JPS6013491A - 直流無刷子電動機 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、直流無刷子電動機、さらに詳述すれば、永久
磁石回転子と、この回転子と空隙を介して対向設置され
る固定子と２回転子の磁極位置を。

検出する位置検出器と、この位置検出器の出力に応じた
電流を上記固定子の励磁巻線に通電する通電制御装置と
を備えて回転子を聞伝駆動する構成・・・の直流無刷子
電動機に関するもので、特に、供給する電圧を不変とし
ておいて回転子の速度を定格速度以下の任意の速度如制
御可能としようとするもので２例えば、ファンモータ等
、比較的軽負荷。

の電動機に適用される。　、。

〔発明の背景〕

従来例を第１図により説明する。第１図（ａ）は直流無
刷子電動機の断面図＋　−（ｂ）はその通電制御回路図
である。第１図において、１は回転子軸、。

３は回転ハブ（図には見えていない）を介して回２、［
転子軸１に直結していて回転子軸１と一体的に回転する
永久磁石であり、これらの１，３で電動機゛の回転子を
構成する。永久磁石３は円筒形状をし′ており、その円
筒の半周はＮ極に、残りの半周はＳ極に着磁されている
。なお、この電動機が冷却゛用ファンの駆動源に用いら
れる電動機である場合は、永久磁石の外周側に、ファン
ブレードの複数枚が植設されることになる。５ａ、＋５
ｂは固定子鉄芯のポールシー−，６ａ、６ｂは固定子磁
極、・７ａ、７ｂは各固定子磁極６ａ、６ｂにそれぞれ
Ｈ巻装された励磁巻線、８は固定子ヨーク、９は永。

久磁石３０回転磁極位置を検出する位置検出器で。

ある。４は永久磁石３の内周面と固定子鉄芯のポールシ
ュー５ａ、５ｂの外周面との間の空隙であり、そして５
位置検出器９はこの空隙４内の、ポ！−１−ルシー−５
ａ、、５ｂを対称的に２等分する中心線上より僅かに外
れた位置に配置される。（ｂ）図において、　Ｑａ、　
Ｑｂは各励磁巻線７ａ、７ｂの通電を制御するトランジ
スタ、Ｒ１，几２＋　”８１　Ｒ４はそ。

れぞれ抵抗である。　、１１ 第１図（ｂ）図の■、θは電源供給端子であり。

ここに所定の直流電圧を印加すると１位置検出器。

９は第１図（ａ）の図示状態では永久磁石３のＳ極゛に
対向しているのでＳ極を検出してトランジスタＱのベー
スに正の電圧を、Ｑｂのベースに負の電−□圧を与え、
これによりトランジスタＱａが導通して励磁巻線７ａに
電流を流し、この電流により生じる磁界により永久磁石
３に２例えば２時計方向の回転力を発生し２回転子が時
計方向に回転する。回・転子が半回転すると位置検出器
９は永久磁石３の１．ＩＮ極に対向し、トランジスタＱ
ｂのベースに正の。

電圧を、Ｑ２１のベースに負の電圧を与え、これにより
Ｑｌ、が導通して励磁巻線７ｂに電流を流し、この電流
により生じる磁界により永久磁石３に、同。

じ時計方向の回転力を発生し２回転子は引き続き；、時
計方向に回転する。以下、同様に動作して９回転子が半
回転するごとに７通電する励磁巻線７ａ、。

７　ｂが切換えられて、連続的に時計方向の回転力を発
生する。

冷却用ファンの駆動用電動機としては、従来２１．（・
　３　・ 一般に交流の誘導電動機が採用されていた。この理由は
、誘導電動機は構造が簡屯で安価に製造で。

き、しかも摩耗する部分がなく寿命が長いという゛特長
があるためであった。しかし、誘導電動機は゛交流電源
のある場所でしか使用できないという不゛都合があり、
他方で冷却ファンの被冷却対象とな。

る電子機器等の小形化や広域での普及を推進する゛過程
で電子機器内の電源を直流低電圧に統一するという要請
が生じ、これに対処するように冷却用ファンの駆動用電
動機も直流低電圧で運転できるｌ・１ものが必要となっ
てきた。

