JPH11103591A - Ｄｃブラシレスモータの位置検出回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 高いキャリヤ周波数のパルス幅変調制御によ
り駆動するＤＣブラシレスモータの回転子位置信号を安
定して検出できる検出回路を提供する。 【解決手段】 交流電源１は整流され電力供給手段３を
介して３相ＤＣブラシレスモータ４に接続され、コンパ
レータ８の各相毎の負端子には各相の固定子巻線が同じ
抵抗値Ｒｂ１、Ｒｂ２、Ｒｂ３及び同じコンデンサ値Ｃ
ｂ１、Ｃｂ２、Ｃｂ３からなる夫々の第１群の並列回路
６を介して接続される擬似中性点Ｎの電圧を入力し、正
端子には通電していない各相の固定子巻線に生じる誘起
電圧を抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３とこれに直列に接続される
同じ抵抗値Ｒａ１、Ｒａ２、Ｒａ３及び同じコンデンサ
値Ｃａ１、Ｃａ２、Ｃａ３からなる第２群の並列回路７
で分割した夫々の相の電圧を入力し、各並列回路６，７
の時定数を等しくし、両信号のクロスポイントにより永
久磁石回転子の位置信号を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数極の永久磁石
を有する回転子の回転によって生じる誘起電圧を検出し
て得られる位置検出信号に基づいて、パルス幅変調制御
により通電する固定子巻線を順次切り換えるようにした
ＤＣブラシレスモータの制御回路において、固定子巻線
の誘起電圧の変化を検出し位置検出を行うのに適したＤ
Ｃブラシレスモータの位置検出回路に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ＤＣブラシレスモータの位置検出回路に
関する従来技術として、モータの回転子の回転により固
定子巻線に生じる誘起電圧で回転子の回転位置を検出す
るものは知られており、その代表的なものとして、
（１）固定子巻線に供給される直流電源電圧の１／２の
電圧を生じる仮想中性点の電圧と固定子巻線の各相に生
じる誘起電圧とをコンパレータで比較して回転子の回転
位置を検出するもの。（２）固定子巻線の擬似中性点に
生じる電圧と固定子巻線の各相に生じる誘起電圧とをコ
ンパレータで比較して回転子の回転位置を検出するもの
がある。

【０００３】上記（１）の回転子の回転位置検出手段
は、キャリヤ（チョッピング）周波数が２〜６ＫＨｚ程
度のパルス幅変調制御により通電する固定子巻線を順次
切り換えるようにしたＤＣブラシレスモータでは有効に
機能する。

【０００４】しかし、上記（１）の回転子の回転位置検
出手段では、冷蔵庫のコンプレッサ駆動用のように、キ
ャリヤ（チョッピング）周波数が１５ＫＨｚのパルス幅
変調制御により通電する固定子巻線を順次切り換えるよ
うにしたＤＣブラシレスモータでは、パルス幅が小にな
りすぎるため回転子位置信号か又は浮遊容量によるノイ
ズを検出しているのかが区別がつきにくく、回転子の回
転位置信号の検出が安定に行なわれないので、上記
（２）の回転子の回転位置検出手段が採用されている。

【０００５】次に、上記（２）の擬似中性点電圧比較方
式を用いて、キャリヤ（チョッピング）周波数が１５Ｋ
Ｈｚのパルス幅変調制御により通電する固定子巻線を順
次切り換えるようにしたＤＣブラシレスモータ（以下、
モータという）の制御回路として、図２、図３の例を説
明する。

【０００６】図２において、１は交流電源、２は整流回
路、３は３相モータの固定子４に回転磁界を生じさせる
ための電力を供給する電力供給手段、５は永久磁石回転
子、８はコンパレータ、９はマイコン、１０は駆動回路
である。電力供給手段３は駆動回路１０の信号を受けて
パルス幅変調でスイッチング制御される６個のトランジ
スタＴｒ１乃至Ｔｒ６から構成される。

