KR101203088B1

KR101203088B1 - 정지 위치 검출 장치

Info

Publication number: KR101203088B1
Application number: KR1020060059176A
Authority: KR
Inventors: 사토시 나루미; 마사하루 호아시; 토시야 스즈키; 다이스케 스에쓰구; 히카루 나카무라
Original assignee: 르네사스 일렉트로닉스 가부시키가이샤
Priority date: 2005-06-29
Filing date: 2006-06-29
Publication date: 2012-11-20
Also published as: CN1905352A; KR20070001838A; US7176677B2; JP2007014074A; JP4684763B2; CN1905352B; US20070001669A1; TW200711286A; US20070110410A1

Abstract

회전자의 위치를 보다 적절하게 검출가능한 정지 위치 검출 장치 및 모터 구동회로를 실현한다. 정지 위치 검출 장치에 의해, 모터의 각상 부하에 교번전류를 흐르게 하고, 제1방향에 전류가 흐른 시간과 제1방향과는 역방향의 제2방향에 전류가 흐른 시간을 전기신호로 변환?증폭하고, 그 전기신호의 값에 의해, 정지시에 있어서의 모터 회전자의 위치를 판정한다. 교번전류를 사용하므로, 킥백 전압을 사용할 경우와 달리, 교번 회수를 늘려서 전기신호를 증폭시켜, 검출의 정밀도를 높일 수 있다. 또한 교번 회수를 늘리면, 교번전류의 값을 늘리지 않고 전기신호를 증폭시킬 수 있으므로, 킥백 전압을 사용하는 경우와 달리, 큰 값의 교번전류를 흐르게 할 필요는 없다. 그 결과, 교번전류를 작은 값으로 할 수 있고, 진동 발생을 억제할 수 있다.

회전자, 정지 위치 검출 장치, 교번전류, 전기신호, 진동 발생

Description

정지 위치 검출 장치{STATIONARY POSITION DETECTION APPARATUS}

도 1은 실시예 1에 따른 모터 구동회로와 모터를 도시한 도면,

도 2는 본 발명의 원리를 도시한 도면,

도 3은 실시예 1에 따른 정지 위치 검출 장치의 상세구성을 도시한 도면,

도 4는 정지 위치 검출 장치 내의 전류량 검출기의 상세구성을 도시한 도면,

도 5는 정지 위치 검출 장치 내의 시간 계측기, 시간차분 증폭기 및 로터 위치 판정기의 상세구성을 도시한 도면,

도 6는 시동시의 킥전에, 정지 위치 검출 장치가 정지시에 있어서의 회전자의 위치를 검출할 때의 타이밍 차트,

도 7은 U-V상 사이의 교번전류 발생기 사이의 일부를 확대한 타이밍 차트,

도 8은 저항과 인덕턴스를 가지는 부하에 직류전압을 주었을 때의, 기간 TA에 있어서의 과도현상을 나타내기 위한 회로도,

도 9는 기간 TB에 있어서의 과도현상을 나타내기 위한 회로도,

도 10은 인버터 회로의 동작을 도시한 도면,

도 11은 인버터 회로의 동작을 도시한 도면,

도 12는 인버터 회로의 동작을 도시한 도면,

도 13은 인버터 회로의 동작을 도시한 도면,

도 14는 각 상간에서 교번전류 발생 및 회전자 위치 판정가 행해진 결과와, 회전자의 위치와의 대응관계를 설명하는 도면,

도 15는 각 상간에서 교번전류 발생 및 회전자 위치 판정이 행해진 결과와, 회전자의 위치와의 대응관계를 설명하는 도면,

도 16는 실시예 2에 따른 정지 위치 검출 장치를 도시한 도면,

도 17은 실시예 3에 따른 정지 위치 검출 장치를 도시한 도면이다.

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]

1 : 모터 2 : 인버터 회로

3 : 출력 트랜지스터 제어회로 4 : 정지 위치 검출 장치

40 : 전류량 검출기 41 : 시간 계측기

42 : 시간차분 증폭기 43 : 로터 위치 판정기.

[기술분야]

본 발명은, 모터 회전자의 위치 검출이 가능한 정지 위치 검출 장치 및 홀 센서리스의 모터 구동회로에 관한 것이다.

[배경기술]

소형 3상DC 브러시리스 모터 등의, 회전자를 가지는 모터를 구동하는 데 있어서, 모터 구동회로는, 시동시의 킥을 행할 필요가 있다. 이때 회전자의 위치를 적절히 검출할 수 없으면, 적절한 시동을 행할 수 없다.

회전자의 위치를 검출하기 위해서는, 홀(Hall) 소자로 구성되는 홀 센서를 모터의 회전자 부근에 설치하면 된다. 그러나, 홀 센서를 사용하면 비용상승 및 대형화에 이어진다. 따라서, 현재는 홀 센서를 사용하지 않는, 소위 홀 센서리스의 모터가 정력적으로 개발되고 있다.

홀 센서리스 모터의 경우, 모터 정지 상태에서는 유기 전압(역기 전압)이 발생하지 않기 때문에, 회전자의 위치 검출을 할 수 없다. 그 때문에 예를 들면 하기 특허문헌 1 내지 3에 기재된 기술과 같이, 정지 위치 검출 장치에 의해 턴오프 시의 킥백 시간의 장단을 검출하고, 모터 정지시의 회전자의 위치를 검출하는 방법이 개발되고 있다.

또한, 그 외에도 본원에 관련된 특허문헌으로서, 하기 특허문헌 4가 있다.

[특허문헌 1] 일본국 공개특허공보 특개 2002-345286호 공보

[특허문헌 2] 일본국 공개특허공보 특개2002-335691호 공보

[특허문헌 3] 일본국 공개특허공보 특개2002-315385호 공보

[특허문헌 4] 일본국 공개특허공보 특개2003-47280호 공보

[발명의 개시]

상기 특허문헌 1 내지 3에 기재된 정지 위치 검출 장치와 같이, 턴오프 시의 킥백 전압을 측정하면, 모터 정지시의 회전자의 위치에 따라 생기는 미소한 인덕턴스 차이에 의해 킥백 전압의 값이 다르기 때문에, 킥백 시간의 장단점을 검출함으로써 모터 정지시의 회전자의 위치를 검출하는 것이 가능하다.

그러나, 킥백 전압을 사용한 검출 방법에서는, 회전자 위치의 차이에 근거하는 미소한 인덕턴스 차이를 검출하기 위해, 큰 값의 킥백 전류(예를 들면 1 [A]정도)를 흐르게 하여 큰 킥백 전압을 발생시키지 않으면 안 되었다. 킥백 시간의 장단점의 구별을 충분히 인식할 수 있도록 하기 위해서는, 킥백 전압이 크지 않으면 안되기 때문이다. 킥백 전류가 크면, 진동 발생의 원인이 된다.

또한 킥백 전압을 사용한 검출 방법에서는, 킥백이 생기고 있는 약간의 기간만 인덕턴스 차이를 나타내는 정보를 얻을 수 있기 때문에, 정보의 검출이 불충분할 경우도 있었다.

