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JPH02155489A - ブラシレス直流モータ用電子制御回路 - Google Patents

ブラシレス直流モータ用電子制御回路

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Publication number
JPH02155489A
JPH02155489A JP1270168A JP27016889A JPH02155489A JP H02155489 A JPH02155489 A JP H02155489A JP 1270168 A JP1270168 A JP 1270168A JP 27016889 A JP27016889 A JP 27016889A JP H02155489 A JPH02155489 A JP H02155489A
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JP
Japan
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rotor
motor
brushless
voltage
inverter
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JP1270168A
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Inventor
Marcos G Schwarz
マルコス・ギルハーム・シュワルツ
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Empresa Brasileira de Compressores SA
Original Assignee
Empresa Brasileira de Compressores SA
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

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】 Ｃ産業上の利用骨３！ｌＰ］ 本発明はブラシレス直流モータ用制御回路、特に誘導電
圧によって回転位置を検出する電子回路に関する。
［従来技術］ ブラシレス直流モータは、家庭用装置、ポンプおよびフ
ァンのような信頼性および高い効率を必要とする装置に
おいて重要である。
前記モータは実質的にコイルを有するステータ、永久磁
石ロータ、およびステータコイルに電流を供給するイン
バータ、および時間および期間に関する情報を与える位
置センサから構成され、各コイル装置は継続的に付勢さ
れなければならず、中央制御装置はロータの電流、速度
および位置情報を処理してインバータに命令パルスを送
信する。
このようなモータ用の回路制御において、各コイル装置
の付勢期間中の電流制御は、運動ロータによってコイル
に誘導された電圧の基本波よりも高い周波数における電
圧のパルス幅変調によって行われる。
誘導された電圧によるロータ位置の検出は、コイル上の
電圧変調からの高周波成分を減衰し、それら自体からの
信号またはそれらの各々をその平均と比較してロータ位
置に対応した論理信号を生成することによって得られる
。
このロータ位置の検出技術は日本国公開特許公報５２−
８０４１５号明細書および５５−５０３５号明細書（Ａ
）に記載されており、これらはコイル上の電圧変調によ
る高周波成分を減衰するために第１および第２のオータ
ーのＲＣ型の受動ローパスフィルタを使用している。
［発明の解決すべき課題］ このようなフィルタは高周波成分を満足するように減衰
するが、位相移動が周波数およびロータ速度により変動
するようなフィルタされた信号への位相移動を導くとい
う欠点を有する。
前記フィルタされた信号の位相移動は、その実効位置に
関連したロータ位置に対応した論理信号の位相移動を引
起こし、それ故コイル中の誘導電圧に関連した同じコイ
ルに変位電流を供給し、供給電流と誘導電圧との間のこ
の位相移動はモータ特性を劣化させる。これはモータが
最大効率状態からはずれているためである。
