JPH07123776A - ブラシレスモータの回転子位置検出方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 端子電圧に基くブラシレスモータの回転子位
置検出にあたって、位置検出信号の安定化を図る。 【構成】 端子電圧（誘起電圧）Ｕと所定電圧（端子電
圧の１／２より高い値）とを第１の比較部１０ｄで比較
し、この結果によりスイッチ部１０ｅ作動して同所定電
圧より低い端子電圧Ｕの電圧波形を抽出し、端子電圧Ｕ
に含まれるスパイク電圧を除去し、この電圧波形を第２
のホールド部１０ｆで所定にホールドして包絡線の電圧
波形を得、この波形電圧と端子電圧を分圧した１／２電
圧とを第２の比較部１０ｈで比較して端子電圧Ｕの中性
点のタイミングを抽出し、さらに位相シフタ部１０ｉで
所定位相だけ遅らせた点弧タイミングパルスを得、端子
電圧Ｖ，Ｗをそれぞれ第２および第３の制御部１１，１
２に入力して点弧タイミングパルスを得る。これを組合
せ部１３で組み合わせて回転子の位置検出信号とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は空気調和機等のモータ
に用いるセンサレスＤＣブラシレスモータの回転子の位
置検出技術に係り、特に詳しくは端子電圧に基づいて得
る回転子の位置検出信号の安定化を図るブラシレスモー
タの回転子位置検出方法およびその装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】この種のセンサレスＤＣブラシレスモー
タ（以下ブラシレスモータと記す）、例えば三相のブラ
シレスモータを回転制御するには図３に示す制御手段を
必要とする。

【０００３】図３において、この制御手段は、直流電源
電圧を所定周波数の矩形波電圧に変換してブラシレスモ
ータ１の電機子巻線に供給するインバータ部２と、同ブ
ラシレスモータ１の電機子巻線の端子電圧（１２０度位
相の異なる誘起電圧）Ｕ，Ｖ，Ｗを入力し、同端子電圧
Ｕ，Ｖ，Ｗに対して中性点を基準として所定位相遅れの
位置検出信号を出力する位置検出部３と、ブラシレスモ
ータ１をパルス幅制御（ＰＷＭ）方式で制御するための
ＰＷＭ信号を出力し、かつこの出力信号のタイミングを
その位置検出信号により得る制御装置（マイクロコンピ
ュータ）４とを備え、この制御部４からのＰＷＭ信号に
よりインバータ回路２のトランジスタをオン、オフす
る。

【０００４】制御装置４は、入力位置検出信号によりブ
ラシレスモータ１の回転周波数を算出するとともに、同
算出回転周波数と目標回転周波数とを比較して出力信号
のチョッピング周期を可変し、この可変した信号を出力
する。

【０００５】また、上記ブラシレスモータ１の回転制御
においては、ブラシレスモータ１の電機子巻線の端子電
圧Ｕ，Ｖ，Ｗが位置検出部３に入力し、これにより回転
子位置検出回路３からは回転子の位置検出信号が出力さ
れ、これら位置検出信号が各電機子巻線の端子電圧Ｕ，
Ｖ，Ｗに対して中性点を基準としてそれぞれ位相９０度
（理想値）遅れたところで変化したものとされる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記ブラシ
レスモータ１の回転子位置検出方法にあっては、位置検
出部３として一般に積分器を用い、端子電圧を積分した
三角波とし、この三角波から中性点を得ている。

【０００７】しかしながら、ブラシレスモータ１の電機
子巻線の端子電圧（誘起電圧）が変動し、例えばブラシ
レスモータ１の低速時あるいは高速時では端子電圧が異
なり、またこの端子電圧に含まれるスパイク電圧の幅が
異なると、積分した三角波の傾きが変わるため、中性点
の検出位置が変動し、安定した位置検出信号を得ること
ができない。また、ブラシレスモータ１をＰＷＭ方式で
制御する場合、端子電圧にはスパイク電圧だけなく、Ｐ
ＷＭによりチョッピングが含まれるため、回転子の位置
検出に悪影響を及ぼし、位置検出信号が安定しない。