본 발명은 상기의 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 회전자의 위치를 보다 적절하게 검출가능한 정지 위치 검출 장치 및 모터 구동회로를 실현한다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

본 발명은, 회전자와 적어도 1상분의 부하를 포함하는 모터의, 정지시에 있어서의 상기 회전자의 위치를 검출하는 정지 위치 검출 장치이며, 전류량 검출기와, 시간 계측기와, 시간차분 증폭기와, 위치 판정기를 구비하고, 상기 전류량 검출기는, 상기 모터를 구동하는 인버터 회로를 제어하는 제어회로를 통해, 제1방향 및 상기 제1방향과는 반대의 제2방향으로 번갈아 흐르는 교번전류를, 상기 부하에 흐르게 하며, 또한, 상기 제1방향에 흐르는 상기 교번전류가 값 α에 달한 것을 검출하여, 상기 값 α의 검출후는, 상기 제어회로를 통해 상기 교번전류를 점점 감소시켜 상기 제2 방향으로 흐르게 하고, 또한, 상기 제2방향에 흐르는 상기 교번전류가 상기 값 α의 양음 반전한 값 β에 달한 것을 검출하여, 상기 값 β의 검출후는, 상기 제어회로를 통해 상기 교번전류를 점점 감소시켜, 재차, 상기 제1방향에 흐르게 하고, 또한, 이후도 소정의 회수, 상기 값 α 및 β의 검출과 상기 제어회로를 통한 상기 교번전류의 제어를 행하며, 상기 시간 계측기는, 상기 교번전류가 상기 값 α에서 상기 값 β로 변동할때 까지의 제1시간 및 상기 교번전류가 상기 값 β에서 상기 값 α로 변동할때 까지의 제2시간을 계측하고, 상기 시간차분 증폭기는, 계측된 상기 제1 및 제2시간을 전기신호로 변환하고, 상기 제1 및 제2시간이 상기 소정의 회수분 누적하는 것에 대응하여 상기 전기신호를 증폭하고, 상기 위치 판정기는, 상기 전기신호의 값에 따라, 정지시에 있어서의 상기 회전자의 위치를 판정하는 정지 위치 검출 장치 및 그 정지 위치 검출 장치를 포함하는 모터 구동회로이다.

[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]

<실시예 1>

본 실시예는, 모터의 부하에 교번전류를 흘려보내고, 제1방향에 전류가 흐른 시간과 제1방향과는 역방향의 제2방향에 전류가 흐른 시간을 전기신호로 변환?증폭하여, 그 전기신호의 값에 의해, 정지시에 있어서의 모터 회전자의 위치를 판정하는 정지 위치 검출 장치 및 모터 구동회로이다.

도 1은, 본 실시예에 따른 모터 구동회로와 모터를 도시한 도면이다. 도 1에 나타나 있는 바와 같이, 모터(1)는 예를 들면 3상 DC 브러시리스 홀 센서리스 모터이며, 영구자석인 회전자(10) 및 계자철심에 전기자 코일이 감겨진 3상분의 부하로 구성되는 고정자(11)를 구비한다. 고정자(11)의 부하는, U, V, W의 각상에 존재하고, 각상 부하는 중점(CT)에 결합되어 있다.

또한 모터 구동회로는, 모터(1)를 출력 신호(2a)에 의해 구동하는 인버터 회로(2), 인버터 회로(2)를 신호(3a)에 의해 제어하는 출력 트랜지스터 제어회로(3), 정지시에 있어서의 회전자(10)의 위치를 검출하는 정지 위치 검출 장치(4), 동작시에 있어서의 회전자(10)의 위치를 검출하는 위치 검출 콤퍼레이터(5), 위치 검출 콤퍼레이터(5)의 출력 신호(5a)의 일부에 마스크 처리를 실시하는 위치 검출 마스크 회로(6), 위치 검출 마스크 회로(6)의 출력 신호(6a)를 받아서 구동연산을 행하는 센서리스 구동 연산회로(7) 및 센서리스 구동 연산회로(7)로부터의 출력 신호(7a) 또는 정지 위치 검출 장치(4)로부터의 출력 신호(4a) 중 어느 하나를 출력 신호(8a)로서 출력 트랜지스터 제어회로(3)에 부여하는 신호 선택 회로(8)를 구비한다. 또한, 모터 정지시는 정지 위치 검출 장치(4)가 기능하고, 모터 회전시는 센서리스 구동 연산회로(7)가 기능한다. 양자 간의 신호(4b)는, 양쪽 회로에 있어서의 동작의 쉐이크 핸드 신호이다.

인버터 회로(2)는, 트랜지스터 Q1～Q6를 구비한 3상 인버터 회로이며, 트랜지스터 Q1, Q2의 직렬 접속체가 제1의 암을, 트랜지스터 Q3, Q4의 직렬 접속체가 제2의 암을, 트랜지스터 Q5, Q6의 직렬 접속체가 제3의 암을, 각각 구성하고 있다. 트랜지스터 Q1, Q2의 접속점이 U상 부하에 접속되고, 트랜지스터 Q3, Q4의 접속점이 V상 부하에 접속되며, 트랜지스터 Q5, Q6의 접속점이 W상 부하에 접속되어 있다. 각암의 일단에는 전원전압 VCC이 주어지고, 각암의 타단에는 전류량 검출용의 저항(21)을 통해 접지 전압 GND이 주어지고 있다.

도 2는, 본 발명의 원리를 도시한 도면이다. 여기에서는 예로서, 고정자(11)의 U상 부하와 V상 부하 사이에 교번전류를 흘려보내고, U상 부하로부터 Ⅴ상 부하로의 방향을 양으로, 역방향을 음으로 한다. 또한 U상 부하 및 V상 부하를 한데 모은 것을 부하(11a)로 하고, 부하(11a)에 회전자(10)가 부여하는 자력선의 영향을 모의적으로 자석(10a)으로 나타낸다.

부하(11a)에는, 모터의 회전 동작시에 정?역방향에 전류가 흐른다. 부하(11a)의 저항 R의 값은, 회전자(10)의 물리적 위치 및 부하(11a)에 흐르는 전류의 방향에 의하지 않고 일정하지만, 부하(11a)의 인덕턴스 L의 값은, 회전자(10)의 물리적 위치에 의해 또는 부하(11a)에 흐르는 전류의 방향에 의해 변화된다. 자석(10a)의 자력선 강도 및 부하(11a)에 전류가 흘러서 발생하는 자력선의 강도가, 부하(11a)의 인덕턴스 L의 값에 영향을 주기 때문이다.

여기에서, 부하(11a)의 인덕턴스 L의 값은, 모터의 회전 동작시 뿐만아니라, 회전자(10)의 정지시에 있어서도, 회전자(10)의 정지시의 물리적 위치 및 부 하(11a)에 흐르는 전류의 방향에 의해 변화된다. 그리고, 부하(11a)의 인덕턴스 L 값의 대소는, 회전자(10)의 물리적 위치 및 부하(11a)에 흐르는 전류의 방향에 대응하고 있다.

즉, 상기 대응관계를 미리 정의해 두면, 부하(11a)의 인덕턴스 L의 값을 검출함으로써, 회전자(10)의 물리적 위치를 알 수 있다. 이것은, 후술의 도 14 및 도 15를 사용하여 설명한다. 본 원에서는, 시동시의 킥전에, 정지 위치 검출 장치(4)에 의해, 정지시에 있어서의 회전자(10)의 위치를 검출한다.

도 3은, 본 실시예에 따른 정지 위치 검출 장치(4)의 상세구성을 도시한 도면이다. 도 3에 나타나 있는 바와 같이 이 정지 위치 검출 장치(4)는, 전류량 검출기(40)와, 시간 계측기(41)와, 시간차분 증폭기(42)와, 로터 위치 판정기(43)를 구비한다.

전류량 검출기(40)는, 인버터 회로(2)안의 저항(21)에 발생하는 전압을 신호(2b)로서 받고, 그것에 의거하여 검출 신호(40a)를 생성한다. 시간 계측기(41)는, 검출 신호(40a)에 의거하여 교번전류가 고정자(11)의 각상 부하에서 제1방향에 흐른 시간과, 교번전류가 제1방향과는 역방향의 제2방향에 고정자(11)의 각상 부하에서 흐른 시간을 계측하여, 전류신호인 신호 S4로서 출력한다.

또한 시간차분 증폭기(42)는, 전류신호인 신호 S4를 전압신호 S3로 변환하고, 고정자(11)의 각상 부하에서 제1 및 제2방향에 교번전류가 흐른 시간이 교번전류의 교번 회수분 누적하는 것에 대응해서 전압신호 S3을 증폭하여 출력한다. 그리고, 로터 위치 판정기(43)는, 전압신호 S3의 값에 따라, 정지시에 있어서의 회전 자의 위치를 판정한다.

