JPH0763232B2

JPH0763232B2 - １相ブラシレスモ−タの起動装置

Info

Publication number: JPH0763232B2
Application number: JP61294371A
Authority: JP
Inventors: 僚一土本
Original assignee: Aichi Electric Co Ltd
Current assignee: Aichi Electric Co Ltd
Priority date: 1986-12-10
Filing date: 1986-12-10
Publication date: 1995-07-05
Anticipated expiration: 2010-07-05
Also published as: JPS63148890A

Description

【発明の詳細な説明】〈技術的分野〉本発明は１相ブラシレスモータの起動に係り、特に、ホ
ール素子等の位置検知素子を用いることなくロータの回
転位置を検出して、任意の位置に停止したロータの所定
の回転方向に的確に起動させるようにしたものに関す
る。

〈従来技術とその問題点〉従来、この種モータとしては、第３図及び第４図に例示
するように、環状のステータコアに対向して突設させた
磁極11_a,11_bに、ステータコイル12_a,12_bをそれぞれ巻装
させてなるステータ11と、このステータ11の磁極11_a,11
_bと空隙を介して同心配置し、回転軸13_aを図示しないブ
ラケツトに回転自在に支承させてこの回転軸13_aにN,S極
に永久着極したマグネツト13_bを装着したロータ13とを
備え、上記ステータ11の磁極近傍には、ホール素子等か
らなる位置検知素子14をロータ13の磁極と対向配設し
て、モータ本体を形成し、直流電源15の正側端子ＰにPN
P形トランジスタQ_u,Q_vのエミツタを接続し、このトラン
ジスタQ_u,Q_vのコレクタに、直流電源15の負側端子Ｎに
エミツタを接続したトランジスタQ_x,Q_yのコレクタをそ
れぞれ接続してインバータ回路16を形成し、このインバ
ータ回路16の上記コレクタ相互の接続点を出力端とし
て、ステータコイル12_a,12_bを直列に接続した両端S₁,S₂
にそれぞれ接続し、直流電源15に抵抗R₁₀を介して接続
端子P₁,N₁を接続した位置検知素子14の出力端子H₁をト
ランジスタQ_u,Q_xのベースに、また、出力端子H₂をトラ
ンジスタQ_v,Q_yのベースにそれぞれ接続して、上記位置
検知素子14の出力信号により、トランジスタQ_u,Q_yとQ_v,
Q_vを交互にオンオフさせてステータコイル12_a,12_bに電
流を流し、これにより磁化されたステータ11の磁極11_a,
11_bとロータ13の磁極との間に、吸引・反撥力を作用さ
せて回転トルクを発生させ、ロータ13を回転させるよう
になつている。

しかしながら、このように構成されたものにあつては、
ロータの回転位置を検出する位置検知素子を、モータ本
体に組込むことになるので、その接続端子，出力端子を
ステータコイルとともに外部に引出してインバータ回路
を備えた制御部に接続しなければならず、引出しリード
線の本数も多く（本例では６本）となつて、リード線の
配線処理に手間を要することは勿論，位置検知素子はそ
の出力信号レベルが小さく、インピーダンスも高いの
で、外部への引出しリード線の長さが長くなるとノイズ
の影響をうけやすくなつて誤動作の原因となり、素子自
体も熱的に弱く、このため放熱手段も必要となり、か
つ、素子の取付位置精度も高精度が要求されるので取付
手段も複雑化し、コストの高いものになるという問題を
有している。

これを改善するため、３相ブラシレスモータにおいて
は、上記位置検知素子に代つて、ロータの回転位置をス
テータコイルに発生する誘起電圧により検出して駆動さ
せるようにしたものが、すでに公知となつているが、３
相の場合には転流しようとする相の転流タイミングは他
の２相の誘起電圧により検出が可能であり、これに比し
て１相の場合には、自相の印加電圧に重畳して発生する
誘起電圧から転流タイミングを検出しなければならない
という問題を有している。

また、ロータは周知のように、ステータコイルの通電を
停止すれば、磁気抵抗の最も小さい位置、即ちロータの
磁極の磁束軸がステータの磁極の磁束軸と一致して停止
し（いわゆるロツク位置で停止）、次にステータコイル
に通電しても起動不能となる。これをさけるため、ステ
ータに補助突極を設けたり、ロータとステータの空隙を
不均一に形成したり、あるいはステータに磁石片を設け
たりして、ロータがロツク位置からはなれた位置で停止
するようにしたものが種々提案されているが、ロータを
ロツク位置からずらして停止させるため大きな磁力が必
要となつて回転トルクに脈動を生ずるおそれを有し、ロ
ツク位置からはなして停止させた場合、次の起動時に回
転方向が不定となり、これがため、回転方向規制手段も
必要となり、回転方向位置決めには格別の手段が必要に
なるという問題を有している。

〈発明の目的〉本発明は上述した点にかんがみてなされたもので、その
目的とするところは、１相ブラシレスモータであつても
位置検知素子を用いることなくロータの回転位置を検出
し、回転トルクの脈動を軽減して駆動することができ、
ロータが任意の位置に停止しても格別の手段を設けるこ
となく、所定の回転方向に的確に起動させることができ
るにしたものを提供することにある。

〈発明の概要〉本発明は上記目的を達成するため、ステータコイルの通
電を、該コイルに生ずる誘起電圧のゼロ点近傍で停止し
て上記誘起電圧のゼロ点を検出する手段と、ロータがロ
ツク位置で停止した状態で、ロツク位置からロータをわ
ずかにずらすための付勢手段と、起動時あらかじめ定め
た通電方向と逆方向の断続通電によつてロータをロツク
位置まで逆転させて起動位置にセツトする手段とを備え
て、モータを起動させるようにしたものである。

