JP2656034B2 - 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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- JP2656034B2 JP2656034B2 JP62095601A JP9560187A JP2656034B2 JP 2656034 B2 JP2656034 B2 JP 2656034B2 JP 62095601 A JP62095601 A JP 62095601A JP 9560187 A JP9560187 A JP 9560187A JP 2656034 B2 JP2656034 B2 JP 2656034B2
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- brushless motor
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、固定子巻線に誘起される誘起電圧を検出し
て永久磁石回転子の回転位置を検出してなるブラシレス
モータの制御装置に関するものである。
て永久磁石回転子の回転位置を検出してなるブラシレス
モータの制御装置に関するものである。
従来の技術 ブラシレスモータは、ホール素子等の磁気検出手段で
永久磁石回転子の回転位置を検出し、半導体からなるパ
ワースイッチング素子をON・OFFして運転するのが一般
的であるが、部品点数が多いことや、モータとモータド
ライバー間の配線に要する電線が多い等の問題で、磁気
センサーを無くしたセンサーレス・ブラシレスモータが
脚光をあびている。
永久磁石回転子の回転位置を検出し、半導体からなるパ
ワースイッチング素子をON・OFFして運転するのが一般
的であるが、部品点数が多いことや、モータとモータド
ライバー間の配線に要する電線が多い等の問題で、磁気
センサーを無くしたセンサーレス・ブラシレスモータが
脚光をあびている。
特にエアコン・冷蔵庫用のコンプレッサ用モータに使
用されるブラシレスモータはホール素子を高圧・高温の
雰囲気に配置することになり、実質的にホール素子を磁
石位置検出として使用することは無理なため、センサー
レス・ブラシレスモータが使用されている。
用されるブラシレスモータはホール素子を高圧・高温の
雰囲気に配置することになり、実質的にホール素子を磁
石位置検出として使用することは無理なため、センサー
レス・ブラシレスモータが使用されている。
そこで、センサーレス・ブラシレスモータの従来例とし
ては、特公昭59−36519号・特公昭59−36520号があげら
れる。
ては、特公昭59−36519号・特公昭59−36520号があげら
れる。
この例を第３図で説明する。第３図において、１は直
流電源であり、２はパワースイッチング部であり、モー
タが三相の場合は、６個のパワースイッチング素子2a,2
b,2c,2d,2e,2f（トランジスタ・GTO・サイリスタ・MOSF
ET・IGT等のスイッチング素子とフリーホイルダイオー
ドから構成される）から成っている。パワースイッチン
グ部２の三相出力線6a〜6cは、一部がモータ３へ接続さ
れ、他方はセンシング回路４へ接続されており、パワー
スイッチング素子をON・OFFするゲート信号は、ロジッ
ク・ドライブ回路５より供給されている。また、センシ
ング回路４の出力は、ロジック・ドライブ回路５へ接続
されており、ロジック・ドライブ回路５はセンシング回
路４で作成される信号を三相分配し、且つ設定された回
転数となる様、モータへ印加する電圧のデューティを決
めるロジック回路とその信号にもとづきパワースイッチ
ング素子2a〜2fのゲートをドライブするドライブ回路よ
り成り立っており、ブラシレスモータとしては公知の部
分である。次にセンシング回路４の詳細について説明す
る。
流電源であり、２はパワースイッチング部であり、モー
タが三相の場合は、６個のパワースイッチング素子2a,2
b,2c,2d,2e,2f（トランジスタ・GTO・サイリスタ・MOSF
ET・IGT等のスイッチング素子とフリーホイルダイオー
ドから構成される）から成っている。パワースイッチン
グ部２の三相出力線6a〜6cは、一部がモータ３へ接続さ
れ、他方はセンシング回路４へ接続されており、パワー
スイッチング素子をON・OFFするゲート信号は、ロジッ
ク・ドライブ回路５より供給されている。また、センシ
ング回路４の出力は、ロジック・ドライブ回路５へ接続
されており、ロジック・ドライブ回路５はセンシング回
路４で作成される信号を三相分配し、且つ設定された回
転数となる様、モータへ印加する電圧のデューティを決
めるロジック回路とその信号にもとづきパワースイッチ
