JPH0223088A - ４相ブラッシュレスｄｃモータを制御する回路および方法 - 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］ 本発明はプラッシュレスの、特に４相のＤＣモータを制
御する回路および方法に関する。

［従来技術］ 電気モータによって電気エネルギを機械エネルギに変換
するために必要な回転磁界は機械的に（ロータの集電子
と接触するブラシで）、または半導体スイッチによって
電気的に生成されることができる。米国特許節４．４８
４，１１５号明細書には、スターまたはリング回路に接
続されている７相巻線を備えたステータを有するプラッ
シュレスＤＣモータが記載されている。ＤＣモータのロ
ータは永久磁石によりカバーされている。回転磁界を生
成するために必要な電流は、ロータ位置センサからの信
号により駆動される半導体スイッチによって制御される
。各相巻線はバイポーラ動作を可能にするためにそれに
関連した２つの半導体スイ゛ツチを釘する。

ドイツ国特許第３，３０１．８０１号明細書から、８個
の半導体スイッチの代わりに４個の半導体スイッチだけ
によるバイポーラモードでスター接続４相ブラッシュレ
スＤＣモータを動作することが知られている。

［発明の解決すべき課題］ 米国特許節４，４８４．１１５号明細書に記載されたプ
ラッシュレスＤＣモータは、それぞれの１目蓚線に対し
て１対の相補トランジスタを必要とするという欠点をＨ
する。これは複雑で高価な解決方法である。ドイツ国特
許第３，３０１．８０１号明細書に記載されたプラッシ
ュレスＤＣモータは、ステータ巻線がスター接続されて
いるため、ステータは完全に自動的に巻かれることがで
きない欠点がある。

さらに、はんだ付は作業がコイル巻線ヘッド上で必要で
あり、後者は軸方向に比較的大きくなり、結果的に付加
的な電気損失を生じる。

本発明の目的は安価でほとんど自動的に生成可能なプラ
ッシュレスＤＣモータおよびその制御方法を提供するこ
とである。

［課題を解決するための手段］ この目的は、１対以上の永久磁石材料の磁極を備えたロ
ータ、ロータ位置を感知するセンサおよびセンサからの
信号によってスイッチ可能な４個のスイッチング素子を
含む４柑ブラッシュレスＤＣモータのステータのバイポ
ーラ制御用の制御回路において、アマチュアコイルの４
相蓚線はリング回路で接続され、２つの相巻線の間の各
接合点はスイッチング素子の１つに接続されている制御
回路およびこの制御回路による相巻線を非対称に付勢す
る動作方法によって達成される。

本発明によるプラッシュレスＤＣモータは、４個の半導
体スイッチだけがその４相巻線を制御するために必要で
あるという利点を有する。別の利点は、ステータ巻線が
リング回路で接続されているためステータは完全に自動
的に巻回されることができることである。コイル巻線ヘ
ッド上のはんだ付は作業は必要なく、コイルの軸長は通
常のステータコイルよりも短くなる。さらに別の利点は
、ＤＣモータが複数のスイッチングシーケンスで制御さ
れることができることである。

［実施例］ 第１図はリング回路に接続されているステータを具備す
る４相ブラッシュレスＤＣモータ用の制御回路の原理を
示す。ＩＯで示される部分は、ＤＣモータに属するが制
御回路には属していないこれらの素子の全てを含む。１
１は永久磁石材料でカバーされたロータを示し、１２．
　１３．１４および１５はステータの４相巻線を示す。

１６および１７はロータ１１の位置を感知する２個の磁
気センサを示す。２個のセンサＩＢおよび１７は、整流
（コミュテーション）回路１８に接続されている。整流
回路１８の出力はライン２０によって駆動回路１９に接
続されている。２１はスイッチＡ゛であり、２２はスイ
ッチＢ−であり、２３はスイッチＣ＋であり、２４はス
イッチＤ−である。２個のスイッチＡ＋およびＣ＋はモ
ータの点ＡおよびＣを供給電圧に接続する。２個のスイ
ッチＢ−およびＤ−はモータの点ＢおよびＤＣをアース
に接続する。２５は供給電圧端子を示し、２６は平滑キ
ャパシタである。