〈発明の実施例〉本発明の理解を容易にするため、ステータコイルの誘起
電圧とロータの磁極位置の関係について説明する。モー
タを第５図に示すように横指定的にながめると、ロータ
の磁極１極当りの磁束をφとし、ステータコイルＬに鎖
交するロータ磁束のベクトル成分をφ_Lとすると、φ_Lは φ_L＝φcosθ ………（１）（但し、θ≒Ｌとφのなす角）で示され、ロータが所定の回転方向（第５図の矢印で示
す回転方向）への角速度ωで回転しており、時刻ｔにお
いてＬとφのなす角度がθであるとき、上記時刻ｔにお
けるφ_Lの変化量、即ちφ_Lの時間微分ｄφ_L/dtはとなるので、ステータコイルＬの誘起電圧は従つて、上記はとなる正弦波電圧となる。

一方、ステータコイルＬに電流ｉを流したとき、ロータ
に働く力Ｆについて、電流ｉがつくる磁界Ｈを平行磁界
と仮定して第６図に示すようにながめると、ロータ磁極
に働く力ＦはＦ＝φlH ………（４）（但し、l:磁極の長さ）となるが、このＦはロータを磁極方向に押し、あるいは
引張る力方向の成分と、磁極を回転させる力方向の成分
とにわけることができ、後者のみがモータを回転させる
力に寄与していることになる。

この回転させる力F_tは F_t＝Fsinθ＝φlHsinθ ………（５）（但し、θ:Hとφのなす角）であり、これがモータの回転トルクとなる。この回転ト
ルクはF_tはθが０＜θ＜180°の領域においては θ＝90°のとき正の最大値となるから、モータを同一方向に効率良く回転をつづけ
るためには、θ＝90°を中心として通電することが望ま
しく、θが０°及び180°に近い領域では、回転トルクF
_tは殆んど得られなくなる。

次いで、ロータがさらに回転し、θが180°以上となつ
たとき、もし電流ｉを第６図で示す方向と同一方向に流
しておくと、上記（５）式より明らかなように、回転ト
ルクF_tは負となつて回転を阻害する力となり、回転を継
続することができない。そこで、この領域で電流ｉを逆
方向に流すよう切替えると、回転トルクF_tは F_t＝−φlHsinθ ………（６）（但し、180°＜θ＜360°）となり、結果的にF_tは正となるので、ロータは回転を継
続させることができる。そして、この180°＜θ＜360°
の領域においてF_tは θ＝270°のとき正の最大値となるので、ロータを効率良く回転させるためにはθ＝
270°を中心として、上述同様、通電すればよく、電流
ｉの流れる方向は第６図に示す方向と逆方向になる。

上述した説明をまとめると、第７図のように示される。
但し、理解を容易にするため、ステータコイルＬへの印
加電圧は図示せず、ステータコイルＬに生ずる誘起電圧
のみを示す。この第７図からも明らかなように、ロー
タの回転位置と誘起電圧は完全に対応しているので、
この誘起電圧を利用すれば、ロータの回転位置の検出が
可能であり、電流ｉの切替タイミング（転流タイミン
グ）は誘起電圧のゼロ点と一致していることが判明す
る。

このことから、本発明は回転中のモータから誘起電圧の
みを検出すれば、ロータの回転位置を検出することが可
能であること、かつ電流を転流すべき点、即ち、誘起電
圧のゼロ点附近では発生する回転トルクは殆んどゼロで
ロータの回転に寄与していないことに着目し、誘起電圧
のゼロ点に至る前にステータコイルに流れる電流を遮断
し、ステータコイルに誘起電圧のみがあらわるようにし
て誘起電圧のゼロ点を検出し、回転トルクが有効に発生
する時点で電流の極性を反転させ、ロータの1/2回転周
期の所定期間通電することにより発生する回転トルクを
大幅に損うことなく、ロータの回転を継続させるように
したものである。

また、所定の回転方向の起動に関しては、ステータコイ
ルに流れる電流を遮断すると、ロータのN,S極とステー
タの磁極間で吸引力が作用して停止する。この停止状態
はステータの一方の磁極にロータのＮあるいはＳ極が対
向する２つの状態のいずれかとなり、この状態で再び通
電してもロータの磁束軸と通電時のステータの磁束軸と
か一致してロータが回動せず、いわゆる起動不能とな
る。そこで、通常この２つの磁束軸が一致しないように
するため、前述したように、ステータコアに補助突極を
設けたり、ロータとステータの空隙を不均一にしたり等
してロータをロツク位置からずらして起動可能な状態で
停止させ、通電によつてロータを回転させるようにして
いるが、このままではいずれの方向にロータが回転する
か不定となり、通電によつて必らず所定の方向に回転す
るとは限らないことになる。

そこで、本発明は起動に際し、ロータを所定方向に回転
させるためにあらかじめ定めた起動時の通電はとは逆向
きの通電を断続的に行つて、任意の停止状態にあるロー
タを逆向きに回転させて所定の起動位置にセツトし、こ
のセツトした条件で、上記起動時の通電を行うようにし
たものである。

以下、本発明の実施例を第１図及び第２図によつて説明
する。第２図において、１はステータで、電磁鋼板をコ
字状に打抜いて積層し、図示しないリベツトでカシメ固
定したステーターヨーク２の開口端部に、先端を円弧状
にして互いに対向させた磁極2_a,2_bを突設させ、継鉄部2
_cにはコイル枠3_aにコイル導体を巻回したステータコイ
ル３が装着されている。４はN,S極に永久着磁されたロ
ータで、上記ステータ１の磁極2_a,2_b間に同心状に配置
され、軸心に挿着した回転軸4_aがステータ１に装着され
た図示しないブラケツトに軸受を介して回転自在に支承
されて、いわゆるスケルトン形の１相ブラシレスモータ
に形成されている。５は上記ステータ１の通電時の磁束
軸（Ｙ−Ｙ線）からロータ４の磁束軸を所定の回転方向
（図示矢印CW方向）にわずかな角度θ（例えば５〜10
°）だけずらしてロータ４を停止させるために付勢する
位置決め手段である。これは、例えば弱磁界の永久磁石
の磁極（例えばＳ極）をロータ４の磁極と対向させ、か
つ、その磁束軸をステータ１の通電時の磁束軸と直角に
なるように配置して、上記ステータコア２から延設した
図示しない取付金具に装着し、通電停止によつてロータ
４がその磁束軸をステータ１の磁束軸と一致して停止し
た状態からθだけ該ロータ４を回動させて停止させるよ
うになつている。

