JP2005176456A - Position detecting circuit of brushless motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固定子巻線の誘起電圧から回転子の位置を検出するようにしたブラシレスモータの位置検出回路に関する。 The present invention relates to a position detection circuit for a brushless motor that detects the position of a rotor from an induced voltage of a stator winding.
従来、ブラシレスモータを使用した電動工具が提供されている(例えば特許文献1参照)。 Conventionally, an electric tool using a brushless motor has been provided (see, for example, Patent Document 1).
この特許文献1に記載のブラシレスモータの駆動装置では、回転子の位置検出にマグネットを用いているが、このようなマグネットを用いず開放相の固定子巻線の誘起電圧で位置検出を行う位置検出回路を用いた駆動装置も提供されている。
In the brushless motor driving apparatus described in
図3はこの従来例の駆動装置の回路構成を示し、駆動回路1はトリガボリュームのような操作手段の操作量でブラシレスモータMの回転速度を設定する速度設定回路2で設定された速度設定値に対応してブラシレスモータMの固定子巻線3u,3v、3wヘの印加電圧の調整と各相の固定子巻線3u,3v、3wへの通電切換をインバータ回路4を通じて行うもので、インバータ回路4のドライブ回路5に上記印加電圧に対応する指令電圧信号を出力する制御回路6とブラシレスモータMの永久磁石を有する回転子7の位置検出を行う位置検出回路8とを備え、電源として直流電源9が接続されている。
FIG. 3 shows a circuit configuration of this conventional driving apparatus. The
ここで、インバータ回路4は図示するように6個のスイッチング素子Q1〜Q6がブリッジ結線されており、上記指令電圧信号に基づいてドライブ回路5でオンオフ制御して転流することによりブラシレスモータMの各相の固定子巻線3u,3v、3wに所定のタイミングで電流が流れて回転子7が回転する。またドライブ回路5はスイッチング素子Q1〜Q6をPWM制御することで固定子巻線3u,3v、3wへの印加電圧を調整する。
Here, the
位置検出回路8は、通電されていない開放相の固定子巻線3の誘起電圧を基準電圧と比較してから回転子7の磁極位置を検出して位置検出信号を制御回路6へ出力するものである。制御回路6は、図4に示すように位置検出回路8からの位置検出信号により回転子7の回転速度、つまりブラシレスモータMの回転速度を検出する速度検出回路60と、速度設定回路2からの速度設定値を受けとって指令速度値を設定する指令速度設定回路61と、指令速度値と、速度検出回路60の検出速度値とに基づいて両者の偏差がゼロとなるように指令電圧値を求める演算を行う速度制御回路62と、指令電圧値に基づいてインバータ回路7のドライブ回路5へ与える指令電圧信号を出力する電圧制御回路63とで構成され、位置検出から所定位相遅延させて転流するようにインバータ回路4を制御することで回転子7を回転させる機能と、回転子7の位置検出間隔から求めた実際の回転速度と設定速度とが一致するように速度制御演算を行って印加電圧を求める機能を備えている。尚、同様な位置検出回路を備えたブラシレスモータの駆動装置も提供されている(例えば特許文献2)
ところで図3に示す駆動装置1に用いられる従来の位置検出回路8はプラス電源+Vとマイナス電源−Vとを用いる2電源使用回路にて設計されているのが一般的であった。
By the way, the conventional
従って、通電されていない開放相の固定子巻線3u又は3v又は3wの誘起電圧は0Vを中心にプラスマイナス対称に発生するため、図5(a)〜(c)に示すように回転子7の磁極位置は固定巻線3u,3v、3wの各誘起電圧Vu,Vv,Vwと0Vの交点となる。しかしながら、直流電源9が二次電池等の単電源の場合、位置検出回路8のためにプラスマとイナスの2電源回路を追加しなければならず、部品点数が多くなり、駆動装置の小型化には適していないという課題があった。
Therefore, the induced voltage of the open-phase stator winding 3u or 3v or 3w which is not energized is generated symmetrically with respect to 0V, so that as shown in FIGS. 5A to 5C, the
そこで、単電源を使用するコンパレータを用いて位置検出回路を構成した場合、図6に示すようにコンパレータにはグランドに対して正側となる固定子巻線の誘起電圧を入力とすることとなり、そのため誘起電圧の0レベルに相当する電圧をコンパレータに基準電圧Vbとして入力する。 Therefore, when the position detection circuit is configured using a comparator that uses a single power supply, the induced voltage of the stator winding that is positive with respect to the ground is input to the comparator as shown in FIG. Therefore, a voltage corresponding to the 0 level of the induced voltage is input to the comparator as the reference voltage Vb.
