JP3254056B2 - センサレスブラシレスモータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、永久磁石回転子と三相
固定子巻線とを備え、三相固定子巻線の電流の切替えを
三相インバータで制御して、起動時には同期モータ動作
を行い、起動後は永久磁石回転子の回転位置に対応した
誘起電圧を検出して直流モータと等価の電気−機械エネ
ルギー変換を行うセンサレスブラシレスモータに関し、
具体的には、永久磁石回転子と三相固定子巻線と三相イ
ンバータと回転位置検出回路とマイクロコンピュータと
転流制御回路とを備え、起動時はマイクロコンピュータ
が永久磁石回転子の回転位置に関係なくインバータ起動
時駆動基準信号とステップ切替えタイミングの出力する
ことにより同期モータ動作を行い、起動後はマイクロコ
ンピュータが回転位置検出回路から永久磁石回転子の回
転位置に対応した信号を入力してインバータ駆動基準信
号を演算して出力することによりセンサレスブラシレス
モータ動作を行う，センサレスブラシレスモータの改良
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のブラシレスモータには、永久磁石
回転子と、三相固定子巻線と、直流電源から給電されて
転流制御信号によりトランジスタ群を所要にオン・オフ
制御して出力線に交流電圧を出力して三相固定子巻線に
給電して転流を制御する三相インバータと、前記三相イ
ンバータの転流を制御する転流制御回路とを備え、永久
磁石回転子の回転に伴って固定子巻線に誘起される電圧
を検出して回転子の回転位置を検出し、該永久磁石回転
子の回転位置に応じて、固定子巻線の電流の切換えを三
相インバータで制御して、三相固定子巻線の誘起電圧の
位相に三相インバータの出力電圧の位相を合わせて直流
モータと等価の電気機械エネルギー変換を行うセンサレ
スブラシレスモータが知られている。このセンサレスブ
ラシレスモータは、感磁素子等の特別なセンサーを必要
とせず、構造がシンプルで、耐環境性、制御性、省線性
に優れ、製作コストが安価で、ファン駆動用や特殊環境
用等広い分野に渡って利用できる。しかし、従来のセン
サレスブラシレスモータは、永久磁石回転子の回転によ
って三相固定子巻線に誘起される電圧を検出する方法と
して、三相固定子巻線の転流（電流を切換えること）を
行う際に三相インバータに発生する転流ノイズの混入を
避けるために、周期的に発生する転流ノイズが削減して
いる期間を狙ってサンプリングする方法が採用されてお
り、この方法では、誘起電圧の検出は、転流から誘起電
圧検出までは転流ノイズが充分に減衰するよう充分な時
間を設ける必要があり、パルス巾変調のような１サイク
ル中に多数回にわたって転流させるインバータの使用は
困難であった。そして、パルス巾変調を行う場合は、充
分大きな時定数を持つ積分器によって転流のノイズを減
衰させる方法もあるが、この方法では誘起電圧検出に関
しても大きな時間遅れを生じ、即応制御が困難になり、
外乱に対して不安定となり、実用できなかった。

【０００３】そこで、本願出願人は上記欠点を解消しう
るセンサレスブラシレスモータを開発して先に特許出願
を行った（特開昭６２−１８９９９３号）。このセンサ
レスブラシレスモータは、永久磁石回転子と三相固定子
巻線と三相インバータと転流制御回路と回転位置検出回
路（誘起電圧検出回路）とマイクロコンピュータとを備
えたものである。回転位置検出回路は、三相固定子巻線
と並列に接続された三相抵抗回路の中性点の電位と三相
固定子巻線の中性点の電位とを差動増幅器に入力して三
相固定子巻線の各固定子巻線の誘起電圧に含まれる基本
波の三倍の高調波にのみ対応した所要の矩形波信号を出
力するようになっており、そして、マイクロコンピュー
タは、位相が回転方向に六十度ずつ順に変化する六種類
の二相励磁信号のパターン列からなるインバータ駆動基
準信号を内部のＲＯＭに書き込まれていて、起動時に該
インバータ駆動基準信号をリードして、パターン繰り返
し周期が所定短周期になるまで、該パターン繰り返し周
期を漸次速めていくように転流制御回路へ繰り返し送信
して同期モータ的駆動を行い、起動後は前記回転位置検
出回路から矩形波信号を入力して、該矩形波信号の入力
より一つ前のステップ更新から該信号が入力するまでの
時間と該信号の入力から次のステップ更新があるまでの
時間とが等しくなるように、次のパターン繰り返し周期
を演算して次の周期のインバータ駆動基準信号の送信を
行ってセンサレスブラシレスモータ駆動を行う。もっ
て、特開昭６２−１８９９９３号のセンサレスブラシレ
スモータは、従前のセンサレスブラシレスモータの欠点
を解消することができて、パルス幅変調方式のインバー
タを使用できる一方、従前において使用していたパワー
トランジスタやリアクトル、コンデンサ等が不要となっ
て小形、安価となり、回転位置検出回路の時間遅れも小
さく抑えられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、その後
の研究によれば、特開昭６２−１８９９９３号のセンサ
レスブラシレスモータによれば、負荷の変動が大きい場
合は、初期励磁してロータの位置決めする際にロータに
振動が生じる場合があって、振動が治まる前に同期モー
タ動作に移ると、ロータの振動の影響により回転磁界と
ロータの同期が外れてブラシレス同期モータ動作への切
替えができず起動を失敗したり、振動によってロータが
逆転してしまうことがあり、さらに、同期モータ動作時
においても、上記と同様の不安定現象が生じる場合があ
ることが判明した。このため、初期励磁時間はロータの
振動が治まるまでの時間、継続する必要があり、そして
ロータの振動は負荷によって変わるので、振動が大きい
負荷の場合には初期励磁時間を長くする不具合がある。