ング素子2a〜2fのゲートをドライブするドライブ回路よ
り成り立っており、ブラシレスモータとしては公知の部
分である。次にセンシング回路４の詳細について説明す
る。
センシング回路４の構成を第４図に、それのタイムチ
ャートを第５図に示す。
ャートを第５図に示す。
第４図・第５図の6a〜6cはブラシレスモータ３の端子
電圧であり、6aのみについて考察するなら、第３図のパ
ワースイッチング素子2aがONしている区間が、第５図の
12に、パワースイッチング素子2bがONしている区間が11
に、パワースイッチング素子2a・2bがいずれもOFFし、
ブラシレスモータの誘起電圧が発生している区間が10に
相当する。6b・6cも6aに準じ、120°の位相差をもって
対称である。
電圧であり、6aのみについて考察するなら、第３図のパ
ワースイッチング素子2aがONしている区間が、第５図の
12に、パワースイッチング素子2bがONしている区間が11
に、パワースイッチング素子2a・2bがいずれもOFFし、
ブラシレスモータの誘起電圧が発生している区間が10に
相当する。6b・6cも6aに準じ、120°の位相差をもって
対称である。
端子電圧6a〜6cは固定抵抗器と、コンデンサからなる
一次フィルタ13a〜13cに印加され、その出力は7a〜7cと
なる。この伝達関数は、6aの電圧信号をV6a,7aの電圧信
号をV7aとすると となる。ここで、Ｒは固定抵抗器の抵抗値、Ｃはコンデ
ンサの容量値で、その積が時定数Ｔである。そのタイム
チャートを第５図の7a〜7cに示す。
一次フィルタ13a〜13cに印加され、その出力は7a〜7cと
なる。この伝達関数は、6aの電圧信号をV6a,7aの電圧信
号をV7aとすると となる。ここで、Ｒは固定抵抗器の抵抗値、Ｃはコンデ
ンサの容量値で、その積が時定数Ｔである。そのタイム
チャートを第５図の7a〜7cに示す。
前述の一次フィルタの伝達式より、モータに印加され
る周波数が十分高い時は、一次フィルタの出力は、入力
に対し、90°の位置差を持っており、それを第５図の7a
〜7cに示している。第４図の14a〜14cはコンパレータで
あり、一方の入力は一次フィルタ13a〜13cの出力7a〜7c
に、他方の入力は、一次フィルタ13a〜13cの和である星
形結線の中性点８に接続されている。この中性点８の電
圧のタイムチャートは第５図に示す。故にコンパレータ
の出力9a〜9cは第５図のタイムチャートとなる。
る周波数が十分高い時は、一次フィルタの出力は、入力
に対し、90°の位置差を持っており、それを第５図の7a
〜7cに示している。第４図の14a〜14cはコンパレータで
あり、一方の入力は一次フィルタ13a〜13cの出力7a〜7c
に、他方の入力は、一次フィルタ13a〜13cの和である星
形結線の中性点８に接続されている。この中性点８の電
圧のタイムチャートは第５図に示す。故にコンパレータ
の出力9a〜9cは第５図のタイムチャートとなる。
この信号は、第３図のロジック・トライブ回路５へ伝
達されるが、第５図のタイムチャートより、例えばパワ
ースイッチング素子2aのON信号は、9bのインバートと9c
のアンド信号つまり、（▲▼×9c）で求まることが
容易にわかる。同様、各パワースイッチング素子のON信
号は、2bが（9b×▲▼）で、2cが（9a×▲▼）
で、2dが（▲▼×9c）で、2eは（▲▼×9b）
で、2fは（9a×▲▼）でそれぞれ求まり、そのロジ
ック信号の処理は、ロジックドライブ回路５で行われ
る。
達されるが、第５図のタイムチャートより、例えばパワ
ースイッチング素子2aのON信号は、9bのインバートと9c
のアンド信号つまり、（▲▼×9c）で求まることが
容易にわかる。同様、各パワースイッチング素子のON信
号は、2bが（9b×▲▼）で、2cが（9a×▲▼）
で、2dが（▲▼×9c）で、2eは（▲▼×9b）
で、2fは（9a×▲▼）でそれぞれ求まり、そのロジ
ック信号の処理は、ロジックドライブ回路５で行われ
る。
この従来例で、ブラシレスモータを運転する場合、モ
ータへ印加する周波数が十分高い時は問題がないが、低
くなると種々の問題が発生する。以下そのことについて
述べる。
ータへ印加する周波数が十分高い時は問題がないが、低
くなると種々の問題が発生する。以下そのことについて
述べる。
前述の、（１）式に示す伝達式より、モータ印加電圧
（第４図6a〜6c）と、一次フィルタ出力の電圧（第４図
の7a〜7b）の位相差θは、モータ印加周波数をｆとし
て、ω＝２πｆより θ＝tan-1２πfCR 入……（２） となる。また（１）式の伝達式のゲインＧはその絶対値
を|G|として となることは公知である。一方ブラシレスモータの誘起
