JP2001078485A - ブラシレスモータの制御装置 - Google Patents
ブラシレスモータの制御装置Info
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- JP2001078485A JP2001078485A JP25530699A JP25530699A JP2001078485A JP 2001078485 A JP2001078485 A JP 2001078485A JP 25530699 A JP25530699 A JP 25530699A JP 25530699 A JP25530699 A JP 25530699A JP 2001078485 A JP2001078485 A JP 2001078485A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ブラシレスモータの駆動装置を安価な構成で正
弦波駆動とし、低騒音，高効率化を実現する。 【解決手段】外部から与えられる任意の周波数指令に基
づき正弦波状の電圧指令値を作成する。このときＰＷＭ
の変調度は電流の位相とモータの回転子の位相とが一致
するように制御する。さらに周波数指令には変化率の制
限を設ける。
弦波駆動とし、低騒音，高効率化を実現する。 【解決手段】外部から与えられる任意の周波数指令に基
づき正弦波状の電圧指令値を作成する。このときＰＷＭ
の変調度は電流の位相とモータの回転子の位相とが一致
するように制御する。さらに周波数指令には変化率の制
限を設ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はブラシレスモータの
制御に関連し、低騒音，高効率を安価に実現するもので
ある。
制御に関連し、低騒音，高効率を安価に実現するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】エアコンのファンモータや洗濯機，冷蔵
庫駆動用のモータには、高効率，小型化のためブラシレ
スモータが用いられており、インバータ装置により駆動
されている。
庫駆動用のモータには、高効率，小型化のためブラシレ
スモータが用いられており、インバータ装置により駆動
されている。
【０００３】これらの用途では通常、ブラシレスモータ
には回転子の位置検出用として、安価であるホールＩＣ
がブラシレスモータの相数分取り付けられている。三相
モータの場合、このホールＩＣは電気角１２０度毎に配
置され、出力信号に応じて、電機子の通電相を１２０度
毎に切り換えていく方式（１２０度通電方式）が広く用
いられている。
には回転子の位置検出用として、安価であるホールＩＣ
がブラシレスモータの相数分取り付けられている。三相
モータの場合、このホールＩＣは電気角１２０度毎に配
置され、出力信号に応じて、電機子の通電相を１２０度
毎に切り換えていく方式（１２０度通電方式）が広く用
いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし１２０度通電方
式では通電相の切換時にトルクの落ち込みが生じ、騒音
の原因となっている。また近年、省エネルギーの観点か
ら高効率化が強く求められている。これらの問題を解決
するため、ブラシレスモータの電機子に正弦波状の電圧
を印加して駆動する正弦波駆動方式が望まれている。正
弦波駆動方式では、電機子電流は正弦波状となり、トル
ク変動は抑えられ、また高効率化が図れるためである。
しかし、正弦波駆動には一般に、ホールＩＣより角度分
解能の高い位置センサ、例えばエンコーダ等が必要であ
った。その結果、駆動装置は非常に高価となり、家電品
等の低コストの要求の高い分野では正弦波駆動は実用化
が困難であった。
式では通電相の切換時にトルクの落ち込みが生じ、騒音
の原因となっている。また近年、省エネルギーの観点か
ら高効率化が強く求められている。これらの問題を解決
するため、ブラシレスモータの電機子に正弦波状の電圧
を印加して駆動する正弦波駆動方式が望まれている。正
弦波駆動方式では、電機子電流は正弦波状となり、トル
ク変動は抑えられ、また高効率化が図れるためである。
しかし、正弦波駆動には一般に、ホールＩＣより角度分
解能の高い位置センサ、例えばエンコーダ等が必要であ
った。その結果、駆動装置は非常に高価となり、家電品
等の低コストの要求の高い分野では正弦波駆動は実用化
が困難であった。
【０００５】本発明の目的は安価な構成で、ブラシレス
モータを正弦波駆動し、低騒音，高効率化を実現するこ
とにある。
モータを正弦波駆動し、低騒音，高効率化を実現するこ
とにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決する本
発明のブラシレスモータの制御装置は、ブラシレスモー
タと、前記ブラシレスモータを通電制御するインバータ
と、前記ブラシレスモータの電機子巻線に発生する誘起
電圧と前記ブラシレスモータの電機子電流との位相差を
検出する手段と、前記位相差をもとに電圧率を決定する
手段と、外部より与えられる周波数指令値の変化率を所
定の値以下に抑える変化率制限手段と、前記変化率制限
手段から出力される周波数及び前記電圧率をもとに概略
正弦波の電圧指令信号を発生する手段と、前記電圧指令
信号をもとにＰＷＭ制御して前記インバータを駆動する
手段を有することを特徴とする。
発明のブラシレスモータの制御装置は、ブラシレスモー
タと、前記ブラシレスモータを通電制御するインバータ
と、前記ブラシレスモータの電機子巻線に発生する誘起
電圧と前記ブラシレスモータの電機子電流との位相差を
検出する手段と、前記位相差をもとに電圧率を決定する
手段と、外部より与えられる周波数指令値の変化率を所
定の値以下に抑える変化率制限手段と、前記変化率制限
