JPS62217892A

JPS62217892A - ブラシレス直流モ−タ

Info

Publication number: JPS62217892A
Application number: JP61056802A
Authority: JP
Inventors: Toru Inoue; 徹井上; Kiyoshi Nagasawa; 長沢　喜好; Haruo Tani; 谷　晴夫
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-03-17
Filing date: 1986-03-17
Publication date: 1987-09-25

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、ブラシレス直流モータに係り、特にモータ端
子電圧からフィルターとコンパレータとを用いて位置検
出信号を得るようにした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は、モータ端子電圧から位
置検出信号を作成する、フィルターとコンパレータとか
らなる逆起電圧位置検出回路を備えていた。例えば、特
開昭５９−１６２７９３号公報、特公昭５９−３６５１
９号公報、電気学会論文誌Ｂ。

１０５巻、５号（１９８５年）　　”Ｂｒｕｓｈｌｅｓ
ｓ　Ｍｏｔｏｒ％ｌ１ｔｈｏｕｔ　ａ　５ｈａｆｔ　Ｐ
ｏ５ｉｔｉｏｎ　５ｅｎｓｏｒ”（ブラシレスモータ　
ウィズアウト　ア　シャフト　ポジション　センサ）等
に述べられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

これらの従来の逆起電圧位置検出回路によるブラシレス
直流モータでは、上記の論文にも明らかにされているよ
うに、モータ誘起電圧ＥＯを基準に考えたとき、負荷増
大による巻線電流増加とともに位置検出信号位相、換言
すると、これと同相の巻線電流位相が進んで、モータ効
率低下をもたらし、更には、その進み角が、およそ３０
″程度になると、位置検出不能となって、モータが停止
する問題があった。

以上のことを第５図の逆起電圧位置検出によりブラシレ
ス直流モータを運転した場合の電圧ベククトル図を参照
して説明すると、次のとおりである。

第５図中で、印加電圧Ｖは、モータ誘起電圧Ｅｏ。

抵抗降下電圧ｒＩｓ及び、リアクタンス降下電圧Ｘ工ｓ
のベクトル和に等しい。そして、ベクトル図上の位置検
出信号位相ＰＳ及び１巻線電流工にの位置は、逆起電圧
位置検出回路の原理上、印加電圧Ｖの位相と同相の関係
にある。

ここで、巻線電流工にが増加すると、そのベクトル図は
、同図実線から破線で示したベクトル図となる。

すなわち、モータ誘起電圧ＥＯと巻線電流ＩＮとの位相
差である制御進み角γは、巻線電流増加とともに増大す
るものである。

更に、この制御進み角γが、上述のおよそ３０’以上に
なると、一定の負荷であっても、制御進み角γの増大に
ともなう巻線電流増加があり、このため、制御進み角増
大→巻線電流増加→制御進み角増大、という正帰還が発
生して、制御進み角γは、ますます増大し、ついには、
モータ出力トルクが負荷１〜ルク以下になってモータが
停止するものである。

本発明は、従来の逆起電圧位置検出回路のもつ上述の問
題を無くシ、負荷増大による位置検出信号の位相変化を
防止して、高効率を図るとともに位置検出不能となって
モータが停止することの無い位置検出手段を備えたブラ
シレス直流モータを提供することを目的とするものであ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係るブラシレス直流モータの構成は、モータ端
子電圧からフィルターとコンパレータとを用いて位置検
出信号を得る形式のブラシレス直流モータにおいて、モ
ータに流れる電流に係る量により決定される補正位相量
を作成する位置検出信号補正手段を備え、上記位置検出
信号の位相を前記モータに流れる電流に係る量と回転数
に応じて前記補正位相量だけ変化させるようにしたこと
により、達成される。

