JPH08182379A - 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】ブラシレスモータの回転子位置検出における誤
位置検出を防止し、正しい位置検出を可能とする。 【構成】電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに発生した誘起電圧と基
準電圧Ｖ２とを比較し回転子１ａの位置を検出する方法
であって、直流電源Ｖｃｃをスイッチングしてモータ１
に印加する出力回路２を有し、回路２とモータ１の電機
子巻線との間における電圧降下を双方向性ダイオード１
０ａ，ｂ，ｃで検出し、上記通電切り替えタイミングで
ＦＦ回路１２ａ，ｂ，ｃをセットし、電圧降下が基準電
圧と同電位に達したときにＦＦ回路のリセット信号を双
方向性フォトカプラ回路１１ａ，ｂ，ｃで発生し、ＦＦ
回路のＱ出力を通電切り替え時に発生するスパイク電圧
の区間だけＨレベルとし、その間だけ比較結果による位
置検出を無視する。

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の圧縮機等
に用いる直流ブラシレスモータ（以下ブラシレスモータ
と記す）の回転制御技術に係り、特に詳しくはブラシレ
スモータの回転子の誤検出を防止し、信頼性や安全性の
向上を図るブラシレスモータの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】この種のブラシレスモータ、例えば三相
モータを回転制御する場合を図３に示す。

【０００３】図３において、この制御装置は、直流電源
Ｖｃｃをスイッチングしてブラシレスモータ１の電機子
巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに印加するために複数のスイッチング素
子（トランジスタ）をブリッジ接続した出力回路２と、
ブラシレスモータ１の端子電圧（誘起電圧を含む）と基
準電圧とを比較する比較回路３ａ，３ｂ，３ｃと、この
比較結果（仮想中性点；交点）の信号を所定時間（ある
いは所定角度）マスクして出力するバッファ４ａ，４
ｂ，４ｃと、このバッファ４ａ，４ｂ，４ｃの出力信号
のエッジ（検出点）をもとにしてブラシレスモータ１の
通電を切り替える信号（通電切替信号）を作成する通電
切替信号作成部５と、この通電切替信号をもとにしてバ
ッファ４ａ，４ｂ，４ｃの出力をマスクするＯＥ（出力
イネーブル）信号を作成するＯＥ信号作成部６ａ，６
ｂ，６ｃと、その通電切替信号により出力回路２のトラ
ンジスタを駆動する制御回路７とを備えている。

【０００４】上記構成の制御装置の動作を図４のタイム
チャート図を参照して具体的に説明すると、まずブラシ
レスモータ３を位置検出による運転としている場合通電
切替信号部５には同図（ｇ）に示す信号が入力し、通電
切替信号部５はその信号のエッジ（同図の矢印に示す検
出点）をもとにしてブラシレスモータ１の通電切替信号
（同図（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示すタイミング）を出
力する。なお、通電切替信号部５が例えばマイクロコン
ピュータによるものである場合、その通電切替信号のパ
ルスは例えばマイクロコンピュータのクロックの幅であ
る。

【０００５】このとき、ＯＥ信号作成部６ａは例えば図
４（ｂ）に示す通電切替信号Ｖ４をもとにして通電切り
替えから所定時間（または所定回転角度）の間バッファ
４ａの入力信号をマスクするためのＯＥ信号を出力する
（同図（ｅ）を参照）。一方、比較回路３ａは電機子巻
線Ｕの端子電圧Ｖ１（図４（ａ）を参照）と基準電圧Ｖ
２とを比較し、この比較結果の信号（図４（ｆ）を参
照）Ｖ３をバッファ４ａに出力する。

【０００６】すると、バッファ４ａから出力される信号
はスパイク電圧ａのみをマスクした形になり、誘起電圧
と基準電圧との比較結果の情報を確実に含んだものとな
るため、通電切替信号発生部５は回転子１ａの位置検出
を誤ることもなく、適正な通電切替信号を作成すること
ができる。

