JPS5936519B2 - ブラシレスモ−タ - Google Patents
ブラシレスモ−タInfo
- Publication number
- JPS5936519B2 JPS5936519B2 JP51061125A JP6112576A JPS5936519B2 JP S5936519 B2 JPS5936519 B2 JP S5936519B2 JP 51061125 A JP51061125 A JP 51061125A JP 6112576 A JP6112576 A JP 6112576A JP S5936519 B2 JPS5936519 B2 JP S5936519B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electromotive force
- phase
- speed electromotive
- brushless motor
- armature winding
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- Brushless Motors (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明はブラシレスモータに係り、特に電機子巻線に誘
起される速度起電力によつて磁石回転子と電機子巻線と
の間の相対的位置を検出するようにしてなるブラシレス
モータに関するものである。
起される速度起電力によつて磁石回転子と電機子巻線と
の間の相対的位置を検出するようにしてなるブラシレス
モータに関するものである。
〔発明の背景〕近年、機械的整流機構がないために広く
利用されるようになつたブラシレスモータのうち、速度
起電力を利用する方式のものは、一般に第１図に示す構
成となつている。
利用されるようになつたブラシレスモータのうち、速度
起電力を利用する方式のものは、一般に第１図に示す構
成となつている。
すなわち、直流電源の両端に６個の制御電極付半導体ス
イッチング素子５１、５２、・・・・・・、５６を３相
ブリッジ接続じて形成じた半導体コミユテータ装置１の
出力端をモータ本体２の電機子巻線３の入力端にそれぞ
れ接続してある。そして、磁石回転子４の回転によつて
電機子巻線３に誘起される速度起電力を制御電極制御装
置５に含まれる処理回路によつて半導体コミユテータ装
置１の半導体スイッチング素子群を遮断導通させる信号
に変換して、この信号でモータを回転させるようにして
いる。第２図は第１図のモータが運転されているときの
電機子巻線３の端子電圧、各巻線入力電流および半導体
コミユテータ装置１の半導体スイッチング素子群の導通
関係を示した図で、ａは電機子巻線３の端子電圧、ｂは
入力電流、ｃは半導体スイッチング素子群の導通関係を
示している。
イッチング素子５１、５２、・・・・・・、５６を３相
ブリッジ接続じて形成じた半導体コミユテータ装置１の
出力端をモータ本体２の電機子巻線３の入力端にそれぞ
れ接続してある。そして、磁石回転子４の回転によつて
電機子巻線３に誘起される速度起電力を制御電極制御装
置５に含まれる処理回路によつて半導体コミユテータ装
置１の半導体スイッチング素子群を遮断導通させる信号
に変換して、この信号でモータを回転させるようにして
いる。第２図は第１図のモータが運転されているときの
電機子巻線３の端子電圧、各巻線入力電流および半導体
コミユテータ装置１の半導体スイッチング素子群の導通
関係を示した図で、ａは電機子巻線３の端子電圧、ｂは
入力電流、ｃは半導体スイッチング素子群の導通関係を
示している。
上述した速度起電力を利用するブラシレスモータは、磁
石回転子４の位置を光や磁気を利用して検出するものに
比べて、信頼性やコストの面で有利であるが、従来、こ
のように速度起電力を利用したものでは、負荷変動にと
