JP3332612B2 - ブラシレスモータ駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ブラシレスモータ駆動
装置に関し、特に誘起電圧による回転子の検知位置に基
づいてブラシレスモータの運転制御を行なうものに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、ブラシレスモータは、複数極の永
久磁石を有する回転子と、回転子を回転させるための回
転磁界を発生させる複数の固定子巻線を有する固定子と
を備えており、このブラシレスモータを運転制御するブ
ラシレスモータ駆動装置は、回転子を効率良く回転させ
るため固定子巻線に生じる誘起電圧と中性点電圧とを比
較することにより回転子の位置を検出し、例えば回転子
が６０度回転する度に通電する固定子巻線の組合せを順
次変えるようにしたものがある。

【０００３】ここで、図６は、このような運転制御にお
ける固定子巻線の誘起電圧波形を示すものであり、同図
においては６０度毎に転流が行なわれ、この転流時にブ
ラシレスモータからスパイク電圧が生じることを示して
いる。また、固定子巻線に生じる誘起電圧が次第に増加
して中性点電圧に達すると、この時点で回転子の位置検
出が行なわれると共に、この後電気角が３０度となる所
定の遅延時間Ｔが経過すると転流が行なわれて通電され
る固定子巻線の組合せが変えられることを示している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
従来のブラシレスモータ駆動装置においては、モータ負
荷が大きくなると転流時のスパイク電圧幅Ｈが大きくな
り、スパイク電圧終了時における誘起電圧と中性点電圧
との差（以下余裕度という）Ｖｓが、図７に示すように
小さくなることとなる。

【０００５】そして、このように余裕度Ｖｓが小さくな
ると誘起電圧と中性点電圧との比較が困難となって正確
な位置検出運転が難しいものとなり、またモータ負荷が
更に大きくなるとスパイク電圧幅Ｈがさらに大きくなっ
て余裕度Ｖｓがなくなり、位置検出そのものが不可能と
なる場合もあり、位置検出運転の信頼性を低下させると
いう問題点もあった。

【０００６】また、モータへの通電開始直後から、定常
運転に至るまでの間においては、回転子が低速回転して
いるため固定子巻線に生じる誘起電圧が小さく、また回
転子速度も不安定な場合が多い。このため、定常運転時
のような電気角度Ｔを遅延時間とした場合、安定した運
転が難しくなるという問題点があった。

【０００７】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたものであり、モータ負荷に拘らず正確な位
置検出を可能とすると共に、ブラシレスモータの運転状
態に拘らず安定した位置検出運転を可能とするブラシレ
スモータ駆動装置を提供することを目的とするものであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、複数
極の永久磁石を有する回転子と、前記回転子を回転させ
るための回転磁界を発生させる複数の固定子巻線を有す
る固定子とを備えたブラシレスモータと、前記複数の固
定子巻線への通電組合せを順次変えて前記回転磁界を発
生させるインバータと、前記固定子巻線に生じる誘起電
圧に基づいて前記回転磁界により回転している前記回転
子の位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段
から入力される位置検知信号に基いて前記インバータに
通電組合せを変える通電切換信号を出力する一方、前記
通電切換信号を位置検出時間から所定の遅延時間が経過
した後、出力するようにした制御装置とを備え、前記制
御装置には、前記遅延時間を前記ブラシレスモータの転
流時に発生するスパイク電圧の電圧幅に応じて変更する
遅延時間変更手段が設けられているものである。

【０００９】請求項２の発明は、前記制御装置には、前
記位置検知信号に基いて前記回転子の回転速度を検出す
る回転速度検出手段と、前記遅延時間を前記スパイク電
圧の電圧幅と前記回転速度検出手段により検出された回
転速度とにより変更する遅延時間変更手段とが設けられ
ているものである。

【００１０】

【００１１】

【作用】請求項１の発明では、インバータにてブラシレ
スモータの固定子に巻かれた複数の固定子巻線への通電
組合せを順次変えて回転磁界を発生させることにより、
複数極の永久磁石を有する回転子を回転させるようにす
る。また、位置検出手段により、固定子巻線に生じる誘
起電圧に基づいて回転している回転子の位置を検出する
ようにする。そして、インバータに通電組合せを変える
通電切換信号を出力する制御装置は、この位置検出手段
から入力される位置検知信号に基いて通電切換信号を位
置検出時間から所定の遅延時間が経過した後、出力する
ようにする。さらに、制御装置に設けられた遅延時間変
更手段により、遅延時間をブラシレスモータの転流時に
発生するスパイク電圧の電圧幅に応じて変更するように
する。

