JP4240832B2 - 三相モータの各相波形検出回路 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三相のコイルが中点で共通接続された三相モータの各相のモータ駆動時におけるモータ発電波形を検出する各相波形検出回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、各種機器における回転駆動に三相のモータが利用されており、ＭＤ、ＣＤなどの回転駆動にも三相モータが利用される。このような三相モータでは、電池からの直流電力を６つのスイッチングトランジスタからなるインバータによって、互いに１２０°位相の異なるＵ，Ｖ，Ｗ相のモータ駆動電流を作成し、これをモータのＵ，Ｖ，Ｗ相コイルに供給してモータを駆動する。
【０００３】
ここで、このＵ，Ｖ，Ｗ相のモータ駆動電流の位相は、モータのロータ回転にあわせて制御する必要があり、ロータ位置検出にはホール素子が広く用いられている。一方、ホール素子を省略するについての要求も大きく、モータ駆動電流の波形から逆起電力を検出してロータ位置を検出するセンサレス駆動回路も広く利用されるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このセンサレス駆動回路では、モータのＵ，Ｖ，Ｗ各相コイルの共通接続された中点の電圧と、各相コイルの他端の電圧を比較し、この電圧変化状態からコイルに発生した逆起電力を検出して、ロータ位置を検出している。従って、各相コイルの両端電圧を比較するコンパレータを３つ必要とする。このため、モータは検出ための回路が、大型になってしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、回路を簡略化できるモータ波形検出回路を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、三相のコイルが中点で共通接続された三相モータの各相のモータ駆動時におけるモータ発電波形を検出する各相波形検出回路であって、モータの各相への駆動電流を制御する制御信号に応じて、オフになっている１つの相のモータコイルの端部を選択する第１スイッチと、このスイッチを介し供給される電圧と、モータコイルの中点電圧を比較するコンパレータと、通電している２つの相のモータコイルの端部の電圧と中点電圧の差の波形として、モータの各相への駆動電流を制御する制御信号に応じて決定される前記差の波形と同等な予め設定されている波形を出力する波形合成出力回路と、前記コンパレータからの出力と、前記波形合成出力回路からの出力が入力され、通電されていない１つの相の出力としてコンパレータからの出力を選択し、通電されている２つの相の出力として前記波形合成出力回路からの該当相の出力を選択する第２スイッチと、を有し、第２スイッチからの出力を各相の波形として出力することを特徴とする。
【０００７】
このように、１つのコンパレータによって、複数の相のモータ電流波形を検出することができる。このため、回路規模を小さくすることができる。
【０００８】
また、３つのコンパレータを設けたのと同様の信号を得ることができ、その後の信号処理は同一の回路でよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１は、モータを駆動するシステムの概略構成を示す図である。モータ１０は、３相のコイル１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗを有している。ＤＳＰ１２は、モータ駆動のタイミングを決定し、これについての信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３をドライバ１４に供給する。ドライバ１４は、インバータを内蔵しており、ＤＳＰ１２からの信号に基づいて、インバータのスイッチングトランジスタをオンオフして、モータ１０の各相のコイル１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗへの電流供給を制御する。これによって、モータ１０が回転駆動される。
【００１１】
ここで、ドライバ１４は、各相のモータ駆動時におけるモータ発電波形を検出し、この情報をＤＳＰ１２に供給する。ＤＳＰ１２は、この検出波形に基づいて、モータ１０のロータ回転位置を検出し、モータ駆動電流の位相を決定する。これによって、モータ１０が所定の回転駆動される。
【００１２】
