JP2836199B2 - 無整流子直流電動機 - Google Patents

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し、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のホール素子
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）を使用してい
る。しかしながら回転子位置検出素子自体決して安価な
ものではなく、さらに素子の取付け位置調整の煩雑さ、
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
ける場所的余裕がなくなってきている。

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、例えば特開昭55−160980号公報に示され
るような固定子巻線に電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、例えば特開昭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。以下、その駆動波
形について第２図および第３図を参照しながら説明す
る。

第２図は無整流子直流電動機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図は従来
例における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、11,12,13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ON、OFF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
トランジスタ、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27の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21,26,22,24,23,25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〜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トランジスタ24,25,26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21,2
5が導通して固定子巻線11,12に電流が流れる。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
各々第３図j,k,l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11,12,13
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。同図ｄ〜ｉで示される６相のパルス信号は回
転子27の位置信号に相当し、逆起電力a,b,cの波形とは
第３図に示すような位置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。そこで例えば特開
昭62−260586号公報に示されるような先行技術では固定
子巻線に誘起された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を用いることによって一定時間
だけ遅延させて通電のタイミングを決定している。した
がって固定子巻線に流れる電流波形は通電幅がほぼ120
度（電気角）の矩形波状となり、固定子巻線に流れる電
流は急峻にオン・オフされることになる。

発明が解決しようとする課題 回転子位置検出素子のない無整流子直流電動機は基本
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。

上述した特開昭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回路を簡単
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
小さいという課題がある。

また特開昭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
性に乏しいという課題がある。

また先行技術に示される無整流子直流電動機にあって
は、固定子巻線に流れる駆動電流は通電幅かほぼ120度
（電気角）の矩形波状となる。そのため切換えに伴うス
パイク状電圧を低減するために実際には比較的大きなコ
ンデンサを含むフィルタが固定子巻線の通電端子に必要
となる。また、固定子巻線に流れる電流が急峻にオン・
オフされるため、回転時に振動、騒音を発生しやすいと
いう欠点を有し、しかも電動機を高速回転で使用するほ
どその傾向が著しいという課題がある。

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。

さらには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。

さらには本発明は、先行技術に示された無整流子直流
電動機に必要とされるような大きなコンデンサを含むフ
ィルタ回路が不要で、高速回転時にも振動、騒音の極め
て少ない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のゼロクロス点を選
択信号発生手段から出力される選択信号に従って所定の
順序で検出しパルス信号列を発生させる逆起電力検出手
段と、逆起電力検出手段から出力されるパルス信号列を
分周して固定子巻線の逆起電力と同じ周波数の複数相の
パルス信号を発生する論理パルス発生手段と、論理パル
ス発生手段から出力される複数相のパルス信号と逆起電
力検出手段のパルス信号列とに応動して固定子巻線の付
勢状態を切換えるための回転子の回転位置信号を生成す
る位置信号発生手段と、回転位置信号に基づいて固定子
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、選択信号発生手段は、論理パルス発生手段が出力
する複数相のパルス信号と、逆起電力検出手段から出力
されるパルス信号列を遅延するパルス遅延手段の遅延パ
ルスとに基づいて、逆起電力のゼロクロス点の検出タイ
ミングと検出すべき固定子巻線とを決定する選択信号を
出力し、位置信号発生手段は、逆起電力検出手段から出
力されるパルス信号列に同期して鋸歯状波を発生する鋸
歯状波発生手段と、論理パルス発生手段が出力する複数
相のパルス信号と前記鋸歯状波とにより回転子の回転位
置信号を合成する信号合成手段とを有し、台形波状の回
転位置信号を生成することを特徴とする無整流子直流電
動機であり、上記課題を解決するものである。

作用 本発明は上記した構成により、固定子巻線に誘起され
る逆起電力のゼロクロス点をパルス整形してパルス信号
列に変換し、このパルス信号列をもとに回転子位置信号
を作成しているので、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
い。しかも固定子巻線の通電状態から次に検出すべき相
の逆起電力のみをパルス信号列に交換するように選択回
路を付加しているので逆起電力のゼロクロス点誤検出に
よる相切換えの誤動作も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、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、駆動電流による電
圧の影響を受けることもなく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。

