JPH05227785A

JPH05227785A - ブラシレスモータの駆動装置

Info

Publication number: JPH05227785A
Application number: JP4023697A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Kuroda; 昌寛黒田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-02-10
Filing date: 1992-02-10
Publication date: 1993-09-03

Abstract

(57)【要約】【目的】位置センサレス方式のブラシレスモータの回
転子の回転異常を検出する。【構成】誘起電圧検出回路２７は、ブラシレスモータ
２０の各相の固定子巻線２１Ｕ，２１Ｖ及び２１Ｗの端
子電圧ＵＶ，ＶＶ及びＷＶと基準電圧発生回路２３から
の基準電圧ＶＲとの比較に基づいて位置検出信号ＰＳ
Ｕ，ＰＳＶ及びＰＳＷを出力する。通電タイミング信号
形成回路２８は、これらの位置検出信号ＰＳＵ，ＰＳＶ
及びＰＳＷに基づいてベース信号を出力して駆動回路２
に出力する。一方、誘起電圧検出回路２７は、固定子巻
線２１Ｕ，２１Ｖ及び２１Ｗに誘起される誘起電圧の状
態に応じた状態検出信号ＳＩを出力し、異常検出回路２
９は、状態検出信号ＳＩに基づいて回転子２２の回転の
正常，異常を判定する。そして、異常検出回路２９は、
異常と判定した時には異常検出信号ＳＡを出力し、これ
に基づいて通電タイミング信号形成回路２８の動作を停
止させ、警報器３０を動作させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固定子巻線に誘起され
る誘起電圧に基づいて位置検出信号を得るようにしたブ
ラシレスモ―タの駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、冷蔵庫或いはエアコンディショ
ナのコンプレッサの駆動モータとしては、コンプレッサ
の能力可変が必要とされる用途の場合、回転速度制御の
容易さから、ブラシレスモータが採用されるようになっ
ており、特に、引出し線数が少ない等の特徴から、固定
子巻線と永久磁石形の回転子との相対的位置をホール素
子等の位置センサを用いずに固定子巻線に誘起される誘
起電圧を利用して検出する位置センサレス方式のものが
採用されるようになってきている。

【０００３】而して、この種の従来のブラシレスモータ
の駆動装置は、複数相の固定子巻線の端子電圧と基準電
圧とを比較することにより固定子巻線に誘起される誘起
電圧のゼロックス点を検出して位相信号を得るとともに
この位相信号を所定電気角だけ移相して位置検出信号を
出力する誘起電圧検出回路を設け、この誘起電圧検出回
路の位置検出信号に基づいて通電タイミング信号を出力
する通電タイミング信号形成回路を設け、この通電タイ
ミング信号に基づいて前記固定子巻線の通電を制御する
駆動回路を設ける構成である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の構成では、固定
子巻線の端子電圧にノイズが重畳した場合、或いは、負
荷トルクの変動により回転子の回転むらが大きくなった
場合等には、固定子巻線の誘起電圧を正しく検出するこ
とができなくなる。このため、各相の固定子巻線への通
電タイミング信号が最適時期からずれることになり、最
後には脱調を生ずる。

【０００５】このように、固定子巻線への通電タイミン
グがずれ、そして、脱調を生じた場合には、誘起電圧検
出回路は回転子の位置検出ができなくなり、駆動回路
は、誤った相の固定子巻線に通電する等の誤制御を行な
うことになって、回転子が振動し、ブラシレスモータか
ら発生する振動，騒音が大きくなる不具合がある。又、
回転子が振動すると、これによって駆動されるコンプレ
ッサ即ち接続負荷が破損する虞れもある。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、位置センサレス方式のブラシレスモー
タにおいて、その回転子が異常回転した場合にはこれを
確実に検出することができるブラシレスモータの駆動装
置を提供するにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、永久磁石形の
回転子と、この回転子に回転力を与えるべく磁界を作用
させる複数相の固定子巻線を有する固定子とを備えたブ
ラシレスモ―タにおいて、前記複数相の固定子巻線の端
子電圧と基準電圧との比較に基づき位置検出信号を出力
するとともに前記端子電圧から前記固定子巻線に誘起さ
れる誘起電圧の有無を検出して状態検出信号を出力する
誘起電圧検出手段を設け、この誘起電圧検出手段からの
位置検出信号に基づいて通電タイミング信号を出力する
通電タイミング信号形成手段を設け、この通電タイミン
グ信号形成手段からの通電タイミング信号に基づいて前
記固定子巻線の通電を制御する出力手段を設け、前記誘
起電圧検出手段からの状態検出信号により前記回転子の
回転の正常，異常を判定し異常と判定した時には異常検
出信号を出力する異常検出手段を設ける構成に特徴を有
する。

