JP3804427B2 - Rotor position detector - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、3相DCブラシレスモータのロータ位置を検知する検知装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、高効率化のためにモータには3相DCブラシレスモータが使用され、また、コスト低減のため簡単な回路でロータの位置を検知する方法が考案されている。特に、3相のうち2相のロータ位置を検知して残りの1相を演算にて算出する特開2000−14181号等が出願されている。
【0003】
以下、従来のロータ位置検知装置について図5、図6を用いて説明する。
【0004】
図5に示すように、ロータ1aと電機子巻線1bからなる3相DCブラシレスモータ1と、電機子巻線1bの各相の電圧を検知する相電圧検知回路2、3、4と、相電圧検知回路2、3、4の出力とスター結線した中性点検知回路5と、相電圧検知回路2、3、4のうち2、4の出力と中性点検知回路5の出力を比較する比較手段6、7と、比較手段6、7の出力と入力の間に接続した電圧帰還抵抗8、9と、3相DCブラシレスモータ1を制御するマイクロコンピュータ10と、比較手段6、7の出力を絶縁して基準電位の異なるマイクロコンピュータ10に伝達する絶縁信号伝達回路11、12で構成している。
【0005】
以下、その動作について説明する。
【0006】
電機子巻線1bの端子電圧を相電圧検知回路2、3、4で検知する。また、電機子巻線1bの中性点の電圧を中性点検知回路5で検知する。相電圧と中性点電圧を比較回路6、7で比較し、同電圧となる点つまりは誘起電圧のゼロクロス点で比較回路6、7の出力を反転する。この信号が絶縁信号伝達回路11、12を介してマイクロコンピュータ10に伝達される。マイクロコンピュータ10では信号が反転したタイミングから所定の時間後に3相DCブラシレスモータ1への駆動パターンを切り換える。また、比較回路6、7に接続されていない残りの1相については他の2相よりロータ1aの位置を演算にて算出して駆動パターンを切り換えている。
【0007】
比較回路6、7の出力と+入力間に電圧帰還抵抗8、9が挿入され、図6に示すヒステリシスを設けている。また、同図にZで示す付近では動作波形は急激には立ち上がらず、電圧変化は緩慢なものとなっている。
【0008】
また、相電圧検知回路2、3、4の出力段にはコンデンサが挿入されているが、ロータ1aの回転速度に比べて十分に小さい時定数となるように容量を設定している。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成では、各抵抗値が非常に大きく、かつ、ヒステリシスの電圧変化が緩慢なため、ノイズの影響を受けやすいという課題を有していた。
【0010】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、ノイズの影響を受けにくくし、確実なロータの位置検知が行え、ロータを安定して回転させることができるものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、電圧帰還コンデンサを備えることでヒステリシスの電圧変化を急峻にし、かつ、所望の変化量とするこができるものである。
【0012】
【発明の実施の形態】
請求項1に記載の発明は、出力段にコンデンサを有し3相DCブラシレスモータの各相の電圧を検知する3つの相電圧検知回路と、3つの相電圧検知回路の内2つの相電圧検知回路と中性点検知回路の出力を比較する2つの比較回路と、比較回路の出力と入力の間に接続した電圧帰還抵抗と、比較回路の出力と入力の間に接続した電圧帰還コンデンサとを備える構成とすることで、電圧帰還コンデンサと相電圧検知回路内のコンデンサの分圧となるヒステリシス電圧を瞬時に発生させることができる。
【0013】
請求項2に記載の発明は、相電圧検知回路と比較回路の入力間に第2の電圧帰還抵抗を有し、第2の電圧帰還抵抗の相電圧検知回路側に電圧帰還コンデンサの一端を接続することで電圧帰還コンデンサと相電圧検知回路内のコンデンサの分圧となるヒステリシス電圧を瞬時に発生させることができるとともに、その後、電圧帰還抵抗と第2の電圧帰還抵抗とで発生させるヒステリシス電圧までヒステリシスを大きくすることができ、かつ、第2の電圧帰還抵抗の抵抗値によってヒステリシスの大きさを所望の値にすることができるものである。
【0014】