【０００７】コンパレータ８の各相毎のコンパレータの
負端子には各相の固定子巻線が抵抗Ｒｂ１、Ｒｂ２、Ｒ
ｂ３を介して接続される擬似中性点Ｎの電圧を入力し、
前記各相毎のコンパレータの正端子には通電していない
各相の固定子巻線に生じる誘起電圧を抵抗Ｒ１、Ｒ２、
Ｒ３とこれに直列に接続される抵抗Ｒａ１、Ｒａ２、Ｒ
ａ３で分割したそれぞれの相の電圧を入力し、この両信
号のクロスポイントにより永久磁石回転子の回転子位置
信号を検出する。

【０００８】こうして検出される回転子位置信号が図４
の回転子位置検出のタイミングチャートに示されてい
る。同図（Ａ）は回転子位置信号であり、Ｐ点で回転子
位置信号の切換えが行なわれる。同図（Ｂ）は図２の制
御回路による回転子位置検出のタイミングを示し、実線
はコンパレータ８の負端子に入力される擬似中性点電圧
であり、点線はコンパレータ８の正端子に入力される各
相の固定子巻線に生じる誘起電圧である。

【０００９】図４（Ｂ）には、キャリヤ（チョッピン
グ）周波数が２０ＫＨｚの実線信号と点線信号のクロス
ポイントＰ点で回転子位置信号を検出している状態を示
している。図の信号波形は回路の浮遊容量、浮遊インダ
クタンスが存在しない理想状態を示しているが、現実に
はこのような理想的な波形はありえず、また、波形が重
なっている部分も波形が判別しやすいように若干波形を
ずらして描いてあるので、実際には両信号の波形は部分
的に重なったり不要にクロスする点が存在して、図２の
回転位置検出手段では安定で確実な回転子位置信号の検
出はできなかった。

【００１０】次に、図３の制御回路について説明する。
図において、図２と同様な素子と部品については同一の
符号を付しており、図２の制御回路と異なる点は、コン
パレータ８の各相毎のコンパレータの負端子には各相の
固定子巻線が抵抗Ｒｂ１、Ｒｂ２、Ｒｂ３及びコンデン
サＣｂ１、Ｃｂ２、Ｃｂ３からなるそれぞれの第１群の
並列回路６を介して接続される擬似中性点Ｎの電圧を入
力している点である。

【００１１】こうして検出される回転子位置信号は図４
（Ｃ）の回転子位置検出のタイミングとして示され、実
線はコンパレータ８の負端子に入力される擬似中性点電
圧であり、点線はコンパレータ８の正端子に入力される
各相の固定子巻線に生じる誘起電圧である。そして、キ
ャリヤ（チョッピング）周波数が２０ＫＨｚの実線信号
と点線信号のクロスポイントＰ点で回転子位置信号を検
出している。

