JPH01126192A - ブラシレスモータの駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は各相の電機子巻線に誘起される誘起電圧に基づ
いて回転子の位置を検出するようにしたブラシレスモー
タの駆動装置に関する。

（従来の技術） ブラシレスモータは、回転子側に配置した界磁磁極の位
置を検出し、これに応じて固定子側に配置した電機子巻
線の通断電を制御する構成である。斯かる構成において
界磁磁極の位置を検出する方式として、近年、回転子の
回転に伴い各相の電機子巻線に電圧が誘起されることを
利用するものが供されており、その従来例を第５図に示
した。

ここで、１は直流電源、２はスイッチング素子３をオン
オフさせることにより三相の電機子巻線４ｕ、４ｖ、４
ｗの通断電を制御する出力回路、５は各相の電機子巻線
に誘起される電圧を検出する誘起電圧検出回路、６は磁
極位置検出回路である。

磁極位置検出回路６は、誘起電圧検出回路５により検出
された各相の誘起電圧の差に相当する相間検出電圧を生
成すると共に、その相間検出電圧のゼロクロス点を検出
することにより１２０＠ずつずれたパルス幅１８０°　
（いずれも電気角）の磁極位置検出信号を出力する。具
体的に示すと、各相の電機子巻線の誘起電圧は、回転子
の界磁磁極７が回転することに伴い第６図（Ａ）〜（Ｃ
）の通りとなり、従って各相間検出電圧は同図（Ｄ）〜
（Ｆ）に示す台形波となり、これらのゼロクロス点に基
づきパルス化した磁極位置検出信号８１゜ｓｎ、ｓｍは
同図（Ｇ）〜（１）に示す通りとなる。これらの磁極位
置検出信号ＳＩ、ｓｎ、ｓｍは論理回路８に与えられ、
ここで６個のスイッチング索子３を夫々オンオフ制御す
るためのパルス幅１２０６の通電タイミング信号（同図
（Ｊ）〜（０））が得られる。そして、この通電タイミ
ング信号に基づき制御回路９により前記出力回路２の各
スイッチング素子３がオンオフ制御される。

ところで、この種のモータにあっては、電機子電流が増
大するにつれその影響で空隙磁束が歪むため、電気的中
性軸が幾何学的中性軸から回転り。

向とは反対側に移動するという電機子反作用が不可避で
ある。しかるに、上記従来構成では、相間検出電圧のゼ
ロクロス点を基準に通電タイミング信号を得るに過ぎな
いから、電機子電流の増大に伴い、トルク発生に最適な
時点からの通電タイミング信号のずれが大きくなり、効
率低下を招く上、最悪の場合には整流不良に至る問題が
あった。

斯る問題を解決するには、例えば特公昭６１−５９０７
３号公報に記載された技術も供されている。これは、２
相分の線間電圧及び相電流を検出して３相の線間起電力
を演算により求め、これらを夫々積分して３相の磁束波
形を求め、川にこの磁束波形をｌａｔ相基準基準信号且
つこれを電機子電流の大きさに比例した信号として与え
ることにより電機子反作用による影響を補正せんとする
ものである。

（発明が解決しようとする問題点） 、１−述の構成では、位相基準信号が磁束波形であるか
ら、信号振幅が回転速度に依存せず低速度範囲において
も安定な制御が可能であり且つ電機子反作用による磁界
の歪があっても適切な整流をなしうるという利点がある
。しかしながら上述の構成とすると、電圧・電流等の検
出要素が増大し］［つそれらの信号を処理する回路が必
要になるため、全体として構成が複雑化することを避は
得ない。また、磁束波形を得るために線間起電力を積分
して位相を９０°ずらすようにしているため、急速な速
度変動に対して十分な追従性が得られないという欠点が
ある。

本発明は」−２事情に鑑みてなされたものであって、そ
の目的は、モータの回転速度に影響を受けずに安定的制
御を可能にし且つ電機子反作用による磁界の歪があって
も適切な整流をなし得ることは勿論のこと、構成の簡単
化及び速度変動に対する高速応答も可能にできるブラシ
レスモータの駆動装置を提供するにある。

