JPS61112590A - ブラシレス直流モ−タ - Google Patents

ブラシレス直流モ−タ

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JPS61112590A
JPS61112590A JP59232637A JP23263784A JPS61112590A JP S61112590 A JPS61112590 A JP S61112590A JP 59232637 A JP59232637 A JP 59232637A JP 23263784 A JP23263784 A JP 23263784A JP S61112590 A JPS61112590 A JP S61112590A
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signal
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Makoto Goto
誠 後藤
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/08Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor
    • H02P6/085Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor in a bridge configuration

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、3相のコイルへの電流路をトランジスタによ
って切り換えるブラシレス直流モータに関するものであ
る。
従来の技術 従来のブラシレス直流モータでは、3相O=+イルへの
電流路を切り換えるために3個以上の位置検出素子を必
要としていた。第8図に従来のブラシレス直流モータの
構成例を示す。永久磁石によって構成されたロータ2の
回転位置をホール素子301.302.303によって
検出し、その検出信号に応じて処理回路304によって
第一の駆動トランジスタ42L 、4b 、40と第二
の駆動トランジスタsa、sb、scの通電状態を切換
制御し、3相のコイル311L、3kl、3Cへの電流
路を切換えていた。
発明が解決しようとしている問題点 このように、位置検出素子としてホール素子を使用する
場合には、モータの部品点数が多くなり、配線が繁雑に
なるという欠点があった。さらに、エアコンのロータリ
ー形コンプレッサ用モータとしてこのようなブラシレス
直流モータを使用する場合には、ホール素子を高温かつ
高圧状態にて使用することになり、信頼性や4命が著し
く低下していた。
本発明は、このような点を考慮し、3相のコイルへの電
流の入出力端子にあられれる端子電圧を利用して位置検
出を行なわせることにより、特別な位置検出素子を1個
も使用しないブラシレス直流モータを提供するものであ
る。
問題点を解決するための手段 上記の問題点を解決するために本発明のブラシレス直流
モータでは、3相のコイルへの電流の入出力端子(入端
子、B端子、C端子)の端子電圧を検出して3相のディ
ジタル的な制御信号を発生する位置検出手段と、前記位
置検出手段の制御信号にもとずいて第一の駆動トランジ
スタおよび第二の駆動トランジスタの切換信号を出力し
、前記コイルへの電流を入端子、B端子、C端子の順番
に切り換えて通電させる切換駆動手段と、前記コイルへ
の供給電流を検出する電流検出手段とを設け、前記位置
検出手段は、前記入端子の端子電圧を平滑する実質的に
1次の積分!%性を有する第一のフィルタ手段と、前記
B端子の端子電圧を平滑する実質的に1次の積分特性を
有する第二のフィルタ手段と、前記C端子の端子電圧を
平滑する実質的に1次の積分特性を有する第三のフィル
タ手段と、前記第二のフィルタ手段の出力信号と前記第
三のフィルタ手段の出力信号を合成する第一の合成手段
と、前記第三のフィルタ手段の出力信号と前記第一のフ
ィルタ手段の出力信号を合成する第二の合成手段と、前
記第一のフィルタ手段の出力信号と前記第二のフィルタ
手段の出力信号を合成する第三の合成手段と、前記第一
のフィルタ手段の出力信号と前記第一の合成手段の出力
信号を実質的に比較して第一のディジタル信号を作り出
す第一の比較手段と、前記第二のフィルタ手段の出力信
号と前記第二の合成手段の出力信号を実質的に比較して
第二のディジタル信号を作り已す第二の比較手段と、前
記第三のフィルタ手段の出力信号と前記第三の合成手段
の出力信号を実質的に比較して第三のディジタル信号を
作り出す第三の比較手段と、前記電流検出手段の出力信
号に応動して前記第一の合成手段と第二の合成手段と第
三の合成手段に於ける合成比を変化させる合成比可変手
段からなり、前記コイルへの供給電流が多いときには供
給電流が少ない時に較べて、前記第一の合成手段の出力
信号に前記第三のフィルタ手段の出力信号を多く含むよ
うになし、かつ、前記第二の合成手段の出力信号に前記
第一のフィルタ手段の出力信号を多く含むようになし、
かつ、前記第三の合成手段の出力信号に前記第二のフィ
ルタ手段の出力信号を多く含むようになし、さらに、前
記第一の比較手段と前記第二の比較手段と前記第三の比
較手段の呂カディジタル信号を前記位置検出手段の制御
信号として出力し、前記第一の駆動トランジスタと第二
の駆動トランジスタの通電状態を切換制御するようにし
たものである。
作用 本発明は上記の構成にすることによって、3相のコイル
への電流の入出力端子に現われる端子電圧を利用して安
定な位置検出動作をおこなわせることができるので、特