【００１２】この回転位置検出手段では、図から明らか
なように、パルス幅変調制御のチョッピングの立上り部
分において、両波形にスパイクノイズが発生し、コンパ
レータ８の出力が不安定になって、図３の回転位置検出
手段では安定で確実な回転子位置信号の検出はできなか
った。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、複数
極の永久磁石を有する回転子の回転によって生じる固定
子巻線の誘起電圧を検出して得られる位置検出信号に基
づいて、パルス幅変調制御により通電する固定子巻線を
順次切り換えるようにしたＤＣブラシレスモータの制御
回路において、高いキャリヤ（チョッピング）周波数で
あっても、低速回転から高速回転に至るまで精度良く、
安定した回転子位置信号検出を可能とするＤＣブラシレ
スモータの位置検出回路を提供することを目的とするも
のである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
ＤＣブラシレスモータの位置検出回路は、複数極の永久
磁石を有する回転子と、通電時にこの回転子に回転磁界
を与えるように配置された複数の固定子巻線とを有し、
この複数の固定子巻線のうちの幾つかの固定子巻線にパ
ルス幅変調により通電して回転磁界を得るとともに、通
電していない各相の固定子巻線に回転子の回転によって
生じる誘起電圧と、基準となる電圧とを各相毎のコンパ
レータで比較することにより検出して得られる位置検出
信号に基づいて、通電する固定子巻線を順次切り換える
ように成したＤＣブラシレスモータ制御装置において、
前記各相毎のコンパレータの負端子には各相の固定子巻
線が抵抗及びコンデンサからなるそれぞれの第１群の並
列回路を介して接続される擬似中性点の電圧を入力し、
前記各相毎のコンパレータの正端子には通電していない
各相の固定子巻線に生じる誘起電圧を抵抗とこれに直列
に接続される抵抗及びコンデンサからなる第２群の並列
回路で分割したそれぞれの相の電圧を入力し、前記第１
群の並列回路のそれぞれの抵抗及びコンデンサは同じ値
とし、前記第２群の並列回路のそれぞれの抵抗及びコン
デンサは同じ値とし、かつ前記第１群のそれぞれの並列
回路の時定数と前記第２群のそれぞれの並列回路の時定
数を同じ値とすることにより達成される。

【００１５】本発明の請求項２に係るＤＣブラシレスモ
ータの位置検出回路は、複数極の永久磁石を有する回転
子と、通電時にこの回転子に回転磁界を与えるように配
置された複数の固定子巻線とを有し、この複数の固定子
巻線のうちの幾つかの固定子巻線にパルス幅変調により
通電して回転磁界を得るとともに、通電していない各相
の固定子巻線に回転子の回転によって生じる誘起電圧
と、基準となる電圧とを各相毎のコンパレータで比較す
ることにより検出して得られる位置検出信号に基づい
て、通電する固定子巻線を順次切り換えるように成した
ＤＣブラシレスモータ制御装置において、前記各相毎の
コンパレータの負端子には各相の固定子巻線が抵抗及び
コンデンサからなるそれぞれの第１群の並列回路を介し
て接続される擬似中性点の電圧を入力し、前記各相毎の
コンパレータの正端子には通電していない各相の固定子
巻線に生じる誘起電圧を抵抗とこれに直列に接続される
抵抗及びコンデンサからなる第２群の並列回路で分割し
たそれぞれの相の電圧を入力し、前記第１群の並列回路
のそれぞれの抵抗及びコンデンサは同じ値とし、前記第
２群の並列回路のそれぞれの抵抗及びコンデンサは同じ
値とし、かつ前記第１群のそれぞれの並列回路の時定数
と前記第２群のそれぞれの並列回路の時定数を同じ値と
し、前記コンパレータにはヒステリシス用帰還抵抗を接
続したことにより達成される。

【００１６】本発明の請求項３に係るＤＣブラシレスモ
ータの位置検出回路は、複数極の永久磁石を有する回転
子と、通電時にこの回転子に回転磁界を与えるように配
置された複数の固定子巻線とを有し、この複数の固定子
巻線のうちの幾つかの固定子巻線にパルス幅変調により
通電して回転磁界を得るとともに、通電していない各相
の固定子巻線に回転子の回転によって生じる誘起電圧
と、基準となる電圧とを各相毎のコンパレータで比較す
ることにより検出して得られる位置検出信号に基づい
て、通電する固定子巻線を順次切り換えるように成した
ＤＣブラシレスモータ制御装置において、前記各相毎の
コンパレータの負端子には各相の固定子巻線が抵抗及び
コンデンサからなるそれぞれの第１群の並列回路を介し
て接続される擬似中性点の電圧を入力し、前記各相毎の
コンパレータの正端子には通電していない各相の固定子
巻線に生じる誘起電圧を抵抗とこれに直列に接続される
抵抗及びコンデンサからなる第２群の並列回路で分割し
たそれぞれの相の電圧を入力し、前記第１群の並列回路
のそれぞれの抵抗及びコンデンサは同じ値とし、前記第
２群の並列回路のそれぞれの抵抗及びコンデンサは同じ
値とし、かつ前記第１群のそれぞれの並列回路の時定数
と前記第２群のそれぞれの並列回路の時定数を同じ値と
した構成で、あるいは更に前記コンパレータにはヒステ
リシス用帰還抵抗を接続した構成で、前記時定数は前記
パルス幅変調のキャリヤ周波数の周期の１／８〜１倍に
することにより達成される。