［発明の構成］ （問題点を解決するためのｆ９段） 本発明に係るブラシレスモータの駆動装置は、回転子の
回転に伴い各相の電機子巻線に誘起される電圧を検出す
る誘起電圧検出手段と、電機子巻線に印加される電圧と
電機子電流とに比例するパルス高でｎつ前記回転子の回
転速度に応じたパルス幅の基準電圧を発生する基準電圧
発生手段と、前記誘起電圧検出手段により検出された各
相の誘起電圧のうち任意の２相間の電位差に対応する相
間検出電圧と前記基準電圧とを比較することにより磁極
位置検出信号を出力する磁極位置検出手段と、この磁極
位置検出信号に基づいて通電タイミング信号を出力する
制御手段と、この通電タイミング信号に基づいてスイッ
チング素子がオンオフすることにより各相の電機子巻線
の通断電を制御する出力回路とを具備せる構成としたと
ころに特徴を有するものである。

（作用） 」二足手段によれば、各相の誘起電圧差に対応する相間
検出電圧は台形波状となり、これと比較される基準電圧
は、電機子電流が増大するとこれに比例して増大する。

この結果、磁極位置検出手段から出力される磁極位置検
出信号ひいては通電タイミング信号は電機子電流の大き
さに比例して位相がずれるようになり、これにて電機子
反作用による影響が補正される。この場合、測定要素は
、各相の電機子巻線に誘起される誘起電圧と電機子電流
のみで済むから、構成が簡Ｉｌｌになり、また積分動作
を行なわないから、高速応答も可能になる。

しかも、電機子巻線に印加される電圧が低くモータの回
転速度が低下するときには、誘起電圧ひいては相間検出
電圧が低下するが、これに伴い基準電圧発生手段から出
力される基準電圧も電機子巻線に印加される電圧に比例
して低下するから、モータの回転速度の影響を受けるこ
となく安定的な制御が可能になる。

（実施例） 以下本発明ヲ３　相４　ｍ、１２０＠ａ？Ｉ！方式のブ
ラシレスモーフに適用した一実施例につき第１図乃至第
４図を参照して説明する。

まず、全体的な回路構成につき述べる。ブラシレスモー
フの固定子側にはＹ結線した３相の電機ｒ・巻線１０ｕ
、１０ｖ、１０ｗが配置され、回転子側には永久磁石に
より構成した界磁磁極１１が配置されている。一方、１
２は出力電圧ｆ′１１変形の直流電源、１３は６個のス
イッチング索子１４を３相ブリツジ接続して構成した出
力回路で、この出力回路１３の各スイッチング素子１４
をオンオフさせることにより前記各相の電機子巻線１０
ｕ。

１０Ｖ、ＩＯＷの通断電が制御される。電機子巻線１０
ｕ〜１０ｗの各相端子Ｕ、Ｖ、Ｗとグランドラインとの
間には各相毎に２個の抵抗１５．１６を直列接続して構
成した３組の分圧回路により誘起電圧検出手段１７が構
成され、これにて回転子ひいては界磁磁極１１の回転に
伴い各相の電機子巻線１０ｕ−１０Ｗに誘起される誘起
電圧が所定の分圧比で分圧され、これが各相毎に磁極位
置検出手段１８に出力される。この磁極位置検出手段１
８では、分圧された各相の誘起電圧のうち任意の２相聞
（Ｕ−Ｖ相間、Ｖ−Ｗ相間、Ｗ−Ｕ相間）の各電位差に
対応する３種の相間検出電圧が生成されると共に、その
各相間検出電圧と後に詳述する基準電圧発生手段１９か
らの基準電圧Ｖ　ｒｌ。

Ｖ　ｒ２．　　Ｖ　ｒ３とが比較され、その比較結果に
基づく磁極位置検出信号Ｓｌ、Ｓｎ、Ｓｍが論理回路２
０に出力される。これらの磁極位置検出信号Ｓｌ〜Ｓ■
は、第６図（Ｇ）〜（Ｉ）に示したものと同様に、互い
に１２０°・ずつずれた幅１８０゜（いずれも電気角）
のパルス信号であり、論理回路２０はこの位置検出信号
５ｌ−８Ｉ［Ｉに基づき従来と同様に、出力回路１３の
各スイッチング索子１４をオンオフ制御するためのパル
ス幅１２ｏ。