【０００５】本発明は、上述した点に鑑み案出したもの
で、負荷イナーシャが大きい場合や負荷が変動しても安
定した起動特性を有するとともに起動時間が短くなるよ
うに改善されたセンサレスブラシレスモータを提供する
ことを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するための手段として、永久磁石回転子１と、三相固
定子巻線２と、直流電源７から給電されて転流制御信号
によりトランジスタ群Ｕ＋，Ｖ＋，Ｗ＋，Ｕ−，Ｖ−，
Ｗ−を所要にオン・オフ制御して出力線３１，３２，３
３に交流電圧を出力して三相固定子巻線２の転流を制御
する三相インバータ３と、前記三相インバータ３へ転流
制御信号を出力する転流制御回路４と、前記三相固定子
巻線２の誘起電圧を検出して永久磁石回転子１の回転位
置に応じた回転位置信号ｅ₃ を出力する回転位置検出回
路５と、前記回転位置検出回路５と前記転流制御回路４
の間に介設されたマイクロコンピュータ６とを備え、前
記マイクロコンピュータ６は、前記三相インバータ３の
出力が三相励磁信号と二相励磁信号とが位相を三十度ず
つ順に進んで交番し出力するように対応する十二種類の
パターン列であるインバータ起動時駆動基準信号ｍ
₁ と、前記三相インバータ３の出力が二相励磁信号が位
相を六十度ずつ順に進んで出力するように対応する六種
類のパターン列であるインバータ駆動基準信号ｍ₂ と
が、内部のＲＯＭ６１に書き込まれていて、起動時に前
記インバータ起動時駆動基準信号ｍ₁ をリードしてパタ
ーン繰り返し周期を所定短周期になるまで漸次速めてい
くように転流制御回路４へ繰り返し送信し、起動後は、
回転位置信号ｅ₃ を入力してパターン繰り返し周期を一
周期毎に所要に演算してインバータ駆動基準信号ｍ₂ を
繰り返し送信するようになっていることを特徴とするセ
ンサレスブラシレスモータを提供するものである。

【０００７】

【作用】直流電源７から直流を供電される三相インバー
タ３は、転流制御回路４からの転流制御信号ｅ₆ を入力
し、トランジスタ群Ｕ＋，Ｖ＋，Ｗ＋，Ｕ−，Ｖ−，Ｗ
−を所要にオン・オフ制御し、出力線３１，３２，３３
より交流を出力して三相固定子巻線２に給電して転流を
制御し、モータを駆動する。マイクロコンピュータ６
は、起動時にあっては、パターン繰り返し周期を漸次速
めていくように演算を行い、インバータ起動時駆動基準
信号ｍ₁ をリードする。転流制御回路４は、インバータ
起動時駆動基準信号ｍ₁ に対応した転流制御信号を三相
インバータ３へ出力する。このため、三相インバータ３
は、起動時にあっては永久磁石回転子１の回転位置に係
わらず、位相を三十度ずつ順に変化するように交番する
三相励磁信号と二相励磁信号を入力して内部のトランジ
スタ群をオン・オフ制御して出力線３１，３２，３３よ
り二−三相励磁の交流電圧を出力する。従って、三相固
定子巻線２に励磁電流が流れて回転磁界が発生し、該回
転磁界に同期して永久磁石回転子１が回転する。そうし
て、マイクロコンピュータ６がインバータ起動時駆動基
準信号ｍ₁ をパターン繰り返し周期を漸次速めていくよ
うに転流制御回路４へ繰り返し送信するから、永久磁石
回転子１が次第に加速されていく。上記場合、インバー
タ起動時駆動基準信号ｍ₁ は、１パターン出力する毎
に、ステップ角を三十度進ませて永久磁石回転子１を同
期モータ駆動することになる。そうして、もしも、モー
タ起動時に永久磁石回転子１に振動が発生するときは、
三相固定子巻線２の固定子巻線に振動電流が発生し、該
振動電流が、三相固定子巻線２が三相励磁されるとき
に、互いに反転の関係となって閉回路に流れジュール熱
となって消費し、振動エネルギーが吸収される。そうし
て、マイクロコンピュータ６がインバータ起動時駆動基
準信号ｍ₁ をパターン繰り返し周期を所定短周期に速め
て転流制御回路４へ送信した時点で、以上の同期モータ
駆動は終了し、永久磁石回転子１に発生する振動は充分
に小さくなる。

