JPH0646879B2 - ブラシレスモ−タ駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 本発明は、回転子の磁極位置を検出をモータの端子電圧
で行なうセンサ省略形のブラシレスモータ駆動装置に関
する。

(ロ)従来の技術 この種のブラシレスモータ駆動装置の従来例を第５図〜
第８図を参照して説明する。

第５図において、１は６個のトランジスタT1〜T6を３相
ブリッジ接続して成るインバータ、２は電機子巻線が中
性点非接地スター結線されて成るブラシレスモータ、３
は回転子の磁極位置を検出する位置検出回路、４はイン
バータ制御回路、５は速度制御回路である。

スター結線された電機子巻線の各相に発生する誘起電圧
を対称３相交流電圧と仮定すると、ブラシレスモータ２
が正常駆動されているとき、各相の電圧波形は第６図の
(a)に示す如くなる。ブラシレスモータ２の出力トルク
を最大にする相励磁切換位相は該当する２つの相電圧が
等しくなる位相（制御進み角＝0)であり、このときの
各相励磁の切換タイミングは第６図の(b)に示すように
なる。即ち、インバータ１を構成する各トランジスタT1
〜T6を第６図の(b)に示すタイミングでオン・オフし、
ブラシレスモータ２の各相を励磁することによりブラシ
レスモータ２を最大出力トルクで効率良く駆動すること
ができるようになる。

このトランジスタT1〜T6をオン・オフする相励磁切換位
置を検出するのが位置検出回路３で、第７図に示す如
く、一次遅れフィルタ31を用いて端子電圧Va,Vb,Vcを90
°位相シフトし、その後位相シフトした３相電圧と、こ
れらの３相電圧に３個の抵抗Rnをスター結線して得られ
る中性点電圧Vnとをコンパレータ32によりそれぞれ比較
して位置検出信号C1〜C3を得るように構成されている。

この位置検出信号C1〜C3を基にインバータ制御回路４
で、インバータ１の各トランジスタT1〜T6をオン・オフ
する信号を作り、これをそのまま、速度制御回路５を介
することなくインバータ１に出力すれば、前述したよう
に第６図の(b)に示すタイミングで各トランジスタT1〜T
6をオン・オフして、ブラシレスモータ２を最大出力ト
ルクで駆動できることになる。このブラシレスモータ２
を速度制御するため、第５図に示す従来例では、インバ
ータ制御回路４の出力を速度制御回路５のデューティ可
変のチョッパ信号発生回路51の出力でチョッピングして
インバータ１に加えている。

第８図はこのときの様子を示す波形図で、チョッピング
は各トランジスタT1〜T6のオン期間の適宜の期間を定め
て行なえばよいが、全期間をチョッピングすると、位置
検出回路３での検出が不能になる。

そこで、この例では各トランジスタT1〜T6がオン・オフ
する120°期間のうち、後半の60°期間だけをチョッピ
ングしている。

また、トランジスタの１つをチョッピングする際には、
対応するアームのトランジスタも反対位相でチョッピン
グすることにより、動作の安定化を図っている。例え
ば、トランジスタT1の通電期間の後半60°期間チョッピ
ングを行なうためオフすると、その瞬間、電機子巻線Ｕ
相の端子電圧Vaは０にはならず不安定な値を呈する。こ
のような端子電圧Vaのふらつきを無くして、チョッピン
グ期間、端子電圧Vaを確実に０とE(V)にスイッチするた
め、トランジスタT1がオフしたとき対応するトランジス
タT4をオンする。これは、トランジスタT3とT4をオンし
てトランジスタT4をチョッピングする場合も同様で、チ
ョッピング期間のトランジスタT4がオフしたとき、対応
するトランジスタT1をオンする。

これにより、第８図(b)に示すようにＵ相端子電圧Vaは
安定したチョッピング波形となり、チョッピングのデュ
ーティを変えることによりブラシレスモータ２の速度を
変えることができるようになる。

しかしながら、上記従来装置においては、インバータ１
の各トランジスタT1〜T5を120°通電期間のうち後半の6
0°期間をチョッピングしなければならず、各トランジ
スタT1〜T6をチョッピング制御する手段が複雑になる
上、インバータ制御回路４の端子電圧波形を丁度90°位
相をずらすという設計も複雑になる問題点があった。

(ハ)発明が解決しようとする問題点 本発明は、上記従来の問題点を解決し、複雑なチョッピ
ング制御を要することなく回路設計が容易な可変速のブ
ラシレスモータ駆動装置を提供することを目的とする。

