JP3258743B2 - ブラシレスモータ駆動装置 - Google Patents

ブラシレスモータ駆動装置

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JP3258743B2
JP3258743B2 JP02967493A JP2967493A JP3258743B2 JP 3258743 B2 JP3258743 B2 JP 3258743B2 JP 02967493 A JP02967493 A JP 02967493A JP 2967493 A JP2967493 A JP 2967493A JP 3258743 B2 JP3258743 B2 JP 3258743B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、複数のスイッチング素
子を備えてなるインバータを制御してブラシレスモータ
の回転子を回転させるブラシレスモータ駆動装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来のブラシレスモータ駆動装置におい
ては、例えば特公昭58−25038号公報、特開昭6
1−293191号公報等に示されるもののように、ブ
ラシレスモータの各端子電圧に基づいて回転子の磁極位
置を検出し、これにより複数のスイッチング素子を備え
てなるインバータを制御してブラシレスモータの回転子
を回転させるようにしたものがある。
【0003】ここで、このような駆動装置としては、例
えば図11に示すもののように3相ブリッジ接続された
6個のスイッチング素子である電界効果トランジスタ
(以下FETという)S1〜S6を備えてなるインバー
タ1と、電機子巻線が中性点非接地スター結線されたブ
ラシレスモータ(以下モータという)2と、モータ2の
各端子U,V,Wの端子電圧Vu,Vv,Vwと中性点
電圧Vn(図12(a)参照)とを比較することにより
モータ2の回転子であるロータ3の磁極位置を示すロー
タ位置信号Cu,Cv,Cw(図12(b)参照)を検
出するロータ位置検出部4と、このロータ位置信号C
u,Cv,Cwの位相を60°×n+30°、例えば9
0°(n=1)遅らせて転流タイミングの基となる遅延
信号Du,Dv,Dw(図12(c)参照)を作るロー
タ位置信号遅延部5と、このロータ位置信号遅延部5か
らの遅延信号Du,Dv,Dwを基にインバータ1のF
ETS1〜S6をオンオフ制御するためのFETドライ
ブ信号(図示せず)を作るFETドライブ信号発生部6
とより構成されるものがある。
【0004】そして、FETS1〜S6をFETドライ
ブ信号によりオンオフしてモータ2の各相を励磁する一
方、ロータ位置検出部4からのロータ位置信号Cu,C
v,Cwをロータ位置信号遅延部5にて90°位相を遅
らせて遅延信号Du,Dv,Dwとした後、FETドラ
イブ信号発生部6に入力してFETドライブ信号を作
り、このFETドライブ信号によりモータ2を効率良く
回転させるようなタイミングでFETS1〜S6をオン
オフするようにしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来のブラシレスモータ駆動装置においては、図11に
示すようにロータ位置検出部4及びロータ位置信号遅延
部5がそれぞれ3相分必要となるため回路構成が複雑と
なるという問題点があった。
【0006】また、ロータ位置信号処理は、各ロータ位
置検出部4及びロータ位置信号遅延部5にてそれぞれ行
なうようになっているため信号処理にバラツキが生じ、
正確なロータ位置検出を行なうことができず、これによ
り転流タイミングがずれるという問題点があった。
【0007】本発明は、簡単な回路構成で正確なロータ
位置検出を行なうことのできるブラシレスモータ駆動装
置を提供することを目的とするものである。
【0008】
【0009】
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、複数のスイッ
チング素子を備え、インバータを制御してブラシレスモ
ータの回転子を回転させるブラシレスモータ駆動装置に
おいて、前記スイッチング素子は、モータ駆動時にハイ
