JPH0552151B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、駆動巻線に誘起される誘起電圧によ
つて界磁回転子の位置を検出して回転制御する形
式のブラシレスモータに関する。

〔従来技術〕

従来、ホール素子やエンコーダ等のような特別
なセンサーを持たないで、駆動巻線に誘起される
誘起電圧によつて界磁回転子の回転位置を検出
し、これによつて駆動巻線の電流を転流して界磁
回転子を回転させるようにしたブラシレスモータ
が知られている（特公昭58−25038号、特公昭59
−36520号）。しかしながら、転流回路によつて高
速に転流が行われる駆動巻線の誘起電圧のみを正
確に検出することは困難であり、駆動巻線の自己
インダクタンス等によるノイズは積分回路で平滑
する等して使用しているが、積分回路の時定数が
大きくて、急速な速度変動に追従できなかつた
り、駆動巻線の自己インダクタンスによるノイズ
の大きさが駆動巻線の電流（即ち、負荷の大き
さ）によつて変化することにより、積分後の波形
に位相誤差が生じてしまう等の問題があり、その
用途は負荷変動の小さいエアコンのコンプレツサ
ー等に限られていた。又、この種のモータに過大
の負荷や急激な負荷変動等の外乱を与えると、モ
ータ及び制御回路が追従できなくなり、失速、停
止してしまう等の問題もあり、その用途を益々せ
まくしていた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、駆動巻線の誘起電圧を高速か
つ正確に検出して、転流のタイミングを正確に行
い、しかも、負荷急変等に対する転流のタイミン
グの変更を速やかに行つてモータの性能を高め、
適用範囲の広いブラシレスモータを提供すること
にある。

本発明の他の目的は、モータに対して不測の外
乱が加わつて失速、停止の状態に陥つた場合も、
自動的に正常運転に復帰することによつて安全に
動作する実用性の高いブラシレスモータを提供す
ることにある。

〔発明の概要〕

本発明は、駆動巻線に誘起される誘起電圧によ
つて界磁回転子の回転位置を検出する形式のブラ
シレスモータにおいて、駆動巻線に接続される転
流素子がオフ状態にある時間内に駆動巻線の誘起
電圧を検出し、この検出された電圧と電源電圧よ
り得られる基準電圧とを比較して、転流制御信号
と誘起電圧の位相差に応じた信号を得、この位相
差に応じた信号によつて、その位相が一定になる
ように電源電圧又は転流回路の出力電圧を制御す
ることを基本とするものである。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の一実施例を示すブロツク図で
あり、第２図はその動作を説明するタイミングチ
ヤートである。

第１図において、１は永久磁石等で構成された
界磁回転子、２は駆動巻線であり、こゝでは３相
巻線とする。３は転流回路で、トランジスタ３ａ
〜３ｆ及びこれらと並列に接続されたダイオード
３ｇ〜３ｌによつて構成され、転流制御回路４が
出力する転流制御信号ｇ１〜ｇ６によりトランジ
スタ３ａ〜３ｆをオン・オフして駆動巻線２の電
流を転流する。転流制御回路４は同期信号発生器
１０が出力する同期信号に基いて転流制御信号ｇ
１〜ｇ６と誘起電圧検出用のタイミングパルスｔ
１，ｔ２，ｔ３を生成する回路である。誘起電圧
検出器５はタイミングパルスｔ１，ｔ２，ｔ３に
基いて駆動巻線２の端子電圧ｘ１，ｘ２，ｘ３を
サンプリングし、誘起電圧と転流制御信号の位相
差に応じた電圧ｐを検出する回路である。

誘起電圧検出器５は第３図の如く構成され、タ
イミングパルスｔ１，ｔ２，ｔ３に応じて駆動巻
線２の端子電圧ｘ１，ｘ２，ｘ３の傾斜部分を双
方向アナログスイツチ５ａ，５ｂ，５ｃで順次サ
ンプリングする。一つの駆動巻線に接続される転
流素子（トランジスタ）がすべてオフの期間にお
いて、該当駆動巻線の端子電圧は、第２図に示す
ように誘起電圧波形がそのまゝ現われる。コンデ
ンサ５ｄにより、この検出された誘起電圧を次の
検出タイミングまで保持して電圧ｐを得る。

第１図に戻り、差動増巾器７は誘起電圧検出器
５で検出された電圧ｐと電源電圧Ｅを抵抗６−
１，６−２で分割して得られる基準電圧とを比較
して、その比較結果に応じた電圧を得る回路であ
る。起動時定数回路８は外部からの起動信号ある
いは脱調検出回路１４からの再起動信号を受け取
つて、所定の時定数で上昇する電圧を出力する回
路である。切換器９は、起動時定数回路８の出力
電圧あるいは差動増巾器７の出力電圧を選択する
回路である。同期信号発生器１０は電圧に応じた
周波数の同期信号CKを発生する可変周波数発振
器であり、起動時定数回路８の出力電圧によつて
制御される。電源電圧調整用トランジスタ１１は
電源と転流回路３の間に挿入され、切換器９を介
し起動時定数回路８あるいは差動増巾器７の出力
電圧によつて電源電圧を調整するものである。脱
強検出回路１２は、モータが失速又は停止した
時、起動時定数回路８を再起動するのに用いられ
る。