(ニ)問題点を解決するための手段 このため、本発明はブラシレスモータの端子電圧から回
転子の磁極位置を検出してインバータを制御し、制御進
み角零で相励磁切換を行なうブラシレスモータ駆動装置
において、インバータの各スイッチング回路をオンさせ
る制御信号を出力するインバータ制御手段と、該制御信
号をチョッピング処理することによりモータの回転速度
を制御する速度制御手段と、前記チョッピング処理に同
期させ、チョッピング処理された前記制御信号がオンし
ているときの前記端子電圧をサンプリングし、該制御信
号がオフしているときに前記端子電圧をサンプリング電
圧でホールドするサンプルホールド手段と、該サンプル
ホールド手段の出力信号に基づいて回転子の磁極位置を
検出して前記インバータ制御手段に出力する位置検出手
段とを備えることを特徴とするものである。

(ホ)作用 インバータの各アームを通電制御する際の120°通電期
間を全てのチョッピングすることにより、チョッピング
制御が簡単になる。また、このときの磁極位置つまり相
励磁切換位置の検出は、チョッピングされた端子電圧を
チョッピング周波数と同期したサンプルホールド回路に
入力することにより、チョッピングしない場合とほぼ同
等の波形が得られ、これに基づいて確実に検出すること
ができる。

(ヘ)実施例 以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係るDCブラシレスモータ
駆動装置の回路構成図を示したものである。図中、第５
図と同一符号は同一または相当部分を示し、異なる点
は、位置検出回路３と速度制御回路５の構成を変えると
共に、サンプルホールド回路６を新たに設けた点であ
る。

速度制御回路５は、インバータ制御回路４からインバー
タ１に出力される制御信号のうち、トランジスタT1,T2,
T3に出力する信号のみをチョッパ信号発生回路51の出力
よりチョッピングすることにより、ブラシレスモータ２
を速度制御するように構成されている。

サンプルホールド回路６は、チョッパ回路発生回路51の
チョッピング周波数に同期し、トランジスタT1,T2,T3が
オンしているとき端子電圧をサンプリングし、オフして
いるときホールドすることにより端子電圧波形を復元し
て取り出すように構成されている。

位置検出回路３は、第２図に示すように、サンプルホー
ルド回路６から出力される端子電圧Sva,Svb,Svcをスタ
ー結線された３つの抵抗Rnを介して中性点電圧Vnを取り
出し、これらをコンパレータ32で比較し、その出力をカ
ウンタ33に加えて90°位相シフトすることにより相励磁
切換位置検出信号P₁,P₂,P₃を取り出すように構成されて
いる。

以上の構成で、インバータ制御回路４は位置検出回路３
からの位置検出信号P1,P2,P3に基づき、第６図(b)に示
したように制御進み角度（＝0)で切換わる相励磁制御
信号を出力する。速度制御回路５は、このインバータ制
御回路４から出力される制御信号のうち、インバータ１
の上側のトランジスタT1,T2,T3に加える信号のみを全期
間チョッピングするため、チヨッパ信号発生回路51から
のチョッピング信号とのアンドをとってインバータ１に
出力する。一方、インバータ制御回路４から出力される
制御信号のうち、インバータ１の下側のトランジスタT
4,T5,T6に加える信号はそのまま出力する。

これにより、インバータ１の各トランジスタT1〜T6には
第３図の(a)に示す如き信号が加わり、３相電機子巻線
に流す電流をチョッピングする。このインバータ１のチ
ョッピング動作により、各端子電圧Va,Vb,Vcも例えば第
３図(b)に示す如くチョッピングされるが、このチョッ
ピング電圧をサンプルホールド回路６に入力し、そのチ
ョッピング周波数に同期してサンプリングホールドする
ことにより、第３図(c)に示すようにチョッピングしな
い場合とほぼ同等の端子電圧Svaが得られる。

従って、これらの端子電圧Sva,Svb,Svcを、第２図に示
した位置検出回路３のコンパレータ32で、中性点電圧Vn
と比較し、一致する毎に反転する信号C1〜C3を作り出し
カウンタ33に出力する。

一方、カウンタ33（例えば33-1)は、該当する相（例え
ばＵ相）の相励磁切換位置検出信号P₁を１つ前の相（Ｗ
相）の端子電圧(Svc)を処理するカウンタ(33-3)よりも
らってクロックのカウントを開始し、コンパレータ(32-
1)からの一致信号C1の入力までの３倍の値をカウントし
たとき、次の相（Ｖ相）の相励磁切換位置検出信号P₂を
出力する。