さらに加えて、固定子巻線各相に通電される電流の相
切換えが極めて滑らかに行われるため、従来例に見られ
るような、相切換えに伴うスパイク状電圧を低減するた
めの比較的大きなコンデンサを含むフィルタ回路を固定
子巻線の通電端子に接続する必要がない。

また、固定子巻線に流れる電流が、従来例の如く急峻
にオン・オフされることがなく相切換えが滑らかに行わ
れるため、振動および騒音の非常に少ない電動機の駆動
が可能となる。

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
機の構成を示すブロック図である。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
起される逆起電力と選択信号発生手段６の出力する選択
信号とが入力される。逆起電力検出手段１は、固定子巻
線11,12,13に誘起される逆起電力のゼロクロス点を選択
信号発生手段６から出力される選択信号に従って所定の
順序で検出し、パルス列ｍに変換する。このパルス列ｍ
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が出力するパルス列ｍは論理パルス発生手段２と
パルス遅延手段３に入力される。論理パルス発生手段２
は逆起電力検出手段１が出力するパルス列ｍ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。パルス遅延手段３はまず入
力されたパルス列の周期ｍを計数する、そして計数した
周期の概略1/2の時間だけ出力パルスを遅延さて遅延パ
ルスｚとして選択信号発生手段６に出力する。選択信号
発生手段６では、遅延パルスｚと論理パルス発生手段２
からの６相のパルス信号から、逆起電力のゼロクロス点
の検出タイミングと検出すべき固定子巻線とを決定する
６相の選択信号を逆起電力検出手段に出力する。一方、
論理パルス発生手段２で発生された６相のパルス信号は
位置信号発生手段４に入力され、６相のパルス信号とパ
ルス列ｍをもとに回転子27の回転位置信号に変換され
る。この回転位置信号は６相の台形波状で、固定子巻線
電力供給手段５に入力される。固定子巻線電力供給手段
５は位置信号発生手段４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向に供
給する。

以上のように構成された一実施例をもとにして本発明
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４図は本発明の無整流子直流電動機を構成する固定
子巻線電力供給手段５の一実施例の各部信号波形図であ
る。

第４図において、a,b,cはそれぞれ固定子巻線11,12,1
3に誘起される逆起電力波形である。同図ｄ〜ｉは位置
信号発生手段４で合成される６相信号で、回転子27の回
転位置に応じて得られる６相の位置信号に相当する。こ
れは従来例の第３図ｄ〜ｉに示す矩形波状の信号波形と
は異なり台形波状の信号波形である。なお、この台形波
状の信号波形を得る方法については、第16図および第17
図にて説明する位置信号発生手段のところで詳細に説明
する。

第４図ｄ〜ｉの６相位置信号はそれぞれ第２図に示す
駆動用トランジスタ21,26,22,24,23,25の各ベースに入
力される。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トランジスタ24,25,26には電流が流入
する方向に加えられる。するとそれぞれのトランジスタ
は加えられたベース電流を増幅して各ベース電流に比例
した電流が各コレクタに流れる。その結果固定子巻線1
1,12,13には第４図j,k,lに示す電流が両方向に通電され
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。

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５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５図において14,15,16は抵抗で片方は固定子巻線1
1,12,13の各端子に接続され、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11,12,13の各端子が接続され、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はインバータ回路でそれぞれ比較器3
1,32,33の各出力が接続されている。71,72,73,74,75,76
はスイッチでそのうちスイッチ71,73,75の片方はインバ
ータ回路36,34,35にそれぞれ接続され、スイッチ72,74,
76の片方は比較回路32,33,31にそれぞれ接続されてい
る。スイッチ71,72,73,74,75,76の他方はそれぞれ共通
接続されて、逆起電力検出手段１の出力端子となってい
る。

