JP2818450B2 - ブラシレス直流モータ用電子制御回路 - Google Patents

ブラシレス直流モータ用電子制御回路

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JP2818450B2 JP1270168A JP27016889A JP2818450B2 JP 2818450 B2 JP2818450 B2 JP 2818450B2 JP 1270168 A JP1270168 A JP 1270168A JP 27016889 A JP27016889 A JP 27016889A JP 2818450 B2 JP2818450 B2 JP 2818450B2
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14Electronic commutators
    • H02P6/16Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements

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  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はブラシレス直流モータ用制御回路、特に誘導
電圧によって回転位置を検出する電子回路に関する。
[従来技術] ブラシレス直流モータは、家庭用装置、ポンプおよび
ファンのような信頼性および高い効率を必要とする装置
において重要である。
前記モータは実質的にコイルを有するステータ、永久
磁石ロータ、およびステータコイルに電流を供給するイ
ンバータ、および時間および期間に関する情報を与える
位置センサから構成され、各コイル装置は継続的に付勢
されなければならず、中央制御装置はロータの電流、速
度および位置情報を処理してインバータに命令パルスを
送信する。
このようなモータ用の回転制御において、各コイル装
置の付勢期間中の電流制御は、運動ロータによってコイ
ルに誘導された電圧の基本波よりも高い周波数における
電圧のパルス幅変調によって行われる。
誘導された電圧によるロータ位置の検出は、コイル上
の電圧変調からの高周波成分を減衰し、それら自体から
の信号またはそれらの各々をその平均と比較してロータ
位置に対応した論理信号を生成することによって得られ
る。
このロータ位置の検出技術は日本国公開特許公報52−
80415号明細書および55−5035号明細書(A)に記載さ
れており、これらはコイル上の電圧変調による高周波成
分を減衰するために第1および第2のオーダーのRC型の
受動ローパスフィルタを使用している。
[発明の解決すべき課題] このようなフィルタは高周波成分を満足するように減
衰するが、位相移動が周波数およびロータ速度により変
動するようなフィルタされた信号への位相移動を導くと
いう欠点を有する。
前記フィルタされた信号の位相移動は、その実効位置
に関連したロータ位置に対応した論理信号の位相移動を
引起こし、それ故コイル中の誘導電圧に関連した同じコ
イルに変位電流を供給し、供給電流と誘導電圧との間の
この位相移動はモータ特性を劣化させる。これはモータ
が最大効率状態からはずれているためである。
さらに別の制御回路が日本国公開特許公報51−150624
号明細書により提案されている。
この文献は、サイリスタを備えたサイクル変換器によ
って駆動されるモータを示し、コイルに角度を与える電
流の制御が回路装置によって広い速度バンドで効率的に
行われる。
コイルに対する電流供給角度を制御する前記のような
回路は複雑であり、複数の構成素子のために高価である
という欠点を有する。
本発明の目的は、コイルにおける誘導電圧と同位相で
電流を供給することができるブラシレス直流モータ用の
制御回路を提供し、利用できる全ての速度範囲において
可能な限り最良の特性を維持することである。
さらに本発明の特有の目的は、ロータ位置に対応した
論理信号の位相移動を引起こさずにモータコイル上の電
圧変調による高周波成分を減衰することができるロータ
位置を検出する回路を提供することである。
本発明のさらに別の目的は、簡単な電子回路と少数の
部品を使用して従来の装置の欠点を克服することであ
る。
[課題解決のための手段] これらの目的は、コイルに電流を供給するインバータ
と、各コイル装置が継続的に付勢されなければならない
瞬間および期間からの情報を誘起された電圧から提供す
る相対的なロータ・ステータ位置検出回路と、インバー
タによってステータコイルに供給された電流と、基準速
度とロータ位置とに関する情報を処理してインバータに
命令パルスを送信する中央制御装置とから構成されてい
るコイル化されたステータおよび永久磁石ロータを含む
ブラシレス直流モータ用電子制御回路により達成され
る。
本発明によると、ステータコイルと永久磁石ロータと
を備えたブラシレス直流モータのための電子制御回路で
あって、該回路は、該ステータコイルへの電流の供給を
制御するためのインバータと、該ロータとステータとの
相対的な角度位置を表示するために該ステータコイル内
に誘起された電圧に反応する位置検出回路と、該位置検
出回路からのロータ・ステータ位置情報と該インバータ
からの情報と基準速度情報とを処理し、該コイルへの電
流供給の時期を制御するために該インバータへ命令信号
を伝送する中央制御装置とを含み、該位置検出回路は、
それぞれのステータコイルの端子へ接続されたRC型ロー
