JPS63314195A - 三相直流ブラシレスモ−タの駆動方法および装置 - 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、三相直流ブラシレスモータの駆動方法および
装置に関するものである。

従来の技術 従来の三相直流ブラシレスモータの駆動方式について説
明する前に、固定子磁界ベクトルと回転子磁界のｔ目対
角度θと回転子に発生するトルクＴの関係について説明
する。添付図面の第７図（Ａ）のベクトル図に示すよう
に、固定子磁界１０１に対する回転子磁界ベクトル１０
２のなす相対角度１０３をθとし、このとき回転子が反
時計方向に発生するトルク１０’４をＴとすると、相対
角度θとトルクＴとの関係は、第７図（Ｂ）　　に示す
ような３６０度を周期とする波形となるものが一般的で
ある。そして、効率を落とさないように作られた直流ブ
ラシレスモータにおいては、この波形は、正弦波に近い
ものとなることが一般的である。回転子が多極の場合、
相対角度θは、回転子の機械的な回転角と異なることも
よく知られている。したがって、以下の説明においては
、回転子に関する角度については、電気的な回転角であ
るとし、機械的な回転角を意味する場合については機械
的な回転角であることを明記する。

第８図は、三相直流ブラシレスモータを電流を制御しつ
つ駆動する従来の双極性駆動回路（バイポーラ駆動回路
）と通常の三相直流ブラシレスモータの結線を図式的に
示している。第８図に示すように、この三相直流ブラシ
レスモータは、回転子２１７と、各々１２０度の位相差
を有する３本の固定子巻線２０１．２０２．２０３とを
備えている。また、磁気感応素子２２０が６０度毎に３
つ配置されていて、回転子２１７の回転角度を６０度ス
テップで検出するようになっている。これら固定子巻線
２０１．２０２．２０３および磁気感応素子２２０に関
連して電子スイッチ群２４０が設けられており、各電子
スイッチは、そこへの論理信号が１であるとオンしく閉
じ）、論理信号が０であるとオフする（開放となる）も
のである。通常これらの電子スイッチ群は、電力用トラ
ンジスタ等によって構成されている。従来の双極性駆動
方式は、これらの電子スイッチを開閉することにより３
つの固定子巻線のうち順次２つの固定子巻線を選択して
その２つの固定子巻線にのみ電流を流していくようにし
ている。このような電流の流し方は、どの２つを選ぶか
が３通り、そのそれぞれについて電流の方向が逆にでき
るので全部で６通りありそれぞれ第９図（＾）に示すよ
うに、互いに６０度の角度をなす６種類の磁界を発生す
る。したがって、電子スイッチ群を開閉することにより
順次固定子巻線の電流を切り換え、６０度ステップの回
転磁界を形成できる。この回転磁界を回転子の回転に応
じて形成していくことにより、モータを回転させている
。つまり、論理回路２１８は、３つの磁気感応素子２２
０の出力信号により６０度ステップで回転子の位置を判
定し、その位置に応じて電子スイッチを開閉することに
より、６０度ステップで回転磁界を形成していく。これ
は、回転子がどの角度位置においても最も有効なトルク
を得られるような磁界を発生するように、固定子巻線に
順次切り換えて電流を流していくことである。この従来
の駆動回路は、電流制御回路または電圧制御回路２１９
を備えており、この回路２１９は、指示電圧２５０に比
例した電流または電圧を出力する。すなわち、モータの
回転数によらずトルクを制御したい場合は、電流制御回
路２１９を用い、モータの負荷によらず回転数を制御し
たい場合は、電圧制御回路２１９を用いるのが一般的で
ある。

発明が解決しようとす問題点 第１０図は、前述したような従来の駆動方法をとった場
合の回転子の回転角θに対するトルクＴの関係を示して
おり、トルクＴの波形は、実線で示したようになり、ト
ルク変動幅は、ｄＴｏ　で示される。第１０図のトルク
波形が正弦波であると仮定するとこのトルク変動幅ｄＴ
、は、 ｄＴｏ　　＝　ｌ　−５ｉｎ　６０°　＝約０．１３４
となり、トルクＴの極大値に対して約１３．４％落ち込
むことになる。しかも、これは、回転子の角度位置検出
に誤差がないと仮定した場合であり、実際には磁気感応
素子等の回転子位置検出素子の取り付は誤差等により回
転子の角度位置検出に角度誤差ａ°が生じる。第１１図
は、この様子を示しており、この場合のトルク変動幅ｄ
Ｔ、は、ｄＴ。

に較べてさらに大きくなる。すなわち、第１１図のトル
ク波形が正弦波であると仮定すると、このトルク変動幅
ｄＴａ　　は、 ｄＴ、　　＝　１−５ｉｎ（６０−ａ）　”　となる。