第５図に示す逆起電力検出手段の動作について第６図
を用いて説明する。

第５図の抵抗14,15,16はそれぞれ固定子巻線11,12,13
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はそれぞれ第６図a,b,c
に示されるような信号波形であり、これらは第５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14,15,16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６図u,v,wに示すような逆
起電力a,b,cを波形整形したパルスが得られる。パルス
波形u,v,wのパルスエッジは逆起電力a,b,cのゼロクロス
点とそれぞれ一致する。第６図t1,t2,t3,t4,t5,t6は選
択信号発生手段６から逆起電力検出手段１に出力される
６相の信号で、その立ち上がりエッジは逆起電力a,b,c
のゼロクロス点のタイミングと電気角で30度だけ遅延さ
せた選択信号波形を示す。これらの選択信号によりスイ
ッチ71,72,73,74,75,76がオン・オフされる（信号“H"
でスイッチオン、信号“L"でスイッチオフ）。

その結果、スイッチ71,72,73,74,75,76の共通接続点
からは第６図ｍに示す波形が得られ、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エッジとが一
致したパルス列ｍが出力される。すなわち逆起電力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ｍ
が出力される。このように、選択信号発生手段６の選択
信号で検出タイミングと固定子巻線を決定することで、
検出すべき固定子巻線に生ずる逆起電力のゼロクロス点
のみを正確に検出することができる。

次に本発明の一実施例におけるパルス遅延手段３の動
作について詳しく説明する。

第７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３の回路構成図、第８図は電動機の定常回転
におけるその各部信号波形図である。

第７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ｚ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ck,2ckを発生しており、ckのクロックパルスは第１
のカウント手段41に、2ckのクロックパルス（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ｍ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、なお、信号ｚが遅延パ
ルスを形成する。

第７図に示すパルス遅延手段３の動作について、永久
磁石回転子27が定常回転しているときについて第８図を
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をアップカウントする。リセットパルスｒは逆起
電力発生手段１が出力するパルス列ｍ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ｍの周期を計数したことにな
る。この様子を第８図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
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ｍの周期を計数した計数値ｐを2ck
のクロックでダウンカウントするのでロードパルスｓ
（またはパルスｍの立ち上がりエッジ）のパルス列のち
ょうど中間点で計数値が零になる。その様子を第８図qa
にアナログ的に示してある。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42は第８図ｚに示すよ
うな遅延パルスｚを出力する。パルス列ｍは逆起電力検
出手段１の出力するパルスで、パルス列ｍの立ち上がり
エッジは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ｍの立ち上がりエッジで出力されるパルス列ｓの間隔
は電気角で60度に相当する。したがって第８図に示すｚ
の立ち上がりエッジは逆起電力a,b,cのゼロクロス点か
らちょうど電気角で30度だけ遅延されたことになり、遅
延パルスとして選択信号発生手段６に出力される。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８図
に示しているとおりであり、リセットパルスｒをロード
パルスｓより遅延させているのは第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８図ではパルスs,rのパルス幅を
便宜上大きく記してあるが、パルス周期に比べて十分に
狭いものとする。

第９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３の他の実施例の要部回路構成図、第10図は
電動機の定常回転におけるその各部信号波形図である。

なお第５図と同一の機能を有するものについては同一
の符号を付して重複した説明は省略する。

第９図において、41は第１のカウント手段、42は第２
のカウント手段であり、第１のカウント手段は８ビット
の、第２のカウント手段は７ビットのディジタルカウン
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７つのスイッチで構成されたスイッ
チ転送回路で、第７図に示す転送手段43のロードパルス
ｓにより短時間のあいだ接点に接続され、第１のカウン
ト手段41の計数値の最下位ビットを除くビット（第９図
の例では７ビット分）が第２のカウント手段42に転送さ
れる。

第９図に示すパルス遅延手段の動作について、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10図
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42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10図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ｓ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ｓのちょうど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10図に示
すような遅延パルスｚを出力する。したがって第10図に
示すｚの立ち上がりエッジは逆起電力a,b,cのゼロクロ
ス点からちょうど電気角で30度だけ遅延されたことにな
る。

なお、第７図の実施例では第１、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９図の実施
例では１種類のクロックでよいという利点がある。

第11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３の他の実施例の回路構成図、第12図は回転
子の定常回転におけるその各部信号波形図である。