さらに別の制御回路が日本国公開特許公報５１−１５０
６２４号明細書により提案されている。
この文献は、サイリスタを備えたサイクル変換器によっ
て駆動されるモータを示し、コイルに角度を与える電流
の制御が回路装置によって広い速度バンドで効率的に行
われる。
コイルに対する電流供給角度を制御する前記のような回
路は複雑であり、複数の構成素子のために高価であると
いう欠点を有する。
本発明の目的は、コイルにおける誘導電圧と同位相で［
流を供給することができるブラシレス直流モータ用の制
御回路を提供し、利用できる全ての速度範囲において可
能な限り最良の特性を維持することである。
さらに本発明の特有の目的は、ロータ位置に対応した論
理信号の位相移動を引起こさずにモータコイル上の電圧
変調による高周波成分を減衰することができる゛ロータ
位置を検出する回路を提供することである。
本発明のさらに別の目的は、簡単な電子回路と少数の部
品を使用して従来の装置の欠点を克服することである。
［課題解決のための手段］ これらの目的は、コイルに電流を供給するインバータと
、各コイル装置が継続的に付勢されなければならない瞬
間および期間からの情報を誘起された電圧から提供する
相対的なロータ・ステータ位置検出回路と、インバ、−
夕によってステータコイルに供給された電流と、基準速
度とロータ位置とに関する情報を処理してインバータに
命令パルスを送信する中央制御装置とから構成されてい
るコイル化されたステータおよび永久磁石ロータを含む
ブラシレス直流モータ用電子制御回路により達成される
。
本発明によると、ロータ位置検出回路は本質的にモータ
コイルの各供給端子に接続されているＲＣ型のローパス
フィルタを具備している。
ローパスフィルタ出力は対応した電圧比較装置の非反転
入力に接続され、この電圧比較装置はヒステリシスを有
する。ローパスフィルタ出力はまた共通点に接続された
抵抗回路網網に接続されている。別の抵抗回路網は電圧
比較装置の各反転入力にこの共通点を接続する。各ロー
パスフィルタ出力はまた少なくともキャパシタによって
各ローパスフィルタに対応した比較装置の直ぐ前の順序
の比較装置の反転入力に接続されている。
上記のような回路における高周波成分を減衰するＲＣ型
のローパスフィルタを使用するその他の回路と対照的に
、相対的なロータ・ステータ位置に対応した論理信号は
常に実効的なロータ位置と同位相で発生され、それによ
ってモータコイルに供給される電流がそこに誘導された
電圧と同位相となることを可能にする。この方法により
全ての利用可能な速度範囲においてモータを実効的に制
御することができる。
提案された回路の別の利点は、この回路にはモータの良
好な特性を得るために通常使用され、位相エラーを補償
する付加的な回路が必要ないことである。
この発明による回路は簡単な構造であり、素子の個数も
少い。
［実施例］ 第１図に示されているように、インバータ１０は３個の
ステータ巻線２１．２２および２３から構成されたブラ
シレス直流モータ２０のここではインダクタＬｌ、Ｌ２
．Ｌ３で表された３招に電流を供給し、電圧供給Ｖ１．
Ｖ２．Ｖ３が運動ロータによって誘導され、ロータ速度
に線形的に依存するその電圧および周波数値を有する各
電圧を示す。
位相φ１．φ２およびφ３の電圧Ｖ　Ｂ、　Ｖ　４２゜
Ｖｌはそれぞれ誘導電圧によってロータ相対位置検出ブ
ロック３０に送られる。回路全てに対する基準電位（接
地電位）である電源ＢＯの負の端子１１もまた検出ブロ
ック３０に接続されている。
ロータ位置検出ブロック３０は前記情報および電流値Ｉ
Ｍおよび基準速度ＷＲの関数で゛インバータｌＯの６個
のトランジスタＴ１乃至Ｔ６に命令信号Ｓ、乃至Ｓ６を
送信する中央制御装置７０に端子Ｐ、、Ｐ２およびＰ、
を通って３つの論理信号３５゜３６および３７をそれぞ
れ送信する。
第５図を参照すると、本発明は３個の電圧デバイダと第
１の順序の３つのローパスフィルタ１゜２．３から好ま
しい形態で構成され、電圧デバイダはそれぞれが各位相
の電圧Ｖ、、、Ｖ、２．Ｖ、、を電子回路に適したレベ
ルに減少する抵抗５１および５２から成り、ローパスフ
ィルタはそれぞれキャノくシタ５３と実質的には１対の
抵抗５１および５２によって構成され、これらは誘導さ