以下、第１図に示す実施例の動作について詳述
する。

まず、起動時の動作について説明する。外部か
らの起動信号が起動時定数回路８に印加される
と、該起動時定数回路８は所定の時定数で上昇す
る電圧を出力し、これが切換器９を通して同期信
号発生器１０に与えられる。同期信号発生器１０
は、この起動時定数回路８の出力電圧に基いて、
モータの起動が可能な低い周波数で発振を開始し
て徐々に高い周波数となり、最終的に一定の周波
数に到達する。この同期信号発生器１０の発振周
波数に応じた同期信号CKにより、転流制御回路
４からは、初め長い周期の転流制御信号線ｇ１〜
ｇ６が出力され、それが徐々に短い周期のものと
なる。転流回路３のトランジスタ３ａ〜３ｆは、
この転流制御信号ｇ１〜ｇ６によつてオン・オフ
され、その結果、駆動巻線２の電流は初め長い周
期で転流して徐々に短くなり、これに応じて界磁
回転子１は低速で回転を始めて徐々に高速にな
り、最終的に定格速度に到達する。

次に定常運転時の動作について説明する。同期
信号発生器１０から出力される同期信号CKに応
じて、転流制御回路４からは誘起電圧検出用のタ
イミングパルスｔ１，ｔ２，ｔ３が出力される。
このタイミングパルスｔ１，ｔ２，ｔ３に基い
て、誘起電圧検出器５は駆動巻線２の端子電圧ｘ
１，ｘ２，ｘ３をサンプリングし、電圧ｐを検出
する。この誘起電圧検出信号５で検出された電圧
ｐと電源電圧Ｅを抵抗６−１，６−２で分割して
得られる基準電圧とが差動増巾器７で比較され、
その比較結果に応じた電圧が出力側に現われる。
起動時定数回路８の出力電圧が所定値以上に達
し、同期信号発生器１０の発振周波数が一定の周
波数以上になつて界磁回転子１が一定速度以上に
加速されると、切換器９は差動増巾器７の出力を
選択して電圧調整用トランジスタ１１に与える。
即ち、電圧調整用トランジスタ１１は、始動時は
モータを起動させるに充分な電圧を転流回路３に
供給するが、モータ起動後は、差動増巾器７の出
力により、転流制御信号の位相に対して誘起電圧
が一定位相になるように電源電圧を制御する。

第２図に示すように、誘起電圧検出用タイミン
グパルスｔ１，ｔ２，ｔ３は、各々の駆動巻線２
に接続される転流回路３のトランジスタのオフ期
間の真中あたりに設定される。誘起電圧検出器５
は、このタイミングパルスに応じて駆動巻線２の
端子電圧ｘ１，ｘ２，ｘ３の傾斜部分をサンプリ
ングするため、一つの駆動巻線に接続されるトラ
ンジスタがすべてオフの期間において、駆動巻線
の端子電圧ｘ１，ｘ２，ｘ３は誘起電圧波形がそ
のまゝ現われる。従つて、負荷の変動等により転
流制御信号と誘起電圧の位相差が変わると、ｘ１
〜ｘ３の傾斜部分が時間軸方向にずれて、第２図
の破線の如くなる。また、この駆動巻線に対応す
る誘起電圧検出用のタイミングパルスがハイの区
間においてのみ着目すれば、誘起電圧と転流制御
信号の位相差は電圧として獲えられ、この電圧を
検出して次の検出タイミングまで保持すれば、そ
の電圧は第２図のｐの如くなる。一方、本ブラシ
レスモータの転流制御信号と誘起電圧の適正な位
相関係は、検出電圧ｐの値が電源電圧Ｅの約２分
の１程度となるときであり、誘起電圧が進みのと
きは検出電圧ｐが上昇し、逆に遅れのときは降下
する。

差動増巾器７は誘起電圧検出器５で検出された
電圧ｐと電源電圧Ｅを抵抗６−１，６−２で分割
して得られる基準電圧（１／2E）とを比較し、
その比較結果に応じた電圧を出力する回路であ
る。電圧調整用トランジスタ１１は、この差動増
巾器７の出力に基いて、誘起電圧の位相が適正な
位相より進みのときは（即ち、誘起電圧検出器５
の検出電圧ｐが高いとき）、転流回路３に供給す
る電圧を降下させ、誘起電圧の位相が遅れのとき
は（即ち、検出電圧ｐが低いとき）、転流回路３
に供給する電圧を上げる。転流回路３に供給され
る電圧が低くなれば、界磁回転子１は減速されて
誘起電圧が遅れ、逆に転流回路３に供給される電
圧が高くなれば、界磁回転子１は加速されて誘起
電圧が進み、結果として転流制御信号と誘起電圧
の位相差は、ブラシレスモータとして適正な位相
関係に保たれる。