そして、上記ステータコイル３の両端は、第１図に示す
ように、直流電源６に接続端子P,Nを介して接続された
インバータ回路７の出力端子間に挿入される。このイン
バータ回路７は、上述同様、正側接続端子ＰにPNP形ト
ランジスタQ_u,Q_vのエミツタを接続し、このトランジス
タQ_u,Q_vのコレクタに、上記直流電源６の負側接続端子
Ｎにエミツタを接続したトランジスタQ_x,Q_yのコレクタ
をそれぞれ接続してブリツジ状となし、上記コレクタ相
互の接続点を出力端として出力電圧を送出するようにな
つている。そして、上記トランジスタQ_u,Q_v,Q_x,Q_yのコ
レクタ・エミツタ間にはフリー・ホイール・ダイオード
D_u,D_v,D_x,D_yが逆方向にそれぞれ挿入されている。８は
ロータ４の回転位置を検出する位置検知回路で、上記直
流電源６の負側接続端子Ｎにエミツタを接続したトラン
ジスタQ₁のコレクタをコレクタ抵抗R₁を介して定電圧電
源V_cに接続し、このトランジスタQ₁のベースには、ベー
ス抵抗R₂を介して、上記トランジスタQ_vとQ_yの接続点を
接続し、トランジスタQ₁のベース・エミツタ間に抵抗R₃
を挿入し、上記トランジスタQ₁のコレクタを出力端とし
て、ステータコイル３に発生した誘起電圧が正の半波の
ときは、“L"レベルの出力信号を、また負の半波のとき
は“H"レベルの出力信号を位置検知信号として送出する
ようになつている。９は、上記位置検知回路８の位置検
知信号によりインバータ回路７を介してステータコイル
３に通電指令を送出する通電制御回路である。これは、
起動に際し、任意の停止状態（即ち、ロータ４の磁極が
第２図で示した状態、あるいは図示と逆極性に位置して
停止した状態）にあるロータ４を所定の起動位置にセツ
トさせるための起動セツト手段9_aと、上記位置検知信号
により、ロータ４の1/2回転周期における通電及び停止
期間を演算設定して出力する演算制御手段9_bと、これら
両手段9_a,9_bの出力信号により、インバータ回路７を介
してステータコイル３に通電指令を送出する駆動制御手
段9_cとを備えており、これらについて説明する。91_aは
定電圧電源V_cに、図示しない手動投入時限開放形のスイ
ツチを介して、接続されワンシヨツトのパルス信号を始
動信号として送出するようにしたワンシヨツトマルチバ
イブレータ等からなる始動回路である。91_bは上記始動
回路91_aの出力端に接続されたセツト時間用タイマ回路
である。これは、入力の立上りで応動して一定期間（以
下セツト時間という）“H"レベルの出力信号を出力端O₁
から送出した後リセツトし、入力端Ｒにリセツト信号が
入力したときは上記セツト時間の途中であつても、入力
の立上りでリセツトするようにしたタイマと、このタイ
マの出力信号の立下りで一定幅のワンシヨツトパルス信
号を出力端O₂から送出するラツチ回路とからなつてい
る。91_cは上記タイマ回路91_bの出力端O₁から接続され
て、入力の立上りで応動し、セツト時間中一定の周期で
パルス信号を送出するようにした非安定マルチバイブレ
ータ等からなるセツト用信号発生回路である。91_dは入
力信号を所定時間（例えば数10ms）遅延させて上記タイ
マ回路91_bの入力端Ｒに送出する遅延回路である。91_eは
上記ステータコイル３に流れる電流のしや断によつて印
加電圧とは逆極性に生ずるスパイク電圧のスパイク幅よ
りも広幅の期間保持して上記スパイク電圧による誤動作
を防止する（いわゆる転流スパイクをマスクする）よう
にしたラツチ回路からなる転流スパイクマスク回路であ
る。これは入力端Ｒに上記タイマ回路91_bの出力端O
₂を、また入力端Ｄに上記位置検知回路８の出力端をそ
れぞれ接続して、入力端STの入力が“L"レベルのとき、
入力端Ｄの入力信号を出力端Ｑから送出し、入力端STの
入力が“L"から“H"レベルに反転したときはその立上り
時の入力端Ｄの入力信号を保持して出力し、入力端Ｒの
入力が“H"レベルになると入力端STの入力に関係なくク
リアされて“L"レベルの出力信号を送出するようになつ
ている。91_fは、上記マスク回路91_eの出力端に接続され
て、立上りエツジの検出を可能にしたパルス信号を送出
するエツジ検出回路である。これは制御電源を若干の遅
延時間を有して出力する遅延回路を介してうけて、入力
の立上りと立下りを微分し両波整流した信号を出力端O₁
から送出するとともに、入力の立上りのみ微分した信号
を出力端O₂から上記遅延回路91_dを介してタイマ回路91_b
の入力端Ｒに送出するようになつている。91_gは上記エ
ツジ検出回路91_fの出力端O₁とタイマ回路91_bの出力端O₁
とから接続されて、セツト時間中はエツジ検出回路91_f
の出力信号の送出を阻止するようにした切換回路で、ア
ンド回路AND₁の入力端の一方をエツジ検出回路91_fの出
力端O₁に、また入力端の他方をノツト回路N₁を介してタ
イマ回路91_bの出力端O₁にそれぞれ接続し、上記アンド
回路AND₁の出力端から出力するようになつている。

