JPS61135384A - ブラシレスモ−タ駆動装置 - Google Patents

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 本発明はブラシレスモータに係り、特に電機子巻線に誘
起される誘起電圧によって磁石回転子と電機子巻線との
相対的位置を検出し、起動から安定な回転を行なうだめ
のブラシレスモータに関するものである。

従来の技術 従来この種のプラシレヌモータ駆動装置は、第５図に示
すような構成となっている。この構成は特公昭５９−３
６５１９号公報、特公昭５９−３６５２０号公報記載の
例であり３相構成である。

以下便宜Ｊ：３相の例を用いて説明することにする。

１すなわち直流電源１０両端に６１固の半導体スイッチ
ング素子群２Ｑ１．〜Ｑ６を３相プ＋Ｊ　ソジして形成
した半導体コミュテータ装置の出力端をモータ本体３の
電機子巻線４の入力端に接続しである。

そして磁石回転子５の回転によって電機子巻線４に誘起
される誘起電圧信号を用いて制御手段１２が半導体コミ
ュテータ装置中の半導体スイッチング素子群２を通電、
遮断する信号に変換し磁石回転子を定常回転させる。な
お、第６図に示すように電機子巻線４に誘起される誘起
電圧信号４−Ｕ相、４−■相、４−Ｗ相は、半導体スイ
ッチング素子群２のオンオフに伴いスパイクノイズが発
生するので信号変換手段６によって除去し、それぞれ９
０°位相の遅れた三角波状の信号６−Ｕ相。

６−Ｖ相、６−Ｗ相に変換し、それぞれ３相を抵抗で合
成した仮性中性点信号と各相との大小をそれぞれ位置検
出回路である比較器群７（なお以後位置検出回路は比較
器群として説明する）で比較する。この従来例において
は、第６図の波形図を見るとわかるように６−Ｖ相の信
号で比較器群７〜Ｕ相の出力信号を、６−ｗ相の信号で
７−Ｖ相を、６−Ｕ相の信号で７−Ｗ相の出力信号を作
成しており、それらはそれぞれ１２０°位相のずれた矩
形波であり、それらの信号を回転子位置検出信号として
切換手段１１へ入力し定常回転時には制御手段１２に出
力され３相の論理レベルに基すいて半導体スイッチング
素子群２の通電、遮断、を制御する。この方式であれば
負荷変動に応じて比較器群７へ入力される各相の信号も
それに応じて追従するので安定な運転が持続される。と
ころで起動時は磁石回転子５が停止状態にあるので各相
に誘起電圧信号が発生しない。そこで起動指令手段１４
の信号発生後同期信号発生手段８の出力信号を回転磁界
発生手段９に入力し、１２０°位相のずれた３相同期信
号９−Ｕ相、９−■相、９−Ｗ相を作成する。この３相
同期信号を切換手段１１に入力し、起動時には制御手段
１２へこれらの信号が出力され電機子巻線に回転磁界を
発生させ磁石回転子を強制的に回転させる。磁石回転子
５が回転すれば電機子巻線４に誘起電圧が発生するので
切換指令手段１０の信号によって切換手段１１からの出
力信号が比較器群７の出力信号７−Ｕ相、７−■相、７
−Ｗ相に切換わりモータ３は定常回転する。また起動後
の３相同期信号から比較器群７の３相誘起電圧信号へ切
換えるまでは同期モータとして駆動され、同期信号発生
手段８の出力信号の周波数を時間とともに増加しまた、
それに同期した３相同期信号の周波数も増加し磁石回転
子を加速するのが一般的である。これは、磁石回転子５
がある慣性モーメントを持っており、電機子巻線４の回
転磁界に追従し安定な起動回転を行なうためである。そ
して特公昭５９−３６５２０号公報の例忙よれば、３相
同期信号９〜Ｕ相、９−■相、９−Ｗ相と比較器群７の
出力信号７−Ｕ相、７−ｖ相、７−Ｗ相の位相差を検出
する回路１３を付加し、両者の位相差が略零になったこ
とを検出してから切換指令手段１０の切換指令信号を出
力し、切換手段１１の出力信号を比較器群７の出力信号
に切換えてそれらの信号を制御手段１２に入力する。こ
れは、同期モータとして回転している時は３相同期信号
９−Ｕ相、９’−ｖ相、９−Ｗ相と比較器群７の出力信
号７−Ｕ相、７−■相、７−Ｗ相の同相どおしの位相関
係が必ずしも一致せず位相ずれを起こしている。したが
って３相同期信号で半導体スイッチング素子群２の０１
〜Ｑ６　をオンオフするタイミングと、比較器７の３相
の出力信号で半導体スイッチング素子群２のＱ１〜Ｑ６
をオンオフするタイミングが異なってしまうために切換
に失敗し脱調停止してしまうのである。また脱調しない
場合でも半導体スイッチング素子群２に過大な電流が流
れてこれらを損傷する。これらを防ぐために３相同期信
号と比較器群７の３相の出力信号の位相差を検出して両
者の位相差が略零になったことを検出してから切換えれ
ば上述のような半導体スイッチング素子群２の０１〜Ｑ
６　のオンオフのタイミングのずれもなく、スムーズに
切換えがすすみモータａの安定な運転が可能となるとい
うものである。