【００１７】こうして、コンパレータに入力される擬似
中性点電圧と各相の固定子巻線に生じる誘起電圧の両信
号はなだらか波形になるため両信号の波形は部分的に重
なったり不要にクロスする点が存在せず、また、パルス
幅変調制御のチョッピングの立上り部分において、両波
形にスパイクノイズの発生もないので、コンパレータは
安定で確実な回転子位置信号の検出を可能にする。そし
て、ＤＣブラシレスモータを高いキャリヤ（チョッピン
グ）周波数で運転される冷蔵庫等のコンプレッサ駆動に
用いる場合に、低速回転から高速回転に至るまで精度良
く、安定した回転子位置信号検出を可能とする。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施形態として制
御ブロック図を示し、本発明を適用したＤＣブラシレス
モータの制御回路の例である。図において、図２及び図
３と同様な素子と部品については同一の符号を付してい
るので説明は省略する。

【００１９】そして図２の制御回路と異なる点は、コン
パレータ８の各相毎のコンパレータの負端子には各相の
固定子巻線が抵抗Ｒｂ１、Ｒｂ２、Ｒｂ３及びコンデン
サＣｂ１、Ｃｂ２、Ｃｂ３からなるそれぞれの第１群の
並列回路６を介して接続される擬似中性点Ｎの電圧を入
力しており、また、コンパレータ８の各相毎のコンパレ
ータの正端子には通電していない各相の固定子巻線に生
じる誘起電圧を抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３とこれに直列に接
続される抵抗Ｒａ１、Ｒａ２、Ｒａ３及びコンデンサＣ
ａ１、Ｃａ２、Ｃａ３からなる第２群の並列回路で分割
したそれぞれの相の電圧を入力している点である。

【００２０】ここで、このような構成からなるＤＣブラ
シレスモータの駆動動作の概要を説明する。コンパレー
タ８で得られた回転子５の回転位置の信号を入力とし、
マイコン９でパルス幅変調信号に形成された制御信号は
駆動回路１０を介して、電力供給手段３の通電制御のた
めにトランジスタＴｒ１乃至Ｔｒ６に与えられる。

【００２１】即ち、第１のモードでトランジスタＴｒ
１，Ｔｒ５をＯＮ、他のトランジスタＴｒ２乃至Ｔｒ
４，Ｔｒ６を０ＦＦとなるように各トランジスタに制御
信号を与えると、固定子の巻線ＵＶ間に電流が流れ、続
いて第２のモードでトランジスタＴｒ１，Ｔｒ６をＯ
Ｎ、他のトランジスタＴｒ２乃至Ｔｒ５を０ＦＦとする
ように各トランジスタを制御すると、巻線ＵＷ間に電
流、更に、第３のモードでトランジスタＴｒ２，Ｔｒ６
をＯＮ、他を０ＦＦとするように各トランジスタを制御
すると、固定子巻線ＶＷ間に電流が流れる。

【００２２】同様にして第３モードから第６モードまで
順次トランジスタＴｒ１乃至Ｔｒ６が通電制御され、こ
のような第１モード乃至第６モードのサイクルが繰り返
される。駆動回路１０からのこのような通電制御の出力
によって固定子４の巻線には、先に述べたような電流が
流れ、回転磁界が固定子に形成されるため、各通電モー
ドに対応して１回転し、以降、順次繰り返されるモード
に対応して回転子が回ってモータとして運転を続ける。