パスフィルタを含み、各ローパスフィルタの出力は、対
応する電圧比較器の第1の入力と、キャパシタを介して
該対応する比較器のすぐ前の順序の電圧比較器の第2の
入力と、第1の抵抗を介して共通点とへ接続され、該共
通点は、それぞれ第2の抵抗によって各比較器の第2の
入力へ接続され、比較器の第2の入力へ一対で接続され
た各キャパシタおよび第2の抵抗は、ハイパスフィルタ
を構成する電子制御回路が提供される。
上記のような回路における高周波成分を減衰するRC型
のローパスフィルタを使用するその他の回路と対照的
に、相対的なロータ・ステータ位置に対応した論理信号
は常に実効的なロータ位置と同位相で発生され、それに
よってモータコイルに供給される電流がそこに誘導され
た電圧と同位相となることを可能にする。この方法によ
り全ての利用可能な速度範囲においてモータを実効的に
制御することができる。
提案された回路の別の利点は、この回路にはモータの
良好な特性を得るために通常使用され、位相エラーを補
償する付加的な回路が必要ないことである。
この発明による回路は簡単な構造であり、素子の個数
も少い。
[実施例] 第1図に示されているように、インバータ10は3個の
ステータ巻線21,22および23から構成されたブラシレス
直流モータ20のここではインダクタL1,L2,L3で表された
3相に電流を供給し、電圧供給V1,V2,V3が運動ロータに
よって誘導され、ロータ速度に線形的に依存するその電
圧および周波数値を有する各電圧を示す。
位相φ1,φ2およびφ3の電圧Vφ1,Vφ2,Vφ3
それぞれ誘導電圧によってロータ相対位置検出ブロック
30に送られる。回路全てに対する基準電位(接地電位)
である電源80の負の端子11もまた検出ブロック30に接続
されている。
ロータ位置検出ブロック30は前記情報および電流値IM
および基準速度WRの関数でインバータ10の6個のトラン
ジスタT1乃至T6に命令信号S1乃至S6を送信する中央制御
装置70に端子P1,P2およびP3を通って3つの論理信号35,
36および37をそれぞれ送信する。
第5図を参照すると、本発明は3個の電圧デバイダと
第1の順序の3つのローパスフィルタ1,2,3から好まし
い形態で構成され、電圧デバイダはそれぞれが各位相の
電圧Vφ1,Vφ2,Vφ3を電子回路に適したレベルに減
少する抵抗51および52から成り、ローパスフィルタはそ
れぞれキャパシタ53と実質的には1対の抵抗51および52
によって構成され、これらは誘導された電圧信号V1,V2,
V3が伝送され、インダクタL1,L2,L3上の電圧変調から生
じる高周波の成分の大部分が減衰されるように計算され
る。
このフィルタ作用の後、第6図に示されているよう
に、ローパスフィルタ1,2,3と誘導電圧V1,V2,V3の基本
周波数との特性の関数であるα角度で遅延された誘導電
圧V1,V2,V3の信号の再結合であるVF1,VF2およびVF3がそ
れぞれポイントF1,F2,F3において得られる(第3図およ
び第5図)。
平均値VMは、ローパスフィルタ1,2,3の出力F1,F2,F3
に接続された抵抗54の共通点Mにおける再結合された信
号VF1,VF2およびVF3(第3図および第5図)から得られ
る。
抵抗値54は上記のローパスフィルタの特性を変化し、
またそのことは設計に考慮されなければならない。
このような平均値VMは、抵抗55を介して比較装置の反
転入力59,60および61に供給される。このような抵抗55
の値はポイントM1,M2およびM3における電圧変化が平均
電圧VMを著しく変えないように抵抗54よりも高い大きさ
を有する。キャパシタ56はまたポイントM1,M2およびM3
に接続されて抵抗55と共に3つのハイパスフィルタを形
成し、これらは誘導電圧V1,V2,V3の周波数の増加に比例
して平均値VMとは異なる電圧を比較装置の反転入力59,6
0および61に給電する。
第3図における基準38Aは、誘導電圧V1が誘導される
電圧V2よりも低くなる瞬間である。基準38Bは、誘導電
圧V1がV1,V2およびV3間の平均値VMよりも低くなった瞬
間である。
38Aと38Bとの間の位相差は常に30゜である。30゜の同
じ差は再結合された信号VF1,VF2およびVF3が上記のよう
に比較されたときに認められ、結果的にそれらの間の位
相のずれが120゜である論理信号35,26および37となる
(第3図)。
2つの比較形態における論理信号間の一定の30゜の変
移というこの特性に加えて比較装置のヒステリシスによ
り得られた効果を使用することにより、複雑な回路を使
用しなくても比較の最終結果を一定にすることができ、
したがって大量生産に対して少ない受動素子を使用し、
簡単で適切な回路形態にすることができる。
第6図および第7図に示されている最小の動作周波数
FAにおいて、ポイントMF1,MF2およびMF3における電圧
(第5図)は実質的に平均電圧VMに等しく、これはこの
平均電圧VMと各電圧V1,V2およびV3との間で比較が発生
し、その結果この比較から論理信号35A,36Aおよび37Aが
生じた(第3図)ことを示す。
この論理信号35A,36Aおよび37Aは基準38Bに関してα
A+hA角度だけ遅延されている。
回路は、モータ20の最小の動作速度に対応した周波数
FA(第6図および第7図)において論理信号35A,36Aお
よび37AのαA+hAの遅延が30゜に等しく、論理信号35
A,36Aおよび37Aの転移の瞬間が基準38Cと一致する(第
3図)のように構成されなければならない。
したがって、信号35A,36Aおよび37A間における論理信