この要請に対して駆動用電動機として整流子と刷子を有
する通常の直流電動機を使用することは。

刷子から発生する摩耗粉が電子機器類を汚染する。

こと、電動機の寿命が誘導電動機に比し短かいこよ。

となどの不都合があるために、第１図に例示したような
、刷子を有しない、速度発電機を設ける必要のない構造
簡易な直流無刷子電動機が賞用されている。

しかし、冷却用ファンの駆動源に直流無刷子電、、１−
バ 動機を使用する場合、電動機から発生する回転音□が、
できるだけ小さいことが要求される。そこで、゛同一風
量を発生するならば、小形のファンを高速゛で回転させ
るより、それより大形のファンを低速で回転させる方が
２発生する騒音が小さくなるこ゛とから２例えば定格回
転数３ＤＯＯｒＴ）ｍの直流無刷子電動機をそれ以下の
低回転数で回転させたいとい゛う要望が多い。電動機を
低速回転させるには、固定子巻線仕様を変更し２巻線の
巻数を増加させ、・巻線の線径を小さくしなければなら
ないが２巻数を増加させると巻線工数が増加し、線径を
小さく。

すると巻線時の断線が多くなり２歩留まりが悪くなり、
製造原価が高くなるという不都合が生じる。

また、低速回転を得るのに９通電制御回路のトラ。

ンジスタ等の制御素子を使用して励磁巻線に印加：する
電圧を下げる方式もよく行なわれるが７巻線印加電圧の
切換え整流を導通、非導通のトランジ。

スタのスイッチング作用を用いることで小形化を。

行なっている電動機の場合、上記方式では電圧制御用の
大コレクタ損失のトランジスタが必要とな−１２゜、Ａ ９７発熱が犬となる。設置スペースが必要となる。

効率が悪化する等の不都合が生じ、小形製品にｄ：不適
当である。さらに、低速回転を得るのに２巻線に抵抗素
子を追加する方式も、従来２行なわれているが、この方
式によっても、前記の大コレク”夕損失のコレクタを追
加するのと同様の不都合がある。さらに２以上の方式は
、いずれも起動時のトルクが高速回転仕様の電動機に比
較して小さくなるという不都合もある。

また、空隙寸法の大小等により発生するレラク、、。

タンストルクを起動に利用する。１相方式の直流無刷子
電動機もよく採用されるが、しかし、この場合は９巻線
通電により発生する電磁起動トルクが小さいために、起
動時に、逆回転レラクタンストルクが打消されずに電動
機が起動できない場合５も生じるという不都合がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、従来技術での上記した諸手都合点を除
き、定格回転数以下の任意の低速回転数。

で運転させることができ、起動特性のすぐれた５、１す
る。

〔発明の概要〕

本発明の特徴は、上記目的を達成するために。

直流無刷子電動機においてその通電制御装置を、′位置
検出器の出力信号に同期した鋸歯状波電圧信号を発生す
る鋸歯状波発生回路と、この鋸歯状波電圧を平滑化する
平滑回路と、上記鋸歯状波電圧と上記平滑電圧を比較し
鋸歯状波電圧が平滑電圧・より小さいとき出力を発生す
る第１の比較器と、ｉ・１低速回転時の平滑出力電圧よ
り大きな電圧値に設定される設定電圧と上記平滑電圧を
比較し設定電圧が平滑電圧より小さいとき出力を発生す
る第２の比較器と、上記第１．第２の比較器のいずれか
より出力が発生している時に前記位置検出器出カニ−を
固定子の励磁巻線に通電させるゲート回路とを偏えた構
成とするにある。

〔発明の実施例〕

以下９本発明の一実施例を第２図、第３図により説明す
る。第２図は通電制御回路図、第３図は、１゛　７　。

その各部信号のタイムチャートである。この実施例は、
１個の位置検出器と２個の固定子励磁巻線゛とを有する
第１図構成の直流無刷子電動機の通電制御装置に対する
ものである。