しかし、このような単電源を用いた位置検出回路8では、次のような問題があった。つまり、図7(a)に示すように、例えばインバータ回路7のスイッチング素子Q2と、スイッチング素子Q4をオンしてスイッチング素子Q2、V相の固定子巻線3v、U相の固定子巻線3u、スイッチング素子Q4の経路で電流Iaが流れている場合、固定子巻線3vには誘起電圧Vvが発生していないが、スイッチング素子Q5のみがオンするように転流が行われると、図7(a)の時点でW相の固定子巻線3wに発生していた誘起電圧Vwにより、図7(b)に示すようにスイッチング素子Q4,Q5,Q6に逆並列に接続されている還流用ダイオード(寄生ダイオード)を介して還流電流Ibが図示するように流れ、そのために還流用ダイオードの順方向電圧分だけ開放相の電圧がグランド以下となる。例えば、転流によってU相の固定子巻線3vの誘起電圧Vuは図6に示すように変化するが、上述のように還流用ダイオードの順方向電圧分だけグランド以下(図6のイ部分)となる。つまりコンパレータには比較入力として負の電圧が入力することになり、コンパレータが誤動作するという問題があった。
However, the
本発明は上述の点に鑑みて為されたもので、その目的とするところは、単電源を用いても誤動作の発生がなく精度良く位置検出ができ、部品点数が少なく、駆動装置の小型化を可能にするという単電源使用の利点を生かせるブラシレスモータの位置検出回路を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above points. The object of the present invention is to realize position detection with high accuracy without occurrence of malfunction even when a single power supply is used, and to reduce the number of components and downsizing the driving device. It is an object of the present invention to provide a position detection circuit for a brushless motor that can take advantage of the use of a single power source to enable the above-mentioned.
請求項1の発明は、上記目的を達成するために、永久磁石を有する回転子と三相の固定子巻線を有したブラシレスモータを、外部電源から供給される直流電圧をインバータ回路でスイッチングして各相の固定子巻線への通電状態を切り換えることにより駆動する駆動装置に用いられ、回転子の回転に伴って開放相の固定子巻線に生じる誘起電圧を基準電圧と比較することで回転子の回転位置を検出するブラシレスモータの位置検出回路において、単電源で動作し前記誘起電圧と基準電圧を比較するコンパレータと、前記誘起電圧が入力するコンパレータの一方の入力端子に対してオフセット電圧を印加するオフセット電圧作成部と、前記オフセット電圧に対応した基準電圧を作成してコンパレータの他方の入力端子に入力する基準電圧作成部とを備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a brushless motor having a rotor having a permanent magnet and a three-phase stator winding is used to switch a DC voltage supplied from an external power source by an inverter circuit. This is used in a drive device that is driven by switching the energization state of each phase stator winding, and by comparing the induced voltage generated in the open phase stator winding with the reference voltage as the rotor rotates. In a position detection circuit of a brushless motor that detects the rotational position of a rotor, a comparator that operates with a single power source and compares the induced voltage with a reference voltage, and an offset voltage with respect to one input terminal of the comparator to which the induced voltage is input An offset voltage generating unit that applies voltage and a reference voltage generating unit that generates a reference voltage corresponding to the offset voltage and inputs the reference voltage to the other input terminal of the comparator Characterized by comprising a.
