JPH0552150B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、駆動巻線に誘起される誘起電圧によ
つて界磁回転子の位置を検出して回転制御する形
式のブラシレスモータに関する。

〔従来技術〕

従来、ホール素子やエンコーダ等のような特別
なセンサーを持たないで、駆動巻線に誘起される
誘起電圧によつて界磁回転子の回転位置を検出
し、これによつて駆動巻線の電流を転流して界磁
回転子を回転させるようにしたブラシレスモータ
が知られている（特公昭58−25038号、特公昭59
−36520号）。しかしながら、転流回路によつて高
速に転流が行われる駆動巻線の誘起電圧のみを正
確に検出することは困難であり、駆動巻線の自己
インダクタンス等によるノイズは積分回路で平滑
する等して使用しているが、積分回路の時定数が
大きくて、急速な速度変動に追従できなかつた
り、駆動巻線の自己インダクタンスによるノイズ
の大きさが駆動巻線の電流（即ち、負荷の大き
さ）によつて変化することにより、積分後の波形
に位相誤差が生じてしまう等の問題があり、その
用途は負荷変動の小さいエアコンのコンプレツサ
ー等に限られていた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、駆動巻線の誘起電圧を高速か
つ正確に検出して、転流のタイミングを正確に行
い、しかも、負荷急変等に対する転流のタイミン
グの変更を速やかに行つてモータの性能を高め、
適用範囲の広いブラシレスモータを提供すること
にある。

〔発明の概要〕

本発明は、駆動巻線に誘起される誘起電圧によ
つて界磁回転子の回転位置を検出する形式のブラ
シレスモータにおいて、駆動巻線に接続される転
流素子がオフ状態にある時間内に駆動巻線の誘起
電圧を検出し、この検出された電圧と電源電圧よ
り得られる基準電圧とを比較して、転流制御信号
と誘起電圧の位相差に応じた信号を得、この位相
差に応じた信号によつて、その位相が一定になる
ように転流制御信号の位相を制御することを基本
とするものである。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の一実施例を示すブロツク図で
あり、第２図はその動作を説明するタイミングチ
ヤートである。

第１図において、１は永久磁石等で構成された
界磁回転子、２は駆動巻線であり、こゝでは３相
巻線とする。３は転流回路で、トランジスタ３ａ
〜３ｆ及びこれらを並列に接続されたダイオード
３ｇ〜３ｌによつて構成され、転流制御回路４が
出力する転流制御信号ｇ１〜ｇ６によりトランジ
スタ３ａ〜３ｆをオン・オフして駆動巻線２の電
流を転流する。転流制御回路４は同期信号発生器
１０が出力する同期信号に基いて転流制御信号ｇ
１〜ｇ６と誘起電圧検出用のタイミングパルスｔ
１，ｔ２，ｔ３を生成する回路である。誘起電圧
検出器５はタイミングパルスｔ１，ｔ２，ｔ３に
基いて駆動巻線２の端子電圧ｘ１，ｘ２，ｘ３を
サンプリングし、誘起電圧と転流制御信号の位相
差に応じた電圧ｐを検出する回路である。

誘起電圧検出器５は第３図の如く構成され、タ
イミングパルスｔ１，ｔ２，ｔ３に応じて駆動巻
線２の端子電圧ｘ１，ｘ２，ｘ３の傾斜部分を双
方向アナログスイツチ５ａ，５ｂ，５ａで順次サ
ンプリングする。一つの駆動巻線に接続される転
流素子（トランジスタ）がすべてオフの期間にお
いて、該当駆動巻線の端子電圧は、第２図に示す
ように誘起電圧波形がそのまゝ現われる。コンデ
ンサ５ｄにより、この検出された誘起電圧を次の
検出タイミングまで保持して電圧ｐを得る。

第１図に戻り、差動増巾器７は誘起電圧検出器
５で検出された電圧ｐと電源電圧Ｅを抵抗６−
１，６−２で分割して得られる基準電圧とを比較
して、その比較結果に応じた電圧を得る回路であ
る。起動時定数回路８は外部からの起動信号ある
いは脱調検出回路１４からの再起動信号を受け取
つて、所定の時定数で上昇する電圧を出力する回
路である。切換器９は、起動時定数回路の出力電
圧あるいは差動増巾器７の出力電圧を選択する回
路である。同期信号発生器１０は電圧に応じた周
波数の同期信号CKを発生する可変周波数発振器
であり、切換器９を通し、起動時は起動時定数回
路８の出力電圧によつて制御され、起動後は差動
増幅巾器７の出力電圧によつて制御される。Ｆ／
Ｖ変換器１１は同期信号発生器１０の出力信号の
周波数を電圧に変換する回路であり、この変換器
１１の出力が界磁回転子１の実速度に応じた電圧
を示す。差動増巾器１２は外部からの速度基準電
圧とＦ／Ｖ変換器１１の出力電圧の差電圧を得る
回路であり、この差電圧に応じて電源電圧調整用
トランジスタ１３の内部抵抗を変え、電源電圧Ｅ
を制御するのに用いる。差動増巾器１２の出力電
圧は脱調検出回路１４にも与えられ、脱調検出に
用いられる。