〔作用〕

本発明は、従来の逆起電圧位置検出回路から得られる位
置検出信号の位相が巻線電流により変化する原因が、巻
線電流により位相が変化するモータ印加電圧上に位置検
出信号の位相があるためであり、更に逆起電圧位置検出
回路を構成するフィルターの位相が同波数、すなわちモ
ータの回転数に応じて変化することに鑑み、上記の位置
検出信号の位相に対して、巻線電流の大きさ及び回転数
に応じた位相補正を加えることによって、補正後の位置
検出信号の位相が、例えばモータ誘起電圧の位相上とな
るようにして、巻線電流の大きさ及び回転数で、その位
相が変化しないようにしたものである。

〔実施例〕

本発明に係るブラシレス直流モータの実施例を各回を参
照して説明する。

まず、第１図は、本発明の一実施例に係るブラシレス直
流モータにおける制御回路の要部構成図、第２図は、一
般例示のブラシレス直流モータの構成図、第３図は、第
１図に示すものの各部波形図、第４図は、同じく動作説
明図である。

すなわち、まず、モータ端子電圧からフィルターとコン
パレータを用いて位置検出信号を得る形式に係るものの
第２図で、図示の交流型ｇ１から整流回路２及び平滑コ
ンデンサ３より直流電圧Ｅｄを得て、インバータ４に供
給するものである。

このインバータ４は、トランジスタＴ　Ｒ１〜ＴＲｓと
環流ダイオードＤ　Ｉ−Ｄ　ｓとから構成された１２０
’通電形のインバータであり、その交流出力電圧は直流
電圧Ｅｄの正電位側トランジスタＴ　Ｒｓ　”　Ｔ　Ｒ
ａの通流期間（電気角１２０’）がパルス幅変調を受け
てチョッパ動作することにより制御されるものとしてい
る。

また、トランジスタＴ　Ｒ４〜Ｔ　Ｒｅの共通エミッタ
端子と環流ダイオードＤ４〜ＤＢとの共通アノード端子
間に低抵抗Ｒ１が接続されているものである。

５は、ブラシレス直流モータ本体に係る同期モータであ
り、回転子５−１と電機子巻線５−２とから構成され、
この電機子巻線５−２に流れる３相の巻線電流は、前記
の低抵抗Ｒｚにも流れ、この低抵抗Ｒｚの電圧降下とし
て、モータ電流Ｉｔ。

（３相の巻線電流ＩＮを全波整流した電流）が検出でき
るものである。

同期モータ５の速度を制御するようにした制御回路は、
マイクロコンピュータ７、同期モータ５の回転子５−１
の磁極位置を検出する逆起電圧位置検出回路６、モータ
電流ＩＬ、を制御するチョッパ信号を作成する電流制御
部８、トランジスタＴ　Ｒ１〜ＴＲｓに対するペースド
ライバ９から構成されるものである。

前記のマイクロコンピュータ７は、ＣＰＵ７−１、ＲＯ
Ｍ７−２．ＲＡＭ７−３．タイマー７−４などから構成
され、それぞれアドレスバス、データバス及びコントロ
ールバス（図示せず）によって接続されるものである。

そして、前記のＲＯＭ７−２には、同期モータ５を駆動
するのに必要な各種処理プログラム、例えば速度制御処
理に係るものなどが記憶されている。

一方、マイクロコンピュータ７には、前記逆起電圧位置
検出回路６の出力である位置検出信号ａ。

ｂ、ｃが入力され、またペースドライバ９へのドライブ
信号１１が出力されるものとしている。

前記の逆起電圧位置検出回路６は、電機子巻線５−２の
端子電圧Ｖ＾、Ｖａ、Ｖｃより、フィルター回路とコン
パレータとを用いて、回転子位置に対応した位置検出信
号ａ、ｂ、Ｑを形成する回路である。

以上の構成をもつブラシレス直流モータに対して２本発
明に係る構成としたブラシレス直流モータの一実施例を
第１図、第３図及び第４図により以下説明する。

第１図は、逆起電圧位置検出回路１２に位置検出信号補
正回路１３を付加した回路を示す要部構成に係るもので
ある。

すなわち１本実施例に係るものは、第２図の構成におい
て、他の逆起電圧位置検出回路１２に。

位置検出信号補正手段に係る位置検出信号補正回路１３
を付加したものを備えるようにして、その全体を構成す
るようにしたものであり、他は同様である。

この第１図において、インバータ４の出力である端子電
圧Ｖ＾、Ｖａ、Ｖｃは逆起電圧位置検出回路１２に入力
され、それぞれ２つのコンデンサＣ６，ＣＯ，Ｃ１＃　
Ｃａｌ　Ｃ３，Ｃ番と２つの抵抗Ｒｅ。