【０００８】マイクロコンピュータ６は、起動後はＲＯ
Ｍ６１からインバータ駆動基準信号ｍ₂ をリードし、回
転位置検出回路５から回転位置信号ｅ₃ を入力して、パ
ターン繰り返し周期を一周期毎に演算して転流制御回路
４へ繰り返し送信して三相固定子巻線２の誘導電圧の位
相にインバータ３の出力電圧の位相を合わせてセンサレ
スブラシレスモータ駆動を行い、直流モータと等価の電
気−機械エネルギー変換を行う。三相インバータ３は、
起動後にあっては永久磁石回転子１の電気角一回転当た
り六回の転流を生じる二相励磁信号を入力して内部のト
ランジスタ群をオン・オフ制御して出力線３１，３２，
３３より二相励磁の交流電圧を出力するから、三相固定
子巻線２に二相励磁の誘導電流が電気角一回転当たり六
回の転流を生じて、回転磁界が発生し、該回転磁界に同
期して永久磁石回転子１が回転し、永久磁石回転子１が
所定回転速度に加速されていく。

【０００９】

【実施例】以下、本発明のセンサレスブラシレスモータ
の実施例を図面を参照して説明する。この実施例のセン
サレスブラシレスモータは、図１（ａ）のブロック回路
に示すように、定常回転において固定子とのギャップ内
の磁束分布が基本波の三倍の次数の高調波を含む形状で
ある永久磁石回転子（ロータ）１と、三本の固定子巻線
２１，２２，２３がＹ結線されてなる三相固定子巻線２
と、直流電源７から給電されるように接続されていると
ともに三本の出力線３１，３２，３３が前記三相固定子
巻線２の三本の固定子巻線２１，２２，２３の非中性点
側端子と並列的に接続されていて転流制御信号（パルス
幅変調転流制御信号）により所要配列のトランジスタ群
Ｕ＋，Ｖ＋，Ｗ＋，Ｕ−，Ｖ−，Ｗ−をオン・オフ制御
して直流を交流に変換し出力線３１，３２，３３より出
力して三相固定子巻線２に給電して転流を制御する三相
インバータ３と、マイクロコンピュータ６から信号を入
力して所要のパルス幅変調を行い前記三相インバータ３
へ転流制御信号ｅ₆ を出力するパルス幅変調方式の転流
制御回路４と、前記三相固定子巻線２の誘起電圧の中か
ら基本波の三倍の高調波を検出して所要の回転位置信号
ｅ₃ をマイクロコンピュータ６へ永久磁石回転子１の回
転位置に応じたデータとして出力する回転位置検出回路
５とを備えてなる。この実施例のセンサレスブラシレス
モータは、起動時にあっては、マイクロコンピュータ６
がインバータ起動時駆動基準信号ｍ ₁ をリードし、三相
固定子巻線２を二相励磁と三相励磁を交番してかつ回転
磁界のステップ角が３０度ずつ進むように、三相インバ
ータ３が転流を行うので、例えばトランジスタＵ＋とＶ
−とＷ−がそれぞれオンで、トランジスタＶ＋とＷ＋と
Ｕ−がそれぞれオフであるとき三相励磁状態では、モー
タのＶ端子とＷ端子が同電位となり、この状態で永久磁
石回転子１が振動すると、電磁誘導によって固定子巻線
２２，２３のそれぞれに交流電流が発生し、図１（ｂ）
に示すように、電流の振動成分については（ロータを回
転させるための直流成分は含まない）、両相の位相が互
いに反転の関係にあるので、閉回路が構成されてこれに
流れてジュール熱に変わり、振動エネルギーが吸収さ
れ、その結果として、ロータ１の振動が小さくなる。な
お、二相励磁状態では、閉回路が構成されず、振動エネ
ルギーは吸収されない。

【００１０】回転位置検出回路５は、三本の抵抗線５
１，５２，５３がＹ結線されかつ各抵抗線５１，５２，
５３の非中性点側端子が前記三相固定子巻線２の三本の
固定子巻線２１，２２，２３の対応する非中性点側端子
に接続された三相抵抗回路５ａを有し、該三相抵抗回路
５ａの中性点の電位ｅ₂ と前記三相固定子巻線２の中性
点の電位ｅ₁ とを差動増幅器５ｂに入力して三相固定子
巻線２の各固定子巻線の誘起電圧を検出し該誘起電圧に
含まれる基本波の三×ｎ倍の高調波の中から永久磁石回
転子１の所定回転位置に応じた基本波の三倍の高調波に
のみ対応した所要の回転位置信号ｅ₃ を出力するように
構成されている。なお、回転位置検出回路５において、
永久磁石回転子１の所定回転位置に応じた基本波の三倍
の高調波を検出でき、基本波の三倍の高調波に応じた所
要の回転位置信号ｅ₃ を出力できることは、特開昭６２
−１８９９９３号の明細書中に第２図の等価回路を示し
て電磁気学理論として詳細に説明し公知となっているの
で、本願では理論的証明を省略する。