れた電圧信号Ｖｌ。
Ｖ２．Ｖ３が伝送され、インダクタＬｌ、Ｌ２゜Ｌ３上
の電圧変調から生じる高周波の成分の大部分が減衰され
るように計算される。
このフィルタ作用の後、第６図に示されているように、
ローパスフィルタ１，２．３と誘導電圧Ｖｌ、Ｖ２．Ｖ
３の基本周波数との特性の関数であるα角度で遅延され
た誘導電圧Ｖｌ、Ｖ２゜ｖ３の信号の再結合であるｖＰ
ｌ＋　　ＶＦ２およびｖｐｉがそれぞれポイントＦｉｌ
　　Ｆ２＋　　Ｆ’、において得られる（第３図および
第５図）。
平均値ｖＭは、ローパスフィルタ１，２．３の出力Ｆ、
、Ｆ、、Ｆ、に接続された抵抗５４の共通点Ｍにおける
再結合された信号ｖＦｌ＋　　ＶＦ２およびＶＦ６（第
３図および第５図）から得られる。
抵抗１５４は上記のローパスフィルタの特性を変化し、
またそのことは設計に考慮されなければならない。
このような平均値ＶＭは、抵抗５５を介して比較装置の
反転入力５９．８０および６１に供給される。このよう
な抵抗５５の値はポイントＭ、、Ｍ２およびＭ３におけ
る電圧変化が平均電圧ｖＭを著しく変えないように抵抗
５４よりも高い大きさを有する。
キャパシタ５ＢはまたポイントＭ、、Ｍ２およびＭ、に
接続されて抵抗５５と共に３つのバイパスフィルタを形
成し、これらは誘導電圧Ｖｌ、Ｖ２゜ｖ３の周波数の増
加に比例して平均値ｖＭとは異なる電圧を比較装置の反
転入力５９．６０および６１に給電する。
第３図における基準３８Ａは、誘導電圧ｖ１が誘導され
る電圧ｖ２よりも低くなる瞬間である。基準３１１Ｂハ
、誘導電圧ＶｌがＶｌ、Ｖ２およびｖ３間の平均値ＶＭ
よりも低くなった瞬間である。
３８Ａと３８Ｂとの間の位相差は常に３０’である。
３０″の同じ差は再結合された信号ＶＦｌ＋　ＶＦ２お
よびＶＦ３が上記のように比較されたときに認められ、
結果的にそれらの間の位相のずれが１２０　”である論
理信号３５．３６および３７となる（第３図）。
２つの比較形態における論理信号間の一定の３０″の変
移というこの特性に加えて比較装置のヒステリシスによ
り得られた効果を使用するにより、複雑な回路を使用し
なくても比較の最終結果を一定にすることができ、した
がって大量生産に対して少ない受動素子を使用し、簡単
で適切な回路形態にすることができる。
第６図および第７図に示されている最小の動作周波数Ｆ
Ａにおいて、ポイントＭｐ、、　Ｍｐ２およびＭｏにお
ける電圧（第５図）は実質的に平均電圧ＶＭに等しく、
これはこの平均電圧ｖＭと各電圧Ｖｌ、Ｖ２および■３
との間で比較が発生し、その結果この比較から論理信号
３５Ａ　、　３８Ｂおよび３７Ｃが生じた（第３図）こ
とを示す。
この論理信号３５＾、３６Ｂおよび３７Ｃは基準３８Ｂ
に関してαＡ＋ｈＡ角度だけ遅延されている。
回路は、モータ２０の最小の動作速度に対応した周波数
ＦＡ　　（第６図および第７図）において論理信号３５
Ａ　、　３６Ｂおよび３７ＣのαＡ＋ｈＡの遅延が３０
″に等しく、論理信号３５＾、３６Ｂおよび３７Ｃの転
移の瞬間が基準３８Ｃと一致する（第３図）ように構成
されなければならない。
したがって、信号３５Ａ　、　３６Ｂおよび３７Ｃ間に
おける論理信号組合せによって発生された命令信号Ｓ１
乃至Ｓ６はコイル２１．２２および２３（第１図）を通
して誘導された電圧ＶＩ　　Ｖ２およびＶ３（第４図）
と同位相の電流１．、Ｉ２およびｌ。
（第４図）を供給し、その状態のψ角度はゼロに等しい
。
αＡ＋ｈＡ角度は、ローパスフィルタによって引起こさ
れたαＡの遅延角度と電圧比較装置５９゜６０および６
１上でヒステリシスによって引起こされたｈＡの遅延角
度との合計である。このヒステリシスは抵抗５７および
５８の値の比の関数である。
このヒステリシスは、電圧を比較した結果である論理信
号３５．３６および３７中にｈＡの遅延（第６図）を生
成するために使用され、遅延は第６図のグラフのように
ロータ速度と共に増加する。ヒステリシスはまたローパ
スフィルタ１．２および３によって消去できない電圧比
較装置５９．６０および６１の雑音その他を防止するの
に適している。
高周波数Ｆｓ　　（第６図および第７図）において、ポ
イントＭｌ、Ｍ□およびＭ、における電圧は、キャパシ
タ５６および抵抗５５によって形成されたバイパスフィ