91_hは上記切換回路91_gのアンド回路AND₁の出力端から接
続されて入力信号の立上りから次の入力信号の立上りま
での期間（即ち、誘起電圧の半波の期間）、時間計測す
る周期計測回路で、クロツク発振回路とカウンタ回路を
備え、入力信号の立上りでクロツク信号をカウントし、
次の入力信号の立上りでカクントアツプしてそのデータ
を出力するとともに、上記データをクリアして次のカウ
ントを開始するようになつている。即ち、計測回路91_h
はロータ４の回転周期を1/2周期毎に時間計測しそのデ
ータを送出することになる。91_iは上記計測回路91_hの出
力端から接続されて、上記カウントアツプしたデータを
取込んで一旦蓄積して出力するとともに、計測回路91_h
から次のデータが送出されたときは蓄積したデータをク
リアして新しいデータに置換えるようにしたデータ蓄積
回路である。91_jは上記計測回路91_hとデータ蓄積回路91
_iとの出力端から接続されて、両入力信号（即ち、今回
のデータと前回のデータ）の大小を比較した出力信号を
送出する比較回路である。91_k,91_lは上記計測回路91_hと
比較回路91_iとの出力端からそれぞれ接続されて、待機
時間T₁と通電時間T₂とをそれぞれ演算設定する待機時間
用と通電時間用の演算回路である。上記演算回路91_kは
計測回路91_hから出力されたデータに係数（例えば待機
時間T₁を180°に対して30°とすれば、30/180）を乗じ
て次回の待機時間T₁を演算し、この演算値に上記比較回
路91_jから（今回のデータ）＜（前回のデータ）の関係
にある比較信号をうけたときには、上記演算値が小さく
なるよう補正（例えば99/100の係数を乗じる）し、逆の
関係にある比較信号をうけたときには、上記演算値が大
きくなるよう補正（例えば101/100の係数を乗じる）し
て次の待機時間T₁を設定し、また、通電時間用演算回路
91_lは、上述同様、計測回路91_hから出力されたデータに
係数（例えば通電時間T₂を180°に対して120°とすれ
ば、120/180）を乗じて次回の通電時間T₂を演算し、こ
の演算値に、上述同様、比較回路91_jからの比較信号に
より補正して次回の通電時間T₂を設定して、これら設定
値をそれぞれ送出するようになつている。91_m,91_nは上
記演算回路91_k,91_lの出力端にそれぞれ接続されて、待
機時間T₁，通電時間T₂をそれぞれ刻時動作する待機時間
用、通電時間用タイマ回路である。上記待機時間用タイ
マ回路91_mは、上記切換回路91_gの出力信号の立上りで応
動し、例えばクロツク信号をカウントし、このカウント
値が上記待機時間用演算回路91_kから出力された待機時
間T₁の設定値と一致したとき、タイムアツプして“H"レ
ベルの出力信号を送出するようになつている。また、通
電時間用タイマ回路91_nは上記タイマ回路91_mの出力信号
を立上りで出力端から“H"レベルの出力信号を送出する
とともに、例えばクロツク信号をカウントし、このカウ
ント値が上記演算回路91_lから出力された通電時間T₂の
設定値と一致したとき、タイムアツプして出力信号を
“H"から“L"レベルに反転するようになつている。91_o
は上記セツト用信号発生回路91_cの出力端とタイマ回路9
1_nの出力端とから接続されて、入力の立上りで出力端か
ら“H"レベルの出力信号を送出するとともに、この“H"
レベルの出力信号を上記入力の立下り時から一定のパル
ス幅保持して出力するようにした遅延回路である。これ
は、上記信号発生回路91_cとタイマ回路91_nの出力端に接
続されたオアー回路OR₁と、このオアー回路OR₁の出力の
立下りで一定のパルス幅を有したワンシヨツトのパルス
信号を送出するワンシヨツトマルチバイブレータMB
₁と、これの出力端と上記オアー回路OR₁の出力端とに接
続されたオアー回路OR₂とからなり、オアー回路OR₂の出
力端から上記転流スパイクマスク回路91_eの入力端STに
出力信号を送出するようになつている。即ち、この遅延
回路91_oは誘起電圧に重畳するスパイク電圧により位置
検知信号が変化しても誤動作しないようになつている。

次に駆動制御手段9_cについて説明する。

これは上記切換回路91_gの出力端に、フリツプフロツプ
回路FF₁の入力端CLを接続し、このフリツプフロツプ回
路FF₁の出力端Q,に、入力端の一方が上記タイマ回路9
1_nの出力端に接続されたアンド回路AND₂,AND₃の入力端
の他方をそれぞれ接続し、このアンド回路AND₂の出力端
を一方は直接トランジスタQ_xのベースに、他方はノツト
回路N₂を介してトランジスタQ_vのベースにそれぞれ接続
し、アンド回路AND₃の出力端は、上記セツト用信号発生
回路91_cの出力端から接続されたオアー回路OR₃を介し
て、一方は直接トランジスタQ_yのベースに、他方はノツ
ト回路N₃を介してトランジスタQ_uのベースにそれぞれ接
続して、入力信号によりトランジスタQ_u,Q_v,Q_x,Q_yをオ
ンオフ制御するようになつている。10は直流電源６に接
続端子P,Nを介して接続された定電圧電源回路で、出力
端から定電圧電源V_cを各回路に制御電源として送出する
ようになつている。

次にその動作を第８図乃至第９図とともに説明する。な
おロータ４の回転方向は第２図矢印CW方向を正回転、そ
の反対方向を逆回転として説明する。

起動に際し、ロータ４の任意の停止状態としては、ロー
タ４の磁極N,Sが第２図に示す位置で停止している場合
と、上記磁極N,Sが図示とは逆の位置で停止している場
合とがあるので、それぞれについて説明する。

Ａ、ロータ４の磁極N,Sが第２図に示す位置で停止して
いる場合、初期状態にあつては、周期計測回路91_h，データ蓄積回
路91_iにはロータ４の1/2回転周期の時間データは取込ま
れていないので、ロータ４の起動に適した起動周波数
（例えば10Hz）に対応する1/2回転周期の時間データを
あらかじめ、上記計測回路91_h，データ蓄積回路91_iに取
込んでおく。

そして、図示しない電源スイツチを投入すると、直流電
源６が印加され（第８図t_o時点）、これをうけた定電圧
電源回路10から定電圧電源V_cが制御電源として各回路に
供給される。