別な位置検出素子(ホール素子)が必要でなくなる。ま
た、スパイク電圧を含む端子電圧の検出に付随して生じ
る不安定現象も回避するようにされている。
実施例 第1図に本発明の実施例を示す。第1図に於いて、1は
直流電源、2はロータ、32L、3b。
3Cは3相のコイル、4!L 、4b 、40は第一の
駆動トランジスタ、5&、5b、60は第二の駆動トラ
ンジスタ、61L 、6b 、60は第一のダイオード
、7a、7b、7cは第二のダイオード、10は電流検
出部、11は位置検出部、12は切換駆動部、13は起
動加速器、14は選択切換器である。
永久磁石によって構成された1磁極対のN極とS極を有
するロータ2は、界磁磁束を3相のコイル3& 、3b
 、30に鎖交させている。Nチャンネルの縦形パワー
MOS電界効果トランジスタ(FIT)からなる第一の
、駆動トランジスタta。
4b 、40の通電状態を切換制御することによって、
直流電源1から3相のコイル3a、3b。
3Cへの電流路が切り換えられている。同様に、Nチャ
ンネルの縦形パワーMOS電界効果トランジスタ(FI
T)からなる第二の駆動トランジスタ5N 、Sk+、
600通電状態を切換制御することによって、3相のコ
イル3a、3b、3cから直流電源1への電流帰路が切
り換えられている。
第一の駆動トランジスタ4&、4b、40の電Rの入力
端子と出力端子に実質的に並列に第一のダイオードel
L、eb、eaが逆方向接続されている。また、第二の
駆動トランジスタ5& 、5b 。
5Cの電流の入力端子と出力端子に実質的に並列に第二
のダイオード72L 、7b 、70が逆方向接続され
ている。第一の駆動トランジスタ4a。
4b 、40および第二の駆動トランジスタ5&。
sb、scの制御端子への信号を切換制御することによ
って、3相のコイル3&、31)、30への電流を所定
の順番に供給している。ロータ2の界磁磁束と3相のコ
イル3N 、3b 、3Qへの電流によって電磁力が発
生し、ロータ2を所定方向に回転駆動している。
コイル3&への電流の入出力端千人(入端子)は第一の
駆動トランジスタ4aと第二の駆動トランジスタ52L
の接続点に結線され、第一のダイオード6&は第一の駆
動トランジスタ4乙に並列になるようにA端子と直流電
源1の正極側の間に接続され、第二のダイオードT&は
第二の駆動トランジスタ5aに並列になるように直流電
源1の負極側と入端子の間に接続されている。同様に、
コイル3bへの電流の入出力端子B(B端子)は第一の
駆動トランジスタ4bと第二の駆動トランジスタ5bの
接続点に結線され、第一のダイオード6bは第一の駆動
トランジスタ4bに並列になるようにB端子と直流電源
1の正極側の間に接続され、第二のダイオード7bは第
二の駆動トランジスタ6bに並列になるように直流電源
1の負極側とB端子の間に接続されている。同様に、コ
イル3Cへの電流の入出力端子C(C端子)は第一の駆
動トランジスタ4Cと第二の駆動トランジスタ6cの接
続点に結線され、第一のダイオード6cは第一の駆動ト
ランジスタ4Cに並列になるようにC端子と直流電源1
の正極側の間に接続され、第二のダイオード7Gは第二
の駆動トランジスタ5Gに並列になるように直流電源1
の負極側とC端子の間に接続されている。
3相のコイル32L、3b、30への供給電流は電流検
出部1oによって検出される。電流検出部1oは、抵抗
値の非常に小さな電流検出用の抵抗20 (0,060
bm程度)からなる電流検出器16とその検出信号Va
を増幅する検出信号増幅器16によって構成されている
。電流検出器15の抵抗2oは第二の駆動トランジスタ
sa、sb。
5Gの共通接続端子と直流電源1の間に挿入され、コイ
ル3& 、31)、30への供給電流に応じた電圧降下
の検出信号vdを得ている。検出信号Vdは検出信号増
幅器16に入力される。第2図に検出信号増幅器16の
具体的な構成例を示す。検出信号vaFi抵抗21とコ
ンデンサ22のローパスフィルタによって高周波のリッ
プル分を平滑・除去され、演算増幅器25と抵抗23.
24によって非反転増幅される。その結果、検出信号V
dの増幅信号Kを出力する。
ム端子、B端子およびC端子の端子電圧Va。
vb 、vaは位置検出部11に入力されている。
ロータ2が所定速度以上にて回転しているときに端子電
圧V2L、Wb 、Vcに現われる逆起電圧により、位
置検出部11はロータ2の回転位置を検出して、その回
転位置に応じた制御信号D1゜D2.D3を出力する。
第3図に位置検出部11の具体的な構成例を示す。端子
電圧Vaは第一のフィルタ器322Lに入力されている
。第一のフィルタ器321Lは積分回路392Lとバッ
ファ回路46の直列接続によって構成され、実質的に1
次の積分特性を有するようにされている。その結果、端
子電圧V&を積分した滑らかな出力信号F1を得ている
。同様に、端子電圧vbは第二のフィルタ器32k)に
入力されている。第二のフィルタ器32bは積分回路3
9bとバッファ回路48の直列接続によって構成され、
実質的に1次の積分特性を有するようにされている。そ
の結果、端子電圧vbを積分した滑らかな出力信号F2
を得ている。同様に、端子電圧Vcは第三のフィルタ器
32cに入力されている。第三のフィルタ器320は積
分回路39Cjとバッファ回路61の直列接続によって
構成され、実質的に1次の積分%性を有するようにされ
ている。その結果、端子電圧Vcを積分した滑らかな出
力信号F3を得ている。
第一のフィルタ器332Lの出力信号F1と第二のフィ
ルタ器ssbの出力信号F2と第三のフィルタ器330
の出力信号F3は制御信号作成器31に入力され、3相
