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JP3015588B2 - 無整流子モータの通電波形発生回路 - Google Patents

無整流子モータの通電波形発生回路

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JP3015588B2
JP3015588B2 JP4124454A JP12445492A JP3015588B2 JP 3015588 B2 JP3015588 B2 JP 3015588B2 JP 4124454 A JP4124454 A JP 4124454A JP 12445492 A JP12445492 A JP 12445492A JP 3015588 B2 JP3015588 B2 JP 3015588B2
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variable frequency
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motor
phase
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靖雄 水出
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/08Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/02Digital function generators
    • G06F1/022Waveform generators, i.e. devices for generating periodical functions of time, e.g. direct digital synthesizers
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2209/00Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the waveform of the supplied voltage or current
    • H02P2209/07Trapezoidal waveform

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、無整流子(ブラシレ
ス)小型モータの通電波形発生回路に関し、特に、電磁
ノイズや回転に伴う騒音が少なく、外付け部品が少な
く、内部の回路規模を大幅に削減した無整流子モータの
通電波形発生回路に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、無整流子小型モータの速度制御
は、位置センサにより回転子の界磁極と電機子巻線との
相対位置を検出し、これに基づき制御回路で速度制御を
行なっていた。この場合、特性の揃った位置センサを用
意するのが難しく、また高速回転を行なう場合には、こ
の特性の違いが運転特性に支障を招くという問題があっ
た。
【0003】この問題を解決するために、センサレス方
式のモータドライブ方式が幾つか提案されている。例え
ば、位相検波器及び電圧制御発振器を備えたPLL(位
相同期ループ;Phase-Locked Loop )方式やフィルタ方
式である。
【0004】また、従来の無整流子小型モータの速度制
御は、トランジスタ等のスイッチング素子を用いたハー
ドスイッチング方式が主流であり、モータコイルの電流
をディジタル的に切り換えると、電磁ノイズやモータ本
体からの騒音が出やすいという問題があった。このた
め、ノイズや騒音を嫌う機器では、転流波形をアナログ
的に制御するソフトスイッチング方式が望まれている。
【0005】センサレス方式でソフトスイッチング方式
のモータドライブ方式の取り込みは、最新の要求であ
り、製品化されている例は少ない。また製品化されてい
ても、ソフトスイッチング化の為の外付け部品が多い、
或いはディジタル処理のため回路規模が大きいと言った
問題がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
無整流子モータの通電波形発生回路では、(1)ハード
スイッチング方式では、電磁ノイズやモータ本体からの
騒音が出やすい、(2)(1)の問題を解決したソフト
スイッチング方式では、ソフトスイッチング化の為の外
付け部品が多い、或いはディジタル処理のため回路規模
が大きい、という問題があった。
【0007】本発明は、上記問題点を解決するもので、
その目的は、センサレス方式でソフトスイッチング方式
のモータドライブ方式の無整流子モータの制御回路にお
いて、電磁ノイズや回転に伴う騒音が少なく、且つ、外
付け部品が少なく、内部の回路規模を大幅に削減した無
整流子モータの通電波形発生回路を提供することであ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の第1の特徴は、図1及び図2に示す如く、
可変周波数発振器VCOと該可変周波数発振器VCOに
接続されたコンデンサC1 を備え、前記コンデンサC1
を前記可変周波数発振器VCOにより充放電し、その充
放電電流により三角波TRを発生する可変周波数発振手
段1と、前記可変周波数発振器VCOの充放電切り換え
信号Qを入力し、前記可変周波数発振器VCOの発振周
波数に同期して、所定のタイミング信号T1〜Tn(n
は任意の正整数)を生成するパルス発生手段3と、前記
可変周波数発振手段1の発生する三角波TRを反転し、
反転三角波TR#を発生する反転手段5と、前記可変周
波数発振手段1の発生する三角波TRと前記反転手段5
の発生する反転三角波TR#を入力し、前記タイミング
信号T1〜Tnの制御に基づき複数のアナログスイッチ
を開閉して、前記三角波TR及び反転三角波TR#を合
成するアナログスイッチ群7と、前記アナログスイッチ
群7の少なくとも1つの出力S1〜Sm(mは任意の正
整数)から合成波形を出力する合成手段9とを具備する
ことである。
【0009】本発明の第2の特徴は、請求項1に記載の
無整流子モータの通電波形発生回路において、前記合成
手段9は、三相位相の台形波を出力することである。
【0010】本発明の第3の特徴は、請求項1または2
に記載の無整流子モータの通電波形発生回路において、
前記合成手段9の出力を、三相モータの転流信号とする
ことである。
【0011】
【作用】本発明の第1、第2、及び第3の特徴の無整流
子モータの通電波形発生回路は、センサレス方式でソフ
トスイッチング方式のモータドライブ方式の無整流子モ
ータの制御回路である。
【0012】本発明の無整流子モータの通電波形発生回
路は、図1に示す如く、可変周波数発振手段1により三
角波TRを発生し、またこの三角波TRを反転手段5に
より反転して反転三角波TR#を生成し、一方、パルス
発生手段3では、可変周波数発振手段1の発振周期に同
期した所定のタイミング信号T1 〜Tn を生成する。ア
ナログスイッチ群7には、m個のアナログスイッチが用
意され、タイミング信号T1 〜Tn の制御に基づき開閉
して、三角波TR及び反転三角波TR#を波形合成す
