JP3766162B2

JP3766162B2 - Brushless motor drive device

Info

Publication number: JP3766162B2
Application number: JP03475397A
Authority: JP
Inventors: 昌寛黒田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-02-19
Filing date: 1997-02-19
Publication date: 2006-04-12
Anticipated expiration: 2017-02-19
Also published as: JPH10234198A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定子巻線の端子電圧に基づいて位置検出信号を得るようにしたブラシレスモータの駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、冷蔵庫或いはエアコンデイショナのコンプレッサの駆動モータとしては、コンプレッサの能力可変が必要とされる用途の場合、回転速度制御の容易さから、ブラシレスモータが採用されるようになっており、特に、引出し線数が少ない等の特徴から、固定子巻線と永久磁石形の回転子との相対的位置をホール素子等の位置センサを用いずに固定子巻線に誘起される誘起電圧を利用して検出する位置センサレス方式のものが採用されるようになってきている。
【０００３】
ここで、図６及び図７を参照して位置検出信号の検出原理について述べるに、この図６及び図７には、Ｕ，Ｖ及びＷ相の三相の固定子巻線を有するブラシレスモータを例にとって、特に、Ｕ相の固定子巻線の端子電圧ＵＶを代表して示している。
【０００４】
即ち、この種の位置センサレス方式の駆動装置は、固定子巻線に順次通電するための駆動回路，比較器及び制御装置を備えており、比較器は、図６（ａ）で示すように、端子電圧ＵＶと基準電圧ＶＲとのクロス点を検出することにより、即ち、Ｕ相の固定子巻線に誘起される誘起電圧のゼロクロス点を検出することにより、図６（ｂ）に示すように、位相信号ＤＳＵを得る。そして、制御装置は、この位相信号ＤＳＵから電気角３０゜に相当する時間を演算してその分だけ位相信号ＤＳＵを移相し、以て、図６（ｃ）で示すように、位置検出信号ＰＳＵを得る。制御装置は、他のＶ及びＷ相の固定子巻線についても同様の処理を行なって合計３つの位置検出信号を得る。
【０００５】
そして、制御装置は、これらの３つの位置検出信号を論理変換して６つの通電タイミング信号を得、これらを駆動回路のトランジスタに与えて、順次トランジスタをオン，オフさせ、以て、固定子巻線に通電して回転子を回転させるようになる。
【０００６】
ところで、制御装置は、実際の運転に際しては、速度指令信号に基づいて出力調整を行なうべくパルス幅変調（ＰＷＭ）制御を行なうようになっている。この場合、図７（ｃ）で示すようなＰＷＭ信号ＰＳによりＰＷＭ制御を行なうと、端子電圧ＵＶも図７（ａ）で示すようにパルス状の電圧となり、これと基準電圧ＶＲとの比較により得られる位相信号ＤＳＵも図７（ｂ）にＤＳＵ´で示すようにパルス状になる。従って、このような図７（ｂ）で示す位相信号ＤＳＵ´から図６（ｃ）で示すような位置検出信号ＰＳＵを得ることはできない。
【０００７】
このため、従来では、特開平７−１４７７９３号公報に開示されたような駆動装置が考えられている。即ち、この駆動装置は、駆動回路，比較器及び制御装置の他にラッチ回路を備えている。これの動作について、図８を参照して述べる。図８（ａ），（ｂ）及び（ｃ）は、図７（ａ），（ｂ）及び（ｃ）に対応する部分拡大図である。
【０００８】
この場合、端子電圧ＵＶは、図８（ａ）で示すように、その立上り直後において振動を発生する。これは、固定子巻線のインダクタンスと駆動回路を構成するトランジスタのエミッタ，コレクタ間の浮遊静電容量とに基因するものであることは知られている。そして、図８（ｃ）で示すように、ＰＷＭ信号ＰＳのオフ（ロウ）からオン（ハイ）への立上り及びオンからオフへの立下りに対して端子電圧ＵＶの立上り及び立下りは遅れ時間Ｔｏｎ及びＴｏｆｆを有し、又、端子電圧ＵＶの立上り時点からＰＷＭ信号ＰＳの立下り時点までの時間Ｔｅは端子電圧ＵＶの振動時間Ｔｓよりも大（Ｔｅ＞Ｔｓ）になっている。
【０００９】
而して、ラッチ回路は、図８（ｄ）で示すように、ＰＷＭ信号ＰＳのオンからオフへの立下りのタイミングでラッチタイミング信号ＬＳを受けて位相信号ＤＳＵ´をラッチする。従って、今、図８（ａ）で示すような端子電圧ＵＶ´の振動電圧によって図８（ｂ）で示すように位相信号ＤＳＵ´がハイに変化したとしても、ラッチ回路は、位相信号ＤＳＵを出力することはない。
【００１０】
その後、端子電圧ＵＶが基準レベルＶＲ以上になると、ラッチタイミング信号ＬＳが発生したときには信号ＤＳＵ´がハイになっているので、ラッチ回路は、図８（ｅ）に示すように連続した位相信号ＤＳＵを出力するようになる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、特開平７−１４７７９３号公報に開示された従来の駆動装置によれば、ＰＷＭ信号ＰＳの影響を受けることなく、しかも、端子電圧の振動の影響を受けることなく位置検出信号を得ることができる。
【００１２】
しかしながら、従来のように、ＰＷＭ信号ＰＳがオンからオフに変化するタイミングで位相信号ＤＳＵ´をラッチさせる構成とすると、図８に示すように、ＰＷＭ信号ＰＳのキャリア周波数の間隔のみで端子電圧ＵＶを検出することになるので、ＰＷＭ信号ＰＳのキャリア周波数が高い場合には位置検出の大きなずれはないが、キャリア周波数が低い場合には検出位置のずれが大きくなる。
【００１３】