これにより、位置検知回路８の出力端から“H"レベルの
位置検知信号が送出され（第８図８出力）、これをうけ
たマスク回路91_eは出力端Ｑの出力信号を“H"レベルに
反転する（第８図91_e出力）。

この際、エツジ検出回路91_fは上記マスク回路91_eから
“H"レベルの出力信号をうけることになるが、上記制御
電源が若干の遅延を有して印加されるため、入力の立上
りを検出することなく、出力端O₁,O₂の出力信号は“L"
レベルのまゝである（第８図91_fO₁,O₂出力）。従つて、
切換回路91_gの出力も“L"レベルのまゝである（第８図9
1_g出力）。

そして、始動回路91_aの図示しないスイツチを投入する
と（第８図t₁時点）、ワンシヨツトのパルス信号が始動
信号として該回路91_aから出力される（第８図91_a出
力）。これをうけたタイマ回路91_bは、入力の立上りで
出力端O₁の出力を“H"レベルに反転し、これをセツト時
間T₃の期間送出する（第８図91_bO₁出力）。これをうけ
たセツト信号発生回路91_cは入力の立上りで一定周期の
パルス信号をセツト信号として上記セツト時間T₃の期間
送出する（第８図91_c出力）。

この際、切換回路91_gは、アンド回路AND₁が上記タイマ
回路91_bの出力端O₁から“H"レベルの出力信号をノツト
回路N₁を介して、“L"レベルの出力信号としてうけてい
るので、該回路91_gの出力信号は“L"レベルのまゝであ
る（第８図91_g出力）。

そして、上記セツト信号により、オアー回路OR₃を介し
てトランジスタQ_u,Q_yが断続的にオンする（第８図Q_u,
Q_y）。これにより、ステータコイル３は断続的に短時間
通電され、この通電によつて逆回転方向にわずかに回動
することになるが、回転トルクが小さいため上記短時間
通電によつて磁化されたステータ１の磁極2_a,2_bの磁束
軸にロータ４の磁束軸が一致する程度の回動にとどま
り、ほぼロツク状態となる。即ち、上記短時間通電によ
つてロータ４はその磁束軸がステータ１の磁束軸（第２
図Ｙ−Ｙ線）を超えて逆回転方向に回動しないことにな
る。

一方、上記セツト信号をうけて遅延回路91_oは、入力の
立上りで“H"レベルの出力信号をマスク回路91_eの入力
端STに送出し、入力の立下りでマルチバイブレータMB₁
がワンシヨツトのパルス信号を送出するので、セツト信
号のパルス幅より広幅のパルス信号を送出することにな
る（第８図91_o出力）。このため、上記セツト信号の立
下りでトランジスタQ_u,Q_yがオフし、トランジスタQ_yの
オフ時に生ずるスパイク電圧によつて上記トランジスタ
Q_yのコレクタ電圧が上昇し、これをうけた位置検知回路
８がトランジスタQ₁がオンして位置検知信号を“L"レベ
ルに反転することになるが（第８図８出力）、マスク回
路91_eは入力端STの入力の立上り時の入力端Ｄの“H"レ
ベルの入力信号を保持しているので、位置検知信号が変
化しても出力信号は“H"レベルのまゝである（第８図91
_e出力）。即ち、セツト信号によりトランジスタQ_u,Q_yが
オンオフを繰り返えすことによつてスパイク電圧が発生
してもマスクされてマスク回路91_eの出力信号は変化し
ないことになる。

そして、上記タイマ回路91_bは、図示しないタイマがセ
ツト時間T₃を刻時後リセツトするので、出力端O₁の出力
信号は“L"レベルに反転し（第８図91_bO₁出力）、図示
しないラツチ回路が上記タイマの出力の立下りで応動し
て出力端O₂からパルス信号がリセツト信号としてマスク
回路91_eの入力端Ｒに送出される（第８図91_bO₂出力）。
これをうけたマスク回路91_eはリセツトされ、出力端Ｑ
の出力信号が“L"レベルに反転する（第８図91_e出
力）。これをうけたエツジ検出回路91_fは入力の立上り
を微分し整流したパルス信号を出力端O₁から送出する
（第８図91_f,O₁出力）。

この際、位置検知回路８は、上記信号発生回路91_cのセ
ツト信号の停止によりトランジスタQ_yがオフし、このオ
フによつて生ずるスパイク電圧により、上述同様、トラ
ンジスタQ₁がオンし、出力信号を一旦“L"レベルに反転
した後、“H"レベルに再び反転する位置検知信号をマス
ク回路91_eに送出することになるが、マスク回路91_eは、
入力端Ｒにリセツト信号をうけているので、その出力信
号は“L"レベルのまゝである（第８図91_e出力）。

一方、ロータ４は上記ステータコイル３に対する逆転方
向への短時間通電によつてほぼロツク位置まで回動し、
上記通電の停止によつて位置決め手段５の付勢力によ
り、第２図で示すようにステータ１の磁極2_a,2_bの磁束
軸（Ｙ−Ｙ線）よりわずかに（第２図θ）正転方向へ回
動して停止する。

