JP3654003B2 - センサレスモータの回転子位置検出装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、回転位置センサなしで動作するセンサレスモータ、例えばセンサレススイッチドリラクタンスモータ(以下センサレスSRモータと称す)の回転子の位置を検出する装置に関するものであり、特に回転子と固定子の位置関係によって変化する固定子巻線のインダクタンスの変化から回転子の位置を検出することに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図10は従来の一般的なSRモータとその駆動回路を示すものである。1は固定子、3は巻線、5は回転軸4を中心として回転する回転子である。固定子1は、6個の固定子突極2と3組の巻線3で構成されている。図では簡単のために一対のU相U1、U2だけを示す。回転子5は積層鋼板で構成され、回転子5の回転軸4から外方向へ放射状に延び、回転子5の周辺部を中心にして円周方向に一様な間隔で4個の回転子突極6を構成している。回転子5と同様に、固定子1も積層鋼板で構成されている。
【0003】
直径方向に相対する固定子突極2における巻線3は、同一方向に磁界を発生するように直列接続されて相巻線を構成しており、巻線数は3個(U、V、W)である。ここでは簡単のためにコイル組のV、Wは図示していないが、それらの相巻線に組み合わされる固定子突極に「V」、「W」の符号がつけられている。
【0004】
7はSRモータを駆動する駆動回路であり、SRモータのU相巻線U1とU2を励磁するために用いられる基本的な電気回路だけを図示している。8a、8bはU相巻線3に流れる電流をON、OFFする一対のトランジスタ、9a、9bはトランジスタ8a、8bがOFFしたときに発生する逆起電力を回生する方向に流すためのダイオード、10はSRモータを駆動するための電流を供給する電源である母線電圧、11は回転子5の回転位置を検出する位置検出センサ、12はトランジスタ対8a、8bのON−OFFを制御する制御回路である。
【0005】
次に、動作について図10、図11により説明する。SRモータの場合、固定子突極2が励磁されることにより回転子突極6が磁気抵抗が最小となる向きに回転子5が磁気吸引され回転するため、励磁された固定子突極2の磁極には依存しない。従って、駆動回路7から供給される電流は一方向の電流だけでいいことになる。そして、相巻線U、V、Wを順次励磁し、回転子突極6を固定子の励磁されている突極2に同期して向き合わせることにより回転子5を回転させる。
【0006】
まず、U相巻線3に対しては、トランジスタ対8a、8bがONすると、電源10→トランジスタ8a→巻線U1とU2→トランジスタ8bの順に電流が流れる。トランジスタ対8a、8bがOFFすると、巻線U1とU2に逆起電力が発生する。この逆起電力のエネルギーは、ダイオード9a→巻線U1とU2→ダイオード9bを通って回生される。この励磁動作は各巻線U、V、Wに対して順次行われ、モータとしての回転動作を行う。トランジスタ対8a、8bのON−OFFの切り替えるタイミングは、回転子5の回転位置を検出する位置検出センサ11からの情報をもとに制御回路12によって行われる。
【0007】
図11(a)〜(d)は、固定子突極2と回転子突極6の位置関係をあらわしたものである。U相を基準に説明すると、図11(a)のように固定子突極2と回転子突極6が離れているときにU相に電圧を印加すると、固定子突極2が励磁され磁気吸引力により固定子突極2に最も近い回転子突極6が磁気吸引される。磁気吸引によって、図11(b)のように固定子突極2に回転子突極6が近づいていく。さらに固定子突極2に回転子突極6が近づき、図11(c)のように固定子突極2と回転子突極6が向かい合う。このとき、回転子突極6に働く吸引力は直径方向のみとなり回転子5を回転させるトルクは発生しない。さらに、図11(d)のように回転子5が回転すると、ふたたび、回転子突極6に回転方向の力が働き、回転子5に回転トルクが発生する。この時発生する回転トルクは、図11(a)〜(c)と反対に方向となる。回転子5が時計方向に回転しているとすれば、その回転を停止する制動力となる。
【0008】