のディジタル的な制御信号DI、D2.D3i得ている
。制御信号作成器31は、第一の合成器33&と第二の
合成器33bと第三の合成器330と第一の比較器34
 axと第二の比較器34bと第三の比較器340と合
成比可変器36によって構成されている。
電流検出部10の出力信号Kが基準電圧源81の所定の
電圧値よりも小さい時には合成比可変器36の比較器8
2の出力信号Mは’L”(低電位)であり、電流検出部
10の出力信号Kが基準電圧源81の所定の電圧値より
も大きくなると合成比可変器36の比較器82の出力信
号Mは+11(II(高電位)になる。
第一の合成器33&は第二のフィルタ器32に+の出力
信号F2と第三のフィルタ器32Cの出力信号F3i合
成し、合成信号G1’i得ている。合成比可変器35の
出力信号Mがl(1,”の時には、アナログスイッチ7
2ij開いている。このとき、合成信号G1は抵抗61
と62によって決まる。
抵抗61と62の抵抗値全それぞれR1,R2とすると
き、合成信号G1は G1=(R2・F2+R1・F3)/(R1+R2) 
 ・・・・・・(1)となる。イま、R2=4o(ko
hm)、R1=so(kohm)  とすれば、 G1 =04 ・F2+0.6 ・F3       
・−・・・・C2)となる。また、合成比可変器36の
出力信号MがItH”の時には、アナログスイッチ72
は閉じる。
このときの合成信号’1zG1’とすると、G 1’は
抵抗61と62と71によって決まる。抵抗71の抵抗
値をR3とし、 R2’= R2・R3/(R2+R3)     ・・
・・・・(3)とすると、 G1’=(R2’・F2+R1・F3)/(R1+R2
’)  ・・・・・・←)となる。いま、R3=1o(
kohm)  とすると、R2’=8 (kohm) 
 となり、G1=0.118・F2+0.882・F3
   −−−−−−(5)となる。
同様に、第二の合成器331)は第三のフィルタ器32
0の出力信号y3と第一のフィルタ器32Lの出力信号
F1i合成し、合成信号G2を得ている。合成比可変器
36の出力信号MがパL″9の時には、アナログスイッ
チ74は開いている。このとき、合成信号G2は抵抗6
3と64によって決まる。抵抗63と64の抵抗値をそ
れぞれR1゜R2とするとき、合成信号G2は G2=(R2・F3+F11・Fl )/(R1+R2
)=0.4 ・F3+0.6−71−・・・(e)とな
る。また、合成比可変器35の出力信号MがゞH”の時
には、アナログスイッチ74は閉じる。
このときの合成信号iG2’とすると、抵抗63と64
と73によって決まる。抵抗73の抵抗値をR3とする
と、 C2午(R2′・F3+R1・Fl )/(R1+R2
’)=o、11a−13+o、aa2−1?1   −
  ・−er)となる。
同様に、第三の合成器330は第一のフィルタ器32&
の出力信号F1と第二のフィルタ器32bの出力信号F
2を合成し、合成信号G3を得ている。合成比可変器3
5の出力信号Mが1′L I+の時には、アナログスイ
ッチ76は開いている。この−とき、合成信号G3は抵
抗65と66によって決まる。抵抗65と66の抵抗値
をそれぞれR1゜R2とするとき、合成信号G3は G3=(R2・F1+R1・F2)/(R1+R2)=
0.4− y 1 +0.6 = F 2      
− ・・(8)となる。また、合成比可変器36の出力
信号Mがlt )i Itの時には、アナログスイッチ
76は閉じる。
このときの合成信号’iG3’とすると、抵抗65と6
6と76によって決まる。抵抗75の抵抗値をR3とす
ると、 Gぎ呂(R2’−F 1+R1・F2)/(R1+R2
つ=0.118・F1+0.882・F2   −・・
・−(9)となる。
第一の比較器34&は第一のフィルタ器32aの出力信
号F1と第一の合成器33&の出力信号G1を比較して
、その大小関係に応じたディジタル信号D1を得ている
。すなわち、Fl)G1のときにはp 1=(t I、
”(低電位)であり、Fl(G1のときにはD1=“H
”(高電位)となる。
同様に、第二の比較器34bは第二のフィルタ器32b
の出力信号F2と第二の合成器33m)の出力信号G2
i比較して、その大小関係に応じたディジタル信号D2
を得ている。すなわち、F2)G2のときにはD2=”
L”(低電位)であり、F2(G2のときには]) 2
= 111(1′(高電位)となる。同様に、第三の比
較器340は第三のフィルタ器32Cの出力信号F3と
第三の合成器33Cの出力信号G3を比較して、その大
小関係に応じたディジタル信号D3を得ている。すなわ
ち、Fs)G3のときにはD3=“L”(低電位)であ
り、F3(G3のときにはDa =(t HII (高
電位)となる。比較器34&、341)、34Cの出゛
力信号D1.D2.D3は位置検出部11の制御信号と
して切換駆動部12に入力される。
切換駆動部12は、起動加速器13と選択切換器14に
よって構成されている。起動加速器13は、ロータ2が
停止している状態から所定速度まで起動・加速するため
のパルス信号L1.L2゜L3と起動指令信号Hを出力
する。また、選択切換器14II′i起動指令信号Hに
もとずいて位置検出部110制御信号DI、D2.D3
と起動加速器13のパルス信号L1.L2.L3のいず
れか一方を選択し、その選択された信号により第一の駆
動トランジスタと第二の駆動トランジスタの切換信号J
1.J2.J3.J4.J5.Jeを作り出している。
第4図に選択切換器14の具体的な構成例を示す。起動
指令信号HがI(L 1%の時には、アンド回路102
 、103 、104は位置検出部11の信号DI 、