なお第７図、第９図と同一の機能を有するものについ
ては同一の符号を付して重複した説明は省略する。

第11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はダウ
ンカウントして計数値が零になったときそれぞれゼロフ
ラグza、zb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c
k、2ck（クロック周波数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１の出力するパルスｍに応じて交互
に切換える。64はオア回路で第１、第２のアップダウン
カウント手段61、62のそれぞれが出力するゼロフラグz
a、zbが入力されて遅延パルスｚを出力する。

第11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12図を
用いて説明する。

まず最初にクロック切換え回路63のスイッチは第11図
に示す接点ａ側の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ｍがクロック切換え回路
63に入力されるまで第１のアッ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ｍがクロック
切換え回路63に入力されるとクロック切換回路63のスイ
ッチは接点ｂ側に切換えられ、第１のアップダウンカウ
ント手段61はダウンカウント動作に切換わる。このとき
第１のアップダウンカウント手段61のダウンカウント入
力にはクロック2ckが入力される。したがって、パルス
列ｍの周期をアップカウントした計数値を2ckのクロッ
クでダウンカウントするので、パルス列ｍのちょうど中
間点で計数値が零になる。その様子を第12図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12図
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12図の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12図zbに示すよ
うなゼロフラグを出力する。ゼロフラグza,zbは交互に
発生するので、オア回路64からは第12図に示すような信
号ｚが出力され、第11図に示すパルス遅延手段は立ち上
がりエッジが逆起電力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パルスｚを出力する
ことになる。

第７図、第９図の実施例では第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11図の実施例では転送手段が不要で、クロッ
ク切換え回路アップカウント、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13図は第１図に示す本発明の一実施例における論理
パルス発生手段２の回路構成図で、その各部信号波形図
を第14図に示す。

第13図において、81は６相のリングカウンタで逆起電
力検出手段１のパルス列ｍが入力され、６つの出力端子
には第14図に示すp1,p2,p3,p4,p5,p6の６相のパルス信
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。これらの６相のパルス信号p1〜p6は第１図
に示す位置信号発生手段４と選択信号発生手段６にそれ
ぞれ出力される。

第15図は第１図に示す本発明の一実施例における選択
信号発生手段６の回路構成図で、その各部信号波形図を
同じく第14図に示す。

第15図において、91,92,93,94,95,96はＤフリップフ
ロップで各クロック端子Ｃにはパルス遅延手段３の出力
する遅延パルスｚが入力され、各Ｄ入力端子には論理パ
ルス発生手段２で出力された６相パルス信号p1〜p6が入
力される。その結果、Ｄフリップフロップの各Ｑ出力端
子からは論理パルス発生手段２の６相のパルス信号p1〜
p6をそれぞれ遅延パルスｚのパルス幅だけ遅延した６相
信号t1〜t6に出力する。その様子を第14図に示す。これ
らの６相パルス信号t1〜t6は第６図の６相の選択信号と
なり、そのパルス幅は電気角で60度で、逆起電力検出手
段１に出力される。

第16図は第１図に示す本発明の一実施例における位置
信号発生手段４の回路構成図で、その各部信号波形図を
第17図に示す。

第16図において、50は充放電用コンデンサ51に蓄えら
れた電荷を放電させるためのリセット用スイッチ、51は
逆起電力検出手段１のパルス列ｍに同期して鋸歯状波を
発生するための充放電用コンデンサ、52は充放電用コン
デンサ51に充電電流を供給するための定電流源回路、54
は入力がコンデンサ51に接続されたバッファアンプであ
る。コンデンサ51、スイッチ50、定電流源回路52、バッ
ファアンプ54で鋸歯状波発生手段100を構成している。5
6は反転アンプで、バッファアンプ54の出力が接続され
ている。55はバッファアンプで入力には基準電圧源53が
接続されている。バッファアンプ54、バッファアンプ55
および反転アンプ56の各出力は信号合成手段101,102,10
3,104,105,106に接続されている。なお、信号合成手段1
01,102,103,104,105,106はそれぞれ同一の構成であるの
で、信号合成手段101の構成だけを示してある。信号合
成手段101において、57,58,59はスイッチで、片方はそ
れぞれバッファアンプ54,55および反転アンプ56に接続
され、スイッチ57,58,59の他方は共通接続されて抵抗61
に接続されている。抵抗61に得られる電圧信号は電流変
換回路62により電流信号に変換され、信号合成手段101
の出力となる。

