JPH0236789A

JPH0236789A - ブラシレス電動モータの制御方法とその制御回路

Info

Publication number: JPH0236789A
Application number: JP1139364A
Authority: JP
Inventors: Karl-Peter Kothe; カール‐ペーター・コーテ; Manfred W Gekeler; マンフレート・ウエー・ゲケラー; Thomas Leibl; トマース・ライブル
Original assignee: Quick Rotan Elektromotoren GmbH
Current assignee: Quick Rotan Elektromotoren GmbH
Priority date: 1988-06-04
Filing date: 1989-06-02
Publication date: 1990-02-06
Also published as: DE3819064A1; DE3819064C3; DE3819064C2

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）この発明は１６回転子位置検出器によって導入された制
御信号が電動モータの巻線に電流パスルを供給するブリ
ッジ回路、特にトランジスタ・ブリッジ回路で電子回路
、特にトランジスタを制御するために使用され、その場
合、電子回路、特にトランジスタを制御する整流切換時
点を変更できる、ブラシレス電動モータ、特にブラシレ
ス直流モータを制御する方法に関する。

更に、この発明は．一個の回転子位置検出器と、付属論
理回路と、電動モータの巻線に電流パスルを供給する複
数のトランジスタを装備し、制御入力端が、場合によっ
てパスル幅変調器を介して前記付属論理回路に連結して
いるトランジスタ回路と、前記トランジスタを制御する
整流切換時点を変更させる装置とを備え、前記方法を実
行するブラシレス電動モータ、特に直流モータ用の制御
回路にも関する。

〔従来の技術〕

ブラシレス電動モータ、特に直流モータでは、回転子に
は永久磁石が配設してあり、固定子には通常三相の足型
結線の巻線が配設しである。この巻線の端子は三相トラ
ンジスタ・ブリッジ回路を経由して中間回路の直流電圧
の正又は負の電流路に連結している。永久磁石の磁化と
三相巻線の形成は、三相の誘導電圧がそれぞれ近似的に
台形状の波形を示すように選択される。モータの最も望
ましい回転モーメントの形状は三相電流が１２００のブ
ロック長をもってブロック状になり、誘導電圧の位相に
正確に一致している時に与えられる。

このため、通常六個のトランジスタの各々二個が制御さ
れるので、三本の分巻線の各々二本に電流がながれ、三
番目の分巻線は電流が流れない。この場合三個のトラン
ジスタの内どれに電流を導入するかはを決定するため、
回転子の各角度を回転子位置検出器によって検出してい
る。

しかし、実際には理想的な電流波形は大きくずれている
。三本の分巻線の誘導に限定するならは、電流の増加と
減少は断続的に行うのでなく、第一近似でｅ関数に従っ
て行われる。従って、誘導電圧に対して電流ブロックの
位相のずれが生じ、回転モーメントの形成を妨げる。こ
の位相ずれの角度は回転速度に依存している。何故なら
、一方で誘導電圧の値が回転速度の上昇と共に増加して
電流の増加に逆らうからであり、また他方で周期間隔に
対して電流を増加させるのに要する時間が必ず増大する
からである。

上記の位相のずれを防止する公知の方法は、整流の切換
時点を進めることにある、即ち各トランジスタを成る先
行時点で制御する点にある。従って、一方で電流が上昇
して再び低下するのに多くの時間を要し、他方で誘導電
圧は電流が上昇する瞬間ではまだ低い。

巻頭に述べた種類の公知方法では、整流の切換時点を予
め進めることは磁極円板である回転子位置検出器のセン
サをモータ回転の逆方向に機械的にずらして行われる。

次いで、このずらしを行った後、センサの位置が固定さ
れる。

更に、ブラシレス直流モータの制御回路の個々のトラン
ジスタ用の制御部中に、各付属位相の接続時点をずらす
、つまり投入期間を１２０°より短くないしは長く選ぶ
ように設計した固定抵抗を配設することは公知である（
西独特許第２６２９２６９号公報）。この方法によって
、所望のモータ特性及び回転速度特性を達成できる。従
って、実質上三相の切換が重なることなしに安価な経費
で実現できる。

公知の両方法に共通することは、整流の切換時点の移動
が機械的ないしは電気的に全回転速度範囲に対して所定
の固定値ほどしか行われない。上記の値は、機械的な方
法では一定の回転角で、また電気的な方法では一定の電
気位相角によって決定されている。