【００１１】マイクロコンピュータ６は、インバータ起
動時駆動基準信号ｍ₁ と、インバータ駆動基準信号ｍ₂
と、起動時パターン繰り返し周期決定プログラムｐ
₁ と、起動後パターン繰り返し周期決定プログラムｐ₂
が内部のＲＯＭ６１に書き込まれている。図２（ａ）
は、インバータ起動時駆動基準信号ｍ₁ に基づいて作動
する三相インバータの六個のトランジスタＵ＋，Ｖ＋，
Ｗ＋，Ｕ−，Ｖ−，Ｗ−のオン・オフを示すファンクシ
ョンテーブルであり、「１」はオン、「０」はオフを示
し、２⁰ 〜２⁵ は六個のトランジスタＵ＋，Ｖ＋，Ｗ
＋，Ｕ−，Ｖ−，Ｗ−に対応している。図２（ｂ）は、
インバータ起動時駆動基準信号ｍ₁ に基づいて、三相イ
ンバータが二−三相励磁駆動するときの電流ベクトルの
向きを示す。図３（ａ）は、インバータ駆動基準信号ｍ
₂ に基づいて作動する三相インバータの六個のトランジ
スタＵ＋，Ｖ＋，Ｗ＋，Ｕ−，Ｖ−，Ｗ−のオン・オフ
を示すファンクションテーブルであり、図３（ｂ）は、
インバータ駆動基準信号ｍ₂ に基づいて、三相インバー
タが二相励磁駆動するときの電流ベクトルの向きを示
す。従って、インバータ起動時駆動基準信号ｍ₁ は、図
２（ａ）のファンクションテーブルに示すようにパター
ン０━１━２━３━４━５━６━７━８━９━１０━１
１の順にトランジスタＵ＋，Ｖ＋，Ｗ＋，Ｕ−，Ｖ−，
Ｗ−がオン・オフするように、三相励磁信号と二相励磁
信号とが位相を三十度ずつ順に進んで交番し出力する十
二種類のパターン列としてＲＯＭ６１に書き込まれてい
るものであり、同様に、インバータ駆動基準信号ｍ
₂ は、図３（ａ）のファンクションテーブルに示すよう
にパターン０━１━２━３━４━５の順にトランジスタ
Ｕ＋，Ｖ＋，Ｗ＋，Ｕ−，Ｖ−，Ｗ−がオン・オフする
ように、二相励磁信号の位相が六十度ずつ順に進んで出
力する六種類のパターン列としてＲＯＭ６１に書き込ま
れているものである。起動時パターン繰り返し周期決定
プログラムｐ₁ は、インバータ起動時駆動基準信号ｍ₁
をリードする順序とタイミングが決められており、起動
後パターン繰り返し周期決定プログラムｐ₂ がインバー
タ駆動基準信号ｍ₂ をリードする順序とタイミングが決
められている。プログラムｐ₁ からプログラムｐ₂への
切替えは、プログラムｐ₁ において起動時パターン繰り
返し周期をタイマー管理していて誘起電圧ｅ₄ が充分に
安定して検出できるモータ回転数に達したら、例えば１
８００ｒ．ｐ．ｍになったらプログラム切替え信号をプ
ログラムｐ₂へ伝達するようになっている。図２（ｂ）
に示すように、二−三相励磁のときは、パターンが切り
替わる度に、電流ベクトルは電気角で３０度進み、回転
磁界のステップ角も３０度進み、また図３（ｂ）に示す
ように、二相励磁のときは、パターンが切り替わる度
に、電流ベクトルは電気角で６０度進み、回転磁界のス
テップ角も６０度進む。

【００１２】マイクロコンピュータ６は、起動時に、起
動時パターン繰り返し周期決定プログラムｐ₁ が作用し
てＲＯＭ６１から前記インバータ起動時駆動基準信号ｍ
₁ の十二種類のパターン列の中、制振を行うための初期
励磁として、最初は三相励磁信号となるようにリードし
て転流制御回路４へ約０．１秒間送信し、次いで、パタ
ーンの配列順に二相励磁信号━三相励磁信号━二相励磁
信号・・・と交番するようにリードして転流制御回路４
へ繰り返し送信し、起動時の最後は、起動後の励磁が二
相励磁であるため、二相励磁信号となるようにリードし
て転流制御回路４へ送信して終了するように構成されて
いる。ＲＯＭ６１には、パターン繰り返し周期を漸次速
めていくように上記のインバータ起動時駆動基準信号ｍ
₁ の繰り返し送信を行うプログラムｐ₁ がライトされて
いる。このプログラムｐ₁ は、基本クロックをタイマー
管理してパターン繰り返し周期を演算し、永久磁石回転
子１が高回転に推移して、例えば１８００ｒ．ｐ．ｍと
なって、ステップ切替えタイミングと誘起電圧検出信号
との位相差が例えば３０度となり、この時のパターン繰
り返し周期（所定短周期）になるまで該パターン繰り返
し周期を漸次速めていくようにプログラムされている。
そして、このプログラムｐ₁ は、パターン繰り返し周期
が所定短周期になったことを検知すると、起動後パター
ン繰り返し周期決定プログラムｐ₂ をリードする。