第２図は、“シングル整流”と呼ばれる第１図の装置の
スイッチングシーケンスを説明するために示されている
。円３０は、リング回路に接続されている４相巻線が巻
回されるプラッシュレスＤＣモータのステータを概略的
に表している。Ａ、　　ＢＣおよびＤで示される点は第
１図の点Ａ、Ｂ、ＣおよびＤと対応している。３１で示
された周辺方向の矢印は、半導体スイッチの各状態での
各相巻線における電流の流れる方向を示す。参照番号３
２はこの電流分布の結果生じる磁束ベクトルを示す。

点Ａ、Ｂ、ＣまたはＤの黒く塗りつぶしたものはこの点
の供給電圧またはアースとの接続を表す。

したがって、黒点は関連した半導体スイッチが閉じられ
ていることを示す。以下ににおいてモータ３０と共にス
イッチ位置に対するスキムが２πの電気的角度に関して
示されている。斜線領域は各スイッチがこの角度範囲で
閉じられていることを示す。したがって、以下のスイッ
チングシーケンスが得られる： 第１のステップニス・ｒツチＡ　’およびＢ−は閉じら
れており、スイッチＣ゛およびＤ＝は開いている。相巻
線１３．　１４および１５によって形成された直列の組
合せは相巻線１２と並列に電気的に接続されている。そ
の結果生じた磁束が永久磁石材料でカバーされているロ
ータと関連してロータを回転させるトルクを生成する。

第２のステップ：スイッチＡ＋およびＤ−は閉じられて
いる。磁束ベクトルは９０°回転する。

第３のステップ：スイッチＣ＋およびＤ−は閉じられて
おり、スイッチＡ＋およびＢ−は開いている。磁束ベク
トルは数学的に正方向に９０°回転する。

第４のステップ：スイッチＣ＋およびＢ−は閉じられて
おり、スイッチＡ＋およびＤ−は開いている。全てのシ
ーケンスが完了した後、新しいシーケンスが第１のステ
ップで始まる。第２図における磁束の矢印３２から、こ
のスイッチングシーケンスは装置のロータを駆動する回
転磁界を生成することが明らかである。示された磁束パ
ターンに２πの電気角度が２πの機械的角度に対応する
２嵐装置であることを表す。非常に多数の極の対および
同数の制御シーケンスにより、ロータは２πの電気的角
度または２π／ｐの実体角度で回転する。ここでｐはモ
ータの極の数である。

第１図の装置はまた異なる方法で制御されることができ
る。以後“ダブル整流“とじて３照されるスイッチング
シーケンスが第３図において説明される。第３図の上方
の概略的に示されたモータの数は第２図の数の２倍であ
る。端子、各相巻線中の電流の流れ、および生成される
磁束ベクトルは第２図のものと同一の参照番号で示され
ている。

モータの下方の図表に示されているように、スイッチン
グシーケンスは以下の通りである：第１のステップ：ス
イッチＡ＋およびＢ−は閉じられており、スイッチＣ＋
およびＤ−は開いている。

第２のステップ：スイッチＡ”　　Ｂ−およびＤ−は閉
じられている。スイッチＣ＋は開いている。

第３のステップ：スイッチＡ＋およびＤ−は閉じられて
おり、スイッチＣＩおよびＢ−は開いている。

第４のステップ：スイッチＡ＋　Ｃ＋およびＤ−は閉じ
られており、スイッチＢ−は開いている。

第５のステップ：スイッチＣ＋およびＤ−は閉じられて
おり、スイッチＡ＋およびＢ−は開いている。

第６のステップ：スイッチＣ″″　Ｂ−およびＤ−は閉
じられている。スイッチＡ＋は開いている。

第７のステップ：スイッチＣ＋およびＢ−は閉じられて
おり、スイッチＡ＋およびＤ−は開いている。

第８のステップ：スイッチＡ”　　Ｃ”およびＢ−は閉
じられており、スイッチＤ−は開いている。

このシーケンスが完了した後、新しいシーケンスが第１
のステップで始まる。

第２図および第３図により説明されたスイッチングシー
ケンスを比較すると、ダブル整流である第３図のスイッ
チングシーケンスにおいて３個のスイッチが閉じる状態
が存在し、一方第２図のスイッチングシーケンスには２
個のスイッチだけが同時に閉じる状態が存在することが
分かる。両方のスイッチングシーケンスにより回転磁界
が電気的に生成される。