もなう電流変動や半導体スイッチング素子５１〜５６に
よる電流遮断時に発生するスパイク電圧などにより速度
起電力に脈動やノイズをともなうことが多く、安定な回
転子位置検出にあたつて困難をともなう場合が多かつた
。
石回転子４の位置を光や磁気を利用して検出するものに
比べて、信頼性やコストの面で有利であるが、従来、こ
のように速度起電力を利用したものでは、負荷変動にと
もなう電流変動や半導体スイッチング素子５１〜５６に
よる電流遮断時に発生するスパイク電圧などにより速度
起電力に脈動やノイズをともなうことが多く、安定な回
転子位置検出にあたつて困難をともなう場合が多かつた
。
．〔発明の目的〕
本発明は上記に鑑みてなされたもので、その目的とする
ところは、速度起電力を利用して正確かつ簡便に磁石回
転子と電機子巻線の相対位置を検出することができ、安
定な運転を可能とするブラシレスモータを提供すること
にある。
ところは、速度起電力を利用して正確かつ簡便に磁石回
転子と電機子巻線の相対位置を検出することができ、安
定な運転を可能とするブラシレスモータを提供すること
にある。
本発明は、電機子巻線に生じる３相の速度起電力をそれ
ぞれ１次形フイルタを通してこの速度起電力に対してほ
ぼ９０イの位相関係をもつ三角波状信号に変換し、この
３つの三角波状信号を星形結線した抵抗に導通せしめ、
この星形結線の中性点電圧と上記各三角波信号との大小
をそれぞれ比較して得られるパルス信号を用いて半導体
コミユテータ装置の３相ブリツジ接続してある６個の制
御電極付半導体スイツチング素子を制御して磁石回転子
を回転させる構成とした点にある。
ぞれ１次形フイルタを通してこの速度起電力に対してほ
ぼ９０イの位相関係をもつ三角波状信号に変換し、この
３つの三角波状信号を星形結線した抵抗に導通せしめ、
この星形結線の中性点電圧と上記各三角波信号との大小
をそれぞれ比較して得られるパルス信号を用いて半導体
コミユテータ装置の３相ブリツジ接続してある６個の制
御電極付半導体スイツチング素子を制御して磁石回転子
を回転させる構成とした点にある。
以下本発明を第７図、第８図に示した実施例および第３
図乃至第６図を用いて詳細に説明する。
図乃至第６図を用いて詳細に説明する。
３つの電機子巻線に誘起される巻線端子電圧をＶＡ，Ｖ
Ｂ，ＶＣとすると、これらは第６図６−Ａ，６−Ｂ，６
−ｃに示すように、１２０第ずつ位相のずれた３相平衡
電圧となる。
Ｂ，ＶＣとすると、これらは第６図６−Ａ，６−Ｂ，６
−ｃに示すように、１２０第ずつ位相のずれた３相平衡
電圧となる。
３つの電機子巻線に誘起される速度起電力の検出は、第
３図に示す如く、半導体コミユテータ装置１の負電極側
を基準にした３つの電機子巻線端子電圧を検出すること
により代行している。
３図に示す如く、半導体コミユテータ装置１の負電極側
を基準にした３つの電機子巻線端子電圧を検出すること
により代行している。
第３図において、いまＡ相の端子電圧Ａは第４図に示す
様に台形波状となる。
様に台形波状となる。
電気角の匹〜π間は半導体スイツチング素子Ｓ１がオン
のため電圧はＥとなり，一π〜２π間は半導体スイツチ
ング素子Ｓ４がオンのため電圧はＯとなる。０〜五間と
π〜１π間は、Ａ相巻線は開放状態となり、このときの
端子電圧ＶＡは電機子巻線の中性点電圧ＶＮとＡ相巻線
の速度起電力Ｅａとの和、即ちＶＡ＝ＶＮ＋Ｅａ（０〜
骨，π〜登π）となる。
のため電圧はＥとなり，一π〜２π間は半導体スイツチ
ング素子Ｓ４がオンのため電圧はＯとなる。０〜五間と
π〜１π間は、Ａ相巻線は開放状態となり、このときの
端子電圧ＶＡは電機子巻線の中性点電圧ＶＮとＡ相巻線
の速度起電力Ｅａとの和、即ちＶＡ＝ＶＮ＋Ｅａ（０〜
骨，π〜登π）となる。
この端子電圧ＶＡより速度起電力Ｅａを検出する考え方
を以下に述べる。いま、一例やして第４図のＶＡ波形の