図２は、ドライバ１４のインバータ及び波形作成部分と、モータ１０を模式的に示した図である。インバータは、スイッチングトランジスタ２０ａ〜２０ｆからなっており、スイッチングトランジスタ２０ａおよび２０ｂ（Ｕ相）、２０ｃ及び２０ｄ（Ｖ相）、２０ｅ及び２０ｆ（Ｗ相）がそれぞれ直列接続されて電源ＶＭと、グランドの間に配置されている。すなわち、スイッチングトランジスタ２０ａ，２０ｃ，２０ｅがソース側スイッチングトランジスタであり、スイッチングトランジスタ２０ｂ、２０ｄ、２０ｆがシンク側スイッチングトランジスタである。
【００１３】
そして、ソース側トランジスタ２０ａ，２０ｃ，２０ｅとシンク側スイッチングトランジスタ２０ｂ、２０ｄ、２０ｆの接続点がそれぞれモータ１０のコイル１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗの端部に接続されている。なお、コイル１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗの他端は共通接続されて中点を形成されている。
【００１４】
従って、１つの相のソース側スイッチングトランジスタと、他相のシンク側スイッチングトランジスタをオンすることで、２つのコイルを直列接続してモータ１０にモータ駆動電流が流れる。例えば、スイッチングトランジスタ２０ａ、２０ｄをオンすることによって、コイル１０Ｕ、１０Ｖに電流が流れる。
【００１５】
ここで、本実施形態のモータ１０は、１２０°通電であり、図３に示すように、各相のコイルに１２０°ずつ電流が供給される。また、各相のモータ駆動電流はそれぞれ１２０°ずつずれている。従って、モータ駆動電流の供給フェーズは、６つのフェーズとなる。
【００１６】
すなわち、オンとなるスイッチングトランジスタを記載すると、（１）２０ａ、２０ｄ、（２）２０ａ、２０ｆ、（３）２０ｃ、２０ｆ、（４）２０ｃ、２０ｂ、（５）２０ｅ、２０ｂ、（６）２０ｅ、２０ｄとなる。ＤＳＰ１４からの制御信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３によって、いずれのフェーズかが判断され、スイッチングトランジスタ２０ａ〜２０ｆのオンオフが切り換えられる。
【００１７】
そして、本実施形態では、モータの各相コイルの端部がスイッチ３０に入力され、この中の１つが選択される。すなわち、上述の６つのフェーズをみると、必ず１つの相のコイルには電流が流れていない。このスイッチ３０は、ＤＳＰ１４からの制御信号に応じて、この電流が流れていない相のコイル端部を選択する。すなわち、（１）Ｗ、（２）Ｖ、（３）Ｕ、（４）Ｗ、（５）Ｖ、（６）Ｕの順に各相のコイル端部を順次選択する。
【００１８】
このスイッチ３０の出力は、コンパレータ３２に供給される。このコンパレータ３２の他端には、モータ１０の中点電圧が供給されている。従って、このコンパレータ３２においては、モータ１０の中点電圧と、通電されていない相のコイルの端部電圧が順次比較されることになる。モータ１０が回転されている場合には、図３のように電流が順次コイルに流れており、ソース側コイルの端部は電源ＶＭに接続され、シンク側コイルの端部はグランドに接続されている。従って、中点電位は、その中間の電圧（基本的には、ＶＭ／２）になる。一方、通電されていないコイルの端部は、ＶＭ／２を中心としてロータにより発生する逆起電力によって変化する。従って、コンパレータ３２に入力される電圧は、ロータ位置についての信号となっている。
【００１９】
コンパレータ３２の出力は、スイッチ３４に入力される。このスイッチ３４は、スイッチ３０と同様にＤＳＰ１４からの制御信号によってスイッチングが制御されるものであって、コンパレータ３２の出力から各相のものを順次別々に出力する。
【００２０】
このスイッチ３４の３つの出力は、それぞれスイッチ３６ａ〜３６ｃに供給される。このスイッチ３６ａ〜３６ｃには、ロジック回路４０からの信号が供給されており、スイッチ３６ａ〜３６ｃは、スイッチ３４から供給される信号またはロジック回路４０から信号のいずれかを選択して出力する。
【００２１】
ここで、ロジック回路４０は、＋ＶＭ／２または−ＶＭ／２のいずれかを出力する。すなわち、各相のモータコイル端と中点電圧を比較した場合には、対応ソース側スイッチングトランジスタがオンの場合には、電圧はＶＭであり、これを中点電圧ＶＭ／２と比較することになる。一方、対応するシンク側スイッチングトランジスタがオンの場合には、そのモータコイル端の電圧はグランドであり、これをモータ中電電圧と比較すると、０とＶＭ／２を比較することになる。ロジック回路４０は、この比較結果と同等の信号を作り出し、これを出力する。
【００２２】
