JPH0516876Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はブラシレス直流電動機の回転子位置検
出を固定子巻線の巻線電圧から検出するようにし
た装置に関するものである。

従来よりブラシレス直流電動機の回転子位置検
出信号を固定子巻線の巻線電圧から直接得るよう
にしたものは種々提案されておる。その一例を第
１図によつて説明する。１は商用交流電源（例え
ばAC100V、60Hz）、２は上記交流電源１を整流
平滑して出力する整流回路、３はブラシレス直流
電動機（以下単に電動機という）で、３相星形結
線された固定子巻線４と回転子５からなつてい
る。６は上記電動機３の固定子巻線４の通電制御
を行ういわゆる120°通電形のインバータ回路で、
６個のトランジスタ等からなるスイツチング素子
Q_u，Q_x，Q_v，Q_y，Q_w，Q_zを２個づつ直列に接続
して組とし（Q_uとQ_x，Q_vとQ_y，Q_wとQ_z）、これ
をブリツジ形に結線して上記整流回路２の出力端
に接続し、上記各組スイツチング素子相互の接続
点（例えばQ_uとQ_xの接続点）を出力端として、
固定子巻線４の各相に接続し、該スイツチング素
子の導通により固定子巻線４の各相を順次通電せ
しめるようになつておる。７は上記固定子巻線４
の各相に接続されて固定子巻線４の巻線電圧から
回転子５の位置検出信号を得るようにした位置検
出回路である。これは、コンデンサC_u，C_v，C_w
の一端をそれぞれ抵抗R_u，R_v，R_wを介して固定
子巻線４の各相に接続して成る移相器の上記コン
デンサC_u，C_v，C_wの他端を共通接続しこれを回
路接地して星形結線した移相回路８と、この移相
回路８の各移相器の出力端（抵抗とコンデンサの
接続点）に演算増幅器からなる比較器CP_u，CP_v，
CP_wの非反転入力端子をそれぞれ接続し、この比
較器CP_u，CP_v，CP_wの反転入力端子を回路接地
（即ち移相回路８の中性点と接続）した比較回路
９とから形成され、固定子巻４と鎖交する回転子
５の磁束の変化に応じた固定子巻線４の巻線電圧
を相電圧として各移相器に入力させ、各移相器は
これを90°位相遅れの略三角波形の電圧に移相し
て出力し、この移相しした出力電圧を各比較器
CP_u，CP_v，CP_wにより中性点電圧と比較するこ
とで、比較器CP_u，CP_v，CP_wの出力端から互い
に120°位相の異なる矩形波の比較信号U_p，V_p，
W_pをデユテイ比50％で得て、これの比較信号を
回転子５の位置検出信号として送出するようにな
つておる。１０は上記位置検出回路７の位置検出
信号U_p，V_p，W_pを論理回路の組合せ（例えば
_ｐ，W_p，U_p，_p，_p，U_p，V_p，_p，_pV_p，
W_p，_p）により、上記インバータ回路６のスイ
ツチング素子Q_u，Q_x，Q_v，Q_y，Q_w，Q_zを順次
120°の期間導通（例えばQ_u→Q_z→Q_v→Q_x→Q_w→
Q_yの順で）せしめる開閉信号を送出するように
した分配回路である。

このように構成した場合、位置検出回路７と分
配回路１０の制御部は、交流電源１を整流平滑し
た整流回路２、即ち直流電源にいわゆる直結され
た構成となるため、誘導電圧が重畳して回転子５
の位置検出が的確に行えないという問題を有して
おり、しかも直結されていることにより、これら
回路を収納配置する図示しないケース等の接地部
材に回路接地すれば感電事故を惹起することにな
つて、上記接地部材に接続できないため、上記回
路をケース等から絶縁して収納配置することにな
る。しかし、この場合にあつても、外部（又は内
部）のノイズやサージがケース等を介して侵入す
ることによつて（又は直接重畳することによつ
て）、素子を過電圧破壊するおそれを有すると共
に、制御部にあつてあは誤動作の原因となり、的
確な位置検出信号を得ることができないという問
題を有し、耐サージ、耐ノイズ誤動作対策が困難
となり、回路に用いる各素子等の絶縁強度もあげ
ることが必要となつて素子の設計の自由度装置の
小形コンパクト化を阻害すると共に、感電等の安
全対策も必要になるという問題を有している。

本考案は、上述した点にかんがみてなされたも
ので、その目的とするところは、高圧部としての
交流電源側と、低圧部としての制御電源側とを絶
縁して、回転子の位置検出信号を固定子巻線の巻
線電圧から的確に得ることができるようにしたも
のを提供することにある。