手段から出力される周波数及び前記電圧率をもとに概略
正弦波の電圧指令信号を発生する手段と、前記電圧指令
信号をもとにＰＷＭ制御して前記インバータを駆動する
手段を有することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１に本発明の第１の実施例であ
るブラシレスモータの制御装置のブロック図を示す。三
相のブラシレスモータ１０の各相の端子は、インバータ
１１に接続され、このインバータ１１により通電制御さ
れている。ブラシレスモータには安価であるホールＩＣ
を用いた位置センサ２０が１個取り付けられており、特
定の電機子（ここではＵ相とした）の誘起電圧の位相に
応じて１または０のデジタル信号を出力している。また
インバータのＵ相の下アームには、シャント抵抗で構成
された、電流センサ２１が１個取り付けられている。こ
の電流センサ２１は、ブラシレスモータ１０のＵ相電機
子に流れる電流の極性に応じて１または０のデジタル信
号を出力している。位相差１６は位置センサ２０，電流
センサ２１の出力信号をもとにブラシレスモータ１０の
誘起電圧とＵ相電機子電流の位相差を検出している。電
圧率１７は誘起電圧とＵ相電機子電流の位相差がなくな
る様に電圧率を制御し、モータの高効率駆動を実現して
いる。また変化率制限１５は外部から与えられる周波数
指令値３０の変化率を所定の値以下に抑えて各相電圧指
令１４に伝え、加減速時における脱調を防止している。
各相電圧指令１４は変化率制限１５から出力される周波
数と電圧率１７から出力される電圧率を持つ正弦波状の
電圧指令値を電気角１２０度ずつずらしてＵＶＷの三相
分出力する。ＰＷＭ１３はこの三相の電圧指令値を搬送
波と比較しゲート信号を作成する。駆動装置１２はこの
ゲート信号をもとにインバータの各アームのオンオフを
制御し、ブラシレスモータを正弦波駆動する。
るブラシレスモータの制御装置のブロック図を示す。三
相のブラシレスモータ１０の各相の端子は、インバータ
１１に接続され、このインバータ１１により通電制御さ
れている。ブラシレスモータには安価であるホールＩＣ
を用いた位置センサ２０が１個取り付けられており、特
定の電機子（ここではＵ相とした）の誘起電圧の位相に
応じて１または０のデジタル信号を出力している。また
インバータのＵ相の下アームには、シャント抵抗で構成
された、電流センサ２１が１個取り付けられている。こ
の電流センサ２１は、ブラシレスモータ１０のＵ相電機
子に流れる電流の極性に応じて１または０のデジタル信
号を出力している。位相差１６は位置センサ２０，電流
センサ２１の出力信号をもとにブラシレスモータ１０の
誘起電圧とＵ相電機子電流の位相差を検出している。電
圧率１７は誘起電圧とＵ相電機子電流の位相差がなくな
る様に電圧率を制御し、モータの高効率駆動を実現して
いる。また変化率制限１５は外部から与えられる周波数
指令値３０の変化率を所定の値以下に抑えて各相電圧指
令１４に伝え、加減速時における脱調を防止している。
各相電圧指令１４は変化率制限１５から出力される周波
数と電圧率１７から出力される電圧率を持つ正弦波状の
電圧指令値を電気角１２０度ずつずらしてＵＶＷの三相
分出力する。ＰＷＭ１３はこの三相の電圧指令値を搬送
波と比較しゲート信号を作成する。駆動装置１２はこの
ゲート信号をもとにインバータの各アームのオンオフを
制御し、ブラシレスモータを正弦波駆動する。
【０００８】次に位相差を検出し電圧率を制御すること
により、ブラシレスモータが、低騒音かつ高効率に運転
できる様子を詳細に説明する。図２には本発明の第１の
実施例であるブラシレスモータの制御装置の一相分等価
回路を示す。ここでＬは電機子巻線のインダクタンス、
Ｒは電機子巻線の抵抗成分、Ｅは電機子巻線に発生する
誘起電圧を表す。Ｖはインバータから印加される電圧で
あり、電機子巻線には印加電圧Ｖと誘起電圧Ｅの差分の
電圧が印加される。図３には本発明の第１の実施例であ
るブラシレスモータのＵ相の電流電圧波形を示す。ここ
で図２と同じ部分には同じ記号を用いている。インバー
タからの印加電圧Ｖは、本来ＰＷＭ制御され高調波成分
を含んでいるが、ここでは説明のため基本波成分のみを
示している。いまインバータ１１により振幅Ｖ１の電圧
が印加され、誘起電圧Ｅに比べ電流Ｉの位相が遅れてい
たとする。電流センサ２１は、時刻ｔ２にＵ相の電機子
電流の極性が変化したことを検出する。位相差１６はこ
の信号と位置センサ２０からの信号をもとに、位相差θ
１を検出する。電圧率１７はθ１が出力されると、電圧
率をａｉ＋１＝ａｉ−ＫＩ×θ１から求める。ａｉはそ
れまでの電圧率であり、ＫＩは定数である。θ１は電流
が遅れている場合を正としており、電圧率ａｉ＋１はそ
れまでの値ａｉより小さな値となる。このとき周波数指
令３０は一定値を保っていたとすると、インバータから
印加される電圧Ｖの周波数は変化せず、振幅のみがＶ２
に減少する。電機子巻線に印加される電圧Ｖ−Ｅは図３
(ｂ)に示すように、振幅がＶ１であった場合に比べ位相
が進み、従って、電機子電流Ｉの位相も進むことにな
る。この結果時刻ｔ４における位相差はθ２となり、θ
１より小さな値になる。このとき電流値は小さくなる
が、誘起電圧Ｅとの位相差が減少し、両者の積で表され
るトルクはほぼ一定値を保ち、モータの速度は変化しな
い。このようにして徐々に誘起電圧と電機子電流の位相
差はなくなり、モータは最適効率となる位相差ゼロの状
態で駆動される。
により、ブラシレスモータが、低騒音かつ高効率に運転
できる様子を詳細に説明する。図２には本発明の第１の
実施例であるブラシレスモータの制御装置の一相分等価
回路を示す。ここでＬは電機子巻線のインダクタンス、
Ｒは電機子巻線の抵抗成分、Ｅは電機子巻線に発生する
誘起電圧を表す。Ｖはインバータから印加される電圧で