D2 、D3’i出:]、、77ド回路105゜106
.107の出力はlt L I?となり、オア回路11
1.112,113の出力は信号DI、D2゜D3とな
る。インバータ回路114,115゜116とアンド回
路121.122,123゜124.125,126と
増幅器131,132゜133.134,135,13
6は、オア回路111.112,113の出力DI、D
2.D3J1=D2・N0T(D3)     ・・・
・・・(10ム)J2=D3・N0T(DI )   
  ・・・・・・(1oB)J3=D1・N0T(D2
)     ・・・・・・(10C)J4=NOT(D
2)・D3    ・・・・・・(1oD)Js=No
T(D3) ・Dl    −−−−−・(101c)
J6=NOT(Dl)−D2    −・・・−(10
F)である。ここに、N0T(Q)はQの否定を表わし
ている。パルス信号J1.J2.J3.J4゜Js 、
Jeは、それぞれ第一の駆動トランジスタ4a、4b、
4cと第二の駆動トランジスタ52L。
5b、60の切換信号として供給される(なお、増幅器
131.132,133,134,135゜136はア
イソレーン1フ機能や電位変換機能全有していてもよい
)。
同様に、起動指令信号Hが°”H”の時には、アンド回
路105,106,107は起動加速器13のパルス信
号L1.L2 、L3を出力し、アント回路102,1
03,104の出力はltl”となり、オア回路111
.112,113の出力は信号L1 、L2 、L3と
なる。インバータ回路114.115,116とアンド
回路121゜122.123,124,125,126
と増幅器131.132,133,134,135゜1
36は、オア回路111.112,113の出力IJ1
.IJ2.L3にもとずいて6相のパルス信号J1.J
2.J3.J4.J5.Jeを出力する。その論理式は
、 J1=L2・N0T(L3)     ・・・・・・(
11人)J2=L3・N0T(Ll)     ・・・
・・・(11B)J3=L1・N0T(L2)    
 ・・・・・・(11C)J4=NOT(L2)・L3
    ・・・・・・(11D)J5=NOT(L3)
・Ll    ・・・・・・(11E)Je=NOT(
Ll)・L2    ・・・・・・(11F)となる。
次に、全体の回転駆動動作について説明する。
まず、ロータ2が所定速度以上にて回転している場合に
ついて、第6図の動作説明用の波形図を参照して説明す
る。第6図(&) 、 (b、 (0)はム端子、B端
子、C端子の端子電圧波形であり、第一の駆動トランジ
スタと第二の駆動トランジスタの通電状態に応じて所定
相のコイル(2相分)に電流が供給されている。第6図
において、 ■状態・・・・・・駆動トランジスタ4aと5bのみが
通電状態となり、コイル3a、ab に電流が供給される(入端子からB 端子に電流が流れる) ■状態・・・・・・駆動トランジスタ4aと5Cのみが
通電状態となり、コイル3B、、3C に電流が供給される(入端子からC 端子に電流が流れる〕 ■状態・・・・・・駆動トランジスタ4bと50のみが
通電状態となり、コイル3b、3c に電流が供給される(B端子からC 端子に電流が流れる) ■状態・・・・・・駆動トランジスタ4bと5&のみが
通電状態となり、コイル3b、3a に電流が供給される(B端子からA 端子に電流が流れる) ■状態・・・・・・駆動トランジスタ4Cと6&のみが
通電状態となり、コイル3C,3!L に電流が供給される(C端子から入 端子に電流が流れる) ■状態・・・・・・駆動トランジスタ4cと6bのみが
通電状態となり、コイル3c、3b に電流が供給される(C端子からB 端子に電流が流れる) テアリ、ロータ2の1磁極対の回転に伴って電流路は■
状態から■状態に順次切り換えられる。その結果、3相
のコイル3a、3b、3cへはム端子、B端子、C端子
の順番に3相の電流が供給されている。なお、状態が移
るときに各端子にはスパイク電圧が発生し、コイルに蓄
えられていた磁気エネルギーが第一のダイオード82L
 、 6b 。
6Cまたは第二のダイオード72L 、7b 、70を
通じて直流電源1に回生される。
端子電圧Va、Wb、Vcは位置検出部11の第一のフ
ィルタ器32a、第二のフィルタ器32b。
第三のフィルタ器32Cに−よって平滑され、第6図(
+1) 、 (6) 、 (f)に示すような滑らかな
3相信号F1゜F2.F3が得られる。第二のフィルタ
器32bの出力信号F2と第三のフィルタ器320の出
力信号F3は第一の合成器331Lにて合成され、((
2)式または(@式)、合成信号G1と第一のフィルタ
器32&の出力信号F1が第一の比較器342Lにて比
較される。第5図(g)に信号G1(実線)とFl(破
線)の波形を示し、第5図[有])に第一の比較器32
&の出力信号D1f:示す。同様に、第二の合成器33
bの出力信号G2と第二のフィルタ器32bの出力信号
F2は第二の比較器34bにて比較され、第5図(i)
に示す出力信号D2を得ている。同様に、第三の合成器
330の出力信号G3と第三のフィルタ器320の出力
信号F3は第三の比較器34Cにて比較され、第6図(
j)に示す出力信号D3i得ている。第一、第二、第三
の比較器34&、34b、340(D出力信号D1゜D
2 、D3は3相のディジタル信号となり、制御信号と
して切換駆動部12に入力される。
ロータ2が所定速度以上にて回転しているので、切換駆
動部12の起動加速器13の起動指令信号Hはlt I
、 11になっている。従って、選択切換器14は位置
検出部11の制御信号DI、D2゜D3にもとすイテ、
(10人)弐〜(10F)式の信号J1.J2.J3.
