JP2014017959A - ブラシレスモータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁型Ａ／Ｄ変換回路や、ドライブ回路と制御回路間の絶縁無しで、地絡による故障の心配なしにアナログ信号を位置検出信号と出来る。
【解決手段】非絶縁電源２と、絶縁電源３と、これらの電源の間に接続された第一の抵抗要素４と、それに並列に接続された静電容量要素５と、アナログ電圧位置検出信号６を入力する第一のインピーダンス変換回路７と、その出力に接続された抵抗要素群８と、その第一のインピーダンス変換回路７と反対側に接続される第二のインピーダンス変換回路９と、その出力に接続されたＡ／Ｄ変換回路１０を持つ。
【選択図】図１

Description

本発明はモータの回転位置検出信号としてアナログ電圧信号を用い、モータと分離して設置されるブラシレスモータの制御装置に関する。

従来、この種のブラシレスモータ制御装置は、回転位置検出信号線が地絡しても故障が生じないようにするため、回転位置検出回路全体を商用電源から絶縁する必要があった。しかし、そのためには、回転位置検出信号であるアナログ電圧信号を絶縁するか、もしくは制御回路全体を商用電源と絶縁し、かつパワー素子を駆動する部分も制御回路と絶縁する必要があった。

図４は、従来のモータの回転位置検出信号としてアナログ電圧信号を用い、モータと分離して設置されるブラシレスモータ制御装置を示すものである。図４に示すように、非絶縁電源２と、絶縁電源３と、アナログ電圧位置検出信号６と、制御回路１１と、ドライブ回路駆動信号１２と、ドライブ回路１３と、絶縁型Ａ／Ｄ変換回路２１から構成されている。

図５は、従来のモータの回転位置検出信号としてアナログ電圧信号を用い、モータと分離して設置されるもう一つのブラシレスモータの制御装置を示すものである。図５に示すように、絶縁電源３と、アナログ電圧位置検出信号６と、Ａ／Ｄ変換回路１０と、制御回路１１と、ドライブ回路駆動信号１２と、ドライブ回路１３と、ドライブ信号絶縁要素１９と、源ドライブ信号２０から構成されている。

特許第３６９０３３８号公報

しかしながら、前記従来の絶縁型Ａ／Ｄ変換回路を用いた方法では、それに必要な絶縁型Ａ／Ｄ変換素子などで構成される絶縁型Ａ／Ｄ変換回路が高価格になり、また、従来のドライブ信号絶縁要素を用いた方法では、一般に高速のフォトカプラなどで構成されるドライブ信号絶縁が必要となり、高価格になるばかりか、多くの基板上の実装面積を必要とする。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、絶縁型Ａ／Ｄ変換回路や、ドライブ回路と制御回路間の絶縁を実施しなくても、地絡による故障の心配なしにアナログ信号を位置検出信号として用いることが出来るブラシレスモータの制御装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、第１の発明は、商用電源から絶縁されていない非絶縁電源と、該非絶縁電源の負極と第一の抵抗要素および該第一の抵抗要素に並列に接続された静電容量要素にて負極が接続され、前記第一の抵抗要素と前記静電容量要素を除いて商用電源とは絶縁された絶縁電源と、前記絶縁電源から給電され、ブラシレスモータの位置検出回路から出力されるアナログ電圧位置検出信号を入力し、出力インピーダンスを小さくする第一のインピーダンス変換回路と、前記第一のインピーダンス変換回路の出力に接続さ
れた抵抗要素群と、前記抵抗要素群の前記第一のインピーダンス変換回路と反対側を入力とし、前記非絶縁電源から給電された、入力インピーダンスを大きくする第二のインピーダンス変換回路と、該第二のインピーダンス変換回路の出力に接続されたＡ／Ｄ変換回路と、商用電源から給電され、ブラシレスモータに印加する電圧を発生させるドライブ回路と、前記Ａ／Ｄ変換回路の出力をもとに、該ドライブ回路を駆動するドライブ回路駆動信号を発生させる制御回路からなり、第一の抵抗要素および抵抗要素群は両端に商用電源の電圧が印加されても流れる電流が回路を破損せしめない量に制限する抵抗値と、該電流で焼損しない容量をもつものとしている。この構成により位置検出回路が地絡した場合、商用電源の電圧の大部分は抵抗要素群および第一の抵抗要素に加わり、地絡電流が制限されるため、回路の故障に至らない。
また、通常時は静電容量要素と第一の抵抗要素により絶縁電源の負極電位と非絶縁電源の負極電位は同電位に保持されるため、位置検出情報は正常にＡ／Ｄ変換回路に伝達される。

