JPS61244291A - 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シ、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、起動および再起動からの安定な回
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１０両端に６＠の半導体スイッチング
素子群２Ｑｌ〜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９０゜位相の遅れた三角波状の
信号６−Ｕ相、６−■相、ｅ−ｗ相に変換し、それぞれ
ａ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？−Ｕ相の出力信号を、ａ
−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°
位相のずれた区形波であり、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−Ｖ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６が回転すれば電機子巻線４に誘起電圧が発生
するので磁石回転子の回転検知を行なうことができる。

そして検出後切換指令手段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−Ｖ相、？−Ｗ相に切換わシモータ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シ、
電機子巻線４０回転磁界に追従し安定な起動回転を行な
うためである。そしてさらに特公昭６９−３６５２０号
公報の例によれば、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−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、？−Ｖ相、？−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０１〜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からであ
る。また脱調しない場合でも半導体スイッチング素子群
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と述のような半導体スイッチング素
子群２の０１〜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、モータ停止指令後、モータ
が慣性力で回転している時には比較器群からは誘起電圧
にもとすいた位置検出信号が発生しており、この時再び
起動指令手段によって同期回転させると脱調や半導体素
子に過電流が流れる問題点があった。

本発明は、かかる従来の問題点を解消するもので、モー
タが慣性力で回転している時にも再起動からすぐに安定
に運転を行なうことができ、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
は、磁石回転子が回転子が回転しているかを検知するモ
ニター手段を設け、磁石回転子が慣性力で回転している
時などは、制御手段は、再起動時に切換手段を常に位置
検出回路側の信号を出力する構成としたものである。

作　　用 本発明は、上記構成により再起動時のモニター手段の出
力にもとずして、磁石回転子が回転していれば位置検出
回路の信号が得られるので、脱調せずすみやかに再起動
を行なうことができる。

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

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づいた比
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図概略シーケンス図と第２図会体構成図により
説明する。モニター手段の出力が回転していないと検知
したら起動指令手段１４の信号により、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、ｅ−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〜Ｑ６の通
電、遮断を制御する。そして、モータ３を駆動する電源
１（たとえばスイッチング電源）をある低電圧内に固定
もしくは、徐々に増加して電機子巻線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がいったん回転すれば電機子
巻線４に誘起電圧が発生し、モニター手段１５が回転検
知し、その後、切換指令手段１０から切換指令信号を発
生し、切換手段１１を切換えることにより回転子の位置
検出信号である比較器群７から出力される信号？−Ｕ相
、？−Ｖ相、？−Ｗ相の信号を制御手段１２へ出力し以
後これらの論理レベルにもとすいて正確に磁石回転子の
位置検出を行ない半導体スイッチング素子群２のＱ１〜
Ｑ６を制御しモータ３を定常回転する。なおモニター手
段１５は、位置検出信号が確認できなくなる（回転子が
停止した時）まで比較器群７の出力信号を出力する。

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、？−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。υ相についてみるならば、
０°から８０’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１８００までは、電源１の■側に２４０°から３０
０’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の振幅
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
あり、位相はずらさないものである。したがって、第３
図で示すように４−Ｕ相からやや波形のなめらかな６−
Ｕ相（実線）に、４−Ｖ相からｅ−ｖ相（実線）に、４
−Ｗ相からａ−Ｗ相Ｃ５！線）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
）と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、ｅ−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？−Ｕ相の出力信号を、ａ−Ｖ相の信号で
７−Ｖ相を、ａ−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
れた区形波であり回転子位置検出信号として切換手段１
１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。また比較器群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ａ−Ｖ相とａ−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、このことによって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２を通電しており、
それ故効率よく安定な回転を行なうことができるのであ
る。なお定常回転中の磁石回転子の回転数をあげるには
電源１の電圧をあげればよい。

次に同期信号による回転からその後、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、誘起電圧信号
による比較器群７の出力信号（区形波）を回転検知信号
として用いており、それらの信号（クロック）をカウン
トし、適当なカウント数を数えたらモニター手段１６へ
の回転検知信号（ラッチ出力）を発生した後、切換指令
の信号を発生し、切換手段１２を制御する構成としてい
る。したがって、確実に回転しているかどうか見究めた
上で切換えるものである。したがって再起動時に磁石回
転子が回転していれば位置検出信号が発生しておシ、起
動指令手段の信号にょシ同期回転から始めなくても、切
換手段は比較語群側の信号を出力し、安定に回転を始め
る。

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２の通電（図
中斜線で示した）遮断の制御を９−Ｑ１相から９−〇〇
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？−Ｕ相、？−Ｖ相、？−Ｗ相は
、３相同期信号９−Ｕ相、９−Ｖ相、ｅ−ｗ相よシも位
相進みの状態にあるのが普通である。そして比較器群７
の出力信号にもとず〈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
−Ｑ６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°の位相進み（磁
石の着磁と電機子巻線との相対位置よりそのようになる
）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はただの１つ
だけである。つまり０６〜６０°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の出力信号にもとづ＜７
−Ｑｌ相がオン、また９−０３相がオンで７−０３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、９−０１相がオン、９−Ｑ３相がオフで
あり、この二重の下線で示したものは半導体スイッチン
グの制御としては同じである。すなわち磁石回転子６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
ずに切換えた瞬間に磁石回転子６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１２０°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）磁石回転子が回転していることを示すモニター手
段を設けているので、遍−夕停止指令後の再起動時に回
転中であれば位置検出信号が発生しているので起動制御
のシーケンスが不用となり、脱調の危険性もなく、安定
な定常回転を即座に行なうことができ、同期回転中の素
子への過電流も防ぐことができ、長期信頼性、破壊を防
ぐ効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブラシレスモータ駆動装置
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づく各部の波形図、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
づく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
もとづく各部波形図である。 ２・・・・・・半導体スイッチング素子群、３・・・・
・・モータ、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、１５・・・・・・モニター手段。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第　
１１１Ａ 第４図 第６図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数相中性点非接地に結線し、それぞれｎ個（ｎ
   は１以上）に分割した電機子巻線と、前記電機子巻線と
   、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、２ｎ極（ｎは１以上）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、起動指令手
   段と、前記起動指令手段の信号により、ある一定の周波
   数を出力する同期信号発生手段と、前記信号発生手段よ
   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、前記磁石回転子
   が回転していることを示すモニター手段と、前記半導体
   スイッチング素子群を制御する制御手段とからなり、前
   記モニター手段の信号により、前記切換手段を制御する
   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
   、前記信号変換手段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。