例えば、ａ＝３°のときは、ｄＴ、　＝約０．１６１と
なり、トルクＴの極大値に対して約１６．１％落ち込む
ことになる。

以上の説明は、静的なトルク変動についてであったが、
実際にモータを回転させているときは、巻線のインダク
タンスを流れる電流値の過渡特性も考える必要がある。

前述の従来の駆動方式では、ある巻線のインダクタンス
を流れていた電流■を零にすると共に、今まで電流の流
れていなかった′インダクタンスに急に電流工を流そう
とするとことになるが、実際には、インダクタンスの時
定数およびモータの回転数によって決まる逆起電力の発
生等により、必ずモータに流れ込む電流の合計値は大き
く変化することになる。この変化のために相の切り替え
時においては、前述した静的なトルク変動に加えて大き
な動的なトルク変動も生じてしまっていた。このように
、前述した従来の三相直流ブラシレスモータの駆動方式
では、トルク変動が相当に大きくなってしまっていた。

そして、トルク変動が大きいために、モータの回転時に
かなり大きな騒音を発生することもあった。

従来、このようなトルク変動を減少させる方法として、
モータの磁気回路に工夫をすることや駆動方法を工夫す
ることが提案されてきた。これら従来の提案方法の中に
は、モータの磁気回路に工夫をする方法としては、回転
子の着磁パターンを工夫する方法、固定子巻線の形状、
固定子巻線の鉄心の形状を工夫する方法等があるが、こ
れらの方法は、いずれもトルク曲線の極大値付近をつぶ
すことによりトルク変動を平坦化するものである。

トルク曲線の極大値付近は、本来モータの効率が高くな
る部分なので、これをつぶすことはモータの効率をさげ
ることになるという欠点が生じてしまう。

また、従来、駆動方法の工夫によりトルク変動を減少さ
せる方法として、リードオンリメモリに回転子の回転角
に対応したトルク変動分の補正値を記録しておき、これ
を参照してトルク変動が平坦になるように補正する方法
等があるが、回転角を高い分解能で検出する手段との併
用が前提であり、コストが高くなるという欠点がある。

また、この方法は、トルク曲線が落ち込んだ領域におい
てモータに人力する電流を相対的に増やして、トルクを
持ち上げることになる。トルク曲線が落ち込んだ領域は
、本来モータの効率が低い部分なので、ここで電流を増
やすと相対的に銅損が増し、モータの効率がさがるとい
う欠点も生じる。

本発明の目的は、前述したような従来の問題点を解消し
うる三相直流ブラシレスモータの駆動方法および装置を
提供することである。

問題点を解決するための手段 本発明の三相直流ブラシレスモータの駆動方法によれば
、トルク変動を減少させるように、回転子が電気的回転
角度で３０度回転する毎に、３つの相の固定子巻線のう
ち、２つの相の固定子巻線のみに電流を流す場合と、３
つすべての相の固定子巻線に電流を流す場合とを交互に
切り換えることにより、三相直流ブラシレスモータを駆
動する。

また、本発明の三相直流ブラシレスモータの駆動装置は
、回転子の電気的角度を３０度毎に検出する検出手段と
、該検出手段による前記検出に応じて、３つの相の固定
子巻線のうち、２つの相の固定子巻線のみに電流を流す
場合と、３つすべての相の固定子巻線に電流を流す場合
とを交互に切り換えるための制御手段とを備えることに
より、トルク変動を減少させる。

この制御手段は、前記切換えに応じて前記固定子巻線に
流す電流値を変えることのできる電流制御回路を含むも
のであったり、前記切換えに応じて前記固定子巻線の端
子間に加える電圧値を変えることのできる電圧制御回路
を含むものであったり、前記切換えに応じて前記固定子
巻線の端子間に常に一定の電圧を加える定電圧回路を含
むものであってよい。

さらにまた、本発明によれば、三相直流ブラシレスモー
タにおいて、回転子の電気的角度を３０度毎に検出する
検出手段を自蔵し、回転子が電気的回転角度で３０度回
転する毎に、３つの相の固定子巻線のうち、２つの相の
固定子巻線のみに電流を流す場合と、３つすべての相の
固定子巻線に電流を流す場合とを交互に切り換えること
によって駆動されるようにしだ三相直流ブラシレスモー
タが提供される。

実施例 次に、本発明の実施例について本発明をより詳細に説明
する。

本発明の好ましい実施例について説明する前に、先ず、
本発明の駆動方式に原理について、前述した従来の駆動
方式と対比しながら説明する。

本発明の原理によれば、第８図の従来の駆動回路におい
ても改良を加えるならば、電子スイッチ群２４０を用い
て３つの固定子巻線の全てに電流を流すようにすること
ができる。つまり、３つの固定子巻線の端子の１つを電
源側へ閉じ、１つを接地側へ閉じ、残りの１つを電源側
または接地側へ閉じることにより、３つの固定子巻線の
全てに電流を流すことができる。このとき、３つの固定
子巻線のうち２つは並列枝を形成する。それぞれの固定
子巻線の抵抗値は、はぼ等しいとすれば、この２つの並
列枝には、残りの１つの固定子巻線に流れる電流の半分
ずつの電流が流れる。この電流の流し方は、６通りあり
大きさが等しく６０度ずつ方向の異なる６つのベクトル
磁界を形成する。

