JPH06205597A - ブラシレスモータの駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ブラシレスモータにおける固定子巻線の端子
電圧にＰＷＭ制御によって振動を発生することを防止す
る。 【構成】 振動回路３の出力端子１８乃至２０の端子電
圧ＵＶ乃至ＷＶを分圧抵抗２４乃至２９からなる分圧回
路２３によって検出し、制御回路３７によって、その検
出電圧と基準電圧発生回路３３からの基準電圧ＶＲとを
比較することに基づき位置検出信号を得、これとＰＷＭ
信号とに基づいて駆動回路３のトランジスタ６乃至１１
をオン，オフさせる通電タイミング信号を得る。そし
て、出力端子１８乃至２０とアースとの間に抵抗３８乃
至４０とコンデンサ４１乃至４３との直列回路からなる
波形整形回路４４を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】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】而して、この種の従来のブラシレスモータ
の駆動装置を図５乃至図１２に従って説明する。先ず、
図５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。

【０００４】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
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。

【０００５】ブラシレスモータ２１はＵ，Ｖ及びＷ相の
固定子巻線２２Ｕ，２２Ｖ及び２２Ｗを有する固定子２
２（図９参照）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。

【０００６】検出手段たる分圧回路２３は、分圧抵抗２
４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１
８，１９及び２０とアース（駆動回路３のアース側端子
たる入力端子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３
０，３１及び３２としている。

【０００７】基準電圧発生手段たる基準電圧発生回路３
３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。尚、分圧回路２３の分圧抵抗２
４，２６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。

【０００８】制御手段たる制御回路３７は、マイクロコ
ンピュータを含んで構成され、その３つの入力ポートは
検出端子３０，３１及び３２に接続され、他の１つの入
力ポートは基準端子３６に接続され、もう１つの入力ポ
ートには速度指令信号ＳＶが与えられ、６つの出力ポー
トはトランジスタ６乃至１１のベースに夫々接続されて
いる。

【０００９】次に、上記従来の構成の作用について図６
乃至図１２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２
３により分圧されて検出電圧ＵＶａ，ＶＶａ及びＷＶａ
として検出され、これらが制御回路３７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として出力され、これが制
御回路３７に入力される。

【００１０】制御回路３７は、これらの検出電圧ＵＶ
ａ，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。この場合、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であるので、検出電圧ＵＶａ，ＶＶａ及びＷ
Ｖａは夫々２ＵＶ／（Ｋ＋２），２ＶＶ／（Ｋ＋２）及
び２ＷＶ／（Ｋ＋２）となる。又、抵抗３４と抵抗３５
との抵抗値比は（Ｋ＋１）対１であるので、基準電圧Ｖ
ＲはＥ／（Ｋ＋２）となる。従って、制御回路３７は、
結果的には、端子電圧ＵＶ，ＶＶ及びＷＶと電源電圧Ｅ
の１／２の基準電圧ＶＲ（＝Ｅ／２）と比較する。

【００１１】ここで、端子電圧ＵＶを代表して位置検出
信号の検出原理について述べる。制御回路３７は、図６
（ａ）で示すように、端子電圧ＵＶと基準電圧ＶＲ（＝
Ｅ／２）とのクロス点を検出することにより、即ち、固
定子巻線２２Ｕ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、制御回路３７は、この位相信
号ＤＳＵから電気角３０度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。制御回路３７
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。

【００１２】そして、制御回路３７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。

【００１３】ところで、制御回路３７は、実際の運転に
際しては、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）制御を行なうようになっ
ている。制御回路３７は、具体的には、駆動回路３の正
端子側のトランジスタ６，７及び８に与えられるベース
信号をＰＷＭ信号（パルス信号）により変調するので、
例えば端子電圧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）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）で示すように位置検出信号ＰＳＵ
を得ることはできない。他の端子電圧ＶＶ及びＷＶにつ
いても同様である。

【００１４】そこで、従来では、制御回路３７におい
て、図８（ｂ）に示すように、ＰＷＭ信号（パルス信
号）に同期してイネーブル信号ＳＥを発生させ、このイ
ネーブル信号ＳＥの発生時のみ例えば端子電圧ＵＶと基
準電圧ＶＲとの比較を許可する構成としており、従っ
て、図８（ｃ）で示すように、図６（ｂ）と同様の連続
した位相信号ＤＳＵを得ることができる。他の端子電圧
ＶＶ及びＷＶについても同様である。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】今、図９に示すよう
に、駆動回路３のトランジスタ６がＰＷＭ制御によりオ
ンオフされ且つトランジスタ１０がオンされてブラシレ
スモータ２１の固定子巻線２２Ｕ及び２２Ｖに通電する
場合の等価回路は図１０に示すようになる。即ち、図１
０において、固定子巻線２２Ｕ，２２Ｖ及び２２Ｗのイ
ンダクタンスはＬ２２Ｕ，Ｌ２２Ｖ及びＬ２２Ｗで示さ
れ、トランジスタ１１のエミッタ．コレクタ間の浮遊静
電容量はＣ１１で示され、トランジスタ６はスイッチＳ
Ｗ６で示され、ダイオード１５はスイッチＳＷ１５で示
される。