そして、スイッチ３６ａにおいては、スイッチ３４からＵ相の比較結果の信号が出力されているときに、スイッチ３４からの信号を選択し、他の期間（通電期間）には、ロジック回路４０からの信号を選択する。また、スイッチ３６ｂ、３６ｃにおいては、スイッチ３４からＶ，Ｗ相の比較結果の信号が出力されているときに、スイッチ３４からの信号をそれぞれ選択し、他の期間（通電期間）には、ロジック回路４０からの信号を選択する。
【００２３】
これによって、スイッチ３６ａ〜３６ｃからの出力には、モータ１０の各相のコイル端部と、中点とをそれぞれ別のコンパレータで比較した場合と同一の信号が得られる。
【００２４】
そして、この信号がＤＳＰ１４に供給されるため、ＤＳＰ１４は、コンパレータを３つ設けてコイル端部と中点とを連続的に比較して得たのと同一の信号が供給され、これに基づいてスイッチングトランジスタのオンオフ制御のための制御信号を作成することができる。
【００２５】
このように、本実施形態では、モータ駆動電流の波形を検出するためのコンパレータを１つとしているが、３つ設けたのと同様の波形を得ることができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、１つのコンパレータによって、各相のモータ電流を順次中点電圧と比較する。従って、複数の相のモータ電流波形を検出することができる。このため、回路規模を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 モータ駆動システムの全体を示す図である。
【図２】 インバータ及び波形検出の回路を示す図である。
【図３】 モータ駆動電流のタイミングを示す図である。
【符号の説明】
１０ モータ、１２ ＤＳＰ、１４ ドライバ、２０ インバータ、３０，３４，３６ａ，３６ｂ，３６ｃ スイッチ、３２ コンパレータ、４０ ロジック回路。
【発明の属する技術分野】
本発明は、三相のコイルが中点で共通接続された三相モータの各相のモータ駆動時におけるモータ発電波形を検出する各相波形検出回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、各種機器における回転駆動に三相のモータが利用されており、ＭＤ、ＣＤなどの回転駆動にも三相モータが利用される。このような三相モータでは、電池からの直流電力を６つのスイッチングトランジスタからなるインバータによって、互いに１２０°位相の異なるＵ，Ｖ，Ｗ相のモータ駆動電流を作成し、これをモータのＵ，Ｖ，Ｗ相コイルに供給してモータを駆動する。
【０００３】
ここで、このＵ，Ｖ，Ｗ相のモータ駆動電流の位相は、モータのロータ回転にあわせて制御する必要があり、ロータ位置検出にはホール素子が広く用いられている。一方、ホール素子を省略するについての要求も大きく、モータ駆動電流の波形から逆起電力を検出してロータ位置を検出するセンサレス駆動回路も広く利用されるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このセンサレス駆動回路では、モータのＵ，Ｖ，Ｗ各相コイルの共通接続された中点の電圧と、各相コイルの他端の電圧を比較し、この電圧変化状態からコイルに発生した逆起電力を検出して、ロータ位置を検出している。従って、各相コイルの両端電圧を比較するコンパレータを３つ必要とする。このため、モータは検出ための回路が、大型になってしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、回路を簡略化できるモータ波形検出回路を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、三相のコイルが中点で共通接続された三相モータの各相のモータ駆動時におけるモータ発電波形を検出する各相波形検出回路であって、モータの各相への駆動電流を制御する制御信号に応じて、オフになっている１つの相のモータコイルの端部を選択する第１スイッチと、このスイッチを介し供給される電圧と、モータコイルの中点電圧を比較するコンパレータと、通電している２つの相のモータコイルの端部の電圧と中点電圧の差の波形として、モータの各相への駆動電流を制御する制御信号に応じて決定される前記差の波形と同等な予め設定されている波形を出力する波形合成出力回路と、前記コンパレータからの出力と、前記波形合成出力回路からの出力が入力され、通電されていない１つの相の出力としてコンパレータからの出力を選択し、通電されている２つの相の出力として前記波形合成出力回路からの該当相の出力を選択する第２スイッチと、を有し、第２スイッチからの出力を各相の波形として出力することを特徴とする。
【０００７】
このように、１つのコンパレータによって、複数の相のモータ電流波形を検出することができる。このため、回路規模を小さくすることができる。