【０００８】

【作用】本発明のブラシレスモータの駆動装置によれ
ば、誘起電圧検出手段によって各相の固定子巻線に誘起
される誘起電圧に基づき位置検出信号を得る位置センサ
レス方式のものにおいては、固定子巻線の端子電圧にノ
イズが重畳した場合、或いは、回転子の負荷トルク変動
による回転むらが大きくなった場合等には、誘起電圧が
正常に検出することができなくなって、誘起電圧検出手
段からの状態検出信号の状態が正常時とは変化する。

【０００９】これにより、異常検出手段は、状態検出信
号の変化状態を検出することによって回転子の回転の正
常，異常を判定することができ、異常と判定した時には
異常検出信号を出力する。

【００１０】従って、この異常検出手段からの異常検出
信号を基に、例えば通電タイミング信号形成手段の動作
を停止させて固定子巻線に対する通電を停止させ、或い
は、警報器を動作させる等の異常対策を講ずることがで
きるものである。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例につき図面を参照し
て説明する。

【００１２】先ず、図１に従って、全体の構成について
述べる。直流電源１の正及び負端子は、駆動回路２の入
力端子３及び４に夫々接続されている。

【００１３】出力手段たる駆動回路２は、入力端子３，
４間にスイッチング素子たるＮＰＮ形のトランジスタ５
乃至７及び８乃至１０を三相ブリッジ接続して構成され
ている。尚、トランジスタ５乃至１０には並列にダイオ
ード１１乃至１６が夫々接続されている。そして、トラ
ンジスタ５及び８の共通接続点は出力端子１７に接続さ
れ、トランジスタ６及び９の共通接続点は出力端子１８
に接続され、トランジスタ７及び１０の共通接続点は出
力端子１９に接続されている。

【００１４】ブラシレスモータ２０は、例えば冷蔵庫，
エアコンディショナのコンプレッサ（負荷）を駆動する
もので、Ｕ，Ｖ及びＷ相の固定子巻線２１Ｕ，２１Ｖ及
び２１Ｗを有する固定子２１と、永久磁石形の回転子２
２とを備えている。そして、固定子巻線２１Ｕ，２１Ｖ
及び２１Ｗの一端子は共通に接続され、各他端子は駆動
回路２の出力端子１７，１８及び１９に夫々接続されて
いる。

【００１５】基準電圧発生手段たる基準電圧発生回路２
３は分圧用の抵抗２４及び２５を備えている。そして、
直流電源１の正端子と負端子との間に抵抗２４及び２５
の直列回路が接続され、その共通接続点を基準電圧端子
２６としている。

【００１６】誘起電圧検出手段たる誘起電圧検出回路２
７において、その３つの入力ポートは駆動回路２の出力
端子１７乃至１９に接続され、他の入力ポートは基準電
圧発生回路２３の基準電圧端子２６に接続され、３つの
出力ポートは通電タイミング信号形成手段たる通電タイ
ミング信号形成回路２８の３つの入力ポートに接続され
ている。そして、通電タイミング信号形成回路２８の６
つの出力ポートは駆動回路２のトランジスタ５乃至１０
のベースに夫々接続されている。

【００１７】異常検出手段たる異常検出回路２９におい
て、入力ポートは誘起電圧検出回路２８の出力ポートに
接続され、出力ポートは通電タイミング信号形成回路２
８の入力ポートに接続されているとともにブザー，ラン
プ等の警報器３０に接続されている。