第１図の実施例においては、誘起電圧と転流制
御信号の位相差に応じて、トランジスタ１１によ
り電源電圧を制御するとしたが、転流制御回路４
の転流制御信号ｇ１〜ｇ６の時間巾を変化させて
転流素子３ａ〜３ｆのオン期間を変え、転流回路
３の出力電圧を制御しても同様の効果が得られ
る。

また、本実施例では、誘起電圧波形の正の傾斜
の時間帯だけに誘起電圧検出用タイミングパルス
を設定したが、誘起電圧波形の負の傾斜の時間帯
においても同様に設定することが可能であり、位
相差と電圧の高低の関係が逆になる以外は同様で
ある。従つて、誘起電圧の正負の両方の傾斜部分
を検出し、一方を反転させて用いることにより、
検出の頻度を倍にすることもできる。

脱調検出回路１２は、抵抗６−１と６−２の中
点電圧が予め定めた値よりはずれたことを検出し
て、モータの失速又は停止を判定し、起動時定数
回路８を再起動せしめる働きを有する。この再起
動により、同期信号発生器１０の発振周波数は一
旦下がり、その後、徐々に上昇して通常運転の周
波数に達する。このようにして、モータが加速さ
れて一定速度以上になると、差動増巾器７の出力
により、切換器９を介して電源電圧が制御され、
誘起電圧と転流制御信号を適正な位相差に保つ通
常の運転状態に自動的に復帰する。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、積分器
又はフイルタ等を用いないで転流時のサージによ
る悪影響を回避し、また、積分器やフイルタによ
る動作遅れがないので正確かつ迅速な誘起電圧の
検出が可能であり、さらに、誘起電圧の位相情報
が直接アナログ電圧で検出できるので、後の処理
が簡単で高速応答かつ高安定度の制御ループが容
易に構成でき、正確な転流タイミングと負荷急変
に対する耐力性の大きな誘起電圧検出形のブラシ
レスモータの実現が可能である。しかも、不測の
事態によるモータの失速、停止に対しても自動的
に通常運転に復帰が可能な誘起電圧検出形のブラ
シレスモータが実現される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロツク図、第２
図は第１図の動作を説明するためのタイミング
図、第３図は誘起電圧検出器の詳細図である。 １……界磁回転子、２……駆動巻線、３……転
流回路、４……転流制御回路、５……誘起電圧検
出器、６……電源電圧分割抵抗、７……差動増巾
器、８……起動時定数回路、９……切換器、１０
……同期信号発生器、１１……電源電圧調整用ト
ランジスタ、１２……脱調検出回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 界磁回転子と複数の駆動巻線と、電源と前記
   駆動巻線の間に接続された複数の転流素子を有す
   る転流手段と、起動時は低い周波数で発振して
   徐々に高い周波数となり、最終的に所望の周波数
   に落ち着いて、該周波数に応じた同期信号を発生
   する同期信号発生手段と、前記同期信号発生手段
   の同期信号に応じて、前記転流素子をオン・オフ
   して駆動巻線の電流を転流する転流制御信号と駆
   動巻線の誘起電圧検出用のタイミングパルスとを
   生成する転流制御手段と、前記転流制御手段のタ
   イミングパルスに基いて、前記駆動巻線に接続さ
   れる転流素子がオフ状態の期間中に駆動巻線の端
   子電圧をサンプリングし、駆動巻線の誘起電圧と
   転流制御信号の位相差に応じた電圧を検出する誘
   起電圧検出手段と、前記誘起電圧検出段手の検出
   電圧と電源電圧にもとづく基準電圧を比較して、
   その大小に応じた電圧を検出する差動増巾手段
   と、前記差動増巾手段の出力に応じて、転流制御
   信号の位相に対して誘起電圧が一定位相になるよ
   うに電源電圧又は転流回路の出力電圧を制御する
   電圧制御手段とを具備していることを特徴とする
   ブラシレスモータ。 ２ 前記同期信号発生手段が所望の周波数を越え
   た後、前記電圧制御手段の動作を開始せしめるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のブラ
   シレスモータ。 ３ 前記差動増巾手段の出力によつて脱調を検出
   し、前記同期信号発生手段を再起動する手段を付
   加してなる特許請求の範囲第１項もしくは第２項
   記載のブラシレスモータ。