【００１３】マイクロコンピュータ６は、起動後は、起
動後パターン繰り返し周期決定プログラムｐ₂ が作用し
て前記回転位置検出回路５から回転位置信号ｅ₃ を入力
して該回転位置信号ｅ₃ からパターン繰り返しの一周期
毎に、一つ前のステップ更新から該信号が入力するまで
の時間と該信号の入力から次のステップ更新があるまで
の時間とが等しくなるように、次のパターン繰り返し周
期を演算するとともに、ＲＯＭ６１から前記インバータ
駆動基準信号ｍ₂ をリードして三相固定子巻線２の誘起
電圧の位相にインバータ３の出力電圧の位相を合わせて
それまでの同期モータ的駆動からセンサレスブラシレス
モータ駆動（＝直流モータ的駆動）に変換するための切
替え調整として、最初の基準信号の送信を不連続に所要
角度例えば３０度進めるように転流制御回路４へ送信す
るようにして、インバータ駆動基準信号ｍ₂ の送信を各
周期毎に演算して繰り返し送信するように構成されてい
る。なお、インバータ駆動基準信号ｍ₂ のステップ切替
えタイミングを不連続に所要角度進めるように転流制御
回路４へ送信するのは、起動時の初期に固定子巻線２の
誘起電圧の位相がインバータ３の出力電圧の位相よりも
９０度進んだ状態で起動が行われ、例えば１８００ｒ．
ｐ．ｍになると、負荷の大小により位相差が０から約４
５°の範囲に小さくなる、一般的には３０度に小さくな
るが、起動時の同期モータ的駆動から起動後のセンサレ
スブラシレスモータ駆動に変換するには、固定子巻線２
の誘起電圧の位相にインバータ３の出力電圧の位相を合
わせるためである。

【００１４】さらに、マイクロコンピュータ６は、起動
後パターン繰り返し周期決定プログラムｐ₂ の作用によ
り起動後は、インバータ駆動基準信号ｍ₂ の送信と並行
して、前記回転位置信号ｅ₃ に基づいて永久磁石回転子
１の回転速度に対応した回転速度対応信号ｅ₄ を前記転
流制御回路４へ出力するようになっている。

【００１５】転流制御回路４は、起動時は前記インバー
タ起動時駆動基準信号ｍ₁ に対し内部のリミッタ回路４
１のリミット一杯にパルス幅変調して転流制御信号を前
記三相インバータ３へ出力し、起動後はマイクロコンピ
ュータ６から前記インバータ駆動基準信号ｍ₂ と回転速
度対応信号ｅ₄ とを入力し、前記インバータ駆動基準信
号ｍ₂ と外部から入力される速度指令ｅ₅ とを比較器４
３において比較し比較結果の符号に基づいてパルス幅変
調部（ＰＷＭ）４２において増減方向を適切に決定し、
前記インバータ駆動基準信号ｍ₂ と速度指令ｅ₅ との偏
差を解消するように前記インバータ駆動基準信号ｍ₂ に
対して所要にパルス幅変調して転流制御信号４ａを前記
三相インバータ３へ出力するようになっている。

【００１６】図４はタイミングチャートを示す。図の中
央から左半分が極低速時の同期モータ的動作であり、右
半分が直流モータ的動作である。（ａ）はマイクロコン
ピュータの基本クロック、（ｂ）マイクロコンピュータ
において三相インバータの出力電圧波形を生成する基と
なるステップ切換えタイミング信号で、右半分の矩形波
の立ち上がりと立ち下がりのエッジがステップ切換えタ
イミングであり、（ｃ）は誘起電圧中の基本波の三倍の
高調波を差動増幅器で検出して波形整形した後の回転位
置信号、（ｄ）は波形整形前の誘起電圧検出信号、
（ｅ）は三相インバータのトランジスタ群がオン・オフ
していない状態でモータが回転するときに一相の固定子
巻線に生起する誘起電圧、（ｆ）と（ｇ）は三相インバ
ータの一相分の対のトランジスタをオン・オフ制御する
制御信号、（ｈ）は三相インバータより出力される一相
の固定子巻線に印加されるパルス幅変調されたインバー
タ出力電圧を示している。（ｆ）と（ｇ）と（ｈ）にお
いて、多数の直線状の縦の点線は波形がパルス巾変調を
受けていることを示している。（ｅ）と（ｈ）との位相
のずれを考察すると、極低速時の固定子巻線の誘起電圧
の位相が三相インバータの出力電圧の位相に対して約９
０°位相が進んでいることが分かる。