【００１８】上記場合において、誘起電圧検出回路２
７，通電タイミング信号形成回路２８及び異常検出回路
２９は、図１では機能別のブロック図として示されてい
るが、実際には１つのマイクロコンピュータで構成され
るもので、後述するように動作するようになっている。

【００１９】次に、本実施例の作用につき図２乃至図４
をも参照しながら説明する。

【００２０】回転子２２の回転中においては、固定子巻
線２１Ｕ，２１Ｖ及び２１Ｗの端子電圧は、図２
（ａ），（ｂ）及び（ｃ）に示すように、ＵＶ，ＶＶ及
びＷＶのようになり、これらが誘起電圧検出回路２７に
入力される。又、直流電源１の電源電圧Ｅは基準電圧発
生回路２３により分圧されて基準電圧ＶＲとして出力さ
れ、これが誘起電圧検出回路２７に入力される。

【００２１】誘起電圧検出回路２７は、これらの端子電
圧ＵＶ，ＶＶ及びＷＶと基準電圧ＶＲとを比較して固定
子巻線２１Ｕ，２１Ｖ及び２１Ｗに誘起される誘起電圧
のゼロクロス点を検出する。この場合、誘起電圧検出回
路２７は、端子電圧ＵＶ，ＶＶ及びＷＶと電源電圧Ｅの
１／２の基準電圧ＶＲ（＝Ｅ／２）とを比較するように
なっている。

【００２２】誘起電圧検出回路２７は、図２（ａ），
（ｂ）及び（ｃ）で示すように、端子電圧ＵＶ，ＶＶ及
びＷＶと基準電圧ＶＲ（＝Ｅ／２）とのクロス点を検出
することにより、即ち、固定子巻線２１Ｕ，２１Ｖ及び
２１Ｗに誘起される誘起電圧のゼロクロス点を検出する
ことにより、図２（ｄ），（ｅ）及び（ｆ）に示すよう
に、位相信号ＤＳＵ，ＤＳＶ及びＤＳＷを得る。そし
て、誘起電圧検出回路２７は、この位相信号ＤＳＵ，Ｄ
ＳＶ及びＤＳＷから電気角３０度に相当する時間を演算
してその分だけ位相信号ＤＳＵ，ＤＳＶ及びＤＳＷを移
相し、以て、図２（ｇ），（ｈ）及び（ｉ）で示すよう
に、位置検出信号ＰＳＵ，ＰＳＶ及びＰＳＷを出力す
る。

【００２３】通電タイミング信号形成回路２８は、これ
らの位置検出信号ＰＳＵ，ＰＳＶ及びＰＳＷを論理変換
して６つの通電タイミング信号たるベース信号を得、こ
れらを駆動回路２のトランジスタ５乃至１０に与えて、
順次トランジスタ５乃至１０をオン，オフさせ、以て、
固定子巻線２１Ｕ，２１Ｖ及び２１Ｗに通電して回転子
２２を回転させる。

【００２４】（１）回転子２２の回転が正常な場合。

【００２５】誘起電圧検出回路２７は、各相の固定子巻
線２１Ｕ，２１Ｖ及び２１Ｗに誘起される誘起電圧の検
出状態を示す状態検出信号ＳＩを出力するものである。

【００２６】誘起電圧検出回路２７から出力される状態
検出信号ＳＩは、回転子２２が始動時から正常に回転さ
れた時には、誘起電圧が正しく検出されて位相信号ＤＳ
Ｕ，ＤＳＶ及びＤＳＷが所定の順序で得られることか
ら、図３（ａ）で示すように、始動時からハイレベルと
なる。又、回転子２２が正常回転する場合においても、
始動直後に回転子２２の回転が遅いために誘起電圧が一
時的に検出できないことがあり、この時には、状態検出
信号ＳＩは、図３（ｂ）に示すように、始動時にはハイ
レベルになるが、その後にロウレベルになり、しかる後
連続してハイレベルになる。

【００２７】而して、状態検出信号ＳＩが図３（ａ）に
示す状態の時の異常検出回路２９の動作につき述べる。

【００２８】異常検出回路２９は、回転子２２が始動さ
れると（スタート）、「ＳＩはハイレベル？」の判断ス
テップＳ１となり、ここでは「ＹＥＳ」と判断して判断
ステップＳ１を繰返すことになる。