本考案は上記目的を達成するため、制御部の入
力を受光素子でうけて、回転子の位置検出を行う
ように構成したものである。

以下、本考案の実施例を第２図及び第３図によ
つて説明する。なお、位置検出回路を除いては第
１図と同様に構成されておるので、異なる構成を
除いては第１図を採用して説明することとする。
第２図において、１１は回転子５の位置を検出す
る位置検出回路で、固定子巻線４の各相の巻線電
圧を相電圧として一定電圧にクランプして発光素
子で出力するようにした電圧クランプ回路１２
と、これの出力を受光素子でうけて相電圧を矩形
波で出力するようにした相電圧検出回路１３と、
これの出力を90°位相遅れに積分して略三角波状
で出力するようにした積分回路１４と、これの出
力と中性点電圧とを比較して矩形波の比較信号
U_p，V_p，W_pを送出するようにした比較回路１５
とから形成されておる。

これら回路について説明する。電圧クランプ回
路１２は、抵抗R₁とアノードを接続して逆直列
となつた一対の定電圧ダイオードZD₁，ZD₂を直
列に接続し、この一対の定電圧ダイオードZD₁と
ZD₂のカソード間に、抵抗R₂を介して一対の発光
素子（本例ではホトダイオード）D₁，D₂を逆並
列に挿入してなるクランプ器１２_u，１２_v，１２
_ｗの上記抵抗R₁を固定子巻線４の各相に接続する
と共に、定電圧ダイオードZD₂のカソードを共通
接続して、クランプ器１２_u，１２_v，１２_wを３
相星形結線となし、この中性点を、交流電源１に
接続された整流回路２とインバータ回路６を含む
交流電源側に回路接地して形成し、固定子巻線４
の各相の巻線電圧を相電圧として入力させ、この
相電圧をツエナー電圧V_zから定まる一定値にク
ランプし、このクランプ出力により一対の発光素
子D₁，D₂を相電圧の正負に対応して交互に発光
せしめるようになつている。相電圧検出回路１３
は、一対の受光素子（本例ではホトトランジス
タ）Q₁，Q₂のコレクタ・エミツタを直列に接続
し、上記受光素子Q₁のコレクタを抵抗R₃を介し
て図示しない制御用電源の（＋）側出力V_ccに、
また上記受光素子Q₂のエミツタを抵抗R₄を介し
て上記制御用電源の（−）側出力V_EEに接続し、
上記受光素子Q₁，Q₂のコレクタ・エミツタ間に
は抵抗R₅，R₆をそれぞれ抵抗R₃，R₄を介して並
列に挿入し、受光素子Q₁とQ₂の接続点ａを出力
端してなる相電圧検出器１３_u，１３_v，１３_wを
上記電圧クランプ回路１２のクランプ器１２_u，
１２_v，１２_wの発光素子D₁が入力（即ち相電圧）
の正の半サイクルで発光すると相電圧検出器１３
_ｕ，１３_v，１３_w，の受光素子Q₁が導通し、クラ
ンプ器１２_u，１２_v，１２_wの発光素子D₂が入力
（即ち相電圧）の負の半サイクルで発光すると相
電圧検出器１３_u，１３_v，１３_wの受光素子Q₂が
導通するようになつており、相電圧の正、負の半
サイクル毎に受光素子Q₁，Q₂の交互に導通せし
めることにより出力端ａから相電圧に対応した矩
形状で交番する出力を送出するようになつてお
る。積分回路１４は上記相電圧検出回路１３の相
電圧検出器１３_u，１３_v，１３_wの出力端ａに非
反転入力端子を回路接地した演算増幅器A₁の反
転入力端子を抵抗R₇を介して接続し、この演算
増幅器A₁の反転入力端子と出力端子間に抵抗R₈
とコンデンサC₁を並列に挿入してなる積分器１
４_u，１４_v，１４_wから形成され入力を積分して
三角波状で交番する90°位相遅れの出力を積分器
１４_u，１４_v，１４_wの演算増幅器A₁の出力端子
からそれぞれ送出するようになつておる。比較回
路１５は、上記積分器１４_u，１４_v，１４_wの出
力端に非反転入力端子が回路接地した演算増幅器
A₂の反転入力端子をコンデンサC₂を介して接続
すると共に、反転入力端子を抵抗R₉を介して回
路接地してなる比較器１５_u，１５_v，１５_wから
形成され、積分回路１４の積分器１４_u，１４_v，
１４_wの出力をコンデンサC₂と抵抗R₉による交流
結合によつて直流分を阻止して略三角波状の交流
分のみを中性点電圧と比較して、相電圧に対して
90°位相遅れの矩形波の比較信号U_p，V_p，W_pを比
較器１５_u，１５_v，１５_wの出力端からそれぞれ
送出するようになつておる。そして位置検出回路
１１は上記比較信号U_p，V_p，W_pを回転子５の位
置検出信号として分配回路１０に送出するように
なつておる。このように構成することにより、交
流電源側としての電圧クランプ回路１２と制御電
源側としての相電圧検出回路１３とは完全に絶縁
され、相電圧検出回路１３、積分回路１４、比較
回路１５、及び分配回路１０のいわゆる制御部の
回路接地は接地部材に接続（例えばケースアー
ス）することができる。従つて、上記接地部材が
静電シールドとして機能し、制御部の耐サージ、
耐ノイズの強化が図ることができる。