以下、第１図に示す実施例の動作について詳述
する。

まず、起動時の動作について説明する。外部か
らの起動信号が起動時定数回路８に印加される
と、該起動時定数回路８は所定の時定数で上昇す
る電圧を出力し、これが切換器９を通して同期信
号発生器１０に与えられる。同期信号発生器１０
は、この起動時定数回路８の出力電圧に基いて、
モータの起動を可能な低い周波数で発振を開始し
て徐々に高い周波数となり、この周波数に応じた
同期信号CKを出力する。この同期信号発生器１
０から出力される同期信号CKに応じて、転流制
御回路４からは、初め長い周波数の転流制御信号
線ｇ１〜ｇ６が出力され、それが徐々に短い周期
のものとなる。転流回路３のトランジスタ３ａ〜
３ｆは、この転流制御信号ｇ１〜ｇ６によつてオ
ン・オフされ、その結果、駆動巻線２の電流は初
め長い周期で転流して徐々に短くなり、これに応
じて界磁回転子１は低速で回転を始めて徐々に高
速になる。また、同期信号発生器１０から出力さ
れる同期信号CKに応じて、転流制御回路４から
は誘起電圧検出用のタイミングパルスｔ１，ｔ
２，ｔ３が出力される。このタイミングパルスｔ
１，ｔ２，ｔ３に基いて、誘起電圧検出器５は駆
動巻線２の端子電圧ｘ１，ｘ２，ｘ３をサンプリ
ングし、電圧ｐを検出する。この誘起電圧検出信
号５で検出された電圧ｐと電源電圧Ｅを抵抗６−
１，６−２で分割して得られる基準電圧とが差動
増巾器７で比較され、その比較結果に応じた電圧
が出力側に現われる。

次に、定常運転時の動作について説明する。起
動時定数回路８の出力電圧が所定値まで上昇する
と、切換器９は差動増巾器７の側に切り替わり、
該差動増巾器７の出力電圧が同期信号発生器１０
に与えられて定常運転に入る。即ち、定常運転
時、同期信号発生器１０の発振周波数は差動増巾
器７の出力電圧に応じて変化し、これに応じた同
期信号CKが出力される。この同期信号CKに基い
て転流制御回路４で転流制御信号ｇ１〜ｇ６と誘
起電圧検出用タイミングパルスｔ１〜ｔ３が生成
され、駆動巻線２の転流及び該駆動巻線２の誘起
電圧の制御が行われる。

第２図に示すように、誘起電圧検出用タイミン
グパルスｔ１，ｔ２，ｔ３は、各々の駆動巻線２
に接続される転流回路３のトランジスタのオフ期
間の真中あたりに設定される。誘起電圧検出器５
は、このタイミングパルスに応じて駆動巻線２の
端子電圧ｘ１，ｘ２，ｘ３の傾斜部分をサンプリ
ングするため、一つの駆動巻線に接続されるトラ
ンジスタがすべてオフの期間において、駆動巻線
の端子電圧ｘ１，ｘ２，ｘ３は誘起電圧波形がそ
のまゝ現われる。従つて、負荷の変動等により転
流制御信号と誘起電圧の位相差が変わると、ｘ１
〜ｘ３の傾斜部分が時間軸方向にずれて、第２図
の破線の如くなる。また、この駆動巻線に対応す
る誘起電圧検出用のタイミングパルスがハイの区
間においてのみ着目すれば、誘起電圧と転流制御
信号の位相差は電圧として獲えられ、この電圧を
検出して次の検出タイミングまで保持すれば、そ
の電圧は第２図のｐの如くなる。一方、本ブラシ
レスモータの転流制御信号と誘起電圧の適正な位
相関係は、検出電圧ｐの値が電源電圧Ｅの約２分
の１程度となるときであり、誘起電圧が進みのと
きは検出電圧ｐが上昇し、逆に遅れのときは降下
する。

差動増巾器７は誘起電圧検出器５で検出された
電圧ｐと電源電圧Ｅを抵抗６−１，６−２で分割
して得られる基準電圧（１／2E）とを比較し、
その比較結果に応じた電圧を出力する回路であ
り、定常運転時、この差動増巾器７からの出力電
圧によつて同期信号発生器１０の発振周波数が制
御される。即ち、誘起電圧検出器５の検出電圧ｐ
が高いとき（駆動巻線の誘起電圧の位相が進みの
とき）、同期信号発生器１０は、その発振周波数
を上げる方向に働いて転流制御信号ｇ１〜ｇ６の
位相を進ませて界磁回転子１の速度を上げ、検出
電圧ｐが低いときは、発振周波数を下げる方向に
働いて転流制御信号ｇ１〜ｇ６の位相を遅られて
界磁回転子１の速度を下げ、誘起電圧と転流制御
信号を適正な位相関係に保持せしめる。