百π〜２πの間では半導体スイツチング素子Ｓ２とＳ６
がオンしており、このときのモータ等価回路は第５図に
示すものとなる。
を以下に述べる。いま、一例やして第４図のＶＡ波形の
百π〜２πの間では半導体スイツチング素子Ｓ２とＳ６
がオンしており、このときのモータ等価回路は第５図に
示すものとなる。
Ｚａ，Ｚｂ，Ｚｃは各巻線のインピーダンス，Ｅａ，Ｅ
ｂ，Ｅｃは各巻線の中性点に対する速度起電力である。
この等価回路における各端子電圧と負荷電流１は（１）
式となる。
ｂ，Ｅｃは各巻線の中性点に対する速度起電力である。
この等価回路における各端子電圧と負荷電流１は（１）
式となる。
ただし、半導体スイツチング素子の電圧降下分は無視し
ている。
ている。
また、中件点電圧ＶＮは
となる。
更に通常、電機子巻線は３相対称であるから、が成り立
つので、端子電圧ＶＡは（２）式と（３）式よりとなる
。
つので、端子電圧ＶＡは（２）式と（３）式よりとなる
。
ここでＥａ＝０とすると（４）式よりＥｂ−一Ｅｃとな
るので、よつてＲ が得られる。
るので、よつてＲ が得られる。
Ｅ
この（６）式の意味はＶＡ−ｉの点を検出すれば、これ
はとりもなおさず、負荷電流に拘らず、Ｅａ＝０の点を
検出したことになるのである。
はとりもなおさず、負荷電流に拘らず、Ｅａ＝０の点を
検出したことになるのである。
このＥＶＡ＝ＶＮ＝ヲの点は第４図におけるＰ点である
。
。
尚、ここではＶＡに関してのみ述べたが、ＶＢ，Ｖｃに
ついても同様のことが言える。速度起電力検出の考え方
は上述した通りであるが、実際にこの方式を適用する際
には、問題となることもある。
ついても同様のことが言える。速度起電力検出の考え方
は上述した通りであるが、実際にこの方式を適用する際
には、問題となることもある。
即ち、実際の端子電圧波形は第４図に示した台形波に更
にスパイク電圧等が重畳さＥれているためＶＡＩ：．百
の電圧比較ではＰ点検出が困難になつてしまうことであ
る。
にスパイク電圧等が重畳さＥれているためＶＡＩ：．百
の電圧比較ではＰ点検出が困難になつてしまうことであ
る。
このため、端子電圧からフイルタ一を通してスパイク電
圧等を除去する万式を考案したが、フイルタ一には時間
遅れがあるため、負荷の変動に伴Ｅなう速度の急激な変
動（過渡時）には一との比較では安全な運転が持続でき
ない。
圧等を除去する万式を考案したが、フイルタ一には時間
遅れがあるため、負荷の変動に伴Ｅなう速度の急激な変
動（過渡時）には一との比較では安全な運転が持続でき
ない。
これを防ぐために、速度変動に追従する中性点電圧ＶＮ
，！：．ＶＡの比較を行う様にした。これが本発明の骨
子である。
，！：．ＶＡの比較を行う様にした。これが本発明の骨
子である。
この電圧には、スパイク等のノイズが重畳しているが．
１次形フイルタを通すことによつてこれらのノイズを除
去することができ、しかも当該巻線端子電圧に対してほ
ぼ９０゜の位相差をもつΞ角波状信号Ｔ−Ａ，Ｔ−Ｂ，
？−ｃをそれぞれ得ることができる。ただし、このとき
１次形フイルタの伝達関数は、速度起電力の基本周波数
の所定の範囲において．ほぼ９０゜の位相差るもつよう
に設定しておく必要がある。このΞ角波状信号Ｔ−Ａ，
７−Ｂ，Ｔ−ｃを形（星形）に結線された抵抗に導通せ
しめ、この星形結線の中住点には第６図８の如き波形の
中住点には第６図８の如き波形の中住点電圧信号が得ら
れる。
１次形フイルタを通すことによつてこれらのノイズを除
去することができ、しかも当該巻線端子電圧に対してほ
ぼ９０゜の位相差をもつΞ角波状信号Ｔ−Ａ，Ｔ−Ｂ，
？−ｃをそれぞれ得ることができる。ただし、このとき
１次形フイルタの伝達関数は、速度起電力の基本周波数
の所定の範囲において．ほぼ９０゜の位相差るもつよう
に設定しておく必要がある。このΞ角波状信号Ｔ−Ａ，