電圧ｅは ｅ＝Kf ………（４）（ここでＫは定数） であり、回転数に比例して大きくなるから、モータ印加
電圧もモータ印加周波数に比例して高くしなければなら
ず、故に一次フィルタ出力電圧の交流分V7aは となる。
（第４図6a〜6c）と、一次フィルタ出力の電圧（第４図
の7a〜7b）の位相差θは、モータ印加周波数をｆとし
て、ω＝２πｆより θ＝tan-1２πfCR 入……（２） となる。また（１）式の伝達式のゲインＧはその絶対値
を|G|として となることは公知である。一方ブラシレスモータの誘起
電圧ｅは ｅ＝Kf ………（４）（ここでＫは定数） であり、回転数に比例して大きくなるから、モータ印加
電圧もモータ印加周波数に比例して高くしなければなら
ず、故に一次フィルタ出力電圧の交流分V7aは となる。
これより一次フィルタの抵抗とコンデンサの値が大き
いと一次フィルタ出力電圧の振幅が小さくなり、ノイズ
等により、第４図のコンパレータ14a〜14cが誤動作し易
くなる。しかし値が小さいと、位相差θが小さくなり、
前述の90°の位相差が得られなくなり、ブラシレスモー
タを最適運転ができなくなって、脱調する恐れがある。
いと一次フィルタ出力電圧の振幅が小さくなり、ノイズ
等により、第４図のコンパレータ14a〜14cが誤動作し易
くなる。しかし値が小さいと、位相差θが小さくなり、
前述の90°の位相差が得られなくなり、ブラシレスモー
タを最適運転ができなくなって、脱調する恐れがある。
（２）式と（４）式をまとめると、脱調の恐れのない
位相差をθ，出力したい最小周波数をfmin，出力する最
高周波数をfmax，その時モータへ印加できる最大電圧を
emaxとすると検出電圧Ｖは となる。fminとfmaxの比、つまり可変周波数範囲を1:1
0,θを85°とすると、印加電圧と、検出電圧の比V/eは となり、検出電圧のダイナミックレンジが大幅に低下し
ていることが明確である。
位相差をθ，出力したい最小周波数をfmin，出力する最
高周波数をfmax，その時モータへ印加できる最大電圧を
emaxとすると検出電圧Ｖは となる。fminとfmaxの比、つまり可変周波数範囲を1:1
0,θを85°とすると、印加電圧と、検出電圧の比V/eは となり、検出電圧のダイナミックレンジが大幅に低下し
ていることが明確である。
発明が解決しようとする問題点 故に従来例の一次フィルタよりなるセンシング回路
は、モータの可変周波数範囲と、モータ印加電圧は関連
していて、モータの可変周波数範囲を広げるには、モー
タ印加電圧を上げざるを得なかった。
は、モータの可変周波数範囲と、モータ印加電圧は関連
していて、モータの可変周波数範囲を広げるには、モー
タ印加電圧を上げざるを得なかった。
本発明の目的はこのような従来例に示す問題点を除去
し、モータの印加電圧と、周波数範囲を自由に設定でき
るブラシレスモータを供給することである。
し、モータの印加電圧と、周波数範囲を自由に設定でき
るブラシレスモータを供給することである。
問題点を解決するための手段 この目的を達成するために、本発明は、固定子巻線に
発生する誘起電圧を回転子位置検出用のセンサー信号と
して取り出すセンシング回路を有するブラシレスモータ
の制御装置において、前記センシング回路は固定抵抗器
とコンデンサと演算増幅器とで完全積分する積分回路を
具備し、前記固定抵抗器の一方を固定子巻線側に、他方
を演算増幅器のマイナス入力側およびコンデンサの一方
にそれぞれ接続し、コンデンサの他方は前記演算増幅器
の出力側に接続し、前記演算増幅器のプラス入力側をア
ースに接続して、固定子巻線に発生する誘起電圧を前記
積分回路の固定抵抗器に入力し、前記積分回路の出力と
して前記誘起電圧に対してすべての周波数の領域で90°
位相が遅れた信号を得るようにしたものである。
発生する誘起電圧を回転子位置検出用のセンサー信号と
して取り出すセンシング回路を有するブラシレスモータ
の制御装置において、前記センシング回路は固定抵抗器
とコンデンサと演算増幅器とで完全積分する積分回路を
具備し、前記固定抵抗器の一方を固定子巻線側に、他方
を演算増幅器のマイナス入力側およびコンデンサの一方
にそれぞれ接続し、コンデンサの他方は前記演算増幅器
の出力側に接続し、前記演算増幅器のプラス入力側をア
ースに接続して、固定子巻線に発生する誘起電圧を前記
積分回路の固定抵抗器に入力し、前記積分回路の出力と
して前記誘起電圧に対してすべての周波数の領域で90°
位相が遅れた信号を得るようにしたものである。
作用 この構成によって周波数範囲やモータ印加電圧に関係
なく出力電圧を得ることができる。
なく出力電圧を得ることができる。
実施例 本発明の一実施例を第１図で説明する。6a〜6cは第３
図に示すモータへの端子電圧で、同時にセンシング回路