回転子5を一方向に回転させるためには、常に同じ回転方向のトルクが発生するようにしなければならない。そこで、図11(c)のように固定子突極3と回転子突極6が向かい合う前に固定子突極3の励磁を停止しなければならない。このように、SRモータを一定方向に回転するためには、回転子突極6に対する固定子突極2の位置に同期して、固定子巻線3に通電するタイミングを切り換えなければならない。このため、従来は回転子4の位置を検出するために、レゾルバ等の位置検出センサ11によって回転子5の位置を検出し、その回転子位置信号を制御回路12へ帰還することにより、固定子突極巻線3を回転子5の位置に同期して通電していた。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のSRモータ駆動装置のように、位置検出センサ11を設けることにより、SRモータから出てくる結線が増えるため、例えば、圧縮機のように容器の中の冷媒や油が存在する特殊な空間内でモータを動かす場合、容器の内と外を結ぶための端子の数が増してしまうと形状やコスト、信頼性などの面で制約を受けてしまう。このため、その位置検出センサ11を不要とすることが望ましい。
【0010】
SRモータの場合、DCブラシレスモータのように回転子5にマグネットがないため固定子巻線3と鎖交する磁束の変化を利用することはできない。そこで、固定子突極2に対する回転子突極6の位置によって固定子突極2の巻線3のインダクタンスが変化するというSRモータの特性を利用して回転子突極6の位置を検出することができる。
【0011】
図12は回転子突極6の回転角に対する固定子突極巻線3のインダクタンスの一般的な変化を示したものである。図12の回転角θ1はインダクタンスが最小で、固定子突極2と回転子突極6の位置関係は図11(a)のようになっている。そこから図11(b)のように時計方向に回転すると、図12のθ2のように固定子突極巻線3のインダクタンスは増加していく。図11(c)の位置では、図12のθ3のように最大値となる。さらに図11(d)のように回転させると、図12のθ4のようにインダクタンスは減少していく。このように、固定子突極2に対する回転子突極6の位置によって固定子突極2の巻線インダクタンスの大きさは、図12のように周期的に変化する。
【0012】
従って、固定子巻線3を励磁するときの固定子突極2に対する回転子突極6の位置をあらかじめ決めておき、その時の固定子巻線のインダクタンスを求め、その値に達したときの固定子突極2を励磁するタイミングを作るようにすれば、図9の位置検出センサ11を設けなくても回転子突極6に同期して固定子突極2を励磁することができる。
【0013】
このように、インダクタンスの値が分かれば、固定子突極2に対する回転子突極6の位置を推定することができるが、図12からも分かるように回転子突極角θ3を中心に対称的になっているため、インダクタンスの値から一義的に回転子突極6の位置を検出することはできない。しかし、SRモータの駆動タイミング上、任意の固定子突極2を励磁しているときは、その直前に励磁していた固定子突極2の巻線インダクタンスは減少しているので、この期間にインダクタンスの値を検出すれば、固定子突極2に対する回転子突極6の位置が一義的に決まってくる。
【0014】
ただし、固定子突極2との位置関係が分かるのは固定子突極2に最も近い回転子突極6との位置関係であり、回転子のある決まった突極との位置関係は分からない。しかし、固定子突極2を励磁するタイミングは、回転子の決まった突極との位置関係で切り換えるのではなく、固定子突極2の近傍にある回転子突極6の位置で決まるため、その位置関係は必要ない。
【0015】
このように、SRモータの特性を生かし、固定子突極巻線のインダクタンスを検出することにより回転子突極の位置を検出したものとして、例えば、特開平6−189580号公報に記載された技術がある。このブラシレス整流モータの各相巻線へ加えられる電力信号の切換え周波数を制御する装置は、巻線のインダクタンスとRC回路からなるタンク回路へ低電力の周波数信号F1を供給し、インダクタンスの変化に応じて変化するタンク回路の共振周波数F0の包絡線の変化がその共振周波数信号の振幅の移動平均値より大きいか小さいかにより、またはF1−F0の最小値を検出して回転位置を見つけようというものである。しかし、雑音を除くために低電力の周波数信号F1を生成する回路や発振信号の振幅を出力する絶対値回路などが必要となり、回路が複雑になってしまうという問題があった。
