JPS62131788A - 無整流子電動機の起動装置 - 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、ファン等の駆動用に使用される無整流子電動
機の起動装置に関するものである。

従来の技術 従来この種の無整流子電動機の起動装置は第６図〜第１
０図に示すような構成であった。図において、１〜６は
スイッチング素子でアシ、それらの出力端が３相ブリツ
ジ接続され、中性点非接地スター結線された固定子巻線
７〜１２の入力端に接続されている。１３は４極に着磁
された磁極片をもつ回転子である。第６図の例において
は、固定子巻線７〜１２に対する回転子１３の相対的な
位置を３個の磁電変換素子２６〜２８で提出している。

第７図は第６図の例における磁電変換素子２６〜２８の
出力と、スイッチング素子１〜６の導通パターンと、回
転トルクを示した図であるが、制御回路２９は磁電変換
素子２６〜２８の出力を処理して、スイッチング素子１
〜６が第７図に示す導通状態、図におけるＯＮで動作す
るゲート信号を出力して、固定子巻線７〜１２に流れる
電流を制御し、回転子１３を回転させている。そのため
電源投入と同時に回転トルクが得られる。第８図の例は
、回転子１３の位置を１個の磁電変換素子３０で検出し
ている例である。第９図は第８図の例における磁電変換
素子３ｏの出力と、スイッチング素子１〜６の導通パタ
ーンと、回転トルクを示した図であるが、時刻ｔ１　で
電源を投入すると同時に起動回路３２にてスイッチング
素子２と６を導通状態とし、固定子巻線９〜１２を時刻
ｔ２まで励磁し回転子１３の位置を規制したのち、磁電
変換素子３ｏの出力に応じて、スイッチング素子１〜６
が第９図に示す導通状態、図におけるＯＮで動作するゲ
ート信号を制御回路３１で出力し、回転子１３を回転さ
せているが、導通状態変化時に回転トルクが零になって
いる。第１０図はセンサーを使用しないで、非通電の巻
線に誘起される起電力を利用して、制御回路３３にて第
７図と同様の回転トルクを得ているが、起動時には固定
子巻線７〜１２に起電力が誘起されず、低周波発振器等
を利用した起動回路３４にて、低周波同期駆動をさせ回
転子１３を回転させ、回転数が固定子巻線７〜１２に逆
起電力が誘起されるまで上昇したら、運転状態切換回路
３６にて、通常の運転状態に切換えていた（たとえば特
開昭６７−１２２６７９号公報および特開昭５５−５０
３５号公報）。

発明が解決しようとする問題点 このような従来の構成では、第６図の例では磁電変換素
子３個を回転子の近傍に取り付ける必要があり、電動機
の構造が複雑となるとともに、磁電変換素子と制御回路
との接続部も複雑になるとしか判断しておらず、回転子
の位置を正確につか−めないとともに、回転トルクにデ
ッドポイントがあるため、電動機の回転ムラ、騒音・振
動が発生しやすいという問題があった。第９図の例では
、通常運転装置とは全く独立した起動装置を設ける必要
があり、通常運転状態になるまでに時間がかかるととも
に、運転状態切換に工夫を要するという問題があった。

また急激な負荷変動等で電動機回転数が低下したときに
、再起動させなければならないという問題もあった。ま
た、いずれの例の場合も起動時および低回転運転時は、
ＬＯＣＫ状態と同じ状態であるため大きな電流が固定子
巻線に池れ、定常回転時にはそれほど電流容量の大きな
素子は必要ないにもかかわらず、起動時および、加速時
のために高価な電流容量の大きな素子を用いなければな
らないという問題があった。

本発明はこのような問題点を解決するもので、電動機の
構造や制御回路を複雑とせず、簡単に回転子を起動させ
ることが可能であり、すぐに電動機を安定した回転状態
にすることができ、かつ、安価な電流容量の小さなスイ
ッチング素子にて構成できる無整流子電動機の起動装置
を提供することを目的とするものである。

