JPS62144590A - 無整流子電動機 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、ファン等の駆動用に使用される無整流子電動
機に関するものである。

従来の技術 従来この種の無整流子電動機は第８図〜第１１図に示す
ような構成であった。図において、１〜６はスイッチン
グ素子であり、それらの出力端が３相ブリツジ接続され
、中性点非接地スター結線された固定子巻線７〜１２に
接続されている。回転子１３は４極に着磁された磁極片
をもち固定子巻線７〜１２に対する相対的な位置を３個
の磁電変換素子３ｏ〜３２で検出している。第９図は回
転子１３の回転角とスイッチング素子１〜６の導通パタ
ーンを示した図であるが、制御回路３３は磁電変換素子
３０〜３２の出力を処理して、スイッチング素子１〜６
が図におけるＯＮ″″Ｃ導通するようゲート信号を出力
し、固定子巻線７〜１２に対する通電を制胆している。

その結果中じる固定子の磁界を示したのが第１０図、電
動機の回転トルクを示したのが第１１図である。第１０
図において、６０纏隔で配置された固定子巻線７〜１２
に第９図に示す順序で通電していくと、（２）における
矢印のベクトルで示す磁界が発生し、回転子１３の回転
角％πごとに同じ角度だけ右回転し、固定子回転磁界と
回転子１３の磁極によって電動機の回転トルクが得られ
ていた。また第９図かられかるように、３相の固定子巻
線のうち常に２相だけが通電されており、残りの１相は
通電されていないものであった。

発明が解決しようとする問題点 このような従来の構成では、電動機の電源電圧。

回転子磁極の強さ等を含む回転子の構造、固定子巻線の
巻数等を含む固定子の構造が決められた場合、電動機の
最大出力はそれにしたがって決定されてしまい、もし何
らかの要請によって出力を増大させたい場合、電源電圧
を高くしたり、固定子巻線の線径を増大させたり、回転
子磁極を強くしたりする必要があった。しかしながら電
源電圧の変更を除いて、いずれの場合も電動機自身の構
造を変更する必要があるため、簡単に出力増大をするこ
とが困難であるという問題があった。

また電源電圧を変更するには可変電源等を用意する必要
があるという問題もあった。

本発明はこのような問題点を解決するもので、電動機の
構造を変更しなくても、また電源電圧を高くしなくても
出力を増犬烙せることが可能な無整流子電動機を提供す
ることを目的とするものである。

問題点を解決するための手段 この問題点を解決するために本発明は、中性点を非接地
とした３相スター結線の固定子巻線と、磁極を有する回
転子と、前記回転子の位置を検出する位置検出手段を有
し、前記位置検出手段の出力に応じて、すべての前記固
定予巻“線に対する通電と、３相のうちの２相だけに対
する通電を交互に繰り返す制御手段とをもうけたもので
ある。

作　　用 この構成により、位置検出手段によって回転子の位置を
検出しながら、制御手段によって３相の固定子巻線の所
定の２相だけでなく、３相すべでの巻線に所定の方向に
通電する時間をもうけているため、電源電圧を変更しな
くても固定子巻線に流入する総電流が増加することとな
り、電動機のトルクおよび回転数が上昇し、出力が増大
する。

実施例 以下本発明の一実施例について第１図〜第７図にもとづ
き説明する。図において１４は回転子１３と同期して回
転するように回転子１３に取り付けられた位置検出板で
、その片面にＮ極とＳ極が均等な幅で全周で２４極に着
磁されている。１５は磁電変換素子で、位置検出板１４
の磁束を検出できる位置に取り付けられ、位置検出板１
４とで回転子１３の固定子巻線７〜１２に対する相対的
な位置を検出する検出手段１６を構成している。１８は
通常の出力状態で運転させるか、出力を増大させた状態
で運転させるかの指示をする出力決定手段である。１７
は出力決定手段１８の出力と、位置検出手段１６の出力
変化に応じてスイッチング素子１〜６の導通状態を変化
させる制御手段である。第２図は３相通電と２相通電を
交互に行ない出力を増大させた運転状態での位置検出手
段１６の出力と回転子１３の回転角とスイッチング素子
１〜６の導通状態の関係を示した図である。常に２相通
電を行う通常の出力状態では、回転子１３０回転角とス
イッチング素子１〜６の導通状態との関係は第９図に示
す従来例と全く同様である。