【0016】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、専用の回転位置検出センサを用いることなしに、簡単な回路により、SRモータの回転子に対する固定子の位置を検出する小型で、信頼性の高いセンサレスモータの回転子位置検出装置を得ることを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わるセンサレスモータの回転子位置検出装置は、固定子巻線のインダクタンス成分と前記固定子巻線の端子間に接続したコンデンサの共振現象を用いた発振回路と、発振回路の発振信号周波数の周波数値を変換する信号変換回路と、を備え、信号変換回路の変換された出力に応じて回転子の位置を検出するものである。
【0018】
また、信号変換回路は発振周波数値を等価的に電圧に変換するf/V変換回路または発振周波数値をパルス数として測定するパルス数測定回路であって、信号変換回路により変換された電圧またはパルス数と回転子突極の位置に対応してあらかじめ定められた電圧またはパルス数とにより回転子の位置を検出するものである。
【0019】
また、センサレスモータを駆動するために固定子巻線に励磁している期間は回転子の位置を検出しないように回転位置検出回路を制御するものである。
【0020】
また、発振回路にスイッチ手段を備え、センサレスモータを駆動するために固定子巻線に励磁している期間は前記スイッチ手段により発振回路を停止させるものである。
【0021】
また、回転位置検出回路は、信号変換回路により変換された信号をあらかじめ定められた信号と比較する比較回路と、比較回路の出力と励磁する相の前に励磁していた固定子巻線への励磁信号とを判定する論理回路と、を備えたものである。
【0022】
回転子の回転により固定子巻線の変化するインダクタンス成分と固定子巻線の端子間に接続したコンデンサとで共振現象を発生させる発振回路と、発振回路に接続され発振回路により生成された発振信号周波数の周波数値を変換する信号変換回路と、信号変換回路により変換された信号とあらかじめ記憶された信号を比較する比較回路と、比較回路の出力と固定子巻線への励磁信号とを判定する論理回路と、を備えたものである。
【0023】
また、固定子巻線を励磁する相の前に励磁していた期間で、回転子の位置を検出する回転位置検出回路と、を備えたものである。
【0024】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
以下、実施の形態1を図を用いて説明する。図1は実施の形態1である回転子位置検出装置を備えたセンサレスSRモータの駆動装置の構成図であり、説明をしやすくするため、1相分(ここではU相)について示している。図2は回転子位置検出装置の動作波形図である。図1において10はSRモータを駆動するための電流を供給する母線電圧であり、一般に交流電源をダイオードにより整流して生成される。8aは固定子巻線3の一端と母線電圧10間に接続されたトランジスタ、8bは固定子巻線3の他端とGND間に接続されたトランジスタ、9aは固定子巻線3の一端とGND間に接続されたダイオード、9bは固定子巻線3の他端と母線電圧10の間に接続されたダイオードである。12はトランジスタ対8a、8bを固定子巻線励磁信号によってON−OFFさせる制御回路である。
また固定子巻線3の一端には抵抗15とコンデンサ13が接続され、コンデンサ13は母線電圧のGNDとは異なる第2のGNDに接続されている。抵抗15の他端はNOTゲート16の入力端子に接続され、NOTゲート16の出力端子とコンデンサ14が固定子巻線3の他端と接続されている。またコンデンサ14はコンデンサ13と同様に第2のGNDに接続されている。
【0025】
点線で囲われた部分で固定子巻線3を含むLCの発振回路20が構成される。母線電圧10とは別の検出用電源である直流電源21により発振回路20を動作させる。図1に示す発振回路20はコルピッツ発振回路を用いた例であり、この発振回路20の発振周波数fは
f=1/(2×π×√(L×C)) …………(1)
C=C13×C14/(C13+C14) …………(2)
となる。ここで、πは円周率、Lは固定子巻線3のインダクタンス値、C13およびC14はそれぞれコンデンサ13および14の既知の容量である。
【0026】
つづいて動作について説明する。前述のように固定子巻線3のインダクタンス値Lは回転子突極6の位置に応じて、図2(a)に示すように変化する。ここで(1)式よりLの変化に応じて発振周波数fが変化し、発振回路20は図2(b)に示す発振信号を出力する。(1)式より、インダクタンス値Lが小さいときは発振回路20の発振周波数fが高く、Lが大きいときはfが低くなる。