【００１６】従って、ＰＷＭ制御によるトランジスタ６
がオンのときにはスイッチＳＷ６がオンし、トランジス
タ６がオフのときにはスイッチＳＷ１５がオンするよう
になる。この結果、トランジスタ６のＰＷＭ制御中はス
イッチＳＷ６及びＳＷ１５が交互にオンするようにな
り、インダクタンスＬ２２Ｕ，Ｌ２２Ｖ及びＬ２２Ｗの
共通接続点の電圧はハイレベル及びロウレベルを繰返す
ようになるが、インダクタンスＬ２２Ｗ及び静電容量Ｃ
１１の共通接続点の電圧、即ち、出力端子２０の端子電
圧ＷＶは、矩形波とはならず、図１１（ａ）で示すよう
に、ＰＷＭ信号（パルス信号）の切換わり時に振動を発
生する。

【００１７】このように、端子電圧ＷＶが振動すると、
基準電圧ＶＲ近傍では波形がこの基準電圧ＶＲを上下に
往復するようになるので、端子電圧ＷＶ中の誘起電圧の
ゼロクロス点を正確に検出することができなくなる。こ
のような不具合は、他の端子電圧ＵＶ及びＶＶでも発生
する。

【００１８】而して、このような不具合を解消するため
に、従来では、図１１（ｂ）で示すように、イネーブル
信号ＳＥをずらして端子電圧ＷＶの振動部分を避けるよ
うにすることも考えられている。しかしながら、図１２
（ａ）で示すように、ブラシレスモータ２１を低速度で
回転させるべくＰＷＭ信号のデューティが小さくて、パ
ルス幅が小さくなった場合には、イネーブル信号ＳＥに
よる検出期間がなくなったり或いは少なくなって正確な
位相信号を検出することができなくなり、ブラスレスモ
ータ２１の駆動ができなくなったり、或いは、円滑な始
動が行なえなくなって振動を発生するという新たな問題
が発生する。

【００１９】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、パルス幅変調のデューティが小さい場
合でも正確な位置検出信号を得ることができて、ブラシ
レスモータを確実に駆動することができるとともに、円
滑な始動が可能になり、振動を発生することもないブラ
シレスモータの駆動装置を提供するにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明のブラシレスモー
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検出電圧との比較により位
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、前記
複数相の固定子巻線の各端子に接続されてその端子電圧
の波形整形を行なう波形整形手段とを具備してなる構成
に特徴を有する。

【００２１】この場合、検出手段を、複数相の固定子巻
線の端子と検出手段のアース側端子との間に接続された
分圧抵抗から構成し、波形整形手段を、前記複数相の固
定子巻線の端子と出力手段のアース側端子との間に接続
された抵抗及びコンデンサの直列回路から構成し、その
直列回路の抵抗の抵抗値を前記分圧抵抗の抵抗値の５０
％以下に設定するとよい。

【００２２】又、検出手段を、複数相の固定子巻線の端
子と出力手段のアース側端子との間に接続された分圧抵
抗から構成し、波形整形手段を、前記複数相の固定子巻
線の端子と出力手段のアース側端子との間に接続された
抵抗から構成し、その抵抗の抵抗値を前記分圧抵抗の抵
抗値の５０％以下に設定するようにしてもよい。

【００２３】

【作用】請求項１記載のブラシレスモータの駆動装置に
よれば、ブラシレスモータにおける各相の固定子巻線の
端子電圧は、波形整形手段によって波形整形されるの
で、パルス幅変調を行なっても各端子電圧に振動の発生
がなくなり、従って、基準電圧発生手段からの基準電圧
との比較により正確な位置検出信号を得ることができ
る。

【００２４】請求項２記載のブラシレスモータの駆動装
置によれば、波形整形手段は抵抗とコンデンサとの直列
回路から構成されているので、出力手段の半導体スイッ
チング素子の浮遊静電容量に蓄積された電荷は抵抗によ
って放電され、以て、各相の固定子巻線の端子電圧の波
形が整形される。この場合、コンデンサは端子電圧に発
生する振動分のみを通すスイッチング素子の作用をな
す。

【００２５】請求項３記載のブラシレスモータの駆動装
置によれば、波形整形手段は抵抗によって構成されてい
るので、出力手段の半導体スイッチング素子の浮遊静電
容量に蓄積された電荷は抵抗によって放電されるように
なり、従って、簡単な構成で端子電圧の波形整形が行な
われる。

【００２６】

【実施例】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に、この実施例では図５
乃至図１２に示す従来例と同一部分には同一符号を付し
て説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

【００２７】即ち、図１において、駆動回路３の出力端
子１８，１９及び２０とアースとの間には、抵抗３８，
３９及び４０とコンデンサ４１，４２及び４３との直列
回路が夫々接続されており、以て、波形整形手段たる波
形整形回路４４が構成されている。この場合、波形整形
回路４４の抵抗３８，３９及び４０の抵抗値は、分圧回
路２３の分圧抵抗２４と２５との抵抗値の和，分圧抵抗
２６と２７との抵抗値の和及び分圧抵抗２８と２９との
和の夫々５０％以下に設定されている。

