JPS61135387A - 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ため
のブラシレスモータに関するものである。

従来の技術 従来この種のブラシレスモータ駆動装置は、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。

以下便宜上３相の例を用いて説明することにする。

すなわち直流電源１の両端に６個の半導体スイッチング
素子群２Ｑ１〜Ｑ６を３相ブリツ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−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−■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１２
０°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ｆ
ｆ１Ｉ）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。そして持分１１１Ｈ５９−３６５２０号公報の
例によれば、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−■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−■相、９−Ｗ相と
比較器群７の出力信号？−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Ｑ１〜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Ｑ１〜Ｑ６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３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、周波数を増加するための特
別な回路およびその制御が必要であり、また３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ブラシレス
モータ駆動装置を提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段 上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の間一定の低電圧を印加し、同期
モータとして磁石回転子を起動回転させ、また同期運転
から磁極位置検出運転（定常運転）に移行する時にも安
定な運転を継続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一定の
低電圧に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スイッチング素子群２
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語
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図概略シーケンス図と第２口金体構成図によシ
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３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〜Ｑ６０通
電、遮断を制御する。

そして、モータ３を駆動する直流電源１（たとえばスイ
ッチング電源）を一定の低電圧に固定し、電機子巻線４
に回転磁界を発生させ、モータ３を同期モータとして運
転し、磁石回転子を起動回転させる。

ところで磁石回転子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１０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−■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１０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構成される
電流検出手段１５により常時スイッチング素子群２のＱ
１〜Ｑ６を通って流れる電流値を検出し、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、
モータロツタ等）した場合に、電流判別手段１６より信
号を出力し、制御手段１２によりスイッチング素子群２
のＱ１〜Ｑ６を全一１（ＯＦＦ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−■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
は開放状態であり電源に接続されていない。また、６０
°から１８０°までは、電源１のｅ側に２４０°から３
００°までの間は、電源１のｅ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の
振幅が最大となる６０°から１８０°と２４０°から３
６０゜の時にＵ相に電流を流すことによりモー夕は効率
よく回転されるものである。他の■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６０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
あり、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６−Ｕ相に、’４−Ｖ相から６−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Ｓ−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−
Ｖ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、ａ−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°位相のずれだ矩形波
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相の論理レベル（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。また比較語群７へ入力する信
号として、第３図中２点鎖線で示したものは、６−Ｕ相
と８−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相の信号は、■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り、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り負荷変動が生じ、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の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６０時定数も小ざ〈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スイッ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。

次に、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わる理由を第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−■相、９−
Ｗ相にもとすく半導体スイッチング素子群２の通電、（
図中斜線で示した）遮断の制御を９−Ｑｌ相から９−Ｑ
６相に示す。その同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−■相、７−Ｗ相
は、３相同期信号９−Ｕ相、９−■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
７−０１相から７−Ｑ６相に示す。

たとえば第４図のように３相同期信号より比較器群７の
出力信号が最大６０°（電気角）の位相進みの時Ｋ、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Ｑｌへと変
化がおきるが、同期信号による制御であれば９−Ｑｌ相
がオフで比較器群７の出力信号にもとず＜７−Ｑｌがオ
ン、また９−Ｑ３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°においてグ
の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り、この状態をくず
さずく切換えた瞬間に磁石回転子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りえない。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、電圧を一定低電圧
に固定しであるので半導体スイソチン、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。

（３）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。

四　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ず〈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
−・・・切換指令手段、１１−　切換手段、１２・・・
・制御手段、１４・・・・・・起動指令手段。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　軟　男　ほか１名第１
図 第２図 第　３　区 ｗＥ４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撰択し、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に固
   定し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。