本実施例では、誘起電圧波形の正の傾斜の時間
帯だけに誘起電圧検出用タイミングパルスを設定
したが、誘起電圧波形の負の傾斜の時間帯におい
ても同様に設定することが可能であり、位相差と
電圧の高低の関係が逆になる以外は同様である。
従つて、誘起電圧の正負の両方の傾斜部分を検出
し、一方を反転させて用いることにより、検出の
頻度を倍にすることもできる。

第１図の実施例には、上記誘起電圧の位相に対
して転流制御信号が一定位相になるように同期信
号発生器１０の発振周波数を制御するループの他
に、外部からの速度の速度基準電圧に応じて界磁
回転子１の速度制御を行う速度制御ループが付加
されている。以下、これについて説明する。

Ｆ／Ｖ変換器１１は同期信号発生器１０の同期
信号CKの周波数を電圧に変換する。こゝで、同
期信号CKに応じて転流制御信号ｇ１〜ｇ６が生
成され、該転流制御信号によつて駆動巻線２の電
流を転流されて界磁回転子１の回転が制御される
ため、Ｆ／Ｖ変換器１１の出力電圧は界磁回転子
１の回転速度を反映している。即ち、Ｆ／Ｖ変換
器１１は、速度信号検出手段と見倣すことができ
る。このＦ／Ｖ変換器１１の出力電圧と外部から
与えられる速度基準電圧とを差動増巾器１２で比
較して、その誤差電圧に応じて電源電圧調整用ト
ランジスタ１３の内部抵抗を変えて電源電圧Ｅを
変化せしめ、界磁回転子１の速度を制御する。即
ち、界磁回転子１の速度は速度基準電圧に応じて
変化し、これに応じて同期信号発生器１０の発振
周波数も変化し、Ｆ／Ｖ変換器１１の出力電圧が
速度基準電圧にぼゞ一致する速度に落ちつく。

例えば同期信号の周波数が基準より高い時、速
度基準電圧を下げると、電源電圧が降下して界磁
回転子１の速度が低下する。従つて、駆動巻線２
の誘起電圧の位相が転流制御信号に対して遅れの
状態へ移行し、誘起電圧検出器５及び差動増巾器
７を介して同期信号発生器１０の発振周波数が制
御されて同期信号の周波数が下げられ、これに対
応してＦ／Ｖ変換器１１の出力電圧も速度基準電
圧に落ちつく。

脱調検出回路１４は、速度基準値に対してＦ／
Ｖ変換器１１の出力が予め定めた値以上になつた
ことを差動増巾器１２を通して検出して、モータ
が失速又は停止したことを判断し、起動時定数回
路８を再起動する場合に用いられる。この再起動
により、同期信号発生器１０の発振周波数は一旦
下がり、その後、時間の経過とゝもに徐々に上が
つて界磁回転子１が加速され、一定速度に達した
後は、差動増巾器７による誘起電圧と転流制御信
号の位相を比較した信号に基いて同期信号CKの
周波数を制御し、通常運転に自動復帰する。即
ち、モータが失速又は停止した時、駆動巻線２の
電流が増加して転流後、ダイオードに電流の流れ
ている時間が長くなり、誘起電圧検出の時間帯に
も、このダイオードに電流が流れているので、誘
起電圧が高いかのように、即ち転流制御信号が誘
起電圧より遅れているかのように検出され、従つ
て同期信号の周波数は増々高められる。正常に運
転されている時は、同期信号の周波数は基準値に
ほゞ等しく、失速、停止時には基準値を大巾に越
えて自走周波数に達するのであるが、自走周波数
に達する前に、基準値を一定以上越えたことによ
り、より速やかに失速停止を検出するものであ
る。

以上の第１図の構成において、駆動巻線２のイ
ンダクタンスが相対的に小さく、従つて転流後、
転流回路３のダイオードに流れる電流が、誘起電
圧を検出するタイミングには必ず消滅してしまう
ものについては、以下のようにして、起動時定数
回路８、脱調検出回路１４、及び切換器９を省略
することが可能となる。