発明が解決しようとする問題点 上記従来の構成においては、周波数を増加するだめの特
別な回路およびその制御が必要であり、＄７’ｃ３相同
期信号と比較器群の位相差を検出する回路が必要であり
システム全体が複雑になる問題点を有していた。

本発明は、かかる従来の問題点を解消するもので、上述
のような特別な回路を用いなくてもモータを起動から安
定な運転を行なうことができ、切換時にも脱調せず半導
体スイッチング素子群への過大電流も抑えたプランレス
モータ駆動装置を提供することを目的とする。

問題点を解決するだめの手段 と記問題点を解決するために本発明のブラシレスモータ
駆動装置は、ある一定周波数の周期信号発生手段の信号
による回転磁界発生手段の信号と、起動時から比較器群
の信号に切換えるまである低電圧内で増加させてゆき磁
石回転子を回転起動させ、また相同期信号と比較器群の
位相差のずれがあっても安定な運転をすることができる
位置検出回路で構成したものである。

作　　用 本発明は、上記構成により切換時まで電源電圧をある低
電圧内の範囲で抑えているので過大電流は流れず、また
、３相同期信号と比較器群の３つの出力信号の位相差の
ずれが一定関係以下にあり切換時には脱調せず安定にモ
ータを運転することができる。

実施例 以下、本発明の一実施例を３相巻線の例を用いて添付図
面にもとすき説明する。

第１図は、本発明一実施例の概略シーケンス図、第２図
は全体構成図、第３図は誘起電圧信号にもとすいた比較
器群７の出力信号による半導体ヌイノチング素子群ａの
タイミング図、第４図は同期回転中の同期信号による半
導体スイッチング素子群２のタイミング図と比較器群７
の出力信号による半導体スイッチング素子群２のタイミ
ング図の位相関係を示したものである。

まず第１図概略シーケンヌ図と第２図会体構成図により
説明する。起動指令手段１４の信号発生後、ある一定の
周波数を出力する同期信号発生手段８の出力信号を回転
磁界発生手段９に入力し、それぞれ１２０°位相のずれ
た一定周波数の３相同期信号９−Ｕ相、９−Ｖ相、９−
Ｗ相を作成する。

このａ相同期信号を切換手段１１（たとえばマルチプレ
クサ）に入力し、起動時には制御手段１２へこれらの信
号が出力されそれぞれの論理レベルにもとすいて制御手
段１２は半導体スイッチング素子群２の０１〜Ｑ６の通
電、遮断を制御する。そして、モータａを駆動する直流
電源１（たとえばスイッチング電源）をある低電圧内で
増加し、電機子巻線４に回転磁界を発生させ磁石回転子
を強制的に回転させる。