あり、電機子巻線には印加電圧Ｖと誘起電圧Ｅの差分の
電圧が印加される。図３には本発明の第１の実施例であ
るブラシレスモータのＵ相の電流電圧波形を示す。ここ
で図２と同じ部分には同じ記号を用いている。インバー
タからの印加電圧Ｖは、本来ＰＷＭ制御され高調波成分
を含んでいるが、ここでは説明のため基本波成分のみを
示している。いまインバータ１１により振幅Ｖ１の電圧
が印加され、誘起電圧Ｅに比べ電流Ｉの位相が遅れてい
たとする。電流センサ２１は、時刻ｔ２にＵ相の電機子
電流の極性が変化したことを検出する。位相差１６はこ
の信号と位置センサ２０からの信号をもとに、位相差θ
１を検出する。電圧率１７はθ１が出力されると、電圧
率をａｉ＋１＝ａｉ−ＫＩ×θ１から求める。ａｉはそ
れまでの電圧率であり、ＫＩは定数である。θ１は電流
が遅れている場合を正としており、電圧率ａｉ＋１はそ
れまでの値ａｉより小さな値となる。このとき周波数指
令３０は一定値を保っていたとすると、インバータから
印加される電圧Ｖの周波数は変化せず、振幅のみがＶ２
に減少する。電機子巻線に印加される電圧Ｖ−Ｅは図３
(ｂ)に示すように、振幅がＶ１であった場合に比べ位相
が進み、従って、電機子電流Ｉの位相も進むことにな
る。この結果時刻ｔ４における位相差はθ２となり、θ
１より小さな値になる。このとき電流値は小さくなる
が、誘起電圧Ｅとの位相差が減少し、両者の積で表され
るトルクはほぼ一定値を保ち、モータの速度は変化しな
い。このようにして徐々に誘起電圧と電機子電流の位相
差はなくなり、モータは最適効率となる位相差ゼロの状
態で駆動される。
【０００９】また電流Ｉの位相が、誘起電圧Ｅより進ん
でいる場合には、電圧率１７は先に述べた式から、より
大きな電圧率を出力する。これにより上述したのとは逆
に電流の位相が徐々に遅れ誘起電圧と一致していく。
でいる場合には、電圧率１７は先に述べた式から、より
大きな電圧率を出力する。これにより上述したのとは逆
に電流の位相が徐々に遅れ誘起電圧と一致していく。
【００１０】次に加減速時における安定した駆動を実現
する変化率制限１５の機能ついて詳細に説明する。変化
率制限１５は所定の時間間隔Δｔ毎に外部から与えられ
る周波数指令３０の出力値ωと出力値ω１から式(ωー
ω１)／Δｔにより変化率を求める。この変化率の絶対
値が所定の値Ｋａより小さければそのまま指令値を出力
する。変化率の絶対値が所定の値Ｋａより大きい場合に
は式±Ｋａ×Δｔ＋ω１で表される周波数を出力する。
ここでＫａにかかる符号は入力値が増加した場合は正、
減少した場合は負にとる。これにより外部からの周波数
指令３０は、その変化率を所定の値以下とした後に、電
圧指令値の周波数として用いられる。電圧指令値の周波
数が変化すると電流の位相が変化し、誘起電圧との位相
差が生じる。しかし変化率制限１５があるために位相差
の時間変化は緩やかとなる。この間にも前述したように
誘起電圧と電流の位相差を検出し、位相差をなくすよう
に電圧率を制御している。本実施例では変化率の最大値
Ｋａは、加減速による位相のずれを電圧率の制御により
補償できるように設定している。従って加減速により位
相差が極端にずれて脱調するようなことはなく、安定し
てモータを駆動できる。
する変化率制限１５の機能ついて詳細に説明する。変化
率制限１５は所定の時間間隔Δｔ毎に外部から与えられ
る周波数指令３０の出力値ωと出力値ω１から式(ωー
ω１)／Δｔにより変化率を求める。この変化率の絶対
値が所定の値Ｋａより小さければそのまま指令値を出力
する。変化率の絶対値が所定の値Ｋａより大きい場合に
は式±Ｋａ×Δｔ＋ω１で表される周波数を出力する。
ここでＫａにかかる符号は入力値が増加した場合は正、
減少した場合は負にとる。これにより外部からの周波数
指令３０は、その変化率を所定の値以下とした後に、電
圧指令値の周波数として用いられる。電圧指令値の周波
数が変化すると電流の位相が変化し、誘起電圧との位相
差が生じる。しかし変化率制限１５があるために位相差
の時間変化は緩やかとなる。この間にも前述したように
誘起電圧と電流の位相差を検出し、位相差をなくすよう
に電圧率を制御している。本実施例では変化率の最大値
Ｋａは、加減速による位相のずれを電圧率の制御により
補償できるように設定している。従って加減速により位
相差が極端にずれて脱調するようなことはなく、安定し
てモータを駆動できる。
【００１１】このように本発明によれば安価な位置セン
サ及び、電流センサにより正弦波駆動を実現している。
これによりブラシレスモータは低騒音，高効率となり、
また加減速時にも安定して駆動できる。
サ及び、電流センサにより正弦波駆動を実現している。
これによりブラシレスモータは低騒音，高効率となり、
また加減速時にも安定して駆動できる。
【００１２】本実施例では位置センサにはホールＩＣを
用いたが、誘起電圧の位相に応じた信号を出力するもの
であれば他のセンサでも良い。また電流センサは下アー
ムに設けたシャント抵抗で構成したが、電流の位相に応
じて信号を出力するものであれば他のセンサでも良い
し、その位置も上アームあるいはインバータとモータの
端子間に取り付けても同様の効果が得られる。さらに本
実施例ではセンサは一相にのみ設けたが、当然複数の相
に設けても良い、この場合は電圧率の制御の頻度が増え
るので、周波数指令の変化に対する応答が良くなり、変
化率制限を緩やかにすることができ、また外乱に対して
の安定性も向上する。
用いたが、誘起電圧の位相に応じた信号を出力するもの
であれば他のセンサでも良い。また電流センサは下アー
ムに設けたシャント抵抗で構成したが、電流の位相に応
じて信号を出力するものであれば他のセンサでも良い
し、その位置も上アームあるいはインバータとモータの
端子間に取り付けても同様の効果が得られる。さらに本
