JPS61170291A - ブラシレスモ−タ - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、駆動巻線に誘起される誘起電圧によって界磁
回転子の位置を検出して回転制御する形式のブラシレス
モータに関する。

〔従来技術〕

従来、ホール素子やエンコーダ等のような特別なセンサ
ーを持たないで、駆動巻線に誘起される誘起電圧によっ
て界磁回転子の回転位置を検出し、これによって駆動巻
線の電流を転流して界磁回転子を回転させるようにした
ブラシレスモータが知られている（特公昭５８−２５０
３８号、特公昭５９−３６５２０号）。しかしながら、
転流回路によって高速に転流が行われる駆動巻線の誘起
電圧のみを正確に検出することは困難であり、駆動巻線
の自己インダクタンス等によるノイズは積分回路で平滑
する等して使用しているが、積分回路の時定数が大きく
て、急速な速度変動に追従できなかったり、駆動巻線の
自己インダクタンスによるノイズの大きさが駆動巻線の
電流（即ち、負荷の大きさ）によ−）で変化することに
より、積分後の波形に位相誤差が生じて劃−・まう等の
問題があり、その用途は負荷変動の小さいエアコンのコ
ンプレッサー等に限られていた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、駆動巻線の誘起電圧を高速かつ正確に
検出して、転流のタイミングを正確に行い、しかも、負
荷急変等に対する転流のタイミングの変更を速やかに行
ってモータの性能を高め、適用範囲の広いブラシレスモ
ータを提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、駆動巻線に誘起される誘起電圧によって界磁
回転子の回転位置を検出する形式のブラシレスモータに
おいて、駆動巻線に接続される転流素子がオフ状態にあ
る時間内に駆動巻線の誘起電圧を検出し、この検出され
た電圧と電源電圧より得られる基準電圧とを比較して、
転流制御信号と誘起電圧の位相差に応じた信号を得、こ
の位相差に応じた信号によって、その位相が一定になる
ように転流制御信号の位相を制御することを基本とする
ものである。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図であり、第
２図はその動作を説明するタイミングチャートである。

第１図において、１は永久磁石等で構成された界磁回転
子、２け駆動巻線であり、こ＼では３相巻線とする。３
は転流回路で、トランジスタ３ａ〜３ｆ及びこれらと並
列に接続されたダイオード３ｇ〜３Ｑによって構成され
、転流制御回路４が出力する転流制御信号ｇ１〜ｇ６に
よりトランジスタ３８〜３ｆをオン・オフして駆動巻線
２の電流を転流する。転流制御回路４は同期信号発生器
１０が出力する同期信号に基いて転流制御信号ｇ１〜ｇ
６と誘起電圧検出用のタイミングパルスｔ１、ｔ２．ｔ
３を生成する回路である。誘起電圧検出器５はタイミン
グパルスｔｌ、ｔ２．ｔ３に基いて駆動巻線２の端子電
圧ｘ　］　＋　ｘ　２　＋　Ｘ　３をサンプリングし７
、誘起電圧と転流制御信号の位相差に応じた電圧ｐを検
出する回路である。

誘起電圧検出器５は第３図の如く構成され、タイミング
パルスｔｌ、ｔ２．’ｔ３に応じて駆動巻線２の端子電
圧ｘｉ、ｘ２．ｘ、３の傾斜部分を双方向アナログスイ
ッチ５ａ、５ｂ、５ｃで順次サンプリングする。一つの
駆動巻線に接続される転流素子（トランジスタ）がすべ
てオフの期間において、該当駆動巻線の端子電圧は、第
２図に示すように誘起電圧波形がそのま＞現われる。コ
ンデンサ５ｄにより、この検出された誘起電圧を次の検
出夕、イミングまで保持して電圧ｐを得る。