サイド側とローサイド側の両方のスイッチング素子を同
時にオンオフし、オフ時に前記スイッチング素子に設け
たフライホイールダイオードを通して蓄積エネルギによ
る電流が流れるように構成し、前記スイッチング素子が
オンオフする間の前記ブラシレスモータの各端子電圧の
うちの最大になった相の最大端子電圧と最小になった相
の最小端子電圧との平均電圧と、前記ブラシレスモータ
の中性点電圧とを比較して得られる信号により前記回転
子の磁極位置を検出して前記インバータを制御するもの
である。
【0011】
【作用】以上の構成により、ブラシレスモータを駆動す
るスイッチング素子は、モータ駆動時にハイサイド側と
ローサイド側の両方のスイッチング素子を同時にオンオ
フし、オフ時にスイッチング素子に設けたフライホイー
ルダイオードを通して蓄積エネルギによる電流が流れ、
このときの各端子電圧のうちの最大になった相の最大端
子電圧と最小になった相の最小端子電圧との平均電圧
と、ブラシレスモータの中性点電圧とを比較して得られ
る信号により回転子の磁極位置を検出することができ、
この検出によってインバータを制御するものである。
【0012】
【0013】
【実施例】以下、本発明の第1の実施例を図面を参照し
て説明する。
【0014】図1は、本発明の第1の実施例に係るブラ
シレスモータ駆動装置の回路図である。なお、同図にお
いて、図11と同一符号は同一又は相当部分を示してい
る。
【0015】同図において、7は直流電源電圧Eを1/
2に分圧する分圧抵抗部8から入力される1/2電圧
(E/2)と、中性点電圧Vnとを比較してロータ3の
磁界位置を示す後述するようなロータ位置信号を検出す
るためのロータ位置検出部である。
【0016】ここで、モータ2の各端子電圧Vu,V
v,VwはFETS1〜S6のオンオフに伴い、図2
(a)に示すように0〜Eの間を周期的に増減し、これ
により中性点電圧Vnは図2(b)に示すように1/2
電圧(E/2)を基準として増減を繰り返している。な
お、同図において、SpはFETS1〜S6をオンオフ
する際に生じるスパイクである。
【0017】そして、このロータ位置検出部7において
1/2電圧(E/2)と、中性点電圧Vnとを比較する
と、図2(c)に示すように中性点電圧Vnが1/2電
圧(E/2)と等しくなる毎にオンオフを繰り返すロー
タ位置信号Cnが得られるようなっている。
【0018】ここで、このロータ位置信号Cnは、ロー
タ3の位置が、中性点電圧Vnと1/2電圧(E/2)
とが等しくなるような位置、即ちロータ3の磁界が作る
磁界と一つの電機子巻線の作る磁界とが例えば90°ず
れた位置にあることを示すものである。
【0019】しかし、このままでは転流タイミングを作
るための信号とすることはできないため、このロータ位
置信号Cnはロータ位置信号遅延部9に入力されるよう
になっている。ここで、このロータ位置信号遅延部9
は、ロータ位置信号Cnの位相を60°×n+30°、
例えば図2(d)に示すように30°(n=0)遅延さ
せて転流タイミングと一致する遅延信号Dnを作るため
のものである。なお、このロータ位置信号遅延部9にお
いて、スパイクSpは取り除かれる。
【0020】そして、転流タイミングと一致する遅延信
号Dnは、FETドライブ信号発生部6に入力され、こ
のFETドライブ信号発生部6において、その立ち上が
り、立ち下がりに応じてFETS1〜S6をオンオフす
るためのFETドライブ信号(図示せず)が作られるよ
うになっている。
【0021】そして、このように構成されたブラシレス
モータ駆動装置においては、モータ2に通電が開始され
ると、まずロータ位置検出部7において分圧抵抗部8か
ら入力される1/2電圧(E/2)と、中性点電圧Vn
とを比較してロータ位置信号Cnが検出される。
【0022】次に、このロータ位置信号Cnは、ロータ
位置信号遅延部9に入力されて位相が30°遅らされて
転流タイミングと一致する遅延信号Dnとなった後、F
ETドライブ信号発生部6に入力される。そして、FE
Tドライブ信号発生部6にて、FETドライブ信号が作
られ、このFETドライブ信号によりFETS1〜S6
をオンオフし、モータ2が効率良く駆動される。