これでロータ４の起動位置へのセツト動作が完了する。

そして、上記エツジ検出回路91_fの出力端O₁からパルス
信号をうけた切換回路91_gのアンド回路AND₁は、入力端
の他方が上記タイマ回路91_bの出力端O₁の出力信号が
“L"レベルに反転することにより、ノツト回路N₁を介し
て“H"レベルに反転するので、出力信号を“H"レベルに
反転する（第８図91_g出力）。これをうけた駆動制御手
段9_cのフリツプフロツプ回路FF₁は入力の立上りで出力
端Q,の出力信号を“H",“L"にそれぞれ反転し、アン
ド回路AND₂,AND₃にそれぞれ送出するが、アンド回路AND
₂,AND₃の入力端の他方は“L"レベルにあるため、トラン
ジスタQ_u,Q_v,Q_x,Q_yはオフされたまゝである。一方、切
換回路91_gのパルス信号をうけた計測回路91_hは入力の立
上りでカウントアツプしてそのデータを演算回路91_k,91
_lに送出する。これをうけた演算回路91_kは入力データに
係数（例えば30/180）を乗じて待機時間T₁を演算し、こ
の演算値を今回の待機時間T₁としてタイマ回路91_mに送
出する。この際、比較回路91_jからは、計測回路91_hとデ
ータ蓄積回路91_iの両出力データは同じであるので、大
小の比較信号は送出されず、上記演算値は補正されな
い。上記タイマ回路91_mは、切換回路91_gのパルス信号の
立上りで刻時動作を開始し、カウント値が上記演算回路
91_kの待機時間T₁の設定値と一致したとき、タイムアツ
プして出力端から“H"レベルの出力信号を送出する（第
８図91_m出力）。他方、上記計測回路91_hからデータをう
けた演算回路91_lは入力データに係数（例えば120/180）
を乗じて通電時間T₂を演算し、この演算値を今回の通電
時間T₂としてタイマ回路91_nに送出する（この演算値は
上述同様の理由で補正されない）。これをうけたタイマ
回路91_nは上記タイマ回路91_mの出力信号が“H"レベルに
反転したとき、刻時動作を開始するとともに、入力の立
上りで出力信号を“H"レベルに反転する（第８図91_n出
力）。これをうけたAND回路AND₂,AND₃は、AND₂の出力が
“H"レベルに反転し、トランジスタQ_v,Q_xがオンし、６
→Q_v→３→Q_x→６の経路で電流が流れてステータ１の磁
極2_aが例えばＮ極、磁極2_bが例えばＳ極にそれぞれ磁化
されて、起動位置にセツトされたロータ４（第２図の位
置）の磁極との間に吸引・反撥力が作用してロータ４に
回転トルクが生じ、ロータ４が正転方向に回転しはじめ
る、即ち、起動する（第８図t₃時点）。

ロータ４が回転しはじめることによつて、ステータコイ
ル３には正極性の誘起電圧が発生する（第８図３の誘起
電圧）。

この際、位置検知回路８のトランジスタQ₁はベース電流
が流れてオンし、位置検知信号は“L"レベルに反転する
（第８図８の出力）。これをうけたマスク回路91_eは、
その出力信号が上記タイマ回路91_bのリセツト信号によ
りすでにリセツトされており（第８図t₂時点）、タイマ
回路91_nの“H"レベルの出力信号をうけた遅延回路91_oか
ら“H"レベルの出力信号を入力端STがうけて入力の立上
り時の入力端Ｄの入力信号（“L"レベル）を保持して出
力端Ｑから送出するため、入力端Ｄの入力が変化して
も、出力信号は入力端STの入力が“L"レベルに反転する
まで、“L"レベルに保持される（第８図91_e）。

そして、上記タイマ回路91_nは、カウント値が演算回路9
1_eから出力された設置値と一致したとき（即ち、通電時
間T₂後）、タイムアツプして出力信号を“L"レベルに反
転し（第８図91_n出力）、トランジスタQ_v,Q_xをオフさせ
（このときQ_u,Q_yはオフのまゝ）（第８図Q_v,Q_x）、ステ
ータコイル３への通電が停止される。このオフによつて
上述同様、スパイク電圧が生ずるが、遅延回路91_oがタ
イマ回路91_nの出力の立上りで一定幅のパルス信号を送
出するので（第８図91_o出力）、これによつて位置検知
信号を一旦“H"レベルに反転してもマスク回路91_eの出
力は“L"レベルに保持される。一方、上記位置検知信号
はスパイク電圧の期間後、上記ロータ４の回転により生
じた正極性の誘起電圧によつて３→R₂→Q₁のベース・エ
ミツタ→D_x→３の経路で電流が流れ、トランジスタQ₁は
オンのまゝであり、“L"レベルとなる（第８図８出
力）。他方、ロータ４は上記通電停止により慣性力で回
転し、磁極N,Sの中心がステータ１の磁極2_a,2_bの磁極中
心を通過する時点（第８図t₅時点）で、誘起電圧は正極
性から負極性に転ずるので、この負極性の誘起電圧によ
り３→D_y→６→D_y→３の経路で電流が流れ、トランジス
タQ₁は逆バイアスされてオフし、位置検知信号は“H"レ
ベルに反転する（第８図８出力）。これをうけたマスク
回路91_eは、その入力端STが遅延回路91_oの出力の立下り
で“L"レベルになつているので、出力信号を“H"レベル
に反転し（第８図91_e出力）、これをうけたエツジ検出
回路91_fは、入力の立上りで出力端O₁からパルス信号を
切換回路91_gを介してフリツプフロツプ回路FF₁、計測回
路91_h，タイマ回路91_mに送出するとともに、入力の立上
りで出力端O₂からパルス信号を遅延回路91_dを介して、
タイマ回路91_bに送出してこれをリセツトさせる。計測
回路91_hは上記パルス信号により初期設定データをデー
タ蓄積回路91_iに転送して蓄積させるとともに、カウン
トアツプして起動時のパルス信号から今回のパルス信号
をうけるまでの時間計測したデータを比較回路91_jと演
算回路91_k,91_lに送出すると同時に今回のパルス信号に
よりカウントを開始して次回の時間計測を行う。比較回
路91_jは上記データと蓄積回路91_iから出力されたデータ
との大小を比較した比較信号を演算回路91_k,91_lに送出
する。これらデータをうけた演算回路91_kと91_lは、上述
同様、待機時間T₁と通電時間T₂を演算し、比較回路91_i
から（今回のデータ）＜（前回のデータ）の関係にある
比較信号をうけたときは、上記演算値を小さくなるよう
補正して今回の待機時間T₁と通電時間T₂を設定し、この
設定値をタイマ回路91_mと91_nにそれぞれ送出する（即
ち、上記関係にある比較信号をうけたときは加速時と判
別しロータ４の回転周波数の上昇を予測しこれに対応し
て待機時間T₁と通電時間T₂を補正して設定することにな
る）。

