JPH0534919B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、３相のコイルへの電流路をトランジ
スタによつて切り換えるブラシレス直流モータに
関するものである。

従来の技術 従来のブラシレス直流モータでは、３相のコイ
ルへの電流路を切り換えるために３個以上の位置
検出素子を必要としていた。

第７図に従来のブラシレス直流モータの構成例
を示す。永久磁石によつて構成されたロータ２の
回転位置をホール素子３０１，３０２，３０３に
よつて検出し、その検出信号に応じて処理回路３
０４によつて第一の駆動トランジスタ４ａ，４
ｂ，４ｃと第二の駆動トランジスタ５ａ，５ｂ，
５ｃの通電状態を切換制御し、３相のコイル３
ａ，３ｂ，３ｃへの電流路を切換えていた。

発明が解決しようとしている問題点 このように、位置検出素子としてホール素子を
使用する場合には、モータの部品点数が多くな
り、配線が繁雑になるという欠点があつた。さら
に、エアコンのロータリー形コンプレツサ用モー
タとしてこのようなブラシレス直流モータを使用
する場合には、ホール素子を高温かつ高圧状態に
て使用することになり、信頼性や寿命が著しく低
下していた。

本発明は、このような点を考慮し、３相のコイ
ルへの電流の入出力端子にあらわれる端子電圧を
利用して位置検出を行なわせることにより、特別
な位置検出素子を１個も使用しないブラシレス直
流モータを提供するものである。

問題点を解決するための手段 上記の問題点を解決するために本発明のブラシ
レス直流モータでは、３相のコイルへの電流の入
出力端子（Ａ端子、Ｂ端子、Ｃ端子）の端子電圧
を検出して３相のデイジタル的な制御信号を発生
する位置検出手段と、前記位置検出手段の制御信
号にもとずいて第一の駆動トランジスタおよび第
二の駆動トランジスタの切換信号を出力し、前記
コイルへの電流をＡ端子、Ｂ端子、Ｃ端子の順番
に切り換えて通電させる切換駆動手段を設け、 前記切換駆動手段は、前記ロータを停止状態か
ら起動加速させるためのパルス信号を出力する起
動加速手段と、前記起動加速手段のパルス信号に
よつて切換信号を作り出す起動モードと前記位置
検出手段の出力信号によつて切換信号を作り出す
定常モードを選択する選択切換手段を含んで構成
され、 さらに、前記位置検出手段は、前記Ａ端子の端
子電圧を平滑する実質的に１次の積分特性を有す
る第一のフイルタ手段と、前記Ｂ端子の端子電圧
を平滑する実質的に１次の積分特性を有する第二
のフイルタ手段と、前記Ｃ端子の端子電圧を平滑
する実質的に１次の積分特性を有する第三のフイ
ルタ手段と、前記第二のフイルタ手段の出力信号
と前記第三のフイルタ手段の出力信号を合成する
第一の合成手段と、前記第三のフイルタ手段の出
力信号と前記第一のフイルタ手段の出力信号を合
成する第二の合成手段と、前記第一のフイルタ手
段の出力信号と前記第二のフイルタ手段の出力信
号を合成する第三の合成手段と、前記第一のフイ
ルタ手段の出力信号と前記第一の合成手段の出力
信号を実質的に比較して第一のデイジタル信号を
作り出す第一の比較手段と、前記第二のフイルタ
手段の出力信号と前記第二の合成手段の出力信号
を実質的に比較して第二のデイジタル信号を作り
出す第二の比較手段と、前記第三のフイルタ手段
の出力信号と前記第三の合成手段の出力信号を実
質的に比較して第三のデイジタル信号を作り出す
第三の比較手段と、前記選択切換手段のモード変
更動作に応動して前記第一の合成手段と第二の合
成手段と第三の合成手段に於ける合成比を変化さ
せる合成比可変手段を含んで構成され、 前記選択切換手段の動作が前記起動モードから
定常モードに切換えらた後の所要時間の間、前記
合成可変手段の動作により前記第一の合成手段と
第二の合成手段と第三の合成手段の合成比を定常
モードの合成比より変化させ、前記第一の合成手
段の出力信号に前記第三のフイルタ手段の出力信
号を多く含むようにし、かつ、前記第二の合成手
段の出力信号に前記第一のフイルタ手段の出力信
号を多く含むようにし、かつ、前記第三の合成手
段の出力信号に前記第二のフイルタ手段の出力信
号を多く含むようにし、 さらに、前記第一の比較手段と第二の比較手段
と第三の比較手段の出力デイジタル信号を前記位
置検出信号の制御信号として出力したものであ
る。

作 用 本発明は上記の構成にすることによつて、３相
のコイルへの電流の入出力端子に現われる端子電
圧を利用して安定な位置検出動作をおこなわせる
ことができるので、特別な位置検出素子（ホール
素子）が必要でなくなる。また、起動モードから
定常モードに移行する際に生じる脱調現象も回避
するようにされている。

実施例 第１図に本発明の実施例を示す。第１図に於い
て、１は直流電源、２はロータ、３ａ，３ｂ，３
ｃは３相のコイル、４ａ，４ｂ，４ｃは第一の駆
動トランジスタ、５ａ，５ｂ，５ｃは第二の駆動
トランジスタ、６ａ，６ｂ，６ｃは第一のダイオ
ード、７ａ，７ｂ，７ｃは第二のダイオード、１
１は位置検出部、１２は切換駆動部、１３は起動
加速器、１４は選択切換器である。