しかし、整流の切換時点の移動の最適値は回転速度に依
存している、つまり回転速度が低い場合０°近くにあり
、回転速度が早い場合、例えば６０°以上までの値を占
める。整流の切換時点のずれを固定する上記の方法では
、一定の回転速度に対してのみ狭い範囲で最適な状態に
なる妥協しか可能でない。更に、整流の切換時点を予め
進めることは回転方向に関係している。それ故、この切
換時点を一定値ほど、しかも所定の方向にのみ移動させ
るモータは、回転方向が逆になると極端にモータ特性を
悪化させるか、あるいは大抵正常な機能を示さない。こ
れ等公知の方法は、回転方向が逆転するモータに対して
不適当である。

〔発明の課題〕

それ故、この発明の課題は、特に簡単な手段でしかも純
粋に電子的な方法で整流の切換時点を効果的に移動させ
ることができ、従ってモータ特性と特に回転モーメント
特性の大幅な改良が達成されるように、巻頭に述べた種
類の方法を構成することにある。

更に、この発明の課題は、上記の方法を実行する制御回
路を提供することにある。

〔課題の解決］上記方法の課題は、この発明により、運転特性量の所定
の限界の上部で整流の切換時点を所定の時間値ほどほど
電子的な方法で進ませることによって解決されている。

更に、この発明による制御回路は、整流の切換時点を変
更する装置が所定の時間値の入力端と、回転子の位置検
出器に連結する入力端と、付属論理回路に連結する出力
端とを備えた計算回路を保有する整流切換制御部である
ことによって特徴付けられている。

〔作用・効果〕

計算機はこの発明の方法を処理する引算回路で形成され
ている。一定回転角ほど又は一定電気角度ほど進ませる
のに反して、整流の切換時点を時間的に一定ほど進ませ
て回転速度に自動的に調節させることができる。更に、
両方向に望ましい作用が同じ程度に生じるので、この方
法は回転方向が逆転するモータの場合でも制限なしに採
用できる。

この方法を用いると、回転モーメントの上昇、従って達
成できる回転速度の上昇によってもモータ出力の著しい
向上が達成される。

時間値として予め与えた進み整流切換は、最も簡単な場
合、一定値に選択することができる。こうすると、既に
各回転速度で非常に有効な調節が行える。何故なら、回
転速度が低い場合、一定の期間内で小さい回転角しか回
転子が進まないからである。このことは、回転速度が低
い場合に進み整流切換を低く保持すると言う一般的な要
求に対応している。回転速度が高い場合、回転子は同じ
期間でより大きい回転角で進む。従って、回転速度が高
い場合、最適な作用を得るため進み整流切換をより大き
ゝくする必要があると言う要求が満たされる。

回転速度及び／又は要求される回転モーメント又は回転
モーメントの波形に応じて、進み整流切換を予め与える
ともっと有利である。

この発明の構成によれは、回転子の位置検出器から供給
された回転子の位置情報の切換の間の時間間隔が測定さ
れ、この時間間隔から進み整流切換として予め与えられ
た時間値が引き算され、その値から整流切換時点を決め
るトランジスタのターンオフ時間が検出される。

この発明による方法は、制御回路中に回転子の回転に常
時対応している信号波形を全く使用していなくて、その
波形から所望の進み整流切換信号が、始動しきい値を原
点に対して上又は下に移動させて簡単に導けるブラシレ
ス電動モータでも何の制限もなしに採用できる点にある
。この発明よる方法は、むしろ回転子位置検出器がただ
小さな矩形波信号を出力するような電動モータの場合に
も特に利用できる。回転子の位置情報の先行した整流切
換の時間間隔が測定されるので、その値から進み整流切
換の時点に対して生じる値が回転子の位置情報の先行す
る切換を出発点として計数され、回転子の位置検出器か
ら出力される矩形波の信号の対応する立ち上がりが現れ
る前に、予定より早い整流切換が始まる。

この発明の他の有利な構成は、従属請求項に記載されて
いる。

［実施例〕以下に図面に示した一実施例に関してこの発明をより詳
しく説明する。

第１図に模式的に示したブラシレス直流モータ１には回
転子２がある。この回転子には．一個の回転子位置検出
器３、主として三相の磁極円板の回転子位置検出器が配
設しである。モータ１の固定子４の巻線部５には、星型
回路にした三本の分巻線５ａ、５ｂと５０がある。