【００１２】請求項２の発明では、制御装置に設けられ
た回転速度検出手段により位置検知信号に基いて回転子
の回転速度を検出する一方、遅延時間変更手段により遅
延時間をスパイク電圧の電圧幅と回転速度検出手段によ
り検出された回転速度とにより変更するようにする。

【００１３】

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。

【００１５】図１は、本発明に係るブラシレスモータ駆
動装置の回路図である。

【００１６】同図において、１はブラシレスモータ（以
下モータという）、２は交流電源、３は整流回路、４は
複数のスイッチング素子を備え、モータ１の固定子巻線
に順次通電して回転子を回転させる回転磁界を発生させ
るインバータ、５は電流検知器である。

【００１７】６はモータ１の各固定巻線７ａ，７ｂ，７
ｃに生じる誘起電圧に基づいて回転磁界により回転して
いる固定子の位置を検出する位置検出手段である位置検
出回路であり、８は位置検出回路６により検出された固
定子の位置に基づいて固定子巻線への通電組合せを切り
換えるようインバータ４に通電切換信号を出力すると共
に回転子の回転速度を検出する回転速度検出手段を備え
たマイコンにて構成されている制御装置である。

【００１８】ところで、この制御装置８は、検出した回
転子の回転速度と、所定の回転速度Ｎｓとを比較し、こ
の検出された回転速度の方が所定の回転速度Ｎｓより遅
い場合には、モータ１は通電開始直後から定常運転に至
るまでの間における運転状態と判断して遅延時間を通常
運転時のものに比べて短い遅延時間Ｔoとするようにし
ている。一方、検出された回転速度の方が所定の回転速
度Ｎｓより速い場合には、モータ１は定常運転状態と判
断して遅延時間を通常運転時の遅延時間Ｔとするように
している。

【００１９】そして、このように通電開始直後から定常
運転に至るまでの間における運転状態において遅延時間
を通常運転時のものに比べて短い遅延時間Ｔoとするこ
とにより、図２に示すように加速時、通電切換えが遅れ
ないように早めに切換ることができ、これにより定常運
転と同様に安定した位置検出運転を行なうことができる
ようになっている。

【００２０】また、この制御装置８は、モータ１のスパ
イク電圧の電圧幅（以下スパイク電圧幅という）を測定
すると共に、このスパイク電圧幅に応じてインバータ４
に対して順次出力する通電切換信号の遅延時間を変更す
る遅延時間変更手段を備えている。

【００２１】ここで、この遅延時間変更手段は、スパイ
ク電圧幅Ｈが所定の大きさの電圧幅Ｈｓとなっていない
場合には、モータ１の負荷は通常負荷と判断して遅延時
間を例えば電気角３０度に設定し、またスパイク電圧幅
Ｈが所定の大きさの電圧幅Ｈｓとなっている場合には、
モータ１の負荷は過負荷であると判断して遅延時間を通
常負荷よりも小さな、例えば電気角２０度に変更するよ
うにしている。

【００２２】そして、このようにモータ１の負荷が過負
荷の場合に、遅延時間を電気角２０度に設定することに
より、図３に示すようにモータ誘起電圧波形における通
電切換転（以下転流という）の位相が従来のもの（図７
参照）に比べて電気角１０度（Ｐ）だけ早まり、スパイ
ク電圧の終了時における位置検出の余裕度Ｖｓを大きく
することができるようになっている。

【００２３】即ち、このようにスパイク電圧幅Ｈが所定
の電圧幅Ｈｓよりも小さいとき（図６参照）には効率中
心の遅延時間に、同図に示すようにスパイク電圧幅Ｈが
所定の電圧幅Ｈｓよりも大きいときには位置検出の余裕
度を大きくすることにより、確実な位置検出が可能な遅
延時間に変更することができるようになっている。これ
により、転流時に発生するスパイク電圧に影響されない
正確な位置検出を行なうことができるようになってい
る。

