JP3276721B2 - 直流ブラシレスモータの駆動制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は直流ブラシレスモータの
駆動制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】３相巻線を星形に結線したステータと永
久磁石からなるロータとからなるブラシレスモータと、
このブラシレスモータの入力端に接続されたインバータ
とを備えた直流ブラシレスモータを駆動制御する装置で
あって、３相巻線のうちの１相分にサイクリックに生ず
る無通電相に発生する誘導起電力の極性および大きさの
変化に基づいてロータの位置および回転速度を判定する
判定手段と、この判定手段の出力端に接続されたフォト
カプラと、このフォトカプラを介して伝達される判定手
段の判定結果に従って３相巻線のうちの２つの通電相を
順次決定し、所望の回転速度およびトルクを発生させる
ために直流電源から可調整の通電時間比率をもって交流
電流を供給すべくインバータを通電制御する制御手段と
を備えた直流ブラシレスモータの駆動制御装置は公知で
ある。

【０００３】また、この逆起電力に基づくロータの位置
判定は無通電相の巻線の誘起電圧と星形結線された巻線
の中性点を基準として大小比較し、その比較結果をフィ
ルタ回路を介して判定する方法、および無通電相巻線で
の誘起電圧をインバータ直流電圧の中間点（１／２電圧
点）を基準電圧として大小比較して判定する方法がよく
知られている。

【０００４】この種の駆動制御装置における一つの大き
な課題は、無通電相の巻線に発生する誘起起電圧と他方
の基準電圧との比較である。従来、この比較にはアナロ
グ形の電圧比較器が用いられている。この電圧比較器は
ＩＣ（集約回路）モジュール化され、これを動作させる
ための電源電圧の定格値は一般に３６Ｖ以下のような低
電圧であり、入力電圧範囲はさらに低い値である。その
ため、空気調和機の圧縮機駆動用インバータのようにイ
ンバータの入力電圧が２８０Ｖのように高い場合には、
電圧比較器に無通電相の巻線の誘起電圧を直接入力する
ことは不可能であり、巻線の誘起電圧および基準電圧の
両方を同じ比率で分圧して電圧比較器の比較電圧ないし
基準電圧としている。

【０００５】他方、モータ巻線の誘起電圧の大きさはモ
ータ速度に比例するため、モータをインバータにより可
変速駆動する場合、特に低速度領域での電圧比較では高
い比較精度が要求される。この要求を満たすためには、
電圧比較器の電源、比較電圧および基準電圧を定格範囲
内で極力高く設定する必要がある。

【０００６】そこで、この電圧比較器用電源としては例
えば主回路直流電圧回路に接続したトランス介在形のＤ
Ｃ−ＤＣコンバータによる電源回路を用いることが考え
られるが、ＤＣ−ＤＣコンバータを用いる場合、この電
圧比較器のためだけに新規に複雑かつ高価な回路装置を
必要とする欠点があった。

【０００７】このため、さらに比較的簡易な方法として
は主回路直流電圧を基に、ツェナーダイオードと直列抵
抗から得ることが考えられる。

【０００８】このツェナーダイオードを用いた電源回路
は図３に示すような回路構成を持っている。図３におい
て、まず主回路について述べるならば、ブラシレスモー
タ２はＲ，Ｓ，Ｔの各相巻線とそれに直列の内部誘導起
電力を表す図記号とより表現された星形結線の３相巻線
を有するステータによって示されている。ここにはロー
タの図示は省略されている。モータ２の巻線端と直流電
源との間にインバータ４が介在されている。インバータ
４はそれぞれ可制御整流素子たとえばトランジスタとそ
れに逆並列接続のダイオードとからなる６つのアーム
Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，ＹおよびＺを３相ブリッジ結線したも
のである。このインバータ４は基本的には直流電源端子
Ｐ，Ｎから入力される直流電力を任意周波数の交流電力
に変換してブラシレスモータ２に供給する。アームＵ，
Ｖ，Ｗは直流プラス側に配置され、アームＸ，Ｙ，Ｚは
直流マイナス側に配置されている。これら各アームの可
制御整流素子は制御回路６により、モータ２の３相巻線
のうち、順次サイクリックに２相ずつ通電するようにド
ライバＤを介して導通制御される。無通電の他の１相の
巻線の誘導起電力を用いてロータの回転位置および回転
速度を判別する。この判別のために、モータ２の各相巻
線Ｒ，Ｓ，Ｔの端子と直流電源マイナス端子Ｎとの間に
それぞれ接続された一対の分圧抵抗からなる分圧回路８
によって得られた電圧を各相毎に設けられた比較器１０
に比較電圧として導入している。各比較器１０の基準端
子には直流電源端子Ｐ，Ｎの間に接続された互いに等し
い値の一対の直列抵抗１１および１２の中間接続点から
得られる直流電源Ｐ，Ｎ間の中間電位を入力している。
各比較器１０の出力信号はそれぞれ電気的絶縁のための
フォトカプラ１４を介して制御回路６に入力される。フ
ォトカプラ１４は周知のごとく発光素子（例えばＬＥＤ
＝発光ダイオード）および受光素子（例えばフォトトラ
ンジスタ）によって構成される。