この６つのベクトル磁界群を、第９図（８）　　に示し
ている。第９図（Ｂ）　　に示すように、このベクトル
群は、従来の技術の説明で述べた２つの固定子巻線にの
み電流を流した場合に形成されるベクトル群（第９図（
Ａ＞参照）に対して３０度方向がずれている。３つの固
定子巻線の全てに電流を流す場合の電流値を調整して２
つのベクトル群のベクトルの大きさがほぼ等しくなるよ
うにし重ね合わせると、第９図（Ｃ）　　に示すように
、大きさが等しく３０度ずつ方向が異なる１２個のベク
トルが得られる。これは、スイッチ群２４０を順次切り
替えて、互いに３０度位相のずれた２つのベクトル群を
交互に且つ順番に選ぶことにより、３０度ステップの回
転磁界が得られることを示している。つまり、回転子の
回転位置に応じて３０度毎にスイッチ群２４０を順次切
り替えて、回転子が常に最も有効で均一なトルクを得ら
れるような回転磁界を形成してモータを回転させること
ができる。

そのときのトルク変動は、第６図に実線で示す曲線６０
１の如くなり、また、その場合のトルク変動幅は、ｄｔ
ｏで示され、従来の駆動方式におけるトルク変動幅ｄＴ
ｏ　よりかなり減少することがわかる。

すなわち、第２図のトルク曲線６０１が正弦波であると
仮定すると、 ｄｔ、　　＝　　ｌ　　−５ｉ０７５　°　＝０．　０
　３　４であり、従来の方式におけるトルク変動ｄＴＯ
＝０、１３４に較べて大幅に改善される。

次に、回転子の角度位置検出に角度誤差ａがある場合の
トルク変動への影響について説明する。

第３図に示すように、トルク波形が正弦波と仮定すると
、トルク変動幅は、 ｄｔ、　＝　ｌ　−５ｉｎ（７５−ａ）　”であり、第
１１図と比較してわかるように、回転子の角度位置検出
の誤差の影響も軽減されることがわかる。例えば、ａ＝
３のときは、 ｄｔ、　＝　１−ｓｉｎ（７２°）＝０．０４９であり
、同じ検出角度誤差における従来の方式でのトルク変動
ｄＴ、　＝０．１６１に較べて大幅に軽減される。

このように、回転子が３０度回転する毎に３つの相の固
定子巻線のうち、２つにのみ電流を流す場合と、３つ全
てに電流を流す場合とを交互に切り換えることにより、
トルク変動を減少させることが本発明の基本的原理であ
る。

第２図において、参照番号６０２で示すＯ印位置は、本
発明の駆動方式において巻線電流を切り換えるべき回転
子の角度位置であり、参照番号６０３で示すＸ印位置は
、従来の駆動方式において巻線電流を切り換えるべき回
転子の角度位置である。この図かられかるように、従来
の駆動方式においては、巻線を切り換えこるべき回転子
の角度位置は、回転子が６０度回転する毎に現れたが、
本発明においては、回転子が３０度回転する毎に現れ、
且つ、従来の駆動方式の場合より１５度ずれていること
がわかる。従って、本発明の駆動方式を実施するために
は、このような回転子の角度位置を直接的に検出するか
、推定できる手段を備えることが必要である。

そこで、回転子の角度位置を検出する手段について、以
下説明する。第２図において、参照番号６０４は、回転
子の磁界の極性により二値信号を発生する６個の磁気感
応素子を３０度間隔で配置した場合の各磁気感応素子か
らの信号出力を示している。これらの信号により、第２
図に参照番号６０２で示した１２種類の回転子の角度位
置、０度、３０度、６０度、９０度、１２０度、１５０
度、１８０度、２１０度、２４０度、２７０度、３００
度、３３０度を検出できる。従来の駆動方式においては
、６０度毎に回転子の角度位置を検出すればよかったの
で磁気感応素子は６０度間隔で３つあればよかったが、
本発明においては、第２図かられかるように、磁気感応
素子は、従来の駆動方式での位置より左右両側に１５度
ずれた位置に配置されるので６個必要となる。これらの
磁気感応素子としては、ホール素子、磁気抵抗素子等が
使用されうる。このように回転子の角度位置を３０度毎
に検出する手段としては、他に磁気感応素子以外の素子
を用いる方法や、他の検出手段と併用する方法や、時間
的に推定する方法等があるが、これらについては後述す
る。

次に、本発明の駆動方式において、３つの固定子巻線の
うち２つにのみ電流を流す場合と、３つのすべてに電流
を流す場合を交互に切り換える際に、それぞれの場合に
生じるベクトル群のベクトルの大きさをほぼ等しくする
方法について説明する。

