JPH03235693A - 無整流子直流電動機 - 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】 産業上の利用分野 本発明は無整流子直流電動機に関する。さらに詳しくは
永久磁石回転子の回転位置を検出するために、ホール素
子の如き回転子位置検出素子を不要とした無整流子直流
電動機に関するもので、特に起動特性の改良に関するも
のである。

従来の技術 無整流子直流電動機はブラシ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や
映像・音響機器に広く応用されている。

従来、この種の無整流子直流電動機はそのほとんどが固
定子巻線の通電相切換えのために、ブラシに相当する回
転子位置検出素子、例えばホール素子等を使用している
。しかしながら、回転子位置検出素子自体法して安価な
ものではなく、さらに素子の取付は位置調整の煩雑さ、
配線数の増加により無整流子直流電動機はブラシ付直流
電動機に比べて大幅にコストが上昇する欠点がある。

また、電動機内部に回転子位置検出素子を取り付けなけ
ればならないため、構造上の制約が起こることがしばし
ばある。近年、機器の小型化に伴い使用される電動機も
小型かつ薄型化され、ホール素子等の位置検出素子を取
り付ける場所的な余裕がな（なってきている。

そこで、ホール素子の如き回転子位置検出素子の全くな
い無整流子直流電動機が従来よりいくつか提案されてい
る。

その１つは、例えば特公昭５５−１６０９８０号公報に
示されるような、固定子巻線に直流を一方向だけに供給
する、いわゆる半波駆動方式の無整流子直流電動機があ
る。これは起動時に自起動回路で特定の固定子巻線組の
みを付勢して回転子の位置決めを予め行い、次に３相の
固定子巻線のうち休止中の２つの固定子巻線に誘起され
る逆起電力を検出することによって、次の通電相を決定
し固定子巻線に電流を一方向だけに順次供給するもので
ある。

さらには、例えば特公昭６２−２６０５８６号公報に示
されるような、固定子巻線に電流を両方向に供給する、
いわゆる全波駆動方式の無整流子直流電動機がある。こ
れは電動機の起動時には、起動パルス発生回路の出力す
る起動パルスで固定子巻線に流れる電流を強制的に順次
切換えて駆動し、回転子の回転が上昇して固定子巻線に
逆起電力が誘起されたときに、逆起電力のゼロクロス点
を検出し、その出力信号をモノマルチで一定時間だけ遅
延させることによって通電のタイミングを決定するもの
である。

発明が解決しようとする課題 これら回転子位置検出素子のない無整流子直流電動機に
、基本的には固定子巻線に誘起される逆起電力を利用し
て固定子巻線の相切換えに必要な位置信号を作成してい
る。したがって、起動時においては、各固定子巻線に逆
起電力が発生していないので、固定子巻線の初期通電相
が定まらない。

そこで上述した先行技術に示される無整流子直流電動機
にあっては、起動用に特別な起動回路を設けている。特
公昭５５−１６０９８０号公報に示される技術では、特
定の固定子巻線のみを付勢して予め回転子の初期位置を
決定している。ところが初期位１を決定するために、固
定子巻線の１相のみを付勢しても回転子の位置は振動的
となってなかなか静止せず、その結果起動時間が長くな
る。また、特公昭６２−２６０５８６号公報に示される
技術では、起動回路の出力する出力パルスにより固定子
巻線を強制的に順次切換えている。しかしながら、固定
子巻線を強制的に順次切換えても回転子の回転は振動的
となる。したがって、検出回路で逆起電力のゼロクロス
点をうまく検出できても、固定子巻線を強制的に順次切
換えて駆動する起動モードから逆起電力のゼロクロス点
を検出して行う正規の位置検出モードにはうまく切換え
ることが困難である。すなわち、起動モードから正規の
位置検出モードへの切換えのタイミングが難しく、電動
機の起動時間が長くなる。

一般に、これら回転子位置検出素子のない無整流子直流
電動機は、起動時おいては回転子が静止しているため各
固定子巻線には逆起電力を発生していない。そのため初
期の通電相が定まらず位置検出素子行の電動機に比べる
と起動性が著しく劣るという問題点がある。

さらに特公昭５５−１６０９８０号公報に示される無整
流子直流電動機にあっては、固定子巻線の一方向だけに
電流を供給する半波駆動方式であるため、その駆動装置
を簡単に構成できる反面、固定子巻線に流れる電流を両
方向に流れるように構成した全波駆動方式の電動機に比
べると固定子巻線の利用率が低くて効率が悪く、発生ト
ルクも小さいという問題点がある。

また、特公昭６２−２６０５８６号公報に示される無整
流子直流電動機にあっては、固定子巻線に誘起される逆
起電力のゼロクロス点で発生されたパルスをモノマルチ
で一定時間だけ遅延させることにより通電相を決定する
方式であり、その遅延時間が電動機の回転数と無関係に
一定であるため回転数を変える必要がある用途には向か
ず適用性に乏しいという問題点がある。

本発明は、回転子位置検出素子の不要な無整流子直流電
動機でありながら特別な起動回路が設けることなく、良
好な起動特性の得られる無整流子直流電動機を提供する
ことを目的としている。

さらに本発明は、回転子位置検出素子の不要な、しかも
固定子巻線に流れる電流を両方向に流れるように構成し
た全波駆動方式の無整流子直流電動機を提供することを
目的としている。さらに本発明は、電動機の回転数を任
意に変えることが可能な無整流子直流電動機を提供する
ことを目的としている。