る。更に合成手段9では、アナログスイッチ群7の少な
くとも1つの出力S1 〜Sn から合成波形を出力する。
特に、第2の特徴の無整流子モータの通電波形発生回路
では、合成手段9の出力は三相位相の台形波であり、ま
た、第3の特徴の無整流子モータの通電波形発生回路で
は、合成手段9の出力を三相モータの転流信号としてい
る。
【0013】このように、三角波TR及び反転三角波T
R#を波形合成して、三相位相の台形波等を生成し、こ
れを三相モータの転流信号としているので、ソフトスイ
ッチングが可能となり、また、可変周波数発振手段1か
らソフトスイッチング用の波形を得ているので、外付け
部品が増えることがなく、更に、PLL方式であるの
で、回転数に対する追従性が良く優れている。
【0014】
【実施例】以下、本発明に係る実施例を図面に基づいて
説明する。
【0015】図2に本発明の一実施例に係る無整流子モ
ータの通電波形発生回路の構成図を示す。
【0016】同図において、本実施例の無整流子モータ
の通電波形発生回路は、可変周波数発振器1(以下VC
O:Voltage Controlled Oscillator と略記する)、コ
ンデンサC1 、オペアンプ2、抵抗R1 及びR2、オペ
アンプ4、シフトレジスタ3、アナログスイッチ群7、
アナログ合成回路9、出力回路11−1〜11−3、位
相検出器13、位相補償回路15、及びモータコイル1
7−1〜17−3から構成されている。
【0017】VCO1にはコンデンサC1 が接続され、
VCO1からの充放電電流により三角波TRを発生して
いる。三角波の周期は充放電電流値により可変となって
いる。尚、VCO1出力にはボルテージホロワのオペア
ンプ2が接続され、オペアンプ2出力を三角波TRとし
ている。
【0018】反転手段5としては、抵抗R1 、R2、及
びオペアンプ4による反転回路を使用し、三角波TRの
反転である反転三角波TR#を生成している。
【0019】またパルス発生手段3にはシフトレジスタ
3を使用し、VCO1からの充放電切り換え信号Qによ
り、VCO1の発振周期に同期して、所定のタイミング
のパルス信号T1 〜T6 を生成する(図3参照)。
【0020】アナログスイッチ群7には、12個のアナ
ログスイッチが用意されており、パルス信号T1 〜T6
の制御に基づき開閉して、前記三角波TR及び反転三角
波TR#を合成して、合成信号S1 〜S6 を生成する
(図3参照)。例えば合成信号S1 は、三角波TRをア
ナログスイッチSW1 によりパルス信号T1 に基づき開
閉した信号と、反転三角波TR#をアナログスイッチS
W2 によりパルス信号T4 に基づき開閉した信号との合
成波である。
【0021】合成手段9にはアナログ合成回路9を使用
し、図4に示すように、合成信号S1 〜S6 から台形波
U,V,及びWを生成している。例えば、台形波Uは、
合成信号S1 から合成信号S4 を減算して生成してい
る。
【0022】更に、台形波U,V,及びWをドライブす
る出力回路11−1〜11−3、台形波U,V,及びW
の位相を検出する位相検出器13、PLL回路のループ
の安定性を保ち、立ち上がり応答性等のPLL回路の性
能を決定する位相補償回路15、及びモータコイル17
−1〜17−3を備えている。
【0023】本実施例の無整流子モータの通電波形発生
回路は、三相モータを駆動する制御回路の基本構成であ
り、アナログ合成した台形波U,V,及びWを、出力回
路11−1〜11−3を通して、モータコイル17−1
〜17−3の転流信号として流す。この電流により、モ
ータに起動回転が起き、同時に、モータ本体に回転に伴
う電磁誘導が起き、発電電圧が誘起される。
【0024】この発電電圧の周期と、シフトレジスタ3
からの基準周期との位相を位相検出器13により比較さ
れる。この位相検出出力は、VCO1の発振周波数制御
入力端子に送られ、周波数を調整することにより、モー
タの回転周期とVCO1の発振周期の同期が取られる。
【0025】以上のように本実施例では、三角波TR及
び反転三角波TR#を波形合成して、三相位相の台形波
を生成し、これを三相モータの転流信号としているの
で、ソフトスイッチングが可能となって、モータからの
電磁ノイズや転流騒音を抑えることができる。
【0026】尚、本実施例では、三相モータを例に説明
したが、三相に限らず、一相以上複数相の波形生成が可
能である。
【0027】また、モータのコイルの構造に依存して、
アナログ合成前の片側台形波のみの使用もある。
【0028】更に、台形波の波形形状は、本実施例で示
した波形に限らず、三角波から合成できる波形であれば
良い。図5(1)に、本実施例の第1の変形例として、
三角波を3個づつ合成した台形波の波形図を、また図5
(2)に、本実施例の第2の変形例として、三角波を4
個づつ合成した台形波の波形図を示す。
【0029】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、可変周波
数発振手段により三角波を発生し、またこの三角波を反
転手段により反転して反転三角波を生成し、アナログス
イッチ群7により、可変周波数発振手段の発振周期に同
期した所定のタイミング信号の制御に基づき開閉して、
三角波及び反転三角波を波形合成し、更に合成手段によ
り、アナログスイッチ群の少なくとも1つの出力から三
相位相の台形波等の合成波形を出力し、三相モータの転
流信号とすることとしたので、ソフトスイッチングが可
能となり、モータからの電磁ノイズや転流騒音を抑える
ことができ、また、可変周波数発振手段からソフトスイ
ッチング用の波形を得ているので、外付け部品が増える
ことがなく、結果として、電磁ノイズや回転に伴う騒音
が少なく、外付け部品が少なく、且つ、内部の回路規模
を大幅に削減した無整流子モータの通電波形発生回路を
提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理説明図である。
【図2】本発明の第1の実施例に係る無整流子モータの
通電波形発生回路の構成図である。
【図3】実施例の無整流子モータの通電波形発生回路の
各部信号の波形図である。
【図4】実施例の無整流子モータの通電波形発生回路の
アナログ合成後の台形波の波形図である。
【図5】図5(1)は実施例の第1の変形例であり、三
角波を3個づつ合成した台形波の波形図、図5(2)は
実施例の第2の変形例であり、三角波を4個づつ合成し
た台形波の波形図である。
【符号の説明】
1 可変周波数発振器[VCO](可変周波数発振手
段) C1 ,C2 ,C3 コンデンサ R1 ,R2 ,R3 抵抗 2,4 オペアンプ 3 シフトレジスタ(パルス発生手段) 5 反転手段 7 アナログスイッチ群 9 アナログ合成回路(合成手段) 11−1〜11−3 出力回路 13 位相検出器 15 位相補償回路 17−1〜17−3 モータコイル TR 三角波 TR# 反転三角波 Q 充放電切り換え信号 T1 〜T6 〜Tn パルス信号 S1 〜S6 〜Sm 合成信号 SW1 ,SW2 〜 アナログスイッチ U,V,W アナログ合成信号(台形波) Vref リファレンス電圧
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02P 6/02