次に回転子５の位置検出動作について説明す
る。交流電源１（例えばAC100V.60Hz）をうけ
た整流回路２は、これを整流（例えば倍電圧に整
流）平滑した直流出力をインバータ回路６に供給
する。次いで、電動機３を起動する。これは図示
しない起動手段より、分配回路１０を介してイン
バータ回路６のスイツチング素子Q_u，Q_x，Q_v，
Q_y，Q_w，Q_zを例えばQ_u→Q_z→Q_v→Q_x→Q_w→Q_y
の順に導通しや断せしめて固定子巻線４の各相を
順次通電させ、インバータ回路６の出力周波数を
所定の周波数（例えば20Hz程度）まで上昇させる
と共に、回転数を所定の回転数（例えば600r.p.m
程度）まで上昇させるいわゆる他制動作を行う。
しかる後、位置検出回路１１の位置検出信号によ
り分配回路１０を介してインバータ回路６の各ス
イツチング素子を適時導通しや断せしめるいわゆ
る自制動作が行なわれる。これについて、第３図
と共に説明する。第３図はこの位置検出動作にお
ける各部の波形を固定子巻線４の一相分について
示したものである。上記スイツチング素子の導通
しや断によつて整流回路２の出力をうけた固定子
巻線４の各相の巻線電圧を相電圧V_fとしてうけ
た電圧クランプ回路１２のクランプ器１２_u，１
２_v，１２_wの各入力波形は、一相分についてみれ
ば第３図１２の入力で示すように、スイツチング
素子の切換時に生ずるスパイク電圧V_sを有し中
性点Ｎに対して正負に交番する略台形状の電圧波
形となつて示される。この相電圧V_fをうけたク
ランプ器１２_u，１２_v，１２_wは、抵抗R₁を通し
て一対の逆直列となつた定電圧ダイオードZD₁，
ZD₂のツエナ電圧V_zにより一定の値にクランプし
（第３図ｂ点の出力）、このクランプした電圧によ
り抵抗R₂を通して発光素子D₁，D₂に電流ｉが流
れこの電流ｉが矢印方向に流れとき（即ち相電圧
V_fの正の半サイクルのとき）（第３図D₁のｉ）、
発光素子D₁が発光し、電流ｉが矢印方向と反対
に流れたとき（即ち相電圧V_fの負の半サイクル
のとき）（第３図D₂のｉ）、発光素子D₂が発光し
て、この発光素子D₁，D₂の相電圧V_fの正負の半
サイクルに応じた交互の発光が出力としてそれぞ
れ送出する。このクランプ器１２_u，１２_v，１２
_ｗの発光素子D₁，D₂の相電圧の正負の半サイクル
に応じた発光をうけた相電圧検出器１３_u，１３
_ｖ，１３_wは、その受光素子Q₁，Q₂が、上記発光
素子D₁の発光によつて受光素子Q₁が、また発光
素子D₂の発光によつて受光素子Q₂がそれぞれ交
互に導通し（第３図Q₁，Q₂）、これを加算するこ
とによつて出力端ａから正負に交番する矩形波状
の出力を相電圧V_fに対応して送出する（第３図
１３の出力）。これをうけた積分回路１４の積分
器１４_u，１４_v，１４_wは、抵抗R₇とコンデンサ
C₁で定まるCR時定数で入力を積分して演算増幅
器A₁の出力端子から相電圧V_fに対し270°位相遅
れの略三角波状の波形で出力する（第３図１４の
出力）。この際、コンデンサC₁と並列に挿入した
低抵抗の抵抗R₈により演算増幅器A₁のオフセツ
ト電圧による電荷を放電させて積分誤差の発生を
防止される。そして、上記積分器１４_u，１４_v，
１４_wの出力をうけた比較回路１５の比較器１５
_ｕ，１５_v，１５_wは、その入力端に設けたコンデ
ンサC₂と抵抗R₉による交流結合によつて直流分
を阻止して略三角波状の交流分のみを演算増幅器
A₂により中性点電圧と比較反転し、この比較反
転によつて相電圧V_fに対して90°位相遅れの矩形
波で正負に交番する出力を比較信号U_p，V_p，W_p
としてそれぞれ送出する（第３図１５の出力）。
この際、積分器１４_u，１４_v，１４_wの積分出力
に、電動機３が例えば圧縮機用として使用され
て、負荷が１回転中に変動し固定子巻線４の各相
の巻線電圧が一時的に位相の不平衡状態となつ
て、直流レベルのシフト分が重畳された場合で
も、交流結合により直流レベルのシフト分が阻止
されるので、比較信号U_p，V_p，W_pを常に安定し
たデユテイ比50％で相電圧V_Fに対し90°位相遅れ
とすることができる。