問題点を解決するだめの手段 この問題点を解決するために本発明は、永久磁石の磁極
をもつ回転子の回転と同期して回転子の位置検出信号を
発生する１個のセンサーを有する回転子位置検出器と、
この回転子位置検出器の出力及び、出力回数に応じて定
常回転数までＰＷＭ制御してｍ相（ｍは３以上の整数）
の固定子巻線に流れる電流を制御する制御手段と、起動
時に前記ｍ相の固定子巻線の所定の相にＰＷＭ制御をし
ながら電流を流すよう前記制御手段に指示をだす起動時
通電手段と、起動時に前記回転子位置検出器からの出力
を、所定の時点から前記制御手段が取り込みを開始する
よう命令する取り込み命令手段から起動装置を構成した
ものである。

作　　用 この構成により、電動機起動時に起動時通電手段によっ
て固定子巻線の所定の相にＰＷＭ制御をしながら電流を
流して、回転子の固定子巻線に対する相対的な位置を定
常回転時と同程度の電流値で規制したのち、制御手段に
回転子位置検出器からの出力の取り込みを開始するよう
取り込み命令手段から命令を出すと同時に、制御手段か
ら、回転子が規制された位置から所定の回転方向に回転
の するように所定１固定子巻線を通電させるスイッチング
素子のゲート信号をＰＷＭ制御しながら出力してやれば
、回転子が回転しはじめ、定常回転時と同程度の電流値
で、起動が可能となる。回転子が回転をはじめるとただ
ちに回転子位置検出器から回転子位置信号が制御手段に
送られ、その信号に応じて制御手段が定常回転数近くに
なるまでＰＷＭ制御しながらスイッチング素子を制御し
、固定子巻線が励磁され、通常回転時と同程度の電流で
加速し、回転が継続される。

実施例 以下本発明の一実施例について、第１図〜第６図にもと
づき説明する。図において１４は回転子１３と同軸上に
取り付けられた回転子位置検出板でＮ極とＳ極が均等な
幅で交互に全体で１２極の磁極を有している。１６は磁
電変換素子で、回転子位置検出板１４の磁束を検出でき
る位置に取り付けられ、回転子位置検出板１４とで、回
転子位置検出器１６を構成している。１７は回転子位置
検出器１６の出力変化に応じて、スイッチング素子１〜
６の導通状態を変化させるゲート信号を発生させる制御
手段であるが、制御手段１７は、取り込み命令手段１９
からの取り込み命令がでたのち、回転子位置検出器１６
の出力の取り込みを開始する。起動待通電手段１８は、
起動時に制御手段１７に所定のスイッチング素子をＰＷ
Ｍ制御しながら導通させるゲート信号を出力させるよう
に指示し、定常回転時と同程度の小さな電流で、所定の
固定子巻線を励磁し、回転子１３の固定子巻線に対する
相対的な位置を規制させている。

第３図ａ−ｆは固定子巻線７〜１２の配置、回転子１３
の磁極と回転子位置検出板１４の磁極との相対的な位置
関係、磁電変換素子１６の固定位置および起動時の回転
子１３の回転状態を示す図であるが、図に示すように固
定子巻線７〜１２は同相のコイルが１８０度相対するよ
う配置され、隣り合った固定子巻線間の中間位置に磁電
変換素子１５が設置されている。回転子位置検出板１４
の磁極の回転子１３の磁極に対する相対的な位置は、磁
電変換素子１６の固定子巻線７〜１２に対する位置関係
によって決定され、本例では第３図に示すようになるが
、要はスイッチング素子１〜６の導通状態を変化させる
必要があるときに、磁電変換素子１６の出力が変化する
ような位置関係であればよい。回転子位置検出器１６の
出力とスイッチング素子１〜６の導通状態の関係を示し
たのが第２図である。

上記構成において、電動機起動時にスイッチング素子１
と６を時刻１０−１１まで導通させ、固定子巻線７と８
をＮ極、１１と１２をＳ極に励磁させたのちすぐに１１
時にスイッチング素子１と６を導通させ、固定子巻線７
と８をＮ極、９と１０をＳ極に励磁させ所定の時刻ｔ２
まで保持すると、回転子１３は起動前の位置にかかわら
ず、第３図すに示す位置で静止状態となり位置決めが終
了する。この時、各スイッチング素子は、ＰＷＭ制御さ
れており、ロック状態でも、定常回転時と同じくらいの
電流しか固定子巻線には流れない。ここまでは、起動待
通電手段１８が制御手段１７に指示をだしている。なお
、七〇からｔｌ　の時間、およびｔ　からｔ２までの時
間、および、ＰＷＭ制御 御のデユーティサイクルは、回転子１３の移動状態を観
察し、確実に位置決めが可能となる時間、および、デユ
ーティサイクルを設定すればよい。