【0023】このように、ロータ位置検出部7において
1/2電圧(E/2)と中性点電圧Vnとを比較するこ
とにより、ロータ位置信号Cnを検出することができ
る。そして、このロータ位置信号Cnを、ロータ位置信
号遅延部9において遅延させて転流タイミングと一致す
る遅延信号Dnを作り、この遅延信号DnをFETドラ
イブ信号発生部6に入力してFETドライブ信号を作る
ことができる。
【0024】また、このロータ位置信号Cnの検出を一
組のロータ位置検出部7とロータ位置信号遅延部9によ
り行なうことができるので回路構成が簡単となり、さら
にロータ位置信号Cnの処理のバラツキもなくなる。
【0025】なお、図3に示すようにインバータ1と、
モータ2との間から配線を引出して同一の3つの抵抗R
を備えて形成した擬似中性点形成回路10を形成する一
方、この擬似中性点形成回路10の中性点を擬似中性点
とし、この中性点の中性点電圧Vnと1/2電圧(E/
2)とを比較するようにすればモータ2への配線を行な
うことなくロータ位置信号Cnを検出することができる
ようになる。
【0026】ところで、これまでの説明においては、中
性点電圧Vnは常に検出されるものとして述べてきた
が、PWM制御によりモータの駆動を行なう場合、例え
ば図4に示すように第1FETS1及び第6FETS6
をオンとすると電流は矢印に示すように流れるが、PW
Mのオフ信号により第1FETS1がオフとなると電圧
はグランドされて0となる。
【0027】この場合、即ちPWMのオフ信号期間(図
5(c)参照)は、端子電圧及び中性点電圧が出力され
ないか、または大きく変化するようになるため(図5
(a),(b)参照)、この期間はロータの位置が検出
できなくなる。
【0028】そこで、このようにPWM制御によりモー
タを駆動する場合には、図1に示すFETドライブ信号
発生部6において、第1FETS1をオフとするFET
ドライブ信号が発生すると、第6FETS6に加えられ
ているFETドライブ信号をオフとするようにする。
【0029】そして、このようにして第1FETS1及
び第6FETS6を同時にオフとすると、図6に示すよ
うに電流は矢印に示すように流れ、端子電圧及び中性点
電圧は、図7(a),(b)に示すように連続的に変化
するので、PWMのオフ信号期間であっても中性点電圧
を検出でき、ロータの位置を検出することができる。
【0030】ところで、このようなPWM制御において
PWMのオフ信号期間が長い場合には、図8(a),
(b)に示すようにPWM信号がオン状態からオフ状態
に移った後、流れていた電流が流れなくなり電流が流れ
ない部分aが生じる。
【0031】そして、電流が流れていない部分aでは、
すべてのFETS1〜S6がオフ状態となり、直流電源
電圧Eのグランドに対するモータ2の端子電圧が定まら
ず、1/2電圧(1/2E)と中性点電圧Vnとを比較
してもロータ位置信号が検出できなくなる。なお、この
際各端子U,V,Wには図9(a)に示すように誘起電
圧Eu,Ev,Ewが発生するようになる。
【0032】そこで、このような場合は、図10に示す
ようにインバータ1と、モータ2との間から配線を引出
して同一の6個のダイオードD1〜D6と、同一の2つ
の抵抗R1,R2とから構成されて擬似電圧回路11を
形成する。
【0033】なお、この6個のダイオードD1〜D6の
うち上方の3個のダイオードD1〜D3は各端子U,
V,Wに発生する誘起電圧Eu,Ev,Ewの最大誘起
電圧、即ち最大端子電圧を、また下方の3個のダイオー
ドD4〜D6はその最小誘起電圧、即ち最小端子電圧を
それぞれ出力するためのものである。
【0034】そして、この6個のダイオードD1〜D6
により、例えば図9(a)のA期間のようにU相の誘起
電圧Euが最大となり、V相の誘起電圧Evが最小とな
った場合には、上方の3つのダイオードD1〜D3から
はU相の誘起電圧Euが出力され、下方の3つのダイオ
ードD4〜D6からはV相の誘起電圧Evが出力される
ようになる。
【0035】なお、これらのそれぞれ3個のダイオード
D1〜D3,D4〜D6により出力された最大誘起電圧
Eu及び最小誘起電圧Evは、同一の2つの抵抗R1,
R2により平均されて平均電圧(E/2)’となり、図