この発明によれば、単電源で動作するコンパレータに比較入力として負の電圧が入力することが防止できるため、単電源を用いても誤動作の発生がなく精度良く位置検出ができ、部品点数が少なく、駆動装置の小型化を可能にするという単電源使用の利点を生かすことができる。 According to the present invention, it is possible to prevent a negative voltage from being input as a comparison input to a comparator that operates with a single power supply. Therefore, even if a single power supply is used, the position can be detected with high accuracy without causing malfunction, and the number of parts is reduced. The advantage of using a single power source that enables downsizing of the driving device can be utilized.
請求項2の発明は、請求項1の発明において、オフセット電圧作成部は、インバータ回路を構成する半導体スイッチング素子の順方向電圧以上のオフセット電圧を作成することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the offset voltage creating unit creates an offset voltage equal to or higher than a forward voltage of a semiconductor switching element constituting the inverter circuit.
本発明によれば、単電源で動作するコンパレータに比較入力として負の電圧が入力することが防止できるため、単電源を用いても誤動作の発生がなく精度良く位置検出ができ、部品点数が少なく、駆動装置の小型化を可能にするという単電源使用の利点を生かすことができるという効果がある。 According to the present invention, it is possible to prevent a negative voltage from being input as a comparison input to a comparator that operates with a single power supply. Therefore, even if a single power supply is used, the position can be detected with high accuracy and the number of parts is reduced. There is an effect that it is possible to take advantage of the use of a single power source that enables downsizing of the driving device.
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明に係る位置検出回路を用いる駆動装置は、ブラシレスモータを動力源とする種々の電気機器(例えば、電動工具など)に好適なものである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the drive device using the position detection circuit according to the present invention is suitable for various electric devices (for example, electric tools) using a brushless motor as a power source.
本実施形態の位置検出回路8は図1に示すような構成を有し、従来例と同様に、開放相となった固定子巻線3u又は3v又は3wの両端に発生する誘起電圧Vu,Vv,Vwの中点を検出した時に位置検出信号を出力するものであって、単電源で動作し誘起電圧Vu,Vv,Vwと基準電圧Vbを比較するコンパレータCPu,CPv,CPwと、誘起電圧Vu,Vv,Vwが入力するコンパレータCPu,CPv,CPwの反転入力端子に対してオフセット電圧Voを印加するオフセット電圧作成部81と、オフセット電圧Voに対応した基準電圧Vbを作成してコンパレータCPu,CPv,CPwの非反転入力端子に入力する基準電圧作成部82とを備える。
The
基準電圧作成部82は、インバータ回路7の印加電圧とほぼ同じ直流電圧Vmを抵抗R5,R6からなる分圧回路で分圧することによって基準電圧Vbを作成する。またオフセット電圧作成部81は、直流電圧Vmを抵抗R3,R4からなる分圧回路で分圧し、その分圧出力をアンプAPで増幅してオフセット用基準電圧Vr1を得るとともに、このオフセット用基準電圧Vr1を抵抗R1u〜R1w,R2u〜R2wを介してコンパレータCPu,CPv,CPwの反転入力端子に印加することでオフセット電圧Vbを加えている。尚、各コンパレータCPu,CPv,CPwには、それぞれの出力を入力して対応相の位置検出信号として出力するシュミットトリガ回路Tu,Tv,Twが設けてある。そして上記アンプAP、コンパレータCPu,CPv,CPw、シュミットトリガ回路Tu,Tv,Twの動作電源は図示しない電源回路から出力される電源用電圧V1より得るようになっている。
The reference
ここで各相については同じであるのでU相についての位置検出回路8における各部の電圧について説明する。
Here, since each phase is the same, the voltage of each part in the
まずコンパレータCPuの反転入力端子に入力する電圧Vuiは、
Vui=(R2u/(R1u+R2u))×(Vu−Vr1)+Vr1 …(1)