先ず、その第１の方法としては、固定子巻線に流す電流
値を１つの電流制御回路により切り換える方法が考えら
れる。すなわち、前述したように、３つの固定子巻線の
うち２つにのみ電流を流す場合にできる固定子磁界ベク
トル群（第９図（Ａ）　参照）と、３つのすべてに電流
を流す場合できる固定子磁界ベクトル群（第９図（Ｂ）
　参照）とのそれぞれの場合のベクトルの大きさをそろ
えるために、それぞれの場合に応じて固定子に流す電流
値を変える必要がある。この電流をどの程度の比率で変
えればよいかについて、説明する。

３つの固定子巻線のうち２つにのみ電流を流す場合に、
この電流値をＩｔＩＩｌ、発生する磁界ベクトルの大き
さをＨｔｗ　とする。この２つは比例するので、その比
例定数をＫｔｗ　とすると、）１ｔｗ　＝　Ｋｔｗ　Ｘ
　Ｉｔｗ となる。また、３つのすべてに電流を流す場合に、この
電流値を１ｔｈ　１発生する磁界ベクトルの大きさを８
ｔｈ　とする。この２つは比例するので、その比例定数
をＫｔｈ　とすると、 Ｈｔｈ　＝にｔｌｌ　Ｘ１ｔｈ となる。均一な回転磁界を形成するためには、Ｈｔｗ　
　＝Ｈｔｈ となるようにＩｔｗ　、１ｔｈを選び、これをそれぞれ
の場合によって切り換える必要がある。

次に、このような本発明の原理に基づいて三相直流ブラ
シレスモータを駆動するための本発明の好ましい実施例
としての駆動装置について説明する。第１図は、その駆
動装置の回路接続を概略的に示しており、この第１図に
示されるように、この駆動装置では、磁気感応素子２２
０が６個配置されていて、その出力信号は、論理回路２
３０に人力されるようになっている。第２図の参照番号
６０４にて示す信号は、これら各磁気感応素子からの出
力信号である。

論理回路２３０は、これらの信号から検出された回転子
の角度位置に応じて、前述のように３０度毎の回転磁界
を形成するように、電子スイッチ群を開閉する信号２１
０を発生すると同時に、固定子巻線のすべてに電流が流
れている場合なのか、２つのみに流れている場合なのか
を指示する信号（第２図および第１図では参照番号６０
６で示されている）を発生する。この信号により、電子
スイッチ２０４は、電流制御回路２１９に対する指示電
圧Ｖｔｗ　、　Ｖｔｈを切り換える。第２図において、
参照番号６０７にて示す欄は、固定子巻線への電流の流
し方を示しており、固定子巻線の端子Ａ１ＢＳＣに対し
、Ｈは、電源側へ通電することを示し、Ｌは、接地側へ
通電することを示し、Ｆは、開放することを示している
。電流制御回路２１９は、第８図のものと同じであり、
指示電圧に比例した電流を出力するので、前述のように
、Ｈｔｗ　＝１１ｔｈ　となるようなＩｔｗ　、［ｔｈ
を発生するようにＶｔｗ。

ｖｔｈを設定すれば、均一な大きさの回転磁界を形成で
きる。

そこで、このようなＩｔｗ　５１ｔｈの設定について説
明する。固定子巻線１個当たりの直流抵抗値Ｒは、すべ
て等しいとする。また、各固定子巻線に流れる電流■と
、発生する磁界Ｈの大きさとは比例し、且つベクトル的
に合成できると仮定する。

つまり、 Ｈ＝ＫＸＩ Ｋは、比例定数であり、すべての巻線について同じ値と
する。

第４図（Ａ）　　は、電子スイッチ群を開閉することに
より、Ｙ結線の巻線の一つの端子を電源側に、もう一つ
の端子を接地側に、残りの一つの端子を開放して、３つ
の巻線のうち２つの巻線に電流を流した場合を示したも
のである。このときの電源電流の値をＩｔｗ　とすると
、固定子巻線２０１と固定子巻線２０２には、それぞれ
等しく　Ｉｔｗ　の電流が流れるので、この場合の合成
磁界の大きさＨｔｖは、第４図（Ｂ）　　に示すように
、 Ｈｔｗ　＝ｆｆｘＫｘｌｔｗ　　−−−−・−・・−・
（１）となる。また、この場合の固定子巻線の場合の合
成抵抗は、２Ｒなので、銅損は、 Ｐｔｗ　＝（［ｔｗ　）２ｘ２Ｒ＊・−−・−−・（２
）となる。