【００１７】次に、上述した構成の実施例のセンサレス
ブラシレスモータの作用を説明する。速度指令ｅ₅ を転
流制御回路４に与え、モータを駆動すると、直流電源７
から三相インバータ３へ電流が流れ、マイクロコンピュ
ータ６が、起動時は、ＲＯＭ６１に書き込まれているイ
ンバータ起動時駆動基準信号ｍ₁ をリードし、また起動
後は、インバータ駆動基準信号ｍ₂ をリードして転流制
御回路４へ送信し、このため、三相インバータ３は、マ
イクロコンピュータ６から送信される信号をパルス幅変
調して出力する転流制御回路４からの転流制御信号ｅ₆
を入力し、トランジスタ群Ｕ＋，Ｖ＋，Ｗ＋，Ｕ−，Ｖ
−，Ｗ−を所要にオン・オフ制御し、出力線３１，３
２，３３に交流電圧を出力して三相固定子巻線２に給電
して転流を制御する。

【００１８】マイクロコンピュータ６は、起動時にあっ
ては、ＲＯＭ６１に書き込まれている二種類の信号モー
ドの中、インバータ起動時駆動基準信号ｍ₁ をリードし
て転流制御回路４へ送信する。インバータ起動時駆動基
準信号ｍ₁ のパターン繰り返し周期は、マイクロコンピ
ュータ６が内部クロックに基づいてタイマー管理して漸
次速めていくように演算する。マイクロコンピュータ６
は、制振を行うための初期励磁として、最初は三相励磁
信号となるようにリードして転流制御回路４へ送信し、
次いで、パターンの配列順に二相励磁信号━三相励磁信
号━二相励磁信号・・・と交番するようにリードして転
流制御回路４へ繰り返し送信し、起動時の最後は、起動
後の励磁が二相励磁であるため、二相励磁信号となるよ
うにリードして転流制御回路４へ送信する。転流制御回
路４は、インバータ起動時駆動基準信号ｍ₁ に対し内部
のリミッタ回路４１のリミット一杯にパルス幅変調して
転流制御信号を三相インバータ３へ出力する。このた
め、三相インバータ３は、起動時にあっては永久磁石回
転子１の回転位置に係わらず、永久磁石回転子１の電気
角一回転あたり十二回の転流を生じるように、パターン
繰り返し周期を管理されかつパルス幅変調された位相を
三十度ずつ順に変化するように交番する三相励磁信号と
二相励磁信号を入力して内部のトランジスタ群をオン・
オフ制御して出力線３１，３２，３３より二−三相励磁
の交流電圧を出力する。従って、三相固定子巻線２に励
磁電流が流れて、固定子巻線２１，２２，２３の各誘起
電圧がそれぞれ対応する三相インバータ３の出力線３
１，３２，３３の各出力電圧に対して約９０°位相が進
んだ状態に回転磁界が発生し、該回転磁界に同期して永
久磁石回転子１が回転する。この場合、インバータ起動
時駆動基準信号ｍ₁ は、三相励磁信号と二相励磁信号と
が位相を三十度ずつ順に変化するように交番する十二種
類のパターン列であるから、前記回転磁界は永久磁石回
転子１が電気角十二分の一回転する毎に、ステップ角を
三十度進ませて永久磁石回転子１を同期モータ駆動する
ことになる。そうして、もしも、モータ起動時に永久磁
石回転子１に振動が発生するときは、三相固定子巻線２
の固定子巻線に振動電流が発生し、該誘導電流が、三相
固定子巻線２が三相励磁されるときに、互いに反転の関
係となって閉回路に流れジュール熱となって消費し、振
動エネルギーが吸収され、その結果として、三相固定子
巻線２が三相励磁されるときには永久磁石回転子１の振
動を閉回路とはならない二相励磁のときに比べて大きく
抑制することができ、同期モータ動作時間を短縮でき、
永久磁石回転子１の逆転現象が起こりづらくなり、負荷
が変動したり負荷イナーシャが大きい場合でも安定した
起動特性が得られる。なお、永久磁石回転子１の加速に
連動して三相固定子巻線２の誘起電圧のインバータ３の
出力電圧に対する進み具合が次第に減小していくととも
に、三相固定子巻線２の誘起電圧の三倍の高調波と回転
位置検出回路５の回転位置信号ｅ₃ との位相差も同様に
減小していく。そうして、マイクロコンピュータ６がイ
ンバータ起動時駆動基準信号ｍ₁ をパターン繰り返し周
期を所定短周期（例えば、永久磁石回転子１の回転数に
換算して１８００ｒ．ｐ．ｍ）に速めて転流制御回路４
へ送信した時点で、以上の同期モータ駆動は終了し、以
後、永久磁石回転子１に発生する振動は極めて小さくな
る。