【００２９】次に、状態検出信号ＳＩが図３（ｂ）に示
す状態の時の異常検出回路２９の動作につき述べる。

【００３０】異常検出回路２９は、先ず、前述同様に判
断ステップＳ１で「ＹＥＳ」と判断してその判断ステッ
プＳ１を繰返すようになるが、その後、状態検出信号Ｓ
Ｉがロウレベルとなることによって、判断ステップＳ１
で「ＮＯ」と判断して「ｎ←１」の処理ステップＳ２に
移行する。

【００３１】異常検出回路２９は、この処理ステップＳ
２ではカウンタのカウント値ｎを「１」にセットする処
理を行なって、次の「タイマセット」の処理ステップＳ
３となる。

【００３２】異常検出回路２９は、処理ステップＳ３で
はタイマをセットしてこれに計時動作を開始させ、「ｎ
≧ｎｏ？」の判断ステップＳ４に移行する。ここで、ｎ
ｏは異常検出回路２９のＲＯＭに予め設定記憶された値
であり、例えば「５」に設定されている。従って、異常
検出回路２９は、前述したようにカウンタのカウント値
ｎが「１」にセットされていることから、判断ステップ
Ｓ４では「ＮＯ」と判断して「ｔ≧ｔｏ？」の判断ステ
ップＳ５に移行する。ここで、ｔｏは異常検出回路２９
のＲＯＭに予め設定記憶された時間である。

【００３３】異常検出回路２９は、判断ステップＳ４で
は、タイマの計時時間ｔが設定時間ｔｏ以上か否かを判
断するもので、ここでは、先ず、「ＮＯ」と判断して
「ＳＩに立下り有り？」の判断ステップＳ６に移行す
る。

【００３４】異常検出回路２９は、この判断ステップＳ
６では、状態検出信号ＳＩがハイレベルからロウレベル
に立下ったか否かを判断するもので、「ＮＯ」（立下り
なし）の時には判断ステップＳ４に戻り、以下、判断ス
テップＳ５，Ｓ６及びＳ４を繰返す。

【００３５】その後、状態検出信号ＳＩのハイレベルか
らロウレベルへの最初の立下り時点（カウント値ｎは
「１」）から設定時間ｔｏ以上経過すると、異常検出回
路２９は、判断ステップＳ５で「ＹＥＳ」と判断して
「ＳＩはハイレベル？」の判断ステップＳ７に移行し、
ここでは判断ステップＳ１と同様に状態検出信号ＳＩが
ハイレベルか否かを判断する。

【００３６】図３（ｂ）に示すように回転子２２の回転
が正常な場合には、設定時間ｔｏ以上経過している時に
は状態検出信号ＳＩはハイレベルになっているので、異
常検出回路２９は、判断ステップＳ７では「ＹＥＳ」と
判断して「ｎ←０」の処理ステップＳ８及び「タイマリ
セット」の処理ステップＳ９に順次移行する。

【００３７】異常検出回路２９は、「ｎ←０」の処理ス
テップＳ８ではカウンタのカウント値ｎを「０」にリセ
ットし、「タイマリセット」の処理ステップＳ９ではタ
イマをリセットしてその計時時間ｔを「０」とし、その
後、判断ステップＳ１に戻るようになる。

【００３８】（２）回転子２２の回転が異常な場合。

【００３９】誘起電圧検出回路２７からの状態検出信号
ＳＩは、回転子２２の始動不良の異常時には、図３
（ｃ）に示すように、始動当初はハイレベルになるが、
その後は回転子２２が停止して固定子巻線２１Ｕ，２１
Ｖ及び２１Ｗに誘起電圧が誘起されないことから、ロウ
レベルのままとなる。又、回転子２２が始動しても、脱
調により回転子２２が振動する異常時には、固定子巻線
２１Ｕ，２１Ｖ及び２１Ｗには所定の順序では誘起電圧
が誘起されないことから、状態検出信号ＳＩは、図３
（ｄ）で示すように、ハイレベル及びロウレベルを繰返
すようになる。