と表される。つまり電圧Vuiは、アンプAPから出力されるオフセット用基準電圧Vr1を基にしたオフセット電圧Voが加えられた電圧となる。そして、上述したように入力電圧Vuiがインバータ回路7のスイッチング素子に逆並列接続されている還流用ダイオード(寄生ダイオードを用いる場合も)の順方向電圧だけ低下しても、図2に示すように0Vよりも大きくになるように抵抗R1u,R2uの抵抗値を設定する。
First, the voltage Vui input to the inverting input terminal of the comparator CPu is
Vui = (R2u / (R1u + R2u)) × (Vu−Vr1) + Vr1 (1)
It is expressed. That is, the voltage Vui is a voltage obtained by adding the offset voltage Vo based on the offset reference voltage Vr1 output from the amplifier AP. As shown in FIG. 2, even if the input voltage Vui is reduced by the forward voltage of the freewheeling diode (which may be a parasitic diode) connected in reverse parallel to the switching element of the
一方、コンパレータCPuの非反転入力端子に入力する基準電圧Vbは誘起電圧VuがVm/2になったことを検出する電圧でよい。つまり、これは誘起電圧Vuの中点がインバータ回路7に印加される電源電圧Vmの半分(=Vm/2)になることを意味している。
On the other hand, the reference voltage Vb input to the non-inverting input terminal of the comparator CPu may be a voltage for detecting that the induced voltage Vu becomes Vm / 2. That is, this means that the midpoint of the induced voltage Vu becomes half (= Vm / 2) of the power supply voltage Vm applied to the
従って、これらの条件から上記式(1)並びに下記式(2)〜(4)を満たすように抵抗R1u〜R1w、R2u〜R2w、R3〜R6の抵抗値を設定すればよい。 Therefore, the resistance values of the resistors R1u to R1w, R2u to R2w, and R3 to R6 may be set so as to satisfy the above formula (1) and the following formulas (2) to (4) from these conditions.
Vo=(R2u/(R1u+R2u))×(Vm/2−Vr1)+Vr1…(2)
Vr1=(R4/(R3+R4))×Vm ‥‥(3)
Vb=(R6/(R5+R6))×Vm ‥‥(4)
而して、上述のようにコンパレータCPu,CPv,CPwに入力する誘起電圧Vu,Vv,Vwにオフセット電圧Voを加えたことにより、単電源で動作するコンパレータCPu,CPv,CPwに比較入力として負の電圧が入力することが防止できるため、単電源を用いても誤動作の発生がなく精度良く位置検出ができ、部品点数が少なく、駆動装置の小型化を可能にするという単電源使用の利点を生かすことができる。
Vo = (R2u / (R1u + R2u)) × (Vm / 2−Vr1) + Vr1 (2)
Vr1 = (R4 / (R3 + R4)) × Vm (3)
Vb = (R6 / (R5 + R6)) × Vm (4)
Thus, as described above, the offset voltage Vo is added to the induced voltages Vu, Vv, and Vw input to the comparators CPu, CPv, and CPw. Therefore, the advantage of using a single power supply is that there is no malfunction even if a single power supply is used, the position can be detected accurately, the number of parts is small, and the drive device can be downsized. You can save it.
8 位置検出回路
81 オフセット電圧作成部
82 基準電圧作成部
CPu,CPv,CPw コンパレータ
8
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---|---|---|---|---|
US7893638B2 (en) | 2006-11-30 | 2011-02-22 | Denso Corporation | Apparatus and method for driving rotary machine |
-
2003
- 2003-12-09 JP JP2003410466A patent/JP2005176456A/en active Pending
Cited By (2)
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US7893638B2 (en) | 2006-11-30 | 2011-02-22 | Denso Corporation | Apparatus and method for driving rotary machine |
US8217603B2 (en) | 2006-11-30 | 2012-07-10 | Denso Corporation | Apparatus and method for driving rotary machine |
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