請求項3に記載の発明は、相電圧検知回路と比較回路の入力間に第2の電圧帰還抵抗を有し、第2の電圧帰還抵抗の比較回路側に電圧帰還コンデンサの一端を接続することで、第2の電圧帰還抵抗と電圧帰還コンデンサの直列対で微分回路を構成でき、瞬時のヒステリシスのみ大きくすることができる。
【0015】
請求項4に記載の発明は、中性点検知回路の出力と基準電位間にコンデンサを接続し、中性点検知回路の抵抗とコンデンサの時定数が5μs以下とすることに
よって、位置検知精度に悪影響を与えない範囲でノイズ耐量を大きくすることができる。
【0016】
【実施例】
以下本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【0017】
(実施例1)
図1に示すように、ロータ1aと電機子巻線1bからなる3相DCブラシレスモータ1と、電機子巻線1bの各相の電圧を検知する相電圧検知回路2、3、4と、相電圧検知回路2、3、4の出力とスター結線した中性点検知回路5と、相電圧検知回路2、4の出力と中性点検知回路5の出力を比較する比較手段6、7と、比較手段6、7の出力と入力の間に接続した電圧帰還抵抗8、9と、電圧帰還抵抗8、9と相電圧検知回路2、4との間に接続した第2の電圧帰還抵抗10、11と、電圧帰還コンデンサ21、22と、中性点検知回路5の出力に接続したコンデンサ23と、マイクロコンピュータ24と、比較回路6、7の電源(本実施例では15Vの電源)25と、マイクロコンピュータ24の電源(本実施例では5Vの電源)26と、共通の基準電位27と、比較回路6、7の出力電圧を変換してマイクロコンピュータ24に信号を伝達する電圧変換回路28、29で構成している。
【0018】
以下、その動作について説明する。
【0019】
電機子巻線1bの端子電圧を相電圧検知回路2、3、4で検知する。また、相電圧検知回路2、3、4の出力から同一の抵抗値である抵抗を介して、電機子巻線1bの中性点の電圧を中性点検知回路5で検知する。相電圧と中性点電圧を比較回路6、7で比較し、同電圧となる点で比較回路6、7の出力を反転する。この信号が電圧変換回路28、29を介してマイクロコンピュータ24に伝達される。マイクロコンピュータ24では誘起電圧のゼロクロス点から所定の時間後に3相DCブラシレスモータ1への駆動パターンを切り換える。また、比較回路6
、7に接続されていない残りの1相については他の2相よりロータ1aの位置を演算にて算出して駆動パターンを切り換えている。
【0020】
続いて図2、図3を用いて電圧帰還抵抗8、9と第2の電圧帰還抵抗10、11と電圧帰還コンデンサ21、22によって発生するヒステリシスについて説明する。なお、図2(b)は図2(a)の丸の点線で囲んだ部分を拡大した説明図である。
【0021】
比較回路6および7の2つの回路動作は同一のため、一方のみで説明する。まず、図2(a)に示されるように、比較回路6の−入力と+入力が同電圧となる点で比較回路6の出力が反転する。この時、まず、電圧帰還コンデンサ21を介して相電圧検知回路2内のコンデンサとの容量比で定まる電圧分だけ電圧帰還コンデンサ21の相電圧検知回路2側の電圧が上昇し比較回路6の+電圧も同電圧分(図2(b)のX)瞬時に上昇する。次に、電圧帰還抵抗8と第2の電圧帰還抵抗10を介して比較回路6の+電圧がさらに上昇する(図2(b)のY)。また、第2の電圧帰還抵抗10の抵抗値によってヒステリシス(図2(b)のY)の値を微妙に調整することが可能である。
【0022】
図3には従来例で示したヒステリシスが緩慢な場合に、ノイズが重畳して比較回路6の出力がチャタリングした時の動作を示す。チャタリングが所定時間より早い周期で入力された場合には、マイクロコンピュータ24の入力処理が誤動作する恐れがある。マイクロコンピュータ24の入力処理が正常に行える所定時間以上のノイズによるチャタリングについては、ソフトでノイズ処理を行うことで誤動作を防止している。
【0023】
また、中性点検知回路5の出力には2pFのコンデンサ23を接続し比較回路6、7の−入力へのノイズを抑制している。つまり、ここでは、高効率化と位置検知の高速化(デジタル検知)により相電圧検知回路2、3、4の電機子巻線1b側の抵抗および中性点検知回路5の抵抗、電圧帰還抵抗8、9は全て1MΩの高インピーダンス抵抗とし、2pFのコンデンサ23と中性点検知回路5の抵抗との時定数は約0.7μs(1/3MΩ×2pF)としている。実験によれば、この時定数が5μsを超えると位置検知のタイミングがずれ始めるが、マージンを考慮して約0.7μsとしているので位置検知のタイミングは安定している。
【0024】