実施例ではセンサは一相にのみ設けたが、当然複数の相
に設けても良い、この場合は電圧率の制御の頻度が増え
るので、周波数指令の変化に対する応答が良くなり、変
化率制限を緩やかにすることができ、また外乱に対して
の安定性も向上する。
【００１３】位相制御はＩ制御としたが、入力の位相差
がなくなるように電圧率を調整するものであれば他の方
式、例えばＰ制御，ＰＩ制御，ＰＩＤ制御等でも良い。
また変化率制限は入力の変化を所定の値以下に抑えるも
のであれば他の方式、例えば１次あるいはより高次の遅
れ要素としてもよい。
がなくなるように電圧率を調整するものであれば他の方
式、例えばＰ制御，ＰＩ制御，ＰＩＤ制御等でも良い。
また変化率制限は入力の変化を所定の値以下に抑えるも
のであれば他の方式、例えば１次あるいはより高次の遅
れ要素としてもよい。
【００１４】図４に本発明の第２の実施例であるブラシ
レスモータを一定速で駆動する制御装置のブロック図を
示す。三相のブラシレスモータ１０の各相の端子は、イ
ンバータ１１に接続され、このインバータ１１により通
電制御されている。ブラシレスモータには安価であるホ
ールＩＣを用いた位置センサ２０が１個取り付けられて
おり、特定の電機子（ここではＵ相とした）の誘起電圧
の位相に応じて１または０のデジタル信号を出力してい
る。またインバータのＵ相の下アームには、シャント抵
抗で構成された、電流センサ２１が１個取り付けられて
いる。この電流センサ２１は、ブラシレスモータ１０の
Ｕ相電機子に流れる電流の極性に応じて１または０のデ
ジタル信号を出力している。位相差１６は位置センサ２
０，電流センサ２１の出力信号をもとにブラシレスモー
タ１０の誘起電圧とＵ相電機子電流の位相差を検出して
いる。電圧率１７は誘起電圧とＵ相電機子電流の位相差
がなくなる様に電圧率を制御し、モータの高効率駆動を
実現している。また各相電圧指令１４は外部から与えら
れる周波数指令３０と電圧率１７から出力される電圧率
を持つ正弦波状の電圧指令値を電気角１２０度ずつずら
してＵＶＷの三相分出力する。ＰＷＭ１３はこの三相の
電圧指令値を搬送波と比較しゲート信号を作成する。駆
動装置１２はこのゲート信号をもとにインバータの各ア
ームのオンオフを制御し、ブラシレスモータを正弦波駆
動する。
レスモータを一定速で駆動する制御装置のブロック図を
示す。三相のブラシレスモータ１０の各相の端子は、イ
ンバータ１１に接続され、このインバータ１１により通
電制御されている。ブラシレスモータには安価であるホ
ールＩＣを用いた位置センサ２０が１個取り付けられて
おり、特定の電機子（ここではＵ相とした）の誘起電圧
の位相に応じて１または０のデジタル信号を出力してい
る。またインバータのＵ相の下アームには、シャント抵
抗で構成された、電流センサ２１が１個取り付けられて
いる。この電流センサ２１は、ブラシレスモータ１０の
Ｕ相電機子に流れる電流の極性に応じて１または０のデ
ジタル信号を出力している。位相差１６は位置センサ２
０，電流センサ２１の出力信号をもとにブラシレスモー
タ１０の誘起電圧とＵ相電機子電流の位相差を検出して
いる。電圧率１７は誘起電圧とＵ相電機子電流の位相差
がなくなる様に電圧率を制御し、モータの高効率駆動を
実現している。また各相電圧指令１４は外部から与えら
れる周波数指令３０と電圧率１７から出力される電圧率
を持つ正弦波状の電圧指令値を電気角１２０度ずつずら
してＵＶＷの三相分出力する。ＰＷＭ１３はこの三相の
電圧指令値を搬送波と比較しゲート信号を作成する。駆
動装置１２はこのゲート信号をもとにインバータの各ア
ームのオンオフを制御し、ブラシレスモータを正弦波駆
動する。
【００１５】次に電圧率１７について詳細に説明する。
電圧率１７は位相差１６が出力する誘起電圧と電機子電
流の位相差θ１から、電圧率をａｉ＋１＝ａｉ−ＫＩ×
θ１により求める。ａｉはそれまでの電圧率であり、Ｋ
Ｉは定数である。θ１は電流が遅れている場合を正とし
ており、電圧率ａｉ＋１は電流が遅れている場合にはよ
り小さな値となり、進んでいる場合には大きな値とな
る。これにより徐々に誘起電圧と電機子電流の位相差は
なくなり、モータは最適効率となる位相差ゼロの状態で
駆動される。
電圧率１７は位相差１６が出力する誘起電圧と電機子電
流の位相差θ１から、電圧率をａｉ＋１＝ａｉ−ＫＩ×
θ１により求める。ａｉはそれまでの電圧率であり、Ｋ
Ｉは定数である。θ１は電流が遅れている場合を正とし
ており、電圧率ａｉ＋１は電流が遅れている場合にはよ
り小さな値となり、進んでいる場合には大きな値とな
る。これにより徐々に誘起電圧と電機子電流の位相差は
なくなり、モータは最適効率となる位相差ゼロの状態で
駆動される。
【００１６】このように本発明によれば安価な位置セン
サ及び、電流センサにより正弦波駆動を実現している。
これによりブラシレスモータを低騒音，高効率に駆動す
ることができる。
サ及び、電流センサにより正弦波駆動を実現している。
これによりブラシレスモータを低騒音，高効率に駆動す
ることができる。
【００１７】本実施例では位置センサにはホールＩＣを
用いたが、誘起電圧の位相に応じた信号を出力するもで
あれば他のセンサでも良い。また電流センサは下アーム
に設けたシャント抵抗で構成したが、電流の位相に応じ
て信号を出力するものであれば他のセンサでも良いし、
その位置も上アームあるいはインバータとモータの端子
間に取り付けても同様の効果が得られる。さらに本実施
例ではセンサは一相にのみ設けたが、当然複数の相に設
けても良い、この場合は電圧率の制御の頻度が増えるの
で、外乱等に対しての安定性が向上する。位相制御はＩ
制御としたが、入力の位相差がなくなるように電圧率を
調整するものであれば他の方式、例えばＰ制御，ＰＩ制
御，ＰＩＤ制御等でも良い。
用いたが、誘起電圧の位相に応じた信号を出力するもで
