JP6069024B2 - Rotor position detection circuit and method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、位置センサ素子を用いないブラシレスモータの駆動を制御する際、ロータ位置の検出を行うロータ位置検出回路及びその方法に関するものである。 The present invention relates to a rotor position detection circuit and a method for detecting a rotor position when controlling driving of a brushless motor that does not use a position sensor element.
従来、ブラシレスモータは、永久磁石からなる回転子(ロータ)と三相巻線を有する固定子(ステータ)と備えている。ブラシレスモータ制御回路は、ブラシレスモータの三相巻線の各々の巻線に対し、スイッチング素子から構成されたインバータから、所定の周波数の交流電圧を印加することにより、モータの回転数を制御している(例えば、特許文献1参照)。このようなブラシレスモータにおいて、ホール素子などの位置センサ素子を用いることなくブラシレスモータを回転の制御を可能としたセンサレス駆動ブラシレスモータが知られている。 Conventionally, a brushless motor includes a rotor (rotor) made of a permanent magnet and a stator (stator) having a three-phase winding. The brushless motor control circuit controls the number of rotations of the motor by applying an alternating voltage of a predetermined frequency to each winding of the three-phase windings of the brushless motor from an inverter composed of switching elements. (For example, refer to Patent Document 1). In such a brushless motor, a sensorless drive brushless motor is known in which the rotation of the brushless motor can be controlled without using a position sensor element such as a Hall element.
このブラシレスモータ制御回路は、ブラシレスモータにおける回転子の回転により巻線に誘起される誘起電圧を利用して回転子の位置を検出する。
図9は、巻線に誘起される電圧を用いて回転子の位置を検出するブラシレスモータ制御回路300の構成を示す図である。この図9に示すブラシレスモータ制御回路において、制御回路301は駆動回路302によりU相巻線、V相巻線及びW相巻線の3つの巻線のうち、2つの巻線間に電流を流して回転子を回転させる。そして、制御回路301は、電流の流れていない1つの巻線に回転子の回転に対応して誘起される誘起電圧を検出することにより、回転子の位置を検出している。これにより、ブラシレスモータ制御回路300は、ブラシレスモータ100におけるいずれの巻線に対していつ通電制御を行うかを求めて、通電制御を行う。
The brushless motor control circuit detects the position of the rotor by using an induced voltage induced in the winding by the rotation of the rotor in the brushless motor.
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a brushless
図10は、W相巻線に誘起する電圧とロータの電気角との対応関係を示すグラフである。図10においては、例えばW相巻線に誘起する電圧の変化(図における誘起電圧曲線)を示しており、縦軸が巻線に誘起する電圧を示しており、横軸がロータの電気角を示している。
ブラシレスモータの駆動方法が120°通電の場合、このW相巻線には、電気角が30°から150°までの間に通電(図10における印加電圧)されるため、−30°(330°)から30°の角度範囲及び150°から210°の角度範囲において、すなわち通電が行われない。
ここで、印加電圧が印加されていない電気角の範囲でロータの位置検出が行われ、誘起電圧のゼロクロス点、すなわちW相巻線に誘起される誘起電圧が基準電圧である中性点を超える、あるいは下回るタイミングを検出することで、120°通電の開始位置を求める。
FIG. 10 is a graph showing the correspondence between the voltage induced in the W-phase winding and the electrical angle of the rotor. FIG. 10 shows, for example, a change in voltage induced in the W- phase winding (induced voltage curve in the figure), the vertical axis shows the voltage induced in the winding, and the horizontal axis shows the electrical angle of the rotor. Show.
When the driving method of the brushless motor is 120 ° energization, this W-phase winding is energized (applied voltage in FIG. 10) between 30 ° and 150 °, so that −30 ° (330 ° ) To 30 ° and 150 ° to 210 ° , i.e. no energization .
Here, the rotor position is detected in the range of the electrical angle to which no applied voltage is applied, and the zero cross point of the induced voltage, that is, the induced voltage induced in the W- phase winding exceeds the neutral point that is the reference voltage. Alternatively, the start position of 120 ° energization is obtained by detecting the timing below.
また、ブラシレスモータを高速回転させる場合、ブラシレスモータが脱調することを防止するため、2つの巻線間に電流を流す位相角度を、回転子の位置に対して進相させた進角制御を行う。
インバータの駆動を進角制御し、2つの巻線間に進相した電流を流すことにより、2つの巻線間に流れる電流の立ち上がり遅れをカバーし、脱調を抑制する。
Also, when rotating the brushless motor at a high speed, in order to prevent the brushless motor from stepping out, advance angle control is performed in which the phase angle at which current flows between the two windings is advanced with respect to the rotor position. Do.
By controlling the advance of the drive of the inverter and flowing a phase-advanced current between the two windings, the rising delay of the current flowing between the two windings is covered and step-out is suppressed.
しかしながら、上述した進角制御において、ブラシレスモータ制御回路300は、通常、回転子の位置検出で求められたゼロクロス点を基準にして進角の位置を求めている。ここで、120°通電の場合、制御回路301は、回転子の位置がゼロクロス点として検出された巻線に対し、ゼロクロス点から30°遅れたタイミングでこの巻線に対して電流が流れるように、インバータの制御を行う。
すなわち、120°通電の場合、インバータに対する進角制御を30°の範囲でしか行えないため、さらなる高速回転に対する進角制御が制限されることになる。
However, in the advance angle control described above, the brushless
That is, in the case of 120 ° energization, the advance angle control for the inverter can be performed only in the range of 30 °, and thus the advance angle control for further high-speed rotation is limited.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、進角制御の範囲を従来に比較して広げることができるブラシレスモータ制御回路を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a brushless motor control circuit capable of expanding the range of the advance angle control as compared with the prior art.
本発明のロータ位置検出回路は、前記第1抵抗及び第2抵抗の抵抗値の比が、前記ブラシレスモータの回転数範囲に対応して設定されていることを特徴とする。 The rotor position detection circuit according to the present invention is characterized in that a ratio of resistance values of the first resistor and the second resistor is set corresponding to a rotation speed range of the brushless motor.
本発明のロータ位置検出回路は、ブラシレスモータを駆動する際、ロータの磁極によりステータコイルに発生する誘起電圧を検出し、その検出結果に基づいて前記ロータのロータ位置を検出するロータ位置検出回路であり、前記ブラシレスモータの巻線に印加する電圧を分圧する第1抵抗及び第2抵抗各々の抵抗値が、ゼロクロス点より前の電気角でロータの位置を検出する基準電圧となるように設定された分圧回路と、電圧の印加されていない前記ステータコイルに発生する誘起電圧と、前記基準電圧とを比較して位置検出信号を出力するコンパレータとを備え、前記ブラシレスモータを駆動する電源電圧がQVの場合、前記第2抵抗の抵抗値r2が前記第1抵抗の抵抗値r1に対し、r1<r2<(Q−1)×r1の関係にあることを特徴とする。 The rotor position detection circuit of the present invention is a rotor position detection circuit that detects an induced voltage generated in a stator coil by a magnetic pole of a rotor when a brushless motor is driven, and detects the rotor position of the rotor based on the detection result. Yes, each resistance value of the first resistor and the second resistor that divides the voltage applied to the winding of the brushless motor is set to be a reference voltage for detecting the position of the rotor at an electrical angle before the zero cross point. A voltage dividing circuit, an induced voltage generated in the stator coil to which no voltage is applied, and a comparator that compares the reference voltage and outputs a position detection signal, and a power supply voltage for driving the brushless motor is provided. In the case of QV, the resistance value r2 of the second resistor has a relationship of r1 <r2 <(Q−1) × r1 with respect to the resistance value r1 of the first resistor. To.
本発明のブラシレスモータ制御回路は、上記いずれかに記載のロータ位置検出回路と、前記ステータコイルの巻線に駆動電流を印加する駆動回路と、前記位置検出信号に基づき、前記駆動電流を印加する前記ステータコイルを検出し、前記駆動回路に対して、検出した前記ステータコイルに電流を流すよう制御する制御部とを備えることを特徴とする。 The brushless motor control circuit of the present invention applies the drive current based on any of the rotor position detection circuit described above, a drive circuit that applies a drive current to the winding of the stator coil, and the position detection signal. And a control unit configured to detect the stator coil and control the drive circuit to pass a current through the detected stator coil.
本発明のブラシレスモータ制御回路は、前記駆動回路が前記ステータコイル毎に、通電を切換えるスイッチング素子を有しており、前記制御部が、PWM制御を行う際、前記ステータコイルに電流を印加する期間において、オン状態とする前記スイッチング素子に対する駆動信号として、当該駆動信号の前半分の時間範囲を常時オン状態として与え、前記駆動信号の後半分の時間範囲をPWM波形として与えることを特徴とする。 In the brushless motor control circuit of the present invention, the drive circuit has a switching element for switching energization for each stator coil, and the controller applies a current to the stator coil when performing PWM control. characterized in, as that driving motion signal against the switching element to an oN state, giving a time range of the first half of the drive signal as an always-on state, to give half the time range after the drive signal as a PWM waveform And
本発明のロータ位置検出方法は、ブラシレスモータを駆動する際、ロータの磁極によりステータコイルに発生する誘起電圧を検出し、その検出結果に基づいてロータのロータ位置を検出するロータ位置検出方法において、前記ブラシレスモータの巻線に印加する電圧を分圧する第1抵抗及び第2抵抗各々の抵抗値を、前記ブラシレスモータを駆動する電源電圧がQVの場合、前記第2抵抗の抵抗値r2が前記第1抵抗の抵抗値r1に対し、r1<r2<(Q−1)×r1の関係にある設定とすることにより、ゼロクロス点より前の電気角でロータの位置を検出する基準電圧を生成する分圧過程と、電圧を印加しない前記ステータコイルに発生する誘起電圧と、前記基準電圧とを比較して位置検出信号を出力する比較過程とを備えることを特徴とする。 The rotor position detection method of the present invention is a rotor position detection method for detecting an induced voltage generated in a stator coil by a magnetic pole of a rotor when driving a brushless motor, and detecting a rotor position of the rotor based on the detection result. The resistance value of each of the first resistor and the second resistor that divides the voltage applied to the winding of the brushless motor, and when the power supply voltage for driving the brushless motor is QV, the resistance value r2 of the second resistor is the first resistance. By setting r1 <r2 <(Q−1) × r1 for the resistance value r1 of one resistor, the reference voltage for detecting the rotor position at the electrical angle before the zero cross point is generated. A pressure process; a comparison process for comparing the reference voltage with an induced voltage generated in the stator coil to which no voltage is applied; and a position detection signal. To.
以上説明したように、本発明によれば、コンパレータの基準電圧を変化させることにより、ロータを検出する電気角を従来に比較して前の位置で検出することが可能なため、進角制御の範囲を従来に比較してより広げることができるブラシレスモータ制御回路を提供することができるという効果が得られる。 As described above, according to the present invention, by changing the reference voltage of the comparator, the electrical angle for detecting the rotor can be detected at a previous position as compared with the conventional one. An effect is provided that a brushless motor control circuit that can further expand the range as compared with the conventional one can be provided.