도 4는, 전류량 검출기(40)의 상세구성을 도시한 도면이다. 전류량 검출기(40)는, 전원(400)과, 비교기(401)와, AND게이트 회로(402)와, D-플립플롭(403)과, 마스크 신호발생회로(404)를 포함한다. 비교기(401)는, 교번전류에 의해 발생하는 인버터 회로(2)안의 저항(21)에 있어서의 전압강하 Vr를, 전원(400)을 생성하는 소정의 전압 V1과 비교하여, 전압강하 Vr가 전압 V1보다 클 경우에 그 출력을 활성화시킨다.

AND게이트 회로(402)는, 마스크 신호 생성회로(404)로부터 출력되는 마스크 신호(6b)와, 비교기(401)의 출력과의 논리곱을 연산하여, 신호 Sr로서 출력한다. D-플립플롭(403)은, 그 출력 Q을 검출 신호(40a)로서 출력한다. 또한 반전 출력/Q는 출력 Q의 반전 신호이며, D-플립플롭(403)의 입력 D에 부여된다. 신호 Sr는, D-플립플롭(403)의 클록 입력 T에 부여된다. 마스크 신호 생성회로(404)는, 마스크 신호(6b)를 생성한다.

도 5는, 정지 위치 검출 장치(4)안의 시간 계측기(41), 시간차분 증폭기(42) 및 로터 위치 판정기(43)의 상세구성을 도시한 도면이다. 시간 계측기(41)는, 전류원(410)과, 검출 신호(40a)의 논리값이 Low일 때 전류원(410)으로부터의 전류 I1를 선택적으로 출력하는 제1스위치(411)와, 검출 신호(40a)의 논리값이 Hi일 때 전류원(410)으로부터의 전류 I1를 선택적으로 출력하는 제2스위치(412)를 포함한다. 제1스위치(411)로부터의 출력은, 신호 S4의 일부를 구성하는 신호 S4a가 되고, 제2스위치(412)로부터의 출력은, 신호 S4의 다른 일부를 구성하는 신호 S4b가 된다.

시간차분 증폭기(42)는, 제1스위치(411)의 출력에 의해 충전을 행하는 소정의 용량값의 제1콘덴서(423)와, 제2스위치(412)의 출력에 의해 충전을 행하는 제1콘덴서(423)와 같은 용량값의 제2콘덴서(421)를 포함한다. 제1콘덴서(423)의 일단은 제1스위치(411)에 접속되고, 타단에는 접지전위 GND가 부여된다. 제2콘덴서(421)의 일단은 제2스위치(412)에 접속되어, 타단에는 접지전위 GND가 부여된다. 제1콘덴서(423)의 일단에 있어서의 전위는 전압신호 S3의 일부를 구성하는 신호 S3a가 되고, 제2콘덴서(421)의 일단에 있어서의 전위는 전압신호 S3의 다른 일부를 구성하는 신호 S3b가 된다.

또한 시간차분 증폭기(42)는, 리셋트 신호 S2의 활성화시에 제1콘덴서(423)의 일단에 접지전위 GND를 부여하여 제1콘덴서(423)를 방전시키는 트랜지스터(422)와, 리셋트 신호 S2의 활성화시에 제2콘덴서(421)의 일단에 접지전위 GND를 부여하여 제2콘덴서(421)를 방전시키는 트랜지스터(420)도 포함한다.

그리고, 로터 위치 판정기(43)는, 전압신호 S3의 다른 일부의 신호 S3b 및 일부의 신호 S3a를 양음 입력단에 각각 부여하고, 출력하는 논리값을, 정지시에 있어서의 회전자의 위치의 판정 신호(4a)로서 기능하도록 하는 비교기(430)를 포함한다.

다음에 본 실시예에 따른 정지 위치 검출 장치(4)의 동작에 관하여 설명한다. 도 6는, 시동시에 킥전에, 정지 위치 검출 장치(4)가 정지시에 있어서의 회전자(10)의 위치를 검출할 때의 타이밍 차트이다.

도 6에 나타나 있는 바와 같이 본 발명에서는 킥 위치 결정 전에, U-V상 사 이, V-W상 사이, W-U상 사이의 각각에, 교번전류를 흘려보낸다. 즉, 기간 Tu1에 있어서, 회전자(10)의 위치 검출을 위해 U-V상 사이에 교번전류를 흐르게 하고, 그 후의 기간 Tu2에 있어서, U-V상 사이에서의 검출 결과의 정보가 출력 트랜지스터 제어회로(3)에 기억된다. 또한, U상 전류와 Ⅴ상 전류가 상보적인 파형이 되고 있는 것은, U상 부하(또는 V상 부하)에 들어가는 전류를 +로 하고, U상 부하(또는 V상 부하)로부터 유출하는 전류를 -로 하고 있기 때문이다.

마찬가지로, 기간 Tv1에 있어서 V-W상 사이에 교번전류를 흐르게 하고, 그 후의 기간 Tv2에 있어서 V-W상 사이에서의 검출 결과의 정보가 출력 트랜지스터 제어회로(3)에 기억된다. 또한 기간 Tw1에 있어서 W-U상 사이에 교번전류를 흐르게 하고, 그 후의 기간 Tw2에 있어서 W-U상 사이에서의 검출 결과의 정보가 출력 트랜지스터 제어회로(3)에 기억된다.

도 7은, 도 6에 있어서의 U-V상 사이의 교번전류 발생기간의 일부 U1를 확대한 타이밍 차트이다. 본 발명에 따른 모터 구동회로에 있어서는, 회전자(10)의 자계에 의해 영향을 받는, 고정자(11)의 각상 부하에 흐르는 전류의 과도응답의 시간을 계측함으로써, 인덕턴스의 값의 대소를 판정하고, 그 결과에 의거하여 회전자(10)의 물리적 위치를 판정한다.

도 7의 기간 TA에 나타나 있는 바와 같이, 우선 정지 위치 검출 장치(4)는, 인버터 회로(2)를 제어하는 출력 트랜지스터 제어회로(3)를 통해, U상에서 V상을 향하는 제1방향에 흐르는 전류를 발생시키고, 값 α(예를 들면 절대값 0.1 [A])에 달할때 까지 증가시킨다. 그리고, U상에서 V상을 향하는 제1방향의 전류가 값 α에 달하면, 다음에 정지 위치 검출 장치(4)는, 출력 트랜지스터 제어회로(3)를 통해, 도 7의 기간 TB에 나타나 있는 바와 같이, 그 전류값을 감소시켜서 0 [A]까지 되돌리고, 이번은 제1방향과는 반대의 V상에서 U상을 향하는 제2방향에 흐르는 전류를 발생시켜, 값 α의 양음 반전한 값 β(즉, 값 α와 마찬가지로 예를 들면 절대값 0.1 [A])에 달할때 까지 증가시킨다.

그리고, V상에서 U상을 향하는 제2방향의 전류가 값 β에 달하면, 다음에 정지 위치 검출 장치(4)는, 출력 트랜지스터 제어회로(3)를 통해, 도 7의 기간 TC에 나타나 있는 바와 같이, 다시 그 전류값를 감소시켜서 0 [A]까지 되돌리고, 재차, U상에서 V으로의 제1방향에 흐르는 전류를 발생시켜, 값 α에 달할때 까지 증가시킨다. 이후도, 정지 위치 검출 장치(4)는, 출력 트랜지스터 제어회로(3)를 통해, 교번전류의 교번 회수분, 값 α 및 β 사이를 왕래하는 교번전류를 발생시킨다.

여기에서, 기간 TA～TC의 각각에 대해서, 도 2의 부하(11a)를 모델로 한 회로 방정식을 세운다. 우선, 도 8은, 저항 R과 인덕턴스 L를 가지는 부하(11a)에 직류전압 E를 부여했을 때의, 기간 TA에 있어서의 과도현상을 나타내기 위한 회로도이다. 도 8의 회로도에 있어서는, 부하(11a)에 흐르는 전류의 초기값을 io로 하고 있다.