【０００８】このように、回転子の位置検出信号が安定
化しないと、ブラシレスモータの回転制御が悪くなり、
つまり回転効率が低下することになる。

【０００９】この発明は上記課題に鑑みなされたもので
あり、その目的はブラシレスモータの電機子巻線の端子
電圧に基づいて回転子の位置を検出する際、同端子電圧
（最大値）の変動、同端子電圧に含まれるスパイク電圧
や同端子電圧のチョッピングの影響を受けることなく、
安定した位置検出信号を得ることができるブラシレスモ
ータの回転子位置検出方法およびその装置を提供するこ
とにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明はブラシレスモータの複数の電機子巻線の
端子電圧に基づいて同ブラシレスモータの回転子の位置
を検出するブラシレスモータの回転子位置検出方法であ
って、前記各端子電圧をそれぞれホールドし、これらホ
ールドした電圧と同端子電圧の１／２より高い所定電圧
とをそれぞれ比較して同所定電圧より低い各電圧波形を
抽出する一方、前記各端子電圧を１／２に分圧して１／
２電圧を得、該１／２電圧と前記各抽出した電圧波形と
比較してそれらの交点のタイミング信号（点弧タイミン
グパルス）を得、これらタイミング信号を所定に位相シ
フトして前記回転子の位置検出信号を得るようにしたこ
とを要旨とする。

【００１１】

【作用】上記手段としたので、各端子電圧の変動する部
分（電圧波形の上側）および同端子電圧に含まれるスパ
イク電圧を除いた電圧波形に基づいて各中性点が抽出さ
れ、これら抽出中性点に基づいて複数の点弧タイミング
パルスが得られ、これら点弧タイミングパルスが組み合
わされて回転子の位置検出信号とされる。

【００１２】したがって、ブラシレスモータの電機子電
圧の変動、スパイク電圧等による影響がなくなり、位置
検出信号の安定化が図られる。

【００１３】

【実施例】この発明においては、センサレスＤＣブラシ
レスモータ（以下ブラシレスモータと記す）の電機子巻
線の特定相に順次励磁をかけ、同ブラシレスモータを回
転制御する際、複数の電機子巻線の端子電圧（誘起電
圧）と所定電圧（端子電圧の１／２より高い値）とを比
較して同所定電圧より低い電圧波形を抽出することによ
り、端子電圧に含まれるスパイク電圧を除去し、これら
波形電圧と端子電圧を分圧した１／２電圧とをそれぞれ
比較して端子電圧の中性点のタイミングを抽出し、これ
ら抽出した中性点のタイミングを所定位相だけ遅らせた
点弧タイミングパルスを得、これら得た点弧タイミング
パルスを組み合わせてブラシレスモータの回転子の位置
検出信号とする。

【００１４】そのため、この発明のブラシレスモータの
回転子位置検出装置は図１に示す構成をしている。なお
同図中、図３と同一部分には同一符号を付し、重複説明
を省略する。

【００１５】図１において、この回転子位置検出装置
は、三相のブラシレスモータ１の電機子巻線の端子電圧
Ｕにより得た基準電圧（端子電圧Ｕの最大電圧の平均化
値）と所定電圧（基準電圧の１／２より高い値）と比較
し、同所定電圧以下の波形を抽出することにより、端子
電圧に含まれるスパイク電圧および最大値（最大電圧）
を除去し、これら除去した電圧波形と端子電圧を分圧し
た１／２電圧とをそれぞれ比較して端子電圧の中性点の
タイミングを抽出し、これら抽出した中性点のタイミン
グを所定位相だけ遅らせ、かつ立ち上がりおよび立ち下
がり（あるいは立ち上がりもしくは立ち下がり）とした
２種類の点弧タイミングパルスを得る第１の制御部１０
と、この第１の制御部１０と同じ回路構成で、端子電圧
Ｖ，Ｗをそれぞれ入力して点弧タイミングパルスを得る
第２および第３の制御部１１，１２と、第１ないし第３
の制御部１０，１１，１２からの出力点弧タイミングパ
ルス（６種類）を組み合わせて３種類の位置検出信号と
し、これら位置検出信号を図３に示す制御装置４に出力
する組合せ部１３とを備えている。