第１図に戻り、差動増１１器７は誘起電圧検出器５で検
出された電圧ｐと電源電圧Ｅを抵抗６−１゜６−２で分
割して得られる基準電圧とを比較して。

その比較結果に応じた電圧を得る回路である。起動時定
数回路８は外部からの起動信号あるいは脱調検出回路１
４からの再起動信号を受は取って、所定の時定数で上昇
する電圧を出力する回路である。切換器９は、起動時定
数回路の出力電圧あるいは差動増１１１器７の出力電圧
を選択する回路である。同期信号発生器１０は電圧に応
じだ周波数の同期信号ＣＫを発生する可変周波数発振器
であり、切換器９を通し、起動時は起動時定数回路８の
出力電圧によって制御され、起動後は差動増巾器７の出
力電圧によって制御される。Ｆ／Ｖ変換器１１は同期信
号発生器１０の出力信号の周波数を電圧に変換する回路
であり、この変換器１１の出力が界磁回転子１の実速度
に応じた電圧を示す。差動増ｌ］器１２は外部からの速
度基準電圧とＦ／Ｖ変換器１１の出力電圧の差電圧を得
る回路であり、この差電圧に応して電源電圧調整用トラ
ンジスタ１３の内部抵抗を変え、電源電圧Ｅを制御する
のに用いる。差動増１１器１２の出力電圧は脱調検出回
路１４にも与えられ、脱調検出に用いられる。

以下、第１図に示す実施例の動作について詳述する。

ます、起動時の動作について説明する。外部からの起動
信号か起動時定数回路８に印加されると、該起動時定数
回路８は所定の時定数で−１−昇する電圧を出力し、こ
れが切換器９を通し７て同期信号発生器１０にりえられ
る。同期信号発生器１０は、この起動時定数回路８の出
力電圧に基いて、モータの起動を可能な低い周波数で発
振を開始し５て徐々に高い周波数となり、この周波数に
応じた同期信号ＣＫを出力する。この同期信号発生器１
０から出力される同期信号ＣＫに応じて、転流制御回路
４からは、初め長い周波数の転流制御信号線ｇ１〜ｇ６
が出力され、それが徐々に短い周期のものとなる。転流
回路３のｉ〜ラジスタ３８〜３ｆけ、この転流制御信号
ｇ１〜ｇ６によってオン・オフされ、その結果、駆動巻
線２の電流は初め長い周期で転流して徐々に短くなり、
これに応じて界磁回転子１は低速で回転を始めて徐々に
高速になる。

また、同期信号発生器１０から出力さトる同期信号ｃ　
ｒ＜に応じて、転流制御回路４からは誘起電圧検出用の
タイミングパルス１１．ｔ２，１：３が出力される。こ
のタイミングパルスｔ！、＋１２．ｔ３に基いて、誘起
電圧検出器５は駆動巻線２の端子電圧ｘ　１　＋　ｘ　
２　＋　ｘ　３をサンプリングし、電圧ｐを検出する。

この誘起電圧検出信号５で検出された電圧Ｐと電源電圧
Ｅを抵抗６−］、、６−２で分割り、で得られる基準電
圧とが差動増ｌ］器７で比較され、その比較結果に応じ
た電圧が出力側に現われる。

次に、定常運転時の動作について説明する。起動時定数
回路８の出力電圧が所定値まで上昇すると、切換器９は
差動増巾器７の側に切り替わり、該差動増１１器７の出
力電圧が同期信号発生器１０に与えられて定常運転に入
る。即ち、定常運転時、同期信号発生器１０の発振周波
数は差動増巾器７の出力電圧に応じて変化し、これに応
じた同期信号ＣＫが出力される。この同期信号ＣＫに基
いて転流制御回路４で転流制御信号ｇ１〜ｇ６と誘起電
圧検出用タイミングパルスｔ１〜ｔ３が生成され、駆動
巻線２の転流及び該駆動巻線２の誘起電圧の制御が行わ
れる。