次にｔ２時点で、取り込み命令手段１９より取り込み命
令をだすと同時に、制御手段１７がＰＷＭ制御により、
固定子巻線電流を制御しつつスイッチング素子２と６を
導通させるゲート信号を出力すると、固定子巻線９と１
０がＳ極、１１と１２がＮ極に励磁され第３図Ｃに示す
ように回転子１３が回転をはじめ、ｔ３時に第３図ｄの
ように回転子位置検出板１４の磁極が磁電変換素子１６
に対してＳ極からＮ極に対して変化する位置となり、そ
れと同時に回転子位置検出器１６の出力が１から０に変
化し、それに応じて制御手段１７はＰＶ／Ｍ制御しなが
らゲート信号を変更しスイッチング素子２と４を導通さ
せ、今度は固定子巻線７と８をＳ極、１１と１２をＮ極
に励磁し、第３図ｅのように回転を継続させる。加速中
のＰＷＭのデユーティサイクル、および制御区間は、負
荷、および固定子巻線によって変わるので、あらかじめ
固定子巻線電流を観察して設定すればよい。なお本実施
例においてはスイッチング素子の導通はｔ８時にｔ２時
と同じ状態になり、以後もこの６パターンの繰り返しを
継続すれば安定した回転が得られるが、パターン数は固
定子巻線の相数やコイル数によって変化するものである
ので、適切なパターン数を選択すればよい。また１３時
において、磁電変換素子１５に対向する位置検出板１４
の磁極は必ずしもＳ極からＮ極に変化する必要はなく、
Ｎ極からＳ極に変化してもよい。また回転子位置検出器
１６の出力も、１から０に変化する必要はなく、０から
１に変化してもよい。ｔ４時以降についても同様である
。要はスイッチング素子１〜θの導通状態を変化させる
必要のあるときに、回転子位置検出器の出力が変化する
ように構成されて゛おればよい。さらに本実施例では起
動時に回転子１３の位置規制のために、２相の固定子巻
線を励磁しているが、３和食部を励磁して位置規制をし
てもよい。その場合は、２相の場合のように励磁状態を
変化させなくても、１度の励磁で確実に位置規制が可能
となる。

第４図は要部の具体的な回路の一例を示す。第１図にお
ける制御手段１７、起動時通電手段１８、取り込み命令
手段１９はマイクロコンピータ２０および周辺回路から
構成されている。磁電変換素子１６の出力は回転子位置
を示すディジタル信号として直接マイクロコンピュータ
２０に入力され、その信号に応じてマイクロコンピュー
タ２ｏは導通させるスイッチング素子を決定し、そのゲ
ート信号を出力している。

次に上記のように構成した起動装置の動作を第５図のフ
ローチャートを用いて説明する。電動機の電源を投入す
ると、マイクロコンピュータ２゜中のＲＯＭに記憶され
た第５図のフローチャートに示す起動プログラムの手順
に従って、電動機の起動が始まる。まずステップ２１の
回転子位置決定過程で、ＰＷＭ制御により、定常回転時
と同程度の大きさの電流に固定子巻線電流を制限しなが
ら回転子１３の位置を規制したのち、ただちにステップ
２２で磁電変換素子１５の出力の取り込みを開始し、取
り込み状態は以後保持される。次にステップ２３にてマ
イクロコンピュータ２ｏ中のＲＯＭに記憶された、６と
おりの制御信号パターンデータのうちの第１番目のパタ
ーンのゲート俗信を出力して、所定のスイッチング素子
をＰＷＭ制御により固定子巻線電流を制限しつつ導通さ
せる。その後ステップ２４で磁電変換素子１５の出力が
変化したかどうか観察を続ける。この観察時間は回転速
度に応じて変化し、スイッチング素子の導通状態が変化
するまでの時間も回転速度に応じて変化し、負荷変動が
あっても回転に支障をきたすことがない。観察中に出力
が変化すれば、ステップ２６で制御信号のパターンデー
タを次のパターンデータに変更し、ステップ２３にもど
り、ステップ２５で決定されたパターンデータどおりに
、かつ、ＰＷＭ制御によって固定子巻線電流を制限しつ
つゲート信号を出力する。以後はステップ２３〜２６の
繰り返しで定常回転数近くまで、ＰＷＭ制御しながら回
転が継続される。なおデータパターンは本実施例では６
パターンであり、第６番目の次は第１番目のデータパタ
ーンへもどるようにプログラムされている。