J4.J6.J6を発生する。第5図(k) 、 (1
) 、 (m) 、 (n) 、 (0) 、 (1)
)にその波形を示すように、51〜J6は6相のパルス
信号になっている。切換駆動部12の信号J1.J2゜
J3はそれぞれ第一の駆動トランジスタ4N。
4b、40の切換信号として供給され、信号Ja。
J6.J6はそれぞれ第二の駆動トランジスタ52L、
5b、60の切換信号として供給される。
従って、 ■状態・・・・・・JlとJ5のみが゛H″■状態・・
・・・・JlとJ6のみがH”■状態・・・・・・J2
とJ6のみが”Hν!■状態・・・・・・J2とJ4の
みが11 HIff■状態・・・・・・J3とJ4のみ
がj竜HI+■状態゛−−−−−J 3とJ6のみがl
電HIIとなり、第一の駆動トランジスタ4a 、 4
b 。
4Cと第二の駆動トランジスタ5a、5b、5cは前述
の■状態から■状態(第6図の上部参照)の電流路の切
換動作を行なう。その結果、ロータ2は所定方向に持続
的に回転駆動される。
次に、ロータ2が停止状態から起動・加速される動作に
ついて説明する。切換駆動部12の起動加速器13は、
起動指令信号H−i”H’”にし、かつ、低周波の3相
のパルス信号L1.L2.L3ヲ呂力する。選択切換器
14はパルス信号L1゜L2.L3にもとずいて、(1
1A)弐〜(11F)式による6相のパルス信号J1〜
J6を出力し、第一の駆動トランジスタ4& 、 4b
 。
4Cと第二の駆動トランジスタ62L、51)、5Cを
前述の■状態〜■状態に順次切り換えていく。
その結果、ロータ2はステッピングモータもしくは低周
波の同期モータのように起動・加速される。
また、起動加速器13のパルス信号L1.L2゜L3の
周波数を徐々に高くすることによって、ロータ2は所定
の回転速度まで加速される。ロータ2が所定の回転速度
まで加速されると、起動加速器13の起動指令信号Hは
L″1に変わり、位置検出部11の制御信号DI、D2
.D3によって第一の駆動トランジスタおよび第二の駆
動トランジスタの切換信号J1〜J6が作り出される(
起動加速器13がロータ2の回転速度を検出し、所定速
度以上になると起動指令信号Hを“L″にするように構
成し、起動加速動作を安定確実にするようにしてもよい
)。
このように、コイル3N、31)、30に生じる逆起電
圧をム端子、B端子、C端子の端子電圧Va、Wb、V
aによって検出し、その検出電圧に応じて第一の駆動ト
ランジスタと第二の駆動トランジスタの通電状態を切り
換えれば、特別な位置検出素子をもちいることなく、良
好な電流路の切換動作を実現できる。特に、入端子の端
子電圧を平滑する実質的に1次の積分特性を有する第一
のフィルタ器32&と、B端子の端子電圧を平滑する実
質的に1次の積分特性を有する第二のフィルタ器32b
と、C端子の端子電圧を平滑する実質的に1次の積分特
性を有する第三のフィルタ器320と、第二のフィルタ
器32bの出力信号と第三のフィルタ器320の出力信
号を合成する第一の合成器331Lと、第三のフィルタ
32Cの出力信号と第一のフィルタ器32&の出力信号
を\合成する第二の合成器33m)と、第一のフィルタ
器321Lの出力信号と第二のフィルタ器32bの出力
信号を合成する第三の合成器330と、第一のフィルタ
器321Lの出力信号と第一の合成器331Lの出力信
号を実質的に比較して第一のディジタル信号を作り出す
第一の比較器34&と、第二のフィルタ器32bの出力
信号と第二の合成器33bの出力信号を実質的に比較し
て第二のディジタル信号を作り出す第二の比較器34b
と、第三のフィルタ器320の出力信号と第三の合成器
330の出力信号を実質的に比較して第三のディジタル
信号を作り出す第三の比較器340によって、位置検出
部11を構成するならば、簡単な構成にて正確な位置検
出動作を行なうことができる。
これについて、更に詳しく説明する。直流電源1の電圧
値を変えることによって、本実施例のブラシレス直流モ
ータの回転速度を可変速制御することができる。この様
な場合には、モータの回転速度を変えた時に端子電圧V
a 、Wb 、Vcの最大値が変化するようになり、フ
ィルタ器の出力信号F1 、F2.F3に直流電位の変
化が生じる。
従って、たとえば、信号F1 、F2.F3と基準の直
流電圧を比較して電流路を切り換えるようにすると、比
較器の出力信号DI、D2.D3の変化点が理想的な電
流路の切換位置(最大の加速トルクが得られる切換位置
)より大幅にずれてしまう。その結果、モータの回転駆
動動作が乱され、正常な回転ができなくなる。
このような問題に対して本実施例の構成では、直流電源
1の電圧値を変えた場合でもフィルタ器32a 、32
b 、32cの出力信号F1.F2゜F3の直流電位が
すべて同じように変化する。また、合成器33a 、3
3b 、33cの出力信号G1.G2.G3の直流電位
も同じように変化する。従って、比較器341L、34
b 、34Ciの出力信号DI 、D2.D3は直流電
源1の電圧値の変化に無関係になり、正確な制御信号D
I、D2゜D3を得ることができる。
さらに、本実施例のブラシレス直流モータには次のよう
な利点もある。第6図(2L) 、 (1)) 、 (