さらに、比較回路6、7とマイクロコンピュータ24の間に電圧変換回路28、29を挿入し、比較回路6、7の15V系の信号をマイクロコンピュータ24の5V系の信号に変換している。これにより、基準電位27を同一にして高価な絶縁信号伝達回路を不要とし、かつ異なる電源電圧の回路信号を伝達することが可能となっている。比較回路6、7の電源を5Vでなく15Vとすることで、比較回路6、7の入力電圧範囲を大きくし検知精度を高めている。
【0025】
(実施例2)
図4を用いて説明を行うが、構成要素は図1と異なるところ以外は省略する。また、比較回路7の動作については比較回路6の動作と同じため実施例1と同様に省略する。
【0026】
電圧帰還コンデンサ21の接続点を図4(a)のように比較回路6の+入力とした場合には、ヒステリシスは、図4(b)のようになる。つまり、電圧帰還コンデンサ21と第2の電圧帰還抵抗10で微分回路が構成されることにより、比較回路6の出力が反転した直後の短時間のみヒステリシスを大きくする(図4(b)のA)ことが可能となる。このヒステリシスが大きくなる時間をマイクロコンピュータ24の入力が誤動作しない時間以上に設定することで、マイクロコンピュータ24の入力のチャタリングによる誤検知を防止できる。
【0027】
【発明の効果】
上記実施例から明らかなように、本発明によれば電圧帰還コンデンサを備えたことでヒステリシスの電圧変化を急峻にすることができる。
【0028】
また、第2の電圧帰還抵抗を備えたことでヒステリシスの変化量をこの第2の電圧帰還抵抗の抵抗値を調整することにより所望の変化量とするこができ、同時に、電圧帰還コンデンサの接続位置によってより最適な任意のヒステリシス波形を得ることができる。以上のヒステリシスを設けることで耐ノイズ性を向上させることが可能となる。
【0029】
また、中性点検知回路に時定数5μs以下のコンデンサを接続することで、ノイズに強くかつ安定した位置検知を行うことが可能となる。
【0030】
また、電圧変換回路を設けたことで、比較回路とマイクロコンピュータを同じ基準電位としても異なる電源電圧で動作でき、検知精度のよい位置検知を低コストで実現することが可能となる。
【0031】
以上のように、ノイズに強く、かつ、検知精度のよいロータの位置検知によって3相DCブラシレスモータを安定して回転させることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施例を示すロータ位置検知装置の回路図
【図2】 (a)本発明の第1の実施例の動作波形図
(b)本発明の第1の実施例の動作波形の要部拡大図
【図3】 本発明の第1の実施例を示す動作波形図
【図4】 (a)本発明の第2の実施例を示すロータ位置検知装置の回路図
(b)本発明の第2の実施例の動作波形図
【図5】 従来例を示すロータ位置検知装置の回路図
【図6】 従来例を示すロータ位置検知装置の動作波形図
【符号の説明】
1 3相DCブラシレスモータ
2、3、4 相電圧検知回路
5 中性点検知回路
6、7 比較回路
8、9 電圧帰還抵抗
10、11 第2の電圧帰還抵抗
21、22 電圧帰還コンデンサ
23 コンデンサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to the detection equipment which detects the rotor position of the three-phase DC brushless motor.
[0002]
[Prior art]
In recent years, a three-phase DC brushless motor has been used as a motor for high efficiency, and a method for detecting the position of the rotor with a simple circuit has been devised for cost reduction. In particular, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-14181 has been filed that detects the rotor position of two phases out of three phases and calculates the remaining one phase by calculation.
[0003]
Hereinafter, a conventional rotor position detection device will be described with reference to FIGS.