이 회로도에서, 시간 t에 의해 변동하는 전류 i(t)는,

[수 1]

로 나타낸다. 도 7에 나타나 있는 바와 같이 기간 TA의 초두에서는 전류가 흐르고 있지 않으므로, 수 1 중 제2항은 0으로 생각할 수 있다. 즉, 기간 TA에 있어서의 전류 i(t)는,

[수 2]

로 나타낸다. 따라서, 수 2를 변형하면,

[수 3]

이 되고, 시간 t의 식이 된다.

다음에 기간 TB에 있어서의 과도현상을 생각한다. 도 9은 그를 위해 회로도이다. 기간 TB의 초두에서는 초기값으로서 값 α의 전류가 흐르고 있으므로, 도 9에서는, 도 8의 io와 같은 방향에 전류 α가 나타나고 있다. 한편, 기간 TB의 종단에서는, 값 α의 양음 반전한 값 β이 흐르므로, 도 9에서는, 전류 α와는 역방향의 전류 β도 나타나고 있다. 또한 인버터 회로(2)의 제어에 의해, 기간 TA의 경우와는 역방향의 전압이 부하(11a)에 부가되므로, 도 9의 직류전압 E의 방향은, 도 8의 직류전압 E의 방향과 반대가 되고 있다.

이 회로도에서, 수 1을 근거로 값 β의 전류가 흐르는 시점에서의 방정식을 생각하면,

[수 4]

이 된다. 이 수 4를 변형하면,

[수 5]

를 얻을 수 있다. 이 수 5를 변형하면,

[수 6]

이 되고, 시간 t의 식이 된다. 도 7에 있어서 기간 TB은 검출 신호(40a)의 시간 t1으로 나타내고 있기 때문에, 시간 t 대신에 t1을 채용하고, 또한 기간 TB에 있어서의 부하(11a)의 인덕턴스를 L1로 하면, 수 6은,

[수 7]

로 나타낼 수 있다.

다음에 기간 TC에 있어서의 과도현상을 생각한다. 이 경우에는, 도 7에서 알 수 있는 바와 같이, 초기값이 값 β이고 종단값이 값 α인 것만이 다르고, 그 밖의 점은 기간 TB의 경우와 같으므로, 도 9 및 수 6에 있어서, 기간 TB의 경우의 값 α 및 β을 바꿔 넣어 생각할 수 있다. 따라서, 기간 TC에 있어서의 회로 방정식은,

[수 8]

이 된다. 도 7에 있어서 기간 TC은 검출 신호(40a)의 시간 t2로 나타내고 있으므로, 시간 t 대신에 t2를 채용하고, 또한 기간 TC에 있어서의 부하(11a)의 인덕턴스를 L2로 하면, 수 8은,

[수 9]

로 나타낸다.

수 7과 수 9를 비교하면, α와 β의 절대값이 동일하면, 시간 t1 및 t2의 비교는,

[수 10]

으로 나타낼 수 있다.

수 10에서 알 수 있는 바와 같이, 인덕턴스 L1 및 L2의 비는, 교번전류가 값 α에서 값 β로 변동할 때까지의 시간 t1 및 교번전류가 값 β에서 값 α로 변동할 때까지의 시간 t2의 비에 일치하고 있다. 따라서, 시간 t1 및 t2을 계측하여, 그 대소관계를 특정하면, U -V상 사이의 부하(11a)와 회전자(10)의 위치와의 관계를 기술할 수 있다.

또한, 도 10～도 13은, 기간 TA 내지 TC에 있어서의, 인버터 회로(2)의 동작을 나타내는 도면이다. 도 10은, 교번전류가 U상에서 V상으로의 제1방향에 더욱 흘러 갈 경우(도 7의 기간 TA 및 기간 TC 중 전류값이 0 [A]보다도 큰 부분)를 나타내고 있다. 이 경우, 인버터 회로(2)안의 트랜지스터 Q1 및 Q4가 온 하고, 다른 트랜지스터는 오프 상태이다.

도 11은, 제1방향에 흐르고 있었던 교번전류가 쇠퇴해 갈 경우(도 7의 기간 TB 중 전류값이 0 [A]보다도 큰 부분)를 나타내고 있다. 이 경우, 인버터 회로(2)안의 트랜지스터 Q2 및 Q3이 온 하고, 다른 트랜지스터는 오프 상태이다. 도 12는, 교번전류가 V상에서 U상으로의 제2방향으로 더욱 흘러 갈 경우(도 7의 기간 TB 중 전류값이 0 [A]보다도 작은 부분)를 나타내고 있다. 이 경우, 인버터 회로(2)안의 트랜지스터 Q2 및 Q3이 온 하고, 다른 트랜지스터는 오프 상태이다. 도 13은, 제2방향에 흐르고 있었던 교번전류가 쇠퇴해 갈 경우(도 7의 기간 TC 중 전류값이 0 [A]보다도 작은 부분)를 나타내고 있다. 이 경우, 인버터 회로(2)안의 트랜지스터 Q1 및 Q4가 온 하고, 다른 트랜지스터는 오프 상태이다.

이러한 교번전류의 발생과 회전자(10)의 위치 판정을 행할 때의 각 회로의 동작에 대하여, 이하에 설명한다. 우선, 도 4의 전류량 검출기(40)안의 전원(400) 에 의해 생성하는 전압 V1의 값을, 인버터 회로(2)안의 저항(21)에서의 전압강하 Vr의 TB, TC등의 각 기간에 있어서의 최대값보다도 약간 낮은 값으로 설정해 둔다.

저항(21)에서의 전압강하 Vr의 값은, 기간 TB의 당초에 있어서 전류 α와 저항(21)의 저항값과의 곱이다. 기간 TB의 경과에 따라 전류값은 저하해 가므로, 전압강하 Vr의 값도 그에 따라 전류값과 동일한 파형으로 저하한다.

그러나, 전류값 저하 국면에 있어서는, 전압강하 Vr에 스파이크 SP1가 나타난다. 트랜지스터 Q2 및 Q3에 전원Vcc으로부터 접지전위 GND를 향하는 방향과는 반대 방향의 전류(도 11의 파선 화살표)가 흐르고 있으며, 그것들의 드레인 소스간에 역 바이어스 방향의 전압이 걸려 있다. 이에 따라 전류가 제1방향에서 제2방향으로 전환되는 부근(도 11에서 도 12로 전환하는 부근)에 있어서는, 전원 Vcc으로부터 접지전위 GND를 향하는 방향의 전류(도 12의 실선 화살표)에 더해서, 드레인 소스간 용량에 축적된 전하도 급격하게 저항(21)을 통해 흐르게 된다. 전압강하 Vr에 스파이크 SP1가 나타나는 것은, 상기의 이유 때문이다.

마스크 신호(6b)는, 이러한 스파이크 SP1를 검출하지 않도록 마스크 하기 위한 신호이며, 전류가 값 α 또는 β에 달한 시점부터 일정 기간(예를 들면 2μsec), 마스크 신호 생성회로(404)로부터 출력된다. 마스크 신호 생성회로(404)에 있어서는, 신호(3a)를 검출하여 각 트랜지스터 Q1～Q6의 온?오프 전환시를 검출하고, 전환시부터 일정 기간, 마스크 신호(6b)를 출력한다. 마스크 신호(6b)는, 도 7에 나타내는 바와 같ㅇ이 Low액티브의 신호이다. AND 게이트 회로(402)는, 마스크 기간 중에 있어서는, 마스크 신호(6b)가 Low이기 때문에 비교기(401)의 출력 여 하에 관계없이, Low를 계속해서 출력한다.

제1방향에 흐르고 있었던 교번전류가 쇠퇴하고, 한편, 교번전류가 제2방향에 더욱 흘러 가면, 저항(21)에서의 전압강하 Vr의 값은, 기간 TB의 후반에 있어서 전류 β와 저항(21)의 저항값과의 곱의 값에 가까와진다. 따라서, 전압강하 Vr의 값도 그것에 따라 전류값과 마찬가지의 파형으로 증대한다.

