きさがある所定レベル以下であるような時
間を計測する回路、７７……再起動信号出力回
路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数の固定子巻線のそれぞれに発生する逆起
   電力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の電圧電流変換回路と、前
   記整流回路の出力をそれぞれ電流に変換する吸引
   型の電圧電流変換回路と、前記吐出型の電圧電流
   変換回路と吸引型の電圧電流変換回路によつて充
   放電される複数の時間積分コンデンサより構成さ
   れた演算回路を有し、前記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力の非通
   電領域の全部または一部を個別にとり出してこれ
   を時間的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、
   この信号により順次付勢される複数の固定子巻線
   駆動回路と、積分初期値を与えるべき複数の電源
   とこれを前記時間積分コンデンサに転送する複数
   のスイツチ手段とこのスイツチ手段を起動時に導
   通せしめる電子回路より構成されて起動時におい
   て前記複数の時間積分コンデンサに積分初期値を
   与える自起動回路とを具備してなる無刷子電動
   機。 ２ 自起動回路は、起動時に特定の固定子巻線相
   のみ付勢し、永久磁石回転子の位置決めを予め行
   なう電子回路を含めて構成したことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の無刷子電動機。 ３ 複数の固定子巻線のそれぞれに発生する逆起
   電力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の電圧電流変換回路と、前
   記整流回路の出力をそれぞれ電流に変換する吸引
   型の電圧電流変換回路と、前記吐出型の電圧電流
   変換回路と吸引型の電圧電流変換回路によつて充
   放電される複数の時間積分コンデンサより構成さ
   れた演算回路を有し、前記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力の非通
   電領域の全部または一部を個別にとり出してこれ
   を時間的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、
   この信号により順次付勢される複数の固定子巻線
   駆動回路と、積分初期値を与えるべき複数の電源
   とこれを前記時間積分コンデンサに転送する複数
   のスイツチ手段とこのスイツチ手段を起動時に導
   通せしめる電子回路より構成されて起動時におい
   て前記複数の時間積分コンデンサに積分初期値を
   与える自起動回路と、前記逆起電力をとり出す整
   流回路とその大きさが所定のレベル以下である時
   間を計測する回路とならびに上記時間がある所定
   時間を越えるのを検出し再起動信号を出力する回
   路より構成される再起動回路とを具備し、該再起
   動回路の再起動信号によつても前記自起動回路を
   動作させるようにしたことを特徴とした無刷子電
   動機。