【０００７】なお、上記動作においては一相分について
説明したが、残りの相分も同様にして回転子１ａの位置
を検出し、この位置検出をもとにして通電切替信号を作
成することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記ＯＥ信
号のパルス幅（マスク期間）が適切でないと、図５およ
び図６の矢印に示すように、誤検出や検出不可の状態に
なることもあり、この誤検出等によりブラシレスモータ
１が失速、最悪として停止になりかねず、ブラシレスモ
ータ１を用いた機器の信頼性や安全性の面で問題にな
る。

【０００９】例えば、図５に示すように、通電切替時に
発生するスパイク電圧ａが異常に大きく、そのスパイク
電圧ａによるパルス幅がＯＥ信号のパルス幅より大きく
なった場合、同図（ｄ）に示すように回転子１ａの位置
検出点が正規の位置検出点より早くなるからである。

【００１０】また、図６に示すように、ＯＥ信号のパル
ス幅がある程度大きく設定されており、しかもブラシレ
スモータ１の回転数が極めて高くなったとき、ＯＥ信号
のパルス幅が誘起電圧と基準電圧との交点（仮想中性
点）にかかることもある。この場合、回転子１ａの位置
検出点が得られないか、バッファの回路構成によっては
同図（ｄ）に示すように回転子１ａの誤位置検出点が得
られるからである。

【００１１】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に発生
するスパイク電圧を確実にマスクして常に正規な位置検
出点を得ることができ、ひいてはブラシレスモータを用
いた機器の信頼性や安全性の向上を図ることができるよ
うにした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。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は直流電源を出力手段でスイッチングして
ブラシレスモータに印加し、前記出力手段を駆動して前
記ブラシレスモータの通電を切り替える際、前記通電切
り替えタイミングを算出するために前記ブラシレスモー
タの電機子巻線と基準電圧との比較結果（交点）をもと
にして前記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
ブラシレスモータの通電切り替え時から同ブラシレスモ
ータの電機子巻線に発生する誘起電圧の区間の初めまで
の区間を検出し、前記誘起電圧と基準電圧との比較結果
のうち前記検出された区間を除いた比較結果をもとにし
て前記ブラシレスモータの回転子の位置を検出するよう
にしたことを要旨とする。

【００１３】また、この発明は直流電源を出力手段でス
イッチングしてブラシレスモータに印加し、前記出力手
段を駆動して前記ブラシレスモータの通電を切り替える
際、前記通電切り替えタイミングを算出するために前記
ブラシレスモータの電機子巻線と基準電圧との比較結果
（交点）をもとにして前記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、前記出力手段と前記ブラシレスモータの電機
子巻線との間に双方向性ダイオードを有し、前記通電の
切り替え後に前記双方向性ダイオードによって検出され
た電圧降下が前記基準電圧と同電位に達した後における
前記誘起電圧と基準電圧との比較結果により前記ブラシ
レスモータの回転子の位置を検出するようにしたもので
ある。

【００１４】さらに、この発明はブラシレスモータの通
電を切り替えるため、前記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
において、前記ブラシレスモータの電機子巻線の端子電
圧（誘起電圧）と基準電圧とを比較する比較回路と、直
流電源をスイッチングしてブラシレスモータに印加する
出力回路と前記ブラシレスモータの電機子巻線との間で
電圧降下を検出可能とする双方向性ダイオードと、少な
くとも前記検出電圧降下が前記基準電圧と同電位になっ
たときにオフする双方向性フォトカプラと、前記ブラシ
レスモータの通電切り替えタイミングをセットし、前記
双方向性ダイオードのオフタイミングでリセットするフ
リップ・フロップ回路と、該フリップ・フロップ回路が
セットされている期間だけ前記比較結果の出力を禁止す
るバッファとを備え、該バッファの出力をもとにして前
記回転子の位置を検出可能としたものである。

【００１５】

【作用】上記手段によれば、直流電源を出力手段でスイ
ッチングしてブラシレスモータに印加し、かつブラシレ
スモータの回転子の位置をもとにして同ブラシレスモー
タの通電を切り替える際、上記ブラシレスモータの電機
子巻線と出力手段との間の双方向性ダイオードにおいて
電圧降下が検出される。