上記構成において、時刻ｔ。に磁電変換素子１５に対向
する位置検出板１４の磁極がＮ極からＳ極。

もしぐはＳ極からＮ＆に変化する位置に位置検出板１４
と磁電変換素子１６を設定しておけば、時刻ｔ。に磁電
変換素子１５の出力が図における１から０、もしくは０
から１に変化する。本実施例では０から１に変化してい
るが、どちらでもよく、要は時刻ｔ０に磁電変換素子１
６の出力が変化すればよい。磁電変換素子１５の出力、
つまり位置検出手段１６の出力が変化すると、制御手段
１７はスイッチング素子１と６を導通させるゲート信号
を出力し、固定子巻線７，８，１１．１２に通電を行い
、それによって生じた磁界によって回転子１３を回転さ
せる。その磁界を第３図においては、時刻ｔ０における
矢印のベクトルで示しており、通電した２相の巻線の中
間位置に発生している。回転子１３の回転とともに位置
検出板１４も回転し１回転角芭π回転した時刻ｔ１には
、磁電変換素子１５に対向する磁極が変化することにな
り、位置検出手段１６の出力も変化する。ｔｏからｔｌ
までは、出力決定手段１８の出力にかかわらず、同じ２
相の固定子巻線に対して通電しておリ、第３図に示す磁
界も第４図に示す回転トルクも従来例と同様である。ｔ
ｌ　　時に、出力決定手段１８から通常出力状態での運
転命令が指示されていた場合、制御手段１７はスイッチ
ング素子の導通状態を変更させないが、出力増大状態で
の運転命令が指示されていた場合、導通状態を変化させ
、スイッチング素子１と５と６を導通させ、３相の固定
子巻線すべてを通電させる。このとき２相通電の場合の
１相の固定子巻線のインピーダンスを（Ｒ＋ｉωＬ）と
すると、２相通電の場合の固定子巻線のインピーダンス
Ｚは、 Ｚ＝２（Ｒ−１−ｊωＬ） となるが、３相のうちの１相の巻線から電流が流入し残
りの２相の巻線から電流が流出していくこの場合の３相
通電の固定子巻線のインピーダンスをＺ′とすると となり、２相通電の場合より低くなる。そのため固定子
巻線に流入する電流が２相通電の場合より増加し、それ
による磁界も強くなる。そのときの磁界を第３図の時刻
ｔ１における矢印のベクトルで示している。磁界が強く
なった結果、第４図の回転子径πから％π区間の実線で
示された電動機回転トルクが、破線で示された導通状態
を変化させないで２相通電を続行した場合のトルクより
増大し、出力が増大した状態で回転子回転角％π。

時刻ｔ２まで回転する。時刻ｔ２には位置検出手段１ｅ
の出力が２度目の変化をし、制御手段１７はスイッチン
グ素子１と６を導通させるゲート信号を出力し、再び２
相通電状態に変化し、出力は回転子回転角０から仔πま
での通常出力状態と同じ大きさで、回転子回転角−πま
で回転する。この間つまり時刻ｔ２からｔ３までは、出
力決定手段１８の出力にかかわらず、同じ２相の固定子
巻線−に対して通電しており、第３図に示す磁界も第４
図に示す回転トルクも従来例と同様である。次に時刻ｔ
３には位置検出手段１６の出力が３度目の変化をし、制
御手段１７ば、出力決定手段１８から通常出力運転状態
が指示されていた場合は導通状態を変化させず、出力増
大状態での運転が指示されていた場合は、スイッチング
素子１と２と６を導通させ、３相通電をする。このとき
の３相のうちの２相の巻線から電流が流入し、残りの１
相から電流が流出していく場合の３相通電の固定子巻線
のインピーダンスをＺ“とすると。

−Ｚ　（Ｚ”（Ｚ　　、τｚ’＜ｚ”＜ｚｔとなり、２
相通電の場合および時刻ｔからｔ２までの３相通電の場
合より低くなる。そのため固定子巻線に流入する電流が
増加し、磁界が強くなり回転トルクも増大する。そのと
きの磁界は第３図のｔ３時における矢印のベクトル、ト
ルクは回転子回転角−πからτπ区間の実線で示されて
いる。

壕だその間の破線で示したトルクは２相通電を続行した
場合のものである。次に出力増大状態で回転子回転角τ
π２時刻ｔ４１で回転すると、位置検出手段１６の出力
が４度目の変化をし、制御手段１７はスイッチング素子
２と６を導通させるゲート信号を出力し、再び２相通電
の状態となる。

このように（２相通電）＝（３相通電）’−（２相通電
）＝（３相通電）“を繰り返すことにより、２相通電の
みを行う場合よりも、巻線に流入する電流が多くなり、
結果的に電動機の出力が増大する。

なおスイッチング素子１〜６の導通パターンは、回転子
回転角０からπまでのパターンを基本として、π以降は
その繰り返しで回転子１３０回転が継続する。

実際に同じ試作機で、２相通電の場合と２相と３相を交
互に通電させて運転した場合の出力を比較した図が第５
図で、横軸がトルク、縦軸が回転数を示している。実線
は２相と３相の交互通電。

破線は２相通電のみの場合で、トルク１．０　（Ｋｐ−
ｃｍ　）での出力を比較すると、２相と３相の交互通電
の場合が出力約１７．５Ｗ、２相通電の場合が約１５．
４Ｗであり、約１３６％出力が増大しており効果が確認
された。