このようにして磁石回転子５が回転すれば、電機子巻線
４に誘起電圧が発生し、一定時間経過後切換指令手段１
０から切換指令信号を発生し、切換手段１１は、回転子
の磁極位置検出信号である比較器群７から出力される信
号７−Ｕ相、７−Ｖ相、７−Ｗ相を制御手段１２へ出力
し以後これらの論理レベルにもとすいて制御手段１２に
より半導体スイッチング素子群２のＱ１〜Ｑ６が制御さ
れモータは定常回転する。また切換指令手段１ｏから切
換指令信号が出力された以後は、直流電源１の電圧を除
々に上昇させ磁石回転子５を加速し、さらに抵抗あるい
はホール素子等でｈ５成される電流検出手段１５により
常時スイッチング素子群２のＱ１〜Ｑ６を通って流れる
電流鎮を検出し、なんらかの原因により電流値が増大（
例えば起動失敗、負荷の異常、モータロック等）した場
合に、電流判別手段１６より信号を出力し、制御手段１
２によりスイッチング素子群２のＱ１〜Ｑ６を全てＯＦ
Ｆにし、モータ３およびスイッチング素子群２の０１〜
Ｑ６を保護するものである。

次に本発明一実施例における回転子の位置検出信号であ
る比較器群７の出力信号７−Ｕ相、７−■相、７−Ｗ相
の作成方法を第３図を用いて説明する。第３図において
各電機子巻線端子の誘起電圧信号の波形は、４−Ｕ相、
４−Ｖ相、４−Ｗ相である。Ｕ相についてみるならば、
０″から６０°の区間と１８０°から２４０°の区間は
開放状態であシミ源に接続されていない。また、６０″
から１８０゜までは、電源１の■側に２４０°から３０
０６までの間は、電源１のＯ側に接続される。すなわち
、このように電機子巻線端子の誘起電圧信号の波形幅が
最大となる６０°から１８０’と２４０°から３６０°
。

の時にＵ相に電流を流すことによりモータは効率よく回
転されるものである。他のＶ相、Ｗ相についても同様で
ある。

さて、各電機子巻線端子の誘起電圧信号４−Ｕ相、４−
Ｖ相、４−Ｗ相は、半導体スイッチング素子群２のオン
オフに伴なうスパイクノイズが発生するので信号変換手
段６によって除去するが、従来例と異なるのは、その信
号変換手段６の回路の時定数を大きくとらず、単にモー
タ駆動電圧範囲内でスパイクノイズを除去せしめるもの
であシ、位相はずらさないものである。したがって、第
３図中の実線で示すように４−Ｕ相からやや波形のなめ
らかな８−Ｕ相に、４−Ｖ相からａ−Ｖ相に４−Ｗ相か
ら６−Ｗ相に変換される。そして、これら変換された信
号のうち、たとえば、第２図中比較器群７に入力される
６−Ｕ相と、他の６−Ｖ相と６−Ｗ相を抵抗で分割合成
した信号（第３図中の１点鎖線で示す）の大小を比較し
た結果が７−Ｕ相の波形である。その他、６−Ｖ相と、
６−Ｗ相と６−Ｕ相の合成した信号の大小の比較で７−
■相を、６−Ｗ相と、６−Ｕ相と６−Ｖ相を合成した信
号の大小の比較で７−Ｗ相の出力信号を得る。したがっ
て従来例と異なるのは、６−Ｕ相の信号で比較器群７−
Ｕ相の出力信号を、６−Ｖ相の信号で７−Ｖ相を、６−
Ｗ相の信号で７−Ｗ相の出力信号を作成する点であり、
それらはそれぞれ１２０°位相のずれた矩形波であり、
回転子位置検出信号として切換手段１１へ入力し、定常
回転時には制御手段１２へ出力されこれら１周期の３相
の論理レベ）ｖ（６ケのモード）にもとすいて半導体ス
イッチング素子群２の通電、遮断を制御し磁石回転子５
は回転を持続する。また比１１！２器群７へ入力する信
号として、第３図中２点鎖線で示しだものは、６−Ｕ相
と６−Ｖ相と６−Ｗ相の信号をすべて抵抗で合成した仮
性中性点信号であり、この信号との大小をそれぞれ比較
しても同様な比較器群７の出力信号が得られる。そして
これらの比較器群７の出力信号において、たとえば７−
Ｕ卸の信号は、■相とＷ相の誘起電圧信号の情報を踏ま
えて作成したものであシ、これはつまりＵ相の位相と他
の相との位相関係が正確となシ、負荷変動が生じ、各相
の波形がそれに応じて変化しても、比較対象の波形もそ
れに応じて変化追従するで安定な位置検出信号となるわ
けである。他の相についても同様である。また、信号変
換手段６の時定数も小さく過渡特性もよいので、第３図
をみるとわかるように各相の誘起電圧信号の波形の振幅
が最大となるところで各相電機子巻線に接続された半導
体スイッチング素子群を通電しており、それ欲動率よく
安定な回転を行なうことができるのである。