次に第16図に示す位置信号発生手段４の動作について
第17図の各部信号波形図を用いて説明する。

鋸歯状波発生手段100のスイッチ50が開いているとき
はコンデンサ51には定電流回路52により一定電流が供給
され、スイッチ50が閉じたときはコンデンサ51に蓄えら
れた電荷は瞬時に放電される。ところがスイッチ50は逆
起電力検出手段１の出力するパルスｍの立ち上がりエッ
ジで短時間だけ閉じるように構成されているので、パル
スｍの立ち上がりエッジでコンデンサ51に蓄えられた電
荷を瞬時に放電させ、鋸歯状波発生手段100からは第17
図stに示すようなパルスｍと同位相の鋸歯状波が得られ
る。56は反転アンプで、バッファアンプ54の出力stが接
続されるので、反転アンプ56の出力からは第17図stbに
示すような、stを反転した信号が得られる。第17図sfは
基準電圧源53を示す波形で、大きさは鋸歯状波stのピー
ク値に等しく設定されている。信号合成手段101を構成
するスイッチ57,58,59は論理パルス発生手段２の出力す
るパルス信号p1,p2,p3に応じてオン・オフ（信号“H"で
スイッチオン、信号“L"でスイッチオフ）するので、バ
ッファアンプ54,55および反転アンプ56の出力は信号合
成手段101にて合成され、出力端子ｄからは第17図ｄに
示す位置信号波形が得られる。

なお、スイッチ57、58、59がすべてオフされていると
きは、抵抗61の電位はアース電位に等しくなる。このよ
うにして抵抗61に得られた合成電圧値は、電流変換回路
62により電流値（電流吸い込み）に変換され、出力端子
ｄからは第17図に示す回転位置信号波形が出力される。

以下、同様にして信号合成手段102,103,104,105,106
の各出力端子からは、パルス信号（p2,p3,p4）、（p3,p
4,p5）、（p4,p5,p6）、（p5,p6,p1）、（p6,p1,p2）に
応じて位置信号e,f,g,h,iが出力される。第17図ｄ〜ｉ
の信号は回転子27の位置信号となり第１図の固定子巻線
電力供給手段５に入力される。

以上の説明で明らかなように、本発明の無整流子電動
機では、逆起電力検出手段１は固定子巻線11,12,13に誘
起される逆起電力a,b,cのゼロクロス点を検出して変換
パルスｍに変換し、論理パルス発生手段２はこの変換パ
ルスｍを受けて６相のパルス信号p1〜p6を作成してい
る。この６相パルス信号p1〜p6は位置信号合成手段４に
入力され、第17図ｄ〜ｉに示すような回転子位置信号に
変化される。そして最後に電力供給手段５はその回転子
位置信号ｄ〜ｉに応じて固定子巻線11,12,13に第４図j,
k,lに示すような駆動電流を順次両方向に供給し、その
結果永久磁石回転子27は回転される。また、逆起電力検
出手段１の変換パルスｍは、パルス遅延手段３で電気角
で30度だけ遅延されて遅延パルスｚに変換される。６相
パルス信号p1〜p6は、選択信号発生手段６により遅延パ
ルスｚのパルス幅だけ遅延された６相の選択信号t1〜t6
に変換され、逆起電力検出手段１に入力される。

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７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10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12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。

なお、本発明に係わる逆起電力検出手段１は、第４図
に示すような固定子巻線の中性点電位を検出するため
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、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相に限らず何相であってもよい。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、素子の取付け位置調整の煩雑さや
配線数が削減され、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。

さらに、本発明の無整流子直流電動機は、逆起電力の
ゼロクロス点の検出タイミングと検出すべき固定子巻線
とを、逆起電力のゼロクロス点間の時間の計数値と各固
定子巻線の通電状態から決定し、ゼロクロス点を所定の
順序で正確に検出するので、逆起電力のゼロクロス点誤
検出による相切換えの誤動作もなく、常に安定した駆動
が得られる。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。