【０００８】
また、３つのコンパレータを設けたのと同様の信号を得ることができ、その後の信号処理は同一の回路でよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１は、モータを駆動するシステムの概略構成を示す図である。モータ１０は、３相のコイル１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗを有している。ＤＳＰ１２は、モータ駆動のタイミングを決定し、これについての信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３をドライバ１４に供給する。ドライバ１４は、インバータを内蔵しており、ＤＳＰ１２からの信号に基づいて、インバータのスイッチングトランジスタをオンオフして、モータ１０の各相のコイル１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗへの電流供給を制御する。これによって、モータ１０が回転駆動される。
【００１１】
ここで、ドライバ１４は、各相のモータ駆動時におけるモータ発電波形を検出し、この情報をＤＳＰ１２に供給する。ＤＳＰ１２は、この検出波形に基づいて、モータ１０のロータ回転位置を検出し、モータ駆動電流の位相を決定する。これによって、モータ１０が所定の回転駆動される。
【００１２】
図２は、ドライバ１４のインバータ及び波形作成部分と、モータ１０を模式的に示した図である。インバータは、スイッチングトランジスタ２０ａ〜２０ｆからなっており、スイッチングトランジスタ２０ａおよび２０ｂ（Ｕ相）、２０ｃ及び２０ｄ（Ｖ相）、２０ｅ及び２０ｆ（Ｗ相）がそれぞれ直列接続されて電源ＶＭと、グランドの間に配置されている。すなわち、スイッチングトランジスタ２０ａ，２０ｃ，２０ｅがソース側スイッチングトランジスタであり、スイッチングトランジスタ２０ｂ、２０ｄ、２０ｆがシンク側スイッチングトランジスタである。
【００１３】
そして、ソース側トランジスタ２０ａ，２０ｃ，２０ｅとシンク側スイッチングトランジスタ２０ｂ、２０ｄ、２０ｆの接続点がそれぞれモータ１０のコイル１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗの端部に接続されている。なお、コイル１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗの他端は共通接続されて中点を形成されている。
【００１４】
従って、１つの相のソース側スイッチングトランジスタと、他相のシンク側スイッチングトランジスタをオンすることで、２つのコイルを直列接続してモータ１０にモータ駆動電流が流れる。例えば、スイッチングトランジスタ２０ａ、２０ｄをオンすることによって、コイル１０Ｕ、１０Ｖに電流が流れる。
【００１５】
ここで、本実施形態のモータ１０は、１２０°通電であり、図３に示すように、各相のコイルに１２０°ずつ電流が供給される。また、各相のモータ駆動電流はそれぞれ１２０°ずつずれている。従って、モータ駆動電流の供給フェーズは、６つのフェーズとなる。
【００１６】
すなわち、オンとなるスイッチングトランジスタを記載すると、（１）２０ａ、２０ｄ、（２）２０ａ、２０ｆ、（３）２０ｃ、２０ｆ、（４）２０ｃ、２０ｂ、（５）２０ｅ、２０ｂ、（６）２０ｅ、２０ｄとなる。ＤＳＰ１４からの制御信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３によって、いずれのフェーズかが判断され、スイッチングトランジスタ２０ａ〜２０ｆのオンオフが切り換えられる。
【００１７】
そして、本実施形態では、モータの各相コイルの端部がスイッチ３０に入力され、この中の１つが選択される。すなわち、上述の６つのフェーズをみると、必ず１つの相のコイルには電流が流れていない。このスイッチ３０は、ＤＳＰ１４からの制御信号に応じて、この電流が流れていない相のコイル端部を選択する。すなわち、（１）Ｗ、（２）Ｖ、（３）Ｕ、（４）Ｗ、（５）Ｖ、（６）Ｕの順に各相のコイル端部を順次選択する。
【００１８】
このスイッチ３０の出力は、コンパレータ３２に供給される。このコンパレータ３２の他端には、モータ１０の中点電圧が供給されている。従って、このコンパレータ３２においては、モータ１０の中点電圧と、通電されていない相のコイルの端部電圧が順次比較されることになる。モータ１０が回転されている場合には、図３のように電流が順次コイルに流れており、ソース側コイルの端部は電源ＶＭに接続され、シンク側コイルの端部はグランドに接続されている。従って、中点電位は、その中間の電圧（基本的には、ＶＭ／２）になる。一方、通電されていないコイルの端部は、ＶＭ／２を中心としてロータにより発生する逆起電力によって変化する。従って、コンパレータ３２に入力される電圧は、ロータ位置についての信号となっている。