例えば、４極のブラシレスモータが５０００（ｒｐｍ）で回転している場合、ＰＷＭ信号ＰＳのキャリア周波数が１６（ＫＨｚ）であったとすると、検出時に生ずる誤差（ずれ）は、電気角で最大３．７５゜であるが、キャリア周波数が６（ＫＨｚ）であったとすると、検出時に生ずる誤差は、電気角で最大１０゜になり、このようなずれが不規則に生ずることを考えると、振動，騒音の発生の要因になるとともに、このようなずれが重なると、位置検出が不良となって、ブラシレスモータの駆動が不可能になる。
【００１４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、パルス幅変調信号のキャリア周波数の影響を受けることなく、しかも、端子電圧の振動の影響も受けることなく、検出ずれの小なる位置検出信号を得ることができるブラシレスモータの駆動装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のブラシレスモータの駆動装置は、ブラシレスモータの複数相の固定子巻線の端子電圧を検出する検出手段と、基準電圧を発生する基準電圧発生手段と、この基準電圧発生手段からの基準電圧と前記検出手段からの端子電圧との比較により信号を出力する比較手段と、この比較手段からの信号をラッチするラッチ手段と、このラッチ手段からの信号により位置検出信号を得てこの位置検出信号と出力調整用のパルス幅変調信号とに基づいて通電タイミング信号を出力する制御手段と、この制御手段からの通電タイミング信号に基づいて前記固定子巻線に通電する出力手段とを具備し、前記ラッチ手段を、前記パルス幅変調信号がオフからオンに変化した時点より所定時間経過した時から該パルス幅変調信号がオンからオフに変化する時までの間において、所定間隔で繰返しラッチ動作するように構成するところに特徴を有する。
【００１６】
請求項２記載のブラシレスモータの駆動装置は、ラッチ手段を、パルス幅変調信号がオンからオフに変化した時にもラッチ動作するように構成するところに特徴を有する。
【００１７】
請求項３記載のブラシレスモータの駆動装置は、ラッチ手段を、パルス幅変調信号がオンからオフに変化した時点より一定時間経過した時にもラッチ動作するように構成するところに特徴を有する。
【００１８】
請求項４記載のブラシレスモータの駆動装置は、ラッチ手段における所定時間の経過時点を、端子電圧がオフからオンに変化した後該端子電圧の振動が収束する時からパルス幅変調信号がオンからオフに変化する時までの範囲で設定するところに特徴を有する。
【００１９】
請求項５記載のブラシレスモータの駆動装置は、ラッチ手段における一定時間を、パルス幅変調信号がオンからオフに変化した時から端子電圧がオンからオフに変化する時までの範囲で設定するところに特徴を有する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施例につき、図１乃至図３を参照しながら説明する。先ず、図１に従って、全体の構成について述べる。直流電源１の正及び負端子は、その負端子側に電流検出用抵抗２を介して、駆動回路３の入力端子４及び５に夫々接続されている。尚、直流電源１の負端子はアースされている。
【００２１】
出力手段たる駆動回路３は、入力端子４，５間に半導体スイッチング素子たるＮＰＮ形のトランジスタ６乃至８及び９乃至１１を三相ブリッジ接続して構成されている。尚、トランジスタ６乃至１１には並列にフリーホイールダイオード１２乃至１７が夫々接続されている。そして、トランジスタ６及び９の共通接続点は出力端子１８に接続され、トランジスタ７及び１０の共通接続点は出力端子１９に接続され、トランジスタ８及び１１の共通接続点は出力端子２０に接続されている。
【００２２】
ブラシレスモータ２１は複数相例えばＵ，Ｖ及びＷ相の三相の固定子巻線２２Ｕ，２２Ｖ及び２２Ｗを有する固定子２２と、永久磁石形の回転子（図示せず）とを備えている。そして、固定子巻線２２Ｕ，２２Ｖ及び２２Ｗの一端子は共通に接続され、各他端子は駆動回路３の出力端子１８，１９及び２０に夫々接続されている。
【００２３】
検出手段たる分圧回路２３は、分圧抵抗２４乃至２９からなっており、固定子巻線２２Ｕ，２２Ｖ及び２２Ｗの各一端子、即ち、駆動回路３の出力端子１８，１９及び２０とアース（実際には入力端子５）との間に、分圧抵抗２４と２５との直列回路，分圧抵抗２６と２７との直列回路及び分圧抵抗２８と２９との直列回路を接続して構成されている。そして、その分圧抵抗２４と２５，分圧抵抗２６と２７及び分圧抵抗２８と２９との各共通接続点を検出端子３０，３１及び３２としている。
【００２４】
基準電圧発生手段たる基準電圧発生回路３３は分圧用の抵抗３４及び３５を備えており、これらは直流電源１の正端子と負端子との間に接続されている。そして、これらの抵抗３４及び３５の共通接続点を基準端子３６としている。
【００２５】
尚、分圧回路２３の分圧抵抗２４，２６及び２８と分圧抵抗２５，２７及び２９との抵抗値比はＫ対２（但し、Ｋは自然数）に設定され、基準電圧発生回路３３の抵抗３４と３５との抵抗値比は（Ｋ＋１）対１に設定されている。
【００２６】
比較手段３７は３個の比較器３８，３９及び４０から構成され、夫々の非反転入力端子（＋）は分圧回路２３の検出端子３０，３１及び３２に接続され、夫々の反転入力端子（−）は基準電圧発生回路３３の基準端子３６に共通に接続されている。
【００２７】
制御手段たる制御装置４１は、マイクロコンピュータを含む回路で構成されており、機能的にブロック線図で示すと、電圧指令信号発生回路４２，ＰＷＭ信号発生回路４３，ラッチ手段たるラッチ回路４４，制御手段としての主制御回路４５及びラッチタイミング信号発生回路４６からなる。
【００２８】
ラッチ回路４４は、図２に示すように、３個のＤフリップフロップ４４Ｕ，４４Ｖ及び４４Ｗから構成されている。そして、Ｄフリップフロップ４４Ｕ，４４Ｖ及び４４Ｗにおいて、夫々のデータ端子Ｄは比較器３８，３９及び４０の出力端子に接続され、夫々の出力端子Ｑは主制御回路４５の３つの入力ポートに接続され、夫々のクロック端子ＣＫはラッチタイミング信号発生回路４６の出力端子に共通に接続されている。