【００１６】第１の制御部１０は、端子電圧Ｕの最大電
圧を平均化した基準電圧Ｖ０をホールドする第１のホー
ルド部１０ａと、このホールドされた基準電圧Ｖ０を分
圧して所定電圧Ｖａ（＞Ｖ０／２）を得る第１の分圧部
１０ｂと、このホールドされた基準電圧Ｖ０を分圧して
所定電圧Ｖｂ（＝Ｖ０／２）を得る第２の分圧部１０ｃ
と、入力端子電圧Ｕと分圧された所定電圧Ｖａとを比較
してその交点のタイミング信号を出力する第１の比較部
１０ｄと、このタイミング信号により入力端子電圧Ｕの
所定電圧以上の波形をカットするためにオン、オフする
スイッチ部（例えばアナログスイッチ）１０ｅと、この
スイッチ部１０ｅを通過した信号に含まれるＰＷＭによ
るチョッピングを除去するため同信号の包絡線をホール
ドする第２のホールド部１０ｆと、この包絡線ホールド
時の高周波分を除去するＬＰＦ（ローパルスフィルタ）
部１０ｇと、このＬＰＦ部１０ｇを通過した電圧信号と
上記分圧された所定電圧Ｖｂとを比較して端子電圧Ｕの
電圧波形の中性点のタイミングを抽出する第２の比較部
１０ｈと、この抽出されたタイミングを所定位相（３０
度あるいは９０度）だけ遅らせて点弧タイミングパルス
（２種類）として出力する位相シフタ部１０ｉとを備え
ている。

【００１７】なお、第２および第３の制御部１１，１２
については、第１の制御部１０と同じであることから、
その説明を省略する。

【００１８】次に、上記ブラシレスモータの回転子位置
検出装置の動作を図２のタイムチャート図を参照して詳
しく説明すると、まず三相のブラシレスモータ１の回転
制御する。

【００１９】この場合、図３に示す制御部４はブラシレ
スモータ１を制御するためのＰＷＭ信号を出力し、この
ＰＷＭ信号によりインバータ部２のトランジスタをオ
ン、オフする。これによって、インバータ部２は従来同
様にブラシレスモータ１の電機子巻線に印加する矩形波
電圧を出力し、同ブラシレスモータ１の電機子巻線の特
定相に順次励磁をかけ、同ブラシレスモータ１を回転駆
動する。

【００２０】すると、ブラシレスモータ１の電機子巻線
の端子電圧（誘起電圧）Ｕ，Ｖ，Ｗは図２（ａ）ないし
（ｃ）に示す電圧波形となる。この端子電圧Ｕ，Ｖ，Ｗ
はそれぞれ第１ないし第３の制御部１０，１１，１２に
入力する。

【００２１】第１の制御部１０について説明すると、同
第１の制御部１０の第１のホールド部１０ａは、入力端
子電圧Ｕを所定にサンプリングして端子電圧の最大値
（電圧波形の上側）の平均化値Ｖ０をホールドし、この
平均化値Ｖ０を基準電圧として第１および第２の分圧部
１０ｂ，１０ｃに出力する。すなわち、ブラシレスモー
タ１の電機子電圧により電源電圧が変動することから、
第１のホールド部１０ａには平均化の要素をもたせてい
る。

【００２２】図２（ａ）の破線に示すように、第１の分
圧部１０ｂは入力基準電圧Ｖ０を分圧して同基準電圧Ｖ
０の１／２より高い所定電圧Ｖａを出力し、第２の分圧
部１０ｂは入力基準電圧Ｖ０を分圧して同基準電圧Ｖ０
の１／２の所定電圧Ｖｂを出力する。