그리고, 전압강하 Vr의 값이 전원(400)에 의해 생성하는 전압 V1의 값보다도 커졌을 때, 비교기(401)는 그 출력을 Hi로 활성화시킨다. 이 시점에 있어서는, 마스크 신호(6b)는 마스크 기간후이기 때문에 Hi가 되고 있다. 따라서, AND게이트 회로(402)는, 비교기(401)의 출력의 활성화를 신호 Sr로서 출력한다. 도 7에 있어서, 신호 Sr가 펄스모양으로 발생하고 있는 것은 이 때문이다.

그리고, 기간 TC의 개시에 따라, AND게이트 회로(402)는, 다시 Low로 활성화된 마스크 신호(6b)를 받아, 비교기(401)의 출력의 여하에 관계없이 Low를 출력한다. 그리고, 기간 TC에 있어서도 마스크 기간 경과후에, AND게이트 회로(402)는, 전압강하 Vr의 값이 전압 V1의 값보다도 커졌을 때에 활성화하는 비교기(401)의 출력을, 신호 Sr로서 출력한다. 그 후의 기간에 있어서도 마찬가지로, AND게이트 회로(402)는, 마찬가지로 펄스모양의 신호 Sr를 출력한다. 즉, AND게이트 회로(402)는, 비교기(401)의 출력을 시간 t1 및 t2의 각 후반에 있어서만 통과시키는 논리 게이트 회로로서 기능한다.

D-플립플롭(403)은, 그 반전 출력/Q이 그 입력 D에 부여되고 있기 때문에, 클록 입력 T의 활성화에 따라, 그 출력 Q을 교대로 Hi, Low로 출력한다. 클록 입 력 T에는 신호 Sr가 부여되고 있기 때문에, D-플립플롭(403)은, AND게이트 회로로부터의 출력의 활성화를 계기로 하여, 출력의 논리값을 반전시키는 플립플롭으로서 기능한다.

그리고, 이 D-플립플롭(403)의 출력의 반전이, 값 α 및 β의 검출 신호(40a) 및 교번전류의 제어신호(40a)가 된다. 즉, 도 3에 나타내는 제어신호(40a)에 의해, 전류량 검출기(40)는, 모터(1)를 구동하는 인버터 회로(2)를 제어하는 출력 트랜지스터 제어회로(3)를 통해, U상으로부터 V상으로의 제1방향 및 V 상으로부터 U상으로의 제2방향에 교대로 흐르는 교번전류를, U-V상 사이의 부하(11a)에 흐르게 하고, 또한, 제1방향에 흐르는 교번전류가 값 α에 달한 것을 검출한 후는, 출력 트랜지스터 제어회로(3)를 통해 교번전류를 점감시켜서 제2방향에 흐르게 하고, 또한, 제2방향에 흐르는 교번전류가 값 β에 달한 것을 검출한 후는, 출력 트랜지스터 제어회로(3)를 통해 교번전류를 점점 감소시키고, 재차, 제1방향에 흐르게 하며 또한, 이후도 교번 회수분, 값 α 및 β의 검출과 출력 트랜지스터 제어회로(3)를 통한 교번전류의 제어를 행하는 것이다.

또한, 도 4에 나타내는 리셋트 신호 S1는, U-V상 사이에 교번전류를 흐른 후, 다음에 V-W상 사이에 교번전류를 흐르기 시작하기 전에 활성화되며, 마찬가지로 V-W상 사이에 교번전류를 흐른 후, 다음에 W-U상 사이에 교번전류를 흐르기 시작하기 전에 활성화되는 리셋트 신호이며, 각 상 사이에서의 검출 결과를 다음의 상 사이에서의 검출에 영향을 주지 않게 하기 위한 신호이다.

도 3 및 도 5에 나타내는 시간 계측기(41)는, 검출 신호(40a)에 의해, 교번 전류가 값 α에서 값 β로 변동할때 까지의 시간 t1(도 7의 기간 TB) 및 교번전류가 값 β에서 값 α로 변동할때 까지의 시간 t2(도 7의 기간 TC)을 계측하고, 계측된 시간 t1, t2만큼 전류신호 S4(S4a, S4b)를 출력하는 기능을 가진다.

즉, 시간 계측기(41)안의 제1스위치(411)는, 검출 신호(40a)에 의해, 전류량 검출기(40)에 있어서의 값 α의 검출에서 값 β의 검출까지의 사이(검출 신호(40a)의 Low기간), 전류원(410)으로부터의 전류 I1를 선택적으로 출력함으로써, 시간 t1을 계측한다. 그리고, 시간 계측기(41)안의 제2스위치(412)는, 검출 신호(40a)에 의해, 전류량 검출기(40)에 있어서의 값 β의 검출에서 값 α의 검출까지의 사이(검출 신호(40a)의 Hl기간), 전류원(410)으로부터의 전류 I1를 선택적으로 출력함으로써, 시간 t2을 계측한다.

도 3 및 도 5에 나타내는 시간차분 증폭기(42)는, 전류신호인 신호 S4를 전압신호 S3로 변환하고, 시간 t1, t2이 교번 회수분, 누적하는 데 대응해서 전압신호 S3(S3a, S3b)를 증폭한다. 즉, 제1콘덴서(423)는, 시간 t1 동안 온 하는 제1스위치(411)로부터의 전류신호 S4a가 1회 입력될 때마다 전하를 축적하고, 교번 회수분에 의해 시간 t1이 누적하는 것에 대응해서 축적 전하를 증대시켜, 신호 S3a를 증폭한다. 마찬가지로, 제2콘덴서(421)는, 시간 t2 동안 온 하는 제2스위치(412)로부터의 전류신호 S4b가 1회 입력될 때마다 전하를 축적하고, 교번 회수분에 의해 시간 t2이 누적하는 것에 대응해서 축적 전하를 증대시키고 신호 S3b를 증폭한다.

제1콘덴서(423) 및 제2콘덴서(421)는 같은 용량값이며, 투입되는 전류도 I1과 같은 값이기 때문에, 가령 시간 t1 및 t2이 같은 값이면, 신호 S3a 및 S3b도 같 은 값이 된다. 그러나, 시간 t1 및 t2이 다른 값이면, 신호 S3a 및 S3b는, 교번 회수분만큼 증폭되고 있기 때문에, 시간 t1 및 t2의 차이를 강조해서 출력하게 된다.

또한, 도 5에 나타내는 리셋트 신호 S2는, U-V상 사이에 교번전류를 흐르게 한 후, 다음에 V-W상 사이에 교번전류를 흐르게 하기 시작하기 전에 활성화되고, 마찬가지로 V-W상 사이에 교번전류를 흐르게 한 후, 다음에 W-U상 사이에 교번전류를 흐르게 하기 시작하기 전에 활성화되는 리셋트 신호이며, 각 상 사이에서의 검출 결과(제1콘덴서(423) 및 제2콘덴서(421)의 충전량)를 다음의 상 사이에서의 검출에 영향을 주지 않기 위한 신호이다.

도 5에 나타내는 로터 위치 판정기(43)의 비교기(430)는, 신호 S3a 및 S3b의 대소를 비교하여, 신호 S3b가 신호 S3a보다도 크면, Hi의 논리값을 출력하고, 신호 S3a가 신호 S3b보다도 크면, Low의 논리값을 출력한다. 이 비교기(430)의 출력(4a)이 정지시에 있어서의 회전자(11)의 위치의 판정 신호로서 기능한다.

이상은, 도 6에 있어서의 U-V상 사이의 교번전류 발생 및 회전자 위치 판정을 설명한 것이지만, 이 후, 같은 방법으로 하여 V-W상 사이와 W-U상 사이에 있어서도 교번전류 발생 및 회전자 위치 판정이 행해진다.