第６図は要部の具体的な回路の一例を示す。制Ｎ手段１
７はマイクロコンピュータ１９および周辺回路から構成
されている。磁電変換素子１５はディジタルホールＩＣ
であり、回転子位置を示すディジタル信号を出力し、そ
の出力が直接マイクロコンピュータ１９に入力されてい
る。出力決定手段１８は切換スイッチ２ｏから構成され
ており、その出力と磁電変換素子１６からの出力信号に
応じて、マイクロコンピュータ１９は導通させるスイッ
チング素子を決定し、そのゲート信号を出力している。

次に上記のように構成した無整流子電動機の動作を第７
図のフローチャートを用いて説明する。

電動機の電源を投入すると同時に、マイクロコンピュー
タ１９はステップ２１で磁電変換素子１５と切換スイッ
チ２ｏの出力信号の取り込みを開始し、それと同時に、
ＲＯＭに記憶された第７図のフローチャートに示すプロ
グラムの手順にしたがって、電動機の回転が始する。ま
ずステップ２２で、最初の２相通電のゲート（時刻１０
−１１におけるパターンのゲート信号）を出力し、回転
子１３を回転させる。その後ただちにステップ２３で磁
電変換素子１５の出力を観察しつづけ、変化すればステ
ップ２４で通電パターンを３相通電（時刻ｔ１−１２に
おけるパターン）に変更したのち、ステップ２６で通常
出力が要請されているかどうか判断し、もし出力増大運
転が要請されていればステップ２６で、ステップ２４で
決定したパターンどうりのゲート信号を出力し３相通電
を行ない、ステップ２７へうつる。通常出力が要請され
ていればゲート信号は出力しないでそのま１の状態で同
様にステップ２７にうつる。ステップ２７で再度磁電変
換素子１５の出力が変化したかどうか観察しつづけ、変
化すればステップ２８で通電パターンを次の２相通電（
時刻ｔ２−１３）に変更し、ステップ２９でそのゲート
信号を出力する。以後はこの繰り返しで運転が継続され
る。なお各通電パターンはあらかじめマイクロコンピュ
ータ１９中のＲＯＭに順番にデータとして記憶されてお
り、本例では１２種類のデータである。

なお本例では位置検出手段に磁電変換素子を用いたが、
フォトインタラプタ等の光学的素子を用いてもよく、そ
のときには回転子位置検出板もそれにあわせて変更すれ
ばよい。

以上のように本実施例によれば、１個の磁電変換素子と
位置検出板によって回転子の位置を検出しながら、固定
子巻線に対する通電を２相と３相交互に行うことによっ
て、巻線に流入する電流が増加し、簡単な構造で、出力
を増大させた運転が可能になる。

発明の効果 以上の実施例の説明より明らかなように本発明によれば
、位置検出手段によって回転子の位置を検出しながら、
制御手段によって２相通電と３相通電を交互に行ってい
るので、電源電圧を変更しなくても、固定子巻線に流入
する電流が増加し出力が増大する。そのため、固定子巻
線の線径や回転子磁極の強さ等の電動機構造を変更しな
くても。

出力の増大が可能という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における無整流子電動機の概
略構成図、第２図は同スイッチング素子の導通状態等を
示す説明図、第３図は同固定子巻線の磁界を示した説明
図、第４図は同回転トルク説明図、第６図は同トルクカ
ーブ、第６図は同要部回路図、第７図は同運転のための
プログラムの一例を示すフローチャートである。第８図
は従来の無整流子電動機の概略構成図、第９図は同スイ
ッチング素子の導通状態等を示す説明図、第１０図は同
固定子巻線の磁界を示した説明図、第１１図は同回転ト
ルク説明図である。 ７．８，９，１０，１１．１２・・・・・・固定子巻線
、１３・・・・・・回転子、１６・・・・・・位置検出
手段、１７・・・・制御手段。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名ｒ−
’１ 第２図 、６間　　ｔ＋ａ＠＋ｔ、バｊ　＄４　ｔｆ　！＜　ｔ
′弓＠　６４　ｔｏｏ　ｔ＋・ｔｕシ″８“む゛第３図 →回転ｊ回転角 第５図 一一一一→−トルク　０勺（ｆｆｉ） 第６図 ＋Ｖ 第　７　図 第８図 第９図 第１つ　図 −一◆回転李回転＾

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 中性点を非接地とした３相スター結線の固定子巻線と、
   磁極を有する回転子と、前記回転子の位置を検出する位
   置検出手段を有し、前記位置検出手段の出力に応じて、
   すべての前記固定子巻線に対する通電と、３相のうちの
   ２相だけに対する通電を交互に繰り返す制御手段とを備
   えた無整流子電動機。