【００２３】上記端子電圧Ｕおよび分圧された所定電圧
Ｖａが第１の比較部１０ｄに入力し、第１の比較部１０
ｄは端子電圧Ｕと所定電圧Ｖａとを比較してその交点を
得、この交点でスイッチ部１０ｅを切り換えるための切
替信号を出力する。この場合、第１の比較部１０ｄは端
子電圧Ｕのうち所定電圧Ｖａより高い部分についてスイ
ッチ部１０ｅをオープン状態する切替信号を出力する
（図２（ｄ）に示す）。この切替信号によりスイッチ部
１０ｅがオン、オフするため、スイッチ部１０ｅからは
端子電圧Ｕに含まれるスパイク電圧および同端子電圧の
最大値部分を除去した信号が出力される（図２（ｅ）に
示す）。

【００２４】このスイッチ部１０ｅを通過した信号が第
２のホールド部１０ｆに入力し、第２のホールド部１０
ｆはその通過した信号の包絡線をホールドして出力す
る。これにより、制御装置４から出力されるインバータ
部２の制御信号がＰＷＭでチョッピングされ、つまり端
子電圧Ｕがチョッピングされているが、そのチョッピン
グが第２のホールド部１０ｆで除去される。

【００２５】このようにしてチョッピングを除去した信
号がＬＰＦ部１０ｇに入力し、ＬＰＦ部１０ｇはその包
絡線ホールド時の高周波分を除去した信号を第２の比較
部１０ｈに出力する。第２の比較部１０ｈには第２の分
圧部１０ｃで得られた所定電圧Ｖｂ（＝Ｖ０／２）も入
力しており、第２の比較部１０ｈはそのＬＰＦ部１０ｇ
を通った信号と所定電圧Ｖｂとを比較し、その交点であ
る中性点ｂのタイミングを抽出する。

【００２６】この中性点ｂのタイミング信号が位相シフ
タ部１０ｉに入力し、位相シフタ部１０ｉはそのタイミ
ング信号を回転子の位置検出信号のタイミングに合わせ
るために所定位相だけ遅らせる。この場合、図２に示す
ように、中性点ｂから位置検出信号のタイミング（立ち
上がりおよび立ち下がり）を得るには位相３０度（ある
いは９０度）だけ遅らせればよいことから、位相シフタ
部１０ｉは入力タイミング信号を３０度（あるいは９０
度）だけ位相を遅らせる。

【００２７】また、上記中性点ｂが端子電圧Ｕの周期に
２箇所あることから、第２の比較部１０ｈからは２種類
のタイミング信号が出力され、これらタイミング信号が
位相シフタ部１０ｉでそれぞれ３０度（あるいは９０
度）位相遅れとされる。

【００２８】一方、第２および第３の制御部１１，１２
においては、上記第１の制御部１０と同じ動作が行わ
れ、入力端子電圧Ｖ，Ｗに基づいてそれぞれ中性点から
３０度（あるいは９０度）位相遅れのタイミング信号が
出力される。なお、第２および第３の制御部１１，１２
の動作は第１の制御部１０と同じであることからその説
明を省略する。

【００２９】上記第１ないし第３の制御部１０，１１，
１２からの６種類のタイミング信号は点弧タイミングパ
ルスとして組合せ部１３に入力し、組合せ部１３は６種
類のタイミング信号を組み合わせて回転子の位置検出信
号を出力する（図２（ｆ）ないし（ｈ））に示す。

【００３０】そして、上記位置検出信号が図３に示す制
御装置４に入力することから、従来同様にブラシシレス
モータ１の回転制御が行われる。なお、この回転制御に
ついては従来例を参照されたい。

【００３１】このように、ブラシレスモータ１の回転子
の位置検出信号を端子電圧（誘起電圧）の中性点に基づ
いて得る際、誘起電圧の所定電圧以上を除去し（スパイ
ク電圧の除去等を含む）、その所定電圧より低いを電圧
波形を得、またこの電圧波形に含まれるＰＷＭによるチ
ョッピングを除去した後にその中性点を抽出し、この抽
出した中性点のタイミングに基づいて位置検出信号を得
ている。