즉, 전류량 검출기(40)는, 부하(11a)의 V-W상 사이에 대해서, 값 α 및 β의 검출과 출력 트랜지스터 제어회로(3)를 통한 교번전류의 제어를 행하고, 시간 계측기(41)는, 부하(11a)의 V-W상 사이에 대해서 시간 t1, t2을 계측하며, 시간차분 증폭기(42)는, 부하(11a)의 V-W상 사이에 대해서, 전압신호 S3로의 변환과 그 증폭을 행하고, 로터 위치 판정기(43)는, 부하(11a)의 V-W상 사이에 대해서 전압신호 S3를 받아서 판정을 행한다. 그 후에 전류량 검출기(40)는, 부하(11a)의 W-U상 사이에 대해서, 값 α 및 β의 검출과 출력 트랜지스터 제어회로(3)를 통한 교번전류의 제어를 행하고, 시간 계측기(41)는, 부하(11a)의 W-U상 사이에 대해서 시간 t1, t2을 계측하고, 시간차분 증폭기(42)는, 부하(11a)의 W-U상 사이에 대해서, 전압신호 S3로의 변환과 그 증폭을 행하여, 로터 위치 판정기(43)는, 부하(11a)의 W-U상 사이에 대해서 전압신호 S3를 받아 판정을 행한다.

도 14 및 도 15는, 각 상 사이에서 교번전류 발생 및 회전자 위치 판정이 행해진 결과와, 회전자(10)의 위치와의 대응관계를 설명하는 도면이다. U-V상 사이의 교번전류를 예로 들어 설명을 하면, U상으로부터 V상으로의 제1방향의 교번전류가 흐르는 시간 t1이, V상으로부터 U상으로의 제2방향의 교번전류가 흐르는 시간 t2보다도 길면, 도 14중, ①,⑤,⑥과 같이, 신호 S3a 및 S3b의 전위차는 마이너스 값이 되고, 비교기(430)의 출력(4a)은 Low가 된다.

이 때의 회전자(10) 및 고정자(11)의 위치 관계는 도 15중, ①,⑤,⑥중 어느 하나의 위치에 있다고 판정할 수 있다. 특히, 도 15중, ⑥의 경우에는, 고정자(11)의 U상 부하가 회전자(10)의 S극에 바로 정면에서 대면하고, 고정자(11)의 V상 부하가 회전자(10)의 N극에 바로 정면에서 대면하고 있기 때문에, 인덕턴스 L1, L2의 차이가 더욱 현저하게 된다.

한편, U상에서 V상으로 제1방향의 교번전류가 흐르는 시간 t1이, V상에서 U상으로 제2방향의 교번전류가 흐르는 시간 t2보다도 짧으면, 도 14중, ②,③,④에 나타내는 바와 같이, 신호 S3a 및 S3b의 전위차는 플러스 값이 되고, 비교기(430)의 출력(4a)은 Hi가 된다.

그리고, 이 때의 회전자(10) 및 고정자(11)의 위치 관계는 도 15중, ②,③,④에 나타내는 어느 위치에 있다고 판정할 수 있다. 특히, 도 15중, ③의 경우에는, 고정자(11)의 U상 부하가 회전자(10)의 N극에 바로 정면에서 대면하고, 고정자(11)의 V상 부하가 회전자(10)의 S극에 바로 정면에서 대면하고 있는 것으로부터, 인덕턴스 L1, L2의 차이가 더욱 현저하게 된다.

마찬가지로 하여, V-W상 사이 및 W-U상 사이에 관해서도, 비교기(430)의 출력(4a)에 의해 회전자 위치 판정이 행해지고 있으므로, 부하(11a)의 각 상분의 판정 결과의 조합에 의거하여 정지시에 있어서의 회전자(10)의 위치가 보다 정밀하게 판정된다. 즉, 도 14 및 도 15에 나타나 있는 바와 같이 U-V상 사이 판정 결과가 Low, V-W상 사이 판정 결과가 Low 및 W-U상 사이 판정 결과가 Hi인 경우에는 ①의 회전자 위치로, U-V상 사이 판정 결과가 Hi, V-W상 사이 판정 결과가 Low 및 W-U상 사이 판정 결과가 Hi인 경우에는 ②의 회전자 위치로, U-V상 사이 판정 결과가 Hi, V-W상 사이 판정 결과가 Low 및 W-U상 사이 판정 결과가 Low인 경우에는 ③의 회전자 위치로, U-V상 사이 판정 결과가 Hi, V-W상 사이 판정 결과가 Hi 및 W-U상 사이 판정 결과가 Low인 경우에는 ④의 회전자 위치로, U-V상 사이 판정 결과가 Low, V-W상 사이 판정 결과가 Hi 및 W-U상 사이 판정 결과가 Low의 경우에는 ⑤의 회전자 위치로, U-V상 사이 판정 결과가 Low, V-W상 사이 판정 결과가 Hi 및 W-U상 사이 판정 결과가 Hi인 경우에는 ⑥의 회전자 위치로, 각각 판정할 수 있다.

이러한 판정 결과는, 정지시에 있어서의 모터 회전자의 위치를 나타내고 있으며, 킥 동작을 행할 때 출력 트랜지스터 제어회로(3)에 의해 참조된다.

본 실시예에 따른 정지 위치 검출 장치 및 모터 구동회로에 의하면, 시간 계측기(41)가, 시간 t1, t2을 계측하고, 시간차분 증폭기가, 시간 t1, t2을 전압신호 S3로 변환하며, 시간 t1, t2이 교번전류의 교번 회수분 누적하는 것에 대응해서 전압신호 S3를 증폭한다. 교번전류를 사용하므로, 킥백 전압을 사용할 경우와 달리, 교번 회수를 늘려서 전압신호 S3을 증폭시키고, 검출의 정밀도를 높일 수 있다. 또한 교번 회수를 늘리면, 교번전류의 값 α, β를 늘리지 않고 전압신호 S3를 증폭시킬 수 있으므로, 킥백 전압을 사용할 경우와 달리, 큰 값의 교번전류를 흐르게 할 필요는 없다(예를 들면 0.1[A]정도). 그 결과, 교번전류를 작은 값으로 할 수 있고, 진동 발생을 억제가능하다. 따라서, 회전자(10)의 위치를 보다 적절하게 검출가능한 정지 위치 검출 장치 및 모터 구동회로를 실현할 수 있다.

또한 본 실시예에 따른 정지 위치 검출 장치 및 모터 구동회로에 의하면, 로터 위치 판정기(43)는, 부하의 각 상분에 대해서 전압신호 S3를 기초로 판정을 행하고, 또한, 부하의 각 상분의 판정 결과의 조합에도 근거하여, 정지시에 있어서의 회전자(10)의 위치를 판정한다. 부하의 각 상분의 판정 결과의 조합에 따라 회전자(10)의 위치는 다르기 때문에, 회전자(10)의 위치를 보다 정밀하게 검출할 수 있다.

또한 본 실시예에 따른 정지 위치 검출 장치 및 모터 구동회로에 의하면, 전류량 검출기(40)는, 비교기(401)와, AND게이트 회로(402)와, D-플립플롭(403)을 포함하고, D-플립플롭(403)의 출력의 반전이, 값 α 및 β의 검출 신호(40a) 및 교번전류의 제어신호(40a)가 된다. 따라서, 전류량 검출기(40)를 간단한 회로로 구성할 수 있다.

또한 본 실시예에 따른 정지 위치 검출 장치 및 모터 구동회로에 의하면, 시간계측기(41)는 전류원(410)과 제1 및 제2스위치(411,41)를 포함하고, 시간차분 증폭기(42)는 제1 및 제2콘덴서(421,423)를 포함하고, 로터 위치 판정기(43)는 비교기(430)를 포함한다. 따라서, 시간 계측기(41), 시간차분 증폭기(42) 및 로터 위치 판정기(43)를 간단한 회로로 구성할 수 있다.

<실시예 2>

본 실시예는, 실시예 1에 따른 정지 위치 검출 장치 및 모터 구동회로의 변형예이며, 실시예 1에 있어서의 시간 계측기(41), 시간차분 증폭기(42)의 다른 구성예를 나타내는 것이다.