【００１９】
コンパレータ３２の出力は、スイッチ３４に入力される。このスイッチ３４は、スイッチ３０と同様にＤＳＰ１４からの制御信号によってスイッチングが制御されるものであって、コンパレータ３２の出力から各相のものを順次別々に出力する。
【００２０】
このスイッチ３４の３つの出力は、それぞれスイッチ３６ａ〜３６ｃに供給される。このスイッチ３６ａ〜３６ｃには、ロジック回路４０からの信号が供給されており、スイッチ３６ａ〜３６ｃは、スイッチ３４から供給される信号またはロジック回路４０から信号のいずれかを選択して出力する。
【００２１】
ここで、ロジック回路４０は、＋ＶＭ／２または−ＶＭ／２のいずれかを出力する。すなわち、各相のモータコイル端と中点電圧を比較した場合には、対応ソース側スイッチングトランジスタがオンの場合には、電圧はＶＭであり、これを中点電圧ＶＭ／２と比較することになる。一方、対応するシンク側スイッチングトランジスタがオンの場合には、そのモータコイル端の電圧はグランドであり、これをモータ中電電圧と比較すると、０とＶＭ／２を比較することになる。ロジック回路４０は、この比較結果と同等の信号を作り出し、これを出力する。
【００２２】
そして、スイッチ３６ａにおいては、スイッチ３４からＵ相の比較結果の信号が出力されているときに、スイッチ３４からの信号を選択し、他の期間（通電期間）には、ロジック回路４０からの信号を選択する。また、スイッチ３６ｂ、３６ｃにおいては、スイッチ３４からＶ，Ｗ相の比較結果の信号が出力されているときに、スイッチ３４からの信号をそれぞれ選択し、他の期間（通電期間）には、ロジック回路４０からの信号を選択する。
【００２３】
これによって、スイッチ３６ａ〜３６ｃからの出力には、モータ１０の各相のコイル端部と、中点とをそれぞれ別のコンパレータで比較した場合と同一の信号が得られる。
【００２４】
そして、この信号がＤＳＰ１４に供給されるため、ＤＳＰ１４は、コンパレータを３つ設けてコイル端部と中点とを連続的に比較して得たのと同一の信号が供給され、これに基づいてスイッチングトランジスタのオンオフ制御のための制御信号を作成することができる。
【００２５】
このように、本実施形態では、モータ駆動電流の波形を検出するためのコンパレータを１つとしているが、３つ設けたのと同様の波形を得ることができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、１つのコンパレータによって、各相のモータ電流を順次中点電圧と比較する。従って、複数の相のモータ電流波形を検出することができる。このため、回路規模を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 モータ駆動システムの全体を示す図である。
【図２】 インバータ及び波形検出の回路を示す図である。
【図３】 モータ駆動電流のタイミングを示す図である。
【符号の説明】
１０ モータ、１２ ＤＳＰ、１４ ドライバ、２０ インバータ、３０，３４，３６ａ，３６ｂ，３６ｃ スイッチ、３２ コンパレータ、４０ ロジック回路。
Claims (1)
- 三相のコイルが中点で共通接続された三相モータの各相のモータ駆動時におけるモータ発電波形を検出する各相波形検出回路であって、
モータの各相への駆動電流を制御する制御信号に応じて、オフになっている１つの相のモータコイルの端部を選択する第１スイッチと、
このスイッチを介し供給される電圧と、モータコイルの中点電圧を比較するコンパレータと、
通電している２つの相のモータコイルの端部の電圧と中点電圧の差の波形として、モータの各相への駆動電流を制御する制御信号に応じて決定される前記差の波形と同等な予め設定されている波形を出力する波形合成出力回路と、
前記コンパレータからの出力と、前記波形合成出力回路からの出力が入力され、通電されていない１つの相の出力としてコンパレータからの出力を選択し、通電されている２つの相の出力として前記波形合成出力回路からの該当相の出力を選択する第２スイッチと、
を有し、
第２スイッチからの出力を各相の波形として出力するモータ波形検出回路。
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|---|---|
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