9(a)に示すように中性点電圧Vnを基準にして周期
的に増減する。
【0036】ここで、この平均電圧(E/2)’をロー
タ位置検出部7に入力し、このロータ位置検出部7にお
いて中性点電圧Vnと比較すると、図9(b)に示すよ
うなロータ位置信号Cnを検出することができる。
【0037】このように、1/2電圧(E/2)の代わ
りに誘起電圧Eu,Ev,Ewの最大誘起電圧及び最小
誘起電圧の平均電圧(E/2)’と、中性点電圧Vnと
を比較することにより、オフ信号期間において電流が流
れない部分でもロータ位置信号を検出することができ
る。
【0038】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、PWM制
御において、オフ信号期間において電流が流れない部分
でも端子電圧の最大端子電圧及び最小端子電圧の平均電
圧と中性点電圧とを比較することにより、ロータ位置信
号を検出することができる。
【0039】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例に係るブラシレスモータ
駆動装置の回路図。
【図2】上記駆動装置の各構成部において発生する信号
を示す図。
【図3】本発明の第2の実施例に係るブラシレスモータ
駆動装置の回路図。
【図4】PWM制御を行なう従来のブラシレスモータ駆
動装置に流れる電流の一例を示す図。
【図5】上記駆動装置の端子電圧、中性点電圧及びPW
M信号を示す図。
【図6】本発明の第3の実施例に係るブラシレスモータ
駆動装置に流れる電流の一例を示す図。
【図7】上記駆動装置の端子電圧及び中性点電圧を示す
図。
【図8】PWM制御のオフ時間が長い場合の端子電圧及
び中性点電圧を示す図。
【図9】PWM制御のオフ時間が長い場合の誘起電圧、
平均電圧及び中性点電圧を示す図。
【図10】本発明の第4の実施例に係るブラシレスモー
タ駆動装置の回路図。
【図11】従来のブラシレスモータ駆動装置の回路図。
【図12】上記駆動装置の各構成部において発生する信
号を示す図。
【符号の説明】
1 インバータ 2 ブラシレスモータ 3 ロータ 4,7 ロータ位置検出部 10 擬似中性点形成回路 11 擬似電圧回路 Cn ロータ位置信号 S1〜S6 電界効果トランジスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−230392(JP,A) 特開 平2−159992(JP,A) 特開 平4−372595(JP,A) 特開 平6−178587(JP,A) 特開 昭61−42288(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02P 6/00 - 6/24

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数のスイッチング素子を備え、インバ
    ータを制御してブラシレスモータの回転子を回転させる
    ブラシレスモータ駆動装置において、前記スイッチング素子は、モータ駆動時にハイサイド側
    とローサイド側の両方のスイッチング素子を同時にオン
    オフし、オフ時に前記スイッチング素子に設けたフライ
    ホイールダイオードを通して蓄積エネルギによる電流が
    流れるように構成し、前記スイッチング素子がオンオフ
    する間の前記ブラシレスモータの各端子電圧のうちの最
    大になった相の最大端子電圧と最小になった相の最小端
    子電圧との平均電圧と、前記ブラシレスモータの中性点
    電圧とを 比較して得られる信号により前記回転子の磁極
    位置を検出して前記インバータを制御することを特徴と
    するブラシレスモータ駆動装置。
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KR100327862B1 (ko) * 2000-01-19 2002-03-09 이준식 인덕턴스의 변화를 이용한 브러시리스 직류 모터의 초기위치 판별 및 초기 구동 알고리즘
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