【００３２】したがって、ブラシレスモータ１の端子電
圧が変動する場合、例えばブラシレスモータ１の低速時
あるいは高速時における端子電圧の変動、スパイク電圧
ａの幅の変動によっても、中性点を抽出するための電圧
波形に影響がなく、つまり中性点の検出位置が変わら
ず、結果安定した位置検出信号を得ることができる。

【００３３】また、端子電圧に含まれるスパイク電圧ａ
およびＰＷＭによるチョッピングを除去した後に、その
中性点を抽出していることから、得られる位置検出信号
をより安定したものとなる。

【００３４】なお、上記実施例では、第１ないし第３の
制御装置１０，１１，１２から出力される点弧タイミン
グパルスを組合せ部１３に入力し、組合せ部（ロジック
回路；論理回路）１３で位置検出信号を得ているが、組
合せ部１３の機能を制御装置４にもたせるようにしても
よい。すなわち、組合せ部１３は６種類の点弧タイミン
グ信号を単に組み合わせるものであり、制御装置４とし
てのマイクロコンピュータでも可能だからである。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明のブラシ
レスモータの電機子巻線の特定相に順次励磁をかけ、同
ブラシレスモータを回転制御する際、複数の電機子巻線
の端子電圧（誘起電圧）と所定電圧（端子電圧の１／２
より高い値）とを比較して同所定電圧より低い電圧波形
を抽出することにより、端子電圧に含まれるスパイク電
圧を除去し、このスパイク電圧を除去した各電圧波形を
所定にホールドして包絡線の電圧波形を得、これら包絡
線の波形電圧と端子電圧を分圧した１／２電圧とをそれ
ぞれ比較して端子電圧の中性点のタイミングを抽出し、
これら抽出した中性点のタイミングを所定位相だけ遅ら
せた点弧タイミングパルスを得、これら得た点弧タイミ
ングパルスを組み合わせてブラシレスモータの回転子の
位置検出信号とするようにしたので、端子電圧（最大
値）の変動、同端子電圧に含まれるスパイク電圧や同端
子電圧のチョッピングの影響を受けることなく、安定し
た位置検出信号を得ることができ、結果ブラシレスモー
タの回転効率が低下することもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示すブラシレスモータの
回転子位置装置の概略的ブロック線図である。