[0004]
As shown in FIG. 5, a three-phase DC
[0005]
The operation will be described below.
[0006]
The terminal voltage of the armature winding 1b is detected by the phase
[0007]
[0008]
Further, although capacitors are inserted in the output stages of the phase
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional configuration has a problem that each resistance value is very large and the voltage change of the hysteresis is slow, so that it is easily affected by noise.
[0010]
The present invention solves such a conventional problem, is less susceptible to noise, can reliably detect the position of the rotor, and can stably rotate the rotor.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention is provided with a voltage feedback capacitor, whereby the voltage change of hysteresis can be made steep and a desired change amount can be obtained.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
According to the first aspect of the present invention, there are three phase voltage detection circuits that have a capacitor in the output stage and detect the voltage of each phase of the three-phase DC brushless motor, and two phase voltage detections among the three phase voltage detection circuits Two comparison circuits for comparing the output of the circuit and the neutral point detection circuit, a voltage feedback resistor connected between the output and the input of the comparison circuit, and a voltage feedback capacitor connected between the output and the input of the comparison circuit By adopting the configuration, it is possible to instantaneously generate a hysteresis voltage that is a divided voltage of the voltage feedback capacitor and the capacitor in the phase voltage detection circuit.
[0013]
The invention according to
[0014]
According to a third aspect of the present invention, a second voltage feedback resistor is provided between the input of the phase voltage detection circuit and the comparison circuit, and one end of the voltage feedback capacitor is connected to the comparison circuit side of the second voltage feedback resistor. Thus, a differentiating circuit can be constituted by the series pair of the second voltage feedback resistor and the voltage feedback capacitor, and only the instantaneous hysteresis can be increased.
[0015]
According to a fourth aspect of the present invention, a capacitor is connected between the output of the neutral point detection circuit and the reference potential, and the time constant of the resistor and the capacitor of the neutral point detection circuit is set to 5 μs or less, thereby improving the position detection accuracy. Noise tolerance can be increased within a range that does not adversely affect the noise.
[0016]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0017]
Example 1
As shown in FIG. 1, a three-phase DC
[0018]
The operation will be described below.
[0019]
The terminal voltage of the armature winding 1b is detected by the phase
For the remaining one phase not connected to 7, the position of the
[0020]
Next, hysteresis generated by the
[0021]
Since the two circuit operations of the
[0022]
FIG. 3 shows an operation when noise is superimposed and the output of the
[0023]
Further, a 2
[0024]
Further,
[0025]
(Example 2)
The description will be made with reference to FIG. 4, but the constituent elements are omitted except for the differences from FIG. Since the operation of the comparison circuit 7 is the same as that of the
[0026]
When the connection point of the
[0027]
【The invention's effect】
As is clear from the above embodiments, according to the present invention, the voltage change of the hysteresis can be made steep by providing the voltage feedback capacitor.
[0028]
In addition, since the second voltage feedback resistor is provided, the hysteresis change amount can be set to a desired change amount by adjusting the resistance value of the second voltage feedback resistor. An arbitrary optimum hysteresis waveform can be obtained depending on the position. By providing the above hysteresis, noise resistance can be improved.
[0029]
Further, by connecting a capacitor having a time constant of 5 μs or less to the neutral point detection circuit, it is possible to perform position detection that is resistant to noise and stable.
[0030]
Further, by providing the voltage conversion circuit, the comparison circuit and the microcomputer can be operated with different power supply voltages even when the reference potential is the same, and position detection with high detection accuracy can be realized at low cost.
[0031]
As described above, the three-phase DC brushless motor can be stably rotated by detecting the position of the rotor which is resistant to noise and has high detection accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of a rotor position detecting device showing a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram of operation waveforms of the first embodiment of the present invention. FIG. 1B is a first embodiment of the present invention. FIG. 3 is an operation waveform diagram showing a first embodiment of the present invention. FIG. 4A is a circuit diagram of a rotor position detecting device showing a second embodiment of the present invention. (B) Operation waveform diagram of second embodiment of the present invention FIG. 5 is a circuit diagram of a rotor position detection device showing a conventional example. FIG. 6 is an operation waveform diagram of a rotor position detection device showing a conventional example. ]
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