第２図に示すように、誘起電圧検出用タイミングパルス
ｔｌ、ｔ２．ｔ３は、各々の駆動巻線２に接続される転
流回路３のトランジスタのオフ期間の真中あたりに設定
される。誘起電圧検出器５は、このタイミングパルスに
応じて駆動巻線２の端子電圧ｘｌ、Ｘ２＋　ｘ３の傾斜
部分をサンプリンクするため、一つのＩＩ駆動巻線接続
される１−ランジスタがすべてオフの期間において、駆
動巻線の端子電圧ｘｌ、ｘ２．ｘ３は誘起電圧波形がそ
のまト現われる。従って、負荷の変動等により転流制御
信号と誘起電圧の位相差が変わると、Ｘ１〜Ｘ３の傾斜
部分が時間軸方向にずれて、第２図の破線の如くなる。

また、この駆動巻線に対応する誘起電圧検出用のタイミ
ングパルスがハイの区間においてのみ着目すれば、誘起
電圧と転流制御信号の位相差は電圧として獲えられ、こ
の電圧を検出して次の検出タイミングまで保持すれば、
その電圧は第２図のｐの如くなる。一方、本ブラシレス
モータの転流制御信号と誘起電圧の適正な位相関係は、
検出電圧ｐの値が電源電圧Ｅの約２分の１程度となるど
きであり、誘起電圧が進みのときけ検出電圧ｐか上昇し
、ｊψに遅れのときは降下する。

差動増巾器７は誘起電圧検出器５で検出された電圧ｐど
電源電圧Ｅを抵抗６−１．６−２で分割して得られる基
準電圧（＋／２Ｅ）とを比較し７、その比較結果に応じ
た電圧を出力する回路であり、定常運転時、この差動増
１１１器７からの出力電圧によって同期信号発生器１０
の発振周波数が制御される。即ち、誘起電圧検出器５の
検出電圧Ｐが高いとき（駆動巻線の誘起電圧の位相が進
みのとき）、同期信号発生器１０は、その発振周波数を
上げる方向に働いて転流制御信号ｇ１〜ｇ６の位相を進
ませて界磁回転子１の速度を」二げ、検出電圧ｐが低い
ときは、発振周波数を下げる方向に働いて転流制御信号
ｇ１〜ｇ６の位相を遅られて界磁回転子１の速度を下げ
、誘起電圧と転流制御信号を適正な位相関係に保持せし
める。

本実施例では、誘起電圧波形の正の傾斜の時間帯だけに
誘起電圧検出用タイミングパルスを設定したが、誘起電
圧波形の負の傾斜のｌ！間帯においても同様に設定する
ことが可能であり、位相差と電圧の高低の関係がｉψに
なる以外は同様である。

従って、誘起電圧の正負の両方の傾斜部分を検出し、一
方を反転させて用いることにより、検出の頻度を倍にす
ることもできろ。

第１図の実施例には、上記誘起電圧の位相に対して転流
制御信号が一定位相になるように同期信号発生器１０の
発振周波数を制御するループの他に、外部からの速度の
速度基準電圧に応し、て界磁回転子１の速度制御を行う
速度制御ループが付加されている。以下、これについて
説明する。

Ｆ／Ｖ変換器１１は同期信号発生器１０の同期信号ＣＫ
の周波数を電圧に変換する。こ５で、同期信号ＣＫに応
じて転流制御信号ｇ１〜ｇ６が生成され、該転流制御信
号によって駆動巻線２の電流を転流ポれて界磁回転子１
の回転が制御されるため、Ｆ／Ｖ変換器１１の出力電圧
は界磁回転子１の回転速度を反映している。即ち、Ｆ／
Ｖ変換器１１は、速度信号検出手段と見做すことができ
る。このＦ／Ｖ変換器１１の出力電圧と外部から＝１１
− 与、えられる速度基準電圧とを差動増１１器１２で比較
して、その誤差電圧に応じて電源電圧調整用１−ランジ
スタ１３の内部抵抗を変えて電源電圧Ｅを変化せしめ、
界磁回転子１の速度を制御する。即ち、界磁回転子１の
速度は速度基準電圧に応じて変化し、これ応じて同期信
号発生器１０の発振周波数も変化し、Ｆ／Ｖ変換器１１
の出力電圧が速度基準電圧にはシ一致する速度に落ちつ
く。