Ｒ７，Ｒ２，Ｒａｗ　Ｒ４＃　Ｒ１１とから成るフィル
ター回路１８−３．１８−１．１８−２を通過しフィル
ター通過電圧ＶＡＦ、、ＶＢＦ、　ＶｃＦが作成される
ものである。

これら３相のフィルター通過電圧ＶＡＦ＃　ＶａＦｙＶ
ＣＦより、抵抗Ｒ１１，Ｒ９？　ＲｌＯ及びバッファ１
７を用いて、中性点電圧ＶＮを作成し、この中性点電圧
ＶＮと前記のフィルター通過電圧ＶＡＦ。

Ｖ　ＢＦ　、　Ｖ　ＯＦとを、それぞれコンパ１７−タ
ｃｐ−３゜ＣＰ−１，ＣＰ−２で比較し、位置検出信号
ａｈ。

ｂｈ、ａｈを作成する。

そして、前記のコンパレータＣＰ−１〜ＣＰ−３は、そ
れぞれ抵抗Ｒｔｔｅ　Ｒｌｚ、　Ｒ１δ、Ｒｔａｓ及び
ＲｌｆｉとＲｚｅを備えたヒステリシス特性を有したコ
ンパレータであり、兼ねて位置検出信号補正回路１３の
一部を成している。

しかして、この位置検出信号補正回路１３は、更に、抵
抗Ｒ１７とコンデンサＣ７とから成ってモータ電流ＩＬ
の検出用の低抵抗Ｒｔの電圧を平均化する電流平均化回
路１９と、電流増幅器１４と回転数に比例した電圧Ｖｒ
ｐｍを電流平均化電圧Ｖ　Ａ　Ｖから減算する減算器２
０と符号反転器１５及びアナログスイッチ１６−１〜１
６−３とから構成されたものである。

ここで、前記の減算器２０、符号反転器１５とは、互い
に符号の異なる、少なくとも一組の電流検出電圧を出力
する巻線電流検出回路に係るものであり、また、アナロ
グスイッチ１６−１〜１６−３は、各コンパレータの出
力によって前記符号の異なる電流検出電圧を切替えるアナログスイッチに係るものである。

すなわち、前記アナログスイッチ１６−１〜１６−３に
は、前記電流増幅器１４の出力ＶＡｖから回転数に比例
した電圧Ｖｒｐｍを減算した減算器２０の出力＋Ｖｔｔ
、と符号反転器１５の出力−Ｖ［Ｌとの２つの電圧が入
力され、これらの２つの電圧を切替えて前記ヒステリシ
ス特性を有したコンパレータＣＰ−１〜ＣＰ−３に伝え
るものである。

ただし、同図では、アナログスイッチ１６−１〜１６−
３の動作は各コンパレータの出力が１１ｉｇｈレベルの
ときに、減算器２０の出力＋ｖ！しがコンパレータＣＰ
−１〜ＣＰ−３側に伝えられるものでありＬｏｗレベル
のときはその逆としている。

次に、インバータ４の端子電圧Ｖａから位置検出信号ａ
ｈを作成する過程を例示として、第３図により、以下説
明する。

第３図は、既述のように、第１図の逆起電圧位置検出回
路１２の各部波形を示したもので、端子電圧ＶＢから、
三角波状のさきに述べたフィルター通過電圧Ｂｎｐが得
られる。