永久磁石によつて構成された１磁極対のＮ極と
Ｓ極を有するロータ２は、界磁磁束を３相のコイ
ル３ａ，３ｂ，３ｃに鎖交させている。Ｎチヤン
ネルの縦形パワーMOS電界効果トランジスタ
（FET）からなる第一の駆動トランジスタ４ａ，
４ｂ，４ｃの通電状態を切換制御することによつ
て、直流電源１から３相のコイル３ａ，３ｂ，３
ｃへの電流路が切り換えられている。同様に、Ｎ
チヤンネルの縦形パワーMOS電界効果トランジ
スタ（FET）からなる第二の駆動トランジスタ
５ａ，５ｂ，５ｃの通電状態を切換制御すること
によつて３相のコイル３ａ，３ｂ，３ｃから直流
電源１への電流帰路が切り換えられている。第一
の駆動トランジスタ４ａ，４ｂ，４ｃの電流の入
力端子と出力端子に実質的に並列に第一のダイオ
ード６ａ，６ｂ，６ｃが逆方向接続されている。
また、第二の駆動トランジスタ５ａ，５ｂ，５ｃ
の電流の入力端子と出力端子に実質的に並列に第
二のダイオード７ａ，７ｂ，７ｃが逆方向接続さ
れている。第一の駆動トランジスタ４ａ，４ｂ，
４ｃおよび第二の駆動トランジスタ５ａ，５ｂ，
５ｃの制御端子への信号を切換制御することによ
つて、３相のコイル３ａ，３ｂ，３ｃへの電流を
所定の順番に供給している。その結果、ロータ２
の界磁磁束と３相のコイル３ａ，３ｂ，３ｃへの
電流によつて電磁力が発生し、ロータ２を所定方
向に回転駆動している。

コイル３ａへの電流の入出力端子Ａ（Ａ端子）
は第一の駆動トランジスタ４ａと第二の駆動トラ
ンジスタ５ａの接続点に結線され、第一のダイオ
ード６ａは第一の駆動トランジスタ４ａに並列に
なるようにＡ端子と直流電源１の正極側の間に接
続され、第二のダイオード７ａは第二の駆動トラ
ンジスタ５ａに並列になるように直流電源１の負
極側とＡ端子の間に接続されている。同様に、コ
イル３ｂへの電流の入出力端子Ｂ（Ｂ端子）は第
一の駆動トランジスタ４ｂと第二の駆動トランジ
スタ５ｂの接続点に結線され、第一のダイオード
６ｂは第一の駆動トランジスタ４ｂに並列になる
ようにＢ端子と直流電源１の正極側の間に接続さ
れ、第二のダイオード７ｂは第二の駆動トランジ
スタ５ｂに並列になるように直流電源１の負極側
とＢ端子の間に接続されている。同様に、コイル
３ｃへの電流の入出力端子Ｃ（Ｃ端子）は第一の
駆動トランジスタ４ｃと第二の駆動トランジスタ
５ｃの接続点に結線され、第一のダイオード６ｃ
は第一の駆動トランジスタ４ｃに並列になるよう
にＣ端子と直流電源１の正極側の間に接続され、
第二のダイオード７ｃは第二の駆動トランジスタ
５ｃに並列になるように直流電源１の負極側とＣ
端子の間に接続されている。

Ａ端子、Ｂ端子およびＣ端子の端子電圧Va，
Vb，Vcは位置検出部１１に入力されている。ロ
ータ２が所定速度以上にて回転しているときに端
子電圧Va，Vb，Vcに現われる逆起電圧により、
位置検出部１１はロータ２の回転位置を検出し
て、その回転位置に応じた制御信号D1，D2，D3
を出力する。第２図に位置検出部１１の具体的な
構成例を示す。端子電圧Vaは第一のフイルタ器
３２ａに入力されている。第一のフイルタ器３２
ａは積分回路３９ａとバツフア回路４５の直列接
続によつて構成され、実質的に１次の積分特性を
有するようにされている。その結果、端子電圧
Vaを積分した滑らかな出力信号F1を得ている。
同様に、端子電圧Vbは第二のフイルタ器３２ｂ
に入力されている。第二のフイルタ器３２ｂは積
分回路３９ｂとバツフア回路４８の直列接続によ
つて構成され、実質的に１次の積分特性を有する
ようにされている。その結果、端子電圧Vbを積
分した滑らかな出力信号F2を得ている。同様に、
端子電圧Vcは第三のフイルタ器３２ｃに入力さ
れている。第三のフイルタ器３２ｃは積分回路３
９ｃとバツフア回路５１の直列接続によつて構成
され、実質的に１次の積分特性を有するようにさ
れている。その結果、端子電圧Vcを積分した滑
らかな出力信号F3を得ている。

第一のフイルタ器３３ａの出力信号F1と第二
のフイルタ器３３ｂの出力信号F2と第三のフイ
ルタ器３３ｃの出力信号F3は制御信号作成器３
１に入力され、３相のデイジタル的な制御信号
D1，D2，D3を得ている。制御信号作成器３１
は、第一の合成器３３ａと第二の合成器３３ｂと
第三の合成器３３ｃと第一の比較器３４ａと第二
の比較器３４ｂと第三の比較器３４ｃと合成比可
変器３５によつて構成されている。

切換駆動部１２の起動加速器１３の起動指令信
号Ｈが入力された合成比可変器３５は、信号Ｈの
立ち下がりエツジ（“Ｈ”（高電位）から“Ｌ”
（低電位）に変化する瞬間）をトリガ信号とする
単安定回路８１とオア回路８２によつて構成され
ている。単安定回路８１は信号Ｈの立ち下がりエ
ツジから所要時間“Ｈ”のパルス信号を出力す
る。従つて、オア回路８２の出力信号Ｍは起動指
令信号Ｈが“Ｈ”から“Ｌ”に変化した後の所要
時間の間“Ｈ”を保持する信号となる。

第一の合成器３３ａは第二のフイルタ器３２ｂ
の出力信号F2と第三のフイルタ器３２ｃの出力
信号F3を合成し、合成信号G1を得ている。合成
比可変器３５の出力信号Ｍが“Ｌ”の時には、ア
ナログスイツチ７２は開いている。このとき、合
成信号G1は抵抗６１と６２によつて決まる。抵
抗６１と６２の抵抗値をそれぞれR1，R2とする
とき、合成信号G1は G1＝（R2・F2＋R1・F3）／（R1＋R2） ……(1) となる。いま、R2＝40（kohm）、R1＝60（kohm）
とすれば、 G1＝0.4・F2＋0.6・F3 ……(2) となる。また、合成比可変器３５の出力信号Ｍが
“Ｈ”の時には、アナログスイツチ７２は閉じる。
このときの合成信号をG1′とすると、G1′は抵抗
６１と６２と７１によつて決まる。抵抗７１の抵
抗値をR3とし、 R2′＝R2・R3／（R2＋R3） ……(3) とすると、 G1′＝（R2′・F2＋R1・F3）／（R1＋R2′） ……(4) となる。いま、R3＝10（kohm）とすると、 R2′＝８（kohm）となり、 G1＝0.118・F2＋0.882・F3 ……(5) となる。