【００１６】このとき、通電切り替えによって位置検出
用となった電機子巻線には電流がながれなくなり、この
電機子巻線に接続されている双方向性ダイオードがオフ
となる。なお、この双方向性ダイオードのオフは通電切
り替え時に発生するスパイク電圧の終了時点になる。

【００１７】そして、上記双方向性ダイオードによって
検出された電圧降下が双方向性フォトカプラに入力され
ており、双方向性フォトカプラは双方向性ダイオードの
オフ、つまりスパイク電圧が基準電圧まで低下した時点
（終了時点）でオフとされる。また、この双方向性フォ
トカプラは誘起電圧の期間オフのままであるが、次に通
電切り替えによってオンとされる。したがって、双方向
性フォトカプラにおいてはスパイク電圧後の誘起電圧の
みが検出される。

【００１８】一方、上記通電切り替えタイミングによっ
てフリップ・フロップ回路がセットされ、このフリップ
・フロップ回路は上記双方向性フォトカプラのオフタイ
ミングでリセットされる。したがって、フリップ・フロ
ップ回路のセット時間は通電切り替え時に発生するスパ
イク電圧の形（幅）に応じて可変される。

【００１９】そして、フリップ・フロップ回路のＱ出力
信号が誘起電圧と基準電圧との比較結果をマスクする信
号（ＯＥ信号）とされる。つまり、誘起電圧と基準電圧
との比較結果をバッファを介して通電切替信号作成部に
入力する際、そのバッファの出力がＯＥ信号によってマ
スクされる。したがって、バッファの出力には誤位置検
出情報が除かれ、かつ正規な位置検出情報が確実に含ま
れる。

【００２０】

【実施例】この発明は、直流ブラシレスモータ（以下ブ
ラシレスモータと記す）の電機子巻線に発生する誘起電
圧を検出すれば、通電切り替え後に発生するスパイク電
圧を確実にマスクすることができることに着目し、電機
子巻線の端子電圧と基準電圧を比較し、この比較結果に
より回転子の位置を検出する際、その比較結果のうち通
電切り替え後から誘起電圧の初めまでの区間（スパイク
電圧の区間）をマスクする。

【００２１】そのため、この発明のブラシレスモータの
回転子位置検出方法を適用した装置は図１に示す構成を
している。なお、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。

【００２２】図１において、この装置は、ブラシレスモ
ータ１の電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗと出力回路２との間にそ
れぞれ配置した双方性ダイオード１０ａ，１０ｂ，１０
ｃと、この双方向性ダイオード１０ａ，１０ｂ，１０ｃ
の電圧降下分でオンする双方向性フォトカプラ回路１１
ａ，１１ｂ，１１ｃと、通電切替信号生成部５からの通
電切替信号によりセットし、双方向性フォトカプラ回路
１１ａ，１１ｂ，１１ｃの出力信号によりリセットする
ＲＳタイプのフリップ・フロップ回路（ＦＦ回路）１２
ａ，１２ｂ，１２ｃとを備えており、そのＦＦ回路１２
ａ，１２ｂ，１２ｃのＱ出力端子の信号をＯＥ（出力イ
ネーブル）信号としてバッファ４ａ，４ｂ，４ｃに入力
する。

【００２３】したがって、上記双方性ダイオード１０
ａ，１０ｂ，１０ｃ、双方向性フォトカプラ回路１１
ａ，１１ｂ，１１ｃおよびＦＦ回路１２ａ，１２ｂ，１
２ｃは従来例に示すＯＥ信号作成部６ａ，６ｂ，６ｃに
対応する。

【００２４】次に、上記装置の動作を図２のタイムチャ
ート図を参照して詳しく説明する。なお、図２（ａ）な
いし（ｈ）は図５（ａ）ないし（ｈ）に対応している。

【００２５】まず、ブラシレスモータ１が運転状態にな
っているものとする。すると、通電切替信号作成部５か
らの通電切替信号により制御回路７は出力回路２のトラ
ンジスタを駆動し、ブラシレスモータ１の通電を切り替
える。

【００２６】このとき、双方向性ダイオード１０ａ，１
０ｂ，１０ｃは、電流が電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに流れて
いる場合オンとなるが、その電流が流れていない場合オ
フとなる。