課題を解決するための手段 本発明は上記目的を達成するために、複数相の固定子巻
線のそれぞれに発生する逆起電力をパルス整形してパル
ス信号列を得る逆起電力検出手段と、パルス信号列が入
力されその信号列の周期を計数しその周期が所定の範囲
内にあるときは計数した周期に比例もしくは略比例した
時間だけ遅延した遅延パルスを出力し信号列の周期が所
定の範囲を越えたときは疑似パルスを出力するパルス遅
延手段と、パルス遅延手段の出力信号を分周して逆起電
力と同じ周波数の複数相の相切換えパルスを発生する論
理パルス発生手段と、論理パルス発生手段の出力信号を
回転子の回転位置信号となし、この信号により順次固定
子巻線を付勢する固定子巻線電力供給手段とを含んで構
成される。

作用 本発明は上記した構成により、それぞれの固定子巻線に
誘起される逆起電力のゼロクロス点間の時間を常に計数
し、その計数値をもとに次に通電すべき固定子巻線の通
電位相を決定しているので、電動機の回転数を変化させ
ても次に通電すべき固定子巻線の通電位相が変化するこ
とはなく、常に安定した駆動が得られる。したがって、
回転数を変える必要がある用途にも容易に応用すること
が可能となり、従来例の回転子位置検出素子不要の無整
流子直流電動機に見られるような、回転数を変化させた
場合に駆動が不安定になるということはない。

さらに加えて、本発明は起動用に特別な起動回路を設け
ることなく、起動時においては疑似出力パルスにより固
定子巻線を強制的に順次切換えている。そして逆起電力
検出手段で、逆起電力のゼロクロス点を検出したとき固
定子巻線を強制的に順次切換えて、駆動する起動モード
か１う逆起電力のゼロクロス点を検出して行う正規の位
置検出モードに速やかに切換えることができ、従来の位
置検出モードの電動機と比べても遜色のない起動特性が
得られる。

さらに加えて、固定子巻線に誘起される逆起電力のゼロ
クロス点のみを検出しているので、駆動ｔｆＬによる電
圧の影響を受けることもな（、固定子巻線に流れる電流
を両方向に流せる全波駆動方式の電動機の構成をとるこ
とができる。したがって、半波駆動方式の電動機に比べ
て高効率、高トルクの無整流子直流電動機が提供できる
。

実施例 以下、本発明の一実施例について、図面を参照しながら
説明する。

第１図は本発明の一実施例における無整流子直流電動機
の構成を示すプロ・ンク図である。第１図において、１
は逆起電力検出手段で、３相の固定子巻線１１．１２．
１３に誘起される逆起電力が入力される。逆起電力検出
手段ｌは３相の逆起電力のゼロクロス点を検出してパル
ス列ｎに変換する。このパルス列ｎは３相の逆起電力の
ゼロクロス点を示す。逆起電力検出手段１の出力するパ
ルス列ｎはパルス遅延手段２に入力される。パルス遅延
手段２はまず入力されたパルス列の周期ｎを計数する。

そして計数した周期の概略１／２の時間だけ入力パルス
を遅延させる。３は論理パルス発生手段で、パルス遅延
手段２の出力するパルスＺを分周して固定子巻線１１．
１２．１３に誘起される逆起電力と同じ周波数の６相の
パルスを出力する。論理パルス発生手段３で発生された
６相のパルス信号は回転子の位置信号となり、固定子巻
線電力供給手段４に入力される。固定子巻線電力供給手
段４は、論理パルス発生手段３の出力する回転子位置信
号に応じて各固定子巻線１１．１２．１３に順次駆動電
流を両方間に供給する。

以上のように構成された本発明の無整流子直流電動機の
動作について詳しく説明する。

第２図は本発明の一実施例における電動機とそれを構成
する固定子巻線電力供給手段４の一実施例を示す回路構
成図、第３図はその各部信号波形図である。

第２図において、２７は永久磁石回転子、１１．１２１
３は固定子巻線、２１．２２．２３．２４．２５．２６
は駆動用トランジスタでこれらのトランジスタをオンオ
フすることにより固定子巻線１１．１２．１３に電流を
供給する。そのうち２１．２２．２３はＰＮＰ　）ラン
ジスタ、２４．２５．２６はＮＰＮ　トランジスタで構
成されている。２０は電源である。一般に無整流子電動
機の駆動は、回転子２７０回転位置に応じて得られる６
相のパルス信号を、駆動用トランジスタ２１２６、２２
．２４．２３．２５の各ベースに印加して行われる。そ
の６相のパルス信号波形を第３図ｄ、　　ｅｆ、ｇ、ｈ
、ｉに示す。ただし各トランジスタのベースに加えられ
る信号の方向はＰＮＰ　トランジスタ２１．２２．２３
には電流が流出する方向に、ＮＰＮ　ｌ−ランジスタ２
４．２５．２６には電流が流入する方向に加えられる。

まずトランジスタ２１２５が導通して固定子巻線１１．
１２にｔ流が流れる。次にトランジスタ２１，２６が導
通して固定子巻線１１．１３に電流が流れる。このよう
な相切換え動作を順次行い、永久磁石回転子２７を回転
させる。そのときの固定子巻線１１．１２．１３には第
３図ｊ、　　ｋ、Ｉに示す電流が両方向に通電される。

また回転子２７が回転している状態では、固定子巻線１
１．１２．１３の各端子には第３図ａ、ｂ、ｃに示す電
圧（逆起電力）が誘起される。第３図ｄ、　　ｅ、　　
ｆ、　　ｇ、　　ｈ。