なお本実施例では回転子位置センサーとして磁電変換素
子を用いたが、フォトインタラプタ等の光学的素子を用
いてもよく、そのときには回転子位置検出板もそれにあ
わせて変更すればよい。

以上のように本実施例によれば、１個の磁電変換素子し
か使用していないために、電動機の構造を複雑とするこ
となく起動装置が構成できるとともに、回転子位置検出
板をもうけているので、正確な回転子位置検出が可能と
なり、起動装置そのものを複雑とすることなく、簡単に
電動機を起動させることができ、かつ安定した回転トル
クが得られ、さらに起動時及び、加速中には、ＰＷＭ制
御によってスイッチング素子を導通させて固定子巻線電
流を制限しているため、電流容量の小さい安価なスイッ
チング素子を用いることができる。

発明の効果 以上のように本発明によれば、起動時通電手段によって
固定子巻線電流をＰＷＭ制御によって制限しながら、回
転子の位置を規制したのち回転子を起動させ、起動後は
回転子位置検出器によって回転子の正確な位置を検出し
ながら、制御手段によって定常回転数近くまで固定子巻
線電流をＰＷＭ制御によって制限しながら回転を制御し
ているので、電動機および起動装置を複雑としなくても
、確実に、なおかつ、電流容量の小さい安価なスイッチ
ング素子により、簡単に電動機を起動させることができ
、起動後も安定した回転トルクが得られるため、騒音や
振動発生の少ない状態で電動機を運転できる、無整流子
電動機の起動装置が実現できる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における無整流子電動機の起
動装置の概略構成図、第２図は同スイッチング素子の導
通状態および回転子位置検出器の出力を示す説明図、第
３図ａ−ｆは同回転子の位置を示す状態図、第４図は同
要部回路図、第６図は同起動のためのプログラムの一例
を示すフローチャート、第６図は従来の無整流子電動機
の起動装置の概略構成図、第７図は同スイッチング素子
の導通状態等を示す説明図、第８図は他の従来の無整流
子電動機の起動装置の概略構成図、第９図は同スイッチ
ング素子の道通状態等を示す説明図、第１０図はさらに
他の従来の無整流子電動機の起動装置を示す概略構成図
である。 ７．８，９，１０，１１．１２・・・・・・固定子巻線
、１３・・・・・・回転子、１６・・・・・・磁電変換
素子、１θ・・・・・・回転子位置検出器、１７・・・
・・・制御手段、１８・・・・・・起動待通電手段、１
９・・・・・・取り込み命令手段。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第３
図 第４図　　　　＋Ｖ 第６図 第７図 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 永久磁石の磁極をもつ回転子の回転と同期して回転子の
   位置検出信号を発生する１個のセンサーを有する回転子
   位置検出器と、この回転子位置検出器の出力及び、出力
   回数に応じて定常回転までＰＷＭ制御をしながらｍ相（
   ｍは３以上の整数）の固定子巻線に流れる電流を制御す
   る制御手段と、起動時に前記ｍ相の固定子巻線の所定の
   相にＰＷＭ制御をしながら電流を流すよう前記制御手段
   に指示をだす起動時通電手段と、起動時に前記回転子位
   置検出器からの出力を、所定の時点から前記制御手段が
   取り込みを開始するよう命令する取り込み命令手段とか
   ら構成された無整流子電動機の起動装置。