【００２９】
又、主制御回路４５において、他の１つの入力ポートはＰＷＭ信号発生回路４３の出力端子に接続され、６つの出力ポートはトランジスタ６，７，８，９，１０及び１１のベースにベースドライブ回路を介して接続され、他の１つの出力ポートは電圧指令信号発生回路４２の入力端子に接続されている。
そして、ラッチタイミング信号発生回路４６の入力端子はＰＷＭ信号発生回路４３の他の出力端子に接続されている。
【００３０】
次に、本実施例の作用につき、図３をも参照しながら説明する。
ブラシレスモータ２１の回転中においては、固定子巻線２２Ｕ，２２Ｖ及び２２Ｗの端子電圧ＵＶ，ＶＶ及びＷＶは分圧回路２３により分圧されて検出電圧ＵＶａ，ＶＶａ及びＷＶａとして検出され、これらが比較器３８，３９及び４０の非反転入力端子（＋）に入力される。又、直流電源１の電源電圧Ｅは基準電圧発生回路３３により分圧されて基準電圧ＶＲ（＝Ｅ／２）として出力され、これが比較器３８乃至４０の反転入力端子（−）に入力される。
【００３１】
比較器３８，３９及び４０は、これらの検出電圧ＵＶａ，ＶＶａ及びＷＶａと基準電圧ＶＲとを比較して固定子巻線２２Ｕ，２２Ｖ及び２２Ｗに誘起される誘起電圧のゼロクロス点を検出する。
【００３２】
制御装置４１は、従来の制御装置と同様に速度指令信号ＳＶに基づいて出力調整を行なうべくパルス幅変調（ＰＷＭ）制御を行なう。即ち、具体的には、主制御回路４５は、後述するように、演算により得られた位置検出信号を基にブラシレスモータ２１の実際の回転速度を示す速度検出信号ＤＶを検出して、これを電圧指令信号発生回路４２に与える。そして、電圧指令信号発生回路４２は、速度指令信号ＳＶと速度検出信号ＤＶとを比較して両者の差が零となるようなＰＷＭのデューティ信号をＰＷＭ信号発生回路４３に与える。
【００３３】
ＰＷＭ信号発生回路４３は、電圧指令発生回路４２から与えられるデューティ信号に応じたデューティのＰＷＭ信号を出力して主制御回路４５に与えるようになり、主制御回路４５は、例えば、駆動回路３の正側のトランジスタ６，７及び８に与えられるベース信号をＰＷＭ信号ＰＳにより変調するので、例えば、端子電圧ＵＶも図３（ａ）で示すようにパルス状の電圧となり、これと基準電圧ＶＲとの比較により得られる位相信号ＤＳＵも図３（ｂ）にＤＳＵ´で示すようにパルス状になる。
【００３４】
この場合、端子電圧ＵＶは、図３（ａ）で示すように、その立上り直後において振動を発生する。そして、図３（ｃ）で示すように、ＰＷＭ信号ＰＳのオフからオンへの立上り及びオンからオフへの立下りに対して端子電圧ＵＶの立上り及び立下りは遅れ時間Ｔｏｎ及びＴｏｆｆを有する。
【００３５】
而して、ラッチタイミング信号発生回路４６は、図３（ｄ）で示すように、内部において所定間隔でラッチタイミング信号ＬＳを発生するようになっており、その所定間隔は、端子電圧ＵＶの振動が収束する時間、即ち、振動時間Ｔｓ以上或いは以下に設定されており、本実施例では振動時間Ｔｓと等しくなるように設定されている。尚、振動時間Ｔｓは、ブラシレスモータ２１と回路とが決定すれば、略一義的に決るものであるから、あらかじめ測定しておく。そして、ラッチタイミング信号発生回路４６は、ＰＷＭ信号ＰＳがオフからオンに立上る時点ｔ１より端子電圧ＵＶの振動が収束する所定時間Ｔ１が経過した時点ｔ２からＰＷＭ信号ＰＳがオンからオフに立下る時点ｔ３までの時間Ｔ２の間においてラッチタイミング信号ＬＳを繰返し出力するようになっている。従って、図３（ｄ）において破線で示すラッチタイミング信号ＬＳは出力されない。これにより、ラッチ回路４４のＤフリップフロップ４４Ｕ，４４Ｖ及び４４Ｗは、ラッチタイミング信号ＬＳがクロック端子ＣＫに与えられた時点で比較器３８，３９及び４０からの信号をラッチする。
【００３６】
従って、今、図３（ａ）で示すような端子電圧ＵＶ´の振動電圧によって図３（ｂ）で示すように比較器３８からの位相信号ＤＳＵ´がハイに変化したとしても、ラッチ回路４４のＤフリップフロップ４４Ｕがラッチタイミング信号ＬＳをクロック端子ＣＫに受けたときには、比較器３８からの位相信号ＤＳＵ´はロウになっており、これにより、Ｄフリップフロップ４４Ｕは、図３（ｅ）に示すように、位相信号ＤＳＵとしてハイを出力することはない。
【００３７】
その後、端子電圧ＵＶが基準レベルＶＲ以上になると、Ｄフリップフロップ４４Ｕは、ラッチタイミング信号ＬＳが与えられたときには比較器３８からの位相信号ＤＳＵ´がハイになっているので、位相信号ＤＳＵとしてハイを出力する。これによって、比較器３８は、図３（ｅ）に示すように連続した位相信号ＤＳＵを出力するようになる。そして、主制御回路４５は、この位相信号ＤＳＵから電気角３０゜に相当する時間を演算してその分だけ位相信号ＤＳＵを移相し、以て、図６（ｃ）と同様の位置検出信号ＰＳＵを得る。主制御回路４５は、他の端子電圧ＶＶ及びＷＶについても同様の処理を行なって２つの位置検出信号を得る。
【００３８】
そして、主制御回路４５は、これらの３つの位置検出信号を論理変換して６つの通電タイミング信号たるベース信号を得、これらを駆動回路３のトランジスタ６乃至１１に与えて、順次トランジスタ６乃至１１をオン，オフさせ、以て、固定子巻線２２Ｕ，２２Ｖ及び２２Ｗに通電して回転子を回転させる。
【００３９】
このように、本実施例においては、ラッチ回路４４は、比較手段３７からの信号を、ＰＷＭ信号ＰＳのオフからオンへの立上りの時点ｔ１より端子電圧の振動が収束する所定時間Ｔ１が経過した時点ｔ２からＰＷＭ信号ＰＳがオンからオフに立下る時点ｔ３までの間に繰返し出力されるラッチタイミング信号ＬＳに基づいてラッチして連続した位相信号を得、これを主制御回路４５に与えるようにした。従って、主制御回路４５は、ＰＷＭ信号ＰＳのキャリア周波数が高い場合は勿論のこと、キャリア周波数が低い場合でも、しかも、端子電圧の振動の影響を受けることなく、検出ずれの小なる位置検出信号を得ることができる。
【００４０】