以下、本発明の一実施形態によるロータ位置検出回路を図面を参照して説明する。図1は、第1の実施形態のロータ位置検出回路を用いたブラシレスモータ制御回路の構成例を示す図である。この図において、ブラシレスモータ制御回路1は、電源回路11、制御回路12、駆動回路13、ロータ位置検出回路14、抵抗R100及びトランジスタT101を備えている。
電源回路11は、直流電源200から供給されるブラシレスモータ100を駆動する直流電圧を、制御回路12の稼働可能な電圧に低下させる回路である。このブラシレスモータ100は、3相ブラシレス直流モータであり、ステートにステータコイルとして、U相巻線100U、V相巻線100V及びW相巻線100Wの3つ磁極が電気角120°に配置されて設けられている。
Hereinafter, a rotor position detection circuit according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a brushless motor control circuit using the rotor position detection circuit of the first embodiment. In this figure, the brushless
The
駆動回路13は、直流電源200から供給される直流電圧を、スイッチのオンオフにより交流電圧とし、ブラシレスモータ100のU相巻線100U、V相巻線100V及びW相巻線100Wの各々に対して駆動電流を印加している。すなわち、駆動回路13は、6個のスイッチング素子40UH,40UL,40VH,40VL,40WH,40WLを直流電源200の正負両端子間に2個ずつブリッジ接続して構成される回路である。ここで、各スイッチング素子40UH〜40WLは、FET(Field effect transistor)を接続した構成になっている。
The
制御回路12は、CPU(中央演算装置)やメモリなどを備えており、ロータの位置推定及び駆動回路13のブラシレスモータ100の駆動を行うための制御を行う。ここで、制御回路12は、駆動回路13の駆動制御として、図示しない外部回路から制御値として供給される回転数で、ブラシレスモータ100のロータが回転するように、駆動回路13の各スイッチング素子の制御端子に対し、パルス幅変調信号(駆動信号)を供給する。
また、駆動回路13は、制御回路12から供給される駆動信号に基づいて、各スイッチング素子のオンオフ状態が切り替わり、直流電源200から供給される直流電圧を所定の交流電圧の信号に変換し、この交流電圧をブラシレスモータ100におけるステータのU相巻線100U、V相巻線100V及びW相巻線100Wの各々の端子U、端子V及び端子Wそれぞれに印加することで、各相巻線に対して駆動電流を印加してブラシレスモータ100の駆動を行う。
The
In addition, the
ロータ位置検出回路14は、コンパレータOPU、コンパレータOPV及びコンパレータOPWと、抵抗R1U、抵抗R2U、抵抗R1V、抵抗R2V、抵抗R1W及び抵抗R2Wとを備えている。
コンパレータOPUは、ステータにおけるU相巻線100Uの磁極に対するロータの磁極の相対位置を示す位置検出信号SUを出力する。ここで、+端子が抵抗R1Vと抵抗R2Wとの直列接続における接続点が接続され、−端子がU相巻線100Uの端子Uに接続されている。抵抗R1Vは、一端がV相巻線100Vの端子Vに接続され、他端が抵抗R2Wの他端に接続されている。抵抗R2Wは、一端がW相巻線100Wの端子Wに接続されている。
The rotor
Comparator OPU outputs a position detection signal SU indicating the relative position of the magnetic pole of the rotor with respect to the magnetic pole of U-phase winding 100U in the stator. Here, the + terminal is connected to a connection point in series connection of the resistor R1V and the resistor R2W, and the − terminal is connected to the terminal U of the U-phase winding 100U. The resistor R1V has one end connected to the terminal V of the V-phase winding 100V and the other end connected to the other end of the resistor R2W. One end of resistor R2W is connected to terminal W of W-phase winding 100W.
このため、コンパレータOPUの+端子には、W相巻線100Wに誘起されるW相起電圧VwとV相巻線100Vに誘起されるV相起電圧Vvとが、抵抗R2W及び抵抗R1V各々の抵抗値に対応して分圧された電圧が基準電圧Vwvとして供給される。ここで、抵抗R2Wの抵抗値は、後述するように、抵抗R1Vの抵抗値に対して大きく設定されている。後述するように、ブラシレスモータ100の各相巻線(U相巻線100U、V相巻線100V及びW相巻線100W)に印加する電圧を分圧する抵抗R2(R2U、R2V及びR2W;第1抵抗)及び抵抗R1(R1U、R1V及びR1W;第2抵抗)各々の抵抗値が、ゼロクロス点より前の電気角でロータの位置を検出する基準電圧(基準電圧Vwv、基準電圧Vvu、基準電圧Vuw)となるように設定されている。
For this reason, at the + terminal of the comparator OPU, the W-phase electromotive voltage Vw induced in the W-phase winding 100W and the V-phase electromotive voltage Vv induced in the V-phase winding 100V are respectively applied to the resistors R2W and R1V. A voltage divided in accordance with the resistance value is supplied as the reference voltage Vwv. Here, the resistance value of the resistor R2W is set to be larger than the resistance value of the resistor R1V, as will be described later. As will be described later, a resistor R2 (R2U, R2V and R2W) for dividing a voltage applied to each phase winding (U-phase winding 100U, V-phase winding 100V and W-phase winding 100W) of the
また、コンパレータOPVは、ステータにおけるV相巻線100Vの磁極に対するロータの磁極の相対位置を示す位置検出信号SVを出力する。ここで、コンパレータOPVは、+端子が抵抗R1Wと抵抗R2Uとの直列接続における接続点が接続され、−端子がV相巻線100Vの端子Vに接続されている。抵抗R1Wは、一端がW相巻線100Wの端子Wに接続され、他端が抵抗R2Uの他端に接続されている。抵抗R2Uは、一端がU相巻線100Uの端子Uに接続されている。このため、コンパレータOPVの+端子には、U相巻線100Uに誘起されるU相起電圧VuとW相巻線100Wに誘起されるW相起電圧Vwとが、抵抗R2U及び抵抗R1W各々の抵抗値に対応して分圧された電圧が基準電圧Vuwとして供給される。ここで、抵抗R2Uの抵抗値は抵抗抵R2Wと同一であり、抵抗R1Wの抵抗値は抵抗R1Vと同一である。 The comparator OPV outputs a position detection signal SV indicating the relative position of the magnetic poles of the rotor with respect to the magnetic poles of the V-phase winding 100V in the stator. Here, the + terminal of the comparator OPV is connected to the connection point in the series connection of the resistor R1W and the resistor R2U, and the − terminal is connected to the terminal V of the V-phase winding 100V. Resistor R1W has one end connected to terminal W of W-phase winding 100W and the other end connected to the other end of resistor R2U. One end of resistor R2U is connected to terminal U of U-phase winding 100U. For this reason, at the + terminal of the comparator OPV, the U-phase electromotive voltage Vu induced in the U-phase winding 100U and the W-phase electromotive voltage Vw induced in the W-phase winding 100W are respectively applied to the resistors R2U and R1W. A voltage divided in accordance with the resistance value is supplied as the reference voltage Vuw. Here, the resistance value of the resistor R2U is the same as that of the resistor R2W, and the resistance value of the resistor R1W is the same as that of the resistor R1V.
また、コンパレータOPWは、ステータにおけるW相巻線100Wの磁極に対するロータの磁極の相対位置を示す位置検出信号SWを出力する。ここで、コンパレータOPWは、+端子が抵抗R1Uと抵抗R2Vとの直列接続における接続点が接続され、−端子がW相巻線100Wの端子Wに接続されている。抵抗R1Uは、一端がU相巻線100Uの端子Uに接続され、他端が抵抗R2Vの他端に接続されている。抵抗R2Vは、一端がV相巻線100Vの端子Vに接続されている。このため、コンパレータOPWの+端子には、V相巻線100Vに誘起されるV相起電圧VvとU相巻線100Uに誘起されるU相起電圧Vuとが、抵抗R2V及び抵抗R1U各々の抵抗値に対応して分圧された電圧が基準電圧Vvuとして供給される。ここで、抵抗R2Vの抵抗値は抵抗抵R2Wと同一であり、抵抗R1Uの抵抗値は抵抗R1Vと同一である。
制御回路12は、例えば、ロータの位置検出信号の一周期(電気角360°)の時間を計数し、この時間により電気角を除算し、時間当たりの電気角変化を求め、位置検出信号によるロータの位置検出からの時間を計数して、ステータの各相の角巻に対する印加電流を印加するタイミングを制御することにより、進角あるいは遅角の制御を行う。
Comparator OPW outputs a position detection signal SW indicating the relative position of the magnetic pole of the rotor with respect to the magnetic pole of W-phase winding 100W in the stator. Here, the comparator OPW has a positive terminal connected to a connection point in series connection of the resistor R1U and the resistor R2V, and a negative terminal connected to the terminal W of the W-phase winding 100W. Resistor R1U has one end connected to terminal U of U-phase winding 100U and the other end connected to the other end of resistor R2V. One end of the resistor R2V is connected to the terminal V of the V-phase winding 100V. For this reason, at the + terminal of the comparator OPW, the V-phase electromotive voltage Vv induced in the V-phase winding 100V and the U-phase electromotive voltage Vu induced in the U-phase winding 100U are respectively applied to the resistors R2V and R1U. A voltage divided in accordance with the resistance value is supplied as the reference voltage Vvu. Here, the resistance value of the resistor R2V is the same as that of the resistor R2W, and the resistance value of the resistor R1U is the same as that of the resistor R1V.
For example, the
上述したように、本実施形態のロータ位置検出回路14は、ブラシレスモータ100を駆動する際、ロータの磁極によりステータコイルであるU相巻線100U、V相巻線100V及びW層巻線100Wの各々に発生する誘起電圧を検出し、その検出結果に基づいて、ロータのステータコイルの巻かれている磁極に対して相対的なロータ位置(電気角)を検出する。そして、本実施形態のロータ位置検出回路は、ブラシレスモータ100において、ロータの位置検出を行う対象の相巻線以外の2つの相巻線に印加する電圧を分圧する抵抗R1(抵抗R1U、抵抗R1V、抵抗R1W:第1抵抗)と、抵抗R2(抵抗R2U、抵抗R2V、抵抗R2W:第1抵抗)各々の抵抗値が、ゼロクロス点より前の電気角で検出対象の相巻線の磁極に対するロータの位置を検出する基準電圧となるように設定されて構成された分圧回路(抵抗R1と抵抗R2との直列接続回路)と、電圧の印加されていないステータの相巻線に発生する誘起電圧と、この基準電圧とを比較して位置検出信号を出力するコンパレータOP(コンパレータOPU、コンパレータOPV、コンパレータOPW)とを備えている。
トランジスタT100及び抵抗R100は、外部からの制御信号などを入力するの入力回路を構成している。
また、トランジスタT101及び抵抗R101は、外部に対する状態情報などを出力する出力回路を構成している。
As described above, when driving the
The transistor T100 and the resistor R100 constitute an input circuit for inputting an external control signal or the like.
The transistor T101 and the resistor R101 constitute an output circuit that outputs state information to the outside.
図2は、ブラシレスモータ100におけるステータの各相巻線(U相巻線100U、V相巻線100V及びW相巻線100W)のそれぞれに駆動電流を印加せずに、慣性でロータが回転している状態(フリー回転状態)において各相巻線に誘導される起電圧を示す図である。通電はしていないが周期を明確にするため、通電パターンで電気角の周期を区切って説明する。図2の各グラフにおいて、横軸は電気角(ステータにおけるU相巻線100Uに対するロータの磁極の電気角を基準としている)を示し、縦軸は電圧を示している。U相巻線100Uに誘起されるU相起電圧Vu、V相巻線100Vに誘起されるV相起電圧Vv、及びW相巻線100Wに誘起されるW相起電圧Vwが示されている。これらU相起電圧Vu、V相起電圧Vv及びW相起電圧Vwの各々は、位相が120°ずつずれている。
また、合成の信号は、U相起電圧Vu、V相起電圧Vv及びW相起電圧Vwが、抵抗R1U、抵抗R2V、抵抗R1V、抵抗R2V、抵抗R1W及び抵抗R2Wのネットワークで合成されたものである。このため、ロータがフリー回転している場合、コンパレータOPU、コンパレータOPV及びコンパレータOPVの各々の+端子に等しい電圧として供給される。
FIG. 2 shows that the rotor rotates by inertia without applying a drive current to each of the stator phase windings (the U-phase winding 100U, the V-phase winding 100V, and the W-phase winding 100W) in the
The combined signal is a signal in which a U-phase electromotive voltage Vu, a V-phase electromotive voltage Vv, and a W-phase electromotive voltage Vw are combined by a network of resistors R1U, R2V, resistors R1V, resistors R2V, resistors R1W, and resistors R2W It is. For this reason, when the rotor is rotating freely, it is supplied as a voltage equal to the + terminals of each of the comparator OPU, the comparator OPV, and the comparator OPV.