つづいて、この発振信号がf/V変換回路17に入力される。f/V変換回路17は入力された発振信号の発振周波数fを等価的にアナログ電圧Vに変換する回路であり、周波数fが高いときはアナログ電圧Vを大きく、fが低いときはVを小さく出力し、図2(b)に示す発振信号が入力されると、f/V変換回路17は図2(c)のf/V変換電圧を出力する。
出力されたf/V変換電圧が回転位置検出回路18に入力される。回転位置検出回路18では入力されたf/V変換電圧とあらかじめ設定された電圧Vsの大小を比較し、図2(d)に示す回転位置検出電圧を出力する。ここでVsをあらかじめ設定された固定子突極2に対する回転子突極6の位置のインダクタンス値に対応した電圧に設定することにより、図2(d)の回転位置検出電圧の立ち下がりタイミングが回転子突極6の位置検出信号となる。
【0027】
例えば固定子巻線3のインダクタンスLの最小値が1mH、最大値が7mH程度のときは、コンデンサ13および14の値をC13=C14=0.1μF程度にすると、発振周波数fが8.5〜22.5kHzまで広範囲で変化するため、f/V変換電圧も広範囲で変化させることができ、安価な回路構成で精度良く回転子突極6の位置を検出することができる。
位置検出信号を制御回路12に送り、制御回路12は送られた位置検出信号から固定子巻線3を励磁するタイミングを計算し、トランジスタ対8をONまたはOFFする信号をトランジスタ対8に出力する。同様にして、V相とW相に対しても行う。上記の方法によれば、従来のように回転軸4の回転角を検出する位置検出センサ11を設けることなく、安価な回路構成で回転子突極6の位置に同期して固定子突極2を励磁することができる。
【0028】
なお、本実施の形態では発振回路20にコルピッツ発振回路を用いた例について示したが、ハートレー発振回路などの別の方式の発振回路を用いても同様の効果が得られる。また発振回路20の内部のコンデンサ13および14を母線電圧10のGNDとは異なる第2のGNDに接続したが、これはノイズなどの誤動作に対して、更に精度良く回転子位置を検出するためである。すなわち、SRモータを駆動するための電流の影響を受けにくくなることにより精度良く回転し位置を検出することが出来る。但し、母線電圧10のGNDと接続しても同様の効果が得られる。直流電源21は商用電源などからダイオードにより整流すれば得ることが出来、個々に電源トランスを用いればアースを別にすることが出来る。
また上記説明は4個の回転子突極に対する3相6個の固定子突極の構成で説明したが、回転子突極と固定子突極の組み合わせはどのような数字のものであっても良いし、又、単純な構成図で説明したごとくこのような簡略化が可能であれば3相でなく例えば2相であっても同様な効果を奏し得る。
【0029】
本発明は、上記で説明したようにf/V変換回路17を使用した例を示した。このf/V変換回路は特定の周波数に対しては特定の電圧を出力するものでこの周波数信号の大小に関係なく周波数値が決まれば出力が決まるものである。f/V変換回路は積分器やコンデンサ、抵抗などが一体となった汎用ICとして市販されている。このように周波数値を電圧と言うごとく全く種類の異なる信号に変換することによりノイズなどの雑音を防ぐことが出来る。
図9にこの発明のf/V変換回路17ではなくパルス数測定回路30を使用した一例を示す。このパルス数測定回路は共振回路で生成された大きさも周波数値も変動する周波数信号を特定のレベルの電圧値における周波数の立ち上がり部を検出することによりパルスとしてカウントすることが出来、このパルスを時間当たりもしくは一定時間内のパルス数として捉え、あらかじめマイコン内に記憶され、設定されたパルス数/時間と比較することにより回転子の位置を検出することが、f/V変換回路でなくパルス数測定回路を使用した場合でも図2(c)と同様に処理できる。図2における横軸は回転子突極位置であり、
図2(b)信号により特定電圧における周波数の立ち上がり部を検出することによりパルスを検出でき、図2(c)の縦軸をパルス数/時間とすれば所定のパルス数(相当する電圧Vsの線と同様に判断)より多いか少ないかに基づいて図2(d)のごとく回転位置(縦軸はパルス数となる)を検出することが出来る。
【0030】
実施の形態2.