第１図の制御回路の出力電子回路には、六個のトランジ
スタ７が完全なブリッジ回路を形成しでいるトランジス
タ・ブリッジ回路６がある。通常の整流ブリッジ回路８
中で、交流電源９から直流が形成され、正の電流路１０
と負の電流路１１に導入される。これ等の電流路には、
トランジスタ７が設置しである。これ等のトランジスタ
７はマイクロプロセッサ制御部１２によって制御され、
巻線部５の接続端子が三本の分巻線５ａ、５ｂと５Ｃの
中の二本に通電され、三番目の分巻線に電流がながれな
いように、選択的に正の電流路か負の電流路に連結され
ている。

第２図には、進み整流切換なしのマイクロプロセッサ制
御部１２の制御回路が示しである。

付属論理回路１３には、導入された回転子の位置検出器
３の三つの信号から、どの二つのトランジスタ７が制御
されているのが検出される。更に、付属論理回路１３に
は入力端１４°を介して制御信号「符号（Ｍ）」が導入
される。この信号は回転モーメントが何方の符号である
かを与える。この信号は回転速度制御部１５から供給さ
れる。この信号を用いて、付属論理回路１３は回転子を
トランジスタの制御部に割り当てる異なる二つの状態の
間を選択することができる。これから形成された二つの
信号は、二つのパスル幅変調器１６と１７に導入され、
そこでそれぞれ回転速度制御部１５から供給されたパス
ル幅信号に結合する。両方のパスル幅変調器１６と１７
は、パルス化した制御信号を上部出力端１８を介して上
の三個のトランジスタ７に、また下部出力端１９を介し
て下の三個のトランジスタ７に出力する。

モータ特性及び特に回転モーメントの形状を改良するの
に、進み整流切換、即ちモータ１の固定子巻線部５の三
本の分巻線５ａ、５ｂと５ｃの整流切換時点を進ませる
ため、説明した第１図の回路のマイクロプロセッサ制御
部１２を第３図のマイクロプロセッサ制御部１２′に置
換する。

回転子の位置検出器３から供給された三相信号は、付属
論理回路１３′にも切換制御部２０にも導入される。こ
の制御部は上にある制御装置２１から整流切換の値とし
て時間値Ｔｖを予め与え、その値は例えば一定値でもよ
い。切換制御部２０中では、回転子の位置情報の交換す
る間の時間間隔Ｔｋが測定される。この時間間隔Ｔｋか
ら、所定の時間値Ｔｖが引き算される。この引き算結果
は、トランジスタ７が切り替わるターンオフ時間Ｔｓを
出力する。

前記引き算の結果が負の場合、例えば進み整流切換の時
間値Ｔｖが整流交換の間の時間間隔Ｔｋより長い場合、
引き算の結果に時間間隔Ｔｋが加算される。つまり、Ｔｓ＝２Ｔｋ−Ｔｖ結果が必ず未だ負であると、時間間隔Ｔｋは更に別な倍
数が加算される。つまり、Ｔｓ＝３Ｔｋ−ＴｖＴｓを計算するため、時間間隔Ｔｋを一回、二回又は三
回使用するどうかに応じて、回転子の位置情報をトラン
ジスタ７の制御信号に対してどの割り振りを使用するか
が付属論理回路１３′に入力される。しかし、前記制御
信号は未だ出力されない。同時に切換制御部２０の遅延
装置２２中で遅延が始まり、この遅延は時間Ｔｓが経過
した後付属論理回路１３′に新しい制御信号を出力する
時点にトリガ信号を供給する。

両方のパスル幅変調器１６と１７中では、上部又は下部
トランジスタ７を制御する前に、第２図の場合に説明し
た方法と同じ方法で信号を回転速度制御部１５から供給
されたパスル幅信号に結び付けることが行われる。

この点から離れて、進み整流切換のために予め与えた時
間値Ｔｖは回転速度、必要な回転モーメント又は回転モ
ーメントの波形に依存して指定することもできる。第３
図のブロック回路図に示しであるように、このための制
御装置２１が回転速度制御部１５に連結し、及び／又は
プログラム制御部（図示せず）によってそれぞれ所定の
機能に応じて制御される。

第４図には、電動モータ１の回転モーメン）Ｍが回転速
度ｎに対してプロットしである。曲線Ｉは進み整流切換
のない駆動時の、即ち第２図の制御構造の場合の回転モ
ーメントと回転速度の特性曲線を表す。曲線■は第３図
の回路によって進み整流切換を最適に選んだ場合の回転
モーメントと回転速度の特性曲線を表す。この発明の方
法（特性曲線■）の場合には、回転速度が低い時、回転
モーメントは進み整流切換のない波形に一致する。