【００１９】マイクロコンピュータ６は、起動時にウオ
ッチングしていたパターン繰り返し周期が所定短周期に
なると、ＲＯＭ６１からリードする信号モードをインバ
ータ起動時駆動基準信号ｍ₁ からインバータ駆動基準信
号ｍ₂ に切替えてリードして転流制御回路４へ送信す
る。そして、マイクロコンピュータ６は、必要な場合に
はステップ切替えタイミングを不連続に所要角度進める
ようにインバータ駆動基準信号ｍ₂ をステップ更新して
転流制御回路４へ送信して三相固定子巻線２の固定子巻
線２１，２２，２３の誘導電圧の位相にインバータ３の
出力電圧の位相を進ませて合わせ、直流モータと等価の
電気−機械エネルギー変換を行う。さらに、マイクロコ
ンピュータ６は、この時点より前記回転位置検出回路５
から回転位置信号ｅ₃ を入力して、この信号から一周期
毎にパターン繰り返し周期を所要に演算してインバータ
駆動基準信号ｍ₂ を繰り返し送信してセンサレスブラシ
レスモータ駆動を行う。さらにマイクロコンピュータ６
は、回転位置信号ｅ₃ に基づいて回転速度対応信号ｅ₄
を転流制御回路４へ出力する。従って、転流制御回路４
は、起動後はインバータ駆動基準信号ｍ₂ と回転速度対
応信号ｅ₄ とを入力し、インバータ駆動基準信号ｍ₂ と
外部から入力される速度指令ｅ₅ とを比較し比較結果の
符号に基づいてパルス幅変調の増減方向を適切に決定
し、インバータ駆動基準信号ｍ₂ に対して所要にパルス
幅変調して転流制御信号ｅ₆ を三相インバータ３へ出力
する。このため、三相インバータ３は、起動後にあって
は永久磁石回転子１の電気角一回転当たり六回の転流を
生じる所要にパルス幅変調された二相励磁信号を入力し
て内部のトランジスタ群をオン・オフ制御して出力線３
１，３２，３３より二相励磁の交流電圧を出力する。従
って、三相インバータ３から三相固定子巻線２に給電さ
れる二相励磁電流が永久磁石回転子１の電気角一回転あ
たり六回の転流を生じて、固定子巻線２１，２２，２３
の各誘起電圧がそれぞれ対応する三相インバータ３の出
力線３１，３２，３３の各出力電圧に対して位相が等し
い状態に回転磁界が発生し、該回転磁界に同期して永久
磁石回転子１が回転する。そうして、転流制御回路４が
回転速度対応信号ｅ₄ と外部から入力される速度指令ｅ
₅ とを比較し比較結果の符号に基づいてパルス幅変調の
増減方向を適切に決定し、回転速度対応信号ｅ₄ と速度
指令ｅ₅ との偏差を漸減するように転流制御信号を出力
するから、これに従って永久磁石回転子１が所定回転速
度に加速されていく。

【００２０】実験結果によれば、ロータの制振を行うた
めの初期励磁を達成するのに要した時間は、従来では
０．３秒かかったのに対し、本発明では０．１秒しかか
からず、また初期励磁を含めて同期モータ動作が終了す
るまでの時間は、従来では２．５秒かかったのに対し、
本発明ではたった０．３秒しかかからなかった。

【００２１】本発明は、上記実施例に限定されるもので
はない。例えば、上記実施例では、マイクロコンピュー
タ６は、起動時から起動後の切替えに際して三相固定子
巻線２の誘導電圧の位相にインバータ３の出力電圧の位
相を進ませて合わせるため、ステップ切替えタイミング
を不連続に所要角度進めるように、インバータ駆動基準
信号ｍ₂ をステップ更新して転流制御回路４へ送信する
ようになっているが、これは必要的ではない。その理由
は、起動の初期は、確かに、固定子巻線２１，２２，２
３の各誘起電圧がそれぞれ対応する三相インバータ３の
出力線３１，３２，３３の各出力電圧に対して約９０°
位相が進んだ状態に回転磁界が発生するが、回転数が高
まると位相ずれが０°に近づくことが多くそうした場合
には位相合わせの必要はなく、位相合わせが必要なとき
は、回転数が高まっても位相ずれが２０°〜３０°位残
るような使用条件のときにのみ実施すれば足りる。また
本発明は、三相インバータ３として、パルス幅変調方式
のものでなく、振幅変調方式のものを採用し、これに伴
い、転流制御回路４のリミッタ回路４１とパルス幅変調
部（ＰＷＭ）４２に変えて、電流制限回路と振幅変調部
（ＰＡＭ）とを採用しても良い。また、回転位置検出回
路５は、誘起電圧を検出する構造のものではなく、永久
磁石回転子１の回転位置信号が検出できれば良く、特開
昭５９−１２７５９１号の電動機の制御装置や特公昭５
８−２５０３８号の無整流子電動機の回転子位置検出回
路に示される回転位置の検出方法を採用した構造のもの
でも良い。