次に同期信号による回転からある時間経過後、切換指令
手段１０の信号が発生され、比較器群７の出力信号に切
換わるわけであるが、本発明一実施例においては、同期
信号発生手段の信号（クロック）をカウントし、適当な
カウント数を数えたら切換指令の信号を発生する構成と
している。なお、この切換指令の方法は、タイマもしく
は別個の制御手段からの切換ヌイ、チによる指令でもよ
く本発明一実施例の限定されるものではない。また、制
御手段１２へ出力する信号を切換える段階で、脱調せず
に安定に切換れる理由を第４図を用いて説明する。第４
図において切換える前の同期回転中の３相同期信号（図
中斜線で示した）９−Ｕ相、９−Ｖ相、９−Ｗ相にもと
すく半導体スイッチング素子群の通電、（図中斜線で示
した）遮断の制御を９−０１相から９−〇６相に示す。

その周期回転中における位置検出信号である比較器群７
の出力信号７−Ｕ相、７−Ｖ相、７−Ｗ相は、３相同期
信号９−Ｕ相、９−Ｖ相、９−Ｗ相よりも位相進みの状
態にあるのが普通である。そして比較器群７の出力信号
にもとすく半導体スイッチング素子群２の通電（図中太
線で示した）遮断の制御を７−Ｑ１相から７−〇６相に
示す。たとえば第４図のように３相同期信号よシ比較器
群７の出力信号が最大６０°（電気角）の位相進みの時
に、この−周期中どの時点において切換指令を出しても
変化する半導体スイッチング素子群２はただの１つだけ
である。つまり、０°〜６０°中においてはＱ３からＱ
ｌ　　へと変化がおきるが、同期信号による制御であれ
ば９−０１相がオフで、比較器群７の出力信号にもとず
＜７−０１相がオン、また９−ｏ３相がオンで７−Ｑ３
相がオフの状態である。

そして同期信号の６０°から１２０°においては、９制
御としては同じである。すなわち磁石回転子５を回転さ
せようとする方向は同一であシこの状態をくずさずに切
換えた時間に磁石回転子５を回転方向へ６０’シフトし
、回転させることに他ならない。すなわち脱調停止する
ことは起こ９えない。

また、比較器群７からの出力信号は、それぞれ正確に１
２０’位相のずれた信号であり、それらは負荷変動に追
従しうる信号であるからしたがって切換えた瞬間も切換
えた後も安定に回転を続けることができるのである。

発明の効果 以上のように本発明のブラシレスモータ駆動装置によれ
ば次の効果が得られる。

（１）起動時における同期回転中は、′電圧をある低電
圧内（（抑えであるので半導体スイッチング素子群等に
過電流が流れず素子の損傷、劣化を防ぐ効果がある。

（２）起動から定常回転への切換時の同期信号と回転子
の位置検出信号の位相差を検出する回路もいらず、その
位相差も常に一定関係以下に保たれるので、きわめて簡
単な回路構成で起動から定常回転までスムーズに行なう
ことができ安価に構成できる。