の通電タイミング信号を生成してドライブ回路２１に出
力する。これら論理回路２０及びドライブ回路２１は協
働して制御手段２２として機能するもので、１−記通電
タイミング信号に基づき出力回路１３の各スイッチング
素子１４がオンオフすることにより各相の電機子巻線１
０ｕ〜１０ｗの通断電が制御される。

さて、前記基準電圧発生手段１９には直流電源１２の母
線１２ａ、１２ｂから電機子巻線に印加される電圧に応
じた電圧信号Ｓｖと、電流検出器２３から電機子電流に
応じた電流信号Ｓｉが与えられる。この基準電圧発生手
段１９の具体的構成は第２図に示されており、゛ここで
２４は電圧信号ＳｖをＴＴＬレベルに変換するレベル変
換回路、２５は電流信号Ｓ！を電流に比例した電圧に変
換する電流−電圧変換回路、２６は電圧信号Ｓｖと電流
信号Ｓｌとの双方に比例する電圧を発生する電圧発生回
路である。２７は制御手段２２から受ける回転速度信号
を遅延させる遅延回路で、前記磁極位置検出信号５ｌ−
３ＩＩ［のパルス幅は回転速度に対応しているから、こ
の実施例の場合その制御１段２２からの位置検出信号５
ｌ−ＳＩ［Ｉを回転速度信号として利用している。２８
は正負切換回路で、これは遅延させた磁極位置検出信号
がハイレベルにあるときに電圧発生回路２６の出力電圧
を正にして出力し、ローレベルにあるときにその出力電
圧を負にして出力する。この正負切換回路２８からの出
力電圧は前記基準電圧Ｖ　ｒｌ、　Ｖ　ｒ２゜Ｖｒ３と
して前記磁極位置検出手段１８に出力されるもので、回
転速度信号のパルス幅は回転子の回転速度に反比例して
いるから、結局、基準電圧Ｖｒｌ、　Ｖ　ｒ２．　Ｖ　
ｒ３のパルス高は電機子巻線に印加される電圧と電機子
電流とに比例し且つパルス幅は回転速度に反比例するこ
とになる。尚、磁極位置検出手段１８においてＵ−Ｖ相
の相間検出電圧と比較される基準電圧は、基準電圧発生
手段１９において磁極位置検出信号Ｓ■に基づき生成さ
れた基準電圧Ｖｒ２であり、ｖ−Ｗ相の相間検出電圧と
比較される基準電圧は磁極位置検出信号Ｓ■に基づき生
成された基準電圧Ｖｒ３で、Ｗ−Ｕ相の検出電圧差と比
較される基準電圧は磁極位置検出信号Ｓｌに基づき生成
された基準電圧Ｖｒｌである。

