JPH01209988A - ブラシレスモータ - Google Patents

ブラシレスモータ

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JPH01209988A
JPH01209988A JP63032675A JP3267588A JPH01209988A JP H01209988 A JPH01209988 A JP H01209988A JP 63032675 A JP63032675 A JP 63032675A JP 3267588 A JP3267588 A JP 3267588A JP H01209988 A JPH01209988 A JP H01209988A
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JP
Japan
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order lag
phase
lag filter
motor
position detection
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Pending
Application number
JP63032675A
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English (en)
Inventor
Kenichi Iizuka
健一 飯塚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はブラシレスモータに係り、特に電機子巻線に誘
起される速度起電力によって磁石回転子と電機子巻線と
の間の相対位置を検出する様にしてなるブラシレスモー
タに関するものである。
〔従来の技術〕
従来、巻線誘起電圧を巻線の端子電圧として検出する方
式は、特公昭59−36519号公報に記載の様に、三
つの台形波状端子電圧をそれぞれ1次遅れフィルターを
通し三つの三角波状信号に変換し、これら三角波状信号
を基に半導体スイッチ素子群の制御信号を生成していた
。特公昭59−36519号公報に記載された従来の方
法を説明する。
第7図にブラシレスモータの基本構成を示す。
第7図(a)において、モータの&ta子固足固定子巻
線2つの端子電圧Vム、V=、Vcを一次遅れフィルタ
ーと電圧比較器よりなる位置検出回路4に入力し、位置
検出回路4からの三つのパルス信号を分配回路5にて半
導体コミュテータ装置1の各スイッチ素子の制御(m号
A” 〜 C−を生成し、各スイッチ素子の導通、遮断
を行う。これにより、モータの回転子3が所定の方向に
回転する。キャパシタ6は直流電圧Vの平滑用であり、
半導体コミュテータ装置1内に接続された6ケのダイオ
ードは電機子巻線のインダクタンスにより流れる還流電
流を流すものである。
第7図(b)はスイッチ素子群の制御信号人4〜C″′
 のタイムチャートを示したもので、各信号の#IIの
時制御されるスイッチ素子が導通で、IOIの時遮断で
あることを示している。この様に本方式のブラシレスモ
ータでは、常時上アーム(A+: B” 、 c+ で
示した上部工つのスイッチ索子)の1つと、下アーム(
A−1B−1O−で示した上部工つのスイッチ素子)の
1つとが導通する様になっている。
次に位置検出回路4につき説明する。第2図に位置検出
回路の具体的構成の一例を示す。本図には理解を容易に
するために分配回路5も付加しである。位置検出回路4
は一次遅れフィルタ一部7と三つの電圧比較器8.9.
10よりなっている。
−次遅れフィルター7は抵抗とキャパシタのみの簡単な
構成である。本回路の動作説明には第3図に示した各部
波形が必要である。第2図中に示した各記号は第3図中
の各波形に対応する。
第3図で、三つの電機子巻線端子電圧は各々120°位
相のずれた台形波状信号であり、この三つの電圧を一次
遅れフィルター7に入力すると、はぼ90°位相の進ん
だ三角波状信号V6、vb、vlと、これらを抵抗で星
形結線した各端子に与えることにより抵抗星形結線11
の中性点電圧v、、を得る。Vl、  はV、、%’%
、V、三つの信号の加算信号の弛の大きさとなる。
次にマ、とV、、v4%V、の各々の電圧の大小を電圧
比較器8.9.10で比較することにより出力にS6、
S、、S、  のパルス信号が得られる。これらS、、
S> 、 S@のパルス信号は端子電圧V^、Va、V
c  に対し各々はぼ90°位相の進んだ波形であり、
これらを分配回路5にて容易にスイッチ素子群の制御信
号人1〜C−を生成することができる。
以上が従来例の説明であり、巻線端子電圧か升形波状で
ある限り、異常なくモータ運転が可能である。
近年、ブラシレスモータの可変化の手段としてモータへ
の印加電圧を制御するのに半導体コミュテータ装置を兼
用するものか実現されている。
半導体コミュテータ装置の本来の目的は回転子の磁極位
置に合わせて巻線への通電を行いモータの安定な回転を
持続させるものである。一方ブラシレスモータの速度を
制御するにはモータへの印加電圧を制御すればよいので
、半導体コミュテータ装置のスイッチ素子を高周波でパ
ルス巾変調することにより実現できる。
例えば、4極のモータか3000 m1n−”で回転す
る時半導体コミュテータ装りの転流周波数は、となり、
通常、パルス巾変調の周波数を数kHzにすれば安定な
運転が可能である。
この様に半導体コミュテータ装置を本来の転流手段と電
圧制御手段の兼用とする効率上、経済上メリットが大き
いが、前述した巻線端子電圧も搬送周波数成分が重畳さ
れてしまい、升形波状という前提がくずれてしまう。
このことは端子電圧による磁極位置検出の前提をくづす
ことになり、実際に何らかの対策が必要となる。
コンピュータシュミレーションから上述の問題を具体的
に説明する。
第4図(a)に従来形の端子電圧vAと人相巻線を流れ
る電流iムを示す。モータの速度は5100mln−1
負荷トルクは11.5kg−[F]である。端子電圧V
ムは升形波状となっている。端子電圧ゝ■^、vB、v
cを1次遅れフィルターを通した出力を第4図(b)に
示す。三角波状信号V、、Vb、Ysと中性点電圧V、
の大小比較は容易にできる。この時の一次遅れフィルタ
の構成例を第5図(a)に示す。第5図(b)にはこの
−次遅れフィルターのボーデ線図の一例を示した。−次
遅れフィルターの特性として周波数と共に出力信号の大
きさは−20dB/decで減衰し、位相は90°進み
に収束する。
この場合には問題な(位置検出ができるが、前述した様
に、半導体コミュテータ装置をパルス巾変調と兼用した