ｉで示される６相のパルス信号は回転子２７の位置信号
であり、逆起電力ａ、ｂ、ｃの波形とは第３図に示すよ
うな位相関係にあり、電気角で３０度だけ位相が異なる
ことに注意すべきである。したがって、本発明のように
ホール素子の如き回転子位置検出素子を設けずに回転駆
動させるためには、固定子巻線に誘起される逆起電力ａ
、ｂ、ｃのゼロクロス点を検出して、電気角で３０度だ
け出力パルスを遅延するような信号処理を行う必要があ
る。

このような信号処理を行う本発明の一実施例の各部の動
作についてさらに図面を用いて説明する。

第４図は第１図に示す本発明の一実施例における逆起電
力検出手段１の回路構成図である。

第４図において、１４．１５．１６は抵抗で片方は固定
子巻線１１．１２．１３の各端子に接触され、他方はそ
れぞれ共通接続されている。３１．３２．３３は比較回
路で、その入力端子（＋）には固定子巻線１１１２、１
３の各端子に接触され、入力端子（−）には抵抗１４．
１５．１６の共通接続点が接続されている。

３４、３５．３６はアンド回路で、それぞれ比較器３１
゜３２と、比較器３２．３３と、比較器３３．３１との
各出力が接続されている。３０は３入力のオア回路で、
アンド回路３４．３５．３６の各出力が入力されている
。

３９はイクスクルーシブオア回路で、片方の入力にはオ
ア回Ｎ！１３０の出力がそのまま入力され他方の入力に
はオア回路３０の出力信号を抵抗３７とコンデンサ３８
で定まる時定数だけ遅延した信号が入力される。

第４図に示す逆起電力検出手段１の動作について第５図
を用いて説明する。

第４図の抵抗１４．１５．１６はそれぞれ固定子巻線１
１、１２．１３と接続されているので、抵抗１４．１５
１６の共通接続点には固定子巻線１１．１２．１３の中
性点δと同一の電位が得られる。したがって、電動機と
しては特別に固定子巻線の中性点から信号線を引き出し
ておく必要がない。固定子巻線１１．１２゜１３に誘起
される逆起電力ａ、ｂ、ｃは第４図の比較器３１．３２
．３３の入力端子（＋）に入力され、入力端子（−）に
は抵抗１４．１．５．１６の共通接続点に得られる固定
子巻線の中性点電位が入力されている。したがって、比
較器３１．３２．３３の各出力端子には、第５図ｕ、ｖ
、ｗに示すような逆起電力ａｂ、ｃを波形整形し、逆起
電力ａ、ｂ、ｃのゼロクロス点とパルスエツジの一致す
るパルス波形が得られる。第５図に示すｍは逆起電力検
出手段１を構成するオア回路３０の出力波形であり、３
相の逆起電力ａ、ｂ、ｃのゼロクロス点とパルスの立ち
上がり、立ち下がりエツジの位相が一致したパルス列が
出力される。第５図ｎはオア回路３０の出力信号ｍを画
工ンジ微分した波形である。すなわち、イクスクルーシ
ブオア回路３９と抵抗３７とコンデンサ３８でパルスの
両エツジ微分回路を構成しており、イクスクルーシブオ
ア回路３９からは３相の各逆起電力ａ、ｂ、ｃのゼロク
ロス点ごとにパルスが出力され、逆起電力ａ、ｂ、ｃの
１周期につき６回（電気角で６０度ごと）のパルス列が
出力される。第５図２はパルス遅延手段２の出力で、そ
の立ち上がりエツジが、ｎの立ち上がりエツジのタイミ
ングを検出してから電気角で３０度だけ遅延したパルス
信号波形を示す。

次に本発明の一実施例におけるパルス遅延手段２の動作
について詳しく説明する。

第６図は第１図に示す本発明の一実施例におけるパルス
遅延手段２の回路構成図、第７図（ａ）は電動機の定常
回転におけるその各部信号波形図、第７図（ｂ）は電動
機の起動時におけるその各部信号波形図である。

第６図において、４１は第１のカウント手段、４２は第
２のカウント手段、４４はクロックパルス発生手段であ
る。第１のカウント手段４１はその計数値が所定の値を
越えたときにキャリーフラグｔを出力し、第２のカウン
ト手段４２はその計数値が零になったときにゼロフラグ
２を出力する。クロックパルス発生手段４４は２種類の
クロックパルスｃｋｃｋ２を発生しており、クロックパ
ルスｃ　ｋは第１のカウント手段４１に、フクロツタパ
ルスｃｋ２（クロック周波数はｃｋの２倍）は第２のカ
ウント手段４２に入力されている。４３は転送手段で、
逆起電力検出手段１の出力するパルス列ｎと第１のカウ
ント手段４１の出力するキャリーフラグｔが入力され、
第１のカウント手段４１にはその計数値をリセットする
リセットパルスｒを、第２のカウント手段４２には第１
のカウント手段４１の計数値をロードするロードパルス
Ｓを出力する。