そして上記比較信号U_p，V_p，W_pは回転子５の
位置検出信号として分配回路１０に送出され、こ
れをつけた分配回路１０は上述同様、入力の論理
組合せによりインバータ回路６のスイツチング素
子Q_u，Q_x，Q_v，Q_y，Q_w，Q_zを適時導通しや断せ
しめる開閉信号を送出する。

第４図は上記相電圧検出回路１３の他の実施例
を示したもので、同図イは受光素子Q₁とQ₂のコ
レクタをトランジスタQ₃のコレクタと共通接続
して制御電源V_CCに接続し、受光素子Q₁のエミツ
タを上記トランジスタQ₃のベースに接続し、こ
のトランジスタQ₃のエミツタを抵抗R₁₀を介して
トランジスタQ₄のコレクタに接続し、このトラ
ンジスタQ₄のベースに上記受光素子Q₂のエミツ
タを接続し、トランジスタQ₄のエミツタを抵抗
R₁₁を介して制御電源V_EEに接続し、制御電源V_CC
とV_EE間に直列に挿入した抵抗R₅とR₆の接続点に
上記トランジスタQ₄のコレクタを接続してこれ
を出力端ａとした相電圧検出器１３_u′，１３_v′，
１３_w′より相電圧検出回路１３′を形成したもの
である。又、同図ロは制御電源V_CCに受光素子Q₁
とトランジスタQ₅のコレクタを共通接続し、受
光素子Q₁のエミツタをトランジスタQ₅のベース
に接続すると共に、直列接続した抵抗R₁₂とR₁₃
を介して受光素子Q₂のコレクタに接続し、上記
トランジスタQ₅のエミツタを直列接続した抵抗
R₁₄とR₁₅を介してPNP形トランジスタQ₆のエミ
ツタに接続し、このトランジスタQ₆のベースを
上記受光素子Q₂のコレクタに接続し、受光素子
Q₂のエミツタとトランジスタQ₆のコレクタとを
制御電源V_EEに共通接続し、制御電源V_CCとV_EE間
に直列に挿入した抵抗R₅とR₆の接続点に上記抵
抗R₁₂とR₁₃の接続点と、抵抗R₁₄とR₁₅の接続点
とを接続してこれを出力端ａとした相電圧検出器
１３_u″，１３_v″，１３_w″より相電圧検出回路１
３″を形成したものである。このように形成した
場合、受光素子の出力が小さくても後段で増幅度
を上げることがけいるので結果的に受光部が高感
度となり、電動機３の回転数が低速領域であつて
このために電動機３の巻線電圧が低い場合であつ
ても、回転子５の位置検出精度をあげることがで
きる。

尚、上記実施例にあつて比較回路１５の比較器
１５_u，１５_v，１５_wは積分回路１４の積分器１
４_u，１４_v，１４_wの積分出力を交流結合を介し
て入力せしめて中性点電圧と比較するように説明
したが、これに代つて第５図に示すように、積分
器１４_u，１４_v，１４_wの出力端に、演算増幅器
A₃の反転入力端子を抵抗R₁₆を介して接続すると
共に、非反転入力端子を抵抗R₁₇とR₁₈を介して
接続し、この抵抗R₁₇とR₁₈の接続点と回路接地
間にコンデンサC₃を挿入して、固定子巻線４の
巻線電圧の一時的な位相不平衡状態によつて上記
積分器１４_u，１４_v，１４_wの出力に重畳する直
流レベルのシフト分をローパスフイルタを通して
阻止した入力と、積分器の出力とを比較反転して
比較信号U_p，V_p，W_pを送出するようにした比較
器１５_u′，１５_v′，１５_w′からなる比較回路１
５′を用いてもよい。