例えば、ブラシレスモータ２１が４極のもので５０００（ｒｐｍ）で回転しており、ＰＷＭ信号ＰＳのキャリア周波数が６（ＫＨｚ）で、デューティ９０％，Ｔｓ＝３０（μsec ）であったとすると、本実施例において検出時に生ずる誤差（ずれ）は、電気角で最大１．８゜となり、従来に比し検出ずれは著しく小さくなる。
【００４１】
尚、ＰＷＭ信号ＰＳのデューティが小さい場合には、オフ期間が長くなり、このオフ期間は検出不可能であるので、オフ期間が振動時間Ｔｓよりも大きくなったときには、検出誤差はより大きくなるものであるが、その場合には、回転数も低くなっており、電気角で考えた場合には誤差はそれほど増加しないと考えられ、結果として、検出誤差は小さくなる。
【００４２】
そして、位置検出信号の検出誤差（ずれ）が小さくなることから、ブラシレスモータ２１を低騒音，低振動で駆動することができ、ずれが重なっても位置検出信号が検出不能となることはなく、ブラシレスモータ２１を確実に駆動することができる。
【００４３】
図４は本発明の第２の実施例であり、図３と同一部分には同一符号を付して示し、以下、異なる部分についてのみ説明する。
この第２の実施例において前記第１の実施例と異なるところは、ラッチタイミング信号発生回路４６（図１参照）は、ＰＷＭ信号ＰＳのオンからオフへの立下りの時点ｔ３においてもラッチタイミング信号ＬＳを出力する点にある。
このような第２の実施例によれば、ＰＷＭ信号ＰＳが振動時間Ｔｓよりも短い時間オンしているような小さなデューティであっても検出が可能になる。
【００４４】
図５は本発明の第３の実施例であり、図３と同一部分には同一符号を付して示し、以下、異なる部分についてのみ説明する。
この第３の実施例では、ＰＷＭ信号ＰＳがオンからオフに変化した時点ｔ３よりも実際に端子電圧ＵＶがオンからオフに変化する時点ｔ４まで遅れ時間Ｔｏｆｆがある点に着目し、遅れ時間Ｔｏｆｆを予め測定して、この遅れ時間Ｔｏｆｆに基づいて、ラッチタイミング信号発生回路４６（図１参照）から、ＰＷＭ信号ＰＳがオンからオフに立下る時点ｔ３から端子電圧ＵＶがオンからオフに立下る時点ｔ４の間で設定される一定時間Ｔ３の経過後に、具体的には、端子電圧ＵＶがオンからオフに立下る直前にもラッチタイミング信号ＬＳを出力させる。
【００４５】
このような第３の実施例によれば、ＰＷＭ信号ＰＳが第２の実施例よりも更に小なるデューティであっても端子電圧ＵＶの振動の影響を取除くことが可能になり、位置検出信号の誤検出を確実になくすことができる。
【００４６】
尚、本発明は上記し且つ図面に示す実施例にのみ限定されるものではなく、次のような変形，拡張が可能である。
ラッチ回路４４における所定時間Ｔ１の経過時点は、時点ｔ２に限らず、時点ｔ２とｔ３との間に設定すればよい。
出力手段たる駆動回路の半導体スイッチング素子としてはＩＧＢＴを用いてもよい。
【００４７】
【発明の効果】
本発明は、以上説明した通りであるので、次のような優れた効果を奏するものである。
請求項１記載のブラシレスモータの駆動装置によれば、ラッチ手段は、固定子巻線の端子電圧と基準電圧とを比較する比較手段からの信号を、パルス幅変調信号がオフからオンに変化した時点より所定時間経過した時から該パルス幅変調信号がオンからオフに変化する時までの間において、所定間隔で繰返しラッチ動作するように構成されているので、パルス幅変調信号のキャリア周波数の影響を受けることなく、しかも、固定子巻線の端子電圧の影響を受けることなく、検出ずれの小なる位置検出信号を得ることができ、従って、振動，騒音の発生を防止することができ、又、ブラシレスモータの駆動が不可能になることもない。
【００４８】
請求項２記載のブラシレスモータの駆動装置によれば、ラッチ手段は、パルス幅変調信号がオンからオフに変化する時にもラッチ動作するように構成されているので、パルス変調信号のデューティが小なる場合でも確実に位置検出信号を得ることができる。
【００４９】
請求項４記載のブラシレスモータの駆動装置によれば、ラッチ手段における所定時間の経過時点は、端子電圧がオフからオンに変化した後該端子電圧の振動が収束する時からパルス幅変調信号がオンからオフに変化する時までの範囲で設定されているので、端子電圧の振動による位置検出信号の誤検出を確実に防止することができる。
【００５０】
請求項３及び５記載のブラシレスモータの駆動装置によれば、ラッチ手段は、パルス幅変調信号がオンからオフに変化した時点より一定時間経過した時にも、具体的には、パルス幅変調信号がオンからオフに変化した時から固定子巻線の端子電圧がオンからオフに変化する時までの間においても、ラッチ動作するように構成されているので、パルス幅変調信号のデューティが小なる場合でも端子電圧の振動による位置検出信号の誤検出を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す電気的構成図
【図２】ラッチ回路の構成図
【図３】各部の波形図
【図４】本発明の第２の実施例を示す図３相当図
【図５】本発明の第３の実施例を示す図３相当図
【図６】位置検出信号を得るための原理説明図
【図７】パルス幅変調を行なった場合の波形図
【図８】従来例の図３相当図
【符号の説明】
図面中、３は駆動回路（出力手段）、２１はブラシレスモータ、２２は固定子、２２Ｕ乃至２２Ｗは固定子巻線、２３は分圧回路（検出手段）、３３は基準電圧発生回路（基準電圧発生手段）、３７は比較手段、３８乃至４０は比較器、４１は制御装置、４２は電圧指令信号発生回路、４３はＰＷＭ信号発生回路、４４はラッチ回路（ラッチ手段）、４５は主制御回路（制御手段）、４６はラッチタイミング信号発生回路を示す。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a brushless motor driving apparatus that obtains a position detection signal based on a terminal voltage of a stator winding.