また、図2には、フリー回転状態におけるコンパレータOPUの出力する位置検出信号SU、コンパレータOPVの出力する位置検出信号SV、及びコンパレータの出力する位置検出信号SWが示されている。
ここで、コンパレータOPUは、基準電圧VwvとU相起電圧Vuとを比較し、基準電圧Vwvに対してU相起電圧Vuが大きい場合に位置検出信号SUをLレベルとして出力し、一方、基準電圧Vwvに対してU相起電圧Vuが小さい場合に位置検出信号SUをHレベルとして出力する。同様に、コンパレータOPVは、基準電圧VuwとV相起電圧Vvとを比較し、基準電圧Vuwに対してV相起電圧Vvが大きい場合に位置検出信号SUをLレベルとして出力し、一方、基準電圧Vuwに対してV相起電圧Vvが小さい場合に位置検出信号SVをHレベルとして出力する。また、コンパレータOPWは、基準電圧VvuとW相起電圧Vwとを比較し、基準電圧Vvuに対してW相起電圧Vwが大きい場合に位置検出信号SWをLレベルとして出力し、一方、基準電圧Vvuに対してW相起電圧Vwが小さい場合に位置検出信号SWをHレベルとして出力する。
FIG. 2 also shows a position detection signal SU output from the comparator OPU, a position detection signal SV output from the comparator OPV, and a position detection signal SW output from the comparator in the free rotation state.
Here, the comparator OPU compares the reference voltage Vwv with the U-phase electromotive voltage Vu, and outputs the position detection signal SU as the L level when the U-phase electromotive voltage Vu is larger than the reference voltage Vwv. When the U-phase electromotive voltage Vu is smaller than the voltage Vwv, the position detection signal SU is output as an H level. Similarly, the comparator OPV compares the reference voltage Vuw and the V-phase electromotive voltage Vv, and outputs the position detection signal SU as the L level when the V-phase electromotive voltage Vv is larger than the reference voltage Vuw, When the V-phase electromotive voltage Vv is smaller than the voltage Vuw, the position detection signal SV is output as an H level. The comparator OPW compares the reference voltage Vvu with the W-phase electromotive voltage Vw, and outputs the position detection signal SW as the L level when the W-phase electromotive voltage Vw is larger than the reference voltage Vvu. When the W-phase electromotive voltage Vw is smaller than Vvu, the position detection signal SW is output as an H level.
この図2においては、合成の信号の電圧と、各相巻線の起電圧との比較を判り易くするため、図1における抵抗R1U、抵抗R2U、抵抗R1V、抵抗R2V、抵抗R1W及び抵抗R2Wの抵抗値を等しくした場合を示している。例えば、通電パターンPAT1において、ロータの隣接する磁極間の中間にU相巻線100Uの磁極がある場合、U相起電圧Vuと、基準電圧Vwvが等しくなる(U相起電圧Vuのゼロクロス点)。ここで、基準電圧Vwvは、W相起電圧VwとV相起電圧Vvとの電位差が抵抗R2W及び抵抗R1Vにより分圧された電圧値である。同様に、V相起電圧Vv及びW相起電圧Vwにも、ゼロクロス点が存在する。抵抗R1Vと抵抗R2Wとの抵抗値が等しい場合、このゼロクロス点がU相起電圧Vuの電気角0°あるいは電気角180°となり、このゼロクロス点(電気角0°)から電気角30°ずれた位置、例えば電気角30°から電気角150°までにおいて120°通電が開始される。
ここで、進角制御を行う場合、U相巻線100Uに対して電気角0°から電気角30°までの任意の電気角から120°通電を行う。この図2のように、図1における抵抗R1U、抵抗R2U、抵抗R1V、抵抗R2V、抵抗R1W及び抵抗R2Wの抵抗値を等しくした場合、相巻線に対する通電を行う電気角(通電パターンPAT2の場合、電気角30°)に対して30°前の電気角分、すなわち電気角30°の範囲内(電気角30°から)でしか進角制御を行うことができない。他の通電パターンPAT2から通電パターンPAT6の各々においても、それぞれの通電パターンにおける相巻線に対するロータの位置検出も同様である。
In FIG. 2, in order to easily understand the comparison between the voltage of the combined signal and the electromotive voltage of each phase winding, the resistance R1U, the resistance R2U, the resistance R1V, the resistance R2V, the resistance R1W, and the resistance R2W in FIG. The case where resistance values are made equal is shown. For example, in the energization pattern PAT1, when there is a magnetic pole of the U-phase winding 100U in the middle between adjacent magnetic poles of the rotor, the U-phase electromotive voltage Vu is equal to the reference voltage Vwv (the zero-cross point of the U-phase electromotive voltage Vu). . Here, the reference voltage Vwv is a voltage value obtained by dividing the potential difference between the W-phase electromotive voltage Vw and the V-phase electromotive voltage Vv by the resistor R2W and the resistor R1V. Similarly, zero-cross points also exist in the V-phase electromotive voltage Vv and the W-phase electromotive voltage Vw. When the resistance values of the resistor R1V and the resistor R2W are equal, the zero cross point becomes an electrical angle of 0 ° or an electrical angle of 180 ° of the U-phase electromotive voltage Vu and deviates by 30 ° from the zero cross point (electrical angle of 0 °). 120 ° energization is started at a position, for example, from an electrical angle of 30 ° to an electrical angle of 150 °.
Here, when the advance angle control is performed, the U-phase winding 100U is energized 120 ° from any electrical angle from an electrical angle of 0 ° to an electrical angle of 30 °. As shown in FIG. 2, when the resistance values of the resistor R1U, the resistor R2U, the resistor R1V, the resistor R2V, the resistor R1W, and the resistor R2W in FIG. 1 are made equal, the electrical angle for energizing the phase winding (in the case of the energization pattern PAT2) The advance angle control can be performed only within the
次に、図3は、ブラシレスモータ100におけるステータの各相巻線(U相巻線100U、V相巻線100V及びW相巻線100W)のそれぞれに駆動電流を120°通電し、ロータを回転させている際に各相巻線に誘導される起電圧を示す図である。この図3は、横軸が電気角を示し、縦軸が電圧を示している。また、図2と同様に、抵抗R1U、抵抗R2V、抵抗R1V、抵抗R2V、抵抗R1W及び抵抗R2Wの抵抗値を等しくした場合を示している。
また、この図3においては、U相起電圧Uuと端子Uに印加する印加電圧Vapuとを重ねた状態で示し、V相起電圧Uvと端子Vに印加する印加電圧Vapvとを重ねた状態で示し、W相起電圧Uwと端子Wに印加する印加電圧Vapwとを重ねた状態で示している。以下、制御回路12が各通電パターンにおいて行う駆動回路13の各スイッチング素子の制御について説明する。電気角0°から電気角360°までを電気角60°の範囲として6等分し、それぞれを通電パターンPAT1から通電パターンPAT6の各々の制御範囲とする。後述する図4、図6、図7、図8も同様である。
Next, FIG. 3 shows that each of the stator phase windings (the U-phase winding 100U, the V-phase winding 100V, and the W-phase winding 100W) in the
In FIG. 3, the U-phase electromotive voltage Uu and the applied voltage Vpu applied to the terminal U are shown in a superimposed state, and the V-phase electromotive voltage Uv and the applied voltage Vapv applied to the terminal V are overlaid. The W-phase electromotive voltage Uw and the applied voltage Vapw applied to the terminal W are shown in a superimposed state. Hereinafter, control of each switching element of the
・通電パターンPAT1(電気角330°(−30°)から電気角30°の範囲)
制御回路12は、スイッチング素子40UH、スイッチング素子40UL、スイッチング素子40VH及びスイッチング素子40WLをオフ状態とし、スイッチング素子40WH及びスイッチング素子40VLをオン状態とする駆動信号を、それぞれのスイッチング素子に供給する。
これにより、通電パターンPAT1は、端子Uに駆動電圧が印加されておらず、端子Wから端子Vに対して駆動電流が流れる状態となっている。すなわち、スイッチング素子40WH及びスイッチング素子40VLを介して、W相巻線100W及びV相巻線100Vに駆動電流が流れる状態となる。
-Energization pattern PAT1 (electrical angle 330 ° (-30 °) to
The
As a result, the energization pattern PAT1 is in a state in which no drive voltage is applied to the terminal U and a drive current flows from the terminal W to the terminal V. That is, the drive current flows through the W-phase winding 100W and the V-phase winding 100V via the switching element 40WH and the switching element 40VL.
・通電パターンPAT2(電気角30°から電気角90°の範囲)
制御回路12は、スイッチング素子40UL、スイッチング素子40VH、スイッチング素子40WH及びスイッチング素子40WLをオフ状態とし、スイッチング素子40UH及びスイッチング素子40VLをオン状態とする駆動信号を、それぞれのスイッチング素子に供給する。
これにより、通電パターンPAT2は、端子Wに駆動電圧が印加されておらず、端子Uから端子Vに対して駆動電流が流れる状態となっている。すなわち、スイッチング素子40UH及びスイッチング素子40VLを介して、U相巻線100U及びV相巻線100Vに駆動電流が流れる状態となる。
・ Electric pattern PAT2 (
The
As a result, the energization pattern PAT2 is in a state in which no drive voltage is applied to the terminal W and a drive current flows from the terminal U to the terminal V. That is, a drive current flows through the U-phase winding 100U and the V-phase winding 100V through the switching element 40UH and the switching element 40VL.
・通電パターンPAT3(電気角90°から電気角150°の範囲)
制御回路12は、スイッチング素子40UL、スイッチング素子40VH、スイッチング素子40VL及びスイッチング素子40WHをオフ状態とし、スイッチング素子40UH及びスイッチング素子40WLをオン状態とする駆動信号を、それぞれのスイッチング素子に供給する。
これにより、通電パターンPAT3は、端子Vに駆動電圧が印加されておらず、端子Uから端子Wに対して駆動電流が流れる状態となっている。すなわち、スイッチング素子40UH及びスイッチング素子40WLを介して、U相巻線100U及びW相巻線100Wに駆動電流が流れる状態となる。
・ Energization pattern PAT3 (electrical angle 90 ° to
The
As a result, in the energization pattern PAT3, the drive voltage is not applied to the terminal V, and the drive current flows from the terminal U to the terminal W. That is, a drive current flows through the U-phase winding 100U and the W-phase winding 100W via the switching element 40UH and the switching element 40WL.
・通電パターンPAT4(電気角150°から電気角210°の範囲)
制御回路12は、スイッチング素子40UH、スイッチング素子40UL、スイッチング素子40VL及びスイッチング素子40WHをオフ状態とし、スイッチング素子40VH及びスイッチング素子40WLをオン状態とする駆動信号を、それぞれのスイッチング素子に供給する。
これにより、通電パターンPAT4は、端子Vに駆動電圧が印加されておらず、端子Vから端子Wに対して駆動電流が流れる状態となっている。すなわち、スイッチング素子40VH及びスイッチング素子40WLを介して、V相巻線100V及びW相巻線100Wに駆動電流が流れる状態となる。
-Energization pattern PAT4 (
The
As a result, the energization pattern PAT4 is in a state in which no drive voltage is applied to the terminal V and a drive current flows from the terminal V to the terminal W. That is, the drive current flows through the V-phase winding 100V and the W-phase winding 100W via the switching element 40VH and the switching element 40WL.