あれば他のセンサでも良い。また電流センサは下アーム
に設けたシャント抵抗で構成したが、電流の位相に応じ
て信号を出力するものであれば他のセンサでも良いし、
その位置も上アームあるいはインバータとモータの端子
間に取り付けても同様の効果が得られる。さらに本実施
例ではセンサは一相にのみ設けたが、当然複数の相に設
けても良い、この場合は電圧率の制御の頻度が増えるの
で、外乱等に対しての安定性が向上する。位相制御はＩ
制御としたが、入力の位相差がなくなるように電圧率を
調整するものであれば他の方式、例えばＰ制御，ＰＩ制
御，ＰＩＤ制御等でも良い。
【００１８】図５に本発明の第３の実施例であるブラシ
レスモータの制御装置のブロック図を示す。三相のブラ
シレスモータ１０の各相の端子は、インバータ１１に接
続され、このインバータ１１により通電制御されてい
る。インバータのＵ相の下アームには、シャント抵抗で
構成された、電流センサが１個取り付けられている。こ
の電流センサは、ブラシレスモータ１０のＵ相電機子に
流れる電流の極性に応じて１または０のデジタル信号を
出力している。位相差１６は後述する各相電圧指令１４
と、電流センサ２１の出力信号をもとにブラシレスモー
タ１０の誘起電圧とＵ相電機子電流の位相差を検出して
いる。電圧率１７は検出された位相差をもとに、この位
相差がなくなる様に電圧率を制御する。また変化率制限
１５は外部から与えられる周波数指令値３０の急激な変
化により脱調しないように変化率を所定の値以下に抑え
て各相電圧指令１４に伝える。各相電圧指令１４は変化
率制限１５から出力される周波数と電圧率１７から出力
される電圧率を持つ正弦波状の電圧指令値を電気角１２
０度ずつずらしてＵＶＷの三相分出力する。ＰＷＭ13は
この三相の電圧指令値を搬送波と比較しゲート信号を作
成する。駆動装置１２はこのゲート信号をもとにインバ
ータの各アームをオンオフを制御し、ブラシレスモータ
を正弦波駆動する。
レスモータの制御装置のブロック図を示す。三相のブラ
シレスモータ１０の各相の端子は、インバータ１１に接
続され、このインバータ１１により通電制御されてい
る。インバータのＵ相の下アームには、シャント抵抗で
構成された、電流センサが１個取り付けられている。こ
の電流センサは、ブラシレスモータ１０のＵ相電機子に
流れる電流の極性に応じて１または０のデジタル信号を
出力している。位相差１６は後述する各相電圧指令１４
と、電流センサ２１の出力信号をもとにブラシレスモー
タ１０の誘起電圧とＵ相電機子電流の位相差を検出して
いる。電圧率１７は検出された位相差をもとに、この位
相差がなくなる様に電圧率を制御する。また変化率制限
１５は外部から与えられる周波数指令値３０の急激な変
化により脱調しないように変化率を所定の値以下に抑え
て各相電圧指令１４に伝える。各相電圧指令１４は変化
率制限１５から出力される周波数と電圧率１７から出力
される電圧率を持つ正弦波状の電圧指令値を電気角１２
０度ずつずらしてＵＶＷの三相分出力する。ＰＷＭ13は
この三相の電圧指令値を搬送波と比較しゲート信号を作
成する。駆動装置１２はこのゲート信号をもとにインバ
ータの各アームをオンオフを制御し、ブラシレスモータ
を正弦波駆動する。
【００１９】次に位相差１６における誘起電圧Ｅと電機
子電流Ｉの位相差の求め方について詳細に述べる。本実
施例では特開平10−285982号に開示されている方式を用
いた。図６にはこの方法の原理を示すブラシレスモータ
の電圧電流波形を示す。ここで図２，図３と同じ部分に
は同じ記号を用いる。まず電圧指令値１４の出力と電流
センサ２１の出力から印加電圧Ｖと電機子電流Ｉの位相
差θ１を求める。またこのときの電機子巻線に印加され
る電圧Ｖ−Ｅと電機子電流Ｉの位相差θ２をモータの速
度ωと電機子巻線の抵抗Ｒ及びインダクタンスＬからar
ctan(ωＬ／Ｒ）により求める。次にこのθ１及びθ２
及び電圧指令値の振幅から時刻ｔ１における印加電圧Ｖ
の値を求める。時刻ｔ１においては印加電圧Ｖと誘起電
圧Ｅは同じ値となる。また誘起電圧の振幅は速度ωとの
比例関係から演算できるため、誘起電圧Ｅと電機子巻線
に印加される電圧Ｖ−Ｅとの位相差θ３が求まる。この
結果誘起電圧Ｅと電機子電流Ｉの位相差θ４を求めるこ
とができる。
子電流Ｉの位相差の求め方について詳細に述べる。本実
施例では特開平10−285982号に開示されている方式を用
いた。図６にはこの方法の原理を示すブラシレスモータ
の電圧電流波形を示す。ここで図２，図３と同じ部分に
は同じ記号を用いる。まず電圧指令値１４の出力と電流
センサ２１の出力から印加電圧Ｖと電機子電流Ｉの位相
差θ１を求める。またこのときの電機子巻線に印加され
る電圧Ｖ−Ｅと電機子電流Ｉの位相差θ２をモータの速
度ωと電機子巻線の抵抗Ｒ及びインダクタンスＬからar
ctan(ωＬ／Ｒ）により求める。次にこのθ１及びθ２
及び電圧指令値の振幅から時刻ｔ１における印加電圧Ｖ
の値を求める。時刻ｔ１においては印加電圧Ｖと誘起電
圧Ｅは同じ値となる。また誘起電圧の振幅は速度ωとの
比例関係から演算できるため、誘起電圧Ｅと電機子巻線
に印加される電圧Ｖ−Ｅとの位相差θ３が求まる。この
結果誘起電圧Ｅと電機子電流Ｉの位相差θ４を求めるこ
とができる。
【００２０】このように本発明によれば位置センサを用
いず、電流の極性を判定するセンサにより正弦波駆動を
行い、ブラシレスモータの低騒音，高効率駆動を安価に
実現できる。
いず、電流の極性を判定するセンサにより正弦波駆動を
行い、ブラシレスモータの低騒音，高効率駆動を安価に
実現できる。
【００２１】本実施例では電流センサは下アームに設け
たシャント抵抗で構成したが、電流の位相に応じて信号
を出力するものであれば他のセンサでも良いし、その位
置も上アームあるいはインバータとモータの端子間に取