第６図に示すパルス遅延回路２の動作について、まず永
久磁石回転子２７が定常回転しているときについて第７
図（ａ）を用いて説明する。第１のカウント手段４１は
転送手段４３の出力するりセントパルスｒが入力される
までクロックパルスｃｋをアップカウントする。リセッ
トパルスｒは逆起電力発生手段ｌが出力するパルス列ｎ
と同じ周期であるので、第１のカウント手段４１の計数
値は逆起電力検出手段１の出力するパルス列ｎの周期を
計数したことになる。その様子を第７図（ａ）のｐに計
数値をアナログ的に示している。第２のカウント手段４
２には、転送手段４３の出力するロートパルスＳのタイ
ミングで第１のカウント手段４１のカウント値ｐが初期
値として転送される。第２のカウント手段４２はパルス
列ｎの周期を計数した計数値ｐをｃｋ２のクロックでダ
ウンカウントされるので、ロードパルスＳ（またはｎ）
のパルス列の中間点で計数値が零になる。その様子を第
７図（ａ）のｑａにアナログ的に示している。第２のカ
ウント手段４２は計数値が零のときゼロフラグが出力さ
れるように構成されているので、第２のカウント手段４
２は第７図（ａ）の２に示すような遅延パルスＺを出力
する。

パルス列ｎは逆起電力検出手段１の出力するパルスで、
３相の固定子巻線１１．１２．１３に誘起される逆起電
力ａ、ｂ、ｃのゼロクロス点を示すものであるから、パ
ルス列ｎおよびＳの間隔は電気角で６０度に相当する。

したがって、第７図（ａ）に示すＺの立ち上がりエツジ
は逆起電力ａ、ｂ、ｃのゼロクロス点から電気角で３０
度だけ遅延されたことになる。なお、ロードパルスＳと
リセットパルスｒの位相関係は第７図（ａ）の如く、リ
セットパルスｒがロードパルスＳより遅れているが、そ
れは第１のカウント手段４１のカウント値を第２のカウ
ント手段４２に確実に転送させるためである。また第７
図（ａ）ではパルスｓ、ｒのパルス幅を便宜上大きく記
しであるが、パルス周期に比べて十分に狭いものとする
。

次に電動機の起動時における動作について第７図（ｂ）
を用いて説明する。第１のカウント手段４１は、転送手
段４３の出力するリセットパルスｒが入力されるまでク
ロックパルスｃｋをアップカランＩ・する。ところが、
回転子２７は静止しているので逆起電力発生手段１はパ
ルス列ｎを出力しない。したがって、第１のカウント手
段４１の計数値は第７図（ｂ）のＰに示すように単調に
増加しその計数値が所定の値に達したとき、第１のカウ
ント手段４１がらキャリーフラグｔを転送手段４３に出
力する。転送手段４３はその信号ｔを受けてリセットパ
ルスｒとロードパルスＳを出力する。第２のカウント手
段４２はロードパルスＳで初期値がロードされた後、ダ
ウンカウントされる。そして第２のカウント手段４２の
計数値が、零になったときゼロフラグＺが論理パルス発
生手段３に出力する。電動機の起動時においてゼロフラ
グ２は固定子巻線の相切換え動作を順次行うための疑似
信号となり、この疑似信号により永久磁石回転子２７は
回転を開始する。

ところで今、第７図（ｂ）のｑａに点線で示すように、
転送手段４３が信号ｔを受けたとき第１のカウント手段
４１の計数値をそのまま第２のカウント手段４２に初期
値として転送されるものとする。このように構成したと
きは、第７図（ｂ）のｑａに示す点線の波形より明らか
なように、第２のカウント手段４２がダウンカウントさ
れてその計数値が零に達しないうちに、第１のカウント
手段４１の計数値がさらに転送される場合が発生する。

その場合は第２のカウント手段４２の計数値は零になら
ず遅延パルスＺが出力されない。したがって、第７図（
ｂ）のＺに示すようなパルスＸが発生しない。その結果
、固定子巻線の相切換えがうまく行われず、電動機の加
速がうま（行われない。

そこで第７図（ｂ）のｑａに示す実線波形のように、転
送手段４３が信号ｔを受けたときは、第１のカウント手
段４１の計数値をそのまま第２のカウント手段４２に転
送するのではなく、第１のカウント手段４１の計数値よ
り小さい所定値を第２のカウント手段４２に転送する。

すると前述したような第２のカウント手段４２の計数値
が零に達しないうちに第１のカウント手段４１の計数値
がさらに転送されることはなく、第２のカウント手段４
２の計数値は必ず零になり遅延パルス２が出力される。

以下、定常時と同様な動作で第２のカウント手段４２か
らは第７図（ｂ）の２に示すような遅延パルスＺが出力
され、遅延パルス２は論理パルス発生手段３に加えられ
、電力併給手段４により３相の固定子巻線１１．１２１
３の通電相の切換えが順次行われる。そして電動機は加
速され、良好な起動特性が得られる。

第８図は第１図に示す本発明の一実施例におけるパルス
遅延手段２の他の実施例の要部回路構成図、第９図（ａ
）は電動機の定常回転におけるその各部信号波形図、第
９図（′ｂ）は電動機の起動時におけるその各部信号波
形図である。

なお、第６図と同一の機能を有するものについては同一
の番号を付して重複した説明は省略する。

第８図において４１は８ビツトカウンタで構成される第
１のカウント手段、４２は５ビツトカウンタで構成され
る第２のカウント手段でディジタルカウンタで構成され
ている。第１のカウント手段４１、第２のカウント手段
４２にはそれぞれ同一のクロックｃｋが入力されている
。第１のカウント手段４１はクロックｃｋをアップカウ
ントし、第２のカウント手段４２はクロックｃｋをダウ
ンカウントする。