【００２８】而して、図９乃至図１２に示すように、端
子電圧ＷＶ（図２参照）に振動が発生する状態になった
場合には、駆動回路３のトランジスタ１１のエミッタ，
コレクタ間の浮遊静電容量に蓄積された電荷は抵抗４０
によって放電され、従って、端子電圧ＷＶは、図３
（ａ）に示すように波形整形されて、振動は発生しな
い。これにより、イネーブル信号ＳＥは、図３（ｂ）に
示すように、ずらす必要はなくなる。この場合、コンデ
ンサ４３は、端子電圧ＷＶの振動分のみを通すスイッチ
ング素子と作用するようになる。このような作用は、他
の端子電圧ＵＶ及びＶＶについても同様であり、端子電
圧ＵＶ及びＶＶの波形整形も同様にして行なわれる。

【００２９】このように、本実施例によれば、波形整形
回路４４によって端子電圧ＵＶ，ＶＶ及びＷＶの波形整
形を行なうようにしたので、端子電圧ＵＶ，ＶＶ及びＷ
Ｖに振動が発生することはなく、従って、イネーブル信
号ＳＥをずらす必要がなくなる。これにより、制御回路
３７によって出力調整を行なうべくＰＷＭ制御を行なう
構成において、ブラシレスモータ２１を低速度運転させ
るためにＰＷＭのデューティが小さくなってＰＷＭ信号
のパルス幅が小になっても、位置検出信号（ＰＳＵ，Ｐ
ＳＶ及びＰＳＷ）を正確に得ることができ、ブラシレス
モータ２１を確実に駆動させることができるとともに、
円滑に始動させることができて、振動を発生することも
ない。

【００３０】尚、上記実施例では、波形整形回路４４に
コンデンサ４１乃至４３を設けるようにしたが、例え
ば、図４に示す本発明の第２の実施例のように、コンデ
ンサ４１乃至４３を省略して抵抗３８乃至４０のみの波
形整形手段たる波形整形回路４５を構成してもよい。こ
の第２の実施例によっても、端子電圧ＵＶ，ＶＶ及びＷ
Ｖの波形整形効果が得られ、しかも、簡単な構成で実現
できる利点がある。

【００３１】その他、本発明は上記実施例に限定される
ものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変形して
実施し得ることは勿論である。

【００３２】

【発明の効果】本発明のブラシレスモータの駆動装置
は、以上説明したように、ブラシレスモータにおける固
定子巻線の端子電圧を波形整形するようにしたので、パ
ルス幅変調により出力調整を行なっても端子電圧に振動
が発生することを防止でき、従って、パルス幅変調制御
のデューティが小さくなっても位置検出信号を正確に得
ることができ、ブラシレスモータを確実に駆動できると
ともに、円滑に始動させることができて、振動を発生す
ることがない、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】

【図１】本発明の第１の実施例を示す電気的構成図

【図２】端子電圧の波形図

【図３】端子電圧とイネーブル信号の波形図

【図４】本発明の第２の実施例を示す図１相当図

【図５】従来例を示す図１相当図

【図６】位置検出信号を得るための原理説明図

【図７】図６相当図

【図８】図７の不具合を解消するための図６相当図

【図９】端子電圧に振動が発生する原理を説明するため
の電気的構成図

【図１０】同等価回路図

【図１１】端子電圧の振動を避ける説明図

【図１２】従来の欠点の説明図

【符号の説明】

図面中、３は駆動回路（出力手段）、４及び５は入力端
子、６乃至１１はトランジスタ（半導体スイッチング素
子）、１８乃至２０は出力端子、２１はブラシレスモー
タ、２３は分圧回路（検出手段）、２４乃至２９は分圧
抵抗、３３は基準電圧発生回路（基準電圧発生手段）、
３７は制御回路（制御手段）、３８乃至４０は抵抗、４
１乃至４３はコンデンサ、４４及び４５は波形整形回路
（波形整形手段）を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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検出電圧との比較により位置
   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、前記複
   数相の固定子巻線の各端子に接続されてその端子電圧の
   波形整形を行なう波形整形手段とを具備してなるブラシ
   レスモータの駆動装置。
2. 【請求項２】 検出手段は、複数相の固定子巻線の端子
   と出力手段のアース側端子との間に接続された分圧抵抗
   から構成され、波形整形手段は、前記複数相の固定子巻
   線の端子と出力手段のアース側端子との間に接続された
   抵抗及びコンデンサの直列回路から構成されていて、そ
   の直列回路の抵抗の抵抗値は前記分圧抵抗の抵抗値の５
   ０％以下に設定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。
3. 【請求項３】 検出手段は、複数相の固定子巻線の端子
   と出力手段のアース側端子との間に接続された分圧抵抗
   から構成され、波形整形手段は、前記複数相の固定子巻
   線の端子と出力手段のアース側端子との間に接続された
   抵抗から構成されて、その抵抗の抵抗値は前記分圧抵抗
   の抵抗値の５０％以下に設定されていることを特徴とす
   る請求項１に記載のブラシレスモータの駆動装置。