・通電パターンPAT5(電気角210°から電気角270°の範囲)
制御回路12は、スイッチング素子40UH、スイッチング素子40VL、スイッチング素子40WH及びスイッチング素子40WLをオフ状態とし、スイッチング素子40VH及びスイッチング素子40ULをオン状態とする駆動信号を、それぞれのスイッチング素子に供給する。
これにより、通電パターンPAT5は、端子Wに駆動電圧が印加されておらず、端子Vから端子Uに対して駆動電流が流れる状態となっている。すなわち、スイッチング素子40VH及びスイッチング素子40ULを介して、V相巻線100V及びU相巻線100Uに駆動電流が流れる状態となる。
・ Electric pattern PAT5 (electrical angle 210 ° to electric angle 270 °)
The
As a result, in the energization pattern PAT5, the drive voltage is not applied to the terminal W, and the drive current flows from the terminal V to the terminal U. That is, the drive current flows through the V-phase winding 100V and the U-phase winding 100U via the switching element 40VH and the switching element 40UL.
・通電パターンPAT6(電気角270°から電気角330°(−30°)の範囲)
制御回路12は、スイッチング素子40UH、スイッチング素子40VH、スイッチング素子40VL及びスイッチング素子40WLをオフ状態とし、スイッチング素子40WH及びスイッチング素子40ULをオン状態とする駆動信号を、それぞれのスイッチング素子に供給する。
これにより、通電パターンPAT6は、端子Vに駆動電圧が印加されておらず、端子Wから端子Uに対して駆動電流が流れる状態となっている。すなわち、スイッチング素子40WH及びスイッチング素子40ULを介して、W相巻線100W及びU相巻線100Uに駆動電流が流れる状態となる。
-Energization pattern PAT6 (electrical angle 270 ° to electric angle 330 ° (-30 °) range)
The
As a result, in the energization pattern PAT6, the drive voltage is not applied to the terminal V, and the drive current flows from the terminal W to the terminal U. That is, the drive current flows through the W-phase winding 100W and the U-phase winding 100U via the switching element 40WH and the switching element 40UL.
ここで、通電パターンPAT1及び通電パターンPAT4においては、U相巻線100Uに対するロータの位置の検出(電気角の検出)が行われる。通電パターンPAT1においては、コンパレータOPUの+端子に対し、端子Wに印加されている電源電圧と、端子Vが接続されている接地点の接地電位とが抵抗R2W及び抵抗R1Vにより分圧された電圧が基準電圧Vwvとして印加される。これにより、通電パターンPAT1においては、抵抗R2Wの一端が電源電圧となり、抵抗R1Vの一端が接地電位となるため、基準電圧Vwvは電源電圧の1/2の電圧値となる(合成における基準電圧)。 Here, in the energization pattern PAT1 and the energization pattern PAT4, detection of the rotor position (electrical angle detection) with respect to the U-phase winding 100U is performed. In the energization pattern PAT1, with respect to the + terminal of the comparator OPU, a voltage obtained by dividing the power supply voltage applied to the terminal W and the ground potential at the ground point to which the terminal V is connected by the resistor R2W and the resistor R1V. Is applied as the reference voltage Vwv. As a result, in the energization pattern PAT1, one end of the resistor R2W serves as a power supply voltage, and one end of the resistor R1V serves as a ground potential, so that the reference voltage Vwv is a voltage value that is ½ of the power supply voltage (reference voltage in synthesis). .
一方、通電パターンPAT4においては、コンパレータOPUの+端子に対し、端子Vに印加されている電源電圧と端子Wに接続されている接地点の接地電位とが抵抗R1V及び抵抗R2Wにより分圧された電圧が基準電圧Vwvとして印加される。また、通電パターンPAT4においては、抵抗R1Vの一端が電源電圧となり、抵抗R2Wの一端が接地電圧となるため、基準電圧Vwvとしては電源電圧の1/2の電圧値となる(合成における基準電圧)。 On the other hand, in the energization pattern PAT4, the power supply voltage applied to the terminal V and the ground potential of the ground point connected to the terminal W are divided by the resistor R1V and the resistor R2W with respect to the + terminal of the comparator OPU. A voltage is applied as the reference voltage Vwv. In the energization pattern PAT4, one end of the resistor R1V serves as a power supply voltage, and one end of the resistor R2W serves as a ground voltage. Therefore, the reference voltage Vwv has a voltage value that is ½ of the power supply voltage (reference voltage in synthesis). .
また、通電パターンPAT2及び通電パターンPAT5においては、W相巻線100Wに対するロータの位置の検出が行われる。通電パターンPAT2においては、コンパレータOPWの+端子に対し、端子Uに印加されている電源電圧と、端子Vが接続されている接地点の接地電位とが抵抗R1U及び抵抗R2Vにより分圧された電圧が基準電圧として印加される。また、通電パターンPAT2においては、抵抗R1Uの一端が電源電圧となり、抵抗R2Vの一端が接地電位となるため、基準電圧Vvuとしては電源電圧の1/2の電圧値となる。 Further, in the energization pattern PAT2 and the energization pattern PAT5, the position of the rotor with respect to the W-phase winding 100W is detected. In the energization pattern PAT2, with respect to the + terminal of the comparator OPW, a voltage obtained by dividing the power supply voltage applied to the terminal U and the ground potential at the ground point to which the terminal V is connected by the resistors R1U and R2V Is applied as a reference voltage. In the energization pattern PAT2, one end of the resistor R1U serves as a power supply voltage, and one end of the resistor R2V serves as a ground potential. Therefore, the reference voltage Vvu has a voltage value that is ½ of the power supply voltage.
一方、通電パターンPAT5においては、コンパレータOPWの+端子に対し、端子Vに印加されている電源電圧と、端子Uに接続されている接地点の接地電位とが抵抗R2V及び抵抗R1Uにより分圧された電圧が基準電圧Vvuとして印加される。また、通電パターンPAT5においては、抵抗R2Vの一端が電源電圧となり、抵抗R1Uの一端が接地電位となるため、基準電圧Vvuとしては電源電圧の1/2の電圧値となる。 On the other hand, in the energization pattern PAT5, the power supply voltage applied to the terminal V and the ground potential of the ground point connected to the terminal U are divided by the resistor R2V and the resistor R1U with respect to the + terminal of the comparator OPW. Is applied as the reference voltage Vvu. In the energization pattern PAT5, one end of the resistor R2V serves as a power supply voltage, and one end of the resistor R1U serves as a ground potential. Therefore, the reference voltage Vvu has a voltage value that is ½ of the power supply voltage.
通電パターンPAT3及び通電パターンPAT6においては、V相巻線100Vに対するロータの位置の検出が行われる。通電パターンPAT3においては、コンパレータOPVの+端子に対し、端子Uに印加されている電源電圧と、端子Wが接続されている接地点の接地電位とが抵抗R2U及び抵抗R1Wにより分圧された電圧が基準電圧Vuwとして印加される。また、通電パターンPAT3においては、抵抗R2Uの一端が電源電圧となり、抵抗R1Wの一端が接地電位となるため、基準電圧Vuwとしては電源電圧の1/2の電圧値となる。 In the energization pattern PAT3 and the energization pattern PAT6, the position of the rotor with respect to the V-phase winding 100V is detected. In the energization pattern PAT3, with respect to the + terminal of the comparator OPV, a voltage obtained by dividing the power supply voltage applied to the terminal U and the ground potential at the ground point to which the terminal W is connected by the resistors R2U and R1W. Is applied as the reference voltage Vuw. In the energization pattern PAT3, one end of the resistor R2U serves as a power supply voltage, and one end of the resistor R1W serves as a ground potential. Therefore, the reference voltage Vuw has a voltage value that is ½ of the power supply voltage.
一方、通電パターンPAT6においては、コンパレータOPVの+端子に対し、端子Wに印加されている電源電圧と、端子Uに接続されている接地点の接地電位とが抵抗R1W及び抵抗R2Uにより分圧された電圧が基準電圧として印加される。また、通電パターンPAT6においては、抵抗R1Wの一端が電源電圧となり、抵抗R2Uの一端が接地電位となるため、基準電圧Vuwとしては電源電圧の1/2の電圧値となる。 On the other hand, in the energization pattern PAT6, the power supply voltage applied to the terminal W and the ground potential of the ground point connected to the terminal U are divided by the resistor R1W and the resistor R2U with respect to the + terminal of the comparator OPV. The applied voltage is applied as a reference voltage. In the energization pattern PAT6, one end of the resistor R1W serves as a power supply voltage and one end of the resistor R2U serves as a ground potential. Therefore, the reference voltage Vuw has a voltage value that is ½ of the power supply voltage.
また、図3には、上述した通電パターンによるU相巻線100Uの端子UのU相端子電圧、V相巻線100Vの端子VのV相端子電圧、W相巻線100Wの端子WのW相端子電圧の各々の電圧波形が示されている。パルスPsは、駆動回路13における各スイッチング素子のオンオフ時に発生するスイッチングパルスである。
FIG. 3 also shows the U-phase terminal voltage of the terminal U of the U-phase winding 100U, the V-phase terminal voltage of the terminal V of the V-phase winding 100V, and the W of the terminal W of the W-phase winding 100W according to the energization pattern described above. Each voltage waveform of the phase terminal voltage is shown. The pulse Ps is a switching pulse generated when each switching element in the
図3に示すように、コンパレータOPUは、+端子に供給される基準電圧Vwvと、U相巻線100UのU相端子電圧とを比較し、U相端子電圧が基準電圧Vwvを超えた場合(通電パターンPAT1の場合)、位置検出信号SUをHレベルからLレベルに立ち下げる。一方、コンパレータOPUは、U相端子電圧が基準電圧Vwv以下となった場合(通電パターンPAT4の場合)、位置検出信号SUをHレベルからLレベルに立ち下げる。
コンパレータOPWは、+端子に供給される基準電圧Vvuと、W相巻線100WのW相端子電圧とを比較し、W相端子電圧が基準電圧Vvuを超えた場合(通電パターンPAT2の場合)、位置検出信号SWをHレベルからLレベルに立ち下げる。一方、コンパレータOPWは、W相端子電圧が基準電圧Vvu以下となった場合(通電パターンPAT5の場合)、位置検出信号SWをHレベルからLレベルに立ち下げる。
As shown in FIG. 3, the comparator OPU compares the reference voltage Vwv supplied to the + terminal with the U-phase terminal voltage of the U-phase winding 100U, and the U-phase terminal voltage exceeds the reference voltage Vwv ( In the case of the energization pattern PAT1, the position detection signal SU is lowered from the H level to the L level. On the other hand, when the U-phase terminal voltage is equal to or lower than the reference voltage Vwv (in the case of the energization pattern PAT4), the comparator OPU causes the position detection signal SU to fall from the H level to the L level.
The comparator OPW compares the reference voltage Vvu supplied to the + terminal with the W-phase terminal voltage of the W-phase winding 100W, and when the W-phase terminal voltage exceeds the reference voltage Vvu (in the case of the energization pattern PAT2), The position detection signal SW falls from the H level to the L level. On the other hand, when the W-phase terminal voltage becomes equal to or lower than the reference voltage Vvu (in the case of the energization pattern PAT5), the comparator OPW causes the position detection signal SW to fall from the H level to the L level.