[0002]
[Prior art]
For example, as a drive motor for a compressor of a refrigerator or an air conditioner, a brushless motor has been adopted from the viewpoint of ease of rotation speed control for applications that require variable compressor capacity. Due to the small number of lead wires, the relative position between the stator winding and the permanent magnet type rotor is determined using the induced voltage induced in the stator winding without using a position sensor such as a Hall element. A position sensorless system that detects the position of the sensor has been adopted.
[0003]
Here, the detection principle of the position detection signal will be described with reference to FIGS. 6 and 7. In FIG. 6 and FIG. 7, a brushless motor having three-phase stator windings of U, V and W phases is provided. In the example, in particular, the terminal voltage UV of the U-phase stator winding is shown as a representative.
[0004]
That is, this type of position sensorless type driving device includes a driving circuit, a comparator, and a control device for sequentially energizing the stator windings, and the comparator, as shown in FIG. By detecting the cross point between the terminal voltage UV and the reference voltage VR, that is, by detecting the zero cross point of the induced voltage induced in the U-phase stator winding, as shown in FIG. The phase signal DSU is obtained. Then, the control device calculates a time corresponding to an electrical angle of 30 ° from the phase signal DSU and shifts the phase signal DSU by that amount, so that as shown in FIG. Get the PSU. The control device performs the same process for the other V and W phase stator windings to obtain a total of three position detection signals.
[0005]
Then, the control device logically converts these three position detection signals to obtain six energization timing signals, applies them to the transistors of the drive circuit, and sequentially turns the transistors on and off. Energize the wire to rotate the rotor.
[0006]
By the way, in actual operation, the control device performs pulse width modulation (PWM) control to adjust the output based on the speed command signal. In this case, when PWM control is performed by the PWM signal PS as shown in FIG. 7C, the terminal voltage UV also becomes a pulse voltage as shown in FIG. 7A, and this is compared with the reference voltage VR. The obtained phase signal DSU is also pulsed as indicated by DSU ′ in FIG. Therefore, the position detection signal PSU as shown in FIG. 6C cannot be obtained from the phase signal DSU ′ shown in FIG. 7B.
[0007]
For this reason, conventionally, a driving device as disclosed in JP-A-7-147793 has been considered. In other words, this driving device includes a latch circuit in addition to the driving circuit, the comparator, and the control device. This operation will be described with reference to FIG. 8A, 8B, and 8C are partially enlarged views corresponding to FIGS. 7A, 7B, and 7C.
[0008]
In this case, as shown in FIG. 8A, the terminal voltage UV oscillates immediately after rising. It is known that this is based on the inductance of the stator winding and the stray capacitance between the emitter and the collector of the transistor constituting the drive circuit. Then, as shown in FIG. 8C, the rising and falling of the terminal voltage UV are delayed with respect to the rise of the PWM signal PS from OFF (LOW) to ON (HIGH) and the fall from ON to OFF. Further, the time Te from the rising time of the terminal voltage UV to the falling time of the PWM signal PS is longer than the oscillation time Ts of the terminal voltage UV (Te> Ts).
[0009]
Thus, as shown in FIG. 8D, the latch circuit receives the latch timing signal LS and latches the phase signal DSU ′ at the falling timing of the PWM signal PS from on to off. Therefore, even if the phase signal DSU ′ changes to high as shown in FIG. 8B due to the oscillation voltage of the terminal voltage UV ′ as shown in FIG. 8A, the latch circuit outputs the phase signal DSU. There is no output.
[0010]
After that, when the terminal voltage UV becomes equal to or higher than the reference level VR, the signal DSU ′ is high when the latch timing signal LS is generated. Therefore, the latch circuit outputs the continuous phase signal DSU as shown in FIG. Will be output.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, according to the conventional driving device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-147793, the position detection signal is not affected by the PWM signal PS and is not affected by the vibration of the terminal voltage. Obtainable.
[0012]
However, when the phase signal DSU ′ is latched at the timing when the PWM signal PS changes from on to off as in the prior art, as shown in FIG. 8, the terminal voltage UV is obtained only at the interval of the carrier frequency of the PWM signal PS. Therefore, when the carrier frequency of the PWM signal PS is high, there is no significant deviation in position detection, but when the carrier frequency is low, the deviation in detection position becomes large.
[0013]
For example, when a 4-pole brushless motor is rotating at 5000 (rpm), assuming that the carrier frequency of the PWM signal PS is 16 (KHz), the error (deviation) occurring at the time of detection is 3. If it is 75 ° but the carrier frequency is 6 (KHz), the error that occurs at the time of detection is a maximum of 10 ° in electrical angle. If such deviations overlap, the position detection becomes poor and the brushless motor cannot be driven.
[0014]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and the object thereof is a position where detection deviation is small without being affected by the carrier frequency of the pulse width modulation signal and without being influenced by the vibration of the terminal voltage. An object of the present invention is to provide a brushless motor driving device capable of obtaining a detection signal.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The brushless motor drive device according to claim 1 is provided with detection means for detecting terminal voltages of a plurality of stator windings of the brushless motor, reference voltage generating means for generating a reference voltage, and a reference voltage generating means from the reference voltage generating means. Comparing means for outputting a signal by comparing a reference voltage with a terminal voltage from the detecting means, latch means for latching a signal from the comparing means, and a position detection signal obtained from the signal from the latch means to obtain this position Control means for outputting an energization timing signal based on the detection signal and a pulse width modulation signal for output adjustment, and output means for energizing the stator winding based on the energization timing signal from the control means. The latch means changes the pulse width modulation signal from on to off after a predetermined time has elapsed since the pulse width modulation signal changed from off to on. In Until time that has characterized in that configured to operate repeatedly latched at predetermined intervals.