【００２３】上記したように、永久磁石を有する回転子
等、磁気を有した回転子が回転しているモータにおいて
は固定子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに誘起電圧が発生している。こ
の誘起電圧は、固定子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗへ通電されている
ときは検出されにくいが、各通電モードにおいて通電さ
れていない固定子巻線が存在するように固定子巻線への
通電を行なうときは、固定子巻線の中性点と通電されて
いない相の固定子巻線との間に、回転子の回転位置に対
応した特定の向きの誘起電圧が現れることになる。

【００２４】そこで、図１の回転子位置検出回路につい
て説明する。コンパレータ８の各相毎のコンパレータの
負端子には各相の固定子巻線が抵抗Ｒｂ１、Ｒｂ２、Ｒ
ｂ３及びコンデンサＣｂ１、Ｃｂ２、Ｃｂ３からなるそ
れぞれの第１群の並列回路６を介して接続される擬似中
性点Ｎの電圧を入力している。

【００２５】また、コンパレータ８の各相毎のコンパレ
ータの正端子には通電していない各相の固定子巻線に生
じる誘起電圧を抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３とこれに直列に接
続される抵抗Ｒａ１、Ｒａ２、Ｒａ３及びコンデンサＣ
ａ１、Ｃａ２、Ｃａ３からなる第２群の並列回路で分割
したそれぞれの相の電圧を入力している。この両信号の
クロスポイントにより永久磁石回転子の回転子位置信号
を検出する。

【００２６】このとき、抵抗Ｒａ１、Ｒａ２、Ｒａ３、
Ｒｂ１、Ｒｂ２、Ｒｂ３の値と、コンデンサＣａ１、Ｃ
ａ２、Ｃａ３、Ｃｂ１、Ｃｂ２、Ｃｂ３の値及び時定数
ｔには次の関係が成立するように設定する。

【００２７】

【数１】 Ｒａ１＝Ｒａ２＝Ｒａ３ （１） Ｒｂ１＝Ｒｂ２＝Ｒｂ３ （２） Ｃａ１＝Ｃａ２＝Ｃａ３ （３） Ｃｂ１＝Ｃｂ２＝Ｃｂ３ （４） ｔ＝Ｃａ×Ｒａ＝Ｃｂ×Ｒｂ （５）

【００２８】即ち、第１群の並列回路６のそれぞれの抵
抗Ｒｂ１、Ｒｂ２、Ｒｂ３の値を等しくし、コンデンサ
Ｃｂ１、Ｃｂ２、Ｃｂ３の値を等しくする。また、第２
群の並列回路７のそれぞれの抵抗Ｒａ１、Ｒａ２、Ｒａ
３の値を等しくし、コンデンサＣａ１、Ｃａ２、Ｃａ３
の値を等しくする。そして更に、第１群のそれぞれの並
列回路の時定数ｔ＝Ｃｂ×Ｒｂと第２群のそれぞれの並
列回路の時定数ｔ＝Ｃａ×Ｒａを等しくする。

【００２９】また、コンパレータ８のそれぞれの入出力
にはヒステリシス用帰還抵抗Ｒｆ１、Ｒｆ２、Ｒｆ３を
接続してヒステリシス機能を持たせることにより、回転
子位置信号の検出を誤動作なく安定に行なうことができ
る。

【００３０】更に、実験では２０ＫＨｚのキャリヤ（チ
ョッピング）周波数での１パルスのキャリヤ周期（５０
μｓｅｃ）に対して、時定数は６μｓｅｃ〜５０μｓｅ
ｃ程度が良好であったので、時定数はキャリヤ周期の中
心に対して１／８〜１倍程度に設定するほうが好まし
い。