時には第6図(、)の様な端子電圧Vムとなってしまう
。この時の条件は速度5100mln−1トルクか11
.5kg−tfiで、パルス巾変調の搬送周波数は3.
3kHz  であ。この搬送周波数の重畳された端子電
圧vA、 vB、 VCを前述の一次遅れフィルターに
入力した時の出力信号が第6図(b)に示すものである
。Vl、vb、vBは端子電圧に比してほぼ90@進ん
でいるものの、搬送周波数成分が除去されておらず、中
性点電圧V、とVl、V>、V@の大小を比較をする際
、搬送周波数の1パルス分がずれてきてしまい、位置検
出の安定性を損なうことになる。
従ってこの様な場合には搬送周波数成分を何とか更に減
衰させる必要が生じてくる。
前述した様に、端子電圧に重畳された搬送周波数成分は
一次遅れフィルターでは充分に除去できない。この搬送
周波数成分を充分に除去することは、上記二次遅れフィ
ルターの代わりに二次遅れフィルターを採用することに
より達成される。
入力を正弦波とした時の二次遅れフィルターの伝達関数
Gは一般に、 ただし、81、a雪、 bs 、bs ’*回路要素の
値から決まる定数 y=2πfでf;入力正弦波の周波数 で与えられる。式(1)においてa1=0としたものが
一次遅れフィルターである。伝達関数の絶対値IGI 
 と位相差〈Gは。
となる。
式(2)より一次遅れフィルターの場合にはa!=0で
あるから、Wの増加と共に絶対値IG+は一20dB/
dec  で減衰し、位相差〈Gは一90°(90・進
み)限りなく近づくことがわかる。
一方、二次遅れフィルターの場合にはa3−0のため、
Wの堝加と共に絶対値 IGI  は初め一20dB/
dec  に減衰するか二段目のフィルターの遮断周波
数fc より大きい所は一40dB//dec  で減
衰する。同様に位相差〈Gも初め一90°に近づくが、
上記fc  に近づくにつれ一90″を越え、fcより
も大きな周波数域では一180°に限りなく近づいてゆ
く。即ち、−次遅れフィルターではWの増加と共に出力
の絶対値は一2Q dB/dec  で減衰し、位相は
一90°に近づく。一方二次遅れフィルターではWの増
加と共に出力の絶対値は初め一2Q dB/dec  
で減衰し、fc 以後は−40aVdecで減衰する。
位相も同様で、初め一90″に近づ(か、fc 以後で
は−180”に近づいてゆく、これらの様子を一次遅れ
フィルターについては第5図(b)に、二次遅れフィル
ターについては第1図(b)に示す。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術は半導体コミュテータ装置に印加される直
流電圧を可変にしてモータの速度を制御する場合には適
切であるが、印加電流電圧か一定で、半導体コミュテー
タ装置のスイッチ素子を搬送周波数で導通遮断しようと
すると、巻線の端子電圧に搬送周波数成分が重畳される
ため1.位置検出が不安定になる問題があった。
本発明は上記の搬送周波数成分を除去し、安定な位置検
出を行わせしめるブラシレスモータを提供するものであ
る。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は巻線の端子電圧から位相のほぼ90゜進んだ信
号を得ること、並びに端子電圧に重畳された搬送周波数
成分を除去することである。搬送周波数成分を除去する
ため、二次遅れフィルターを作用すると減衰は太きいが
位相が90°より進んでしまって本来の位置検出ができ
な(なる。これを防ぐために、モータの速度領域では位
相をほぼ90″進ませ、それ以上の周波数領域では、位
相の進みは無視し、減衰大となる様に二次遅れフィルタ
ーを構成する。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を第1図により説明する。
いまモータの速度領域を1000 m1n−”から12
000mln−1とし、モータの極数を4極とすると巻
線端子電圧の周波数領域は33.3Hzから400Hz
となる。また、パルス巾変調の搬送周波数を3.3kH
zとする。このとき二次遅れフィルターの各定数を第1
図(a)の如く決めると、このフィルターのボーデ線図
は第1図(b)となり、モータの必要周波数領域33.
3kHzから400H!までの間(図では区間T・ )
では、位相が85°から100”進む様に設定でき、搬
送周波数3.3kHzにおいては、−83dn の減衰
となる。第5図(b)に示した一次遅れフィルターの場
合に3.3kHzでの減衰は−75dB であるから、
二次遅れフィルターを使うことにより−g dB の更
なる減衰が可能になる訳である。
実際に二次遅れフィルターを使用した場合のモータの端
子電圧とフィルター出力を第8図に示す。
第8図(a)に示すように、端子電圧Vム は搬送周波
数成分を含んでいる。
第8図(b)に示す如(、フィルターの出力であるVl
、マb、マ、には搬送周波数の影會は出ているけれども
、二次遅れフィルターによりかなり減衰しており、中性
点電圧マ、と比較するには充分であることがわかる。−
次遅れフィルターの出力である第6図(b)と比較すれ
ばその効果は明確である。
〔発明の効果〕 本発明によれば、半導体コミュテータ装置をパルス巾変
調方式によりモータの蝋圧制御手段と兼用したブラシレ
スモータにおいても1巻線の端子電圧検出によって安定
な位置検出運転が可能となるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は不発明の実施例の二次遅れフィルターの説明図
、第2図は位置検出回路図、ff13図は各部波形図、
第4図は端子電圧とフィルター出力波形図、第5図は一
次遅れフィルターの説明図、第6図は端子電圧とフィル
ター出力波形図、第7図はブラシレスモータの基本構成
、9Ih8図は本発明の一実施例の端子電圧とフィルタ
ー出力波形図である。 l・・・半導体コミュテータ、2・・・電機子固定子巻
線、3・・・磁石回転子、4・・・位置検出回路、5・
・・分配回路、6・・・平滑キャパシタ、7・・・−次
遅れフィルター、8,9.10・・・電圧比較器、11
・・・星形結線抵抗。 tへ。 第1品 (Q) (b) 第2図 19.・0.平溝体コミュテータ   ら−手シ骨午ヤ
ハ0うり4・・・・−イす[千6−2ヒ?ミd己0うl
’Ffr    n−−Aマレfヒぞプにテ引1耐字と
説り・・−・・情′西已巨H路 第う回 第4図 (久) (b) 0・00     100.00    200.00
    300.00    400.00診5ri3 (υン (b) FffEQL’lどノ、ゴ、うKl’l!第6図 (久) (b) kビυhの比較カー+ごσqLl。 菓′7圓 (d) と“         。 c−1゜