[0016]
The brushless motor driving apparatus according to claim 2 is characterized in that the latch means is configured to perform a latch operation even when the pulse width modulation signal changes from on to off.
[0017]
The brushless motor driving device according to claim 3 is characterized in that the latch means is configured to perform a latch operation even when a predetermined time has elapsed from the time when the pulse width modulation signal changes from on to off.
[0018]
5. The brushless motor driving device according to claim 4, wherein the pulse width modulation signal is switched from on to off from the time when the terminal voltage changes from on to off after the predetermined time elapses in the latch means. It has a feature that it is set in the range up to the time when it changes.
[0019]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the brushless motor driving apparatus, wherein the predetermined time in the latch means is set in a range from when the pulse width modulation signal changes from on to off until when the terminal voltage changes from on to off. Has characteristics.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, the overall configuration will be described with reference to FIG. The positive and negative terminals of the DC power supply 1 are connected to the input terminals 4 and 5 of the drive circuit 3 via the current detection resistor 2 on the negative terminal side, respectively. Note that the negative terminal of the DC power supply 1 is grounded.
[0021]
The drive circuit 3 as output means is configured by connecting NPN transistors 6 to 8 and 9 to 11 as semiconductor switching elements between input terminals 4 and 5 in a three-phase bridge. Note that free wheel diodes 12 to 17 are connected to the transistors 6 to 11 in parallel, respectively. The common connection point of the transistors 6 and 9 is connected to the output terminal 18, the common connection point of the transistors 7 and 10 is connected to the output terminal 19, and the common connection point of the transistors 8 and 11 is connected to the output terminal 20. Yes.
[0022]
The brushless motor 21 includes a stator 22 having three-phase stator windings 22U, 22V and 22W of a plurality of phases, for example, U, V and W phases, and a permanent magnet type rotor (not shown). One terminal of the stator windings 22U, 22V, and 22W is connected in common, and each other terminal is connected to the output terminals 18, 19, and 20 of the drive circuit 3, respectively.
[0023]
The voltage dividing circuit 23 serving as detection means is composed of voltage dividing resistors 24 to 29, and each terminal of the stator windings 22U, 22V and 22W, that is, the output terminals 18, 19 and 20 of the drive circuit 3 and the ground ( In practice, a series circuit of voltage dividing resistors 24 and 25, a series circuit of voltage dividing resistors 26 and 27, and a series circuit of voltage dividing resistors 28 and 29 are connected between the input terminal 5). ing. The common connection points of the voltage dividing resistors 24 and 25, the voltage dividing resistors 26 and 27, and the voltage dividing resistors 28 and 29 are used as detection terminals 30, 31 and 32, respectively.
[0024]
The reference voltage generating circuit 33 as reference voltage generating means includes voltage dividing resistors 34 and 35, which are connected between the positive terminal and the negative terminal of the DC power supply 1. A common connection point between these resistors 34 and 35 is used as a reference terminal 36.
[0025]
The resistance value ratio between the voltage dividing resistors 24, 26 and 28 and the voltage dividing resistors 25, 27 and 29 of the voltage dividing circuit 23 is set to K: 2 (where K is a natural number). The resistance value ratio between the resistors 34 and 35 is set to (K + 1) to 1.
[0026]
The comparison means 37 comprises three comparators 38, 39 and 40, and each non-inverting input terminal (+) is connected to the detection terminals 30, 31 and 32 of the voltage dividing circuit 23, and each inverting input terminal ( −) Is commonly connected to the reference terminal 36 of the reference voltage generating circuit 33.
[0027]
The control device 41 as a control means is composed of a circuit including a microcomputer. When functionally shown in a block diagram, a voltage command signal generation circuit 42, a PWM signal generation circuit 43, a latch circuit 44 as a latch means, a control. It comprises a main control circuit 45 and a latch timing signal generation circuit 46 as means.
[0028]
As shown in FIG. 2, the latch circuit 44 includes three D flip-flops 44U, 44V, and 44W. In the D flip-flops 44U, 44V and 44W, the respective data terminals D are connected to the output terminals of the comparators 38, 39 and 40, and the respective output terminals Q are connected to the three input ports of the main control circuit 45. The clock terminals CK are commonly connected to the output terminal of the latch timing signal generation circuit 46.
[0029]
In the main control circuit 45, the other one input port is connected to the output terminal of the PWM signal generation circuit 43, and the six output ports are base drive circuits at the bases of the transistors 6, 7, 8, 9, 10 and 11. The other output port is connected to the input terminal of the voltage command signal generation circuit 42.
The input terminal of the latch timing signal generation circuit 46 is connected to the other output terminal of the PWM signal generation circuit 43.
[0030]
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIG.
During the rotation of the brushless motor 21, the terminal voltages UV, VV and WV of the stator windings 22U, 22V and 22W are divided by the voltage dividing circuit 23 and detected as detection voltages UVa, VVa and WVa, which are compared. Is input to the non-inverting input terminal (+) of the units 38, 39 and 40. The power supply voltage E of the DC power supply 1 is divided by the reference voltage generating circuit 33 and output as the reference voltage VR (= E / 2), which is input to the inverting input terminals (−) of the comparators 38 to 40. .
[0031]
The comparators 38, 39 and 40 compare these detection voltages UVa, VVa and WVa with the reference voltage VR to detect zero cross points of induced voltages induced in the stator windings 22U, 22V and 22W.
[0032]
The control device 41 performs pulse width modulation (PWM) control to adjust the output based on the speed command signal SV as in the conventional control device. Specifically, as will be described later, the main control circuit 45 detects the speed detection signal DV indicating the actual rotational speed of the brushless motor 21 based on the position detection signal obtained by the calculation, and uses this. The voltage command signal generation circuit 42 is given. Then, the voltage command signal generation circuit 42 compares the speed command signal SV and the speed detection signal DV and gives a PWM duty signal to the PWM signal generation circuit 43 so that the difference between the two becomes zero.