同様に、第二の合成器３３ｂは第三のフイルタ
器３２ｃの出力信号F3と第一のフイルタ器３２
ａの出力信号F1を合成し、合成信号G2を得てい
る。合成比可変器３５の出力信号Ｍが“Ｌ”の時
には、アナログスイツチ７４は開いている。この
とき、合成信号G2は抵抗６３と６４によつて決
まる。抵抗６３と６４の抵抗値をそれぞれR1，
R2とするとき、合成信号G2は G2＝（R2・F3＋R1・F1）／（R1＋R2） ＝0.4・F3＋0.6・F1 ……(6) となる。また、合成比可変器３５の出力信号Ｍが
“Ｈ”の時には、アナログスイツチ７４は閉じる。
このときの合成信号をG2′とすると、抵抗６３と
６４と７３によつて決まる。抵抗７３の抵抗値を
R3とすると、 G2′＝（R2′・F3＋R1・F1）／（R1＋R2′） ＝0.118・F3＋0.882・F1 ……(7) となる。

同様に、第三の合成器３３ｃは第一のフイルタ
器３２ａの出力信号F1と第二のフイルタ器３２
ｂの出力信号F2を合成し、合成信号G3を得てい
る。合成比可変器３５の出力信号Ｍが“Ｌ”の時
には、アナログスイツチ７６は開いている。この
とき、合成信号G3は抵抗６５と６６によつて決
まる。抵抗６５と６６の抵抗値をそれぞれR1，
R2とするとき、合成信号G3は G3＝（R2・F1＋R1・F2）／（R1＋R2） ＝0.4・F1＋0.6・F2 ……(8) となる。また、合成比可変器３５の出力信号Ｍが
“Ｈ”の時には、アナログスイツチ７６は閉じる。
このときの合成信号をG3′とすると、抵抗６５と
６６と７５によつて決まる。抵抗７５と抵抗値を
R3とすると、 G3′＝（R2′・F1＋R1・F2）／（R1＋R2′） ＝0.118・F1＋0.882・F2 ……(9) となる。

第一の比較器３４ａは第一のフイルタ器３２ａ
の出力信号F1と第一の合成器３３ａの出力信号
G1を比較して、その大小関係に応じたデイジタ
ル信号D1を得ている。すなわち、F1＞G1のとき
にはD1＝“Ｌ”（低電位）であり、F1＜G1のとき
にはD1＝“Ｈ”（高電位）となる。同様に、第二
の比較器３４ｂは第二のフイルタ器３２ｂの出力
信号F2と第二の合成器３３ｂの出力信号G2を比
較して、その大小関係に応じたデイジタル信号
D2を得ている。すなわち、F2＞G2のときにはD2
＝“Ｌ”（低電位）であり、F2＜G2のときにはD2
＝“Ｈ”（高電位）となる。同様に、第三の比較器
３４ｃは第三のフイルタ器３２ｃの出力信号F3
と第三の合成器３３ｃの出力信号G3を比較して、
その大小関係に応じたデイジタル信号D3を得て
いる。すなわち、F3＞G3のときにはD3＝“Ｌ”
（低電位）であり、F3＜G3のときにはD3＝“Ｈ”
（高電位）となる。比較器３４ａ，３４ｂ，３４
ｃの出力信号D1，D2，D3は位置検出部１１の制
御信号として切換駆動部１２に入力される。

切換駆動部１２は、起動加速器１３と選択切換
器１４によつて構成されている。起動加速器１３
は、ロータ２が停止している状態から所定速度ま
で起動・加速するためのパルス信号L1，L2，L3
と起動指令信号Ｈを出力する。また、選択切換器
１４は起動指令信号Ｈにもとずいて位置検出部１
１の制御信号D1，D2，D3と起動加速器１３のパ
ルス信号L1，L2，L3のいずれか一方を選択し、
その選択された信号により第一の駆動トランジス
タと第二の駆動トランジスタの切換信号J1，J2，
J3，J4，J5，J6を作り出している。起動指令信号
Ｈが“Ｈ”の時には起動モードを表わし、起動加
速器１３のパルス信号L1，L2，L3によつて切換
信号J1〜J6が作り出されている。また、起動指令
信号Ｈが“Ｌ”の時には定常モード（ロータ２が
第一の所定速度以上にて回転）を表わし、位置検
出部１１の出力信号D1，D2，D3によつて切換信
号J1〜J6が作り出されている。

第３図に選択切換器１４の具体的な構成例を示
す。起動指令信号Ｈが“Ｌ”（定常モード）の時
には、アンド回路１０２，１０３，１０４は位置
検出部１１の信号D1，D2，D3を出力し、アンド
回路１０５，１０６，１０７の出力は“Ｌ”とな
り、オア回路１１１，１１２，１１３の出力は信
号D1，D2，D3となる。インバータ回路１１４，
１１５，１１６とアンド回路１２１，１２２，１
２３，１２４，１２５，１２６と増幅器１３１，
１３２，１３３，１３４，１３５，１３６は、オ
ア回路１１１，１１２，１１３の出力D1，D2，
D3にもとずいて６相のパルス信号J1，J2，J3，
J4，J5，J6を出力する。その論理式は、 J1＝D2・NOT（D3） ……（10A） J2＝D3・NOT（D1） ……（10B） J3＝D1・NOT（D2） ……（10C） J4＝NOT（D2）・D3 ……（10D） J5＝NOT（D3）・D1 ……（10E） J6＝NOT（D1）・D2 ……（10F） である。ここに、NOT（Ｑ）はＱの否定を表わし
ている。パルス信号J1，J2，J3，J4，J5，J6は、
それぞれ第一の駆動トランジスタ４ａ，４ｂ，４
ｃと第二の駆動トランジスタ５ａ，５ｂ，５ｃの
切換信号として供給される（なお、増幅器１３
１，１３２，１３３，１３４，１３５，１３６は
アイソレーシヨン機能や電位変換機能を有してい
てもよい）。