【００３１】こうして検出される回転子位置信号は図４
（Ｄ）の回転子位置検出のタイミングとして示され、実
線はコンパレータ８の負端子に入力される擬似中性点電
圧であり、点線はコンパレータ８の正端子に入力される
各相の固定子巻線に生じる誘起電圧であって、両信号は
なだらか波形になるため両信号の波形は部分的に重なっ
たりクロスする点が存在せず、また、パルス幅変調制御
のチョッピングの立上り部分において、両波形にスパイ
クノイズの発生もないので、コンパレータ８は実線信号
と点線信号のクロスポイントＰ点で回転子位置信号を検
出するので、安定で確実な回転子位置信号の検出を可能
にする。

【００３２】

【発明の効果】以上のように、本発明のＤＣブラシレス
モータの位置検出回路は、コンパレータに入力される擬
似中性点電圧と各相の固定子巻線に生じる誘起電圧の両
信号はなだらか波形になるため両信号の波形は部分的に
重なったり不要にクロスする点が存在せず、また、パル
ス幅変調制御のチョッピングの立上り部分において、両
波形にスパイクノイズの発生もないので、コンパレータ
は安定で確実な回転子位置信号の検出を可能にする。

【００３３】そして、ＤＣブラシレスモータを高いキャ
リヤ（チョッピング）周波数で運転される冷蔵庫等のコ
ンプレッサ駆動に用いる場合に、低速回転から高速回転
に至るまで精度良く、安定した回転子位置信号検出を可
能とするＤＣブラシレスモータの位置検出回路を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の回転子位置検出回路を適用した制御ブ
ロック図。

【図２】従来の回転子位置検出回路を適用した制御ブロ
ック図。

【図３】従来の回転子位置検出回路を適用した制御ブロ
ック図。

【図４】回転子位置検出のタイミングチャート図。

【符号の説明】

１ 交流電源 ２ 整流回路 ３ 電力供給手段 ４ ３相ＤＣブラシレスモータ ５ 永久磁石回転子 ６ 第１群の並列回路 ７ 第２群の並列回路 ８ コンパレータ ９ マイコン １０ 駆動回路

フロントページの続き (72)発明者 伊澤 雄一 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数極の永久磁石を有する回転子と、通
   電時にこの回転子に回転磁界を与えるように配置された
   複数の固定子巻線とを有し、この複数の固定子巻線のう
   ちの幾つかの固定子巻線にパルス幅変調により通電して
   回転磁界を得るとともに、通電していない各相の固定子
   巻線に回転子の回転によって生じる誘起電圧と、基準と
   なる電圧とを各相毎のコンパレータで比較することによ
   り検出して得られる位置検出信号に基づいて、通電する
   固定子巻線を順次切り換えるように成したＤＣブラシレ
   スモータ制御装置において、前記各相毎のコンパレータ
   の負端子には各相の固定子巻線が抵抗及びコンデンサか
   らなるそれぞれの第１群の並列回路を介して接続される
   擬似中性点の電圧を入力し、前記各相毎のコンパレータ
   の正端子には通電していない各相の固定子巻線に生じる
   誘起電圧を抵抗とこれに直列に接続される抵抗及びコン
   デンサからなる第２群の並列回路で分割したそれぞれの
   相の電圧を入力し、前記第１群の並列回路のそれぞれの
   抵抗及びコンデンサは同じ値とし、前記第２群の並列回
   路のそれぞれの抵抗及びコンデンサは同じ値とし、かつ
   前記第１群のそれぞれの並列回路の時定数と前記第２群
   のそれぞれの並列回路の時定数を同じ値とすることを特
   徴とするＤＣブラシレスモータの位置検出回路。
2. 【請求項２】 前記コンパレータにはヒステリシス用帰
   還抵抗を接続したことを特徴とする請求項１記載のＤＣ
   ブラシレスモータの位置検出回路。
3. 【請求項３】 前記時定数は前記パルス幅変調のキャリ
   ヤ周波数の周期の１／８〜１倍にすることを特徴とする
   請求項１又は請求項２記載のＤＣブラシレスモータの位
   置検出回路。