コンパレータOPVは、+端子に供給される基準電圧Vuwと、V相巻線100VのV相端子電圧とを比較し、V相端子電圧が基準電圧Vuwを超えた場合(通電パターンPAT3の場合)、位置検出信号SVをHレベルからLレベルに立ち下げる。一方、コンパレータOPVは、V相端子電圧が基準電圧Vuw以下となった場合(通電パターンPAT6の場合)、位置検出信号SVをHレベルからLレベルに立ち下げる。
また、制御回路12は、位置検出信号SU、位置検出信号SV及び位置検出信号SWの各々に重畳するパルスPsを、駆動回路13の各スイッチング素子に対して与える駆動信号の立ち上がりタイミングに基づいてマスクする。
The comparator OPV compares the reference voltage Vuw supplied to the + terminal and the V-phase terminal voltage of the V-phase winding 100V. When the V-phase terminal voltage exceeds the reference voltage Vuw (in the case of the energization pattern PAT3), The position detection signal SV is lowered from the H level to the L level. On the other hand, when the V-phase terminal voltage becomes equal to or lower than the reference voltage Vuw (in the case of the energization pattern PAT6), the comparator OPV causes the position detection signal SV to fall from the H level to the L level.
The
図4は、ブラシレスモータ100におけるステータの各相巻線(U相巻線100U、V相巻線100V及びW相巻線100W)のそれぞれに駆動電流を印加せずに、慣性でロータが回転している状態(フリー回転状態)において各相巻線に誘導される起電圧を示す図である。この図4において、縦軸は電圧を示し、横軸は電気角を示している。
また、図5は、ロータ位置検出回路14におけるコンパレータOPUと、このコンパレータOPUの+端子に接続される、基準電圧Vwvを生成するための直列接続された抵抗R2Wと抵抗R1Vとを示す図である。他のコンパレータOPV及びコンパレータOPWも、このコンパレータOPUと同様に、それぞれ直列接続された抵抗R2U及び抵抗R1W、抵抗R2V及び抵抗R1Uの接続点が+端子に接続されている。
FIG. 4 shows that the rotor rotates by inertia without applying a drive current to each of the stator phase windings (U-phase winding 100U, V-phase winding 100V, and W-phase winding 100W) in
FIG. 5 is a diagram showing the comparator OPU in the rotor
また、図5(a)は、抵抗R2Wと抵抗R1Vとが同一の抵抗値rである場合における接続点の電位を説明する図である。コンパレータOPUの+端子に供給される基準電圧Vwvは、端子Wと端子Vとにおける電圧が分圧された電圧となる。すなわち、図4の通電パターンPAT1の線S1の示すW相起電圧とV相起電圧とが分圧された電圧となる。
ここで、通電パターンPAT1は、W相起電圧がV相起電圧より高い電圧となっている。また、通電パターンPAT2は、U相起電圧がV相起電圧より高い電圧となっている。しかしながら、抵抗R2Wと抵抗R1Vとが同一の抵抗値rであり、かつ抵抗R2Wと抵抗R1Vとが同一の抵抗値rであり、抵抗R2Vと抵抗R1Uが同一の抵抗値rである。このため、通電パターンPAT1においてはゼロクロス点でU相起電圧が基準電圧Vwvを超え、通電パターンPAT2においてゼロクロス点でW相起電圧が基準電圧Vvuを超える。
FIG. 5A is a diagram for explaining the potential at the connection point when the resistance R2W and the resistance R1V have the same resistance value r. The reference voltage Vwv supplied to the + terminal of the comparator OPU is a voltage obtained by dividing the voltage at the terminal W and the terminal V. That is, a voltage obtained by dividing the W-phase electromotive voltage and the V-phase electromotive voltage indicated by the line S1 of the energization pattern PAT1 in FIG.
Here, in the energization pattern PAT1, the W-phase electromotive voltage is higher than the V-phase electromotive voltage. In the energization pattern PAT2, the U-phase electromotive voltage is higher than the V-phase electromotive voltage. However, the resistance R2W and the resistance R1V have the same resistance value r, the resistance R2W and the resistance R1V have the same resistance value r, and the resistance R2V and the resistance R1U have the same resistance value r. For this reason, in the energization pattern PAT1, the U-phase electromotive voltage exceeds the reference voltage Vwv at the zero cross point, and in the energization pattern PAT2, the W-phase electromotive voltage exceeds the reference voltage Vvu.
一方、図5(b)は、抵抗R2Wが抵抗R1Vに対して抵抗値が大きい場合における接続点の電位を説明する図である。コンパレータOPUの+端子に供給される基準電圧Vwvは、端子Wと端子Vとにおける電圧が分圧された電圧となる。すなわち、図4の通電パターンPAT1の線S2の示すW相起電圧とV相起電圧とが分圧された電圧となる。供給される基準電圧Vwvは、端子Wと端子Vとにおける電圧が分圧された電圧となる。図4の通電パターンPAT2の線S3の示すU相起電圧とV相起電圧とが分圧された電圧となる。供給される基準電圧Vvuは、端子Uと端子Vとにおける電圧が分圧された電圧となる。図5(c)には、本実施形態における抵抗分圧の考え方が示されている。 On the other hand, FIG. 5B is a diagram for explaining the potential at the connection point when the resistance value of the resistor R2W is larger than that of the resistor R1V. The reference voltage Vwv supplied to the + terminal of the comparator OPU is a voltage obtained by dividing the voltage at the terminal W and the terminal V. That is, a voltage obtained by dividing the W-phase electromotive voltage and the V-phase electromotive voltage indicated by the line S2 of the energization pattern PAT1 in FIG. The supplied reference voltage Vwv is a voltage obtained by dividing the voltage at the terminal W and the terminal V. This is a voltage obtained by dividing the U-phase electromotive voltage and the V-phase electromotive voltage indicated by the line S3 of the energization pattern PAT2 in FIG. The supplied reference voltage Vvu is a voltage obtained by dividing the voltage at the terminal U and the terminal V. FIG. 5C shows the concept of resistance voltage division in the present embodiment.
この図5を用いて、コンパレータへ供給する基準電圧を生成するための、直列接続する2つの抵抗の抵抗値の設定について説明する。例として、コンパレータOPUの基準電圧Vwvを生成する抵抗R2W及び抵抗R1Vの各々の抵抗値の設定について説明する。他のコンパレータOPV及びコンパレータOPWの各々に用いる基準電圧Vuv、基準電圧Vvuについても同様に分圧比が設定される。 The setting of resistance values of two resistors connected in series for generating a reference voltage to be supplied to the comparator will be described with reference to FIG. As an example, the setting of the resistance values of the resistor R2W and the resistor R1V that generate the reference voltage Vwv of the comparator OPU will be described. Similarly, the voltage division ratio is set for the reference voltage Vuv and the reference voltage Vvu used for each of the other comparators OPV and OPW.
この分圧比は、すなわち直列接続する2つの抵抗の抵抗値の比であり、進角制御をおこなうためにどの電気角でロータの位置を検出するかを設定するものである。このロータの位置の電気角は、どの程度の回転数によりブラシレスモータ100を回転させるかにより、どの程度の進角制御が必要であるかが一つのパラメータとなる。回転数が上昇するにつれて、U相巻線100Uに対して通電させるタイミングを早くする必要がある。すなわち、誘起電圧とU相巻線100Uに流れる巻線電流との位相を合わせることにより、高回転においてもトルクを増加させて効率的な制御を行うことができる。
This voltage division ratio is the ratio of the resistance values of two resistors connected in series, and sets the electrical angle at which the position of the rotor is detected in order to perform advance angle control. The electrical angle at the position of the rotor is a parameter indicating how much advance angle control is required depending on how many rotations the
しかしながら、U相巻線100Uに対してコイルに印加する印加電圧の位相に対し、U相巻線100Uに流れる巻線電流の位相が遅れる。このため、誘起電圧の位相に対して巻線電流の位相が遅れ、十分なトルクを出せずに効率的な駆動が行えず、回転数が高くなるほど顕著となる。
したがって、上述した分圧比は、ブラシレスモータ100の特性、使用する回転数範囲、負荷トルクなどのパラメタータによって最適値が異なる。例えば、分圧比を求める方法としては、これらのパラメータに対応した分圧比を、実際に進角制御を行う実験により求めて設定することが考えられる。
However, the phase of the winding current flowing in U-phase winding 100U is delayed with respect to the phase of the applied voltage applied to the coil with respect to U-phase winding 100U. For this reason, the phase of the winding current is delayed with respect to the phase of the induced voltage, and sufficient driving cannot be performed without producing a sufficient torque, which becomes more remarkable as the rotational speed increases.
Accordingly, the above-described voltage dividing ratio varies depending on the parameter of the characteristics of the
また、分圧比は、ブラシレスモータ100を駆動する電源電圧によっても調整が必要となる。コンパレータOPUの構成要素であるオペアンプには回路構成における制限から、同相入力電圧範囲Vαが存在する。このため、オペアンプを正常に動作させるためには、正の電源電圧をVccとし、負の電源電圧を−Veeとした場合、Vcc−Vαから−Vcc+Vαの電圧範囲で入力電圧を設定する必要がある。
例えば、図5(c)に示すように、電源電圧が12Vであり、同相入力電圧範囲Vαが1Vである場合、抵抗R2Wの抵抗値r2Wと、抵抗R1Vの抵抗値r1Vとの分圧比は、r1V:r2W=1:11となる。
Further, the voltage division ratio needs to be adjusted by the power supply voltage for driving the
For example, as shown in FIG. 5C, when the power supply voltage is 12V and the common-mode input voltage range Vα is 1V, the voltage dividing ratio between the resistance value r2W of the resistor R2W and the resistance value r1V of the resistor R1V is r1V: r2W = 1: 11.
これにより、抵抗R2Wの一端が接続されている端子Wが12Vであり、抵抗R1Vの一端が接続されている端子Vが0V(接地電位)である場合、基準電圧Vwvが1Vとなる。一方、抵抗R1Vの一端が接続されている端子Vが12Vであり、抵抗R2Wの一端が接続されている端子Wが0V(接地電位)である場合、基準電圧Vwvが11Vとなる。これにより、電源電圧と接地電位とに対する同相入力電圧範囲が満足されることになる。また、電源電圧が16Vの場合にr1V:r2W=1:15となり、電源電圧が8Vの場合にr1V:r2W=1:7となる。したがって、この同相電圧範囲内において基準電圧を調整することにより、ブラシレスモータ100の特性、使用する回転数範囲、負荷トルクなどのパラメータの数値によって最適値を設定する。すなわち、印加する電源電圧がQ(V)の場合、抵抗R1と抵抗R2との抵抗値を、r1<r2<(Q−1)×r1の範囲で変化させ、ブラシレスモータの進角制御を行うことになる。
Thus, when the terminal W to which one end of the resistor R2W is connected is 12V and the terminal V to which one end of the resistor R1V is connected is 0V (ground potential), the reference voltage Vwv is 1V. On the other hand, when the terminal V to which one end of the resistor R1V is connected is 12V and the terminal W to which one end of the resistor R2W is connected is 0V (ground potential), the reference voltage Vwv is 11V. As a result, the common-mode input voltage range with respect to the power supply voltage and the ground potential is satisfied. When the power supply voltage is 16V, r1V: r2W = 1: 15, and when the power supply voltage is 8V, r1V: r2W = 1: 7. Therefore, by adjusting the reference voltage within this common-mode voltage range, an optimum value is set according to the numerical values of parameters such as the characteristics of the
図4において、通電パターンPAT1は、W相起電圧がV相起電圧に比較して高い電圧となっている。抵抗R2Wが抵抗R1Vより大きい抵抗値であるため、分圧された電圧である基準電圧Vwvは、抵抗R2W及び抵抗R1Vの抵抗値が同一である場合に比較して、低い電圧となる。また、通電パターンPAT2は、U相起電圧がV相起電圧に比較して高い電圧となっている。抵抗R1Uが抵抗R2Vより大きい抵抗値であるため、分圧された電圧である基準電圧Vvuは、抵抗R2V及び抵抗R1Uの抵抗値が同一である場合に比較して、高い電圧となる。
これにより、通電パターンPAT1において、ゼロクロス点より前の電気角の位置でU相起電圧が基準電圧Vwvを超え、通電パターンPAT2において、ゼロクロス点より前の電気角の位置においてW相起電圧が基準電圧Vvuを超える。
In FIG. 4, in the energization pattern PAT1, the W-phase electromotive voltage is higher than the V-phase electromotive voltage. Since the resistance value of the resistor R2W is larger than the resistance value of the resistor R1V, the reference voltage Vwv that is a divided voltage is lower than that when the resistance values of the resistor R2W and the resistor R1V are the same. In the energization pattern PAT2, the U-phase electromotive voltage is higher than the V-phase electromotive voltage. Since the resistance value of the resistor R1U is larger than that of the resistor R2V, the reference voltage Vvu that is a divided voltage is higher than that when the resistance values of the resistor R2V and the resistor R1U are the same.