り付けても同様の効果が得られる。また本実施例では電
流センサは一相にのみ設けたが、当然複数の相に設けて
も良い、この場合は電圧率の制御の頻度が増えるので、
周波数指令の変化に対する応答が良くなり、変化率制限
を緩やかにすることができ、また外乱に対しての安定性
も向上する。
たシャント抵抗で構成したが、電流の位相に応じて信号
を出力するものであれば他のセンサでも良いし、その位
置も上アームあるいはインバータとモータの端子間に取
り付けても同様の効果が得られる。また本実施例では電
流センサは一相にのみ設けたが、当然複数の相に設けて
も良い、この場合は電圧率の制御の頻度が増えるので、
周波数指令の変化に対する応答が良くなり、変化率制限
を緩やかにすることができ、また外乱に対しての安定性
も向上する。
【００２２】図７に本発明の第４の実施例であるブラシ
レスモータの制御装置のブロック図を示す。三相のブラ
シレスモータ１０の各相の端子は、インバータ１１に接
続され、このインバータ１１により通電制御されてい
る。ブラシレスモータには安価であるホールＩＣを用い
た位置センサ２０が１個取り付けられており、特定の電
機子（ここではＵ相とした）の誘起電圧の位相に応じて
１または０のデジタル信号を出力している。またインバ
ータのＵ相の下アームには、シャント抵抗で構成され
た、電流センサが１個取り付けられている。この電流セ
ンサは、ブラシレスモータ１０のＵ相電機子に流れる電
流の極性に応じて１または０のデジタル信号を出力して
いる。位相差１６は位置センサ２０，電流センサ２１の
出力信号をもとにブラシレスモータ１０の誘起電圧とＵ
相電機子電流の位相差を検出している。電圧率１７は検
出された位相差をもとに、この位相差がなくなる様に電
圧率を制御するとともに、後述する変化率制限からの出
力をもとに電圧率を補正する。変化率制限１５は外部か
ら与えられる周波数指令値３０の急激な変化により脱調
しないように変化率を所定の値以下に抑えて各相電圧指
令１４に伝える。また同時に変化率を制限状況に応じて
電圧率の補正信号を出力する。各相電圧指令１４は変化
率制限１５から出力される周波数と電圧率１７から出力
される電圧率を持つ正弦波状の電圧指令値を電気角１２
０度ずつずらしてＵＶＷの三相分出力する。ＰＷＭ１３
はこの三相の電圧指令値を搬送波と比較しゲート信号を
作成する。駆動装置１２はこのゲート信号をもとにイン
バータの各アームをオンオフを制御し、ブラシレスモー
タを正弦波駆動する。
レスモータの制御装置のブロック図を示す。三相のブラ
シレスモータ１０の各相の端子は、インバータ１１に接
続され、このインバータ１１により通電制御されてい
る。ブラシレスモータには安価であるホールＩＣを用い
た位置センサ２０が１個取り付けられており、特定の電
機子（ここではＵ相とした）の誘起電圧の位相に応じて
１または０のデジタル信号を出力している。またインバ
ータのＵ相の下アームには、シャント抵抗で構成され
た、電流センサが１個取り付けられている。この電流セ
ンサは、ブラシレスモータ１０のＵ相電機子に流れる電
流の極性に応じて１または０のデジタル信号を出力して
いる。位相差１６は位置センサ２０，電流センサ２１の
出力信号をもとにブラシレスモータ１０の誘起電圧とＵ
相電機子電流の位相差を検出している。電圧率１７は検
出された位相差をもとに、この位相差がなくなる様に電
圧率を制御するとともに、後述する変化率制限からの出
力をもとに電圧率を補正する。変化率制限１５は外部か
ら与えられる周波数指令値３０の急激な変化により脱調
しないように変化率を所定の値以下に抑えて各相電圧指
令１４に伝える。また同時に変化率を制限状況に応じて
電圧率の補正信号を出力する。各相電圧指令１４は変化
率制限１５から出力される周波数と電圧率１７から出力
される電圧率を持つ正弦波状の電圧指令値を電気角１２
０度ずつずらしてＵＶＷの三相分出力する。ＰＷＭ１３
はこの三相の電圧指令値を搬送波と比較しゲート信号を
作成する。駆動装置１２はこのゲート信号をもとにイン
バータの各アームをオンオフを制御し、ブラシレスモー
タを正弦波駆動する。
【００２３】次に変化率制限１５と電圧率の補正につい
て詳細に説明する。図８には周波数指令値と電圧率の補
正の関係を示す。いま時刻ｔ１，ｔ３において周波数指
令ωがステップ状変化したとする。このとき変化率制限
１５は周波数指令ωの変化率を所定の値以下として信号
ω１を出力する。同時に加速中であるｔ１からｔ２の間
は補正係数ｋを１より大きくし、減速中は１より小さな
値とする。電圧率１７では位相差１６の出力から求めた
電圧率に補正係数ｋを乗じて出力する。これにより加減
速時に周波数指令値を変化させたことによる誘起電圧Ｅ
と電機子電流Ｉとの位相差のずれを電圧率を変えること
により、最小限に抑制している。従って加減速時にも位
相差が大きくならず安定した運転ができる。
て詳細に説明する。図８には周波数指令値と電圧率の補
正の関係を示す。いま時刻ｔ１，ｔ３において周波数指
令ωがステップ状変化したとする。このとき変化率制限
１５は周波数指令ωの変化率を所定の値以下として信号
ω１を出力する。同時に加速中であるｔ１からｔ２の間
は補正係数ｋを１より大きくし、減速中は１より小さな
値とする。電圧率１７では位相差１６の出力から求めた
電圧率に補正係数ｋを乗じて出力する。これにより加減
速時に周波数指令値を変化させたことによる誘起電圧Ｅ
と電機子電流Ｉとの位相差のずれを電圧率を変えること
により、最小限に抑制している。従って加減速時にも位
相差が大きくならず安定した運転ができる。
【００２４】このように本発明によれば安価な位置セン
サ及び、電流センサにより正弦波駆動を行い、ブラシレ
スモータの低騒音，高効率駆動を実現している。また本
実施例では位置センサにはホールＩＣを用いたが、誘起
電圧の位相に応じた信号を出力するものであれば他のセ