第５図（Ａ＞　　は、電子スイッチ群を開閉することに
より、Ｙ結線の巻線の一つの端子を電源側に、残りの２
つの端子を接地して、３つの巻線の全てに電流を流した
場合を示したものである。固定子巻線の抵抗値は、全て
等しいと仮定すると、電源電流の値が１ｔｈであるとき
、固定予巻１２０１には、ｒｔｈの電流が、固定子巻線
２０２．２０３には、それぞれＩｔｈ／２の電流が流れ
るので、この場合の合成磁界の大きさ）１ｔｈ　は、第
５図（Ｂ）　　に示すように、 １１ｔｈ　　＝　３　／　２　Ｘ　Ｋ　ｘｒｔｈ　　・
・・・・・・・（３〕となる。また、この場合の固定子
巻線の合成抵抗は、（３／２）Ｒなので、銅損は、 Ｐｔｈ　＝　（１ｔｈ　）”　　ｘ　（３／２）　Ｒ・
・・・（４）となる。従って、）Ｉｔｗ　＝　ｆｌｔｈ
　となるためには、式（１）と式（３）より、 １ｔｈ　　＝（３／２）ｘｌｔｗ　　−−−−−−−−
（５）という関係になるように、Ｉｔｗ　、　１ｔｈを
設定すればよい。また、このようにＩｔｗ　、ｒｔｈを
設定した場合、銅損は、式（４）、式（５）より、Ｐｔ
ｈ　＝　（２／ＦＪ）２Ｘ　（［ｔｗ　　）’　　Ｘ３
／２ＸＲ＝　（［ｔｗ　）２　Ｘ２Ｒ・・・・・・・・
（６）となる。これと、式（２）より、 Ｐｔｈ　　＝Ｐｔｗ　　・・・・・・・・・・・・・・
（７）となる。これは、３つの巻線のすべてに電流を流
す場合と、２つにのみ電流を流す場合とは、銅損が等し
くなることを意味する。つまり、本発明の駆動方式によ
れば、効率を従来の駆動方法での効率と等しく、効率を
犠牲にしないでもトルク変動を減らすことができること
がわかる。

次に、巻線のインダクタンスを流れる電流値の過渡特性
を考慮に入れた動的なトルク変動について説明する。１
つの固定子巻線に注目すると、従来の駆動方式では、電
流値は、０とＩｔｗ　との間で変化したが、本発明の駆
動方式では、０、（１／ｆｆ）Ｉｔｗ　、［ｔｗ　、（
２／ｆｆＨｔｗ　ＳＩｔｗ　。

（１／ｆｆ）Ｉｔｗ　、　Ｑの順で変化するため、従来
の駆動方式に較べて電流値の過渡的変動が少ない。

つまり、従来の駆動方式では、電流値が０％から１００
％まで変化したとすれば、本発明の駆動方式では、０％
、５８％、１００％、１１５％、１００％、５８％、０
％の順で変化するので、最大でも電流値の変化幅は、５
８％である。従って、電流値の過渡的変動により発生す
る動的なトルク変動も従来の駆動方式より少なくなる。

このような単純化された想定のもとでは、ＩｔｈのＩｔ
−に対する比率を２／ｆｆ倍にすればよいのであるが、
実際には、トルク曲線の歪や、巻線や磁気回路の不均一
などにより、この値になるとは限らない。従って、モー
タの特性によって、トルク変動が最小になるように、こ
の比率を適当に設定すればよい。第６図は、トルク曲線
が歪んでいる場合の例を示している。曲線１１０１は、
２つの固定子巻線にのみ電流を流した場合の電流当たり
のトルクを示すものであり、Ａｔｗ　は、その極大値で
ある。点線で示す曲線１１０４は、先に単純化した想定
での説明で述べたように、トルク曲線が歪のない正弦波
であると仮定したときの、３つの固定子巻線すべてに電
流を流した場合の電流当たりのトルクを示す曲線である
。曲線１１０２は、３つの固定子巻線すべてに電流を流
した場合の電流当たりのトルクを示す曲線であり、正弦
波の頭がつぶれたような歪をもち、Ａｔｈ　は、その極
大値である。このような場合でも、 １ｔｈ　　＝　　（八ｔＩＩＩ　／Ａｔｈ　）　×Ｉｔ
ｗ　　・　・　・　・　・　・　（８）となるように、
１ｔｈ　、　Ｉｔｗを設定すれば、トルク曲線１１０２
は、曲線１１０３のように補正され、トルク変動を均一
化できる。

Ｈｔｗ　＝８ｔｈ　となるようなＩｔｗ　、　１ｔｈ　
を発生することは、電圧制御回路を用いても可能である
ので、次に、その場合について説明する。説明を簡単に
するために、第１図において前述した電流制御回路２１
９を、電圧制御回路に置き換えた駆動回路を考える。つ
まり、第１図の駆動回路において、電圧制御回路２１９
は、指示電圧に比例した電圧を発生するものとする。

固定子巻線のすべてに電流が流れている場合と、２つの
みに流れている場合とでは、逆起電力および巻線の合成
抵抗が異なるので、それぞれの場合に応じて巻線の端子
間の電圧の値を切り換えることにより、）Ｉｔｗ　＝）
１ｔｈ　となるようなＩｔｗ　、１ｔｈ　を流すことが
できる。従って、Ｈｔｗ　＝Ｈｔｈ　となるようなＩｔ
ｗ　、１ｔｈを発生するように、電圧制御回路２．１９
への指示電圧Ｖｔ’ｖ　、Ｖｔｈを設定し、これらを信
号６０６により切り換えることにより、均一な回転磁界
を形成することができる。すなわち、前項での説明と同
様に、固定子巻線１個当たりの直流抵抗Ｒは、すべて等
しく、また、各固定子巻線に流れる電流工と発生する磁
界Ｈの大きさとは比例し且つベクトル的に合成できると
仮定する。

