JPS61135379A - ブラシレスモ−タ駆動装置 - Google Patents

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】 産業上の利用分野 木＠ＥｆＪはブラシレスモーフに係り、特に電機子巻線
に誘起される誘起電圧によって磁石回転子と電機子巻線
との相対的位置を検出し、簡ｆｌｉな構成でＦｉＪＩＪ
から安定な回転を行なうためのブラシレスモーフに関す
るものである。

従来の技術 従来この種のブラシレスモーフ駆ｔＢｈ装置は、第５図
に示すような構成となっている。この構成は特公昭５９
−３６５１９号公報特公昭５９−３６５２０号公報記載
の例であり３相構成である。

」ス下便宜上ａ相の例を用いて説明することにする口す
なわち直流電源嘗の両端に６個の半導体スイッチング素
子群２Ｑ＋〜Ｑ６を３相ブリツジして形成した半導体コ
ミュテーク装置の出力端をモーフ本体３の電機子巻線４
０入力端に接続しである。そして磁石回転子５の回転に
よってＮ機子巻線４に誘起される誘起電圧信号を用いて
制御手段１２が半導体コミュテータ装置中の半導体スイ
ッチング素子群２を通電、遮断する信号に変換し磁石回
転子を定常回転させる。なお、第６図に示すよう例電機
子巻線４に誘起される誘起電圧信号４−Ｕ相、４−Ｖ相
、４−Ｗ相は、半導体スイッチング素子群２のオンオフ
に伴いスパイクノイズが発生するので信号変換手段６に
よって除去し、それぞれ９−０゜位相の遅れた三角波状
の信号６−Ｕ相、６−Ｖ相、６−Ｗ相に変換し、それぞ
れ３相を抵抗で合成した仮性中性点信号と各相との大小
をそれぞれ位置検出回路である比較器群７（なお以後位
置検出回路は比較器群として説明する）で比較する。こ
の従来例においては、第６図の波形図を見るとわかるよ
うに６−Ｖ相の信号で比較器群７−Ｕ相の出力信号を、
ａ−Ｗ相の信号で７−Ｖ相を、６−Ｕ相の信号で７−Ｗ
相の出力信号を作成しており、それらはそれぞれ１２０
０位相のずれた区形波であり、それらの信号を回転子位
置検出信号として切換手段１１へ入力し定常回転時には
制御手段１２に出力され３相の論理レベルに基すいて半
導体スイッチング素子群の通電、遮断を制御する・この
方式であれば負荷変動に応じて、比較器群７へ入力され
る各相の信号もそれに応じて追従するので安定な運転が
持続される。ところで起動時は磁石回転子６が停止状態
にあるので各相に誘起電圧信号が発生しない。そこで起
動指令手段１４の信号発生後同期信号発生手段８の出力
信号を回転磁界発生手段９に入力し１２００位相のずれ
た３相同期信号９−Ｕ相、９−Ｖ相、９−Ｗ相を作成す
る口この３相同期信号を切換手段１１に入力し、起動時
には制御手段１２へこれらの信号が出力され電機子巻線
に回転磁界を発生させ磁石回転子を強制的に回転させる
。磁石回転子５が回転すれば電機子巻線４に誘起電圧か
発生するので切換指令手段１０の信号によって切換手段
ＩＩからの出力信号が比較器群７の出力信号７−Ｕ相、
７−Ｖ相、７−Ｗ相に切換わりモーフ３は定常回転する
つまた起動後の３相同期信号から比較器群７の３相誘起
電圧信号へ切換えるまでは同期モーフとして駆動され、
同明信号発生手段８の出力信号の周波数を。

時間とともに増加しまた、それに同期した３相同期信号
の周波数も増加し磁石回転子を加速するのが一般的であ
る。これは、磁石回転子５かある慣性モーメントを持っ
ており、電機子巻線４０回転磁界に追従し安定な起動回
転を行なうためである。

そしてさらに特公昭５９−３６５２０号公報の例によれ
ば、３相同期信号９−Ｕ相、９−Ｖ相、９−Ｗ相と比較
器群７の出力信号７−Ｕ稍−１７−Ｖ相、７−Ｗ相の位
相差を検出する回路１３を付加し、両者の位相差が略零
になったことを検出してから切換指令手段１０の切換指
令信号を出力し切換手段１１の出力信号を比較器群７の
出力信号に切換えてそれらの信号を制御手段１２に入力
する。