この発明の実施の形態を図にて説明する。図3は実施の形態2である回転子位置検出装置を備えたセンサレスSRモータの駆動装置の構成図であり、実施の形態1に示す駆動装置の固定子巻線3とコンデンサ13および14の間にスイッチ回路19を設けたものである。図3において実施の形態1で示した図1と同一または相当部分には、同じ符号を付し、説明を省略する。図4は回転子位置検出装置の動作波形図である。
つづいて動作について説明する。制御回路12がトランジスタ対8をONさせると、母線電圧10→トランジスタ8a→固定子巻線3→トランジスタ8bの経路でSRモータの駆動電流が流れる。駆動電流が流れているときは、スイッチ回路19をOFFさせて、発振回路20の動作を停止させる。またトランジスタ対8がOFFのときにスイッチ回路19をONさせて、発振回路20を動作させる。つまり固定子巻線3に駆動電流が流れていないときにのみ発振回路20を動作させるようにしたものである。
【0031】
次に以上の動作を図4により詳しく説明する。前述のように固定子巻線3のインダクタンス値Lは回転子突極6の位置に応じて、図4(a)に示すように変化する。固定子巻線励磁信号である駆動信号が図4(e)である。駆動信号によりトランジスタ対8がONし
ているときは、スイッチ回路19をOFFさせるため、発振回路20は動作せず、発振周波数f=0である。トランジスタ対8がOFFしているときは、発振回路が通常の動作を行うため、実施の形態1で示したとおり固定子巻線3のインダクタンス値に応じて発振し、発振回路20は図4(b)に示す発振信号を出力する。
つづいて、この発振信号がf/V変換回路17に入力される。トランジスタ対8がONしているときは発振周波数f=0であるため、f/V変換回路17の出力であるf/V変換電圧もV=0となり、f/V変換回路17は図4(c)に示すf/V変換電圧を出力する。
出力されたf/V変換電圧が回転位置検出回路18に入力される。回転位置検出回路18では入力されたf/V変換電圧とあらかじめ設定された電圧Vsの大小を比較し、図4(d)に示す回転位置検出電圧を出力する。図4(d)の回転位置検出電圧の立ち下がりタイミングが回転子突極6の位置検出信号となる。
【0032】
この位置検出信号を制御回路12に送り、制御回路12は送られた位置検出信号から固定子巻線3を励磁するタイミングを計算し、トランジスタ対8をONまたはOFFする信号をトランジスタ対8に出力する。同様にして、V相とW相に対しても行う。
SRモータの駆動電流は制御回路の出力信号の電流と比較すると非常に大きな電流が流れているため、駆動電流により発振回路20やf/V変換回路17などに悪影響を及ぼし、回路が誤動作したり、最悪の場合には回路の破壊に至る可能性もある。上記の方法によれば、駆動電流が流れているときはスイッチ回路19をOFFさせることにより、駆動電流の影響を防止して、信頼性の高いSRモータの駆動回路を得ることができる。ここでスイッチ回路19にリレーやトランジスタなどを用いることにより、安価な回路構成で上記の効果を得られる。
【0033】
実施の形態3.