４の入力となる。入力された信号は18a〜18cの完全積分
回路で、入力電圧を積分し、各信号が入力に対して、そ
れぞれ位相が90°づつ遅れた信号15a〜15cを発生する。
その様子を第２図のタイムチャートに示している。
図に示すモータへの端子電圧で、同時にセンシング回路
４の入力となる。入力された信号は18a〜18cの完全積分
回路で、入力電圧を積分し、各信号が入力に対して、そ
れぞれ位相が90°づつ遅れた信号15a〜15cを発生する。
その様子を第２図のタイムチャートに示している。
コンパレータ19a〜19cは積分された信号15a〜15cを三相
の和の信号16との電圧比較により、パルス波形電圧信号
17a〜17cを得る。この信号は、従来例の第４図及び第５
図のタイムチャートに示すコンパレータ9a〜9cの信号と
全く同じになることがわかる。17a〜17cは第４図のロジ
ック・ドライバ回路へ接続される。
の和の信号16との電圧比較により、パルス波形電圧信号
17a〜17cを得る。この信号は、従来例の第４図及び第５
図のタイムチャートに示すコンパレータ9a〜9cの信号と
全く同じになることがわかる。17a〜17cは第４図のロジ
ック・ドライバ回路へ接続される。
次に積分回路18a〜18cは、固定抵抗器20a〜20cとコン
デンサ21a〜21c、演算増幅器（オペアンプ）22a〜22cで
構成される。ここで、固定抵抗器の抵抗値をR,コンデン
サの容量値をｃとし、入力電圧Viと出力電圧Voとの伝達
式は となることは公知であり、この式より周波数をｆとする
と位相差θはｆやＴ（Ｒ×Ｃ）に関係なく90°，ゲイン
はその絶対値を|G|として となることも公知である。
デンサ21a〜21c、演算増幅器（オペアンプ）22a〜22cで
構成される。ここで、固定抵抗器の抵抗値をR,コンデン
サの容量値をｃとし、入力電圧Viと出力電圧Voとの伝達
式は となることは公知であり、この式より周波数をｆとする
と位相差θはｆやＴ（Ｒ×Ｃ）に関係なく90°，ゲイン
はその絶対値を|G|として となることも公知である。
故にＵ相を代表例として考察すると、センシング回路
４に入力されるモータ印加電圧6aの電圧ｅは、前述の
（４）式の如くｅ＝Kfとなる。
４に入力されるモータ印加電圧6aの電圧ｅは、前述の
（４）式の如くｅ＝Kfとなる。
故に積分回路18aの出力をV18aとすると となる。ところでＫは、モータに印加する最高周波数f
maxと、その最大誘起電圧をemaxとすると であり、（10）式と、（11）式より、 となる。emaxとfmaxの比Ｋはブラシレスモータの誘起電
圧定数であり、モータの仕様が決まれば求まる値である
からコンパレータへ入力される積分回路の出力電圧は抵
抗器の抵抗値Ｒと、コンデンサの容量Ｃで自由に選定す
ることが出来、且つ出力周波数に関係なく一定値をとる
ため、ノイズレベルを考慮し、十分に高いセンシング電
圧を得ることができる。またその時の積分回路の入出力
間の位相差は、（２）式に示す一次フィルタのようにＲ
・Ｃやｆの影響をうけず、常に90°であるから、モータ
印加周波数を下げても問題がない。
maxと、その最大誘起電圧をemaxとすると であり、（10）式と、（11）式より、 となる。emaxとfmaxの比Ｋはブラシレスモータの誘起電
圧定数であり、モータの仕様が決まれば求まる値である
からコンパレータへ入力される積分回路の出力電圧は抵
抗器の抵抗値Ｒと、コンデンサの容量Ｃで自由に選定す
ることが出来、且つ出力周波数に関係なく一定値をとる
ため、ノイズレベルを考慮し、十分に高いセンシング電
圧を得ることができる。またその時の積分回路の入出力
間の位相差は、（２）式に示す一次フィルタのようにＲ
・Ｃやｆの影響をうけず、常に90°であるから、モータ
印加周波数を下げても問題がない。
次に第６図はその他第２の実施例であり、モータの動
力特性に関係する交流電圧のみを検出するハイ・パス・
フィルターを付加したもので、基本動作は第１図の動作
と同様につき説明を省略する。
力特性に関係する交流電圧のみを検出するハイ・パス・
フィルターを付加したもので、基本動作は第１図の動作
と同様につき説明を省略する。
第７図はその他第３実施例で積分回路の出力、つまり
コンパレータの入力を従来例の３相の和の信号で比較す
ることに対し、他の２相の和を入力することで、コンパ
レータのダイナミックレンジを向上できることと、各相
の値を抵抗器の値を変えることで、ブラシレスモータへ
電圧を印加パワースイッチング素子がOFFした時のスパ
イク電圧の補正が出来る例で、モータ印加電圧を完全積
分し、第１図の例と同様である。
コンパレータの入力を従来例の３相の和の信号で比較す
ることに対し、他の２相の和を入力することで、コンパ