C)に示したように、電流路の切り換え時点において端
子電圧Va、Wb、Vcにはするどいスパイク電圧が発
生する。このスパイク電圧により、フィルタ器32a 
、32b 、32cの出力信号F1.F2゜F3の位相
は進み方向(逆起電圧に対して)に移動する。従って、
たとえば、信号F1.F2゜F3のゼロクロス点(基準
の直流電圧値となる点)において電流路を切り換えるよ
うにすると、切り換えのタイミングがすべて進んでしま
う。特に、負荷トルクが大きくなったときに位置検出の
進みが大きくなり、モータが脱調して停止するという致
命的々問題をひきおこしていた。これは、次のような動
作メカニズムによって引き起こされていることがわかっ
た。すなわち、負荷トルクが犬きくなると、それに伴っ
て電流が大きくなり、コイルに蓄えられる磁気エネルギ
ーも大きくなり、電流路の切換時点におけるスパイク電
圧の幅が太くなる。スパイク電圧の幅が太くなるとフィ
ルタ器の出力信号F1.F2.F3の位相が進み、信号
F1.F2.F3のゼロクロス点の位相も進んでいく。
信号F1.F2.F3のゼロクロス点において電流路を
切り換えているので、電流路の切換時点も進むようにな
り、端子電圧Va、Wb。
Vcに現われる電流による電圧降下やスパイク電圧が進
むようになる。すなわち、コイルの端子電圧V&、Wb
、Vc(電流による電圧降下とスパイク電圧)の進み一
フィルタ器の出力信号F1 。
F2.F3の進み一位置検出部11の制御信号D1.D
2.D3の進み一切換駆動器12の切換信号J1〜J6
の進み一電流路の切り換えの進み一4a、Wb、Vcの
進み、という正帰還ループが形成されており、負荷トル
クの大きいときには上記の正帰還ループの影響が犬きく
なり、位置検出動作や回転駆動動作が不安定になり、脱
調することがわかった。
本実施例では、電流検出部10の出力信号Kに  1よ
り位置検出部11の制御信号作成器31の動作を切り換
えることによって、上記の不安定現象を生じないように
している。次に、これについて第6図の動作説明用の波
形図を参照して更に詳しく説明する。コイル3a、3b
、3Qへの供給電流が小さいときには電流検出部1oの
出力信号にも小さく、制御信号作成器31の合成比可変
器36の出力信号Mは°ゝL”になっている。従って、
アナログスイッチ了2,74.76は開いており、合成
器33&、331)、330は(2) 、 (6) 、
 (8)式によって表わせる合成信号G1 、G2.G
3’i出力する。比較器34&、34b、340はそれ
ぞれ合成信号G1.G2.G3とフィルタ器32h。
32b、32cの出力信号F1.F2 、F3i比較し
て、3相の制御信号DI 、D2 、D3i出力する。
一方、コイル31.31)、3Cへの供給電流が大きく
なると電流検出部10の出力信号にも大きくなり、制御
信号作成器31の合成比可変器36の出力信号MはH”
に変わる。従って、アナログスイッチ72,74.76
が閉じて、合成器33& 、33m)、330は(5)
 、 (7) 、 (9)式によって表わせる合成信号
G1Z”’、G3’を出力する。
比較器34!L 、34b 、340はそれぞれ合成信
号G1’、G2’、G3’とフィルタ器32& 、32
b 。
32Cの出力信号F1.F2.F3を比較して、3相の
制御信号DI 、D2 、D3’1ffi力する。
第6図(2L)に第一のフィルタ器32&の出力信号F
1と第一の合成器33&の出力信号G1.G1’の波形
を示し、第6図(b)に第一の比較器34&の出力信号
D1の波形を示す。第6図(b)の実線はFlとG1i
比較して得られる信号D1であり、破線はFlとG1’
を比較して得られる信号D1である。これより、コイル
への電流が多い時の切換制御信号D1は電流の少ない時
よりも遅れた位相でディジタル的に変化することがわか
る。すなわち、コイルへの供給電流が所定の値よりも大
きくなると、電流検出部1oと合成比可変器35の動作
によってフィルタの出力信号F1.F2.F3から制御
信号DI 、D2.D3への変供位相が遅らされ、上述
のスパイク電圧による位相の進み分を補償し、本実施例
のブラシレス直流モータの回転駆動動作が不安定になら
ないようにしている。
さらに、本実施例では、合成器の合成比重金適当に選ぶ
ことによってスパイク電圧による位相の進み1分をあら
かじめ補償することができる。すなわち、第一の合成器
331&の出力信号G1における第二のフィルタ器32
bの出力信号F2と第三のフィルタ器320の出力信号
F3の合成比重音Q1:W1とするときにQ1<W1と
なし、第二の合成器33bの出力信号G2における第三
のフィルタW32Cの出力信号F3と第一のフィルタ器
32&の出力信号F1の合成比率tQ2:W2とすると
きにQ2<W2となし、第三の合成u330の出力信号
G3における第一のフィルタ器32&の出力信号F1と
第二のフィルタ器32bの出力信号F2の合成比率iQ
s:WsとするときにQ3<W3となすことによって、
容易に電流路の切換タイミングの位相を遅らせることが
できる。本実施例では、Ql:W1=4:6、Q2:W
2=4:6、Q3:W3=4:6にした。
なお、第3図の合成器33& 、33b 、33(iの
抵抗71,73.75の抵抗値をR3=0にしてもよい