そして、上記タイマ回路91_mは、切換回路91_gのパルス信
号の立上りで刻時動作を開始し、カウント値が演算回路
91_kから出力された設定値と一致したとき、タイムアツ
プして出力端の出力を“H"レベルに反転し（第８図91_m
出力）、これをうけたタイマ回路91_nは入力の立上りで
出力端の出力を“H"レベルに反転して（第８図91_n出
力）、アンド回路AND₂,ADN₃に送出する。これをうけた
アンド回路AND₂,ADN₃はその入力端の他方が上記パルス
信号の立上りでフリツプフロツプ回路FF₁の出力端Q,
がそれぞれ“L",“H"に反転しているので（第８図FF₁Q,
出力）、アンド回路AND₃の出力が“H"レベルに反転し
オアー回路OR₃を介して、トランジスタQ_u,Q_yをオンさせ
（第８図Q_u,Q_y）、６→Q_u→３→Q_y→６の経路でステー
タコイル３に電流を流し、ステータ１の磁極2_a,2_bを上
述とは逆極性に磁化しロータ４に回転トルクを与えて加
速させる。この通電は、上述同様、演算回路91_lにより
設定した通電時間T₂の設定値と一致したときタイマ回路
91_nの出力が“L"レベルに反転することにより停止さ
れ、ロータ４は慣性力により回転を継続し、誘起電圧が
負極性から正極性に転ずる時点（ゼロ点）で反転する位
置検知信号により、ロータ４の1/2回転周期を計測して
待機時間T₁と通電時間T₂を演算設定し、この設定値にも
とづいてステータコイル３を待機時間T₁後通電時間T₂の
期間通電する上述した動作を繰返してロータ４の回転を
さらに加速させ、同期運転に引込んでいく。

なお、減速時における動作は待機時間T₁，通電時間T₂の
演算設定時における補正が演算値より大きくなるよう補
正される点を除いて、上述同様に動作するので説明を省
略する。

Ｂ、ロータ４の磁極N,Sが第２図の図示と逆極性でステ
ータ１の磁束軸（Ｙ−Ｙ線）に対して逆転方向にθだけ
ずれた状態で停止している場合、上述同様、図示しない電源スイツチの投入により直流電
源６が印加され、定電圧電源回路10から定電圧電源V_cが
制御電源として各回路に供給され（第９図t₀時点）、こ
れにより位置検知回路８の位置検知信号は“H"レベルに
反転し（第９図８出力）、これをうけたマスク回路91_e
の出力も“H"レベルに反転する（第９図91_e出力）。し
かしエツジ検出回路91_fは上記制御電源を若干の遅延を
有してうけるため、入力の立上りを検出することなく出
力信号は“L"レベルにある（第９図91_fO₁,O₂出力）。

そして始動回路91_aの図示しないスイツチを投入するこ
とにより（第９図t₁時点）、ワンシヨツトの始動信号が
送出され（第９図91_a出力）、タイマ回路91_bの出力端O₁
からセツト時間T₃の期間“H"レベルの出力信号を送出す
る（第９図91_bO₁出力）。これをうけた信号発生回路91_c
はセツト信号を送出し（第９図91_c出力）、オアー回路O
R₃を介してトランジスタQ_u,Q_yを断続的にオンする（第
９図Q_u,Q_y）。これによりステータコイル３は断続的に
短時間通電され、この通電により、ステータ１の磁極2_a
が例えばＳ極、2_bが例えばＮ極に磁化されて、ロータ４
の磁極との間に吸引，反撥力が作用してロータ４が逆転
方向に回動し、この回動によつてステータコイル３に負
極性の誘起電圧が生ずる（第９図３の誘起電圧）。上記
ロータ４が逆転方向に回動し該ロータ４の磁極N,Sの磁
束軸がステータ１の磁極2_a,2_bの磁束軸（第２図Ｙ−Ｙ
線）を通過する時点で上記誘起電圧は負極性から正極性
に転ずることになるのでゼロ点を通過することになり、
位置検知信号は“L"レベルに反転する。

この際、第９図に示すように、位置検知信号が、誘起電
圧のゼロ点を通過する前に、上記セツト信号の立下りに
よつてトランジスタQ_u,Q_yかオフし、このオフ時に生ず
るスパイク電圧によつて“L"レベルに反転していれば、
“L"レベルに保持されることになる。そして、上記ロー
タ４は断続的な通電によつて生じた逆転方向の回動によ
る慣性により上記誘起電圧のゼロ点を一旦通過するがそ
の慣性力は小さいので上記通電停止によつてロータ４は
その磁束軸がステータ１の磁束軸と略一致して停止し
（誘起電圧はゼロとなり、第９図２の誘起電圧）、位置
検知信号は“H"レベルに反転する（第９図８出力）。以
降、セツト信号により短時間通電が断続的に行なわれて
もロータ４に生ずる回転トルクは小さくなつて略ロツク
状態となり、ロータ４の逆転方向への回動はしないよう
になる。

一方、上記遅延回路91_oの出力信号が“L"レベルに反転
した時点で“H"レベルの出力信号の保持が解除され、上
記“L"レベルの位置検知信号をうけたマスク回路91_eは
その出力信号を“L"レベルに反転し（第９図91_e出
力）、この立下りを検出したエツジ検出回路91_fは出力
端O₁からパルス信号を送出し（第９図91_fO₁出力）、こ
れをうけた切換回路91_gは、そのアンド回路AND₁の他方
の入力がタイマ回路91_bの出力端O₁からセツト時間T₃中
ノツト回路N₁を介して“L"レベルの出力信号をうけてい
るので、出力信号は“L"レベルのまゝである。又、上記
マスク回路91_eは上述したロータ４が略ロツク状態で停
止した時で位置検知信号が“H"レベルに反転しこれをう
けることになるが、すでに遅延回路91_oから“H"レベル
の出力信号をその入力端STにうけた時点で“L"レベルの
出力信号を保持しているため、出力信号は反転しない。