このフィルター通過電圧ＢＢＦは、コンパレータＣＰ−
１のマイナス入力端子に入力されることがら、中性点電
圧ＶＮと、減算器２０の出力＋Ｖｘｔ。

及び符号反転器１５の出カーＶｌムとより作成されたコ
ンパレータＣＰ−１のプラス端子入力電圧と比較されて
、補正された位置検出信号ａｈが得られるものである。

ここで、コンパレータＣＰ−１の第３図に示すとステリ
シス幅ΔＶＩＬは次式により与えられる。

更に、上式のＶｚｔ、（減算器２０の出力）は、モータ
電流検出用低抵抗Ｒ１と電流増幅器１４のゲインに、及
びモータ電流工しの平均値了Ｔと回転数に比例した電圧
Ｖ　ｒｐｍとにより次式として与えられる。

Ｖｒｔ、＝　Ｋ−Ｒｚ　・Ｉ　ｔ、　−Ｖｒｐｍ　　　
　　　−（２）この結果、モータ電流Ｉｔ、が増加する
と、このモータ電流Ｉｔ、に比例してヒステリシス幅Δ
ＶＩＬが増加する。

一方、ヒステリシス幅ΔＶｙｔ、の増加とともに、位置
検出信号は遅れ位置となり、補正位相量に係る遅れ角へ
〇は、フィルター通過電圧Ｖ８Ｆを三角波として、その
波高値を、第３図図示のＶＴＰとすれば、高さをＶｒｐ
ｙ底辺がπ／°２の直角三角形と底高さΔＶＩＬ／２ｔ％辺がΔθの同三角形との比較から
次式として得られるものである。

π Δθ＝□・ΔＶＩＬ４・ＶＴＰ２　　Ｒｚｚ＋Ｒｘｚ　　　　　　ＶＴＰ・・・・・・
・・・（３）以上のように、第１図で示した本実施例に係るものでは
、逆起電圧位置検出回路を構成するコンパレータにヒス
テリシス特性を持たせ、そのヒステリシス幅を、モータ
電流に応じて比例的に変え位置検出信号の位相を遅らせ
ることにより、モータ電流増加による従来の位置検出信
号の位相進み現象を防ぐようにしたものである。

次に、上記（３）式で与えられる遅れ角Δθとモータ電
流１１、との関連について、第４図の動作説明図により
説明する。同図は、上述の補正位置検出信号によりブラ
シレス直流モータを運転した場合に得られる電圧ベクト
ル図である。

補正位置検出信号の位相と等しい巻線電流ＩＮの位相を
モータ誘起電圧Ｅｏ上に選ぶとすると。

印加電圧Ｖと前記誘起電圧Ｅｏどの位相差δは、次のよ
うに与えられる。

Ｅｏ＋ｒＩｓそして、巻線抵抗分子を無視して、ｔａｎ　θ＝θとい
う近似を行えば、次式が得られる。

δ＝−・工に　　　　　　　　　　　・・・（５）ＫＥここに、ＫＥはモータ発電定数、Ｌは巻線インダクタン
スであり、（５）式で与えられる負荷角δと、（３）式
で与えられる遅れ角Δ０とが等しい関係となるように、
位置検出信号補正回路の各定数を決定すれば、逆に第４
図の電圧ベクトル図が得られるようにブラシレス直流モ
ータを運転できるものである。

以上示した実施例では、増加するモータ電流ＩＬととも
に遅れ角Δ０が増大するため、巻線電流ＩＮは、モータ
誘起電圧Ｅｏの位相と同相もしくは、その近傍に常に存
在することになる。

また、以上の実施例では、巻線電流ＩＮの３相余波整流
した電流をモータ電流ＩＬとして説明したが１巻線電流
を直接、検出するようにしてもよいものである。

上述したところにより、従来の逆起電圧位置検出回路の
位置検出信号が１巻線電流増加と共に適位相となり、モ
ータ誘起電圧Ｅｏの位相からのずれが大きくなって効率
低下をもたらし、また極端な場合、位置検出不能となっ
てモータが停止していたのに対し１本発明に係る実施例
によれば巻線電流に係る量を用いて上記の位置検出信号
に補正を加えることにより１巻線電流によってその位置
検出信号の位相が変化しないようにしたことから。