ルタのためにそれぞれ実質的に電圧Ｖ、２．Ｖｐ３およ
びＶＰＩに等しい。そのことは、電圧ＶＰＩとＶＦ２お
よびＶＦ２とＶＦ３並び１．：ＶＦ、とＶＰＩの間にお
いて比較が生じ、これらの比較がら論理信号３５Ｂ　、
　３６Ｂおよび３７Ｂがそれぞれ発生した（第３図）こ
とを示す。周波数Ｆａ　　（第６図および第７図）に゛
おけるこれらの論理信号３５Ｂ　、　３６Ｂおよび３７
Ｂは、基準３８Ａに関してαＢ＋ｈＢの角度だけ遅延さ
れる（第３図）。
回路はモータ２０の最大動作速度に対応した周波数Ｆａ
　　（第６図および第７図）において論理信号３５Ｂ　
、　３［ｉＢおよび３７Ｂ（７）αＢ＋ｈＢ（７）遅延
が６０″に等しく　（第３図）、論理信号３５Ｂ　、　
３８Ｂおよび３７Ｂの転移の瞬間が基準３８Ｃと一致す
る（第３図）ように構成されなければならない。
Ｆ＾およびＦＢ間の中間周波数には結合効果があり、信
号３５．３６および３７を常に基準３８Ｃと同位相に維
持している。このようにして、第７図に示されたような
ψ角度は、モータ速度の利用可能な範囲である周波数Ｆ
ＡとＦ８との間においてゼロに等しくされている。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明により提案されているタイプのモータ
、インバータおよび中央制御装置のブロック図を示す。 第２図は、電源における負の電位に関する時間とその平
均値の関数である位相の電圧のグラフを示す。 第３図は各位相で誘起された電圧、それぞれフィルタさ
れたその値、比較後の論理信号および各インバータスイ
ッチに対する動作期間を時間期間で表したグラフである
。 第４図は位相中に誘導された電圧および同位相にある電
流のグラフであり、それらの間の位相角度を示す。 第５図は位置検出回路の１実施例を示す。 第６図は、誘起電圧の基本周波数の関数で位置検出回路
における電圧信号の角度展開を示すグラフである。 第７図は、誘起電圧の全ての周波数範囲にわたって本発
明の回路により得られるψ角度の展開を示すグラフであ
る。 １０・・・インバータ、２０・・・モータ、２１．　２
２．２３・・・ステータ巻線、３０・・・回転相対位置
検出ブロック、７０・・・中央制御装置、８０・・・電
源。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第３図 第２図 第５図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）ステータコイルに電流を供給するインバータと、
    各コイル装置が付勢状態に維持されなければならない瞬
    間および期間からの情報を誘起された電圧から提供する
    ロータ・ステータ相対位置検出回路と、インバータによ
    って供給された電流情報、基準速度情報およびロータ・
    ステータ相対位置情報を処理してインバータに命令信号
    を送信する中央制御装置とから構成されているコイル化
    されたステータおよび永久磁石ロータを含むタイプのブ
    ラシレス直流モータ用電子制御回路において、検出回路
    はモータのコイルに給電する端子に接続されたＲＣ型ロ
    ーパスフィルタを具備し、それら各ローパスフィルタの
    出力は対応した電圧比較装置の非反転入力と、共通点で
    互に接続された複数の抵抗を一体化する対応した抵抗と
    に接続されると共に、少なくともキャパシタを介して各
    ローパスフィルタに対応した比較装置の直ぐ前の順序位
    置の電圧比較装置の反転入力に接続され、さらに電圧比
    較装置の各反転入力に前記共通点を接続する別の抵抗回
    路網を具備していることを特徴とするブラシレス直流モ
    ータ用電子制御回路。
  2. （２）電圧比較装置はヒステリシスを与えられている請
    求項１記載のブラシレス直流モータ用電子制御回路。
  3. （３）電圧比較装置中の反転入力に接続されている抵抗
    は、前記共通点に各ローパスフィルタ中の出力を接続す
    る抵抗よりも高い抵抗値を有する請求項１記載のブラシ
    レス直流モータ用電子制御回路。
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