同様に、起動指令信号Ｈが“Ｈ”（起動モード）
の時には、アンド回路１０５，１０６，１０７は
起動加速器１３のパルス信号L1，L2，L3を出力
し、アンド回路１０２，１０３，１０４の出力は
“Ｌ”となり、オア回路１１１，１１２，１１３
の出力は信号L1，L2，L3となる。インバータ回
路１１４，１１５，１１６とアンド回路１２１，
１２２，１２３，１２４，１２５，１２６と増幅
器１３１，１３２，１３３，１３４，１３５，１
３６は、オア回路１１１，１１２，１１３の出力
L1，L2，L3にもとずいて６相のパルス信号J1，
J2，J3，J4，J5，J6を出力する。その論理式は、 J1＝L2・NOT（L3） ……（11A） J2＝L3・NOT（L1） ……（11B） J3＝L1・NOT（L2） ……（11C） J4＝NOT（L2）・L3 ……（11D） J5＝NOT（L3）・L1 ……（11E） J6＝NOT（L1）・L2 ……（11F） となる。

次に、全体の回転駆動動作について説明する。
まず、ロータ２が所定速度以上にて回転している
場合（定常モード）について、第４図の動作説明
用の波形図を参照して説明する。第４図ａ，ｂ，
ｃはＡ端子、Ｂ端子、Ｃ端子の端子電圧波形であ
り、第一の駆動トランジスタと第二の駆動トラン
ジスタの通電状態に応じて所定相のコイル（２相
分）に電流が供給されている。第４図において、 状態…駆動トランジスタ４ａと５ｂのみが通電
状態となり、コイル３ａ，３ｂに電流が
供給される（Ａ端子からＢ端子に電流が
流れる） 状態……駆動トランジスタ４ａと５ｃのみが通
電状態となり、コイル３ａ，３ｃに電流
が供給される（Ａ端子からＣ端子に電流
が流れる） 状態……駆動トランジスタ４ｂと５ｃのみが通
電状態となり、コイル３ｂ，３ｃに電流
が供給される（Ｂ端子からＣ端子に電流
が流れる） 状態……駆動トランジスタ４ｂと５ａのみが通
電状態となり、コイル３ｂ，３ａに電流
が供給される（Ｂ端子からＡ端子に電流
が流れる） 状態……駆動トランジスタ４ｃと５ａのみが通
電状態となり、コイル３ｃ，３ａに電流
が供給される（Ｃ端子からＡ端子に電流
が流れる） 状態……駆動トランジスタ４ｃと５ｂのみが通
電状態となり、コイル３ｃ，３ｂに電流
が供給される（Ｃ端子からＢ端子に電流
が流れる） であり、ロータ２の１磁極対の回転に伴つて電流
路は状態から状態に順次切り換えられる。そ
の結果、３相のコイル３ａ，３ｂ，３ｃへはＡ端
子、Ｂ端子、Ｃ端子の順番に３相の電流が供給さ
れている。なお、状態が移るときに各端子にはス
パイク電圧が発生し、コイルに蓄えられていた磁
気エネルギーが第一のダイオード６ａ，６ｂ，６
ｃまたは第二のダイオード７ａ，７ｂ，７ｃを通
じて直流電源１に回生される。

端子電圧Va，Vb，Vcは位置検出部１１の第
一のフイルタ器３２ａ、第二のフイルタ器３２
ｂ、第三のフイルタ器３２ｃによつて平滑され、
第４図ｄ，ｅ，ｆに示すような滑らかな３相信号
F1，F2，F3が得られる。第二のフイルタ器３２
ｂの出力信号F2と第三のフイルタ器３２ｃの出
力信号F3は第一の合成器３３ａにて合成され
（(2)式または(5)式）、合成信号G1と第一のフイル
タ器３２ａの出力信号F1が第一の比較器３４ａ
にて比較される。第４図ｇに信号G1（実線）とF1
（破線）の波形を示し、第４図ｈに第一の比較器
３２ａの出力信号D1を示す。同様に、第二の合
成器３３ｂの出力信号G2と第二のフイルタ器３
２ｂの出力信号F2は第二の比較器３４ｂにて比
較され、第４図ｉに示す出力信号D2を得ている。
同様に、第三の合成器３３ｃの出力信号G3と第
三のフイルタ器３２ｃの出力信号F3は第三の比
較器３４ｃにて比較され、第４図ｊに示す出力信
号D3を得ている。第一、第二、第三の比較器３
４ａ，３４ｂ，３４ｃの出力信号D1，D2，D3は
３相のデイジタル信号となり、制御信号として切
換駆動部１２に入力される。

定常モードでは切換駆動部１２の起動加速器１
３の起動指令信号Ｈは“Ｌ”になつているので、
選択切換器１４は位置検出部１１の制御信号D1，
D2，D3にもとずいて、（10A）式〜（10F）式の
信号J1，J2，J3，J4，J5，J6を発生する。第４図
ｋ，ｌ，ｍ，ｎ，ｏ，ｐにその波形を示すよう
に、J1〜J6は６相のパルス信号になつている。切
換駆動部１２の信号J1，J2，J3はそれぞれ第一の
駆動トランジスタ４ａ，４ｂ，４ｃの切換信号と
して供給され、信号J4，J5，J6はそれぞれ第二の
駆動トランジスタ５ａ，５ｂ，５ｃの切換信号と
して供給される。従つて、 状態……J1とJ5のみが“Ｈ” 状態……J1とJ6のみが“Ｈ” 状態……J2とJ6のみが“Ｈ” 状態……J2とJ4のみが“Ｈ” 状態……J3とJ4のみが“Ｈ” 状態……J3とJ5のみが“Ｈ” となり、第一の駆動トランジスタ４ａ，４ｂ，４
ｃと第二の駆動トランジスタ５ａ，５ｂ，５ｃは
前述の状態から状態（第４図の上部参照）の
電流路の切換動作を行なう。その結果、ロータ２
は所定方向に持続的に回転駆動される。