【００２７】ブラシレスモータ１を回転制御するため
に、例えば通電切り替えにより電機子巻線Ｖ，Ｗに大き
い電流が流れた場合、電機子巻線Ｖ，Ｗと出力回路２と
の間に配置されている双方向性ダイオード１０ｂ，１０
ｃがオンし、つまり電圧降下が大きくなる。

【００２８】一方、誘起電圧が発生している電機子巻線
（回転子１ａの位置検出用になっている電機子巻線）Ｕ
には電流が流れないために、その電機子巻線Ｕと出力回
路２との間に配置されている双方向性ダイオード１０ａ
がオフし、つまり電圧降下が生じないか、極めて小さい
ものである。

【００２９】双方向性ダイオード１０ａ，１０ｂ，１０
ｃがオンである場合、その電圧降下により双方向性フォ
トカプラ回路１１ａ，１１ｂ，１１ｃはオンし、Ｌレベ
レを出力する。しかし、双方向性ダイオード１０ａ，１
０ｂ，１０ｃがオフである場合、つまりその電圧降下が
小さくなり、例えば基準電圧と同電位に達したとき双方
向性フォトカプラ回路１１ａ，１１ｂ，１１ｃはオフ
し、Ｈレベレを出力する。

【００３０】このように、双方向性ダイオード１０ａの
電圧降下が基準電圧と同電位に達したとき（つまりスパ
イク電圧ａが終了したとき）、換言すれば電機子巻線Ｕ
に誘起電圧が発生したとき、双方向フォトカプラ回路１
１ａはオフし、Ｈレベルを出力する（図２（ｅ）を参
照）。なお、次の通電切り替えにより電機子巻線Ｕには
大きい電流が流れ、つまり誘起電圧が終了すると、双方
向性ダイオード１０ａがオンし、これにより双方向性フ
ォトカプラ回路１１ａはオンし、Ｌレベルを出力する
（図２（ｅ）を参照）。

【００３１】一方、ＦＦ回路１２ａは、通電切替信号作
成部５からの通電切替信号でセットされ、双方向性フォ
トカプラ回路１１ａの出力信号でリセットされる（図２
（ｆ）を参照）。つまり、ＦＦ回路１２ａによって、ス
パイク電圧ａの発生時点および誘起電圧の初めが確認さ
れる。このＦＦ回路１２ａのＱ出力信号が従来例におけ
るＯＥ（出力イネーブル）信号であり、このＯＥ信号が
バッファ４ａのイネーブル端子に入力する。

【００３２】バッファ４ａはＯＥ信号（Ｈレベル）の区
間を出力禁止とし、比較回路３ａの出力のうちスパイク
電圧ａによるパルスを除去することになる（図２（ｈ）
を参照）。なお、他の２つの相についても、双方向性ダ
イード１０ｂ，１０ｃ、双方向性フォトカプラ回路１１
ｂ，１１ｃおよびＦＦ回路１２ｂ，１２ｃによって同様
の処理が行われる。

【００３３】そして、バッファ４ａ，４ｂ，４ｃの出力
が通電切替信号作成部５に入力し、通電切替信号作成部
５はその出力信号のエッジ（位置検出点；図２の矢印を
参照）をもとにして通電切替信号を作成する。

【００３４】このように、ＦＦ回路１２ａ，１２ｂ，１
２ｃがスパイク電圧ａの発生時点でセットされ、誘起電
圧の発生時点（スパイク電圧ａの終了時点）でリセット
され、ＦＦ回路１２ａ，１２ｂ，１２ｃのＱ出力がスパ
イク電圧ａに対応したパルスとなる。つまり、バッファ
４ａ，４ｂ，４ｃの入力ＯＥ信号の幅がスパイク電圧ａ
の波形（幅）の変化に対応して変わるため、通電切替信
号作成部５に入力する信号はスパイク電圧ａを確実に除
去されたものとなる。