As a result, the U-phase electromotive voltage exceeds the reference voltage Vwv at the electrical angle position before the zero cross point in the energization pattern PAT1, and the W-phase electromotive voltage is the reference at the electrical angle position before the zero cross point in the energization pattern PAT2. The voltage Vvu is exceeded.
図4において、U相起電圧、V相起電圧及びW相起電圧の各々は図2と同様の波形となっている。通電はしていないが周期を明確にするため、通電パターンで電気角の周期を区切って説明する。
また、図4の場合には、分圧回路における抵抗R2(R2U、R2V、R2W)の抵抗値を、抵抗R1(R1U、R1V、R1W)の抵抗値に対して大きく設定してある。
In FIG. 4, each of the U-phase electromotive voltage, the V-phase electromotive voltage, and the W-phase electromotive voltage has the same waveform as in FIG. Although not energized, in order to clarify the cycle, the cycle of the electrical angle will be described with an energization pattern.
In the case of FIG. 4, the resistance value of the resistor R2 (R2U, R2V, R2W) in the voltage dividing circuit is set larger than the resistance value of the resistor R1 (R1U, R1V, R1W).
このため、上述したように、合成の波形において、基準電圧が図2の場合と異なる。例えば、通電パターンPAT1において、W相起電圧とV相起電圧とが(W相巻線100WのW相起電圧がV相巻線100VのV相起電圧より大きい)、抵抗R2Wと抵抗R1Vとの抵抗比で分圧され、抵抗R2Wの抵抗値が抵抗R1Vの抵抗値より大きいため、基準電圧Vwvは抵抗R2Wと抵抗R1Vとの抵抗値が等しい場合に比較して小さい値(線S2)になる。これにより、誘起電圧が接地電位から電源電圧の電位に上昇する際、コンパレータOPUが位置検出信号SUをHレベルからLレベルに立ち下げる電気角の位置がより早い位置となり、ロータの位置がより早く検出されることになり、30°を超えた進相制御を行うことができる。 For this reason, as described above, the reference voltage in the synthesized waveform is different from that in FIG. For example, in the energization pattern PAT1, the W-phase electromotive voltage and the V-phase electromotive voltage (the W-phase electromotive voltage of the W-phase winding 100W is larger than the V-phase electromotive voltage of the V-phase winding 100V), the resistance R2W and the resistance R1V Since the resistance value of the resistor R2W is larger than the resistance value of the resistor R1V, the reference voltage Vwv becomes a smaller value (line S2) than when the resistance values of the resistor R2W and the resistor R1V are equal. Become. Thereby, when the induced voltage rises from the ground potential to the potential of the power supply voltage, the position of the electrical angle at which the comparator OPU lowers the position detection signal SU from the H level to the L level becomes an earlier position, and the rotor position becomes earlier. As a result, phase advance control exceeding 30 ° can be performed.
また、通電パターンPAT2において、U相起電圧とV相基準電圧とが(U相巻線100Uの誘起電圧がV相巻線100Vの誘起電圧より大きい)、抵抗R1Uと抵抗R2Vとの抵抗比で分圧され、抵抗R2Vの抵抗値が抵抗R1Uの抵抗値より大きいため、基準電圧Vvuは抵抗R2Vと抵抗R1Uとの抵抗値が等しい場合に比較して大きい値になる。これにより、誘起電圧が電源電圧の電位から接地電位に下降する際、コンパレータOPWが位置検出信号SWをLレベルからHレベルに立ち下げる電気角の位置がより早い位置となり、ロータの位置がより早く検出されることになり、30°を超えた進相制御を行うことができる。
すなわち、検出対象である相巻線の磁極に対するロータの磁極の相対位置を検出する際、この相巻線に対して誘起される相起電圧が接地電位から電源電圧の電位へ上昇している通電パターンにおいては、基準電圧の電圧値を低下させる。一方、検出対象である相巻線の磁極に対するロータの磁極の相対位置を検出する際、この相巻線に対して誘起される相起電圧が電源電圧の電位から接地電位へ下降している通電パターンにおいては、基準電圧の電圧値を上昇させる。
Further, in the energization pattern PAT2, the U-phase electromotive voltage and the V-phase reference voltage (the induced voltage of the U-phase winding 100U is larger than the induced voltage of the V-phase winding 100V) is a resistance ratio of the resistor R1U and the resistor R2V. Since the voltage is divided and the resistance value of the resistor R2V is larger than the resistance value of the resistor R1U, the reference voltage Vvu is larger than that when the resistance values of the resistor R2V and the resistor R1U are equal. Thereby, when the induced voltage drops from the potential of the power supply voltage to the ground potential, the position of the electrical angle at which the comparator OPW lowers the position detection signal SW from the L level to the H level becomes an earlier position, and the rotor position becomes earlier. As a result, phase advance control exceeding 30 ° can be performed.
That is, when detecting the relative position of the magnetic pole of the rotor with respect to the magnetic pole of the phase winding to be detected, the energization voltage induced to this phase winding is increased from the ground potential to the potential of the power supply voltage. In the pattern, the voltage value of the reference voltage is lowered. On the other hand, when detecting the relative position of the magnetic pole of the rotor with respect to the magnetic pole of the phase winding to be detected, the energization voltage induced to this phase winding is reduced from the potential of the power supply voltage to the ground potential. In the pattern, the voltage value of the reference voltage is increased.
次に、図6は、ブラシレスモータ100におけるステータの各相巻線(U相巻線100U、V相巻線100V及びW相巻線100W)のそれぞれに駆動電流を120°通電し、ロータを回転させている際に各相巻線に誘導される起電圧を示す図である。この図6において、縦軸は電圧を示し、横軸は電気角を示している。図6における通電パターンPAT1から通電パターンPAT6は、図3における通電パターンPAT1から通電パターンPAT6と同様に、駆動回路13における各スイッチング素子の制御が行われている。
Next, FIG. 6 shows that each of the stator phase windings (U-phase winding 100U, V-phase winding 100V, and W-phase winding 100W) in
また、すでに説明した図3においては、各オペアンプの+端子に与える基準電圧を、直列接続した2個の抵抗の抵抗値を同一として、ブラシレスモータ100に与える電源電圧の電圧値の1/2として生成している。このため、ブラシレスモータ100のステータの磁極に対するロータの位置はゼロクロス点において検出される。
また、図6における通電パターンPAT1から通電パターンPAT6の各々は、図3における通電パターンPAT1から通電パターンPAT6それぞれと同様に、制御回路12が駆動回路13のスイッチング素子の駆動が行われている。
Further, in FIG. 3 already described, the reference voltage applied to the + terminal of each operational amplifier is made equal to the resistance value of the two resistors connected in series, and is ½ of the voltage value of the power supply voltage applied to the
Further, in each of the energization patterns PAT1 to PAT6 in FIG. 6, the
一方、図6においては、オペアンプOPUを例として説明すると、基準電圧を生成する抵抗R2U及び抵抗R1Vの直列接続において、抵抗R2Uの抵抗値を抵抗R1Vの抵抗値よりも大きくし、ロータの位置検出をゼロクロス点より前の電気角の角度で行えるようにしている。これにより、図3においては、30°までの進角制御しか行えないが、図6においては30°を超え、抵抗比の調整により限りなく60°に近づいた進角制御を行うことができる。 On the other hand, in FIG. 6, the operational amplifier OPU will be described as an example. In the series connection of the resistor R2U and the resistor R1V that generate the reference voltage, the resistance value of the resistor R2U is made larger than the resistance value of the resistor R1V to detect the rotor position Can be performed at an electrical angle before the zero cross point. Accordingly, in FIG. 3, only advance angle control up to 30 ° can be performed, but in FIG. 6, advance angle control exceeding 30 ° and approaching 60 ° as much as possible by adjusting the resistance ratio can be performed.
図6における通電パターンPAT1における合成の波形をみると、合成の波形における基準電圧VwvはコンパレータOPUの−端子に供給される電圧であり、抵抗R2Wと抵抗R1Vの直列接続の接続点により生成される。図6において、抵抗R2Wの抵抗値を抵抗R1Vの抵抗値に比較して大きく設定しており、かつ通電パターンPAT1において、端子Wに電源電圧が印加され、端子Vが接地されている。このため、抵抗R2Wの一端に電源電圧が印加され、抵抗R1Vの一端が接地されることで、抵抗R2W及び抵抗R1Vの直列接続の接続点において、抵抗R2W及び抵抗R1Vの分圧により生成される基準電圧Vwvが電源電圧の1/2より低くなる。 Looking at the composite waveform in the energization pattern PAT1 in FIG. 6, the reference voltage Vwv in the composite waveform is a voltage supplied to the negative terminal of the comparator OPU and is generated by the connection point of the series connection of the resistor R2W and the resistor R1V. . In FIG. 6, the resistance value of the resistor R2W is set larger than the resistance value of the resistor R1V, and the power supply voltage is applied to the terminal W and the terminal V is grounded in the energization pattern PAT1. For this reason, a power supply voltage is applied to one end of the resistor R2W and one end of the resistor R1V is grounded, so that the resistor R2W and the resistor R1V are generated by voltage division at the connection point of the resistors R2W and R1V connected in series. The reference voltage Vwv becomes lower than 1/2 of the power supply voltage.