即ち、抵抗６−１と６−２で分割して得られる
基準電圧がＥ／２より若干高くなるように抵抗６
−１，６−２の値を選択し、次に、同期信号発生
器１０の最低発振周波数を、停止しているモータ
をこの周波数に同期回転せしめる充分低い周波数
とし、且つ、モータがこの周波数に同期回転した
時に検出される電圧Ｐが基準電圧より高くなるよ
うな周波数となるように選択する。このようにす
れば、電源投入直後又はモータが外力によつて停
止せしめられた場合、誘起電圧検出器５の検出電
圧ＰはＥ／２となつて基準電圧より必ず低くな
り、同期信号発生器１０は最低発振周波数を出力
する。次に、モータを停止させる外力が除去さ
れゝば、モータは最低発振周波数の同期信号に同
期して回転をはじめ、検出電圧Ｐが基準電圧より
上がつて同期信号発生器１０の発振周波数を上昇
させる。よつて、モータは最低発振周波数より少
し高い周波数に同期して回転し、検出電圧Ｐは更
に高い電圧となる。このようにして、同期信号の
周波数とモータの回転速度は徐々に高くなり、所
定の値に達するわけであるが、モータが加速され
ることによつて同期信号の周波数が高められる為
に、一種の閉ループを構成することに成り、起動
時定数回路８、切換信号９を省略しても確実且つ
迅速な起動が可能となり、また、起動失敗もない
ため脱調検出回路１４も省略できる。

第４図は本発明の別の実施例であり、２相モー
タへ適用した場合の実施例である。第５図にその
動作タイミングチヤートを示すが、動作は第１図
の実施例と基本的に同様であるので説明は省略す
る。なお、第４図では、簡単化のために速度制御
ループの構成は省略されている。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、積分器
又はフイルタ等を用いないで転流時のサージによ
る悪影響を回避し、また積分器やフイルタによる
動作遅れがないので正確かつ迅速な誘起電圧の検
出が可能であり、さらに、誘起電圧の位相情報が
直接アナログ電圧で検出できるので、後の処理が
簡単で高速応答かつ高安定度の制御ループが容易
に達成でき、正確な転流タイミングと負荷急変に
対する耐力性の大きな誘起電圧検出形のブラシレ
スモータの実現が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロツク図、第２
図は第１図の動作を説明するためのタイミング
図、第３図は誘起電圧検出器の詳細図、第４図は
本発明の別の実施例のブロツク図、第５図は第４
図の動作を説明するためのタイミング図である。 １……界磁回転子、２……駆動巻線、３……転
流回路、４……転流制御回路、５……誘起電圧検
出器、６……電源電圧分割抵抗、７……差動増巾
器、８……起動時定数回路、９……切換器、１０
……同期信号発生器、１１……Ｆ／Ｖ変換器、１
２……差動増巾器、１３……電源電圧調整用トラ
ンジスタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 界磁回転子と複数の駆動巻線と、電源と前記
   駆動巻線の間に接続された複数の転流素子を有す
   る転流手段と、電圧によつて周波数が可変の同期
   信号を発する同期信号発生手段と、前記同期信号
   発生手段の同期信号に応じて、前記転流素子をオ
   ン・オフして駆動巻線の電流を転流する転流制御
   信号と駆動巻線の誘起電圧検出用のタイミングパ
   ルスとを生成する転流制御手段と、前記転流制御
   手段のタイミングパルスに基いて、前記駆動巻線
   に接続される転流素子がオフ状態の期間中に駆動
   巻線の端子電圧をサンプリングし、駆動巻線の誘
   起電圧と転流制御信号の位相差に応じた電圧を検
   出する誘起電検出手段と、前記誘起電圧検出手段
   の検出電圧と電源電圧にもとづく基準電圧を比較
   して、この大小に応じた電圧を検出する差動増巾
   手段とを具備し、前記差動増巾手段の出力電圧に
   よつて前記同期信号発生手段の発振周波数を可変
   として、転流制御信号と駆動巻線の誘起電圧の位
   相差が一定となるように同期信号発生器の発振周
   波数を制御することを特徴とするブラシレスモー
   タ。 ２ 前記界磁回転子の速度に応じた信号を検出す
   る速度信号検出手段と、前記速度信号検出手段の
   速度検出信号と外部から与えられる基準速度信号
   とを比較し、その誤差信号に応じて電源電圧また
   は転流手段の出力電圧を変化せしめて昇磁回転子
   の速度を制御する制御手段を付加してなる特許請
   求の範囲第１項記載のブラシレスモータ。 ３ 外部からの起動信号により所定の時定数で上
   昇または下降する電圧を発生する起動時定数手段
   と、起動時は前記起動時定数手段の出力電圧を選
   択し、定常運転時は前記差動増巾手段の出力電圧
   を選択して前記同期信号発生手段の入力手段とす
   る切換手段を付加してなる特許請求の範囲第１項
   もしくは第２項記載のブラシレスモータ。 ４ 前記速度検出信号と基準速度信号の誤差信号
   に応じて脱調を検出し、前記起動時定数手段を再
   起動する脱調検出手段を付加してなる特許請求の
   範囲第３項記載のブラシレスモータ。