第２の発明は、第１の発明において、第一のインピーダンス変換回路を、絶縁電源を第二の抵抗要素と第三の抵抗要素にて分圧して決定される第一の基準電圧と、該第一の基準電圧を基準にアナログ電圧位置検出信号を反転増幅する反転増幅回路と、前記第一の基準電圧をインピーダンス変換して出力インピーダンスを小さくする第一のボルテージフォロア回路で構成し、抵抗要素群を、前記反転増幅回路の出力に接続された第四の抵抗要素と、前記第一のボルテージフォロワ回路の出力に接続された第五の抵抗要素から構成し、第二のインピーダンス変換回路を、非絶縁電源を第六の抵抗要素と第七の抵抗要素で分圧して決定される電圧をインピーダンス変換して出力インピーダンスを小さくする第二のボルテージフォロア回路と、該第二のボルテージフォロア回路の出力電圧である第二の基準電圧と、前記反転増幅回路の出力電圧と前記第一のボルテージフォロア回路の出力電圧を前記第二の基準電圧を基準に前記第四の抵抗要素と前記第五の抵抗要素を利用して差動増幅する差動増幅回路の一部から構成している。この構成により、位置検出回路が地絡した場合にも回路が故障しない機能を安価な増幅器と抵抗だけで実現している。

第３の発明は、第２の発明において、アナログ電圧位置検出信号を、第一のアナログ電圧位置検出信号、第二のアナログ電圧位置検出信号、第三のアナログ電圧位置検出信号からなるものとし、反転増幅回路および差動増幅回路は、前記３つの信号にそれぞれ別個に接続されるものとすることにより、一般的な３つの位置検出信号に対しても地絡した場合にも回路が故障しない機能を安価な増幅器と抵抗だけで実現している。

本発明のブラシレスモータ制御装置は、アナログ位置検出信号を用いて高精度にブラシレスモータを制御可能とし、かつ制御回路とドライブ回路の絶縁や絶縁型Ａ／Ｄ変換回路を不要としながらセンサ線が地絡した場合の故障を防ぐことが出来る。

本発明の実施の形態１におけるブラシレスモータ制御装置の構成図 本発明の実施の形態１におけるブラシレスモータ制御装置の詳細構成図 本発明の実施の形態２におけるブラシレスモータ制御装置の構成図 従来のブラシレスモータ制御装置の構成図 従来のもうひとつのブラシレスモータ制御装置の構成図

本発明は、商用電源から絶縁されていない非絶縁電源と、該非絶縁電源の負極と第一の抵抗要素および該第一の抵抗要素に並列に接続された静電容量要素にて負極に接続され、前記第一の抵抗要素と前記静電容量要素を除いて商用電源とは絶縁された絶縁電源と、前
記絶縁電源から給電され、ブラシレスモータの位置検出回路から出力されるアナログ電圧位置検出信号を入力し、出力インピーダンスを小さくする第一のインピーダンス変換回路と、前記第一のインピーダンス変換回路の出力に接続された抵抗要素群と、前記抵抗要素群の前記第一のインピーダンス変換回路と反対側を入力とし、前記非絶縁電源から給電された、入力インピーダンスを大きくする第二のインピーダンス変換回路と、該第二のインピーダンス変換回路の出力に接続されたＡ／Ｄ変換回路と、商用電源から給電され、ブラシレスモータに印加する電圧を発生させるドライブ回路と、前記Ａ／Ｄ変換回路の出力をもとに、該ドライブ回路を駆動するドライブ回路駆動信号を発生させる制御回路からなり、第一の抵抗要素および抵抗要素群は両端に商用電源の電圧が印加されても流れる電流が回路を破損せしめない量に制限する抵抗値と、該電流で焼損しない容量をもつものとすることにより、位置検出回路が地絡した場合に商用電源の電圧の大部分が第一の抵抗要素および抵抗要素群に加わり、電流がその抵抗値で制限されるため、他の回路を故障させるような電流が流れず、他の回路まで故障することを防止できる。また、通常時は静電容量要素および第一の抵抗要素により絶縁電源の負極と非絶縁電源の負極の電位が同電位となるため、正常にアナログ電圧位置検出情報をＡ／Ｄ変換回路に伝達することができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態の構成図を示すものである。

図１においてブラシレスモータ制御装置１は、商用電源１４から商用電源供給ライン１５を通じて給電され、商用電源１４から絶縁されていない非絶縁電源２と、商用電源１４から絶縁された絶縁電源３と、非絶縁電源２の負極と絶縁電源３の負極の間に接続された第一の抵抗要素４と、第一の抵抗要素４に並列に接続された静電容量要素５と、ブラシレスモータ１７の位置検出回路１８から出力されるアナログ電圧位置検出信号６を入力する。