【図２】図１に示すブラシレスモータの回転子位置検出
装置の動作を説明する概略的タイムチャート図である。

【図３】従来のブラシレスモータの制御方法に適用され
る装置の概略的ブロック線図である。

【符号の説明】

１ ブラシレスモータ（センサレスＤＣブラシレスモー
タ） ２ インバータ部 ４ 制御装置（マイクロコンピュータ） １０ 第１の制御部 １０ａ 第１のホールド部 １０ｂ 第１の分圧部 １０ｃ 第２の分圧部 １０ｄ 第１の比較部 １０ｅ スイッチ部 １０ｆ 第２のホールド部 １０ｇ ＬＰＦ（ローパスフィルタ）部 １０ｈ 第２の比較部 １０ｉ 位相シフタ部 １１ 第２の制御部 １２ 第３の制御部 １３ 組合せ部 ａ スパイク電圧 ｂ 中性点 Ｕ，Ｖ，Ｗ 電機子巻線の端子電圧（電機子巻線の誘起
電圧）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ブラシレスモータの複数の電機子巻線の
   端子電圧に基づいて同ブラシレスモータの回転子の位置
   を検出するブラシレスモータの回転子位置検出方法であ
   って、 前記各端子電圧をそれぞれホールドし、これらホールド
   した電圧と少なくとも同端子電圧の１／２より高い所定
   電圧とをそれぞれ比較して同所定電圧より低い各電圧波
   形を抽出する一方、前記各端子電圧を１／２に分圧して
   １／２電圧を得、該１／２電圧と前記各抽出した電圧波
   形と比較してそれらの交点のタイミング信号（点弧タイ
   ミングパルス）を得、これらタイミング信号を所定に位
   相シフトして前記回転子の位置検出信号を得るようにし
   たことを特徴とするブラシレスモータの回転子位置検出
   方法。
2. 【請求項２】 ブラシレスモータの複数の電機子巻線の
   端子電圧に基づいて同ブラシレスモータの回転子の位置
   を検出するブラシレスモータの回転子位置検出方法であ
   って、 前記各端子電圧の最大値を平均化してそれぞれホールド
   し、これらホールドした電圧と同端子電圧の１／２より
   高い所定電圧とをそれぞれ比較し、該比較結果によりス
   イッチ手段を作動して前記所定電圧より低い各電圧波形
   を抽出し、該抽出した各電圧波形を所定にホールドして
   同各包絡線の電圧波形を得る一方、前記各端子電圧を１
   ／２に分圧して１／２電圧を得、該１／２電圧と前記各
   得た包絡線の電圧波形と比較してそれらの交点のタイミ
   ング信号（点弧タイミングパルス）を得、これらタイミ
   ング信号を所定に位相シフトして前記回転子の位置検出
   信号を得るようにしたことを特徴とするブラシレスモー
   タの回転子位置検出方法。
3. 【請求項３】 ブラシレスモータの複数の電機子巻線の
   端子電圧に基づいて同ブラシレスモータの回転子の位置
   を検出するブラシレスモータの回転子位置検出装置であ
   って、 前記各端子電圧の電圧をそれぞれホールドする第１のホ
   ールド手段と、これらホールドした電圧をそれぞれ分圧
   して前記各端子電圧の１／２より高い所定電圧および同
   各端子電圧の１／２の電圧を得る第１および第２の分圧
   手段と、前記各端子電圧と各分圧出力した所定電圧とを
   それぞれ比較する第１の比較手段と、該比較結果により
   前記各端子電圧の遮断、通過を制御して前記所定電圧よ
   り低い各電圧波形を抽出するスイッチ手段と、該抽出し
   た各電圧波形を所定にホールドして同各電圧波形の包絡
   線を得る第２のホールド手段と、該各包絡線の電圧波形
   と前記１／２に分圧した電圧とをそれぞれ比較してそれ
   らの交点のタイミング信号（点弧タイミングパルス）を
   得る第２の比較手段と、これらタイミング信号を所定に
   位相シフトする位相シフタ手段とを備え、該位相シフト
   した信号を組み合わせて前記回転子の位置検出信号を得
   るようにしたことを特徴とするブラシレスモータの回転
   子位置検出装置。
4. 【請求項４】 三相のブラシレスモータの３つの電機子
   巻線の端子電圧に基づいて同ブラシレスモータの回転子
   の位置を検出するブラシレスモータの回転子位置検出装
   置であって、 前記３つの端子電圧の最大値をそれぞれ平均化し、該平
   均化した電圧をそれぞれホールドする第１のホールド手
   段と、これらホールドした電圧をそれぞれ分圧して前記
   各端子電圧の１／２より高い所定電圧および同各端子電
   圧の１／２の電圧を得る第１および第２の分圧手段と、
   前記各端子電圧と各分圧出力した所定電圧とをそれぞれ
   比較する第１の比較手段と、該比較結果により前記各端
   子電圧の遮断、通過をそれぞれ制御して前記所定電圧よ
   り低い各電圧波形を抽出するスイッチ手段と、該抽出し
   た各電圧波形を所定にホールドして包絡線の電圧波形を
   得る第２のホールド手段と、該各包絡線の電圧波形を入
   力して前記包絡線ホールド時の高周波分を除去するフィ
   ルタ手段と、該高周波分を除去した電圧波形と前記１／
   ２に分圧した電圧とを比較してそれらの交点のタイミン
   グ信号（点弧タイミングパルス）を得る第２の比較手段
   と、これらタイミング信号を位相３０度だけ位相シフト
   する位相シフタ手段と、該位相シフトした信号を組み合
   わせて前記回転子の位置検出信号を出力する組合せ手段
   とを備えていることを特徴とするブラシレスモータの回
   転子位置検出装置。