【０００９】各比較器１０および各フォトカプラ１４
（の発光素子）の動作電源を得るために直流電源端子
Ｐ，Ｎ間に電源回路１６が接続され、その出力が比較器
１０および各フォトカプラ１４に供給されている。イン
バータ４のプラス側アームＵ，Ｖ，Ｗに設けられている
ドライバＤの動作電源は各相毎にインバータ出力端子
Ｒ，Ｓ，Ｔから電源回路１８を介して得られ、マイナス
側アームＸ，Ｙ，Ｚに設けられている各ドライバＤの動
作電源は直流電源マイナス端子Ｎから電源回路２０を介
して得られている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上のようなツェナー
ダイオードを用いた回路においては、電圧比較器の電源
とフォトカプラの電源が共通化され、フォトカプラを構
成する発光素子にもツェナーダイオードを用いた電源回
路から電流が供給されるようになっている。

【００１１】ところが、このフォトカプラを構成する発
光素子（ＬＥＤ）が比較的大きな電流を消費する電流形
素子であることから、ツェナーダイオードと直列の抵抗
での電力損失が大きく、定格の大きい抵抗素子を必要と
していた。また、このため、抵抗の発熱量も多くなるの
で放熱対策も必要になるという問題があった。

【００１２】したがって本発明は可及的に簡単な構成で
あって発熱量も少なくてすむ直流ブラシレスモータの駆
動制御装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、３相巻線を星形に結線したステータと永久
磁石からなるロータとからなるブラシレスモータと、こ
のブラシレスモータの入力端に接続されたインバータと
を備えた直流ブラシレスモータを駆動制御する装置であ
って、３相巻線のうちの１相分にサイクリックに生ずる
無通電相に発生する誘導起電力に基づいてロータ位置を
表す信号を出力する比較器と、この比較器の出力端に接
続されたフォトカプラと、このフォトカプラを介して伝
達される比較器の比較結果に従って３相巻線のうちの２
つの通電相を順次決定してインバータを通電制御する制
御手段とを備えた直流ブラシレスモータの駆動制御装置
において、比較器に動作電力を供給する比較器用電源回
路をインバータの直流電源の端子間に接続し、フォトカ
プラの発光素子の動作電流を比較器用電源回路とは別の
電源回路からとるようにしたことを特徴とするものであ
る。

【００１４】

【作用】比較器の動作電源をインバータの直流電源から
とり、フォトカプラの動作電源を比較器用電源回路とは
別の電源からとるとることにより、上記従来技術の項で
述べた課題をすべて解決することができる。

【００１５】本発明は、比較器は微小電圧の大小判定を
安定させるために十分な電源電圧と比較入力電圧を必要
とするが、消費電流はわずかであるのに対し、フォトカ
プラの電源は高速フォトカプラにありがちな低変換効率
をカバーするため比較的大きな電流を必要とするが、精
度や安定度はあまり必要とされない、ということに着目
してなされたものであり、上記本発明の構成はこれを巧
みに応用したものである。

【００１６】

【実施例】図１は本発明の一実施例を示すものである。
図１において図３と同一の回路要素は同一の符号を付し
て示されている。図１の装置の特徴の一つは比較器１０
の動作電流を直流電源端子Ｐ，Ｎ間から電源回路２２を
介してとっていることであり、他の一つはフォトカプラ
１４の発光素子の動作電源を直流電源端子Ｎに接続され
た電源回路２０からとっていることである。電源回路２
２は、直流電源端子Ｐ，Ｎ間に接続された抵抗２３およ
びツェナーダイオード２４の直列回路と、ツェナーダイ
オード２４に並列接続されたコンデンサ２５とからなっ
ている。他の回路部分は図３の回路と変わりがない。な
お、コンデンサ２５は場合によっては省略可能である
が、これを接続しておけば瞬時的な電圧変動を抑制する
ことができる。