ステータコイル、整流回路１８および駆動回路１９の構
造は、本発明の構成要件の部分ではないのでここでは詳
細に説明されていない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、リング回路で接続されたステータ巻線を具備
する４柑ブラッシュレスＤＣモータ用の制御回路の概略
図である。 第２図は、４個の半導体スイッチの状態および回転およ
び極対の数に対するシングル整流のための磁束ベクトル
の位置を示す。 第３図は、４個の半導体スイッチの状態および回転およ
び極対の数に対するダブル整流のための磁束ベクトルの
位置を示す。 １１・・・ロータ、１２．１３．１４．１５・・・４柑
巻線、１６゜１７・・・センサ、１８・・・整流回路、
１９・・・駆動回路、２１゜２２、２３．２４・・・ス
イッチ、３０・・・モータ、３２・・・磁束ベクトル。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）１対以上の永久磁石材料の磁極を備えたロータ、
   ロータ位置を感知するセンサおよびセンサからの信号に
   よってスイッチ可能な４個のスイッチング素子を含む４
   相ブラッシュレスＤＣモータのステータのバイポーラ制
   御用の制御回路において、 アマチュアコイルの４相巻線はリング回路で接続され、
   ２つの相巻線の間の各接合点はスイッチング素子の１つ
   に接続されている制御回路。
2. （２）スイッチング素子の２つは供給電圧とアマチュア
   コイルの間を接続し、スイッング素子の２つはアースと
   アマチュアコイルとの間を接続する請求項１記載の制御
   回路。
3. （３）スイッチング素子は半導体電力スイッチである請
   求項２記載の制御回路。
4. （４）半導体電力スイッチはバイポーラ電力トランジス
   タである請求項３記載の制御回路。
5. （５）半導体電力スイッチは電力ＭＯＳトランジスタで
   ある請求項３記載の制御回路。
6. （６）ステータコイルの相巻線は非対称的に付勢される
   請求項１乃至５記載の制御回路の動作方法。
7. （７）ステータコイルの４相巻線の３つは第４のものと
   並列に接続されている請求項６記載の制御回路の動作方
   法。
8. （８）アマチュアコイルの端子を供給電圧に接続する第
   １のスイッチング素子、アマチュアコイルの第２の端子
   をアースに接続する第２のスイッチング素子、アマチュ
   アコイルの第３の端子を供給電圧に接続する第３のスイ
   ッチング素子、およびアマチュアコイルの第４の端子を
   アースに接続する箱４のスイッチング素子を含む制御回
   路の動作方法であって、 （ａ）第１および第２のスイッチング素子は閉じ、第３
   および第４のスイッチング素子は開き、（ｂ）第１およ
   び第４のスイッチング素子は閉じ、第２および第３のス
   イッチング素子は開き、（ｃ）第３および第４のスイッ
   チング素子は閉じ、第１および第２のスイッチング素子
   は開き、（ｄ）第２および第３のスイッチング素子は閉
   じ、第１および第４のスイッチング素子は開くステップ
   を特徴とする請求項７記載の制御回路の動作方法。
9. （９）アマチュアコイルの端子を供給電圧に接続する第
   １のスイッチング素子、アマチュアコイルの第２の端子
   をアースに接続する第２のスイッチング素子、アマチュ
   アコイルの第３の端子を供給電圧に接続する第３のスイ
   ッチング素子、およびアマチュアコイルの第４の端子を
   アースに接続する第４のスイッチング素子を含む制御回
   路の動作方法であって、 （ａ）第１および第２のスイッチング素子は閉じ、第３
   および第４のスイッチング素子は開き、（ｂ）第１、第
   ２および第４のスイッチング素子は閉じ、第３のスイッ
   チング素子は開き、（ｃ）第１および第４のスイッチン
   グ素子は閉じ、第２および第３のスイッチング素子は開
   き、（ｄ）第１、第３および第４のスイッチング素子は
   閉じ、第２のスイッチング素子は開き、（ｅ）第３およ
   び第４のスイッチング素子は閉じ、第１および第２のス
   イッチング素子は開き、（ｆ）第２、第３および第４の
   スイッチング素子は閉じ、第１のスイッチング素子は開
   き、（ｇ）第２および第３のスイッチング素子は閉じ、
   第１および第４のスイッチング素子は開き、（ｈ）第１
   、第２および第３のスイッチング素子は閉じ、第４のス
   イッチング素子は開くステップを特徴とする請求項６記
   載の制御回路の動作方法。