第２図において９位置検出器９５例えばホール゛素子、
の正側出力信号（１０）と、負側出力信号（１０）とは
、それぞれＡ、ＮＤ回路７０．７５の一方の入力とな。

っており、これらのＡ、ＮＴ）回路７０．７５の各出力
（８０）。

（８５）がそれぞれ固定子の励磁巻線（第１図の７ａ、
。

７ｂ）に供給される。２０は位置検出器９の出力信・・
１号に同期した鋸歯状波電圧信号を発生する鋸歯状波発
生回路であり９例えば、抵抗とコンデンサとの直列回路
に定電流源を接続し、コンデンサの端子に接続したトラ
ンジスタスイッチを２位置検出。

９の出力信号（１０）及び（１０’）の立上がり時点に
発生１゜するパルス信号でＯＮさせる構成とし、コンデ
ン。

すの端子電圧を出力信号（２０）として取出すことによ
り、信号（２のは９位号（１０）の立上がりによって８
クリアされた後直ちに充電をはじめ９次に信号（１０’
）の立上がりによりクリアされるまで上昇を続ける−１
４１−８　・ 鋸歯状波電圧信号となる０従って、この鋸歯状波。

電圧信号（２０）のピーク値は、第３図に示すように。

電動機の速度が低いときほど高くなる。３０はこの鋸歯
状波電圧信号（２０）を平滑化する平滑回路である。４
０は第１の比較器で、鋸歯状波電圧信号（２０）　”と
、平滑回路３０からの平滑電圧（３０）とを比較し。

鋸歯状波電圧（２０）の方が平滑電圧（３０）より小さ
い゛ときに、出力信号（４０）を発生する。４５は第２
の比較器で、電動機の低速回転時の平滑出力電圧より゛
大きな電圧値に、設定器５０で設定された設定電圧１（
５０）と平滑電圧（３０）とを比較し、設定電圧（５０
）の方が平滑電圧（３０）より小さいときに、出力信号
（４５）を発生する。６０はＯＲ回路で、第１の比較器
４０の出力（４０）及び第２の比較器４５の出力（４５
）を入力に受・けて、出力信号（６０）を発生して、　
ＡＮＤ回路７０，７５；５のそれぞれの他方の入力とし
て送られる。

以上の構成を備えた通電制御装置は次のように動作する
。まず、第１の比較器４０について考える・と、固定子
励磁巻線への通電期間は、鋸歯状波電圧（２０）が平滑
電圧（３０）より小さい期間だけとなり、２・電動機の
定常運転状態では通電期間は５０％になり。

供給される電源電圧は一定でも、励磁巻線に供給。

される実効電圧は約１／２となり、このため電動機の発
生トルクは約１／２となり、電動機は発生トル゛りと負
荷トルクとが平衡する速度で回転する。こ゛の時に発生
トルクを調整する働きをする鋸歯状波電圧（２０）の周
期は２位置検出器９の出力信号（１０）、’（１０’）
と同期しているので速度帰還が作用した形となり、速度
発電機を備えた帰還制御方式ではない゛にもかかわらず
、運転速度は安定する。　Ｉ）しかし、第１の比較器４
０を備えた構成だけでは。

電動機の起動時には鋸歯状波電圧（２のの方が平滑電圧
（３０）より高いことから、自己起動することが４でき
ない。これに対処して設けられたのが第２の比較器４５
である。即ち、定速回転時の平滑出力型１−。

圧より大きなＮ圧僅に設定された設定電圧（５０）と平
滑電圧（３０）とを比較する第２の比較器を設け。

設定電圧（５０）の方が平滑電圧（３０）より小さい時
に比較器出力を発生させる。そして、第１の比較器。

第２の比較器のいずれかより出力の発生のある時１１、
に９位置検出器９の出力を固定子励磁巻線に通電゛させ
るゲート回路構成とする。

このように構成することにより、電動機起動時には鋸歯
状波電圧（２０）のピーク値が高いことから。

平滑電圧（３０）の出力も設定電圧（５０）より高く、
従って第２の比較器４５は出力信号（４５）を発生し、
この出力信号（４５）により回転子励磁巻線はフル通電
となって電動機は起動する。回転子は次第に加速されて
いくが、平滑電圧（３０）が設定電圧（５０）より゛低
くなるまでは、第２の比較器４５は引き続き通電−信号
を出力するから、励磁巻線に流れる電流はフル通電とな
る。さらに回転子が加速されて、平滑電圧（３０）が設
定電圧（５０）より低くなると、第２の比較器４５の出
力信号（４５）　（ｄなくなり、以後は第１の比較器４
０の出力によるオン、オフ通電指令信号・がＯＲ回路、
　Ａ、ＮＤ回路で構成されるゲート回路に送られ、第１
の比較器４０の出力に応じた低速運転となる。この第１
の比較器４０の出力による低速運。