７−Ｂ，Ｔ−ｃを形（星形）に結線された抵抗に導通せ
しめ、この星形結線の中住点には第６図８の如き波形の
中住点には第６図８の如き波形の中住点電圧信号が得ら
れる。
なお、第６図のＶＯは７一Ａ，？−Ｂ，Ｔ−ｃおよび８
の波形の信号の直流分である。ここに、Ξ角波状信号Ｔ
−Ａ，Ｔ−Ｂ，Ｔ−ｃと中住点電圧信号８との大小を比
較することによつて、比較器出力に第６図９−Ａ，９−
Ｂ，９−ｃのパルス信号が得られるので、これを論理回
路で処理することによつて容易に第６図１０に示す半導
体スイツチング素子群の転流制御信号を出力することが
できる。このように、三角波状信号を星形結線した抵抗
を介して得られた中性点電圧を引き出して．これと各々
の三角波状信号との大小を比較するようにすれば、速度
起電力が電流の脈動等にともなつて変動し．さらに１次
形フイルタを通してこの変動が三角波状信号に波及した
としても、それにともなつて比例的に中住点電圧も変動
して、その結果として常に一定のレベルで比較を行うこ
とが可能となり、安定な比較器出力を得ることができる
。
の波形の信号の直流分である。ここに、Ξ角波状信号Ｔ
−Ａ，Ｔ−Ｂ，Ｔ−ｃと中住点電圧信号８との大小を比
較することによつて、比較器出力に第６図９−Ａ，９−
Ｂ，９−ｃのパルス信号が得られるので、これを論理回
路で処理することによつて容易に第６図１０に示す半導
体スイツチング素子群の転流制御信号を出力することが
できる。このように、三角波状信号を星形結線した抵抗
を介して得られた中性点電圧を引き出して．これと各々
の三角波状信号との大小を比較するようにすれば、速度
起電力が電流の脈動等にともなつて変動し．さらに１次
形フイルタを通してこの変動が三角波状信号に波及した
としても、それにともなつて比例的に中住点電圧も変動
して、その結果として常に一定のレベルで比較を行うこ
とが可能となり、安定な比較器出力を得ることができる
。
なお、速度起電力の基本周波数より高い周波数のノイズ
等が１次フイルタで除去しきれずΞ角波状信号が滑らか
にならない時には比較器の出力に影響することも考えら
れるが、この時には比較器出力段にもう一段低域フイル
タを追カロして高周波域を除去すればよい。第１図は本
発明のブラシレスモータの一実施例を示す要部回路図で
ある。
等が１次フイルタで除去しきれずΞ角波状信号が滑らか
にならない時には比較器の出力に影響することも考えら
れるが、この時には比較器出力段にもう一段低域フイル
タを追カロして高周波域を除去すればよい。第１図は本
発明のブラシレスモータの一実施例を示す要部回路図で
ある。
第Ｔ図において、各相の速度起電力６−Ａ，６−Ｂ，６
−ｃは．それぞれ１次形フイルタ１１−Ａ，ｌｌ−Ｂ，
ｌｌ−ｃに印カロされ、その出力は、例えばそれぞれ比
較器１２−Ａ，ｌ２−Ｂ，ｌ２−ｃ（７）任順ｕに入力
させ、さらに上記出力はそれぞれ抵抗１３を介して３相
星形接続とし、その中住点電圧信号を比較器１２−Ａ，
ｌ２−Ｂ，ｌ２−ｃのΘ側に入力させる。このようにす
れば、比較器１２−Ａ，ｌ２−Ｂ，ｌ２−ｃの出力とし
て第６図９−Ａ，９− Ｂ，９−ｃに示す１８０゜幅の
３相パルス信号を得ることができ．これにより転流制御
信号を咋ることができる。この転流制御信号は、上記し
たように．速度起電力が電流の脈動等によつて変動して
いても、安定しており．要するに、速度起電力を利用し
て正確かつ簡便に磁石回転子と電機子巻線との相対位置
を検出することができ、安定にブラシレスモータの運転
を行うことができる。
−ｃは．それぞれ１次形フイルタ１１−Ａ，ｌｌ−Ｂ，
ｌｌ−ｃに印カロされ、その出力は、例えばそれぞれ比
較器１２−Ａ，ｌ２−Ｂ，ｌ２−ｃ（７）任順ｕに入力
させ、さらに上記出力はそれぞれ抵抗１３を介して３相
星形接続とし、その中住点電圧信号を比較器１２−Ａ，
ｌ２−Ｂ，ｌ２−ｃのΘ側に入力させる。このようにす