号組合せによって発生された命令信号S1乃至S6はコイル
21,22および23(第1図)を通して誘導された電圧V1,V2
およびV3(第4図)と同位相の電流I1,I2およびI3(第
4図)を供給し、その状態のψ角度はゼロに等しい。
αA+hA角度は、ローパスフィルタによって引起こさ
れたαAの遅延角度と電圧比較装置59,60および61上で
ヒステリシスによって引起こされたhAの遅延角度との合
計である。このヒステリシスは抵抗57および58の値の比
の関数である。
このヒステリシスは、電圧を比較した結果である論理
信号35,36および37中にhAの遅延(第6図)を生成する
ために使用され、遅延は第6図のグラフのようにロータ
速度と共に増加する。ヒステリシスはまたローパスフィ
ルタ1,2および3によって消去できない電圧比較装置59,
60および61の雑音その他を防止するのに適している。
高周波数FB(第6図および第7図)において、ポイン
トM1,M2およびM3における電圧は、キャパシタ56および
抵抗55によって形成されたハイパスフィルタのためにそ
れぞれ実質的に電圧VF2,VF3およびVF1に等しい。そのこ
とは、電圧VF1とVF2およびVF2とVF3並びにVF3とVF1の間
において比較が生じ、これらの比較から論理信号35B,36
Bおよび37Bがそれぞれ発生した(第3図)ことを示す。
周波数FB(第6図および第7図)におけるこれらの論理
信号35B,36Bおよび37Bは、基準38Aに関してαB+hB
角度だけ遅延される(第3図)。
回路はモータ20の最大動作速度に対応した周波数F
B(第6図および第7図)において論理信号35B,36Bおよ
び37BのαB+hBの遅延が60゜に等しく(第3図)、論
理信号35B,36Bおよび37Bの転移の瞬間が基準38Cと一致
する(第3図)ように構成されなければならない。
FAおよびFB間の中間周波数には結合効果があり、信号
35,36および37を常に基準38Cと同位相に維持している。
このようにして、第7図に示されたようなψ角度は、モ
ータ速度の利用可能な範囲である周波数FAとFBとの間に
おいてゼロに等しくされている。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明により提案されているタイプのモー
タ、インバータおよび中央制御装置のブロック図を示
す。 第2図は、電源における負の電位に関する時間とその平
均値の関数である位相の電圧のグラフを示す。 第3図は各位相で誘起された電圧、それぞれフィルタさ
れたその値、比較後の論理信号および各インバータスイ
ッチに対する動作期間を時間期間で表したグラフであ
る。 第4図は位相中に誘導された電圧および同位相にある電
流のグラフであり、それらの間の位相角度を示す。 第5図は位置検出回路の1実施例を示す。 第6図は、誘起電圧の基本周波数の関数で位置検出回路
における電圧信号の角度展開を示すグラフである。 第7図は、誘起電圧の全ての周波数範囲にわたって本発
明の回路により得られるψ角度の展開を示すグラフであ
る。 10……インバータ、20……モータ、21,22,23……ステー
タ巻線、30……回転相対位置検出ブロック、70……中央
制御装置、80……電源。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H02P 6/00 - 6/24

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ステータコイルと永久磁石ロータとを備え
    たブラシレス直流モータのための電子制御回路であっ
    て、 該回路は、該ステータコイルへの電流の供給を制御する
    ためのインバータと、該ロータとステータとの相対的な
    角度位置を表示するために該ステータコイル内に誘起さ
    れた電圧に反応する位置検出回路と、該位置検出回路か
    らのロータ・ステータ位置情報と該インバータからの情
    報と基準速度情報とを処理し、該コイルへの電流供給の
    時期を制御するために該インバータへ命令信号を伝送す
    る中央制御装置とを含み、 該位置検出回路は、それぞれのステータコイルの端子へ
    接続されたRC型ローパスフィルタを含み、各ローパスフ
    ィルタの出力は、対応する電圧比較器の第1の入力と、
    キャパシタを介して該対応する比較器のすぐ前の順序の
    電圧比較器の第2の入力と、第1の抵抗を介して共通点
    とへ接続され、該共通点は、それぞれ第2の抵抗によっ
    て各比較器の第2の入力へ接続され、比較器の第2の入
    力へ一対で接続された各キャパシタおよび第2の抵抗
    は、ハイパスフィルタを構成し、 各比較器が運転中に入出力信号間の位相遅れを生じさせ
    ることができる電子制御回路。
  2. 【請求項2】該共通点を該比較器へ接続する該第2の抵
    抗が該ローパスフィルタを該共通点へ接続する第1の抵
    抗よりも高い抵抗値を備える請求項1に記載の回路。
  3. 【請求項3】各比較器の第1及び第2の入力がそれぞれ
    非反転入力及び反転入力である請求項1又は2に記載の
    回路。
  4. 【請求項4】各ステータコイルへ供給される電流の位相
    が360゜/nだけ異なり、nは、ステータコイルの数であ
    る請求項1乃至3のいずれか一項に記載の回路。
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