ンサでも良い。また本発明の第３の実施例のように電流
センサと電圧指令値をもとに位相差を演算してもよい。
電流センサは下アームに設けたシャント抵抗で構成した
が、電流の位相に応じて信号を出力するものであれば他
のセンサでも良いし、その位置も上アームあるいはイン
バータとモータの端子間に取り付けても同様の効果が得
られる。さらに本実施例ではセンサは一相にのみ設けた
が、当然複数の相に設けても良い。この場合は電圧率の
制御の頻度が増えるので、周波数指令の変化に対する応
答が良くなり、変化率制限を緩やかにすることができ、
また外乱に対しての安定性も向上する。
サ及び、電流センサにより正弦波駆動を行い、ブラシレ
スモータの低騒音，高効率駆動を実現している。また本
実施例では位置センサにはホールＩＣを用いたが、誘起
電圧の位相に応じた信号を出力するものであれば他のセ
ンサでも良い。また本発明の第３の実施例のように電流
センサと電圧指令値をもとに位相差を演算してもよい。
電流センサは下アームに設けたシャント抵抗で構成した
が、電流の位相に応じて信号を出力するものであれば他
のセンサでも良いし、その位置も上アームあるいはイン
バータとモータの端子間に取り付けても同様の効果が得
られる。さらに本実施例ではセンサは一相にのみ設けた
が、当然複数の相に設けても良い。この場合は電圧率の
制御の頻度が増えるので、周波数指令の変化に対する応
答が良くなり、変化率制限を緩やかにすることができ、
また外乱に対しての安定性も向上する。
【００２５】
【発明の効果】以上詳細に述べたように本発明では角度
分解能の低い位置センサ及び極性のみを判定する電流セ
ンサを用いているため、従来のエンコーダ及びＣＴ等を
用いた正弦波駆動方式に比較して非常に安価に正弦波駆
動を実現できる。さらに位置センサは電圧指令値をもと
にした演算処理により省略可能であり、さらに安価とす
ることもできる。この結果、ブラシレスモータを安価に
低騒音，高効率化を図ることができる。
分解能の低い位置センサ及び極性のみを判定する電流セ
ンサを用いているため、従来のエンコーダ及びＣＴ等を
用いた正弦波駆動方式に比較して非常に安価に正弦波駆
動を実現できる。さらに位置センサは電圧指令値をもと
にした演算処理により省略可能であり、さらに安価とす
ることもできる。この結果、ブラシレスモータを安価に
低騒音，高効率化を図ることができる。
【図１】本発明の第１の実施例であるブラシレスモータ
の制御装置のブロック図。
の制御装置のブロック図。
【図２】本発明の第１の実施例であるブラシレスモータ
の一相分の等価回路。
の一相分の等価回路。
【図３】本発明の第１の実施例であるブラシレスモータ
のＵ相の電流電圧波形。
のＵ相の電流電圧波形。
【図４】本発明の第２の実施例であるブラシレスモータ
の制御装置のブロック図。
の制御装置のブロック図。
【図５】本発明の第３の実施例であるブラシレスモータ
の制御装置のブロック図。
の制御装置のブロック図。
【図６】本発明の第３の実施例であるブラシレスモータ
のＵ相の電流電圧波形。
のＵ相の電流電圧波形。
【図７】本発明の第４の実施例であるブラシレスモータ
の制御装置のブロック図。
の制御装置のブロック図。
【図８】本発明の第４の実施例であるブラシレスモータ
の制御装置の周波数指令値と電圧率補正係数。
の制御装置の周波数指令値と電圧率補正係数。
【符号の説明】 １０…モータ、１１…インバータ、１２…駆動装置、１
３…ＰＷＭ、１４…各相電圧指令、１５…変化率制限、
１６…位相差、１７…電圧率、２０…位置センサ、２１
…電流センサ、３０…周波数指令、Ｅ…誘起電圧、Ｌ…
電機子巻線インダクタンス、Ｒ…電機子巻線抵抗、Ｖ…
印加電圧、ω…周波数指令値、ω１…変化率制限後周波
数指令値。
３…ＰＷＭ、１４…各相電圧指令、１５…変化率制限、
１６…位相差、１７…電圧率、２０…位置センサ、２１
…電流センサ、３０…周波数指令、Ｅ…誘起電圧、Ｌ…
電機子巻線インダクタンス、Ｒ…電機子巻線抵抗、Ｖ…
印加電圧、ω…周波数指令値、ω１…変化率制限後周波
数指令値。
Claims (6)
- 【請求項１】ブラシレスモータと、前記ブラシレスモー
タを通電制御するインバータと、前記ブラシレスモータ
の電機子巻線に発生する誘起電圧と前記ブラシレスモー
タの電機子電流との位相差を検出する手段と、前記位相
差をもとに電圧率を決定する手段と、外部より与えられ
る周波数指令値の変化率を所定の値以下に抑える変化率
制限手段と、前記変化率制限手段から出力される周波数
及び前記電圧率をもとに概略正弦波の電圧指令信号を発
生する手段と、前記電圧指令信号をもとにPWM制御して
前記インバータを駆動する手段を有することを特徴とす
るブラシレスモータの制御装置。 - 【請求項２】ブラシレスモータを一定速で駆動するブラ
シレスモータの制御装置において、ブラシレスモータ
と、前記ブラシレスモータを通電制御するインバータ
と、前記ブラシレスモータの電機子巻線に発生する誘起
電圧と前記ブラシレスモータの電機子電流との位相差を
検出する手段と、前記位相差をもとに電圧率を決定する
手段と、外部より与えられる周波数指令値及び前記電圧
率をもとに概略正弦波の電圧指令信号を発生する手段
と、前記電圧指令信号をもとにＰＷＭ制御して前記イン
バータを駆動する手段を有することを特徴とするブラシ
レスモータの制御装置。 - 【請求項３】前記ブラシレスモータの電機子巻線に発生
する誘起電圧と前記ブラシレスモータの電機子電流との
位相差を検出する手段が、前記ブラシレスモータの電機
子巻線に発生する誘起電圧の位相に応じた信号を出力す
る位置センサと、前記ブラシレスモータの電機子電流の
位相に応じた信号を出力する電流センサからなることを
特徴とする請求項１または２記載のブラシレスモータの
制御装置。 - 【請求項４】前記ブラシレスモータの電機子巻線に発生