れば、比較器１２−Ａ，ｌ２−Ｂ，ｌ２−ｃの出力とし
て第６図９−Ａ，９− Ｂ，９−ｃに示す１８０゜幅の
３相パルス信号を得ることができ．これにより転流制御
信号を咋ることができる。この転流制御信号は、上記し
たように．速度起電力が電流の脈動等によつて変動して
いても、安定しており．要するに、速度起電力を利用し
て正確かつ簡便に磁石回転子と電機子巻線との相対位置
を検出することができ、安定にブラシレスモータの運転
を行うことができる。
第８図Ａ，ｂはそれぞれ本発明の他の実施例を示す第Ｔ
図に相当する回路図で、第Ｔ図と同一部分は同じ符号で
示してある。
図に相当する回路図で、第Ｔ図と同一部分は同じ符号で
示してある。
第８図ａにおいては、３相Ξ角波状信号並びにこれらを
星形接続した抵抗を介して得られた中住点電圧信号を比
較器１２−Ａ，ｌ２−Ｂ，ｌ２−ｃに入力させる前段で
、コンデンサ１４− ａ 〜１４− ｄ、抵抗１５−
ａ 〜１５−ｄを用いて交流結合をするようにしてある
。これによつて比較器１２− Ａ，ｌ２− Ｂ，ｌ２一
ｃへの不要な直流分を除去することができるという新ら
たな効果が得られる。また、第８図ｂにおいては、３相
Ξ角波状信号の直流分をコンデンサ１４− ａ 〜１４
− ｃ、抵抗１５− ａ 〜１５− ｃを用いて除去し
た後、その３相Ξ角波状信号並びにこれらを星形接続し
た抵抗を介して得られた中性点電圧信号をそれぞれ比較
器１２− Ａ，ｌ２− Ｂ，ｌ２−ｃに入力させるよう
にしてあり、その効果は第８図ａと同様である。〔発明
の効果〕 以上説明したように．本発明によれば、速度起電力を利
用して正確かつ簡便に磁石回転子と電機子巻線の相対位
置を検出することができ．安定な運転を可能とすること
ができるという効果がある。
星形接続した抵抗を介して得られた中住点電圧信号を比
較器１２−Ａ，ｌ２−Ｂ，ｌ２−ｃに入力させる前段で
、コンデンサ１４− ａ 〜１４− ｄ、抵抗１５−
ａ 〜１５−ｄを用いて交流結合をするようにしてある
。これによつて比較器１２− Ａ，ｌ２− Ｂ，ｌ２一
ｃへの不要な直流分を除去することができるという新ら
たな効果が得られる。また、第８図ｂにおいては、３相
Ξ角波状信号の直流分をコンデンサ１４− ａ 〜１４
− ｃ、抵抗１５− ａ 〜１５− ｃを用いて除去し
た後、その３相Ξ角波状信号並びにこれらを星形接続し
た抵抗を介して得られた中性点電圧信号をそれぞれ比較
器１２− Ａ，ｌ２− Ｂ，ｌ２−ｃに入力させるよう
にしてあり、その効果は第８図ａと同様である。〔発明
の効果〕 以上説明したように．本発明によれば、速度起電力を利
用して正確かつ簡便に磁石回転子と電機子巻線の相対位
置を検出することができ．安定な運転を可能とすること
ができるという効果がある。
第１図はブラシレスモータの構成の概略図、第２図は第
１図のブラシレスモータの電機子巻線の速度起電力、巻
線電流、半導体スイツチング素子の導通順序を示す図、
第３図は、端子電圧と中性点電圧のとり方を示す図，第
４図は端子電圧の波形を示す図、第５図はモータの等価
回路を示す図，第６図は本発明の原理を説明するための
動作波形の基本例を示す図、第７図は本発明のブラシレ
ス＼モータの一実施例を示す要部回路図、第８図は本発
明の他の実施例を示す第４図に相当する回路図である。 １・・・・・・半導体コミユテータ装置， ２・・・・
・・モータ本体、３・・・・・・電機子巻線、４・・・
・・・磁石回転子、５・・・・・・ＴＯｌ卿電極制御装
置， １１−ａ〜１１−ｃ・・・・・・１次フイルタ、
１２−ａ〜１２−ｃ・・・・・・比較器、１３・・・・
・・抵抗、１４ａ〜１４ｄ・・・・・・コンデンサ、１
５−ａ〜１５−ｄ・・・・・・抵抗。
１図のブラシレスモータの電機子巻線の速度起電力、巻
線電流、半導体スイツチング素子の導通順序を示す図、