この発明の実施の形態を図にて説明する。図5は実施の形態3を示す図であり、実施の形態1の図1で示した回転子位置検出装置の回転位置検出回路18の構成図である。図5において22、23は検出用電源21の電圧Vccを分圧して電圧Vsを生成する抵抗、24はf/V変換電圧を電圧Vsと比較するコンパレータ、25はANDゲートである。
次に動作を説明する。まず、検出用電源21の電圧Vccを抵抗22と23で分圧し、電圧Vsを生成する。生成された電圧Vsは抵抗22と23の抵抗値がそれぞれR22、R23であるとすると、
Vs=Vcc×R23/(R22+R23) …………(3)
となり、Vsを固定子突極2に対する回転子突極6の位置に対応した値になるようにR22とR23を設定する。
【0034】
一方、実施の形態1の発振回路20の発振信号により、f/V変換回路17で生成されたf/V変換電圧がコンパレータ24に入力される。そして、コンパレータ24は、f/V変換電圧を抵抗22と23で設定された電圧Vsと比較する。比較した結果をANDゲート25に入力する。またANDゲート25に固定子巻線励磁信号である駆動信号を入力することにより、SRモータの駆動電流が流れているときは回転位置検出電圧をOFFするようにする。このANDゲート25の出力が回転位置検出信号となる。
【0035】
次に、以上の動作を図6により詳しく説明する。実施の形態1に示した図6(c)に示すf/V変換電圧は、コンパレータ24により抵抗22と23で設定された電圧Vsと比較され、f/V変換電圧がVs以下のときに、コンパレータ24は”H”を出力し、f/V変換電圧がVs以上のときにコンパレータ24は”L”を出力する(図6(f)の比較出力電圧参照)。
このコンパレータ24の出力である比較出力電圧がANDゲート25に入力されているが、固定子巻線励磁信号である駆動信号(図6(e)参照)がANDゲート25に入力されているため、駆動信号が”H”になるまで、ANDゲート25は”L”を出力する。駆動信号が”H”になったタイミングでANDゲート25は”H”を出力する。f/V変換電圧がVs以上になるタイミングでANDゲート25は”L”を出力し、回転位置検出電圧となる(図6(d)参照)。この立ち下がりタイミングが回転子突極6の位置検出信号となる。
この位置検出信号を制御回路12に送り、制御回路12は送られた位置検出信号から固定子巻線3を励磁するタイミングを計算し、トランジスタ対8をONまたはOFFする信号をトランジスタ対8に出力する。同様にして、V相とW相に対しても行う。
【0036】
前述のとおり、SRモータの駆動電流は制御回路の出力信号の電流と比較すると非常に大きな電流が流れているため、駆動電流により発振回路20やf/V変換回路17などに悪影響を及ぼす可能性があるが、上記の方法によれば、駆動電流が流れているときは回転位置検出電圧をOFFすることにより、簡素な回路構成により固定子巻線3のインダクタンスを検出し、回転子の位置を検出することができる。
【0037】
実施の形態4.
この発明の実施の形態を図にて説明する。図7は実施の形態4を示す図であり、実施の形態3の図5にNOTゲート26を付加して、NOTゲート26に励磁する前の相の駆動信号を入力した回転位置検出回路18の構成図である。図8は回転位置検出回路18の動作説明図である。図7において実施の形態3で示した図5と同一または相当部分には同じ符号を付し、説明は省略する。26は入力されるW相駆動信号を反転するNOTゲートである。
【0038】
次に動作を図7、図8により説明する。まず、検出用電源21の電圧Vccを抵抗22と23で分圧し、電圧Vsを生成する。一方、f/V変換回路17で生成されたf/V変換電圧(図8(c)参照)がコンパレータ24に入力される。そして、コンパレータ24において、f/V変換電圧を電圧Vsと比較し、図8(f)に示す比較出力電圧を出力する。
この比較出力電圧がANDゲート25に入力されているが、前の相の固定子巻線励磁信号であるW相駆動信号(図8(g)参照)がANDゲート25に入力されているため、W相駆動信号が”H”になるまで、ANDゲート25は”L”を出力する。W相駆動信号が”H”になったタイミングでANDゲート25は”H”を出力する。f/V変換電圧がVs以上になるタイミングでANDゲート25は”L”を出力し、回転位置検出電圧となる(図8(d)参照)。この立ち下がりタイミングが回転子突極6の位置検出信号となる。