【００１７】いま、特定相、例えばＳ相の巻線電圧に着
目して比較器１０およびフォトカプラ１４の動作につい
て説明すれば、次の通りである。

【００１８】Ｓ相の比較器１０には直列抵抗１１，１２
の接続点の電圧が基準電圧Ｂとして入力され、分圧器８
からＳ相電圧が比較電圧Ｃとして入力される。Ｓ相の比
較器１０は両電圧Ｂ，Ｃを比較し、図２に示すように、
Ｃ＞Ｂ であれば出力端ＤにＨ信号を出力し、その出力
側に接続されたフォトカプラ１４は不動作（ＬＥＤ電流
零）である。Ｑ時点で Ｃ≦Ｂ になると、比較器１０
はＬ信号を出力し、その出力側に接続されたフォトカプ
ラ１４のＬＥＤに電源回路２０からＬＥＤ電流Ｅが流
れ、それに対応して発光し、フォトトランジスタが導通
して制御回路６にＦ点からＬレベル信号が伝達される。

【００１９】上記いずれの場合にも比較器電源回路２２
からフォトカプラ１４の発光素子に電流が供給されるこ
とはなく、また抵抗２３の抵抗値を適当に選択すること
により、この電圧が低くてもフォトカプラ１４による信
号伝達のために十分な素子電流を供給することができ
る。

【００２０】本発明によれば、比較器１０は微小電圧の
大小判定を安定させるために十分な電源電圧と比較入力
電圧を直流電源回路からツェナーダイオード２４を介し
てとり、しかも直列抵抗２３を用いてはいるが、比較器
１０の消費電流はわずかであって電力損失が問題になる
ことはない。他方、フォトカプラ１４の電源は低変換効
率をカバーするために必要とする比較的大きな電流を必
要するが、精度や安定度はあまり必要とされないので、
その電源をマイナス側ドライバ電源回路２０から得てい
る。

【００２１】

【発明の効果】かくして本発明によれば従来技術に存在
した問題点を回避し、高信頼性で回路構成の簡単な直流
ブラシレスモータの駆動制御装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による駆動制御装置の一実施例を示す回
路接続図。

【図２】図１の装置の動作状態を説明するためのタイム
チャート。

【図３】従来の駆動制御装置の一例を示す回路接続図。

【符号の説明】

２ ブラシレスモータ ４ インバータ ６ 制御回路 ８ 分圧回路 １０ 比較器 １４ フォトカプラ １８ 電源回路 ２０ 電源回路 ２２ 電源回路 ２３ 抵抗 ２４ ツェナーダイオード ２５ コンデンサ Ｐ，Ｎ 直流電源端子 Ｄ ドライバ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】３相巻線を星形に結線したステータと永久
   磁石からなるロータとからなるブラシレスモータと、こ
   のブラシレスモータの入力端に接続されたインバータと
   を備えた直流ブラシレスモータを駆動制御する装置であ
   って、前記３相巻線のうちの１相分にサイクリックに生
   ずる無通電相に発生する誘導起電力に基づいてロータ位
   置を表す信号を出力する比較器と、この比較器の出力端
   に接続されたフォトカプラと、このフォトカプラを介し
   て伝達される前記比較器の比較結果に従って３相巻線の
   うちの２つの通電相を順次決定して前記インバータを通
   電制御する制御手段とを備えた直流ブラシレスモータの
   駆動制御装置において、 前記比較器に動作電力を供給する比較器用電源回路を前
   記インバータの直流電源の端子間に接続し、 前記フォトカプラの発光素子の動作電流を前記比較器用
   電源回路とは別の電源回路からとるようにしたことを特
   徴とする直流ブラシレスモータの駆動制御装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の駆動制御装置において、
   前記フォトカプラの発光素子の動作電流を前記インバー
   タのマイナス側アームを駆動するためのドライバ用動作
   電源回路から得るようにしたことを特徴とする直流ブラ
   シレスモータの駆動制御装置。