しかし、回転速度が早い時、進み整流切換によって回転
速度の上昇と共に増大する回転モーメントの増加が達成
される。同時に、達成可能な最高回転速度が著し上昇す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図、ブラシレス直流モータ用の制御回路の単純化し
た回路図。第２図、進み整流切換を行わない通常の方法の場合第１
図のマイクロプロセッサ制御部のブロック回路図。第３図、進み整流切換を行うため第１図のマイクロプロ
セッサ制御部のブロック回路図。第４図、進み整流切換のある場合とない場合の第１図の
ブラシレス直流モータの回転モーメントと回転速度の特
性曲線。図中引用記号：１・・・ブラシレス直流モータ、２・・・回転子、３・・・回転子位置検出器、４・・・固定子、５・・・巻線部、５ａ、５ｂ、５ｃｍ・・分巻線、６　・　・７　・　・１２゜１３゜ｌ　５　・１６゜２０　・Ｔｓ　　・Ｔｖ　　・Ｔｋ　　・トランジスタ・ブリッジ回路、トランジスタ、２′　・・・マイクロプロセッサ制御部、３′　・・・
付属論理回路、・回転速度制御部、７・・・パスル幅変調器、切換制御部、・ターンオフ時間、・進み整流切換の時間値、・回転子の位置情報を交換する間の時間間隔。

Claims

【特許請求の範囲】

　１．回転子位置検出器によって導入された制御信号が
電動モータの巻線に電流パスルを供給するブリッジ回路
、特にトランジスタ・ブリッジ回路で電子回路、特にト
ランジスタを制御するために使用され、その場合電子回
路、特にトランジスタを制御する整流切換時点を変更で
きるブラシレス電動モータ、特にブラシレス直流モータ
を制御する方法において、駆動特性量の所定の限界の上
部で整流切換時点を所定の時間値（Ｔｖ）ほど電子的な
方法で進ませること特徴とする方法。
　２．進み慰留切換の時間値（Ｔｖ）は、一定であるこ
とを特徴とする請求項１記載の方法。
　３．進み整流切換の時間値（Ｔｖ）は、回転速度に依
存して特定されることを特徴とする請求項１記載の方法
。
　４．進み整流切換の時間値（Ｔｖ）は、必要な回転モ
ーメント又は回転モーメントの波形によって特定される
ことを特徴とする請求項１又は３記載の方法。
　５．回転子の位置検出器から供給される回転子の位置
情報を交換間の時間間隔（Ｔｋ）が測定され、前記時間
間隔（Ｔｋ）から進み整流切換として指定される時間値
（Ｔｖ）が引き算され、引き算値から整流切換時点を決
める電子開閉器又はトランジスタのターンオフ時間（Ｔ
ｓ）が得られることを特徴とする請求項１〜４のいずれ
か１項に記載の方法。
　６．引き算の結果が負の場合、時間間隔（Ｔｋ）又は
この間隔の整数倍が、正の結果になるまで加算されるこ
とを特徴とする請求項５記載の方法。
　７．一個の回転子位置検出器と、付属論理回路と、電
動モータの巻線に電流パスルを供給する複数のトランジ
スタを装備し、制御入力端が、場合によってパスル幅変
調器を介して前記付属論理回路に連結しているトランジ
スタ回路と、前記トランジスタを制御する整流切換時点
を変更させる装置とを備え、特許請求の範囲第１〜６項
までの方法を実行するブラシレス電動モータ、特に直流
モータ用の制御回路において、整流切換時点を変更する
装置は所定の時間値（Ｔｖ）の入力端と、回転子位置検
出器（３）に連結する入力端と、付属論理回路（１３′
）に連結する出力端（２０ａ）とを備えた計算回路が保
有する切換制御部（２０）であることを特徴とする制御
回路。
８．所定の時間間隔（Ｔｖ）の入力端は、一定値を供給
する調節装置（２１）に接続していることを特徴とする
請求項７記載の制御回路。
９．所定の時間間隔（Ｔｖ）の入力端は、可変制御量（
回転速度と回転モーメント）を入力できる制御装置（２
１）に接続していることを特徴とする請求項７記載の制
御回路。
１０．切換制御部（２０）は、付属論理回路（１３′）
に接続する他の出力端を有し、前記他の出力端にはトラ
ンジスタ（７）を制御するトリガ信号が供給されること
を特徴とする請求項７記載の制御回路。