この位置検出信号を制御回路12に送り、制御回路12は送られた位置検出信号から固定子巻線3を励磁するタイミングを計算し、トランジスタ対8をONまたはOFFする信号をトランジスタ対8に出力する。同様にして、V相とW相に対しても行う。
【0039】
図8(g)に示すとおり、通常はU相→V相→W相→U相の順に通電することにより、SRモータは一定方向に回転を続けることができる。また前述のとおり、例えば、U相の通電が終了し、V相に通電しているときもU相の固定子巻線3の両端には逆起電力が発生し、この逆起電力のエネルギーは図1に示すダイオード9a、9bを通って回生されることがある。しかし通常の場合、W相の通電中であれば、U相の逆起電力のエネルギーはすべて回生されており、固定子巻線3には電流が流れていない場合が多い。
回生期間は固定子巻線3の両端に電圧が残っているため、この期間でインダクタンスの検出を行うと、逆起電力により発振回路20やf/V変換回路17などに悪影響を及ぼし、回路が誤動作する可能性があり、正確にインダクタンスの検出を行えない場合がある。
上記の方法によれば、U相の固定子巻線3に電流が流れていないW相の通電期間においてU相の回転位置を検出するようにしたため、簡素な回路構成により更に精度良く固定子巻線3のインダクタンスを検出し、回転子の位置を検出することができる。
【0040】
上記の説明ではセンサレスSRモータの構造と特性により説明してきたが、固定子巻線のインダクタンス成分と固定子巻線の端子間に接続したコンデンサの共振現象を用いた発振回路を備え、発振回路により固定子巻線のインダクタンスに応じた発振周波数が変化するモータであれば何でも良いことは明らかである。例えば固定子巻線は上記の例のような集中巻きでない分布巻きでも可能である。また永久磁石を使用したDC−BLMでも可能である。
【0041】
【発明の効果】
この発明は、以上のように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。この発明に係るセンサレスモータの回転子位置検出装置は、固定子巻線のインダクタンス成分と固定子巻線の端子間に接続したコンデンサを接地した回路に検出用の直流を加えて共振現象を発生させる発信回路を備え、発信回路にて生成された共振周波数の周波数値の周波数値により回転子の位置を検出するので、位置検出センサを設けることなく、単純な回路構成で回転子の位置を検出することが出来る精度の良い装置を得ることが出来る。
【0042】
また、信号変換回路は発振周波数値を等価的に電圧に変換するf/V変換回路または発振周波数値をパルス数として測定するパルス数測定回路であって、信号変換回路により変換された電圧またはパルス数と回転子の位置に対応してあらかじめ定められた電圧またはパルス数とにより回転子の位置を検出するので、小型で信頼性の高い回転子位置検出装置を得ることができる。
【0043】
また、センサレスモータを駆動するために固定子巻線に励磁している期間は回転子の位置を検出しないように回転位置検出回路を制御するので、駆動電流の影響を防止して、信頼性の高い回転子位置検出装置を得ることができる。
【0044】
また、発振回路にスイッチ手段を備え、センサレスモータを駆動するために固定子巻線に励磁している期間は前記スイッチ手段により発振回路を停止させるので、駆動電流の影響を防止して、信頼性の高い回転子位置検出装置を得ることができる。
【0045】
また、回転位置検出回路は、f/V変換回路により変換された電圧またはパルス数をあらかじめ定められた電圧またはパルス数と比較する比較回路と、比較回路の出力と励磁する相の前に励磁していた固定子巻線への励磁信号とを判定する論理回路と、を備えたので、簡素な回路構成で回転子位置検出装置を得ることができる。
【0046】
また、この発明は、固定子巻線の変化するインダクタンス成分と固定子巻線の端子間に接続したコンデンサを接地した回路に検出用の直流を加えて共振現象を発生させる発信回路と、発信回路に接続され発信回路により生成された発信信号周波数の周波数値を変換し信号を出力する信号変換回路と、信号変換回路により変換された信号とあらかじめ記憶された信号を比較する比較回路と、比較回路の出力と固定子巻線への励磁信号とを判定する論理回路と、を備えたので、簡素な回路構成で回転子位置検出装置を得ることが出来る。
【0047】
また、固定子巻線を励磁する相の前に励磁していた期間で、回転子の位置を検出する回転位置検出回路と、を備えたので、駆動電流の影響を防止して、信頼性の高い回転子位置検出装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1である回転子位置検出装置を備えたセンサレスSRモータの駆動回路の構成図である。