そして、出力インピーダンスを小さくするための絶縁電源３から給電される第一のインピーダンス変換回路７と、第一のインピーダンス変換回路７の出力に接続された抵抗要素群８と、抵抗要素群８の第一のインピーダンス変換回路７と反対側に接続され、入力インピーダンスを大きくする非絶縁電源２から給電される第二のインピーダンス変換回路９と、第二のインピーダンス変換回路の出力に接続されたＡ／Ｄ変換回路１０と、Ａ／Ｄ変換回路１０の出力信号を基にドライブ回路１３のドライブ回路駆動信号１２を生成する制御回路１１を持つ。

ここで第一の抵抗要素４および抵抗要素群８は両端に商用電源１４の電圧が印加されても回路が故障する様な電流が流れないだけの抵抗値と焼損しないだけの容量を持つものとしている。通常は非絶縁電源２の負極と絶縁電源３の負極は、第一の抵抗要素と静電容量要素により同電位に保たれている。

位置検出回路１８で発生したアナログ電圧位置検出信号６の持つ情報は、第一のインピーダンス変換回路７により出力インピーダンスが小さくされ、抵抗要素群８により第二のインピーダンス変換回路９に伝達される。第一のインピーダンス変換回路７の出力インピーダンスが小さく、第二のインピーダンス変換回路９の入力インピーダンスが大きいため、抵抗要素群８の抵抗値が大きくても外乱の影響を受けにくい構成となっている。第二のインピーダンス変換回路の出力はＡ／Ｄ変換回路に入力され、デジタル信号に変換されて制御回路に位置検出情報を伝えることになる。

位置検出回路１８の一部が地絡した場合、第一の抵抗要素４および抵抗要素群８は商用電源１４の電圧が加わっても流れる電流が、回路が故障する電流以下になるように選定さ
れているため、回路が故障することは発生しない。

図２は本発明の第１の実施の形態の詳細構成図を示すものである。

第一のインピーダンス変換回路７は、絶縁電源３を第二の抵抗要素２２と第三の抵抗要素２３にて分圧して決定される第一の基準電圧２４と、第一の基準電圧２４を基準にアナログ電圧位置検出信号６を反転増幅する反転増幅回路２５と、第一の基準電圧２４をインピーダンス変換して出力インピーダンスを小さくする第一のボルテージフォロア回路２６とからなっている。

抵抗要素群８は、反転増幅回路２５の出力に接続された第四の抵抗要素２７と、第一のボルテージフォロア回路２６の出力に接続された第五の抵抗要素２８からなり、第二のインピーダンス変換回路９は、非絶縁電源２を第六の抵抗要素２９と第七の抵抗要素３０で分圧して決定される電圧をインピーダンス変換して出力インピーダンスを小さくする第二のボルテージフォロア回路３１と、第二のボルテージフォロア回路３１の出力電圧である第二の基準電圧３２と、反転増幅回路２５の出力電圧と第一のボルテージフォロア回路２６の出力電圧を第二の基準電圧３２を基準に第四の抵抗要素２７と第五の抵抗要素２８を利用して差動増幅する差動増幅回路３３の一部からなる構成としている。

例えば反転増幅回路２５および差動増幅回路３３のゲインを１倍とし、第一の基準電圧２４と第二の基準電圧３２を同一の電圧に設定すると、もし絶縁電源３の負極と非絶縁電源２の負極の間にΔＶの電位差が発生した場合、アナログ電圧位置検出信号６をＶｉ、第一の基準電圧２４をＶｒｅｆとすると、反転増幅回路２５の出力電圧Ｖｏ１は（式１）で表される。

また、差動増幅器３３の出力電圧Ｖｏ２は（式２）で表される。

非絶縁電源２の負極の電位はΔＶであることより、Ａ／Ｄ変換回路１０への入力信号Ｖａは（式３）となる。

よって、非絶縁電源２と絶縁電源３の間に変動があっても正常に信号を伝達することが可能となる。

図３は本発明の第２の実施の形態の構成図を示すものである。
アナログ電圧位置検出信号６は、第一のアナログ電圧位置検出信号６ａ、第二のアナログ電圧位置検出信号６ｂ、第三のアナログ電圧位置検出信号６ｃからなり、反転増幅回路および差動増幅回路は、第二のアナログ電圧処理回路３６、第三のアナログ電圧処理回路３７の様に３つの信号にそれぞれ別個に接続されている。また、第八の抵抗要素３８、第九の抵抗要素３９、第十の抵抗要素４０、第十一の抵抗要素４１、および第一の保護ダイオード群３４、第二の保護ダイオード群３５が地絡時の回路保護のために設けられている。これらの抵抗やダイオードを設けることにより、地絡発生時に第一の抵抗要素４や抵抗要素群８に流れる電流を大きくとることができるため、抵抗値を小さく設定することが可能となり、より外乱に強い回路構成とすることを実現している。