次に、ロータ２が停止状態から起動・加速され
る動作（起動モード）について説明する。切換駆
動部１２の起動加速器１３は、起動指令信号Ｈを
“Ｈ”にし、かつ、低周波の３相のパルス信号
L1，L2，L3を出力する。選択切換器１４はパル
ス信号L1，L2，L3にもとずいて、（11A）式〜
（11F）式による６相のパルス信号J1〜J6を出力
し、第一の駆動トランジスタ４ａ，４ｂ，４ｃと
第二の駆動トランジスタ５ａ，５ｂ，５ｃを前述
の状態〜状態に順次切り換えていく。その結
果、ロータ２はステツピングモータもしくは低周
波の同期モータのように起動・加速される。ま
た、起動加速器１３のパルス信号L1，L2，L3の
周波数を徐々に高くすることによつて、ロータ２
は所定の回転速度まで加速される。ロータ２が所
定の回転速度まで加速されると、起動加速器１３
の起動指令信号Ｈは“Ｌ”に変わり（起動モード
から定常モードに移行）、位置検出部１１の制御
信号D1，D2，D3によつて第一の駆動トランジス
タおよび第二の駆動トランジスタの切換信号J1〜
J6が作り出される（起動加速器１３がロータ２の
回転速度を検出し、第一の所定速度以上になると
起動指令信号Ｈを“Ｌ”にするように構成し、起
動加速動作を安定確実にするようにしてもよい）。

このように、コイル３ａ，３ｂ，３ｃに生じる
逆起電圧をＡ端子、Ｂ端子、Ｃ端子の端子電圧
Va，Vb，Vcによつて検出し、その検出電圧に
応じて第一の駆動トランジスタと第二の駆動トラ
ンジスタの通電状態を切り換えれば、特別な位置
検出素子をもちいることなく、良好な電流路の切
換動作を実現できる。特に、Ａ端子の端子電圧を
平滑する実質的に１次の積分特性を有する第一の
フイルタ器３２ａと、Ｂ端子の端子電圧を平滑す
る実質的に１次の積分特性を有する第二のフイル
タ器３２ｂと、Ｃ端子の端子電圧を平滑する実質
的に１次の積分特性を有する第三のフイルタ器３
２ｃと、第二のフイルタ器３２ｂの出力信号と第
三のフイルタ器３２ｃの出力信号を合成する第一
の合成器３３ａと、第三のフイルタ３２ｃの出力
信号と第一のフイルタ器３２ａの出力信号を合成
する第二の合成器３３ｂと、第一のフイルタ器３
２ａの出力信号と第二のフイルタ器３２ｂの出力
信号を合成する第三の合成器３３ｃと、第一のフ
イルタ器３２ａの出力信号と第一の合成器３３ａ
の出力信号を実質的に比較して第一のデイジタル
信号を作り出す第一の比較器３４ａと、第二のフ
イルタ器３２ｂの出力信号と第二の合成器３３ｂ
の出力信号を実質的に比較して第二のデイジタル
信号を作り出す第二の比較器３４ｂと、第三のフ
イルタ器３２ｃの出力信号と第三の合成器３３ｃ
の出力信号を実質的に比較して第三のデイジタル
信号を作り出す第三の比較器３４ｃによつて、位
置検出部１１を構成するならば、簡単な構成にて
正確な位置検出動作を行なうことができる。

これについて、更に詳しく説明する。直流電源
１の電圧値を変えることによつて、本実施例のブ
ラシレス直流モータの回転速度を可変速制御する
ことができる。この様な場合には、モータの回転
速度を変えた時に端子電圧Va，Vb，Vcの最大
値が変化するようになり、フイルタ器の出力信号
F1，F2，F3に直流電位の変化が生じる。従つ
て、たとえば、信号F1，F2，F3と基準の直流電
圧を比較して電流路を切り換えるようにすると、
比較器の出力信号D1，D2，D3の変化点が理想的
な電流路の切換位置（最大の加速トルクが得られ
る切換位置）より大幅にずれてしまう。その結
果、モータの回転駆動動作が乱され、正常な回転
ができなくなる。

このような問題に対して本実施例の構成では、
直流電源１の電圧値を変えた場合でもフイルタ器
３２ａ，３２ｂ，３２ｃの出力信号F1，F2，F3
の直流電位がすべて同じように変化する。また、
合成器３３ａ，３３ｂ，３３ｃの出力信号G1，
G2，G3の直流電位も同じように変化する。従つ
て、比較器３４ａ，３４ｂ，３４ｃの出力信号
D1，D2，D3は直流電源１の電圧値の変化に無関
係になり、正確な制御信号D1，D2，D3を得るこ
とができる。