【００４０】而して、状態検出信号ＳＩが図３（ｃ）で
示す状態の時の異常検出回路２９の動作について述べ
る。

【００４１】異常検出回路２９は、先ず、前述同様に判
断ステップＳ１で「ＹＥＳ」と判断してその判断ステッ
プＳ１を繰返すようになるが、その後、状態検出信号Ｓ
Ｉがロウレベルとなることによって、判断ステップＳ１
で「ＮＯ」と判断して「ｎ←１」の処理ステップＳ２及
び「タイマセット」の処理ステップＳ３に順次移行す
る。

【００４２】その後、異常検出回路２９は、図３（ｂ）
の時と同様に判断ステップＳ４，Ｓ５及びＳ６を繰返す
ようになる。

【００４３】そして、状態検出信号ＳＩのハイレベルか
らロウレベルへの最初の立下り時点（カウント値ｎは
「１」）から設定時間ｔｏ以上経過すると、異常検出回
路２９は、判断ステップＳ５で「ＹＥＳ」と判断して
「ＳＩはハイレベル？」の判断ステップＳ７に移行す
る。

【００４４】図３（ｃ）に示すように回転子２２の回転
が異常な場合には、設定時間ｔｏ以上経過している時に
は状態検出信号ＳＩはロウレベルになっているので、異
常検出回路２９は、判断ステップＳ７では「ＮＯ」と判
断して「ＳＡ出力」の出力ステップＳ１０に移行する。

【００４５】異常検出回路２９は、この出力ステップＳ
１０ではハイレベルの異常検出信号ＳＡを出力するよう
になり、この異常検出信号ＳＡは、通電タイミング信号
形成回路２８及び警報器３０に与えられる。

【００４６】通電タイミング信号形成回路２８は、異常
検出信号ＳＡが与えられると、動作を停止して駆動回路
２のトランジスタ５乃至１０に対するベース信号の出力
を停止するようになり、従って、トランジスタ５乃至１
０は全てオフとなって、固定子巻線２１Ｕ，２１Ｖ及び
２１Ｗは断電される。又、警報器３０は、異常検出信号
ＳＡが与えられると、ブザー鳴動，ランプ点灯等の警報
動作を行なって、異常発生の旨の報知を行なう。その
後、異常検出回路２９は、動作終了（エンド）となる。

【００４７】次に、状態検出信号ＳＩが図３（ｄ）に示
す状態の時の異常検出回路２９の動作について述べる。

【００４８】この場合には、異常検出回路２９は、判断
ステップＳ１で「ＮＯ」と判断し、処理ステップＳ２及
びＳ３を経た後、判断ステップＳ４，Ｓ５及びＳ６を繰
返すようになるまでは図３（ｃ）の場合と同様の動作を
行なう。

【００４９】異常検出回路２９は、状態検出信号ＳＩが
次にハイレベルからロウレベルに立下ると、判断ステッ
プＳ６で「ＹＥＳ」と判断して「ｎ←ｎ＋１」の処理ス
テップＳ１１となる。そして、異常検出回路２９は、こ
の処理ステップＳ１１ではカウンタのカウント値ｎに
「１」を加算する処理を行なうもので、この時にはカウ
ント値ｎは「２」となる。その後は、異常検出回路２９
は、判断ステップＳ４に戻るようになる。

【００５０】以下、同様にして、異常検出回路２９は、
状態検出信号ＳＩがハイレベルからロウレベルに立下る
毎に処理ステップＳ１１に移行してカウンタのカウント
値ｎに「１」づつ加算するようになる。そして、異常検
出回路２９は、カウンタのカウント値ｎが設定値ｎｏ
（例えば５）となると、判断ステップＳ４で「ＹＥＳ」
と判断して「ＳＡ出力」の出力ステップＳ１０となり、
前述同様にして、通電タイミング信号形成回路２８の動
作を停止させ、警報器３０を警報動作させる。