さらに、本発明の無整流子直流電動機は各固定子巻線
に通電される電流の相切換えは極めて滑らかに行われ、
固定子巻線に流れる電流が急峻にオン・オフされないの
で誘導ノイズが格段に低減される。これにより、相切換
えに伴うスパイク状電圧を低減するために比較的大きな
コンデンサを含むフィルタ回路を固定子巻線の通電端子
に接続することが不要で、高速回転時にも振動、騒音の
極めて少ない無整流子直流電動機を提供することが可能
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
を示すブロック図、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図は従来例における固定子
巻線電力供給手段の各部信号波形図、第４図は本発明の
一実施例における固定子巻線電力供給手段の各部信号波
形図、第５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６図は第５図の
各部信号波形図、第７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８図は
第７図において定常回転した場合の各部信号波形図、第
９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10図は第９図において定
常回転した場合の各部信号波形図、第11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12図は第11図において定常回転した場合
の各部信号波形図、第13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
14図は本発明の一実施例を構成する論理パルス発生手段
と本発明の一実施例を構成する選択信号発生手段の一実
施例の動作を説明する信号波形図、第15図は本発明の一
実施例を構成する選択信号発生手段の一実施例を示す回
路構成図、第16図は本発明の一実施例を構成する位置信
号発生手段の一実施例を示す回路構成図、第17図は第16
図の動作を説明する信号波形図である。 １……逆起電力検出手段、２……論理パルス発生手段、
３……パルス遅延手段、４……位置信号発生手段、５…
…固定子巻線電力供給手段、６……選択信号発生手段、
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のアップダウン
カウント手段、62……第２のアップダウンカウント手
段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−230791（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−91690（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−122387（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−148092（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−51389（ＪＰ，Ａ) 特許2751579（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H02P 6/00 - 6/24

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数相の固定子巻線のそれぞれに発生する
   逆起電力のゼロクロス点を選択信号発生手段から出力さ
   れる選択信号に従って所定の順序で検出し、パルス信号
   列を発生させる逆起電力検出手段と、 前記逆起電力検出手段から出力されるパルス信号列を分
   周して前記固定子巻線の逆起電力と同じ周波数の複数相
   のパルス信号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から出力される複数相のパルス
   信号と前記逆起電力検出手段のパルス信号列とに応動し
   て、前記固定子巻線の付勢状態を切換えるための回転子
   の回転位置信号を生成する位置信号発生手段と、 前記回転位置信号に基づいて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、 前記選択信号発生手段は、前記論理パルス発生手段が出
   力する複数相のパルス信号と、前記逆起電力検出手段か
   ら出力されるパルス信号列を遅延するパルス遅延手段の
   遅延パルスとに基づいて、前記逆起電力のゼロクロス点
   の検出タイミングと検出すべき前記固定子巻線とを決定
   する選択信号を出力し、 前記位置信号発生手段は、前記逆起電力検出手段から出
   力されるパルス信号列に周期して鋸歯状波を発生する鋸
   歯状波発生手段と、前記論理パルス発生手段が出力する
   複数相のパルス信号と前記鋸歯状波とにより回転子の回
   転位置信号を合成する信号合成手段とを有し、台形波状
   の回転位置信号を生成することを特徴とする無整流子直
   流電動機。
2. 【請求項２】パルス遅延手段は、逆起電力検出手段の出
   力するパルス信号列の周期を計数し、計数した周期に比
   例もしくは略比例した時間だけ遅延させた遅延パルスを
   出力するように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。
3. 【請求項３】パルス遅延手段は、逆起電力検出手段の出
   力する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、転送された計数値からパ
   ルス信号列の周期に比例もしくは略比例した時間だけ遅
   延させた遅延パルスを出力する第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。
4. 【請求項４】転送手段は、第１のカウント手段の計数値
   の２分の１の値を第２のカウント手段に転送するように
   構成されたことを特徴とする請求項（３）記載の無整流
   子直流電動機。
5. 【請求項５】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（３）記載の無
   整流子直流電動機。