さらに、本実施例のブラシレス直流モータに
は、起動モードから定常モードに移行するときに
生じる脱調現象も防止するようにしてある。次
に、これについて更に詳しく説明する。起動モー
ドから定常モードに移行するときのロータ２の回
転速度は300rpm程度であり、コイル３ａ，３ｂ，
３ｃに生じている逆起電圧の大きさは電流による
電圧降下の大きさと同じ程度でしかない。従つ
て、位置検出部１１の制御信号D1，D2，D3には
大きな誤差がふくまれており、信号D1，D2，D3
によつて切換信号J1〜J6を作り第一の駆動トラン
ジスタ４ａ，４ｂ，４ｃおよび第二の駆動トラン
ジスタ５ａ，５ｂ，５ｃの通電状態を切換制御す
ると、電流路の切換位相が理想的な切換位置（最
大の加速トルクが得られる切換位相）よりも大幅
にずれてしまう。その結果、十分な加速トルクが
発生しなくなり、モータが脱調して停止するとい
う致命的な問題をひきおこしていた。これは、次
のような動作メカニズムによつて引き起こされて
いることがわかつた。すなわち、起動モードでは
ステツピングモータのような加速動作をしている
ので、ロータ２の回転位置と電流路の切換位相に
はずれが生じている。さらに、ロータ２は振動し
ながら電流の切換位相に追随しているので、その
ずれかたも一定していない。いま、起動用のパル
ス信号L1，L2，L3に対してロータ２の回転位置
が遅れた状態のときに起動モードから定常モード
にきりかえられたとすると、次のような不安定状
態に陥ることがわかつた。すなわち、コイル３
ａ，３ｂ，３ｃにおける電圧降下が逆起電圧より
も進んだ位相になり、端子電圧Va，Vb，Vcの
波形の位相も進んだようになり、第一と第二と第
三のフイルタ器３２ａ，３２ｂ，３２ｃの出力信
号F1，F2，F3も進んだ位相（逆起電圧の位相に
対して）になる。信号F1，F2，F3が進んでいる
と切換信号J1〜J6も進み、電流路の切換時点も進
むようになり、端子電圧Va，Vb，Vcに現われ
る電流による電圧降下やスパイク電圧が進むよう
になる。すなわち、コイルの端子電圧Va，Vb，
Vc（電流による電圧降下とスパイク電圧）の進み
……フイルタ器の出力信号F1，F2，F3の進み…
…位置検出部１１の制御信号D1，D2，D3の進み
……切換駆動部１２の切換信号J1〜J6の進み……
電流路の切り換えの進み……Va，Vb，Vcの進
み、という正帰還ループが形成されており、起動
モードから定常モードに移行するときにロータ２
の回転位置がパルス信号L1，L2，L3に対して遅
れているときには上記の正帰還ループの影響が顕
著に現われ、ロータ２が脱調して停止することが
わかつた。

本実施例では、起動加速器１３の起動指令信号
Ｈにより位置検出部１１の制御信号作成器３１の
動作を切り換えることによつて、上記の不安定現
象を生じないようにしている。次に、これについ
て第５図の動作説明用の波形図を参照して更に詳
しく説明する。起動指令信号Ｈが“Ｈ”から
“Ｌ”（起動モードから定常モードに移行）に変化
する時点よりも所要時間遅れて、制御信号作成器
３１の合成比可変器３５の出力信号Ｍは“Ｈ”か
ら“Ｌ”に変わる。従つて、モード移行後の所要
時間の間はアナログスイツチ７２，７４，７６が
閉じており、合成器３３ａ，３３ｂ，３３ｃは
(5)、(7)、(9)式によつて表わせる合成信号G1′，
G2′，G3′を出力する。比較器３４ａ，３４ｂ，
３４ｃはそれぞれ合成信号G1′，G2′，G3′とフイ
ルタ器３２ａ，３２ｂ，３２ｃの出力信号F1，
F2，F3を比較して、３相の制御信号D1，D2，
D3を出力する。また、所要時間後に信号Ｍが
“Ｌ”になると、アナログスイツチ７２，７４，
７６は開き合成器３３ａ，３３ｂ，３３ｃは(2)、
(6)、(8)式によつて表わせる合成信号G1，G2，G3
を出力する。比較器３４ａ，３４ｂ，３４ｃはそ
れぞれ合成信号G1，G2，G3とフイルタ器３２
ａ，３２ｂ，３２ｃの出力信号F1，F2，F3を比
較して、３相の制御信号D1，D2，D3を出力す
る。

第５図ａに第一のフイルタ器３２ａの出力信号
F1と第一の合成器３３ａの出力信号G1，G1′の波
形を示し、第５図ｂに第一の比較器３４ａの出力
信号D1の波形を示す。第５図ｂの実線はF1とG1
を比較して得られる信号D1であり、破線はF1と
G1′を比較して得られる信号D1である。これよ
り、合成比可変器３５の出力信号Ｍが“Ｈ”の時
には“Ｌ”の時に較べて、信号D1が遅れた位相
でデイジタル的に変化することがわかる。すなわ
ち、モード移行後の所要時間の間は合成比可変器
３５の動作によつてフイルタの出力信号F1，F2，
F3から制御信号D1，D2，D3への変換位相が遅ら
されている。このような構成にすると、上述の電
流路の切換位相のずれによる不安定現象が起こら
ないで、安定なモード移行が実現できることが確
認された。

これは、次のような動作メカニズムによるもの
と考えられる。たとえば、モード移行の瞬間にロ
ータ２がおくれ方向にずれていた時には（起動用
のパルス信号L1，L2，L3に対して）、制御信号
D1，D2，D3もおくれているので、D1，D2，D3
によつて切換信号J1〜J6を作れば正常な加速トル
クを発生し、ロータ２は加速されていく。また、
モード移行の瞬間にロータ２が進み方向にずれて
いた時には（起動用のパルス信号L1，L2，L3に
対して）、制御信号D1，D2，D3も遅れているの
で、D1，D2，D3によつて切換信号J1〜J6を作れ
ば一時的に減速トルクが発生し（加速トルクが小
さくなり）、ロータ２は制御信号D1，D2，D3の
位相と一致する位置まで減速され、以後正常な回
転駆動動作が行なわれる。その後に、合成比可変
器３５の出力信号Ｍが“Ｈ”から“Ｌ”に変化し
ても、ロータ２は加速トルクを発生する位置関係
にあるので正常な回転駆動動作を行なう。

さらに、本実施例には次のような利点もある。
第４図ａ，ｂ，ｃに示したように、電流路の切り
換え時点において端子電圧Va，Vb，Vcにはす
るどいスパイク電圧が発生する。このスパイク電
圧により、フイルタ器３２ａ，３２ｂ，３２ｃの
出力信号F1，F2，F3の位相は進み方向（逆起電
圧に対して）に移動する。従つて、たとえば、信
号F1，F2，F3のゼロクロス点（基準の直流電圧
値となる点）において電流路を切り換えるように
すると、切り換えのタイミングがすべて進んでし
まう。特に負荷トルクが大きくなつたときに位置
検出の進みが大きくなり、モータが脱調して停止
するという致命的な問題をひきおこしていた。こ
れは、次のような動作メカニズムによつて引き起
こされていることがわかつた。すなわち、負荷ト
ルクが大きくなると、それに伴つて電流が大きく
なり、コイルに蓄えられる磁気エネルギーも大き
くなり、電流路の切換時点におけるスパイク電圧
の幅が太くなる。スパイク電圧の幅が太くなると
フイルタ器の出力信号F1，F2，F3の位相が進
み、信号F1，F2，F3のゼロクロス点の位相も進
んでいく。信号F1，F2，F3のゼロクロス点にお
いて電流路を切り換えているので、電流路の切換
時点も進むようになり、端子電圧Va，Vb，Vc
に現われる電流による電圧降下やスパイク電圧が
進むようになる。すなわち、コイルの端子電圧
Va，Vb，Vc（電流による電圧降下とスパイク電
圧）の進み……フイルタ器の出力信号F1，F2，
F3の進み……位置検出部１１の制御信号D1，
D2，D3の進み……切換駆動部１２の切換信号J1
〜J6の進み……電流路の切り換えの進み……Va，
Vb，Vcの進み、という前述の正帰還ループの影
響が負荷トルクの大きいときに顕著になり、位置
検出動作や回転駆動動作が不安定になることがわ
かつた。