【００２４】次に、このように構成されたモータ１の運
転制御動作について図４に示すフローチャートに基づい
て説明する。

【００２５】制御装置８は、スタートスイッチが押され
て通電が開始されてモータ１が起動されると、位置検出
回路６にて回転子の位置検出を行ない、位置検出回路６
から位置検知信号が入力されると（判断５０のＹ）、こ
の検知信号に基づいて回転子の回転速度を検出すると共
に、この検出回転速度が所定の回転速度Ｎｓに到達して
いるか否かを判定する（判断５１）。

【００２６】そして、検出回転速度が所定の回転速度Ｎ
ｓに到達していない場合には（判断５１のＮ）、モータ
１は通電開始直後から定常運転に至るまでの間における
運転状態であると判断して遅延時間を通常運転時のもの
に比べて短い遅延時間Ｔoに設定する（処理５２）。こ
れにより、回転子の位置検出から遅延時間Ｔoが経過し
た後（判断５３のＹ）、転流が行なわれるようになり
（処理５４）、定常運転と同様に安定した位置検出運転
が可能となる。そして、このような位置検出運転は、モ
ータ１が運転されている間（判断５５のＹ）行なわれ
る。

【００２７】一方、このようにモータ１の運転が継続し
て行なわれる間は、引き続き所定のタイミングで位置検
出回路６にて回転子の位置検出を行ない、回転子の回転
速度が所定の回転速度Ｎｓに到達したか否かを判定する
が（判断５１）、やがて検出回転速度が所定の回転速度
Ｎｓに到達すると（判断５１のＹ）、制御装置８はモー
タ１が発生するスパイク電圧幅Ｈが所定の大きさの電圧
幅Ｈｓとなっているか否かを判定する（判断５６）。

【００２８】ここで、スパイク電圧幅Ｈが所定の大きさ
の電圧幅Ｈｓとなっていない場合には（判断５６の
Ｎ）、モータ１の負荷は通常負荷と判断して、遅延時間
を電気角３０度に設定する（処理５７）。そして、この
ように電気角３０度に設定された遅延時間が経過した後
（判断５３のＹ）、転流が行なわれ（処理５４）、定常
運転が行なわれる。

【００２９】また、スパイク電圧幅Ｈが所定の大きさの
電圧幅Ｈｓとなっている場合には（判断５６のＹ）、モ
ータ１の負荷は過負荷であると判断して遅延時間を、通
常負荷よりも小さな電気角２０度に設定する（処理５
８）。そして、このように電気角２０度に設定された遅
延時間が経過した後（判断５３のＹ）、転流が行なわれ
（処理５４）、このような定常運転は運転中（判断５５
のＹ）、引き続き行なわれる。

【００３０】このように、モータ１の転流時に発生する
スパイク電圧幅Ｈ及び回転子の回転数に応じて遅延時間
を変更するようにすることにより、モータの負荷及び運
転状態に応じて安定した位置検出運転を行なうことがで
きる。

【００３１】ところで、これまでの説明においては、遅
延時間をスパイク電圧幅に応じて変更する場合について
述べてきたが、本発明はこれに限らず、遅延時間をモー
タ１のスパイク電圧幅Ｈと、回転子の回転速度に応じて
変更するようにしてもよい。即ち、スパイク電圧幅Ｈが
小さくとも、回転速度が大きければ相対的にはスパイク
電圧幅Ｈが大きい場合と同様なモードとなることを加味
し、回転子速度を１秒当りの回転数、スパイク電圧幅を
時間幅として表わすようにすると、相対的なスパイク電
圧幅Ｈは角度として３６０×Ｎ×Ｈと表わされるように
なる。

【００３２】一方、遅延時間も角度として表されるの
で、これら角度で表される電圧幅と遅延時間とを比較し
て遅延時間を定め、再度遅延時間として時間単位に戻し
て制御するようにする。これにより、相対的なスパイク
電圧幅が小さいときは、効率中心の遅延時間に、相対的
なスパイク電圧幅が大きいときは確実な位置検知が可能
な遅延時間とすることができるようになる。