即ち、第３図の(d)に示す如く、コンパレータ32-1から
は一致信号C1が出力する。Ｕ相からＶ相への切換時点を
Ａ（この時間はカウンタ33-3からの出力P₁によって判
る）とすると、この時点Ａから端子電圧Svaが中性点電
圧Vnと一致する時点Ｂ（この時点は一致信号C1により判
る）までの位相は電気角で丁度30°になる。そこで、こ
の時点ＡからＢまでの間、一定周期で入力するクロック
をカウンタ33でカウントして値を求め、更に続けてこの
カウント値の３倍をカウントした時点Ｃで次の相への切
換位置検出信号(P₂)を出力すれば、時点ＡからＣまで丁
度電気角で120°期間となる１つの相（Ｖ相）の励磁期
間が算出できる。

従って、位置検出回路３からの相励磁切換位置検出信号
P₁.P₃をインバータ制御回路４に入力することにより、
制御進み角＝０で相励磁切換を行なうインバータ制御
信号が得られ、ブラシレスモータ２を最大出力トルクで
駆動することができる。

またこのとき、チョッパ信号発生回路51から出力するチ
ョッパ信号のデューティサイクルを変えることにより、
ブラシレスモータ２を可変速制御することができる。

第４図はそのためのチョッパ信号発生回路51の一例を示
す回路構成図で、のこぎり波発生回路511からののこぎ
り波5Aと、高速設定器512からの設定電圧5Bを比較器513
で比較することにより、設定電圧5Bに比較したデューテ
ィのチョッピングパルス5Cを簡単に得ることができる。

このように、速度制御回路５は、第３図(a)に示すよう
にトランジスタT1〜T3の各ベース入力信号に単純なチョ
ッピング処理を施こすだけでよいので、構成が極めて簡
単になる。また、３相端子電圧はサンプルホールド回路
６を設けることによって確実に得られるようになり、相
励磁切換位置を正確に検出することができる。

尚、上記実施例ではハード的に構成した例について示し
たが、速度制御回路５を含めてマイコンを利用し、ソフ
ト的に処理することも可能であることは言う迄もない。

(ト)発明の効果 以上説明したように本発明によれば、電機子巻線への供
給電流を全電通期間チョッピングすると共に、サンプル
ホールド手段によりチョッピング処理された制御信号が
オンしているときの電機子巻線の端子電圧をサンプリン
グし、該制御信号がオフしているときに端子電圧をサン
プリング電圧でホールドさせ、そのサンプルホールド手
段からの出力信号を位置検出手段に入力するようにした
ので、チョッピングしない場合とほぼ同等の端子電圧波
形が得られ、正確な励磁切換位置の検出が可能となると
共に、速度制御のためのチョッピング処理が簡単になる
という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るDCブラシレスモータ駆
動装置の回路構成図、第２図は同装置に使われる位置検
出回路の一例を示す回路構成図、第３図は同装置各部の
波形図、第４図は同装置に使われるチョッパ信号発生回
路の一例を示す回路構成図、第５図は従来のブラシレス
モータ駆動装置の回路構成図、第６図は同装置のインバ
ータ制御回路の出力信号を説明するための波形図、第７
図は同装置の位置検出回路の構成図、第８図は同装置各
部の波形図である。 １…インバータ、２……ブラシレスモータ、３…位置検
出回路、４…インバータ制御回路、５…速度制御回路、
６…サンプルホールド回路、31…フィルタ、32…コンパ
レータ、33…カウンタ、51…チョッパ信号発生回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ブラシレスモータの端子電圧から回転子の
   磁極位置を検出してインバータを制御し、制御進み角零
   で相励磁切換を行なうブラシレスモータ駆動装置におい
   て、 インバータの各スイッチング回路をオンさせる制御信号
   を出力するインバータ制御手段と、 該制御信号をチョッピング処理することによりモータの
   回転速度を制御する速度制御手段と、 前記チョッピング処理に同期させ、チョッピング処理さ
   れた前記制御信号がオンしているときの前記端子電圧を
   サンプリングし、該制御信号がオフしているときに前記
   端子電圧をサンプリング電圧でホールドするサンプルホ
   ールド手段と、 該サンプルホールド手段の出力信号に基づいて回転子の
   磁極位置を検出して前記インバータ制御手段に出力する
   位置検出手段とを備えることを特徴とするブラシレスモ
   ータ駆動装置。