これは、同期モータとして回転している時け３相同期信
号９−Ｕ相、９−Ｖ相、９−Ｗ相と比較器群７の出力信
号７−Ｕ相、７−Ｖ相、７−Ｗ相の同相どおしの位相関
係が必ずしも一致せず位相ずれを起こしている。したが
って３相同期信号で半導体スイッチング素子群２のＱ１
〜Ｑ６をオンオフするタイミングと、比較器７の３相の
出力信号で半導体スイッチング素子群２のＱ１〜Ｑ６を
オンオフするタイミングか異なってしまうために切換に
失敗し脱調停止してしまうのである。また脱調しない場
合でも半導体スイッチング素子群に過大な電流か流れて
これらを損傷する。これらを防ぐために３相同明信号と
比較器群７の３相の出力信号の位相差を検出して両者の
位相差か略零になったことを検出してから切換えれば上
述のような半導体スイッチング素子群２の０１〜Ｑ６の
オンオフのタイミングのずれもなく、スムーズに切換え
がすすみモータ３の安定な運転が可能となるというもの
である０ 発明が解決しようとする問題点 上記従来の構成においては、周波数を増加するための特
別な回路およびその制御が必要であり、また３相同期信
号と比較器群の位相差を検出する回路が必要でありシス
テム全体が複雑になる問題点を有していた。

本発明は、かかる従来の問題点を解消するもので、上述
のような特別な回路を用いなくてもモータを起動から安
定な運転を行なうことができ、切換時にも脱調せず半導
体スイッチング素子群への過大電流も抑えたブラシレス
モータ駆動装置を提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明のブラシレスモータ
駆動装置は、ある一定の周波数の同期信号発生手段の信
号による回転磁界発生手段の信号と起動時から比較器群
の信号に切換えるまである低電圧に固定し、磁石回転子
を回転起動させ、また３相同期信号と比較器群の位相差
のずれがあっても安定な運転をすることができる位置検
出回路で構成したものである。

作　　用 本発明は、上記構成により切換時まで電源電圧をある低
電圧に固定しているので、過大電流は流れず、また、３
相同期信号と比較器群の３つの出力信号の位相差のずれ
が一定関係以下にあり切換時には脱調せず安定にモータ
を運転することができる。

実施例 以下、本発明の一実施例を３相巻線の例を用いて添付図
面知もとすき説明する。

第１図は、本発明一実施例の概略シーケンス図、第２図
は全体構成図、？ｆＪ３図は、１誘起電圧信号にもとす
いた比較器群７の出力信号による半導体スイッチング素
子群２のタイミング図、第４図は、同期回転中の同期信
号による半導体スイッチング素子群２のタイミング図と
比較器群７の出力信号による半導体スイッチング素子群
のタイミング図の位相関係を示したものである゛。

まず第１図概略シーケンス図と第２図会体構成図により
説明する・起動指令手段１４の信号発生後、ある一定の
周波数を出力する同期信号発生手段８の出力信号を回転
磁界発生手段９に入力し、それぞれ１２０°位相のずれ
た一定周波数の３相同期信号９−Ｕ相、９−Ｖ相、９−
Ｗ相を作成する。

この３相同期信号を切換手段１１（たとえばマルチブレ
フサ）に入力し、起動時には制御手段１２へこれらの信
号が出力されそれぞれの論理レベルにもとすいて制御手
段１２は半導体スイッチング素子群２の０１〜Ｑ６の通
電、遮断を制御する。そして、モータ３をＦＦＡｉｆＪ
）Ｊする電源１（たとえばスイッチング電＃）をある低
電圧に固定し、電機子巻線４え回転磁界を発生させ磁石
回転子を強制的に回転させる。

このようにして磁石回転子がいったん回転すれば電機子
巻線４に誘起電圧が発生するので、ある一定時間経過後
、切換指令手段１０から切換指令信号を発生し、切換手
段１１を切換えることにより、回転子の位置検出信号で
ある比較器群７から出力される信号７−Ｕ相、７−Ｖ相
、７−Ｗ相の信号を制御手段１２へ出力し以後これらの
論理レベルにもとすいて半導体スイッチング素子群２の
Ｑ１〜Ｑ６を制御しモータ３を定常回転する。

次に本発明一実施例における回転子の位置検出信号であ
る比較器群７の出力信号７−Ｕ相、７−■相、７−Ｗ相
の作成方法を第３図を用いて説明する。第３図において
各電機子巻線端子の誘起電圧信号の波形は、４−Ｕ相、
４−Ｖ相、４−Ｗ相である。Ｕ相についてみるならば、
０°から６０゜の区間と１８０°から２４００の区間は
開放状態であり電源に接続されていない。また、６０°
から１８００までは、電源１のｅ側に２４０°から３０
００までの間は電源１のｅ側に接続される。すなわち、
このように電機子巻線端子の誘起電圧信号の波形の振幅
が最大となる６０°から１８０°と２４０°から３６０
゜の時にＵ相に電流を流すことによりモータは効率よく
回転されるものである。他のＶ相、Ｗ相についても同様
である。