[0033]
The PWM signal generation circuit 43 outputs a PWM signal having a duty corresponding to the duty signal supplied from the voltage command generation circuit 42 and supplies the PWM signal to the main control circuit 45. The main control circuit 45, for example, Since the base signal supplied to the positive side transistors 6, 7 and 8 is modulated by the PWM signal PS, for example, the terminal voltage UV also becomes a pulse voltage as shown in FIG. The phase signal DSU obtained by the comparison is also pulsed as indicated by DSU ′ in FIG.
[0034]
In this case, as shown in FIG. 3A, the terminal voltage UV generates vibration immediately after the rising edge. As shown in FIG. 3C, the rise and fall of the terminal voltage UV have delay times Ton and Toff with respect to the rise of the PWM signal PS from off to on and the fall from on to off.
[0035]
Thus, as shown in FIG. 3D, the latch timing signal generation circuit 46 internally generates the latch timing signal LS at a predetermined interval, and the predetermined interval is the oscillation of the terminal voltage UV. Is set to be equal to or longer than the vibration time Ts. In this embodiment, the time is set equal to the vibration time Ts. It should be noted that the vibration time Ts is determined in advance since it is determined almost uniquely when the brushless motor 21 and the circuit are determined. Then, the latch timing signal generation circuit 46 has the PWM signal PS fall from on to off from the time t2 when a predetermined time T1 when the oscillation of the terminal voltage UV converges from the time t1 when the PWM signal PS rises from off to on. The latch timing signal LS is repeatedly output during the time T2 up to the time point t3. Accordingly, the latch timing signal LS indicated by the broken line in FIG. As a result, the D flip-flops 44U, 44V, and 44W of the latch circuit 44 latch the signals from the comparators 38, 39, and 40 when the latch timing signal LS is applied to the clock terminal CK.
[0036]
Therefore, even if the phase signal DSU ′ from the comparator 38 changes to high as shown in FIG. 3B due to the oscillation voltage of the terminal voltage UV ′ as shown in FIG. When the D flip-flop 44U receives the latch timing signal LS at the clock terminal CK, the phase signal DSU ′ from the comparator 38 is low, which causes the D flip-flop 44U to become as shown in FIG. As shown, high is not output as the phase signal DSU.
[0037]
Thereafter, when the terminal voltage UV becomes equal to or higher than the reference level VR, the D flip-flop 44U outputs the high level as the phase signal DSU because the phase signal DSU ′ from the comparator 38 is high when the latch timing signal LS is given. Is output. As a result, the comparator 38 outputs a continuous phase signal DSU as shown in FIG. Then, the main control circuit 45 calculates a time corresponding to an electrical angle of 30 ° from the phase signal DSU and shifts the phase signal DSU by that amount, so that the position detection signal similar to that in FIG. Get the PSU. The main control circuit 45 performs the same processing on the other terminal voltages VV and WV to obtain two position detection signals.
[0038]
The main control circuit 45 logically converts these three position detection signals to obtain base signals as six energization timing signals, and provides them to the transistors 6 to 11 of the drive circuit 3 to sequentially convert the transistors 6 to 11. Is turned on and off, and thus the stator windings 22U, 22V and 22W are energized to rotate the rotor.
[0039]
As described above, in this embodiment, the latch circuit 44 causes the signal from the comparison unit 37 to pass the predetermined time T1 when the oscillation of the terminal voltage converges from the time t1 when the PWM signal PS rises from OFF to ON. Based on the latch timing signal LS repeatedly output from the time point t2 to the time point t3 when the PWM signal PS falls from on to off, a continuous phase signal is obtained and supplied to the main control circuit 45. did. Therefore, the main control circuit 45 can detect the position detection signal with a small detection deviation even when the carrier frequency of the PWM signal PS is high, as well as when the carrier frequency is low, and without being affected by the vibration of the terminal voltage. Can be obtained.
[0040]
For example, if the brushless motor 21 has four poles and rotates at 5000 (rpm), the carrier frequency of the PWM signal PS is 6 (KHz), the duty is 90%, and Ts = 30 (μsec), In the embodiment, the error (deviation) generated at the time of detection is an electrical angle of a maximum of 1.8 °, and the detection deviation is remarkably reduced as compared with the prior art.
[0041]
Note that when the duty of the PWM signal PS is small, the off period becomes long, and this off period cannot be detected. Therefore, when the off period becomes longer than the vibration time Ts, the detection error becomes larger. However, in that case, the number of rotations is also low, and it is considered that the error does not increase so much when considered in terms of electrical angle, and as a result, the detection error becomes small.
[0042]
Since the detection error (deviation) of the position detection signal is reduced, the brushless motor 21 can be driven with low noise and vibration, and the position detection signal is not detected even if the deviations overlap. The brushless motor 21 can be reliably driven.
[0043]
FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. 3 are given the same reference numerals, and only different parts will be described below.
The second embodiment is different from the first embodiment in that the latch timing signal generation circuit 46 (see FIG. 1) is configured so that the latch timing signal also falls at the time t3 when the PWM signal PS falls from on to off. The point is to output LS.
According to the second embodiment, detection is possible even with a small duty such that the PWM signal PS is on for a time shorter than the vibration time Ts.
[0044]
FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and only different parts will be described below.
In this third embodiment, focusing on the fact that there is a delay time Toff from the time t3 when the PWM signal PS changes from on to off until the time t4 when the terminal voltage UV actually changes from on to off, the delay time Toff And the terminal voltage UV falls from on to off from the time t3 when the PWM signal PS falls from on to off from the latch timing signal generation circuit 46 (see FIG. 1) based on the delay time Toff. Specifically, the latch timing signal LS is output even after the elapse of a predetermined time T3 set between the time points t4, and immediately before the terminal voltage UV falls from on to off.
[0045]
According to the third embodiment, it is possible to remove the influence of the vibration of the terminal voltage UV even if the PWM signal PS has a smaller duty than that of the second embodiment. Can be reliably eliminated.
[0046]
The present invention is not limited to the embodiments described above and shown in the drawings, and the following modifications and expansions are possible.
The elapsed time of the predetermined time T1 in the latch circuit 44 is not limited to the time t2, but may be set between the time t2 and t3.