【００２２】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明のセン
サレスブラシレスモータによれば、モータ起動時に三相
固定子巻線において、三相励磁信号と二相励磁信号とが
位相を三十度ずつ交番して進むように三相インバータが
直流を三相交流に変換しうるインバータ起動時駆動基準
信号を、マイクロコンピュータから転流制御回路へ出力
するように構成したので、永久磁石回転子が電気角十二
分の一回転する毎に、回転磁界をステップ角を三十度進
ませて永久磁石回転子を二相と三相の交番励磁により同
期モータ駆動することになり、従来のように、永久磁石
回転子が電気角六分の一回転する毎に、回転磁界をステ
ップ角を六十度進ませて永久磁石回転子を二相励磁によ
り同期モータ駆動する場合に比して、回転磁界が効率的
に機械エネルギーに変換されることに加えて、モータ起
動時に三相固定子巻線を三相励磁するときに永久磁石回
転子に発生する振動のために、三相固定子巻線の固定子
巻線に生起する誘起電圧（振動成分電圧）の両相の位相
が、互いに反転の関係となって振動成分電流について電
流の閉回路を構成しジュール熱となって消費し、振動エ
ネルギーが吸収され、その結果として、三相固定子巻線
が二−三相励磁されるときには、従来のように、閉回路
とはならない二相励磁のときに比べて、永久磁石回転子
の振動を機械的でなく電気的に大きく抑制することがで
き、上記実験結果のように、同期モータ動作時間を短縮
でき、永久磁石回転子の逆転現象が起こりづらくなり、
負荷が変動したり負荷イナーシャが大きい場合でも安定
した起動特性が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の実施例のセンサレスブラシレ
スモータのブロック回路、（ｂ）は起動時の三相励磁の
ときに振動成分電圧の閉回路が生ずることを説明する
図。

【図２】（ａ）は、三相インバータの六個のトランジス
タ群がインバータ起動時駆動基準信号に基づいて作動す
るオン・オフのパターン列を示すファンクションテーブ
ルであり、（ｂ）は、インバータ起動時駆動基準信号に
基づいて、三相インバータが二−三相励磁駆動するとき
の電流ベクトルの向きを示す図。

【図３】（ａ）は、三相インバータの六個のトランジス
タ群がインバータ駆動基準信号に基づいて作動するオン
・オフのパターン列を示すファンクションテーブルであ
り、（ｂ）は、インバータ起動時駆動基準信号に基づい
て、三相インバータが二相励磁駆動するときの電流ベク
トルの向きを示す図。

【図４】本発明の実施例のセンサレスブラシレスモータ
のブロック回路のタイミングチャート。

【符号の説明】

１ ・・・永久磁石回転子、 ２ ・・・三相固定子巻線、 ３ ・・・三相インバータ、 ３１ ・・・電圧出力線、 ３２ ・・・電圧出力線、 ３３ ・・・電圧出力線、 ４ ・・・転流制御回路、 ４１ ・・・リミッタ回路、 ５ ・・・回転位置検出回路、 ５ａ ・・・三相抵抗回路、 ５ｂ ・・・差動増幅器、 ６ ・・・マイクロコンピュータ、 ６１ ・・・ＲＯＭ、 ｍ₁ ・・・インバータ起動時駆動基準信号、 ｍ₂ ・・・インバータ駆動基準信号、 ７ ・・・直流電源、 ｅ₃ ・・・回転位置信号、 ｅ₆ ・・・転流制御信号、

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−165988（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−189993（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−183293（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−340391（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−42796（ＪＰ，Ａ) 国際公開92／7412（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 6/18

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 永久磁石回転子と、三相固定子巻線と、
   直流電源から給電されて転流制御信号によりトランジス
   タ群を所要にオン・オフ制御して出力線に交流電圧を出
   力して三相固定子巻線の転流を制御する三相インバータ
   と、前記三相インバータへ転流制御信号を出力する転流
   制御回路と、前記三相固定子巻線の誘起電圧を検出して
   永久磁石回転子の回転位置に応じた回転位置信号を出力
   する回転位置検出回路と、前記回転位置検出回路と前記
   転流制御回路の間に介設されたマイクロコンピュータと
   を備え、前記マイクロコンピュータは、前記三相インバ
   ータの出力が三相励磁信号と二相励磁信号とが位相を三
   十度ずつ順に進んで交番し出力するように対応する十二
   種類のパターン列であるインバータ起動時駆動基準信号
   と、前記三相インバータの出力が二相励磁信号が位相を
   六十度ずつ順に進んで出力するように対応する六種類の
   パターン列であるインバータ駆動基準信号とが、内部の
   ＲＯＭに書き込まれていて、起動時に前記インバータ起
   動時駆動基準信号をリードしてパターン繰り返し周期を
   所定短周期になるまで漸次速めていくように転流制御回
   路へ繰り返し送信し、起動後は、回転位置信号を入力し
   てパターン繰り返し周期を一周期毎に所要に演算してイ
   ンバータ駆動基準信号を繰り返し送信するようになって
   いることを特徴とするセンサレスブラシレスモータ。