本実施例では、合成器の合成比率を適当に選ぶ
ことによつてスパイク電圧による位相の進み方を
あらかじめ補償することができるので、定常モー
ドの動作を安定にすることができる。すなわち、
第一の合成器３３ａの出力信号G1における第二
のフイルタ器３２ｂの出力信号F2と第三のフイ
ルタ器３２ｃの出力信号F3の合成比率をQ1：W1
とするときにQ1＜W1となし、第二の合成器３３
ｂの出力信号G2における第三のフイルタ器３２
ｃの出力信号F3と第一のフイルタ器３２ａの出
力信号F1の合成比率をQ2：W2とするときにQ2
＜W2となし、第三の合成器３３ｃの出力信号G3
における第一のフイルタ器３２ａの出力信号F1
と第二のフイルタ器３２ｂの出力信号F2の合成
比率をQ3：W3とするときにQ3＜W3となすこと
によつて、容易に電流路の切換タイミングの位相
を遅らせることができる。本実施例では、Q1：
W1＝４：６、Q2：W2＝４：６、Q3：W3＝
４：６にした。

なお、第２図の合成器３３ａ，３３ｂ，３３ｃ
の抵抗７１，７３，７５の抵抗値をR3＝０にし
てもよい。

また、前述の位置検出部１１の構成は第２図の
構成に限定されるものではなく、たとえば、第６
図に示す構成の位置検出部１１を使用してもよ
い。第６図では、第一のフイルタ器３２ａ、第二
のフイルタ器３２ｂ、第三のフイルタ器３２ｃを
それぞれ微分回路２００ａ，２００ｂ，２００ｃ
と積分回路３９ａ，３９ｂ，３９ｃとバツフア回
路４５，４８，５１の直列接続によつて構成して
いる。微分回路２００ａ，２００ｂ，２００ｃは
単に直流分を除去するものであり、十分に低い周
波数にて微分作用を行なうようになされている。
すなわち、位置検出部１１の信号D1，D2，D3に
よつて電流路の切り換え動作を行なう場合にＡ端
子、Ｂ端子、Ｃ端子に生じる端子電圧Va，Vb，
Vcの周波数範囲において、コンデンサ２０１，
２０３，２０５は実質的に短絡状態になつてい
る。従つて、位置検出部１１の信号D1，D2，D3
を利用するような周波数範囲において、フイルタ
器３２ａ，３２ｂ，３２ｃは実質的に１次の積分
特性を有するフイルタになつている。

また、制御信号作成器３１の合成比可変器３５
は回転速度判別器２２１とセツト・リセツト形フ
リツプフロツプ２２２によつて構成され、起動指
令信号Ｈが“Ｈ”の時にフリツプフロツプ２２２
をセツト（Ｑ＝“Ｈ”）し、回転速度判別器２２１
の出力によつてフリツプフロツプ２２２をリセツ
トしている。回転速度判別器２２１は、第三のフ
イルタ器３２ｃの出力信号F3によつてロータ２
の回転速度を検出し、その速度が第二の所定値
（前述の第一の所定速度よりも大きい）以上にな
ると出力信号を“Ｌ”から“Ｈ”に変える。従つ
て、合成比可変器３５の出力信号Ｍは、起動モー
ドから定常モードに移行後の所要時間の間（ロー
タ２の回転速度が第二の所定値以上になるまでの
時間）“Ｈ”の状態を保持するようになつている。

これにより、負荷トルクが変動しても確実にロ
ータ２を第二の所定の回転速度まで加速する事が
できる。なお、第一と第二と第三の合成器３３
ａ，３３ｂ，３３ｃおよび第一と第二と第三の比
較器３４ａ，３４ｂ，３４ｃの構成および動作は
前述の第２図のものと同じであり、説明を省略す
る。

前述の実施例では、第一の駆動トランジスタ４
ａ，４ｂ，４ｃに並列に第一のダイオード６ａ，
６ｂ，６ｃを接続し、第二の駆動トランジスタ５
ａ，５ｂ，５ｃに並列に第二のダイオード７ａ，
７ｂ，７ｃを接続しているが、これらの第一のダ
イオードや第二のダイオードをＮチヤンネルの縦
形パワーMOS電界効果トランジスタのドレイン
とソース間に存在する寄生ダイオードによつて代
用してもよい。この様な場合に於いても本発明に
含まれることは言うまでもない。

また、第一の駆動トランジスタまたは第二の駆
動トランジスタのいずれか一方もしくは両方をバ
イポーラ形のトランジスタに置き換えてもよい。

また、前述の実施例の切換駆動部１２の起動加
速器１３や選択切換器１４の論理をマイクロコン
ピユータによつて実現してもよく、本発明に含ま
れる事は言うまでもない。

また、前述の実施例では３相のコイルを星形に
結線したが、デルタに結線してもよい。

さらに、第一の駆動トランジスタまたは第二の
駆動トランジスタのいずれか一方もしくは両方を
パルス幅変調信号によつて高周波スイツチング動
作させることによつてモータの回転速度を可変速
制御するようにしてもよい。その他、本発明の主
旨を変えずして種々の変更が可能である。