An IGBT may be used as the semiconductor switching element of the drive circuit serving as the output means.
[0047]
【The invention's effect】
Since this invention is as having demonstrated above, there exist the following outstanding effects.
According to the brushless motor driving apparatus of claim 1, the latch means changes the signal from the comparison means for comparing the terminal voltage of the stator winding with the reference voltage, and the pulse width modulation signal is changed from OFF to ON. Since it is configured to repeatedly perform a latch operation at a predetermined interval between the time when a predetermined time has elapsed from the time point and the time when the pulse width modulation signal changes from on to off, the influence of the carrier frequency of the pulse width modulation signal In addition, a position detection signal with a small detection deviation can be obtained without being affected by the terminal voltage of the stator winding, and hence generation of vibration and noise can be prevented. The brushless motor cannot be driven.
[0048]
According to the brushless motor driving apparatus of the second aspect, since the latch means is configured to perform the latch operation even when the pulse width modulation signal changes from on to off, the duty of the pulse modulation signal becomes small. Even in this case, the position detection signal can be obtained reliably.
[0049]
According to the brushless motor driving apparatus of the fourth aspect, the pulse width modulation signal is turned on after the predetermined time in the latch means elapses after the terminal voltage changes from off to on and the vibration of the terminal voltage converges. Therefore, it is possible to reliably prevent erroneous detection of the position detection signal due to vibration of the terminal voltage.
[0050]
According to the brushless motor driving device of the third and fifth aspects of the present invention, the latch means is configured such that, even when a certain time has elapsed since the pulse width modulation signal changed from on to off, When the duty of the pulse width modulation signal is small because it is configured to latch even during the period from when it changes from ON to OFF until the terminal voltage of the stator winding changes from ON to OFF However, it is possible to reliably prevent erroneous detection of the position detection signal due to vibration of the terminal voltage.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an electrical configuration diagram showing a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a configuration diagram of a latch circuit. FIG. 3 is a waveform diagram of each part. FIG. 4 is a diagram showing a second embodiment of the present invention. 3 equivalent diagram [FIG. 5] FIG. 3 equivalent diagram showing a third embodiment of the present invention [FIG. 6] FIG. 7 is a diagram for explaining the principle for obtaining a position detection signal [FIG. 7] A waveform diagram when pulse width modulation is performed FIG. 8 is a diagram corresponding to FIG.
In the drawing, 3 is a drive circuit (output means), 21 is a brushless motor, 22 is a stator, 22U to 22W are stator windings, 23 is a voltage divider circuit (detection means), 33 is a reference voltage generation circuit (reference voltage) Generating means), 37 comparing means, 38 to 40 comparators, 41 control device, 42 voltage command signal generating circuit, 43 PWM signal generating circuit, 44 latch circuit (latch means), 45 main control circuit (Control means) 46 is a latch timing signal generating circuit.

Claims

ブラシレスモータの複数相の固定子巻線の端子電圧を検出する検出手段と、
基準電圧を発生する基準電圧発生手段と、
この基準電圧発生手段からの基準電圧と前記検出手段からの端子電圧との比較により信号を出力する比較手段と、
この比較手段からの信号をラッチするラッチ手段と、
このラッチ手段からの信号により位置検出信号を得てこの位置検出信号と出力調整用のパルス幅変調信号とに基づいて通電タイミング信号を出力する制御手段と、
この制御手段からの通電タイミング信号に基づいて前記固定子巻線に通電する出力手段とを具備し、
前記ラッチ手段は、前記パルス幅変調信号がオフからオンに変化した時点より所定時間経過した時から該パルス幅変調信号がオンからオフに変化する時までの間において、所定間隔で繰返しラッチ動作するように構成されていることを特徴とするブラシレスモータの駆動装置。Detecting means for detecting a terminal voltage of a plurality of stator windings of the brushless motor;
A reference voltage generating means for generating a reference voltage;
A comparing means for outputting a signal by comparing the reference voltage from the reference voltage generating means and the terminal voltage from the detecting means;
Latch means for latching a signal from the comparison means;
Control means for obtaining a position detection signal from a signal from the latch means and outputting an energization timing signal based on the position detection signal and a pulse width modulation signal for output adjustment;
Output means for energizing the stator winding based on the energization timing signal from the control means,
The latch means repeatedly performs a latch operation at a predetermined interval from a time when the pulse width modulation signal changes from off to on until a time when the pulse width modulation signal changes from on to off. The brushless motor drive device is configured as described above.

ラッチ手段は、パルス幅変調信号がオンからオフに変化した時にもラッチ動作するように構成されていることを特徴とする請求項１記載のブラシレスモータの駆動装置。2. The brushless motor driving apparatus according to claim 1, wherein the latch means is configured to perform a latch operation even when the pulse width modulation signal changes from on to off.

ラッチ手段は、パルス幅変調信号がオンからオフに変化した時点より一定時間経過した時にもラッチ動作するように構成されていることを特徴とする請求項１記載のブラシレスモータの駆動装置。2. The brushless motor driving apparatus according to claim 1, wherein the latch means is configured to perform a latch operation even when a predetermined time has elapsed from a time point when the pulse width modulation signal changes from on to off.

ラッチ手段における所定時間の経過時点は、端子電圧がオフからオンに変化した後該端子電圧の振動が収束する時からパルス幅変調信号がオンからオフに変化する時までの範囲で設定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のブラシレスモータの駆動装置。The elapse time of the predetermined time in the latch means is set in a range from when the terminal voltage changes from off to on and after the terminal voltage oscillation converges to when the pulse width modulation signal changes from on to off. 4. The brushless motor driving apparatus according to claim 1, wherein the driving apparatus is a brushless motor.

ラッチ手段における一定時間は、パルス幅変調信号がオンからオフに変化した時から端子電圧がオンからオフに変化する時までの範囲で設定されていることを特徴とする請求項３記載のブラシレスモータの駆動装置。4. The brushless motor according to claim 3, wherein the predetermined time in the latch means is set in a range from when the pulse width modulation signal changes from on to off until when the terminal voltage changes from on to off. Drive device.