（３１従来同期信号を増加しながら回転子を加速する方
法は、その周期を変化させる制御が複雑であるが、本発
明によればその同期信号の周波数は一定でよいので制御
も非常に簡単となり構成も簡略なものとなる。

（４）万一起動失敗を起こしても、モータおよび半導体
素子群を損傷から保護し、さらに再起動させることも可
能となる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明一実施例の概略シーケンス図、第２図は
同全体構成図、第３図は同誘起電圧信号にもとすく各部
の波形図、第４図は同期回転中の３相同期信号と位置検
出回路の出力信号にもとず＜半導体スイッチング素子の
タイミングチャート、第５図は従来例の全体構成図、第
６図は同誘起電圧信号にもとすく各部波形図である、 １・・・・・・電源、２・・・・・・半導体スイッチン
グ素子群、３・・・・・・モータ本体、４・・・・・・
電機子巻線、５・・・・・・磁石回転子、６・・・・・
・信号変換手段、７・・・・・・位置検出回路（比較器
群）、８・・・・・・同期信号発生手段、９・・・・・
・回転磁界発生手段、１０・川・・切換指令手段、１１
・・・・・・切換手段、１２・川・・制御手段、１４・
川・・起動指令手段、１５・・・・・・電流検出手段、
１６・川・・電流判別手段。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名１２
１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第　６　図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数相を中性点非接地に結線し、それぞれｎ個（
   ｎは１以上の整数）に分割した電機子巻線と、前記電機
   子巻線への電流を通電、遮断する半導体スイッチング素
   子群と、２ｍ極（ｍは１以上の整数）に分割着磁した磁
   石回転子を有するブラシレスモータと、前記ブラシレス
   モータを駆動する直流電源と、起動指令手段と、一定の
   周波数のパルスを出力する同期信号発生手段と、前記同
   期信号発生手段より出力される信号を用いて前記電機子
   巻線に一定方向の回転磁界を発生させる回転磁界発生手
   段と、前記電機子巻線に誘起される電圧信号によって前
   記電機子巻線と前記磁石回転子の相対的位置を検出する
   位置検出回路と、前記回転磁界発生手段の出力信号と前
   記位置検出回路の出力信号を選択し、切換えて出力する
   切換手段と、前記切換手段の出力信号を用いて前記スイ
   ッチング素子群を制御する制御手段と、前記直流電源を
   通って流れる電流値を検出する手段と、この電流検出手
   段の出力信号が一定値を超えた場合に出力信号を発生す
   る電流判別手段からなり、前記起動指令手段の信号発生
   後の同期回転中は前記直流電源の電圧をある低電圧内で
   増加させて前記磁石回転子を起動するとともに、前記切
   換指令手段は、タイマもしくはカウンタもしくは別個の
   切換スイッチで構成し、ある時間経過後、前記切換指令
   手段の信号により前記位置検出回路の出力信号に切換え
   、さらに前記直流電源の電圧を除々に上昇させて前記磁
   石回転子を加速する過程において、前記電流判別手段か
   ら信号が出力された場合、前記スイッチング素子群をす
   べてＯＦＦ状態にする構成としたブラシレスモータ駆動
   装置。
2. （２）位置検出回路は、前記複数相の電機子巻線に誘起
   される信号を適宜適当な信号に変換する信号変換手段と
   、この信号変換後の複数相すべての出力信号を合成した
   仮性中性点信号と、前記複数相の任意の出力信号の大小
   をそれぞれ比較するか、もしくはある任意の相の出力信
   号と他の相の出力信号を合成した信号の大小をそれぞれ
   比較する比較器群で構成した特許請求の範囲第１項記載
   のブラシレスモータ駆動装置。