レータのダイナミックレンジを向上できることと、各相
の値を抵抗器の値を変えることで、ブラシレスモータへ
電圧を印加パワースイッチング素子がOFFした時のスパ
イク電圧の補正が出来る例で、モータ印加電圧を完全積
分し、第１図の例と同様である。
第８図はその他の第４実施例で動作内容は第１図・第
７図と同様であり、説明を省略する。
７図と同様であり、説明を省略する。
発明の効果 以上説明した本発明は、センシング回路を積分回路で
構成することで、ブラシレスモータに印加する周波数に
無関係に良質のセンシング電圧を得ることが出来、広い
周波数範囲で動作できるブラシレスモータのドライバー
を簡単な構成で供給できるものである。
構成することで、ブラシレスモータに印加する周波数に
無関係に良質のセンシング電圧を得ることが出来、広い
周波数範囲で動作できるブラシレスモータのドライバー
を簡単な構成で供給できるものである。
第１図は本発明の一実施例にかかるセンシング回路の回
路図、第２図はそのタイムチャート図、第３図はブラシ
レスモータ用ドライバーの構成図、第４図は従来のセン
シング回路の回路図、第５図は従来例のタイムチャート
図、第６図・第７図・第８図は本発明の第２・第３・第
４の実施例にかかるセンシング回路の回路図である。 18a〜18c……積分回路、20〜20c……固定抵抗器、21a〜
21c……コンデンサ、22a〜22c……演算増幅器。
路図、第２図はそのタイムチャート図、第３図はブラシ
レスモータ用ドライバーの構成図、第４図は従来のセン
シング回路の回路図、第５図は従来例のタイムチャート
図、第６図・第７図・第８図は本発明の第２・第３・第
４の実施例にかかるセンシング回路の回路図である。 18a〜18c……積分回路、20〜20c……固定抵抗器、21a〜
21c……コンデンサ、22a〜22c……演算増幅器。
Claims (1)
- 【請求項１】固定子巻線に発生する誘起電圧を回転子位
置検出用のセンサー信号として取り出すセンシング回路
を有するブラシレスモータの制御装置において、前記セ
ンシング回路は固定抵抗器とコンデンサと演算増幅器と
で完全積分する積分回路を具備し、前記固定抵抗器の一
方を固定子巻線側に、他方を演算増幅器のマイナス入力
側およびコンデンサの一方にそれぞれ接続し、コンデン
サの他方は前記演算増幅器の出力側に接続し、前記演算
増幅器のプラス入力側をアースに接続して、固定子巻線
に発生する誘起電圧を前記積分回路の固定抵抗器に入力
し、前記積分回路の出力として前記誘起電圧に対してす
べての周波数の領域で90°位相が遅れた信号を得るよう
にしたブラシレスモータの制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62095601A JP2656034B2 (ja) | 1987-04-17 | 1987-04-17 | ブラシレスモータの制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62095601A JP2656034B2 (ja) | 1987-04-17 | 1987-04-17 | ブラシレスモータの制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63262089A JPS63262089A (ja) | 1988-10-28 |
| JP2656034B2 true JP2656034B2 (ja) | 1997-09-24 |
Family
ID=14142072
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62095601A Expired - Fee Related JP2656034B2 (ja) | 1987-04-17 | 1987-04-17 | ブラシレスモータの制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2656034B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5326913A (en) * | 1976-08-25 | 1978-03-13 | Hitachi Ltd | Brushless motor |
-
1987
- 1987-04-17 JP JP62095601A patent/JP2656034B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63262089A (ja) | 1988-10-28 |
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