ある回転数において、発生するトルクと逆起電力とは比
例するので、２つの固定子巻線にのみ電流を流したとき
に生ずる逆起電力をＶｒとすると、３つの固定子巻線に
電流を流したときに発生する逆起電力は、（ｊＮ／２）
Ｖｒとなる。また、２つの固定子巻線にのみ電流を流す
とき、巻線の合成抵抗は、２Ｒであり、３つの固定子巻
線の電流を流したときの巻線の合成抵抗は、（３／２）
Ｒであるので、 Ｖｔｗ　＝２Ｒｘｌｔｗ　＋Ｖｒ−・・（９）Ｖｔｈ　
＝　（３／２）　Ｒｘ［ｔｈ　＋　（−ｆｆ／２）Ｖｒ
−−ａＯとなる。ここで、トルク変動を均一化するため
、式（５）のように、Ｉｔｗ％［ｔｈ　を設定すると、
Ｖｔｈ　＝ｆｆＩｔｗ　ｘＲ＋（ｆｆ　／　２　）Ｖｒ
＝　　（ＨＩ３）　　Ｘ　　（２ＲＸｒｔｗ　　＋Ｖｒ
）　　　Ｑｌ）となる。これと式（９）より、 Ｖｔｈ　　＝　（ｆｆ／２）ｘＶｔｗ　　−−・−−・
・−ＱＺＩとなる。従って、１つ当たりの抵抗値がＲで
ある３つの固定子巻線のうち２つの固定子巻線のみに電
流を流す場合、その端子間にＶｔｗなる電圧をかけると
き、３つの固定子巻線すべてに電流を流す場合は、武功
で与えられる電圧ｖｔｈをかげれば、トルク変動を均一
化できる。

次に、本発明では、前述したように巻線の端子間電圧を
切り換える手段をもたないで、固定子巻線のすべてに電
流を流す場合と、２つのみに流す場合のどちらにおいて
も同じ電圧を巻線の端子間にかけても効果が得られるも
のなので、この場合について説明する。すなわち、固定
子巻線のすべてに電流を流す場合と、２つのみに流す場
合のどちらにおいても同じ電圧を巻線の端子間にかけて
も、この２つの場合では、逆起電力および巻線の合成抵
抗が異なるので、巻線に流れる電流の値は異なってくる
。つまり、一定の電圧がかけられていれば、逆起電力や
合成抵抗が少ない場合は、大きな電流が流れ、逆起電力
や合成抵抗が大きい場合は、小さな電流が流れる。一般
的に逆起電力が大きい場合は、固定子巻線電流当たりの
発生トルクが大きい場合であり、且つ巻線の合成インダ
クタンスが大きい場合なので、合成抵抗も大きい。

逆起電力が小さい場合は、その逆が言える。従って、固
定子巻線電流当たりの発生トルクが大きい場合は、小さ
な電流が流れ、固定子巻線電流当たりの発生トルクが小
さい場合は、大きな電流が流れる。結果として、２つの
場合のトルクは、均一化されようとする。モータのトル
ク特性によっては、このように常に一定の電圧で駆動す
る場合でも、従来の方法に較べてかなりトルク変動を低
減できる場合がある。

この点について、さらに詳しく具体的数値を用いて説明
する。第６図のよう１乙トルク曲線に歪がある場合で、
例えば、Ａｔｗ　／Ａｔｈ　＝１．３３であったとする
。発生するトルクと逆起電力は比例関係にあることが知
られているので、２つの固定子巻線に電流を流した場合
発生する逆起電力が、ある回転数においてｖｒであった
とすると、この回転数において３つの固定子巻線すべて
に電流を流したときに発生する逆起電力は、（１／１．
３３）Ｖｒ＝０．７５Ｖｒとなると考えられる。それぞ
れの場合の固定子巻線の合成抵抗は、２Ｒ１（３／２）
Ｒ＝１，５Ｒであるので、端子間にかける電圧の値を、
Ｖｔｗ　＝Ｖｔｈ　＝Ｖ・・・・・・・・・・・・０３
とすると、２つの固定子巻線のみに電流を流す場合の電
圧についての等式は、 ■＝２ＲＸ■ｔＷ＋Ｖｒ・・・・・・・・・・α０とな
る。３つの固定子巻線すべてに電流を流す場合の電圧に
ついての等式は、 Ｖ＝１．５Ｒｘｌｔｈ　＋０．７５Ｖｒ　・・・・・・
（Ｉｓ）となる。このときの逆起電力Ｖｒが印加電圧■
の１７８であったとすると、゛ Ｖｒ＝０．１２５　Ｖ・・・・・・・・・・・・αＯこ
れを弐〇〇、式０ωに代入すると、 ■＝２Ｒ×■ｔｗ＋０．１２５■・・・・・・αつＶ＝
１．５Ｒｘｌｔｈ　＋０．０９４Ｖ　・−−−・（１）
Ｄとなる。式α刀、式（２）より、 １ｔｈ　＝１．３８１ｔｗ　　−・・−−−−・−−−
（１’ｌ）となる。つまり、３つの固定子巻線すべてに
電流を流す場合は、２つの固定子巻線のみに流す場合の
１．３８倍の電流が流れる。従って、このときのトルク
の最大値Ａｔｈ　’　は、 八ｔｈ’　　＝（１／１３）ｘｌ、３８ｘＡｔ實”１．
　’０６Ａｔｗ　ζ＾ｔｖ　　・・・・・・・（イ）と
なり、はぼ均一化される。このようにモータのトルク曲
線や使用回転数によっては、巻線の電圧や電流の値を切
り換えないで、常に一定電圧で駆動してもトルク変動を
少なくすることができる場合もある。