【００３５】したがって、通電切替信号作成部５におい
ては、ブラシレスモータ１の回転子１ａの正規な位置検
出点を得ることができ、ひいてはブラシレスモータ１を
用いた機器の信頼性や安全性の向上を図ることができ
る。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、直流電源を出力手段でスイッチングしてブラシレス
モータに印加し、その出力手段を駆動してブラシレスモ
ータの通電を切り替える際、ブラシレスモータの電機子
巻線に発生した誘起電圧と基準電圧とを比較し、この比
較結果により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およびその装
置であって、上記出力手段と前記ブラシレスモータの電
機子巻線との間に設けた電圧降下検出手段によって電圧
降下を検出し、この電圧降下が通電切り替え後基準電圧
と同電位に達したことを確認し、この確認した後の誘起
電圧と基準電圧との比較結果により上記ブラシレスモー
タの回転子の位置を検出するようにしたので、ブラシレ
スモータの電機子巻線に発生するスパイク電圧を確実に
マスクして常に正規な位置検出点を得ることができ、ひ
いてはブラシレスモータを用いた機器の信頼性や安全性
の向上を図ることができるという有用な効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示し、ブラシレスモータ
の回転子位置検出方法が適用される装置の概略的ブロッ
ク線図。

【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ための概略的タイムチャート図。

【図３】従来のブラシレスモータの回転子位置検出装置
の概略的ブロック線図。

【図４】図３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。

【図５】図３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。

【図６】図３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。

【符号の説明】

１ ブラシレスモータ（センサレス直流ブラシレスモー
タ） １ａ 回転子（ブラシレスモータ３の） ２ 出力回路（出力手段） ３ａ，３ｂ，３ｃ 比較回路 ４ａ，４ｂ，４ｃ バッファ ５ 通電切替信号作成部 ７ 制御回路 １０ａ，１０ｂ，１０ｃ 双方向性ダイオード １１ａ，１１ｂ，１１ｃ 双方向性フォトカプラ回路 １２ａ，１２ｂ，１２ｃ フリップ・フロップ回路（Ｒ
ＳタイプのＦＦ回路） Ｕ，Ｖ，Ｗ 電機子巻線 ａ スパイク電圧

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電源を出力手段でスイッチングして
   ブラシレスモータに印加し、前記出力手段を駆動して前
   記ブラシレスモータの通電を切り替える際、前記通電切
   り替えタイミングを算出するために前記ブラシレスモー
   タの電機子巻線と基準電圧との比較結果（交点）をもと
   にして前記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、 前記ブラシレスモータの通電切り替え時から同ブラシレ
   スモータの電機子巻線に発生する誘起電圧の区間の初め
   までの区間を検出し、前記誘起電圧と基準電圧との比較
   結果のうち前記検出された区間を除いた比較結果をもと
   にして前記ブラシレスモータの回転子の位置を検出する
   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】 直流電源を出力手段でスイッチングして
   ブラシレスモータに印加し、前記出力手段を駆動して前
   記ブラシレスモータの通電を切り替える際、前記通電切
   り替えタイミングを算出するために前記ブラシレスモー
   タの電機子巻線と基準電圧との比較結果（交点）をもと
   にして前記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、 前記出力手段と前記ブラシレスモータの電機子巻線との
   間に双方向性ダイオードを有し、前記通電の切り替え後
   に前記双方向性ダイオードによって検出された電圧降下
   が前記基準電圧と同電位に達した後における前記誘起電
   圧と基準電圧との比較結果により前記ブラシレスモータ
   の回転子の位置を検出す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通電を切り替えるた
   め、前記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において、 前記ブラシレスモータの電機子巻線の端子電圧（誘起電
   圧）と基準電圧とを比較する比較回路と、直流電源をス
   イッチングしてブラシレスモータに印加する出力回路と
   前記ブラシレスモータの電機子巻線との間で電圧降下を
   検出可能とする双方向性ダイオードと、少なくとも前記
   検出電圧降下が前記基準電圧と同電位になったときにオ
   フする双方向性フォトカプラと、前記ブラシレスモータ
   の通電切り替えタイミングをセットし、前記双方向性ダ
   イオードのオフタイミングでリセットするフリップ・フ
   ロップ回路と、該フリップ・フロップ回路がセットされ
   ている期間だけ前記比較結果の出力を禁止するバッファ
   とを備え、該バッファの出力をもとにして前記回転子の
   位置を検出可能と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。