【図2】 この発明の実施の形態1である回転子位置検出装置の動作波形を示す図である。
【図3】 この発明の実施の形態2である回転子位置検出装置を備えたセンサレスSRモータの駆動回路の構成図である。
【図4】 この発明の実施の形態2である回転子位置検出装置の動作波形を示す図である。
【図5】 この発明の実施の形態3である回転子位置検出装置の回転位置検出回路の構成図である。
【図6】 この発明の実施の形態3である回転子位置検出装置の動作波形を示す図である。
【図7】 この発明の実施の形態4である回転子位置検出装置の回転位置検出回路の構成図である。
【図8】 この発明の実施の形態4である回転子位置検出装置の動作波形を示す図である。
【図9】 この発明の実施の形態の一例である回転子位置検出装置を備えたセンサレスSRモータの駆動回路の構成図である。
【図10】 従来の一般的なSRモータとその駆動回路の構成図である。
【図11】 一般的なSRモータの固定子と回転子の位置関係を示す図である。
【図12】 一般的なSRモータの固定子巻線のインダクタンス変化を示す図である。
【符号の説明】
1 固定子、2 固定子突極、3 固定子巻線、5 回転子、6 回転子突極、7 駆動回路、8a、8b トランジスタ、9a、9b ダイオード、10 母線電圧、13、14 コンデンサ、15、22、23 抵抗、16、26 NOTゲート、17 f/V変換回路、18 回転位置検出回路、19 スイッチ回路、20 発振回路、21 検出用電源、24 コンパレータ、25 ANDゲート。
Claims (7)
- 回転子の回転する位置により固定子巻線の変化するインダクタンス成分と前記固定子巻線の端子間に接続したコンデンサを接地した回路に検出用の直流を加えて共振現象を発生させる発振回路と、前記発振回路に接続され前記発振回路により生成された発振信号周波数の周波数値を変換し信号を出力する信号変換回路と、前記信号変換回路からの出力に応じて回転子の位置を検出する回転子位置検出回路と、を備え、前記発振回路にて生成される共振周波数の周波数値により回転子の位置を検出することを特徴とするセンサレスモータの回転子位置検出装置。
- 信号変換回路は発振周波数値を等価的に電圧に変換するf/V変換回路または発振周波数値をパルス数として測定するパルス数測定回路であって、前記信号変換回路により変換された電圧またはパルス数と回転子突極の位置に対応してあらかじめ定められた電圧またはパルス数とにより前記回転子の位置を検出する回転位置検出回路を備えたことを特徴とする請求項1記載のセンサレスモータの回転子位置検出装置。
- センサレスモータを駆動するために固定子巻線を励磁している期間は回転子の位置を検出しないように回転位置検出回路を制御することを特徴とする請求項1または2記載のセンサレスモータの回転子位置検出装置。
- 発振回路にスイッチ手段を備え、センサレスモータを駆動するために固定子巻線に励磁している期間は前記スイッチ手段により前記発振回路を停止させることを特徴とする請求項1または2記載のセンサレスモータの回転子位置検出装置。
- 回転子位置検出回路は、信号変換回路により変換された信号をあらかじめ定められた信号と比較する比較回路と、前記比較回路の出力と励磁する相の前に励磁していた固定子巻線への励磁信号とを判定する論理回路と、を備えたことを特徴とする請求項1または2記載のセンサレスモータの回転子位置検出装置。
- 回転子の回転する位置により固定子巻線の変化するインダクタンス成分と前記固定子巻線の端子間に接続したコンデンサを接地した回路に検出用の直流を加えて共振現象を発生させる発振回路と、前記発振回路に接続され前記発振回路により生成された発振信号周波数の周波数値を変換し信号を出力する信号変換回路と、前記信号変換回路により変換された信号とあらかじめ記憶された信号を比較する比較回路と、前記比較回路の出力と前記固定子巻線への励磁信号とを判定する論理回路と、を備えたことを特徴とするセンサレスモータの回転子位置検出装置。
- 固定子巻線を励磁する相の前に励磁していた期間、回転子の位置を検出することを特徴とする請求項1乃至6の内の少なくとも1項記載のセンサレスモータの回転子位置検出装置。
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