以上説明したように、本発明の駆動方式を実施するため
には、回転子の角度位置を３０度毎に検出または推定す
る手段が必要である。特に、モータを短時間で加減速し
たり、負荷と釣り合わせて静止またはそれに近い状態で
使用する場合には、回転子の角度位置を推定することは
難しくなることがあるので、回転子の角度位置を３０度
毎に常に検出できるような手段を自蔵した三相直流ブラ
シレスモータを用意しておくと好都合である。

本発明における回転磁界を切り換えるべき回転子の角度
位置は、従来の駆動方式での回転磁界を切り換えるべき
回転子の角度位置より右まわり方向および左まわり方向
にそれぞれ１５度ずつずれた位置なので、磁気感応素子
や光感応素子等の回転子角度位置検出手段の取付は位置
も、従来の駆動方式における回転子角度位置検出手段の
取付は位置より右まわり方向および左まわり方向にそれ
ぞれ１５度ずつずれた位置となり、合計１２個所を検出
する必要がある。磁気感応素子や、回転子の極性に対応
して光ファイバの反射率または透過率の変わるような回
転子上の光学的信号を検出する光学素子等のように、回
転子の磁石の極性に対応した２値信号を出力するような
回転子角度位置検出手段の場合は、この１２箇所を検出
するのに６個の検出手段が必要である。また、この１２
種類の回転子角度位置は、４ビツトで表現できるので、
回転子上にこの４ビツトの信号が記録されている場合は
、４つの検出手段により１２箇所の回転子角度位置を検
出できる。このような検出手段は、一般にアブソリニー
トエンコーダとよばれている。

このようにモータ自体に、回転子角度位置検出手段を自
蔵させるだけでなく、第１図の駆動回路の一部をも自蔵
させるようにすると、電子回路を効率よく実装でき、モ
ータと外部の電子回路との結線の数も減らすことができ
る。例えば、論理回路２３０を内蔵したり、さらに電子
スイッチ群２４０をも内蔵することが考えられる。

次に、回転子の角度位置を３０度毎に検出したり推定し
たりする他の種々な手段について説明する。

（１〕　　回転子の磁界の極性に対して光を断続するよ
うに回転子にスリットがあけられている場合には、磁気
感応素子の代わりに、透過型光センサを同様に配置する
ことによっても同様な回転子角度位置信号が得られる。

（２）　　回転子の磁界の極性に対応して光の反射率が
変化するように回転子が塗分けられている場合には、磁
気感応素子の代わりに、反射型光センサを同様に配置す
ることによっても同様な回転子角度位置信号を得ること
ができる。

（３）　　磁気感応素子の出力が二値でなく、正弦波状
の連続波形である場合は、信号の値によりさらに細かく
回転子の角度位置を分解することにより、やはり同様に
３０度毎に回転子の角度位置を検出できる。

（４）また、従来の駆動方式のように３つの回転子角度
位置検出素子しかもたず６０度ステップでしか回転子の
位置を検出できないモータの場合でも、速度検出等のた
めに回転数に比例した周波数のパルスを発生するセンサ
（ロータリーエンコーダや周波数弁別型交流タコジェネ
レータ等）を内蔵している場合には、このパルスを利用
して、回転子の角度位置を知ることができる。

このセンサからのパルスの数は、回転子の回転角に比例
し、一般的に、その周波数は、回転子角度位置検出素子
の発生するパルスの周波数よりずっと高いので、６０度
より細かい分解能で回転子の角度位置を検出できる。例
えば、回転子が６０度回転する間に２０のパルスを発生
するとすれば、回転子角度位置検出素子からの信号が変
化してからさらに３０度回転した時点で１０個目のパル
スがでるので、３０度ステップで回転子角度位置を検出
できる。