発明の効果 本発明は、３相のコイルへの電流の入出力端子
にあらわれる端子電圧を利用して位置検出を行な
わせることにより、特別な位置検出素子を１個も
使用しないで、ブラシレス直流モータの安定な回
転駆動動作を実現したものである。従つて、本発
明にもとずいてコンプレツサ用のブラシレス直流
モータを構成するならば、構造の簡単な長寿命・
高信頼性のモータを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるブラシレス直
流モータのブロツク図、第２図は位置検出部の結
線図、第３図は選択切換器の結線図、第４図ａ〜
ｐおよび第５図ａ，ｂは第１図の実施例の動作を
説明するための波形図、第６図は位置検出部の他
の構成を示す結線図、第７図は従来のブラシレス
直流モータのブロツク図である。 １……直流電源、２……ロータ、３ａ，３ｂ，
３ｃ……コイル、４ａ，４ｂ，４ｃ……第一の駆
動トランジスタ、５ａ，５ｂ，５ｃ……第二の駆
動トランジスタ、６ａ，６ｂ，６ｃ……第一のダ
イオード、７ａ，７ｂ，７ｃ……第二のダイオー
ド、１１……位置検出部、１２……切換駆動部、
１３……起動加速器、１４……選択切換器、３１
……制御信号作成器、３２ａ……第一のフイルタ
器、３２ｂ……第二のフイルタ器、３２ｃ……第
三のフイルタ器、３３ａ……第一の合成器、３３
ｂ……第二の合成器、３３ｃ……第三の合成器、
３４ａ……第一の比較器、３４ｂ……第二の比較
器、３４ｃ……第三の比較器、３５……合成比可
変器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 永久磁石により構成されたＮ組（Ｎは整数）
   の磁極対を有するロータと、前記ロータの界磁磁
   束と鎖交する３相のコイル群と、直流電源から前
   記３相のコイルへの電流路を形成する第一の駆動
   トランジスタ群と、前記３相のコイルから前記直
   流電源への電流帰路を形成する第二の駆動トラン
   ジスタ群と、前記第一の駆動トランジスタの入力
   端子と出力端子の間に実質的に並列に存在する第
   一のダイオード群と、前記第二の駆動トランジス
   タの入力端子と出力端子の間に実質的に並列に存
   在する第二のダイオード群と、前記３相のコイル
   への電流の入出力端子（Ａ端子、Ｂ端子、Ｃ端
   子）の端子電圧を検出して制御信号を発生する位
   置検出手段と、前記位置検出手段の制御信号にも
   とずいて前記第一の駆動トランジスタおよび第二
   の駆動トランジスタの切換信号を出力し、前記コ
   イルへの電流をＡ端子、Ｂ端子、Ｃ端子の順番に
   切り換えて通電させる切換駆動手段とを具備し、 前記切換駆動手段は、前記ロータを停止状態か
   ら起動加速させるためのパルス信号を出力する起
   動加速手段と、前記起動加速手段のパルス信号に
   よつて切換信号を作り出す起動モードと前記位置
   検出手段の出力信号によつて切換信号を作り出す
   定常モードを選択する選択切換手段を含んで構成
   され、 さらに、前記位置検出手段は、前記Ａ端子の端
   子電圧を平滑する実質的に１次の積分特性を有す
   る第一のフイルタ手段と、前記Ｂ端子の端子電圧
   を平滑する実質的に１次の積分特性を有する第二
   のフイルタ手段と、前記Ｃ端子の端子電圧を平滑
   する実質的に１次の積分特性を有する第三のフイ
   ルタ手段と、前記第二のフイルタ手段の出力信号
   と前記第三のフイルタ手段の出力信号を合成する
   第一の合成手段と、前記第三のフイルタ手段の出
   力信号と前記第一のフイルタ手段の出力信号を合
   成する第二の合成手段と、前記第一のフイルタ手
   段の出力信号と前記第二のフイルタ手段の出力信
   号を合成する第三の合成手段と、前記第一のフイ
   ルタ手段の出力信号と前記第一の合成手段の出力
   信号を実質的に比較して第一のデイジタル信号を
   作り出す第一の比較手段と、前記第二のフイルタ
   手段の出力信号と前記第二の合成手段の出力信号
   を実質的に比較して第二のデイジタル信号を作り
   出す第二の比較手段と、前記第三のフイルタ手段
   の出力信号と前記第三の合成手段の出力信号を実
   質的に比較して第三のデイジタル信号を作り出す
   第三の比較手段と、前記選択切換手段のモード変
   更動作に応動して前記第一の合成手段と第二の合
   成手段と第三の合成手段に於ける合成比を変化さ
   せる合成比可変手段を含んで構成され、 前記選択切換手段の動作が前記起動モードから
   定常モードに切換えらた後の所要時間の間、前記
   合成可変手段の動作により前記第一の合成手段と
   第二の合成手段と第三の合成手段の合成比を定常
   モードの合成比より変化させ、前記第一の合成手
   段の出力信号に前記第三のフイルタ手段の出力信
   号を多く含むようにし、かつ、前記第二の合成手
   段の出力信号に前記第一のフイルタ手段の出力信
   号を多く含むようにし、かつ、前記第三の合成手
   段の出力信号に前記第二のフイルタ手段の出力信
   号を多く含むようにし、 さらに、前記第一の比較手段と第二の比較手段
   と第三の比較手段の出力デイジタル信号を前記位
   置検出信号の制御信号として出力したことを特徴
   とするブラシレス直流モータ。 ２ 第一の合成手段の出力信号における第二のフ
   イルタ手段の出力信号と第三のフイルタ手段の出
   力信号の合成比率をQ1：W1とするときにQ1＜
   W1となし、第二の合成手段の出力信号における
   前記第三のフイルタ手段の出力信号と第一のフイ
   ルタ手段の出力信号の合成比率をQ2：W2とする
   ときにQ2＜W2となし、第三の合成手段の出力信
   号における第一のフイルタ手段の出力信号と第二
   のフイルタ手段の出力信号の合成比率をQ3：W3
   とするときにQ3＜W3となしたことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載のブラシレス直流モ
   ータ。