そして、上記遅延回路91_oの出力信号が“L"レベルに反
転したときその立下りでマスク回路91_eは保持を解除
し、位置検知信号が“H"レベルにあるため、出力信号を
“H"レベル反転する（第９図91_e出力）。これをうけた
エツジ検出回路91_fは入力の立上りを検出し、出力端O₁,
O₂からパルス信号を送出する（第９図91_fO₁,O₂出力）。
出力端O₁からパルス信号をうけた切換回路91_gはそのア
ンド回路AND₁の他方の入力が“L"レベルにあるため出力
信号は“L"レベルのままであり（第９図91_g出力）、上
記出力端O₂からパルス信号をうけた遅延回路91_dは応動
し、遅延時間T₄後タイマ回路91_bにパルス信号をリセツ
ト信号として送出する（第９図91_d出力）。これをうけ
たタイマ回路91_bは出力端O₁の出力信号を“L"レベルに
反転し、セツト用信号発生回路91_cから送出するセツト
信号を停止し（“L"レベルに反転）（第９図91_c出
力）、出力端O₂の出力信号を“H"レベルに反転してマス
ク回路91_eをクリアし、出力信号を“L"レベルに反転す
る（第９図t₂時点91_e出力）。これをうけたエツジ検出
回路91_fは入力の立下りを検出し出力端O₁からパルス信
号を送出し（第９図t₂時点91_fO₁出力）、これをうけた
切換回路91_gはその出力端からパルス信号を送出する
（第９図91_g出力）。これをうけたフリツプフロツプ回
路FF₁は入力の立上りで出力端Q,の出力信号をそれぞ
れ“H",“L"レベルに反転する（第９図FF₁Q,出力）。
一方、上記セツト信号の停止によりトランジスタQ_u,Q_y
がオフし、このオフ時に生ずるスパイク電圧により位置
検知信号は一旦“L"レベルに反転した後“H"レベルにな
り（第９図８出力）、これにより、逆転方向への断続的
な短時間通電が停止され、ロータ４は位置決め手段５の
付勢力により第２図に示すようにその磁束軸がステータ
１の磁束軸（Ｙ−Ｙ線）に対して若干の角度θだけずら
した位置に回動して停止する。これでロータ４の磁極N,
Sが第２図に示す位置と逆の位置で停止した場合におけ
る起動位置へのセツト動作を完了する。

次にロータ４の起動動作になるが、これは上述同様に動
作するので、説明を省略する。

このように、ロータ４がステータ１の磁束軸（第２図Ｙ
−Ｙ線）に対して、その磁極NSの磁束軸がいずれの状態
で一致して停止した場合でも、逆転方向に対するステー
タコイル３の断続的な短時間通電によつて、所定の起動
位置へセツトさせることができることになり、常に所定
に起動位置から正転方向の起動が可能となる。

〈発明の効果〉本発明によれば、ロータが停止した状態でその磁束軸を
ステータの磁束軸からわずかにずらすための位置決め手
段を設けて、起動に際し、ロータを、逆転方向へ所定時
間断続的な短時間通電によって、ロック位置まで回動せ
しめて所定の起動位置にセットするようにしてあるの
で、ロータが任意の位置に停止しても、ロータを、その
磁極が同じ位置関係で起動位置にセットすることがで
き、モータを的確に正転方向へ起動させることができ
る。しかも、上記位置決め手段は、ロータの磁束軸をス
テータの磁束軸からわずかにずらすに必要な付勢力を与
えるように形成すればよいので、小さな付勢力となっ
て、回転トルクに振動を生ぜしめることなくモータを駆
動することができる。また、自相の印加電圧に重畳して
発生する誘起電圧のゼロ点を、該ゼロ点の前後の期間通
電を停止して検出するようになっているので、位置検出
素子を設けることなく、ロータの回転位置を的確に検出
することができる。更に、位置検知信号を、通電時間に
同期し、かつ通電時間より所定時間遅延保持せしめるよ
うにしてあるので、ステータコイルに流れる電流のしゃ
断によって生ずるスパイク電圧をマスクすることがで
き、起動に際して断続的な短時間通電を行っても、駆動
時にあっても誤動作することなく、インバータによる１
相ブラシレスモータの通電制御を的確に行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すブロツク図、第２図は第
１図のモータの基本的構成図、第３図は従来例を示す駆
動回路のブロツク図、第４図は従来例を示すモータ本体
の基本的構成図、第５図乃至第７図は１相ブラシレスモ
ータの原理を説明したもので、第５図は発生する磁束
を、第６図は発生する回転トルクを、第７図はそのタイ
ムチヤート図である。第８図及び第９図は第１図の動作
を説明するタイムチヤート図である。 1:ステータ、2_a,2_b：磁極、3:ステータコイル、4:ロー
タ、5:位置決め手段、7:インバータ回路、8:位置検知回
路、9:通電制御回路、9_a：起動セツト手段、9_b：演算制
御手段、9_c：駆動制御手段、

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】N,S極着磁されたロータを有する１相ブラ
シレスモータと、このモータに直流電源から接続されて
出力電圧を送出するインバータ回路と、このインバータ
回路の出力端から接続されて上記モータのステータコイ
ルに生ずる誘起電圧のゼロ点を検出する位置検知回路
と、この位置検知回路の出力端から接続されて、前回の
誘起電圧の1/2周期から待機時間と通電時間を演算設定
すると共に、該位置検知回路の位置検知信号を、上記通
電時間に同期し、かつ通電時間より所定時間遅延保持せ
しめるようにした演算制御手段とこれの出力により上記
インバータ回路に通電指令を送出する駆動制御手段を有
する通電制御回路とを備え、上記モータにロータをロッ
ク位置からわずかにずらして起動位置に停止させるよう
付勢する位置決め手段を設け、上記通電制御回路には、
ロータを逆転方向に回動させて上記ロック位置にセット
するための短時間通電指令を断続的に所定時間送出する
起動セット手段を設け、ロータを所定の起動位置にセッ
トしたとき、上記モータを起動させるようにしたことを
特徴とする１相ブラシレスモータの起動装置。