する誘起電圧の位相に応じた信号を出力する位置センサ
と、前記ブラシレスモータの電機子電流の位相に応じた
信号を出力する電流センサが、各々１個であり、複数相
を有するブラシレスモータの同一の相に取り付けられて
いることを特徴とする請求項３記載のブラシレスモータ
の制御装置。 - 【請求項５】前記ブラシレスモータの電機子巻線に発生
する誘起電圧と前記ブラシレスモータの電機子電流との
位相差を検出する手段が、前記ブラシレスモータの電機
子電流の位相に応じた信号を出力する電流センサと、前
記電流センサの出力と前記電圧指令値あるいは前記イン
バータの出力電圧をもとに前記位相差を検出する手段か
らなることを特徴とする請求項１または２記載のブラシ
レスモータの制御装置。 - 【請求項６】ブラシレスモータと、前記ブラシレスモー
タを通電制御するインバータと、前記ブラシレスモータ
の電機子巻線に発生する誘起電圧と前記ブラシレスモー
タの電機子電流との位相差を検出する手段と、前記位相
差をもとに電圧率を決定する手段と、外部より与えられ
る周波数指令値の変化率を所定の値以下に抑える変化率
制限手段と、前記周波数指令値の変化率に応じて前記電
圧率を補正する手段と、前記変化率制限手段から出力さ
れる周波数及び前記補正された電圧率をもとに概略正弦
波の電圧指令信号を発生する手段と、前記電圧指令信号
をもとにＰＷＭ制御して前記インバータを駆動する手段
を有することを特徴とするブラシレスモータの制御装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25530699A JP2001078485A (ja) | 1999-09-09 | 1999-09-09 | ブラシレスモータの制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25530699A JP2001078485A (ja) | 1999-09-09 | 1999-09-09 | ブラシレスモータの制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001078485A true JP2001078485A (ja) | 2001-03-23 |
Family
ID=17276953
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25530699A Pending JP2001078485A (ja) | 1999-09-09 | 1999-09-09 | ブラシレスモータの制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001078485A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6710564B2 (en) | 2001-08-29 | 2004-03-23 | Sanden Corporation | Methods and apparatus for controlling brushless motors |
| US7633204B2 (en) | 2006-08-30 | 2009-12-15 | Nidec Corporation | Motor stator, spindle motor including the motor stator, and disk drive including the spindle motor |
| JP2015527050A (ja) * | 2012-08-30 | 2015-09-10 | アレグロ・マイクロシステムズ・エルエルシー | 電動モータの巻線で検出されたゼロ電流に従って電動モータに印加された駆動信号の位相を自動的に調整するための、およびゼロ電流を検出するための電子回路および方法 |
-
1999
- 1999-09-09 JP JP25530699A patent/JP2001078485A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6710564B2 (en) | 2001-08-29 | 2004-03-23 | Sanden Corporation | Methods and apparatus for controlling brushless motors |
| DE10238773B4 (de) * | 2001-08-29 | 2012-03-08 | Sanden Corp. | Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung bürstenloser Motoren |
| US7633204B2 (en) | 2006-08-30 | 2009-12-15 | Nidec Corporation | Motor stator, spindle motor including the motor stator, and disk drive including the spindle motor |
| JP2015527050A (ja) * | 2012-08-30 | 2015-09-10 | アレグロ・マイクロシステムズ・エルエルシー | 電動モータの巻線で検出されたゼロ電流に従って電動モータに印加された駆動信号の位相を自動的に調整するための、およびゼロ電流を検出するための電子回路および方法 |
| CN107565857A (zh) * | 2012-08-30 | 2018-01-09 | 阿莱戈微系统有限责任公司 | 驱动具有多个电动机绕组的多相电动机的电子电路及方法 |
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