本考案によれば、固定子巻線の相電圧を、一対
の発光素子と受光素子によつて絶縁し、かつ相電
圧の正負の半サイクル毎に上記一対の受光素子を
交互に導通せしめて該相電圧と対応した信号を得
るようにしてあるので、相電圧に対応した信号を
ノイズをしや断してうることができることは勿
論、回路接地を接地部材に接続することができる
ので、制御部に対して高圧側に仮想中性点回路を
設けて、位相不平衡に対する位置検出部の中性点
の安定化を図る必要がなく、中性点電位の安定化
を図ることができ、交流電源側と制御電源側とが
完全に絶縁されているので、制御部に用いる各素
子及びこれを組込んだプリント基板等の絶縁強度
を格別に考慮することなく構成することができ、
交流電源側即ち高圧部から侵入するノイズやサー
ジを阻止することができ、耐ノイズ耐サージ対策
も容易となつて、耐サージ用の部品数を大巾に減
少することができ、各素子及びプリント基板の設
計の自由度を拡大して装置を安価にかつ小形コン
パクト化を図つたものとすることができ、メンテ
ナンス等における感電等の危険を解消し安全対策
面も一段と向上せしめて回転子の位置検出を行う
ことができる。しかも、発光素子と受光素子とに
よつて絶縁するようにしてあるのでトランスによ
つて絶縁する構成に比して小形化することは勿
論、リーケージインダクタンスによる共振現象に
よつて生ずる高周波振動もなくなるので、これを
防ぐための構成も不要となつて相電圧に対応した
信号を的確に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示すブロツク図、第２図は本
考案の実施例を示すブロツク図、第３図は第２図
の各部の動作を説明する波形図、第４図は第２図
の相電圧検出回路の他の実施例を示したものであ
る。第５図は第２図の比較回路の他の実施例を示
したものである。 １……商用交流電源、２……整流回路、３……
電動機、４……固定子巻線、５……回転子、６…
…インバータ回路、１０……分配回路、７，１１
……位置検出回路、１２……電圧クランプ回路、
１３，１３′，１３″……相電圧検出回路、１４…
…積分回路、１５，１５′……比較回路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 星形結線された固定子巻線と回転子からなるブ
   ラシレス直流電動機と、商用交流電源に整流回路
   を介して複数のスイツチング素子をブリツジ形に
   結線してその出力端を固定子巻線の各相にそれぞ
   れ接続したインバータ回路と、固定子巻線の巻線
   電圧から回転子の位置検出信号を上記複数のスイ
   ツチング素子に送出しこれを適時導通しや断せし
   めるようにした位置検出回路とを備え、固定子巻
   線の各相を順次通電せしめるようにしたものにお
   いて、上記位置検出回路を、固定子巻線の各相に
   抵抗を介してアノード相互を接続して逆直列とな
   つた一対の定電圧ダイオードを接続し、この一対
   の定電圧ダイオードのカソード間に抵抗を介して
   一対の発光素子を逆並列に挿入して相電圧の正負
   の半サイクルに対応して交互に発光せしめるよう
   にしたクランプ器を星形結線した電圧クランプ回
   路と、この回路の各クランプ器に、その一対の発
   光素子の発光に応じて交互に導通する一対の受光
   素子を制御電源に接続しこの一対の受光素子のコ
   レクタ・エミツタ間に抵抗をそれぞれ挿入して相
   電圧の正負の半サイクルに対応した矩形波状の出
   力を送出するようにした相電圧検出器をそれぞれ
   対設してなる相電圧検出回路と、この回路の各相
   電圧検出器の出力端に入力を90°位相遅れに積分
   する積分器をそれぞれ接続してなる積分回路と、
   この回路の各積分器の出力端に、入力の直流分を
   阻止して中性点電圧と比較して矩形波の比較信号
   を送出するようにした比較器をそれぞれ接続して
   なる比較回路とを備え、回転子の位置検出信号を
   交流電源側と制御電源側とを絶縁して検出するよ
   うにしたことを特徴とするブラシレス直流電動機
   の回転子位置検出装置。