塙で、各電機子巻線端子の誘起電圧信号４−Ｕ相、４−
Ｖ相、４−Ｗ相は、半導体スイッチング素子群２のオン
オフて伴うスパイクノイズが発生するので信号変換手段
６によって除去するが、従来例と異なるのは、その信号
変換手段６の回路の時定数を大きくとらず、単にモーフ
駆動電圧範囲内でスパイクノイズを除去せしめるもので
あり、位相けずらさないものである。したがって、第３
図で示すように４−Ｕ相からやシ波形のなめらかな６〜
Ｕ泪（実線で示す）Ｋ、４−Ｖ相から６−Ｖ泪（実線で
示す）Ｋ４−Ｗ相から６−Ｗ相（実線で示す）に変換さ
れる０そして、これら変換された信号のうち、たとえば
、第２図中比較器群７に入力される６−Ｕ相と、他の６
−Ｖ相と６−Ｗ相を抵抗で分割合成した信号（！！３図
中の１点鎖線で示す）の大小を比較した結果か７−Ｕ相
の波形である。その他、６−Ｖ相と、６−Ｗ相と６−Ｕ
相の合成した信号の大小の比較で７−Ｖ相を、ａ−Ｗ相
と、６−Ｕ相と６−Ｖ相を合成した信号の大小の比較で
７−Ｗ相の出力信号を得る。したがって従来例と異なる
のは、６−Ｕ相の信号で比較器群７−Ｕ相の出力信号を
、６−Ｖ相の信号で７−Ｖ相を、６−Ｗ相の信号で７−
Ｗ相の出力信号を作成する点であり、それらはそれぞれ
１２０゜位相のずれた区形波であり回転子位置検出信号
として切換手段＋１へ入力し、定常回転時には制御手段
１２へ出力されこれら１周期の３相の論理レベル（６ケ
のモード）にもとづいて半導体スイッチング素子群２の
通電、遮断を制御し磁石回転子５は回転を持続する。ま
た比較器群７へ入力する信号として、第３図中２点鎖線
で示したものは、６−Ｕ相と６−Ｖ相と６−Ｗ相の信号
をすべて抵抗で合成した仮性中性点信号であり、この信
号との大小をそれぞれ比較しても同様な比較器群７の出
力信号が得られる。そしてこれらの比較群７の出力信号
において、たとえば７−Ｕ相の信号は、■相とＷ相の誘
起電圧信号の情報を踏まえて作成したものであり、この
ことによってＵ相の位相と池の相との位相関係か正確と
なり負荷変動が生じ、各相の波形がそれに応じて変化し
ても、比較対象の波形もそれに応じて変化追従するので
安定な位置検出信号となるわけである。池の相について
も同様である。また、信号変換手段６０時時定数小さく
過渡特性もよいので第３図をみるとわかるよに各相の誘
起電圧信号の波形の振幅か最大となるところで各相電機
子巻線に接続された半導体スイッチング素子群２を通電
しており、そｈ数句率よく安定な回転を行なうことがで
きるのである０なお定常回転中の磁石回転子の回転数を
あげるには電源冨の電圧をあげればよい。

次に同期信号による回転からある時間経過後、切換指令
手段１０の信号が発生され、比較器群７の出力信号に切
換わるわけであるが、本発明一実施例におりては、同期
信号発生手段の信号（タロツク）をカウントし、適当な
カクント飲を＆えたら切換指令の信号を発生する構成と
している。なお、この切換指令の構成は、タイマもしく
は別個の制御手段からの切換スイッチによる指令でもよ
く本発明一実施例の限定されるものではな−。

次に、制御手段１２へ出力する信号を切換える段階で、
脱調せずに安定に切換わる理由を第４図を用いて説明す
る。第４図において、切換える曲の同期回転中の３相同
期信号（図中斜線で示した）９−Ｕ相、９−Ｖ相、９−
Ｗ相にもとすく半導体スイッチング素子群２の通電、（
図中針°線で示した）遮断の制御を９−０１相から９−
Ｑ６相に示す。