【００５１】このように本実施例によれば、誘起電圧検
出回路２７によって、固定子巻線２１Ｕ，２１Ｖ及び２
１Ｗの端子電圧ＵＶ，ＶＶ及びＷＶと基準電圧ＶＲとを
比較することに基づき位置検出信号ＰＳＵ，ＰＳＶ及び
ＰＳＷを出力する場合に、その誘起電圧検出回路２７か
ら、各相の固定子巻線２１Ｕ，２１Ｖ及び２１Ｗに誘起
される誘起電圧が正常か否かを示す状態検出信号ＳＩを
出力させ、異常検出回路２９によって、状態検出信号Ｓ
Ｉの出力状態に基づき回転子２２の回転の正常，異常を
判定させるようにした。

【００５２】そして、異常検出回路２９は、異常と判定
した場合には、異常検出信号ＳＡを出力して、この異常
検出信号ＳＡに基づいて固定子巻線２１Ｕ，２１Ｖ及び
２１Ｗへの通電を停止させるとともに、警報器３０に警
報動作を行なわせるようにした。

【００５３】従って、起動不良の異常が発生した場合、
固定子巻線２１Ｕ，２１Ｖ及び２１Ｗの端子電圧ＵＶ，
ＶＶ及びＷＶにノイズが重量し或いは負荷トルクが変動
して回転子２２に振動が生ずる異常が発生した場合に
は、適切なる異常対策として固定子巻線２１Ｕ，２１Ｖ
及び２１Ｗが速やかに断電されることになってブラシレ
スモータ２０の振動，騒音の発生を最小限におさえるこ
とができ、又、ブラシレスモータ２０の負荷たるコンプ
レッサを破損することもない。

【００５４】尚、上記実施例では、回転子２２の回転が
異常の時には、異常検出信号ＳＡの出力に基づいて通電
タイミング信号形成回路２８の動作を停止させるととも
に警報器３０を警報動作させるようにしたが、いずれか
一方を行なわせるようにしてもよい。

【００５５】その他、本発明は上記実施例に限定される
ものではなく、例えば負荷はコンプレッサに限られない
等、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変形して実施し得る
ことは勿論である。

【００５６】

【発明の効果】本発明のブラシレスモータの駆動装置は
以上説明したように、各相の固定子巻線の端子電圧に基
づいて誘起電圧が正常に生じているか否かを判定し、異
常の場合には異常検出信号を出力させるようにしたの
で、回転子の回転の異常を確実に検出することができ
て、適切な異常対策を講ずることができ、従って、ブラ
シレスモータの振動，騒音の発生を最小限におさえ且つ
負荷の破損を防止することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す電気的構成図

【図２】作用説明用の各部の信号波形図

【図３】作用説明用の各部の信号波形図

【図４】作用説明用のフローチャート

【符号の説明】

１は直流電源、２は駆動回路（出力手段）、２０はブラ
シレスモータ、２１は固定子、２１Ｕ，２１Ｖ及び２１
Ｗは固定子巻線、２２は回転子、２３は基準電圧発生回
路、２７は誘起電圧検出回路（誘起電圧検出手段）、２
８は通電タイミング信号形成回路（通電タイミング信号
形成手段）、２９は異常検出回路（異常検出手段）、３
０は警報器を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】永久磁石形の回転子と、この回転子に回
転力を与えるべく磁界を作用させる複数相の固定子巻線
を有する固定子とを備えたブラシレスモ―タにおいて、
前記複数相の固定子巻線の端子電圧と基準電圧との比較
に基づき位置検出信号を出力するとともに前記端子電圧
から前記固定子巻線に誘起される誘起電圧の有無を検出
して状態検出信号を出力する誘起電圧検出手段と、この
誘起電圧検出手段からの位置検出信号に基づいて通電タ
イミング信号を出力する通電タイミング信号形成手段
と、この通電タイミング信号形成手段からの通電タイミ
ング信号に基づいて前記固定子巻線の通電を制御する出
力手段と、前記誘起電圧検出手段からの状態検出信号に
より前記回転子の回転の正常，異常を判定し異常と判定
した時には異常検出信号を出力する異常検出手段とを具
備してなるブラシレスモータの駆動装置。