例えば同期信号の周波数が基準より高い時、速度基準電
圧を下げると、電源電圧が降下して界磁回転子１の速度
が低下する。従って、駆動巻線２の誘起電圧の位相が転
流制御信号に対して遅れの状態へ移行し１、誘起電圧検
出器５及び差動増巾器７を介して同期信号発生器１０の
発振周波数が制御されて同期信号の周波数が下げら九、
これに対応してＦ／Ｖ変換器１１の出力電圧も速度基準
電圧に落ちつく。

脱調検出回路１４け、速度基準値に対してＦ／■変換器
１１の出力が予め定めた値以上になったことを差動増巾
器１２を通し７て検出して、モータが失速又は停止した
ことを判断し、起動時定数回路８を再起動する場合に用
いられる。この再起動により、同期信号発生器１０の発
振周波数は一旦下がり、その後、時間の経過と５もに徐
々に上がって界磁回転子１が加速され、一定速度に達し
た後は、差動増巾器７による誘起電圧と転流制御信号の
位相を比較した信号に基いて同期信号ＣＫの周波数を制
御し、通常運転に自動復帰する。即ち、モータが失速又
は停止した時、駆動巻線２の電流が増加して転流後、ダ
イオードに電流の流れている時間が長くなり、誘起電圧
検出の時間帯にも、このダイオードに電流が流れている
ので、誘起電圧が高いかのように、即ち転流制御信号が
誘起電圧より遅れているかのように検出され、従って同
期信号の周波数は増々高ぬられる。正常に運転されてい
る時は、同期信号の周波数は基準値にはゾ等しく、失速
、停止時には基準値を大１１に越ｉて自走周波数に達す
るのであるが、自走周波数に達する前に、基準値を一定
以」二越えたことにより、より速やかに失速停止を検出
するものである。

第４図は本発明の５］１１の実施例であり、２相モータ
へ適用した場合の実施例である。第５図にその動作タイ
ミングチャートを示すが、動作は第１図の実施例と基本
的に同様であるのでｉｆ？明は省略する。なお、第４図
では、簡単化のために速度制御ループの構成は省略され
ている。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、積分器又はフィ
ルタ等を用いないで転流時のサージによる悪影響を回避
し、また積分器やフィルタによる動作遅れがないので正
確かつ迅速な誘起電圧の検出が可能であり、さらに、誘
起電圧の位相情報が直接アナログ電圧で検出できるので
、後の処理がｉ単で高速応答かつ高安定度の制御ループ
が容易に構成でき、正確な転流タイミングと負荷急変に
対する耐力性の大きな誘起電圧検出形のブラシレスモー
タの実現が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図は第１
図の動作を説明するためのタイミング図、第３図は誘起
電圧検出器の詳細図、第４図は本発明の別の実施例のブ
ロック図、第５図は第４図の動作を説明するためのタイ
ミング図である。 １・界磁回転子、　　２・・・駆動巻線、　　３　転流
回路、　　４・・・転流制御回路、　　５・・誘起電圧
検出器、　６・・電源電圧分割抵抗、　７・・・差動増
巾器、　　８・・起動時定数回路、　９・・・切換器、
１０・・・同期信号発生器、　　１１・・Ｆ／Ｖ変換器
、１２・・・差動増ｌ］器、　　１３・・・電源電圧調
整用トランジスタ。 ・ＸＸ＞　　　　　氏　　　０ Ｈｍ　　　　−Ｎ　　　　ｈ　　寸　　嶋　　　−や　
シ　９　　さ　−督ら　０％＋１ら　ｂ手続補正書（自
発） 昭和６１年４月２２日 特許庁長官　　宇　賀　道　部　殿 １、事件の表示 昭和６０年特許願第９５６４号 ２、発明の名称 ブラシレスモータ ３、補正をする者 事件との関係　　出願人 住所　　東京都文京区千石１丁目２３番１１号名称　　
信濃電気株式会社 代表者　　新用吉雄 ４、代理人 ５、補正により増加する発明の数　　なし７、補正の内
容 明細書箱１４頁２０行目の次に下記の文を追加する。 貫己 以上の第１図の構成において、駆動巻線２のインダクタ
ンスが相対的に小さく、従って転流後、転流回路３のダ
イオードに流れる電流が、誘起電圧を検出するタイミン
グには必ず消滅してしまうものについては、以下のよう
にして、起動時定数回路８、脱調検出回路１４、及び切
換器９を省略することが可能となる。 即ち、抵抗６−１と６−２で分割して得られる基準電圧
がＥ／２より若干高くなるように抵抗６−１．６−２の
値を選択し、次に、同期信号発生器１０の最低発振周波
数を、停止しているモータをこの周波数に同期回転せし
める充分低い周波数とし、且つ、モータがこの周波数に
同期回転した時に検出される電圧Ｐが基準電圧より高く
なるような周波数となるように選択する。このようにす
れば、電源投入直後又はモータが外力によって停＝２− 止せしめられた場合、誘起電圧検出器５の検出電圧Ｐは
Ｅ／２となって基準電圧より必ず低くなり、同期信号発
生器１０は最低発振周波数を出力する。 次に、モータを停止させる外力が除去され＼ば、モータ
は最低発振周波数の同期信号に同期して回転をはじめ、
検出電圧Ｐが基準電圧より一りがって同期信号発生器１
０の発振周波数を上昇させる。 よって、モータは最低発振周波数より少し高い周波数に
同期して回転し、検出電圧Ｐは更に高い電圧となる。こ
のようにして、同期信号の周波数とモータの回転速度は
徐々に高くなり、所定の値に達するわけであるが、モー
タが加速されることによって同期信号の周波数が高めら
れる為に、一種の閉ループを構成することに成り、起動
時定数回路８、切換信号９を省略しても確実且つ迅速な
起動が可能となり、また、起動失敗もないため脱調検出
回路１４も省略できる。 以」二