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1. 三相星形結線された電機子固定子巻線と永久磁石
    回転子よりなるモータ本体と、制御電極付半導体スイッ
    チ素子を三相ブリッジ接続して成る半導体コミュテータ
    装置と、該半導体コミュテータ装置の負電位側を基準に
    した前記固定子巻線の三つの端子電圧を入力とする三つ
    の2次遅れフィルターと、該三つの二次遅れフィルター
    の三つの出力信号の加算回路及び、該加算回路の出力と
    該三つのフィルターの出力信号との大小を比較して得ら
    れる比較器と、該比較器の出力信号を基に前記半導体コ
    ミュテータのスイッチ素子群を制御する分配回路とから
    成ることを特徴とするブラシレスモータ。
JP63032675A 1988-02-17 1988-02-17 ブラシレスモータ Pending JPH01209988A (ja)

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JP63032675A JPH01209988A (ja) 1988-02-17 1988-02-17 ブラシレスモータ

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06217590A (ja) * 1993-01-19 1994-08-05 Toshiba Corp ブラシレスモータの制御装置
US5367233A (en) * 1990-02-14 1994-11-22 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Brushless motor operating apparatus provided with a filter having a voltage divider circuit
USD1030002S1 (en) 2020-04-01 2024-06-04 Asahi Yukizai Corporation Valve

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5367233A (en) * 1990-02-14 1994-11-22 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Brushless motor operating apparatus provided with a filter having a voltage divider circuit
JPH06217590A (ja) * 1993-01-19 1994-08-05 Toshiba Corp ブラシレスモータの制御装置
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