４５は５つのスイッチで構成されたスイッチ転送回路で
、転送手段４３のロードパルスＳにより短時間左側の接
点に接続され、第１のカウント手段４１の計数値の最下
位ビットを除く５ピントが第２のカウント手段４２に転
送される。また、第１のカウント手段４１の計数値がオ
ーバーフローして第１のカウント手段４１からキャリー
フラグｔが出力されたときは、短時間スイッチ転送回路
４５は右側の接点に接続され第２のカウント手段４２の
すべてのビットが“′１′にセットされる。

第８図に示すパルス遅延回路の動作についてまず永久磁
石回転子２７が定常回転しているときについて第９図（
ａ）を用いて説明する。

第２のカウント手段４２には転送手段４３の出力するロ
ードパルスＳのタイミングで第１のカウント手段４１の
計数値ｐが転送される。ただし、第２のカウント手段４
２には第１のカウント手段４１の最下位ビットだけが捨
てられて転送されるので、第９図（ａ）のｑｂに示すよ
うに、第２のカウント手段４２の初期値は第１のカウン
ト手段４１の計数値ｐの１／２の値が初期値として与え
られることになる。

第２のカウント手段４２は、パルス列ｎの周期を計数し
た計数値の半分に相当するｐ　／　２をクロックｃｋで
ダウンカウントすることになるので、パルス列ｎの中間
点で計数値が零になる。したがって、第２のカウント手
段４２は第９図（ａ）に示すような遅延パルスＺを出力
する。したがって、第９図（ａ）に示す遅延パルス２の
立ち上がりエツジは逆起電力ａ、ｂ、ｃのゼロクロス点
からちょうど電気角で３０度かけ遅延されたことになる
。

次に電動機の起動時における動作について第９図（ｂ）
を用いて説明する。起動時には逆起電力検出手段１はパ
ルス列ｎを出力しないので、第１のカウント手段４１は
クロックパルスｃｋをアンプカウントし続ける。したが
って、第１のカウント手段４１の計数値は第９図（ｂ）
のＰに示すように単調に増加し、その計数値がオーバー
フローしたとき第１のカウント手段４１からキャリーフ
ラグｔが出力され、転送手段４３とスイッチ転送回路４
５に入力される。転送手段４３はその信号ｔを受けてリ
セットパルスｒとロードパルスＳを出力する。第２のカ
ウント手段４２はロードパルスＳで初期値がロードされ
るが、今、第９図（ｂ）の９ｂに点線で示すように、第
２のカウント手段として７ビントのカウンタを用意して
転送手段４３が信号ｔを受けたとき、第１のカウント手
段４１の計数値の半分であるｐ／２の値（上位７ビント
分）をそのまま第２のカウント手段４２に初期値として
転送されるものとする。このように構成されたときは、
第９図（ｂ）のｑｂに示す点線の波形より明らかなよう
に、起動時において第２のカウント手段４２がダウンカ
ウントされてその計数値が零に達しないうちに第１のカ
ウント手段４１の計数値がさらに転送される場合が発生
する。その場合は第２のカランＩ・手段４２の計数値が
零にならず遅延パルスＺが出力されない。したがって、
第９図（ｂ）の２に示すようなパルスＸが発生しない。

その結果、固定子巻線の相切換えがうまく行われず電動
機の加速がうまく行われない。

そこで、第９図（ｂ）のｑｂに示す実線波形のように、
起動時に転送手段４３が信号ｔを受けたときは、第１の
カウント手段４１の計数値の半分であるｐ　／　２の値
を、この場合は最下位１ビツトを除く上位７ビツトをそ
のまま第２のカウント手段４２に転送するのではなく、
転送時にはスイッチ転送回路４５を短時間右側の接点に
接続することにより、第１のカウント手段４１の計数値
の半分であるｐ　／　２の値よりさらに小さい所定値、
この場合はすべてのビットが“′１”°の５ビツト分を
第２のカウント手段４２に転送する。すると前述したよ
うな、第２のカウント手段４２の計数値が零に達しない
うちに第１のカウント手段４１の計数値がさらに転送さ
れることはなく、第２のカウント手段４２の計数値は必
ず零になり遅延パルスＺが出力される。以下、定常時と
同様な動作で第２のカウント手段４２からは第９図（ｂ
）の２に示すような遅延パルス２が出力され、遅延パル
ス２は論理パルス発生手段３に加えられ、固定子巻線電
力供給手段４により３相の固定子巻線１１．１２．１３
の通電相の切換えが順次行われる。そして電動機は加速
され、良好な起動特性が得られる。

第６図に示すパルス遅延手段では第一、第２のカウント
手段に供給するクロックの周波数は異なるが、第８図に
示すパルス遅延手段では１種類のクロックでよいという
利点がある。

第１０図は第１図に示す本発明のパルス遅延手段２の他
の実施例の回路構成図、第１１図（ａ）は回転子の定常
回転におけるその各部信号波形図、第１１図（ｂ）は電
動機の起動時におけるその各部信号波形図である。