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）界磁回転子と複数の駆動巻線と、電源と前記駆動
   巻線の間に接続された複数の転流素子を有する転流手段
   と、電圧によって周波数が可変の同期信号を発する同期
   信号発生手段と、前記同期信号発生手段の同期信号に応
   じて、前記転流素子をオン・オフして駆動巻線の電流を
   転流する転流制御信号と駆動巻線の誘起電圧検出用のタ
   イミングパルスとを生成する転流制御手段と、前記転流
   制御手段のタイミングパルスに基いて、前記駆動巻線に
   接続される転流素子がオフ状態の期間中に駆動巻線の端
   子電圧をサンプリングし、駆動巻線の誘起電圧と転流制
   御信号の位相差に応じた電圧を検出する誘起電検出手段
   と、前記誘起電圧検出手段の検出電圧と電源電圧にもと
   づく基準電圧を比較して、この大小に応じた電圧を検出
   する差動増巾手段とを具備し、前記差動増巾手段の出力
   電圧によって前記同期信号発生手段の発振周波数を可変
   として、転流制御信号と駆動巻線の誘起電圧の位相差が
   一定となるように同期信号発生器の発振周波数を制御す
   ることを特徴とするブラシレスモータ。
2. （２）前記界磁回転子の速度に応じた信号を検出する速
   度信号検出手段と、前記速度信号検出手段の速度検出信
   号と外部から与えられる基準速度信号とを比較し、その
   誤差信号に応じて電源電圧または転流手段の出力電圧を
   変化せしめて昇磁回転子の速度を制御する制御手段を付
   加してなる特許請求の範囲第１項記載のブラシレスモー
   タ。
3. （３）外部からの起動信号により所定の時定数で上昇ま
   たは下降する電圧を発生する起動時定数手段と、起動時
   は前記起動時定数手段の出力電圧を選択し、定常運転時
   は前記差動増巾手段の出力電圧を選択して前記同期信号
   発生手段の入力手段とする切換手段を付加してなる特許
   請求の範囲第１項もしくは第２項記載のブラシレスモー
   タ。
4. （４）前記速度検出信号と基準速度信号の誤差信号に応
   じて脱調を検出し、前記起動時定数手段を再起動する脱
   調検出手段を付加してなる特許請求の範囲第３項記載の
   ブラシレスモータ。