この通電パターンPAT1においては、U相巻線100Uにのみ通電が行われず、中性点の電圧に対して重畳した誘起電圧がU相端子電圧としてコンパレータOPUの−端子に対して供給される。この通電パターンPAT1において、コンパレータOPUは、U相端子電圧が接地電圧から電源電圧に向かい上昇しており、かつ基準電圧Vwvが電源電圧の1/2よりも小さいため、ゼロクロス点より前の電気角において、ロータの位置検出信号SUをHレベルからLレベルに立ち下げる、これにより、制御回路12は、ゼロクロス点よりΔθ前の電気角において、コンパレータOPUの出力する位置検出信号SU(HレベルからLレベルへの変化)により、ロータの位置検出を行うことができる。また、この通電パターンPAT1は、U相巻線100Uに対する120°通電のタイミングを検出するために用いられている。これにより、U相巻線100Uに対する印加電流の印加に対する進角制御を行うことができる。
In this energization pattern PAT1, only the U-phase winding 100U is not energized, and the induced voltage superimposed on the neutral point voltage is supplied to the negative terminal of the comparator OPU as the U-phase terminal voltage. In this energization pattern PAT1, the comparator OPU has an electrical angle before the zero cross point because the U-phase terminal voltage rises from the ground voltage to the power supply voltage and the reference voltage Vwv is smaller than ½ of the power supply voltage. At this time, the rotor position detection signal SU is lowered from the H level to the L level, whereby the
また、図6における通電パターンPAT4における合成の波形をみると、抵抗R2Wの抵抗値を抵抗R1Vの抵抗値に比較して大きく設定しており、かつ通電パターンPAT4において、端子Wが接地され、端子Vに電源電圧が印加されている。このため、抵抗R1Vの一端に電源電圧が印加され、抵抗R2Wの一端が接地電圧となるため、抵抗R2W及び抵抗R1Vの直列接続の接続点において、抵抗R1V及び抵抗R2Wの分圧により生成される基準電圧Vwvが電源電圧の1/2より高くなる。 Further, when looking at the composite waveform in the energization pattern PAT4 in FIG. 6, the resistance value of the resistor R2W is set larger than the resistance value of the resistor R1V, and the terminal W is grounded in the energization pattern PAT4. A power supply voltage is applied to V. For this reason, since the power supply voltage is applied to one end of the resistor R1V and one end of the resistor R2W becomes the ground voltage, the resistor R1V and the resistor R2W are generated by voltage division at the connection point of the series connection of the resistor R2W and the resistor R1V. The reference voltage Vwv becomes higher than 1/2 of the power supply voltage.
この通電パターンPAT4においては、U相巻線100Uにのみ通電が行われず、中性点の電圧に対して重畳した誘起電圧がU相端子電圧としてオペアンプOPUの−端子に対して供給される。この通電パターンPAT4において、コンパレータOPUは、U相端子電圧が電源電圧から接地電位に向かい下降しており、かつ基準電圧Vwvを電源電圧の1/2よりも大きいため、ゼロクロス点より前の電気角において、ロータの位置検出信号SUをLレベルからHレベルに立ち上げる。これにより、制御回路12は、ゼロクロス点より、ゼロクロス点よりΔθ前の電気角において、コンパレータOPUの出力する位置検出信号SU(LレベルからHレベルへの変化)により、ロータの位置検出を行うことができる。また、この通電パターンPAT4は、U相巻線100Uに対する120°通電のタイミングを検出するために用いられている。これにより、U相巻線100Uに対する印加電流の印加に対する進角制御を行うことができる。
In the energization pattern PAT4, only the U-phase winding 100U is not energized, and the induced voltage superimposed on the neutral point voltage is supplied as the U-phase terminal voltage to the negative terminal of the operational amplifier OPU. In this energization pattern PAT4, the comparator OPU has an electrical angle before the zero crossing point because the U-phase terminal voltage drops from the power supply voltage to the ground potential and the reference voltage Vwv is larger than ½ of the power supply voltage. , The rotor position detection signal SU is raised from the L level to the H level. Thereby, the
上述したように、2個の抵抗を直列接続において、2個の抵抗各々の抵抗値を異ならせることにより、ステータの磁極に対するロータの磁極の相対位置を検出する際、120°通電を開始する電気角に対し30°より前の電気角において相対位置を検出することができる。検出対象の誘起電圧が上昇する通電パターンにおいて、基準電圧を電源電圧の1/2より小さくし、検出対象の誘起電圧が下降する通電パターンにおいて、基準電圧を電源電圧の1/2より大きくするように、基準電圧を生成する直列接続して抵抗の両端と、各相の巻線の端子との接続を行う必要がある。 As described above, in the case where two resistors are connected in series, the resistance value of each of the two resistors is made different to detect the relative position of the magnetic pole of the rotor with respect to the magnetic pole of the stator. The relative position can be detected at electrical angles prior to 30 ° with respect to the angle. In the energization pattern in which the induced voltage to be detected increases, the reference voltage is made smaller than ½ of the power supply voltage, and in the energization pattern in which the induced voltage to be detected falls, the reference voltage is made larger than ½ of the power supply voltage. In addition, it is necessary to connect the both ends of the resistor in series with each other to generate the reference voltage and the terminal of the winding of each phase.
次に、図7は、ブラシレスモータ100におけるステータの各相巻線(U相巻線100U、V相巻線100V及びW相巻線100W)のそれぞれに駆動電流を120°通電し、ロータを回転させている際に各相巻線に誘導される起電圧を示す図である。この図7において、縦軸は電圧を示し、横軸は電気角を示している。また、この図7における通電パターンPAT1から通電パターンPAT6は、図3における通電パターンPAT1から通電パターンPAT6と同様に、駆動回路13における各スイッチング素子の制御が行われている。図7においては、回転数の制御にPWM(Pulse Width Modulation)制御を行っている。
Next, FIG. 7 shows that each of the stator phase windings (the U-phase winding 100U, the V-phase winding 100V, and the W-phase winding 100W) in the
ここで、PWM制御を行う際、ブラシレスモータの場合には、駆動回路13におけるブリッジ接続された上段側のスイッチング素子40UH、スイッチング素子40VH及びスイッチング素子40WHに対しては、オン状態とする場合にHレベルのままの駆動信号が供給される。一方、下段側のスイッチング素子40UL、スイッチング素子40VL及びスイッチング素子40WLに対しては、オン状態とする場合にPWM制御された駆動信号が供給される。
Here, when performing PWM control, in the case of a brushless motor, the switching element 40UH, the switching element 40VH, and the switching element 40WH on the upper stage side that are bridge-connected in the
例えば、図7における通電パターンPAT1の場合、制御部12は、スイッチング素子40WHに対して、駆動信号をHレベルで供給している。このため、W相巻線100Wの端子Wには通電パターンPAT1の全期間において電源電圧が印加されている。一方、制御部12は、スイッチング素子40VLに対して、ブラシレスモータの回転数を制御するため、駆動信号をPWM制御して供給している。このため、コンパレータOPUの+端子に供給される基準電圧Vwvが、スイッチング素子40VLがオフ状態における電源電圧と、スイッチング素子40WLがオン状態における電源電圧が分圧された電圧値との間で振動する。
For example, in the case of the energization pattern PAT1 in FIG. 7, the
しかしながら、図示はしていないが、抵抗R2W及び抵抗R1Vを接続した接続点とコンパレータOPUの−端子との間には分圧された電圧値が出力されるフィルタが介挿されている。他のコンパレータOPV及びコンパレータOPWの−端子にも同様のフィルタが設けられている。また、U相巻線100Uの端子UのU相端子電圧は、PWM制御により振動している中性点の電圧に対してU相巻線100Uにおける誘起電圧が重畳する。この結果、通電パターンPAT1において誘起電圧が接地電位から電源電圧の電位へ上昇する波形であるため、位置検出信号SUは、基準電圧Vwvを誘起電圧が超えるまで、PWM制御の振動に対応して振動する。このため、制御回路12は、位置検出を振幅が無くなり位置検出信号SUがLレベルとなったことにより検出するため、振動の有無の検出を行う期間が遅延となる。
However, although not shown, a filter for outputting a divided voltage value is interposed between a connection point where the resistors R2W and R1V are connected and the negative terminal of the comparator OPU. Similar filters are provided in the negative terminals of the other comparators OPV and OPW. Further, the U-phase terminal voltage at the terminal U of the U-phase winding 100U is superposed with the induced voltage in the U-phase winding 100U on the neutral point voltage oscillating by PWM control. As a result, in the energization pattern PAT1, since the induced voltage has a waveform that rises from the ground potential to the potential of the power supply voltage, the position detection signal SU vibrates corresponding to the oscillation of the PWM control until the induced voltage exceeds the reference voltage Vwv. To do. For this reason, since the
一方、通電パターンPAT4の場合、制御部12は、スイッチング素子40VHに対して、駆動信号をHレベルで供給している。このため、V相巻線100Vの端子Vには通電パターンPAT4の全期間において電源電圧が印加されている。一方、制御部12は、スイッチング素子40WLに対して、ブラシレスモータの回転数を制御するため、駆動信号をPWM制御して供給している。このため、コンパレータOPUの+端子に供給される基準電圧Vwvが、スイッチング素子40WLがオフ状態における電源電圧と、スイッチング素子40WLがオン状態における電源電圧が分圧された電圧値との間で振動する。
On the other hand, in the case of the energization pattern PAT4, the
また、U相巻線100Uの端子UのU相端子電圧は、PWM制御により振動している中性点の電圧に対してU相巻線100Uにおける誘起電圧が重畳する。この結果、通電パターンPAT4において誘起電圧が電源電圧の電位から接地電位へ下降する波形であるため、位置検出信号SUは、基準電圧Vwvを誘起電圧が下回った時点で一旦Hレベルとなるが、U相端子電圧の振動が継続される。このため、制御回路12は、位置検出を振幅が開始される最初のLレベルからHレベルへの立ち上がりのタイミングで検出する。
Further, the U-phase terminal voltage at the terminal U of the U-phase winding 100U is superposed with the induced voltage in the U-phase winding 100U on the neutral point voltage oscillating by PWM control. As a result, in the energization pattern PAT4, since the induced voltage has a waveform that drops from the potential of the power supply voltage to the ground potential, the position detection signal SU once becomes H level when the induced voltage falls below the reference voltage Vwv. The oscillation of the phase terminal voltage continues. For this reason, the
上述したように、U相巻線100Uの誘起電圧が上昇する期間においては、リアルタイムでロータの位置検出を行うことができない。このため、ブラシレスモータ100の回転数制御を行う際、駆動回路13がブリッジ接続されている下段のスイッチング素子の駆動信号に対してPWM制御を行う構成の場合、制御部12は、誘起電圧の下降期間においてロータ位置を示す位置検出信号を検出し、すなわちLレベルからHレベルへの立ち上がりを検出する。
As described above, the rotor position cannot be detected in real time during the period in which the induced voltage of the U-phase winding 100U increases. For this reason, when the rotational speed control of the
そして、制御部12は、誘起電圧の下降期間における位置検出信号のLレベルからHレベルの立ち上がりによる1周期の時間を半分とし、この半分の時間が誘起電圧の上昇期間におけるロータの検出されるタイミングとする。
このとき、制御部12は、位置検出信号がHレベルからLレベルへ変化した通電パターンにおける以降の位置検出信号をマスクしてロータの位置検出に対して用いない。
Then, the
At this time, the
次に、図8は、ブラシレスモータ100におけるステータの各相巻線(U相巻線100U、V相巻線100V及びW相巻線100W)のそれぞれに駆動電流を120°通電し、ロータを回転させている際に各相巻線に誘導される起電圧を示す図である。この図8において、縦軸は電圧を示し、横軸は電気角を示している。また、この図8における通電パターンPAT1から通電パターンPAT6は、図3における通電パターンPAT1から通電パターンPAT6と同様に、駆動回路13における各スイッチング素子の制御が行われている。図8においては、図7と同様に、回転数の制御にPWM(Pulse Width Modulation)制御を行っている。
Next, FIG. 8 shows that each of the stator phase windings (the U-phase winding 100U, the V-phase winding 100V, and the W-phase winding 100W) in the
しかしながら、図7における制御部12のPWM制御とは異なり、制御部12は、駆動回路13におけるブリッジ接続された上段側のスイッチング素子40UH、スイッチング素子40VH及びスイッチング素子40WHと、下段側のスイッチング素子40UL、スイッチング素子40VL及びスイッチング素子40WLとに対し、オン状態とする場合に前半の通電パターンの期間をHレベルのまま(常時スイッチング素子をオン状態とする)の駆動信号とし、後半の通電パターンの期間をPWM制御された駆動信号を供給する。図に示されるように、制御部12は、駆動回路13における各スイッチング素子に対する駆動信号を、2個の通電パターンの期間を連続して供給する。
However, unlike the PWM control of the
例えば、U相巻線100Uに駆動電流を印加する期間である通電パターンPAT2及び通電パターンPAT3の隣接した通電パターンにおける制御部12の制御を以下に示す。
U相巻線100Uへ駆動電流を流す通電期間の前半である通電パターンPAT2において、制御部12は、スイッチング素子40UHに対する駆動信号をHレベルの状態で供給し、スイッチング素子40VLに対する駆動信号をPWM制御して供給する。
そして、U相巻線100Uへ駆動電流を流す通電期間の後半である通電パターンPAT3において、制御部12は、スイッチング素子40UHに対する駆動信号をPWM制御して供給し、スイッチング素子40Wに対する駆動信号をHレベルの状態で供給する。
For example, the control of the
In the energization pattern PAT2, which is the first half of the energization period in which the drive current is passed to the U-phase winding 100U, the
In the energization pattern PAT3, which is the latter half of the energization period in which the drive current is passed to the U-phase winding 100U, the
これにより、通電パターンPAT2において、W相巻線100Wの磁極に対するロータの磁極の相対位置を検出する際、誘起電圧が電源電圧の電位から接地電位へ下降している。また、中性点の電圧は、スイッチング素子40UHがオン状態のため、U相巻線100Uの端子Uが電源電圧であり、スイッチング素子40VLがPWM制御されているため、V相巻線100Vの端子Vが接地電位あるいはハイインピーダンスとなる。
したがって、通電パターンPAT2において、中性点は、電源電圧の1/2と電源電圧との間でPWM制御された駆動信号に対応して電圧が振動することになりW相端子電圧には誘起電圧に対して電源電圧側に振動の振幅が重畳される。
このため、コンパレータOPWは、基準電圧VvuとW相端子電圧とを比較し、W相端子電圧が基準電圧Vvuを最初に下回った時点で、位置検出信号SUをLレベルからHレベルに立ち上げ、以降、PWM制御に対応してLレベルとHレベルとの間で振動する。
Thereby, in the energization pattern PAT2, when detecting the relative position of the magnetic pole of the rotor with respect to the magnetic pole of the W-phase winding 100W, the induced voltage drops from the potential of the power supply voltage to the ground potential. Further, since the switching element 40UH is in an ON state, the neutral point voltage is the terminal U of the U-phase winding 100U is the power supply voltage, and the switching element 40VL is PWM-controlled, so that the terminal of the V-phase winding 100V V becomes ground potential or high impedance.