なお第６図、第８図と同一の機能を有するものについて
は同一の番号を付して重複した説明は省略する。

第１０図において、６１は第１のアップダウンカウント
手段、６２は第２のアップダウンカウント手段である。

第１のアップダウンカウント手段６１、第２のアップダ
ウンカウント手段６２にはそれぞれアップカウント入力
ＣＵとダウンカウント入力ＣＤがある。また、第１のア
ップダウンカウント手段６１、第２のアップダウンカウ
ント手段６２はアップカウントして計数値がオーバーフ
ローしたときにはそれぞれキャリーフラグｔａ、ｔｂを
出力し、ダウンカウントして計数値が零になったときは
それぞれゼロフラグｚａ、ｚｂを出力する。６５はオア
回路でキャリーフラグｔａ、ｔｂの２つの信号が入力さ
れ、信号ｔを出力する。６３はクロック切換え回路で、
クロック発生手段４４の発生する２種類のクロックパル
スｃｋ、ｃｋ２（クロック周波数はｃｋの２倍）をアッ
プカウント入力ＣＵに供給するか、ダウンカウント入力
ＣＤに供給するかを逆起電力検出手段工の出力するパル
スｎとオア回路６５の出力する信号ｔに応じて交互に切
換える。

６４はオア回路で、第１．第２のアンプダウンカウント
手段６１．６２のそれぞれが出力するゼロフラグｚａ、
ｚｂが入力されて遅延パルスＺを出力する。

第１０図に示すパルス遅延回路の動作についてまｒ永久
磁石回転子２７が定常回転しているときにっ１）で第１
１図（ａ）を用いて説明する。

まず、クロック切換え回路６３のスイッチは第１０図に
示す位置にあったとする。すると第１のアップダウンカ
ウント手段６１のアップカウント入力ＣＵにはクロック
ｃｋが供給され、パルスｎがクロック切換え回路６３に
入力されるまで第１のアンプダウンカウント手段６１は
アップカウント動作を行う。次にパルスｎがクロック切
換え回路６３に入力されたとき第１のアンプダウンカウ
ント手段６１はダウンカウント動作に切換わる。しかも
クロック切換え回路６３によりダウンカウント入力に供
給されるクロックはｃｋ２であり、クロック周波数はｃ
ｋの２倍のクロックが入力される。したがって、パルス
列ｎの周期をアップカウントした計数値をｃｋ２のクロ
ックでダウンカウントするので、パルス列ｎの中間点で
計数値が零になる。その様子を第１１図（ａ）のｐａに
示す。その結果、第１のアップダウンカウント手段６１
は第１１図（ａ）に示すようなゼロフラグＺａを出力す
る。同様に第２のアンプダウンカウント手段６２も第１
１図（ａ）のｐｂに示すようなアップダウンカウント動
作を繰り返し、第１１図（ａ）のｚｂに示すようなゼロ
フラグを出力する。

ｚａ、ｚｂは交互に発生するのでオア回路６４からは第
１１図（ａ）に示すような信号Ｚが出力され、第１０図
のパルス遅延手段は立ち上がりエツジが逆起電力ａ、ｂ
、ｃのゼロクロス点からちょうど電気角で３０度だけ遅
延された遅延信号２を出力することになる。

次に電動機の起動時における動作について第１１図（ｂ
）を用いて説明する。

まず、クロック切換え回路６３のスイッチは第１０図に
示す位置にあったとする。第１のアンプダウンカウント
手段６１は逆起電力発生手段１が出力するパルスｎが入
力されるまでクロックバルスｃｋをアンプカウントする
。ところが回転子は静止しているので逆起電力発生手段
１はパルス列ｎを出力しない。したがって、第１のアッ
プダウンカウント手段６１の計数値は第１１図（ｂ）の
ｐａに示すように単調に増加し、その計数値がオーバー
フローしたとき第１のアップダウンカウント手段６１か
らはキャリーフラグｔａがクコツク切換え回路６３に出
力される。するとクロック切換え回路６３は、電動機の
定常回転時と同様に第１のアップダウンカウント手段６
１をアップカウント動作からダウンカウント動作に切換
える。しかもダウンカウント入力に供給されるクロック
はＣＫ２であり、クロック周波数はｃｋの２倍であるの
で、アンプカウントした計数値をＣＫ２のクロックでダ
ウンカウントし、やがて計数値が零になる。その様子を
第１１図（ｂ）のｐａに示す。その結果、第１のアップ
ダウンカウント手段６１は第１１図（ｂ）に示すような
ゼロフラグｚａを出力する。同様に第２のアップダウン
カウント手段６２も第１１図（′ｂ）のｐｂに示すよう
なアップダウンカウント動作を繰り返し、第１１図ら）
のｚｂに示すようなゼロフラグを出力する。Ｚａ。

ｚｂは交互に発生するのでオア回路６４からは第１１図
（ｂ）に示すようなパルス信号２が出力される。第１１
図（ｂ）に示すパルス信号２が、起動時における疑似信
号に相当する。以下、パルス信号Ｚは論理パルス発生手
段３に加えられ、電力供給手段４により３相の固定子巻
線１１．１２．１３の通電相の切換えが順次行われる。

そして電動機は加速され、良好な起動特性が得られる。

第６図、第８図に示すパルス遅延手段においては、第１
のカウント手段の計数値を第２のカウント手段に転送す
る転送手段が必要であるが、第１０図に示すパルス遅延
手段においては転送手段が不要でクロック切換え回路で
アップカウント、ダウンカウント動作の切換えだけを行
えばよいという利点がある。

第１２図は第１図に示す本発明の論理パルス発生手段３
０回路構成図、第１３図はその各部信号波形図である。

第１２図において、８０は６相のリングカウンタで第１
３図に示すｔＬ　　ｔ２．ｔ３．ｔ４．ｔ、５ｔ６の６
相パルス信号を出力する。これらパルス信号のパルス幅
は電気角で６０度である。８１．８２゜８３、８４．８
５．８６はオア回路で、リングカウンタ８０の６相パル
ス信号ｔ１．ｔ、２．ｔ３．ｔ４　　ｔ５ｔ６の各出力
が入力され、第５図、第１３図に示すｄ、　　ｅ、　　
ｆ、　　ｇ、　　ｈ、　　ｉの６相の位置信号が出力さ
れる。これらの信号のパルス幅は電気角で１２０度であ
る。６相パルス信号ｄ、　　ｅ、　　ｆ、　　ｇ、　　
ｈｉは回転子２７の位置信号となり、第１図に示す量定
子巻線電力供給手段４に入力される。