（５）モータの速度の変化があまり急激ではない場合に
は、時間的に３０度ステップの回転子角度位置を推定で
きる。つまり、３つのホール回転角度位置検出素子によ
り検出される６０度毎の回転子角度位置信号の時間間隔
は、あまり急激に変化しないので、その時間間隔の半分
の時点が３０度毎の回転子角度位置と推定できる。

以上の説明は、本発明を固定子巻線がＹ結線の三相直流
ブラシレスモータに適用した場合についてであったが、
本発明は、これに限ることなく、固定子巻線がΔ結線の
三相直流ブラシレスモータにも同様に適用でき、同様の
効果の得られるものである。

発明の効果 本発明は、前述したような構成であるので、次のような
格別な効果が得られる。

（１）　　静的なトルク変動右よび動的なトルク変動を
従来の駆動方法による場合と較べて、効率を下げること
なく大幅に減少させることができ、またモータの回転時
に発生する騒音も大幅に軽減させることができる。

（２）また、電圧制御回路または電流制御回路、および
電子スイッチ群の構成は、従来の方式と同じでよいので
、回転子の角度位置検出手段、電流制御回路または電圧
制御回路への指示電圧を切り換える手段、および論理回
路の追加等、比較的簡単で安価な機能の追加により、大
幅にトルク変動を減少させることができる。

（３）　　さらに、本発明の駆動方式においては、従来
のトルク変動を抑圧する方法を併用することも可能であ
り、この場合、効率の低下を抑えて一層平坦なトルクを
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例としての三相直流ブラシレ
スモータの駆動装置の構成を概略的に示す図、第２図は
、第１図の駆動装置に右けるモーフのトルク変動と制御
信号との関係を示すタイミングを示す図、第３図は、磁
気感応素子の取付は位置の誤差がある場合における本発
明の駆動方式において生ずるトルク変動を説明するため
の図、第４図および第５図は、第１図の本発明の駆動方
式によって生ずる回転磁界ベクトルを説明するための図
、第６図は、トルク曲線が歪んでいる場合を説明するた
めの図、第７図は、従来一般的な三相直流ブラシレスモ
ータにおける回転子磁界と回転磁界ベクトルと回転子に
発生するトルクとの関係を説明するための図、第８図は
、従来の三相直流ブラシレスモータの駆動回路の一例を
示す概略図、第９図は、従来の駆動方法および本発明の
駆動方法において発生する回転磁界ベクトルを説明する
ための図、第１０図は、従来の駆動方法において回転子
に発生するトルクの変化を示す図、第１１図は、磁気感
応素子の取付は位置に誤差がある場合における従来の駆
動方法において回転子に生ずるトルクの変動を説明する
ための図である。 ２０１．２０２．２０３・・・・・・固定子巻線、２０
４・・・・・・電子スイッチ、２１７・・・・・・回転
子、２１９・・・・・・電流制御回路または電圧制御回
路、２２０・・・・・・磁気感応素子、２３０・・・・
・・論理回路、２４０・・・・・・電子スイッチ群。 第３図 第４図 十 （Ａ）　　　　　　　　　　　　　　　　（８）第５図 ＋ （Ａ）　　　　　　　　　　　　　　　（８）第６図 １αｒ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）三相直流ブラシレスモータの駆動方法において、
   回転子が電気的回転角度で３０度回転する毎に、３つの
   相の固定子巻線のうち、２つの相の固定子巻線のみに電
   流を流す場合と、３つすべての相の固定子巻線に電流を
   流す場合とを交互に切り換えることを特徴とする駆動方
   法。
2. （２）三相直流ブラシレスモータの駆動装置において、
   回転子の電気的角度を３０度毎に検出する検出手段と、
   該検出手段による前記検出に応じて、３つの相の固定子
   巻線のうち、２つの相の固定子巻線のみに電流を流す場
   合と、３つすべての相の固定子巻線に電流を流す場合と
   を交互に切り換えるための制御手段とを備えることを特
   徴とする駆動装置。
3. （３）前記制御手段は、前記切換えに応じて前記固定子
   巻線に流す電流値を変えることのできる電流制御回路を
   含む特許請求の範囲第（２）項記載の駆動装置。
4. （４）前記制御手段は、前記切換えに応じて前記固定子
   巻線の端子間に加える電圧値を変えることのできる電圧
   制御回路を含む特許請求の範囲第（２）項記載の駆動装
   置。
5. （５）前記制御手段は、前記切換えに応じて前記固定子
   巻線の端子間に常に一定の電圧を加える定電圧回路を含
   む特許請求の範囲第（２）項記載の駆動装置。
6. （６）三相直流ブラシレスモータにおいて、回転子の電
   気的角度を３０度毎に検出する検出手段を自蔵し、回転
   子が電気的回転角度で３０度回転する毎に、３つの相の
   固定子巻線のうち、２つの相の固定子巻線のみに電流を
   流す場合と、３つすべての相の固定子巻線に電流を流す
   場合とを交互に切り換えることによって駆動されること
   を特徴とする三相直流ブラシレスモータ。