その同期回転中における位置検出信号である比較器群７
の出力信号？−Ｕ相、７−Ｖ相、７−Ｗ相は、３相同期
信号９−Ｕ相、９−Ｖ相、９−Ｗ相よりも位相進みの状
態にあるのが普通である。そして比較器群７の出力信号
にもとすく半導体スイッチング素子群２の通電（図中太
線で示した）遮断の制御を７−〇１相から７−〇、相に
示す。たとえば第４図のように３相同期信号より比較器
群７の出力（信号が最大６０°の位相進み（磁石の着磁
と電機子巻線との相対位置よりそのようになる）の時に
、この−周期中どの時点において切換指令を出しても変
化する半導体スイッチング素子群２はただの１つだけで
ある。つまり、０°〜６０°中においてはＱ３から０１
へと変化がおきるが、同期信号にくる制御であれば９−
Ｑ１相がオフで比較器群７の出力信号にもとず＜７−０
１相がオン、また９−Ｑ３相がオンで７−Ｑ、相がオフ
の状態である。そして同期信号の６０°から１２０°に
おいては、９−０１では同じである。すなわち磁石回転
子を回転させようとする方向は同一でありこの状態をく
ずさずに切換えた瞬間に磁石回転子５を回転方向へ６０
０シフトし回転させることに池ならない。すなわち脱調
停止することは起こりえない。また、比較器群７からの
出力信号は、それぞれ１２０°位相のずれた信号であり
、それらは負荷変動に追従しうる信号であるからしたか
って切換えた瞬間も切換えた後も安定に回転を続けるこ
とができるのである。

発明の効果 以上のように本発明のブラシレスモーフ駆動装置によれ
ば次の効果が得られる。

（１）起動時における同期回転中は、電圧をある低電圧
に固定しであるので半導体スイッチング素子群等に過電
流が流れず素子の劣化を防ぐ効果がある０ （２）起ＵＪから定常回転への切換時の同期信号と回転
子の位置検出信号の位相差を検出する回路もいらずその
位相差も常に一定関係以下に保たれるのできわめて簡単
な回路構成で起動から定常回転までスムーズに行なうこ
とができ安価に構成できる。

（３）従来同期信号を増加しながら回転子を加速する構
成は、その周期を変化させる制御が複雑であるが、本発
明によればその同期信号の周波数は一定でよく、かつ起
動時の電圧も一定でよいので、電源の電圧制御も非’ａ
　Ｉｃ　ｆｍ単となり全体構成やシーケンスも簡略なも
のとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明一実施例の概略シーケンス図、第２図
は同全体構成図、第３図は同誘起電圧信号にもとすく各
部の波形図、第４図は同期回転中の３相同期信号と位置
検出回路の出力信号にもとすく半導体スイッチング素子
のタイミングチャート、第５図は従来例の全体構成図、
第６図は同誘起電圧信号にもとすく各部波形図である。 １・・・・・・電源、２・・・・・・半導体スイッチン
グ素子群、３・・・・・・モーフ、４・・・・・・電機
子巻線、５・・・・・・磁石回転子、６・・・・・・信
号変換手段、７・・・・・・位置検出回路（比較器群）
、８・・・・・・同期信号発生手段、９・・・・・・回
転磁界発生手段、１０・・・・・・切換指令手段、＋１
・・・・・・切換手段、１２・・・・・・制御手段、１
４・・・・・・起動指令手段。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第２図 第３図 第４図 第　５　図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数相を中性点非接地に結線し、それぞれｎ個（
   ｎは１以上）に分割した電機子巻線と、前記電機子巻線
   への電流を通電、遮断する半導体スイッチング素子群と
   、２ｍ極（ｍは１以上）に分割着磁した磁石回転子を有
   するモータと、前記モータを駆動する電源と、起動指令
   手段と、ある一定の周波数を出力する同期信号発生手段
   と、前記信号発生手段より出力される信号を用いて前記
   電機子巻線に回転磁界を発生させる回転磁界発生手段と
   、前記電機子巻線に誘起される電圧信号によって前記電
   機子巻線と前記磁石回転子の相対的位置を検出する位置
   検出回路と、前記回転磁界発生手段の出力信号と前記位
   置検出回路の出力信号を選択し、切換えて出力する切換
   手段と、前記切換手段に切換指令を与える切換指令手段
   と、前記切換手段の出力信号を用いて前記スイッチング
   素子群を制御する制御手段とからなり、前記起動指令手
   段の信号発生後の同期回転中は前記電源の電圧をある低
   電圧に固定し、前記磁石回転子を起動するとともに、前
   記切換指令手段は、タイマもしくはカウンタもしくは別
   個の切換スイッチで構成し、ある時間経過後、前記切換
   指令手段の信号により前記位置検出回路の出力信号に切
   換えて前記磁石回転子を定常回転させる構成としたブラ
   シレスモータ駆動装置。
2. （２）位置検出回路は、前記複数相の電機子巻線に誘起
   される信号を適宜適当な信号に変換する信号変換手段と
   、前記信号変換手段後の複数相すべての出力信号を合成
   した仮性中性点信号と、前記複数相の任意の出力信号の
   大小をそれぞれ比較するか、もしくは、ある任意の相の
   出力信号と他の相の出力信号を合成した信号の大小をそ
   れぞれ比較する比較器群で構成した特許請求の範囲第１
   項記載のブラシレスモータ駆動装置。