以上の説明で明かなよ・うに、本発明の無整流子電動機
では、まず、逆起電力検出手段Ｉは固定子巻線１１．１
２．１３に誘起される逆起電力ａ、　　ｂ、　　ｃのゼ
ロクロス点を検出して変換パルスｎに変換する。その変
換パルスｎはパルス遅延手段２で電気角で３０度だけ遅
延されて遅延パルス２に変換される。論理パルス発生手
段３は、この遅延パルス２を受けて６相の回転位置信号
ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈｌを作成する。そして最後に電力供
給手段４はこの回転子位置信号ｄ、　　ｅ、　　ｆ、　
　ｇ、　　ｈ、　　ｉに応じて固定子巻線１１１２．２
３に第３図ｊ、に、ｌに示すような駆動電流を順次両方
向に供給し、その結果水入磁石回転子２７は回転される
。

したがって、本発明の無整流子電動機は、ホール素子の
如き回転子位置検出素子を設けずに固定子巻線に流れる
電流を両方向に流せる全波駆動方式の電動機を構成する
ことができる。

なお、本発明に係わるパルス遅延手段において、第６図
の一実施例では、第２のカウント手段に入力されるクロ
ック周波数は第１のカウント手段に入力されるクロック
周波数の２倍として説明したが整数倍であってもよい。

また、本発明に係わるパルス遅延手段において、第８図
の一実施例では、定常回転時における第２のカウント手
段に初期値として転送される値は２分の１となるように
選んだが整数分の１でもよい。また、本発明に係わるパ
ルス遅延手段において、第１０図の一実施例では、アッ
プカウント入力端子とダウンカウント入力端子のうち一
方の入力端子に入力されるクロック周波数は他方の入力
端子に入力されるクロック周波数の２倍として説明した
が整数倍でも構成できることは言うまでもない。

また、本発明に係わる逆起電力検出手段１では第４図に
示すように、固定子巻線の中性点電位δを検出するため
に共通接続した３本の抵抗を使用して行っているが、直
接電動機の固定子巻線の中性点から信号線を引き出して
使用しても可能であることは言うまでもない。また、本
発明の実施例では固定子巻線がＹ結線である３相の電動
機に限ったが、相数は３相に限らず両相であってもよい
。

また本発明の無整流子電動機は固定子巻線がΔ結線され
た電動機に適用することも可能である。

発明の効果 本発明は、以上説明したように構成されているので、以
下に記載されるような効果を奏する。

本発明の無整流子直流電動機は逆起電力検出手段で固定
子巻線に誘起される逆起電力のゼロクロス点のみを検出
しているので、ホール素子の如き回転子位置検出素子が
不要でありながら、固定子巻線に流れる電流を両方向に
供給する全波駆動方式の電動機が容易に構成できる。し
たがって、固定子巻線の一方向だけに電流を供給する半
波駆動方式に比べて固定子巻線の利用率が高く、高効率
で高発生トルクの電動機を提供することができる。

さらには従来の無整流子電動機のような回転子位置検出
素子が不要のため、素子の取付は位１調整の煩雑さや配
線数が削減されるため大幅にコストが低減される。

さらには電動機内部に回転子位置検出素子を取り付ける
必要がないため、電動機は構造上の制約を受けず超小型
化、超薄型化が可能となる。

また、本発明の無整流子直流電動機は起動時においては
遅延パルス発注手段の出力する疑似パルスにより固定子
巻線の通電相を順次切換えているので、特別な起動回路
を設けることなく良好な起動特性が得られる。

さらに、本発明の無整流子直流電動機は各固定子巻線に
誘起される逆起電力のゼロクロス点間の時開を常に計数
し、その計数値をもとに次に通電すべき固定子巻線の通
電位相を決定しているので、電動機の回転数を変化させ
た場合にも次に通電すべき固定子巻線の通電位相が変化
することはなく常に安定した駆動が得られるという優れ
た効果も併せて備えている。したがって、電動機の回転
数を任意に変える必要がある用途にも適用することが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の無整流子直流電動機の一実施例の構成
を示すプロンク図、第２図は本発明の一実施例における
電動機とそれを構成する固定子巻線電力供給手段の一実
施例を示す回路構成図、第３図はその各部信号波形図、
第４図は本発明の一実施例を構成する逆起電力検出手段
の一実施例を示す回路構成図、第５図は本発明の無整流
子直流電動機の一実施例の動作を説明する信号波形図、
第６図は本発明の一実施例を構成するパルス遅延手段の
一実施例を示す回路構成図、第７図（ａ）はその定常回
転における各部信号波形図、第７図（ｂ）は起動時にお
ける各部信号波形図、第８図は本発明の一実施例を構成
するパルス遅延手段の他の実施例の要部回路構成図、第
９図（ａ）はその定常回転における各部信号波形図、第
９図（ｂ）は起動時における各部信号波形図、第１０図
は本発明の一実施例を構成するパルス遅延手段の他の一
実施例を示す回路構成図、第１１図（ａ）はその定常回
転における各部信号波形図、第１１図（ｂ）は起動時に
おける各部信号波形図、第１２図は本発明の一実施例を
構成する論理パルス発生手段の一実施例を示す回路構成
図、第１３図はその各部信号波形図である。 １・・・・・・逆起電力検出手段、２・・・・・・パル
ス遅延手段、３・・・・・・論理パルス発生手段、４・
・・・・・固定子巻線電力供給手段、１１．１２．１３
・・・・・・固定子巻線、４１・・・・・第１のカウン
ト手段、４２・・・・・・第２のカウント手段、６１・
・・・・・第１のアンプダウンカウント手段、６２・・
・・・・第２のアンプダウンカウント手段。