また、前述の位置検出部11の構成は第3図の構成に限
定されるものではなく、たとえば、第7図に示す構成の
位置検出部11を使用してもよい。
第7図では、第一のフィルタ器324.第二のフィルタ
器32b、第三のフィルタ器320fそれぞれ微分回路
200a 、200b 、200cと積分回路39& 
、39b 、390と8177回路46.48.51の
直列接続によって構成している。微分回路200a 、
200b 、200cは単に直流分を除去するものであ
り、十分に低い周波数にて微分作用を行なうようになさ
れている。すなわち、位置検出部11の信号DI、D2
.D3によって電流路の切9換え動作を行なう場合にム
端子、B端子、C端子に生じる端子電圧Va。
Wb 、Ycの周波数範囲において、コンデンサ201
.203.205は実質的に短絡状態になっている。従
って、位置検出部11の信号D1゜D2.D3i利用す
るような周波数範囲において、フィルタ器322L、3
21)、32Cは実質的に1次の積分特性全有するフィ
ルタになっている。
また、制御信号作成器31の合成比可変器36は回転角
制御器223と制御モータ224と基準の電圧源221
と抵抗222と可変抵抗225dによって構成され、可
変抵抗225di回転駆動する制御モータ224は電流
検出部100巳力信号Xに比例した回転角になるように
制御されている。すなわち、信号Kが大きくなると、制
御モータ224の回転角も大きくなり、可変抵抗226
dの抵抗値を大きくして1回転角制御器2230反転入
力端子の電圧が信号にと等しくなる位置で制御モータ2
24は停止する。制御モータ224は、第一の合成器3
3&の可変抵抗226&と第二の合成器33bの可変抵
抗226bと第三の合成器33Cの可変抵抗226Cの
回転軸にも直結されており、信号Kが大きくなると可変
抵抗225a。
226b 、2250の抵抗値は小さくなるようにされ
ている。
これにより、電流検出部1oの出力信号Kに応じて合成
器332L、331)、330の合成比が変化し、コイ
ルへの供給電流が多くなると供給電流の少ないときに較
べて、第一の合成器33&の出力信号G1に第三のフィ
ルタ器320の出力信号F3i多く含むようになし、第
二の合成器33bの出力信号G2に第一のフィルタ器3
2aの出力信号F1を多く含むようになし、第三の合成
器330の出力信号G3に第二のフィルタ器32bの出
力信号F2i多く含むようになしている。その結果、コ
イルへの供給電流に応じた最適の制御信号DI 、D2
 、D3全比較器34iL 、34b 。
34Cの出力として得ることができる。
前述の実施例では、第一の駆動トランジスタ48L、4
b、40に並列に第一のダイオード68L。
6b、60を接続し、第二の駆動I・ランジスタロ&、
6b、60に並列に第二のダイオード了a。
7b、Toを接続しているが、これらの第一のダイオー
ドや第二のダイオードiNチャンネルの縦形ハワーMO
3電界効果トランジスタのドレインとソース間に存在す
る寄生ダイオードによって代用してもよい。この様な場
合に於いても本発明に含まれることは言うまでもない。
また、第一の駆動トランジスタまたは第二の駆動トラン
ジスタのいずれか一方もしくは両方をバイポーラ形のト
ランジスタに置き換えてもよい。
また、前述の実施例の切換駆動部12の起動加速器13
や選択切換器14の論理をマイクロコンピュータによっ
て実現してもよく、本発明に含まれる事は言うまでもな
い。また、前述の実施例では3相のコイルを星形に結線
したが、デルタに結線してもよい。
さらに、第一の駆動トランジスタまたは第二の駆動トラ
ンジスタのいずれか一方もしくは両方をパルス幅変調信
号によって高周波スイッチング動作させることによって
モータの回転速度を可変速制御するようにしてもよい。
その他、本発明の主旨を変えずして種々の変更が可能で
ある。
発明の効果 本発明は、3相のコイルへの電流の入出力端子にあられ
れる端子電EEヲ利用して位置検出全行なわせることに
より、特別な位置検出素子を1個も使用しないで、ブラ
シレス直流モータの安定な回転駆動動作を実現したもの
である。従って、本発明にもとずいてコンプレッサ用の
ブラシレス直流モータを構成するならば、構造の簡単な
長寿命・高信頼性のモータを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例によるブラシレス直流モータ
のブロック図、第2図は検出信号増幅器の回路図、第3
図は位置検出部の回路図、第4図は選択切換器の回路図
、第5図(Δ)〜(1))および第6図(2L) 、 
(b)は上記実施例の動作を説明するための波形図、第
7図は位置検出部の回路図、第8図は従来のブラシレス
直流モータの構成図である。 1・・・・・・直流電源、2・・・・・・ロータ、32
L、3b。 3c・・・・・・コイル、42L、4b、4Q・・・・
・・第一の駆動トランジスタ、61L、5b、60・・
・・・・第二の駆動トランジスタ、6a、6b、esc
・・・・・・第一のダイオード、7L、Tb、To・・
・・・・第二のダイオード、10・・・・・・電流検出
部、11・・・・・・位置検出部、12・・・・・・切
換駆動部、13・・・・・・起動加速器、14・・・・