第３図は、端子電圧と中性点電圧のとり方を示す図，第
４図は端子電圧の波形を示す図、第５図はモータの等価
回路を示す図，第６図は本発明の原理を説明するための
動作波形の基本例を示す図、第７図は本発明のブラシレ
ス＼モータの一実施例を示す要部回路図、第８図は本発
明の他の実施例を示す第４図に相当する回路図である。 １・・・・・・半導体コミユテータ装置， ２・・・・
・・モータ本体、３・・・・・・電機子巻線、４・・・
・・・磁石回転子、５・・・・・・ＴＯｌ卿電極制御装
置， １１−ａ〜１１−ｃ・・・・・・１次フイルタ、
１２−ａ〜１２−ｃ・・・・・・比較器、１３・・・・
・・抵抗、１４ａ〜１４ｄ・・・・・・コンデンサ、１
５−ａ〜１５−ｄ・・・・・・抵抗。
Claims (1)
- １ 中性点非接地の星形結線された電機子巻線と、６個
の制御電極付半導体スイッチング素子を３相ブリッジ接
続して形成した半導体コミユテータ装置と、磁石回転子
を有するブラシレスモータにおいて、前記電機子巻線に
生じる３相の速度起電力をそれぞれ１次形フィルタを通
して該速度起電力に対してほぼ９０°の位相関係をもつ
３つの三角波状信号に変換し、該３つの三角波状信号を
星形結線した抵抗に導通せしめ、この星形結線の中性点
電圧と前記各三角波状信号との大小をそれぞれ比較して
得られるパルス信号を用いて前記スイッチング素子群を
制御して前記磁石回転子を回転させる構成としたことを
特徴とするブラシレスモータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP51061125A JPS5936519B2 (ja) | 1976-05-28 | 1976-05-28 | ブラシレスモ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP51061125A JPS5936519B2 (ja) | 1976-05-28 | 1976-05-28 | ブラシレスモ−タ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS52144727A JPS52144727A (en) | 1977-12-02 |
| JPS5936519B2 true JPS5936519B2 (ja) | 1984-09-04 |
Family
ID=13162034
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP51061125A Expired JPS5936519B2 (ja) | 1976-05-28 | 1976-05-28 | ブラシレスモ−タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5936519B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57160385A (en) * | 1981-03-27 | 1982-10-02 | Hitachi Ltd | Rotor position detecting method for brushless direct current motor |
| JP2000316294A (ja) | 1999-04-27 | 2000-11-14 | Hitachi Ltd | 直流ブラシレスモータ駆動装置及びこれを用いた空気調和機 |
-
1976
- 1976-05-28 JP JP51061125A patent/JPS5936519B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS52144727A (en) | 1977-12-02 |
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