도 16은, 본 실시예에 따른 정지 위치 검출 장치(4)안의 시간 계측기(41a), 시간차분 증폭기(42a)의 상세구성을 도시한 도면이다. 시간 계측기(41a)는, 제1 및 제2전류원(410, 413)과, 검출 신호(40a)의 논리값이 Low일 때 제1전류원(410)으로부터의 전류 I1를 선택적으로 출력하는 제1스위치(411)와, 검출 신호(40a)의 논리값이 Hi일 때 제2전류원(413)으로의 전류 I1를 선택적으로 인입하는 제2스위치(412)를 포함한다. 제1스위치(411)로부터 출력되는 전류 및 제2스위치(412)에 의해 인입되는 전류는, 신호 S4인 전류신호 S4c가 된다.

시간차분 증폭기(42)는, 제1스위치(411)의 출력에 의해 충전을 행하고, 제2 스위치(413)에 의한 전류인입에 의해 방전을 행하며, 그 전극간 전압이 전압신호 S3a로서 기능하는 소정의 용량값의 콘덴서(424)와, 콘덴서(424)의 전극간 전압의 초기값을 부여하는 것이 가능한 정전압 전원(426)과, 스위치(425)를 포함한다.

콘덴서(424)의 일단은 제1스위치(411) 및 제2스위치(413)에 접속되고, 타단에는 접지전위 GND가 부여된다. 정전압 전원(426)의 양의 단자는 스위치(425)를 통해 콘덴서(424)의 일단에 접속되고, 음의 단자에는 접지전위 GND가 부여된다. 정전압 전원(426)의 양의 단자에 있어서의 전위 S4d는, 전압신호 S3의 다른 일부를 구성하는 신호 S3b가 된다.

그리고, 로터 위치 판정기(43)는, 전압신호 S3의 다른 일부의 신호 S3b 및 일부의 신호 S3a를 양, 음의 입력단에 각각 받아, 출력하는 논리값을, 정지시에 있어서의 회전자의 위치의 판정 신호(4a)로서 기능하도록 하는 비교기(430)를 포함한다.

도 16에 나타내는 시간 계측기(41a)는, 검출 신호(40a)에 의해, 교번전류가 값 α에서 값 β로 변동할때 까지의 시간 t1(도 7의 기간 TB) 및 교번전류가 값 β에서 값 α로 변동할때 까지의 시간 t2(도 7의 기간 TC)을 계측하고, 계측된 시간 t1만큼 전류신호 S4c를 출력하고, 계측된 시간 t2만큼 전류신호 S4c를 인입하는 기능을 가진다.

즉, 시간 계측기(41a)안의 제1스위치(411)는, 검출 신호(40a)에 의해, 전류량 검출기(40)에 있어서의 값 α의 검출로부터 값 β의 검출까지의 사이(검출 신호(40a)의 Low기간), 제1전류원(410)으로부터의 전류 I1를 선택적으로 출력함으로 써, 시간 t1을 계측한다. 그리고, 시간 계측기(41a)안의 제2스위치(412)는, 검출 신호(40a)에 의해, 전류량 검출기(40)에 있어서의 값 β의 검출로부터 값 α의 검출까지의 사이(검출 신호(40a)의 Hi기간), 제2전류원(413)으로의 전류 I1를 선택적으로 인입하는 것에 의해, 시간 t2을 계측한다.

도 16에 나타내는 시간차분 증폭기(42a)는, 전류신호된 신호 S4c를 전압신호 S3a로 변환하고, 시간 t1, t2이 교번 회수분, 누적하는 것에 대응해서 전압신호 S3a를 증폭한다.즉, 콘덴서(424)에는 우선, 스위치(425)가 리셋트 신호 S2에 의해 일시적으로 온 됨으로써 정전압 전원(426)을 생성하는 전압이 초기값으로서 미리 부여되므로, 그 후 스위치(425)가 오프된다.

콘덴서(424)는, 시간 t1 동안 온 하는 제1스위치(411)로부터의 전류신호 S4c가 1회 입력될 때마다 전하를 축적하고, 교번 회수분, 시간 t1이 누적하는 것에 대응해서 축적 전하를 증대시켜, 신호 S3a를 증폭한다. 한편, 콘덴서(424)는, 시간 t2 동안 온 하는 제2스위치(412)에 의해 전류신호 S4c가 1회 인입될 때마다 전하를 방출시키고, 교번 회수분, 시간 t2이 누적하는 것에 대응해서 축적 전하를 감소시켜, 신호 S3a를 감소시킨다.

제1스위치(411)로부터의 전류값은 I1이며, 제2스위치(413)에 의해 인입되는 전류값도 I1이기 때문에, 가령 시간 t1 및 t2이 같은 값이면, 유입 전류량과 유출 전류량이 같은 값이 되고, 콘덴서(424)의 전극간 전압인 신호 S3a는, 초기값인 정전압 전원(426)이 생성하는 전압(신호 S3b)과 같은 상태가 된다. 그러나, 시간 t1 및 t2가 다른 값이면, 신호 S3a는, 교번 회수분만큼 증폭되고 있기 때문에, 시간 t1 및 t2의 차이를 강조해서 출력하게 되며, 초기값인 신호 S3b와는 떨어지게 된다.

또한, 도 16에 나타내는 리셋트 신호 S2는, U-V상 사이에 교번전류를 흐르게 한 후, 다음에 V-W상 사이에 교번전류를 흐르게 하기 시작하기 전에 활성화되어, 마찬가지로 V-W상 사이에 교번전류를 흐르게 한 후, 다음에 W-U상 사이에 교번전류를 흐르게 하기 시작하는 전에 활성화되는 리셋트 신호이며, 각 상 사이에서의 검출 결과(콘덴서(424)의 충전량)를 다음 상 사이에서의 검출에 영향을 주지 않게 하기 위한 신호이다.

도 16에 나타내는 로터 위치 판정기(43)의 비교기(430)는, 신호 S3a 및 S3b의 대소를 비교하여, 신호 S3b가 신호 S3a보다도 크면, Hi의 논리값을 출력하고, 신호 S3a가 신호 S3b보다도 크면, Low의 논리값을 출력한다. 이 비교기(430)의 출력(4a)이, 정지시에 있어서의 회전자(11)의 위치의 판정 신호로서 기능한다.

이상은, 도 16의 시간 계측기(41a), 시간차분 증폭기(42a) 및 로터 위치 판정기(43)의 동작 설명이지만, 그 밖의 회로의 동작에 대해서는, 실시예 1에 따른 정지 위치 검출 장치 및 모터 구동회로와 같기 때문에, 설명을 생략한다.

본 실시예에 따른 정지 위치 검출 장치 및 모터 구동회로에 의하면, 시간 계측기(41a)는 제1 및 제2전류원(410, 413)과 제1 및 제2스위치(411, 412)를 포함하고, 시간차분 증폭기(42a)는 콘덴서(424)와 정전압 전원(426)을 포함하고, 로터 위치 판정기(43)는 비교기(430)를 포함한다. 따라서, 시간 계측기(41a), 시간차분 증폭기(42a) 및 로터 위치 판정기(43)를 간단한 회로로 구성할 수 있다. 또한 시간차분 증폭기(42a)에 포함되는 콘덴서(424)는 하나이므로, 회로 규모 증대를 억제할 수 있다.

<실시예 3>

본 실시예도, 실시예 1에 따른 정지 위치 검출 장치 및 모터 구동회로의 변형예이며, 실시예 1에 있어서의 시간 계측기(41), 시간차분 증폭기(42)의 다른 구성예를 도시하는 것이다.