・・選択切換器、31・・−・・・制御信号作成器、3
2&・・・・・・第一のフィルタ器、32b・・・・・
・第二のフィルタ器、32C・・・・・・第三のフィル
タ器、33&・・・・・・第一の合成器、33k)・・
−・・・第二の合成器、33(i・・・・・・第三の合
成器、341L・・・・・・第一の比較器、34b・・
・・・・第二の比較器、340・・・・・・第三の比較
器、35・・・・・・合成比可変器。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)永久磁石により構成されたN組(Nは整数)の磁
    極対を有するロータと、前記ロータの界磁磁束と鎖交す
    る3相のコイル群と、直流電源から前記3相のコイルへ
    の電流路を形成する第一の駆動トランジスタ群と、前記
    3相のコイルから前記直流電源への電流帰路を形成する
    第二の駆動トランジスタ群と、前記第一の駆動トランジ
    スタの入力端子と出力端子の間に実質的に並列に存在す
    る第一のダイオード群と、前記第二の駆動トランジスタ
    の入力端子と出力端子の間に実質的に並列に存在する第
    二のダイオード群と、前記3相のコイルへの電流の入出
    力端子(A端子、B端子、C端子)の端子電圧を検出し
    て制御信号を発生する位置検出手段と、前記位置検出手
    段の制御信号にもとずいて前記第一の駆動トランジスタ
    および第二の駆動トランジスタの切換信号を出力し、前
    記コイルへの電流をA端子、B端子、C端子の順番に切
    り換えて通電させる切換駆動手段と、前記コイルへの供
    給電流を検出する電流検出手段とを具備し、前記位置検
    出手段は、前記A端子の端子電圧を平滑する実質的に1
    次の積分特性を有する第一のフィルタ手段と、前記B端
    子の端子電圧を平滑する実質的に1次の積分特性を有す
    る第二のフィルタ手段と、前記C端子の端子電圧を平滑
    する実質的に1次の積分特性を有する第三のフィルタ手
    段と、前記第二のフィルタ手段の出力信号と前記第三の
    フィルタ手段の出力信号を合成する第一の合成手段と、
    前記第三のフィルタ手段の出力信号と前記第一のフィル
    タ手段の出力信号を合成する第二の合成手段と、前記第
    一のフィルタ手段の出力信号と前記第二のフィルタ手段
    の出力信号を合成する第三の合成手段と、前記第一のフ
    ィルタ手段の出力信号と前記第一の合成手段の出力信号
    を実質的に比較して第一のディジタル信号を作り出す第
    一の比較手段と、前記第二のフィルタ手段の出力信号と
    前記第二の合成手段の出力信号を実質的に比較して第二
    のディジタル信号を作り出す第二の比較手段と、前記第
    三のフィルタ手段の出力信号と前記第三の合成手段の出
    力信号を実質的に比較して第三のディジタル信号を作り
    出す第三の比較手段と、前記電流検出手段の出力信号に
    応動して前記第一の合成手段と第二の合成手段と第三の
    合成手段に於ける合成比を変化させる合成比可変手段か
    らなり、前記コイルへの供給電流が多いときには供給電
    流が少ない時に較べて、前記第一の合成手段の出力信号
    に前記第三のフィルタ手段の出力信号を多く含むように
    なし、かつ前記第二の合成手段の出力信号に前記第一の
    フィルタ手段の出力信号を多く含むようになし、かつ前
    記第三の合成手段の出力信号に前記第二のフィルタ手段
    の出力信号を多く含むようになし、前記第一の比較手段
    と前記第二の比較手段と前記第三の比較手段の出力ディ
    ジタル信号を前記位置検出手段の制御信号として出力し
    、前記第一の駆動トランジスタと第二の駆動トランジス
    タの通電状態を切換制御することを特徴とするブラシレ
    ス直流モータ。
  2. (2)第一の合成手段の出力信号における第二のフィル
    タ手段の出力信号と第三のフィルタ手段の出力信号の合
    成比率をQ1:W1とするときにQ1<W1となし、第
    二の合成手段の出力信号における前記第三のフィルタ手
    段の出力信号と第一のフィルタ手段の出力信号の合成比
    率をQ2:W2とするときにQ2<W2となし、第三の
    合成手段の出力信号における第一のフィルタ手段の出力
    信号と第二のフィルタ手段の出力信号の合成比率をQ3
    :W3とするときにQ3<W3となしたことを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項に記載のブラシレス直流モータ
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO1987006780A1 (en) * 1986-04-25 1987-11-05 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Brushless dc motor
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