次に上記構成の作用につき説明する。

今、回転子が回転しているとすると、各相の電機子巻線
１０ｕ　〜ＩＯＷには第６図（Ａ）　〜（Ｃ）に示すよ
うな誘起電圧が発生する。この誘起電圧は誘起電圧検出
手段１７により検出・分圧されて磁極位置検出手段１８
に与えられ、ここで各相間の誘起電圧の差に対応する第
６図（Ｄ）〜（Ｆ）に示すような台形波状の相間検出電
圧が生成される。一方、直流型ａｌ！１２から定格電圧
が出力されているとすると、基準電圧発生手段１９のレ
ベル変換回路２４からは、第３図（Ａ）に示すように１
００％の電圧信号Ｓｖが出力される。また、電機ｒ−雷
電流定格値にあるとすると、電流−電圧発生回路２５か
ら第３図（Ｂ）に実線で示すように、１００％の電流信
号Ｓ１が出力される。すると、この場合には電圧発生回
路２６からは第３図（Ｃ）に実線で示すように１００％
の電流信号Ｓ１がそのまま出力される。また、基準電圧
発生手段１９の遅延回路２７には各相の磁極位置検出信
号Ｓｌ〜Ｓ■が回転速度信号として与えられている。こ
れの１相分を示すと第３図（Ｄ）に示すようになってお
り、これは遅延回路２７にて同図（Ｅ）に示すように遅
延されて各相毎に正負切換回路２８に与えられる。尚、
以下の説明において各相の動作は時間的に電気角で１２
０°ずれた関係にあるので、１相分についてのみ述べる
。即ち、正負切換回路２８では、回転速度信号がハイレ
ベルにあるとき、電圧発生回路２６の電圧を正極性にて
出力し、逆に回転速度信号がローレベルにあるときには
電圧発生回路２６の出力電圧を負極性として出力し、結
局、第３図（Ｃ）及び（Ｄ）に示す信号が与えられてい
る場合には、正負切換回路２８から同図（Ｆ）に実線で
示すような基準電圧が出力される。そして、磁極位置検
出手段１８では、前述したように台形波状の３種の相間
検出電圧が生成されており、これが上記基準電圧Ｖｒｌ
−Ｖｒ３と比較され、基準電圧が相間検出電圧よりも高
い期間においてハイレベルとなり且つ逆に基準電圧が相
間検出電圧よりも低い期間においてローレベルとなる磁
極位置検出信号５Ｉ−ＳＩ［Ｉが生成される。この様子
を図示すると第３図（Ｇ）、（Ｈ）に実線で示すように
なる。このようにして得られた磁極位置検出信号５Ｉ−
ＳＩ［［は制御手段２２に与えられ、ここではその信号
に基づき第６図（Ｊ）〜（０）に示すような電気角１２
０＠幅の通電タイミング信号が生成され、出力回路１３
の各スイッチング素子１４がこの通電タイミング信号に
基づきオンオフされて電機子巻線１０ｕ〜１０ｗの通断
電が制御される。

さて、このようにして回転子が定格状態で回転している
際には、定格値の電機子電流の影響により比較的大きな
電機子反作用が生ずる。ところが、本実施例では相間検
出電圧を一定のゼロクロス点と比較するのではなく、電
機子電流に比例する基準電圧と比較しているので、第３
図（Ｇ）に示す角度α分だけ位置検出信号の位相がずれ
て電機子反作用による電気的中性軸のずれを補正するこ
とができる。また、負荷トルクが減少して電機子電流が
例えば定格値の５０％となったときには、電機子反作用
はその分減少する。ところが、本実施例では、このよう
になると電流信号Ｓｔの低ドにより電流−電圧変換回路
２５の出力電圧が第３図（Ｂ）に破線で示すように５０
％出力となり、基準電圧も同図（Ｆ）、（Ｇ）に破線で
示すようにパルス高が半分になる。即ち、基準電圧のパ
ルス高は電機子電流に比例して低下する。このため、磁
極位置検出信号のゼロクロス点からのずれ角は、第３図
（Ｈ）にて示すように定格運転時のαよりも小さくなり
、もって電機子反作用による電気的中性軸のずれを適切
に補正し得る最適な通電タイミング信号を得ることがで
きる。

一方、直流電源１２の出力電圧ひいては電機子巻線１０
ｕ〜ＩＯＷに印加される電圧が定格値の例えば５０％と
なって回転速度が定格値の略半分になっているとすると
、各相の電機子巻線１０ｕ〜１０ｗに誘起される誘起電
圧は定格運転時の半分になり、結局、磁極位置検出手段
１９に与えられる相間検出電圧も半分になる。ところが
本実施例では、この場合、基準電圧発生手段１９のレベ
ル変換回路２４の出力電圧は、第４図（Ａ）に示すよう
に５０％出力となり、電機子電流が定格値のままである
とすると、電圧発生回路２６の出力も同図（Ｃ）に実線
で示すように５０％となって、結局、基準電圧は電機子
巻線１０ｕ〜１０ｗに印加される電圧に比例して同図（
Ｆ）に実線で示すよ□うに第３図（Ｆ）の場合の５０％
の値となる。