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数相の固定子巻線のそれぞれに発生する逆起電
   力をパルス整形してパルス信号列を得る逆起電力検出手
   段と、前記パルス信号列が入力されその信号列の周期を
   計数しその周期が所定の範囲内にあるときは計数した周
   期に比例もしくは略比例した時間だけ遅延した遅延パル
   スを出力し周期が所定の範囲を越えたときは疑似パルス
   を出力するパルス遅延手段と、前記パルス遅延手段の出
   力信号を分周して前記逆起電力と同じ周波数の複数相の
   パルスを発生する論理パルス発生手段と、前記論理パル
   ス発生手段の出力信号を回転子の回転位置信号となしこ
   の信号により順次固定子巻線を付勢する固定子巻線電力
   供給手段とを含んで構成されたことを特徴とする無整流
   子直流電動機。
2. （２）パルス遅延手段はパルス信号列の周期の１／Ｎ（
   Ｎは整数）だけ遅延させた遅延パルスを出力することを
   特徴とする請求項（１）記載の無整流子直流電動機。
3. （３）パルス遅延手段はパルス信号列の周期の１／２だ
   け遅延させた遅延パルスを出力することを特徴とする請
   求項（１）記載の無整流子直流電動機。
4. （４）パルス遅延手段は、パルス信号列の周期を計数す
   る第１のカウント手段と、前記第１のカウント手段の計
   数値を第２のカウント手段に転送する転送手段と、この
   転送された計数値から複数の固定子巻線の通電位相を演
   算出力する第２のカウント手段と、前記第１および第２
   のカウント手段にクロックを入力するクロック発生手段
   とを含んで構成されたことを特徴とする請求項（１）記
   載の無整流子直流電動機。
5. （５）転送手段は第１のカウント手段の計数値に応じて
   第２のカウント手段に転送される初期値を異なるように
   したことを特徴とする請求項（４）記載の無整流子直流
   電動機。
6. （６）転送手段は第１のカウント手段の計数値が所定の
   範囲内にあるときはその計数値に比例もしくは略比例し
   た値を第２のカウント手段に転送し、所定の範囲を越え
   たときは一定値を転送することを特徴とする請求項（４
   ）記載の無整流子直流電動機。
7. （７）転送手段は第１のカウント手段の計数値の１／Ｎ
   （Ｎは整数）の値を第２のカウント手段に転送すること
   を特徴とする請求項（６）記載の無整流子直流電動機。
8. （８）転送手段は第１のカウント手段の計数値の１／２
   の値を第２のカウント手段に転送することを特徴とする
   請求項（６）記載の無整流子直流電動機。
9. （９）第２のカウント手段に入力されるクロック周波数
   は第１のカウント手段に入力されるクロック周波数と異
   なるようにしたことを特徴とする請求項（４）記載の無
   整流子直流電動機。
10. （１０）第２のカウント手段に入力されるクロック周波
    数は第１のカウント手段に入力されるクロック周波数の
    整数倍にしたことを特徴とする請求項（４）記載の無整
    流子直流電動機。
11. （１１）第２のカウント手段に入力されるクロック周波
    数は第１のカウント手段に入力されるクロック周波数の
    ２倍にしたことを特徴とする請求項（４）記載の無整流
    子直流電動機。
12. （１２）パルス遅延手段は、逆起電力検出手段の発生す
    るパルスに応じてアップカウント動作とダウンカウント
    動作が切換えられ一方がアップカウント動作のときは他
    方はダウンカウント動作をする第１および第２のアップ
    ダウンカウント手段と、前記第１および第２のアップダ
    ウンカウント手段にクロックを入力するクロック発生手
    段とを含んで構成されたことを特徴とする請求項（１）
    記載の無整流子直流電動機。
13. （１３）第１および第２のアップダウンカウント手段は
    その計数値が所定値に達したときアップカウント動作と
    ダウンカウント動作とを切換えることを特徴とする請求
    項（１２）記載の無整流子直流電動機。
14. （１４）第１および第２のアップダウンカウント手段は
    、一方のカウント入力端子に入力されるクロック周波数
    が他方のカウント入力端子に入力されるクロック周波数
    と異なるようにしたことを特徴とする請求項（１２）記
    載の無整流子直流電動機。
15. （１５）第１および第２のアップダウンカウント手段は
    、一方のカウント入力端子に入力されるクロック周波数
    が他方のカウント入力端子に入力されるクロック周波数
    の整数倍にしたことを特徴とする請求項（１２）記載の
    無整流子直流電動機。
16. （１６）第１および第２のアップダウンカウント手段は
    、一方のカウント入力端子に入力されるクロック周波数
    が他方のカウント入力端子に入力されるクロック周波数
    の２倍にしたことを特徴とする請求項（１２）記載の無
    整流子直流電動機。