転時の速度の調整は、鋸歯状波発生回路２０の出力電圧
（２０）と、平滑回路３０の出力電圧（３０）とをそれ
・・・１１ ぞれ図示されていない分圧器で分圧して第１の比較器４
０に入力するようにし、第１の比較器４００発生する出
力（４０）のオン、オフの比率を変更することにより容
易に可能である。

以上のように１本発明実施例によれば、供給する直流電
圧は一定に°しておいて、鋸歯状波発生回路からの出力
とその平滑電圧とをそれぞれ調整して第１の比較器で比
較することで固定子巻線への通電率を任意に調整するこ
とができ、その通電率′に対応した低速度で電動機を運
転させることかで−゛き、しかもこの速度は位置検出器
で検出して負部゛還されているから、別に速度発電機を
設ける構成としなくても運転速度は安定しており、さら
に。

起動時用の第２の比較器を設けた構成であることから、
起動時には上記第１の比較器出力による制御とは無関係
に、固定子巻線にはフル通電され。

最大の起動トルクで安定に起動ができ、しかも所定の速
度に達すれば自動的に第１の比較器出力による制御に移
行するという利点がある。　゛〔発明の効果〕 ゛　１２゛ 以上説明したようにツ本発明によれば、供給電圧は不変
としたままで、固定子巻線への通電率を任意に自動的に
調整することができ、これにより定格速度より低速での
運転を安定に行なわせるこ。

とができ１発生する騒音を低下させることが可能となり
、しかも、起動時にはフル通電となるので起動は安定で
あり、さらに、上記フル通電運転から通電率による運転
への移行が自動的に行なわれる構成であることから、運
転操作性の良い、構造。

簡易の直流無刷子電動機を提供できる。　１□゛

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術の説明図で（ａ）は断面図、（ｂ）は
通電制御回路図、第２図は本発明の一実施例を示す通電
制御回路図、第３図は第２図の各部信号゛のタイムチャ
ートである。　□−” 符　号　の　説　明 ■・・・回転子軸　３・・・永久磁石 ４・・・空隙　’　５ａ、５ｂ・・・ポールシュー６ａ
、６ｂ・・・固定子磁極７ａ、７ｂ・・・励磁巻線８・
・・固定子ヨーク　９・・・位置検出器２０・・・鋸歯
状波発生回路　３０・・・平滑回路４０・・・第１の比
較器　４５・・・第２の比較器５０・・・設定電圧設定
器　６０・・・ＯＲ回路７０．７５・・・ＡＮＤ回路 代理人弁理士　中　村　純之助 ・　１５ ５！Ｉ’　１　１＠ （Ｑ） （ｂ） 会

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 永久磁石回転子と、この回転子と空隙を介して゛。 対向設置される固定子と、上記回転子の磁極位置を検出
   する位置検出器と、この位置検出器の出力。 に応じた電流を上記固定子に巻装された励磁巻線・に通
   電する通電制御装置とを備えて上記回転子を・駆動する
   直流無刷子電動機において、位置検出器ト−の出力信号
   に同期した鋸歯状波電圧信号を発生す。 る鋸歯状波発生回路と、この鋸歯状波電圧を平滑。 化する平滑回路と、上記鋸歯状波電圧と上記平滑電圧を
   比較し鋸歯状波電圧が平滑電圧より小さい。 とき出力を発生する第１の比較器と、低速回転時１．、
   。 の平滑出力電圧より大きな電圧値に設定される股。 定電圧と上記平滑電圧を比較し設定電圧が平滑電圧より
   小さいとき出力を発生する第２の比較器と、。 上記第１．第２の比較器のいずれかより出力が発。 生じている時に前記位置検出器出力を固定子励磁−１７
   ゜巻線に通電させるゲート回路とを備えた通電制御゛装
   置としたことを特徴とする直流無刷子電動機。