従って、同図（Ｇ）及び（Ｈ）に実線で示すように、相
間検出電圧が第３図（Ｇ）及び（Ｈ）の場合に比べて１
１を分になったとしても、これと同様に基準電圧も゛ト
分になるから、磁極位置検出信号のずれ角は第３図の定
格電圧が印加されている第３図の場合と同様にαとなり
、やはり電機子反作用を適切に補正することができる。

これにて、回転子の回転速度に関わらず、即ち、低速回
転時にあっても電機子反作用を適切に補正して安定的な
制御がｒｌＪ能になるものである。尚、電機子巻線１０
Ｕ〜１０ｗに印加される電圧が定格時の半分になってい
る場合において、電機子電流も定格値のやはり半分にな
ったときには、第４図に破線で示したようになり、この
場合にも第３図の場合と同様に、電機子反作用が小さく
なった分だけ磁極位置検出信号のずれ角を小さくして電
機子反作用を適切に補正することができる。

しかも本実施例では、上述のように電機子反作用をその
程度に応じて且つ回転子の回転速度に関わらず適切に補
正できるのみならず、従来のように信号処理過程で積分
動作を行なわないから、高速応答をｎ１能にできる。ま
た、測定要素は各相の電機子巻線１０ｕ〜１０ｗの誘起
電圧及び電機子電流だけで済ますことができるので、全
体の構成を簡ｒ１を化することもできる。

尚、」二記実施例では、各相の電機子巻線１０ｕ〜ＩＯ
Ｗの誘起電圧は各相端子Ｕ、Ｖ、Ｗから直接に検出する
ようにしているが、本発明はこれに限られず、例えば線
間電圧等に基づき検出するようにしてもよく、また必ず
しも直流電源１２からの母線において電流を検出せずと
も、線電流を検出するようにしても良い。その他、全て
の機能をいわゆるハード的に達成せずとも、一部をマイ
クロコンピュータ−により処理する当要旨を逸脱しない
範囲内で種々変形して実施することができるものである
。

［発明の効果］ 本発明は以」；述べたように、各相の電機子巻線に誘起
される誘起電圧のうち任意の２相間の電位差に対応する
相間検出電圧を、電機子電流及び電機子電圧に比例する
パルス高で且つ回転速度に対応するパルス幅の基準電圧
と比較するようにしているから、電機子反作用を回転速
度に影響を受けずに安定的に補正することができ、しか
も構成の簡Ｃｌ化及び速度変動に対する応答の高速化を
可能にできるという優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明の一実施例を示し、第１図は
全体のブロック図、第２図は基準電圧発生手段のブロッ
ク図、第３図は高速回転時における各部の電圧波形図、
第４図は低速回転時における第３図相当図、第５図は従
来例を示す第１図相当図、第６図は従来例における各部
の電圧波形図である。 図面中、１０は電機子巻線、１１は界磁磁極、１３は出
力回路、１４はスイッチング素子、１７は誘起電圧検出
手段、１８は磁極位置検出手段、１９は基準電圧発生手
段、２２は制御手段である。 第２　図 ♂ 第３図 （Ａ）しベル変１灸口路出力（Ｓｖ）。□□（Ｅ）鐸二
ロ路出力　　　　　ぜ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．　固定子側に配置した各相の電機子巻線に、回転子
   側に配置した界磁磁極の位置に応じて順次通電するよう
   にしたものにおいて、前記回転子の回転に伴い前記各相
   の電機子巻線に誘起される電圧を検出する誘起電圧検出
   手段と、前記電機子巻線に印加される電圧と電機子電流
   とに比例するパルス高で且つ前記回転子の回転速度に応
   じたパルス幅の基準電圧を発生する基準電圧発生手段と
   、前記誘起電圧検出手段により検出された各相の誘起電
   圧のうち任意の２相間の電位差に対応する相間検出電圧
   と前記基準電圧とを比較することにより磁極位置検出信
   号を出力する磁極位置検出手段と、この磁極位置検出信
   号に基づいて通電タイミング信号を出力する制御手段と
   、この通電タイミング信号に基づいてスイッチング素子
   がオンオフすることにより前記各相の電機子巻線の通断
   電を制御する出力回路とを具備してなるブラシレスモー
   タの駆動装置。