Therefore, in the energization pattern PAT2, the neutral point is that the voltage oscillates in response to the PWM-controlled drive signal between 1/2 of the power supply voltage and the power supply voltage, and the W-phase terminal voltage has an induced voltage. In contrast, the amplitude of vibration is superimposed on the power supply voltage side.
Therefore, the comparator OPW compares the reference voltage Vvu with the W-phase terminal voltage, and raises the position detection signal SU from the L level to the H level when the W-phase terminal voltage first falls below the reference voltage Vvu. Thereafter, it oscillates between the L level and the H level corresponding to the PWM control.
一方、通電パターンPAT3において、V相巻線100V磁極に対するロータの磁極の相対位置を検出する際、誘起電圧が接地電位から電源電圧の電位へ上昇している。また、中性点の電圧は、スイッチング素子40UHがPWM制御されているため、U相巻線100Uの端子Uが電源電圧あるいはハイインピーダンスとなり、スイッチング素子40WLがHレベルで駆動されているため、W相巻線100Wの端子Wが接地電位となる。
したがって、通電パターンPAT3において、中性点は、電源電圧の1/2と接地電位との間でPWM制御された駆動信号に対応して電圧が振動することになりV相端子電圧には誘起電圧に対して接地電位側に振動の振幅が重畳される。
このため、コンパレータOPVは、基準電圧VuwとV相端子電圧とを比較し、V相端子電圧が基準電圧Vuwを最初に超えた時点で、位置検出信号SVをHレベルからLレベルに立ち下げ、以降、PWM制御に対応してLレベルとHレベルとの間で振動する。
On the other hand, in the energization pattern PAT3, when detecting the relative position of the magnetic pole of the rotor with respect to the V-phase winding 100V magnetic pole, the induced voltage rises from the ground potential to the potential of the power supply voltage. The neutral point voltage is W because the switching element 40UH is PWM controlled, the terminal U of the U-phase winding 100U becomes a power supply voltage or high impedance, and the switching element 40WL is driven at the H level. The terminal W of the phase winding 100W becomes the ground potential.
Therefore, in the energization pattern PAT3, the neutral point is that the voltage oscillates in response to the PWM-controlled drive signal between the half of the power supply voltage and the ground potential, and the induced voltage is the induced voltage in the V-phase terminal voltage. The amplitude of vibration is superimposed on the ground potential side.
Therefore, the comparator OPV compares the reference voltage Vuw with the V-phase terminal voltage, and when the V-phase terminal voltage first exceeds the reference voltage Vuw, the position detection signal SV is lowered from the H level to the L level, Thereafter, it oscillates between the L level and the H level corresponding to the PWM control.
上述したように、検出対象相の巻線に誘起される誘起電圧が接地電位から電源電圧の電位に上昇する通電パターンの場合、中性点が電源電圧の1/2の電位と接地電位との間で振動するように、スイッチング素子に対して駆動信号を供給する。一方、検出対象相の巻線に誘起される誘起電圧が電源電圧の電位から接地電位へ下降する通電パターンの場合、中性点が電源電圧の1/2の電位と電源電圧の電位との間で振動するように、スイッチング素子に対して駆動信号を供給する。これにより、誘起電圧が上昇している相巻線の磁極に対するロータの磁極の位置と、誘起電圧が下降している相巻線の磁極に対するロータの磁極の位置とを区別して検出することができる。すなわち、位置検出信号がLレベルからHレベルに立ち上がった場合に、誘起電圧が上昇している際におけるロータの磁極の位置を検出し、位置検出信号がHレベルからLレベルに立ち下がった場合に、誘起電圧が下降している際におけるロータの磁極の位置を検出したことが判断できる。 As described above, in the case of the energization pattern in which the induced voltage induced in the winding of the detection target phase increases from the ground potential to the potential of the power supply voltage, the neutral point is a potential between the potential of 1/2 of the power supply voltage and the ground potential. A drive signal is supplied to the switching element so as to vibrate between them. On the other hand, in the case of an energization pattern in which the induced voltage induced in the winding of the detection target phase falls from the potential of the power supply voltage to the ground potential, the neutral point is between the potential of 1/2 of the power supply voltage and the potential of the power supply voltage. A drive signal is supplied to the switching element so as to oscillate. Thereby, the position of the magnetic pole of the rotor with respect to the magnetic pole of the phase winding where the induced voltage is rising and the position of the magnetic pole of the rotor with respect to the magnetic pole of the phase winding where the induced voltage is falling can be distinguished and detected. . That is, when the position detection signal rises from L level to H level, the position of the magnetic pole of the rotor when the induced voltage is rising is detected, and when the position detection signal falls from H level to L level. Therefore, it can be determined that the position of the magnetic pole of the rotor when the induced voltage is decreasing is detected.
1…ブラシレスモータ制御回路
11…電源回路
12…制御回路
13…駆動回路
14…ロータ位置検出回路
40UH,40UL,40VH,40VL,40WH、40WL…スイッチング素子
100…ブラシレスモータ
100U…U相巻線
100V…V相巻線
100W…W相巻線
200…直流電源
OPU,OPV,OPW…コンパレータ
R1U,R1V,R1W,R2U,R2V,R2W,R100,R101…抵抗
T100,T101…トランジスタ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記ブラシレスモータの巻線に印加する電圧を分圧する第1抵抗及び第2抵抗各々の抵抗値が、ゼロクロス点より前の電気角でロータの位置を検出する基準電圧となるように設定された分圧回路と、
電圧の印加されていない前記ステータコイルに発生する誘起電圧と、前記基準電圧とを比較して位置検出信号を出力するコンパレータと
を備え、
前記ブラシレスモータを駆動する電源電圧がQVの場合、前記第2抵抗の抵抗値r2が前記第1抵抗の抵抗値r1に対し、r1<r2<(Q−1)×r1の関係にあることを特徴とするロータ位置検出回路。 In driving the brushless motor, in the rotor position detection circuit that detects the induced voltage generated in the stator coil by the magnetic pole of the rotor and detects the rotor position of the rotor based on the detection result,
The resistance value of each of the first resistor and the second resistor that divides the voltage applied to the winding of the brushless motor is set to be a reference voltage for detecting the position of the rotor at an electrical angle before the zero cross point. Pressure circuit,
A comparator that compares the reference voltage with an induced voltage generated in the stator coil to which no voltage is applied, and outputs a position detection signal;
When the power supply voltage for driving the brushless motor is QV, the resistance value r2 of the second resistor has a relationship of r1 <r2 <(Q-1) × r1 with respect to the resistance value r1 of the first resistor. A rotor position detection circuit.
前記ステータコイルの巻線に駆動電流を印加する駆動回路と、
前記位置検出信号に基づき、前記駆動電流を印加する前記ステータコイルを検出し、前記駆動回路に対して、検出した前記ステータコイルに電流を流すよう制御する制御部と
を備えるブラシレスモータ制御回路。 The rotor position detection circuit according to claim 1 or 2 ,
A drive circuit for applying a drive current to the winding of the stator coil;
A brushless motor control circuit comprising: a control unit that detects the stator coil to which the drive current is applied based on the position detection signal, and controls the drive circuit to flow a current through the detected stator coil.
前記制御部が、PWM制御を行う際、前記ステータコイルに電流を印加する期間において、オン状態とする前記スイッチング素子に対する駆動信号として、当該駆動信号の前半分の時間範囲を常時オン状態として与え、前記駆動信号の後半分の時間範囲をPWM波形として与えることを特徴とする請求項3に記載のブラシレスモータ制御回路。 The drive circuit has a switching element for switching energization for each stator coil,
Wherein the control unit is, when performing the PWM control, in a period for applying a current to the stator coil, as drive dynamic signal against the switching element to an ON state, always on the time range of the first half of the driving signal 4. The brushless motor control circuit according to claim 3 , wherein the second time range of the drive signal is given as a PWM waveform.
前記ブラシレスモータの巻線に印加する電圧を分圧する第1抵抗及び第2抵抗各々の抵抗値を、前記ブラシレスモータを駆動する電源電圧がQVの場合、前記第2抵抗の抵抗値r2が前記第1抵抗の抵抗値r1に対し、r1<r2<(Q−1)×r1の関係にある設定とすることにより、ゼロクロス点より前の電気角でロータの位置を検出する基準電圧を生成する分圧過程と、
電圧を印加しない前記ステータコイルに発生する誘起電圧と、前記基準電圧とを比較して位置検出信号を出力する比較過程と
を備えることを特徴とするロータ位置検出方法。 In driving the brushless motor, in the rotor position detection method of detecting the induced voltage generated in the stator coil by the magnetic pole of the rotor and detecting the rotor position of the rotor based on the detection result,
The resistance value of each of the first resistor and the second resistor that divides the voltage applied to the winding of the brushless motor, and when the power supply voltage for driving the brushless motor is QV, the resistance value r2 of the second resistor is the first resistance. By setting r1 <r2 <(Q−1) × r1 for the resistance value r1 of one resistor, the reference voltage for detecting the rotor position at the electrical angle before the zero cross point is generated. Pressure process,
A rotor position detection method comprising: a comparison process in which an induced voltage generated in the stator coil to which no voltage is applied is compared with the reference voltage and a position detection signal is output.
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