上述のモータ停止現象が無くなり、このことから、巻線
電流の増大化、言い換えればブラシレス直流モータとし
て運転可能な負荷範囲の拡大が図れる効果を有するもの
である。

更には、補正後、位置検出信号の位相をモータ誘起電圧
位相に合わせることが可能なため１等しい巻線電流に対
しては、出力トルクの増大が図れ、また等しいトルクに
対しては、巻線電流は少なくてよく、効率の向上が図れ
る効果を有するものである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来の逆起電圧位置検出回路のもつ欠
点を無くシ、負荷増大による位置検出信号の位相変化を
防止して、高効率を図るとともに位置検出不能となって
モータが停止することの無い位置検出手段を備えたブラ
シレス直流モータを提供することができるものであって
、優れた効果を奏する発明ということができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の一実施例に係るブラシレス直流モー
タにおける制御回路の要部構成図、第２図は、一般例示
のブラシレス直流モータの構成図、第３図は、第１図に
示すものの各部波形図、第４図は、同じく動作説明図、
第５図は、従来の逆起電圧位置検出によりブラシレス直
流モータを逆転した場合の電圧ベクトル図である。１・・・交流電源、２・・・整流回路、３・・・平滑コ
ンデンサ、４・・・インバータ、５・・・同期モータ、
６，１２・・・逆起電圧位置検出回路、７・・・マイク
ロコンピュータ、７−１・・・ＣＰＵ、７−２・・・Ｒ
ＯＭ、７−３・・・ＲＡＭ、７−４・・・タイマー、９
・・・ペースドライバー、１０・・・チョッパー信号、
１１・・・ドライブ信号、１３・・・位置検出信号補正
回路、１４・・・電流増幅器、１５・・・符号反転器、
　１６−１〜１６−３・・・アナログスイッチ、１７・
・・バッファ、１８−１〜１８−６・・・フィルタ回路
、１９・・・電流平均化回路。２０・・・減算器、ＣＰ−１〜ＣＰ−７・・・コンパレ
ータ、ＴＲｓ〜Ｔ　Ｒｅ・・・トランジスタ、Ｄｔ〜Ｄ
６・・・還流ダイオード、Ｒ１・・・低抵抗、Ｒ２−Ｒ
１７・・・抵抗、０１〜Ｃ７・・・コンデンサ、ＥＯ・
・・モータ誘起電圧。 ■・・・印加電圧、ｒＩＭ・・・抵抗降下電圧、ＸＩＭ
・・・リアクタンス降下電圧、ＰＳ・・・位置検出信号
位相、Ｉｓ・・・巻線電流、γ・・・制御進み角、Ｅｄ
・・・直流電圧、Ｉｉ、・・・モータ電流％　ａＴ　ｂ
ＨＣ・・・位置検出信号、ａｈ、ｂｈ、ｃｈ・・・補正
された位置検出信号、Δｔ・・・位相補正量、■＾〜Ｖ
ｃ・・・端子電圧、ＶＡＦＩＶ　ＢＦ　、　Ｖ　ＯＦ・
・・フィルタ通過電圧、ＶＮ・・・中性点電圧、＋Ｖｒ
Ｌ・・・減算器の出力、　ＶｒＬ・・・符号反転器の出
力、ΔＶＩＬ・・・ヒステリシス幅、ＫＥ・・・モータ
発電定数、Ｌ・・・巻線インダクタンス、δ・・・負荷
角。 Δθ・・・遅れ角。茎　２１！１２　　　　　　　　　　　　　　　　　　４イシパーり
７７４７０コシヒ一一タ第　３　　日門４θ Ｖ−４回１！：５　　　旧

Claims

【特許請求の範囲】

１、モータ端子電圧からフイルターとコンパレータとを
用いて位置検出信号を得る形式のブラシレス直流モータ
において、モータに流れる電流量により補正位相量を作
成する位置検出信号補正手段を備え、該位置検出信号補
正手段が、上記位置検出信号の位相を前記モータに流れ
る電流の量に応じて前記補正位相量変化させるようにし
たことを特徴とするブラシレス直流モータ。