１ ブラシレスモータ制御装置
２ 非絶縁電源
３ 絶縁電源
４ 第一の抵抗要素
５ 静電容量要素
６ アナログ電圧位置検出信号
６ａ 第一のアナログ電圧位置検出信号
６ｂ 第二のアナログ電圧位置検出信号
６ｃ 第三のアナログ電圧位置検出信号
７ 第一のインピーダンス変換回路
８ 抵抗要素群
９ 第二のインピーダンス変換回路
１０ Ａ／Ｄ変換回路
１１ 制御回路
１２ ドライブ回路駆動信号
１３ ドライブ回路
１４ 商用電源
１５ 商用電源供給ライン
１６ モータ印加電圧供給ライン
１７ ブラシレスモータ
１８ 位置検出回路
１９ ドライブ信号絶縁要素
２０ 源ドライブ信号
２１ 絶縁型Ａ／Ｄ変換回路
２２ 第二の抵抗要素
２３ 第三の抵抗要素
２４ 第一の基準電圧
２５ 反転増幅回路
２６ 第一のボルテージフォロア回路
２７ 第四の抵抗要素
２８ 第五の抵抗要素
２９ 第六の抵抗要素
３０ 第七の抵抗要素
３１ 第二のボルテージフォロア回路
３２ 第二の基準電圧
３３ 差動増幅回路
３４ 第一の保護ダイオード群
３５ 第二の保護ダイオード群
３６ 第二のアナログ電圧処理回路
３７ 第三のアナログ電圧処理回路
３８ 第八の抵抗要素
３９ 第九の抵抗要素
４０ 第十の抵抗要素
４１ 第十一の抵抗要素

Claims (3)

1. 商用電源から絶縁されていない非絶縁電源と、
   該非絶縁電源の負極と第一の抵抗要素および該第一の抵抗要素に並列に接続された静電容量要素にて負極に接続され、前記第一の抵抗要素と前記静電容量要素を除いて商用電源とは絶縁された絶縁電源と、
   前記絶縁電源から給電され、ブラシレスモータの位置検出回路から出力されるアナログ電圧位置検出信号を入力し、出力インピーダンスを小さくする第一のインピーダンス変換回路と、
   前記第一のインピーダンス変換回路の出力に接続された抵抗要素群と、
   前記抵抗要素群の前記第一のインピーダンス変換回路と反対側を入力とし、前記非絶縁電源から給電された、入力インピーダンスを大きくする第二のインピーダンス変換回路と、該第二のインピーダンス変換回路の出力に接続されたＡ／Ｄ変換回路と、
   商用電源から給電され、ブラシレスモータに印加する電圧を発生させるドライブ回路と、前記Ａ／Ｄ変換回路の出力をもとに、該ドライブ回路を駆動するドライブ回路駆動信号を発生させる制御回路からなり、
   第一の抵抗要素および抵抗要素群は両端に商用電源の電圧が印加されても流れる電流が回路を破損せしめない量に制限する抵抗値と、該電流で焼損しない容量をもつものであることを特徴とするブラシレスモータ制御装置。
2. 第一のインピーダンス変換回路は、
   絶縁電源を第二の抵抗要素と第三の抵抗要素にて分圧して決定される第一の基準電圧と、該第一の基準電圧を基準にアナログ電圧位置検出信号を反転増幅する反転増幅回路と、
   前記第一の基準電圧をインピーダンス変換して出力インピーダンスを小さくする第一のボルテージフォロア回路とからなり、
   抵抗要素群は、
   前記反転増幅回路の出力に接続された第四の抵抗要素と、
   前記第一のボルテージフォロワ回路の出力に接続された第五の抵抗要素からなり、
   第二のインピーダンス変換回路は、
   非絶縁電源を第六の抵抗要素と第七の抵抗要素で分圧して決定される電圧をインピーダンス変換して出力インピーダンスを小さくする第二のボルテージフォロア回路と、
   該第二のボルテージフォロア回路の出力電圧である第二の基準電圧と、
   前記反転増幅回路の出力電圧と前記第一のボルテージフォロア回路の出力電圧を前記第二の基準電圧を基準に前記第四の抵抗要素と前記第五の抵抗要素を利用して差動増幅する差動増幅回路の一部からなることを特徴とする請求項１記載のブラシレスモータ制御装置。
3. アナログ電圧位置検出信号は、第一のアナログ電圧位置検出信号、第二のアナログ電圧位置検出信号、第三のアナログ電圧位置検出信号からなり、
   反転増幅回路および差動増幅回路は、前記３つの信号にそれぞれ別個に接続されるものであることを特徴とする請求項２記載のブラシレスモータ制御装置。