【００３３】一方、スパイク電圧幅の測定が種々の制約
から行なえない場合があるが、この場合には、遅延時間
をスパイク電圧幅の代わりにモータ１へ印加するＤＣ電
圧を調整するためのパルス幅変調のデューティ比と回転
子速度に応じて変更するようにしてもよい。

【００３４】即ち、デューティ比が大きく回転速度が低
ければ負荷が大きく、スパイク電圧幅も大きくなり、ま
たデューティ比が小さく回転速度が大きければ負荷が小
さく、スパイク電圧幅も小さくなることを加味し、相対
的なスパイク電圧幅をパルス幅変調のデューティ比と回
転子速度の関係で間接的に表して遅延時間を定めるよう
にする。

【００３５】なお、この場合、遅延時間を定めるために
は、デューティ比又は回転速度のどちらか一方のみを使
用するようにしてもよいが、両方を使用するようにした
方が、適用できるモータの種類も広くなり、またより確
実に遅延時間の制御を行なえるようになる。

【００３６】ところで、これまでの説明において、遅延
時間を電気角２０度と３０度の２種類としたが、本発明
はこれに限らず、スパイク電圧幅（または回転子速度と
スパイク電圧との相対的スパイク電圧幅）と遅延時間と
の関係を図５に示すように連続的に変化させるようにし
ても良い。なお、同図においては、遅延時間の上限を電
気角３０度とし、下限をＴ１として表している。

【００３７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、遅延時間
をスパイク電圧の電圧幅に応じて変更するようにするこ
とにより、スパイク電圧に影響されない正確な位置検出
が可能となる。また、スパイク電圧が検出できない場合
には、パルス幅変調のデューティ比と回転子速度に応じ
て遅延時間を変更するようにすることにより、スパイク
電圧に影響されない正確な位置検出が可能となる。さら
に、遅延時間を回転子の回転速度に応じて変更すること
により、運転状態に拘らず安定した位置検出運転を可能
とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るブラシレスモータ駆動装置の回路
図。

【図２】上記駆動装置のブラシレスモータへの通電開始
直後から定常運転に至るまでの誘起電圧波形を示す図。

【図３】上記駆動装置における固定子巻線の誘起電圧波
形を示す図。

【図４】上記駆動装置のブラシレスモータの運転制御動
作を示すフローチャート。

【図５】遅延時間をスパイク電圧幅に応じて連続的に変
化させる様子を示す図。

【図６】従来の駆動装置における固定子巻線の誘起電圧
波形を示す図。

【図７】従来駆動装置のモータ過負荷時における誘起電
圧波形を示す図。

【符号の説明】

１ ブラシレスモータ ４ インバータ ６ 位置検出回路 ８ 制御装置 Ｈ，Ｈｓ スパイク電圧幅 Ｔo，Ｔ 遅延時間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−178588（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−165569（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−275091（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−276786（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 6/12 H02P 6/16

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数極の永久磁石を有する回転子と、前
   記回転子を回転させるための回転磁界を発生させる複数
   の固定子巻線を有する固定子とを備えたブラシレスモー
   タと、前記複数の固定子巻線への通電組合せを順次変え
   て前記回転磁界を発生させるインバータと、前記固定子
   巻線に生じる誘起電圧に基づいて前記回転磁界により回
   転している前記回転子の位置を検出する位置検出手段
   と、前記位置検出手段から入力される位置検知信号に基
   いて所定の遅延時間が経過した後に前記インバータに通
   電組合せを変える通電切換信号を出力するようにした制
   御装置とを備え、前記制御装置には、前記遅延時間を前
   記ブラシレスモータの転流時に発生するスパイク電圧の
   電圧幅に応じて変更する遅延時間変更手段が設けられて
   いることを特徴とするブラシレスモータ駆動装置。
2. 【請求項２】 前記制御装置には、前記位置検知信号に
   基いて前記回転子の回転速度を検出する回転速度検出手
   段と、前記遅延時間を前記スパイク電圧の電圧幅と前記
   回転速度検出手段により検出された回転速度とにより変
   更する遅延時間変更手段とが設けられていることを特徴
   とする請求項１記載のブラシレスモータ駆動装置。