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 可変周波数発振器と該可変周波数発振器
    に接続されたコンデンサを備え、前記コンデンサを前記
    可変周波数発振器により充放電し、その充放電電流によ
    り三角波を発生する可変周波数発振手段と、 前記可変周波数発振器の充放電切り換え信号を入力し、
    前記可変周波数発振器の発振周波数に同期して、所定の
    タイミング信号を生成するパルス発生手段と、 前記可変周波数発振手段の発生する三角波を反転し、反
    転三角波を発生する反転手段と、 前記可変周波数発振手段の発生する三角波と前記反転手
    段の発生する反転三角波を入力し、前記タイミング信号
    の制御に基づき複数のアナログスイッチを開閉して、前
    記三角波及び反転三角波を合成するアナログスイッチ群
    と、 前記アナログスイッチ群の少なくとも1つの出力から合
    成波形を出力する合成手段とを有することを特徴とする
    無整流子モータの通電波形発生回路。
  2. 【請求項2】 前記合成手段は、三相位相の台形波を出
    力することを特徴とする請求項1に記載の無整流子モー
    タの通電波形発生回路。
  3. 【請求項3】 前記合成手段の出力を、三相モータの転
    流信号とすることを特徴とする請求項1または2に記載
    の無整流子モータの通電波形発生回路。
JP4124454A 1992-05-18 1992-05-18 無整流子モータの通電波形発生回路 Expired - Fee Related JP3015588B2 (ja)

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