도 17은, 본 실시예에 따른 정지 위치 검출 장치(4)안의 시간 계측기(41b), 시간차분 증폭기(42b)의 상세구성을 도시한 도면이다. 시간 계측기(41b)는, 전류원(410)과, 검출 신호(40a)의 논리값이 Low일 때 전류원(410)으로부터의 전류 I1를 선택적으로 출력하는 제1스위치(411)와, 검출 신호(40a)의 논리값이 Low일 때 소정의 전위를 부여하는 제2스위치(414)와, 검출 신호(40a)의 논리값이 Hi일 때 전류원(410)으로부터의 전류 I1를 선택적으로 출력하는 제3스위치(415)와, 검출 신호(40a)의 논리값이 Hi일 때 접지하는 제4스위치(412)와, 소정의 전위를 생성하는 전압원(416)을 포함한다. 제1스위치(411)로부터 출력되는 전류 및 제4스위치(412)에 의해 인입되는 전류는, 신호 S4인 전류신호 S4f가 된다.

시간차분 증폭기(42)는, 제1스위치(411) 및 제4스위치(412)에 접속된 제1전극과 제2스위치(414) 및 제3스위치(415)에 접속된 제2전극을 구비한, 제1 및 제2전극간의 전압이 전압신호 S3(S3a, S3b)로서 기능하는, 소정의 용량값의 콘덴서(427)를 포함한다.

그리고, 로터 위치 판정기(43)는, 비교기(430)를 포함하고, 콘덴서(427)의 제2전극은 비교기(430)의 양의 입력단에 접속되며, 콘덴서(427)의 제1전극은 비교기(430)의 음의 입력단에 접속된다. 또한, 콘덴서(427)의 제1전극에 있어서의 전위가 신호 S3a가 되고, 콘덴서(427)의 제2전극에 있어서의 전위가 신호 S3b가 된다.

도 17에 나타내는 시간 계측기(41b)는, 검출 신호(40a)에 의해, 교번전류가 값 α에서 값 β로 변동할때 까지의 시간 t1(도 7의 기간 TB) 및 교번전류가 값 β에서 값 α로 변동할때 까지의 시간 t2(도 7의 기간 TC)을 계측하여, 계측된 시간 t1만큼 전류신호 S4f를 출력하고, 계측된 시간 t2만큼 전류신호 S4f를 인입하는 기능을 가진다.

즉, 시간 계측기(41b)안의 제1스위치(411) 및 제2스위치(414)는, 검출 신호(40a)에 의해, 전류량 검출기(40)에 있어서의 값 α의 검출로부터 값 β의 검출동안(검출 신호(40a)의 Low기간), 전류신호 S4f로서 전류원(410)으로부터의 전류 I1를 선택적으로 출력함으로써, 시간 t1을 계측한다. 그리고, 시간 계측기(41b)안의 제4스위치(412) 및 제3스위치(415)는, 검출 신호(40a)에 의해, 전류량 검출기(40)에 있어서의 값 β의 검출로부터 값 α의 검출 동안(검출 신호(40a)의 Hi기간), 전류신호 S4f로서 제4스위치(412)를 통해 접지전위 GND에 전류 I1를 선택적으로 인입함으로써, 시간 t2을 계측한다.

도 17에 나타내는 시간차분 증폭기(42b)는, 전류신호인 신호 S4f를 전압신호 S3a, S3b로 변환하고, 시간 t1, t2이 교번 회수분, 누적하는 것에 대응해서 전압신호 S3a, S3b를 증폭한다. 즉, 콘덴서(427)는, 시간 t1 동안, 제1스위치(411) 및 제2스위치(414)가 온 함으로써, 전류신호 S4f가 1회 입력될 때마다 전하를 축적하고, 교번 회수분, 시간 t1이 누적하는 것에 대응해서 축적 전하를 증대시켜, 신호 S3a를 증폭한다. 한편, 콘덴서(427)는, 시간 t2 동안, 제4스위치(412) 및 제3스위치(415)가 온 함으로써, 전류신호 S4f가 1회 인입될 때마다 전하를 방출하고, 교번 회수분, 시간 t2이 누적하는 데 대응해서 축적 전하를 감소시켜, 신호 S3a를 감소시킨다.

제1스위치(411)로부터의 전류값은 I1이며, 제4스위치(412)에 의해 인입된 전류값도 I1이기 때문에, 가령 시간 t1 및 t2이 같은 가격이면, 유입 전류량과 유출 전류량이 같은 가격이 되고, 콘덴서(427)의 전극간 전압된 신호 S3a, S3b에는, 전위차는 발생하지 않는다.그러나, 시간 t1 및 t2이 이값이면, 신호 S3a, S3b은, 교번 회수분만 증폭되어 있는 것부터, 시간 t1 및 t2의 차이를 강조해서 출력하는 것이 되고, 시간 t1 및 t2의 차이 에 따라 신호 S3a, S3b에 대소의 차이가 생긴다.

또한, 도 17의 회로에 있어서는, 각 상 사이의 검출후에 있어서 리셋트할 경우, 제1스위치(411), 제2스위치(414), 제3스위치(415) 및 제4스위치(412)의 전부를 온하면 된다. 이에 따라 콘덴서(427)의 축적 전하가 방출된다.

도 17에 나타내는 로터 위치 판정기(43)의 비교기(430)는, 신호 S3a 및 S3b의 대소를 비교하여, 신호 S3b가 신호 S3a보다도 크면, Hi의 논리값을 출력하고, 신호 S3a가 신호 S3b보다도 크면, Low의 논리값을 출력한다. 이 비교기(430)의 출력(4a)이, 정지시에 있어서의 회전자(11)의 위치의 판정 신호로서 기능한다.

이상은, 도 17의 시간 계측기(41b), 시간차분 증폭기(42b) 및 로터 위치 판정기(43)의 동작 설명이지만, 그 밖의 회로의 동작에 대해서는, 실시예 1에 따른 정지 위치 검출 장치 및 모터 구동회로와 같기 때문에, 설명을 생략한다.

본 실시예에 따른 정지 위치 검출 장치 및 모터 구동회로에 의하면, 시간 계측기(41b)는 전류원(410)과 제1내지 제4스위치(411, 414, 415, 412)를 포함하고, 시간차분 증폭기(41b)는 콘덴서(427)를 포함하며, 로터 위치 판정기(43)는 비교기(430)를 포함한다. 따라서, 시간 계측기(41b), 시간차분 증폭기(42b) 및 로터 위치 판정기(43)를 간단한 회로로 구성할 수 있다. 또한 시간차분 증폭기(42b)에 포함되는 콘덴서(427)는 하나이므로, 회로 규모증대를 억제할 수 있다.

본 발명에 의하면, 시간 계측기가, 제1 및 제2시간을 계측하고, 시간차분 증폭기가, 제1 및 제2시간을 전기신호로 변환하고, 제1 및 제2시간이 소정의 회수분 누적하는 것에 대응하여 전기신호를 증폭한다. 교번전류를 사용하므로, 킥백 전압을 사용할 경우와 달리, 교번 회수를 늘려서 전기신호를 증폭시켜, 검출의 정밀도를 높일 수 있다. 또한 교번 회수를 늘리면, 교번전류의 값 α, β를 늘리지 않고 전기신호를 증폭시킬 수 있으므로, 킥백 전압을 사용하는 경우와 달리, 큰 값의 교번전류를 흘려보낼 필요는 없다(예를 들면 0.1 [A]정도). 그 결과, 교번전류를 작은 값으로 할 수 있고, 진동 발생을 억제가능하다. 따라서, 회전자의 위치를 보다 적절하게 검출가능한 정지 위치 검출 장치 및 모터 구동회로를 실현할 수 있다.

Claims

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회전자와 적어도 1상분의 부하를 포함하는 모터의, 정지시에 있어서의 상기 회전자의 위치를 검출하는 정지 위치 검출 장치이며,

전류량 검출기와,

시간 계측기와,

시간차분 증폭기와,

위치 판정기를 구비하고,

상기 전류량 검출기는, 상기 모터를 구동하는 인버터 회로를 제어하는 제어회로를 통해, 제1방향 및 상기 제1방향과는 반대의 제2방향에 교대로 흐르는 교번전류를, 상기 부하에 흐르게 하고, 상기 제1방향에 흐르는 상기 교번전류가 값 α에 달한 것을 검출하여, 상기 값 α의 검출후는, 상기 제어회로를 통해 상기 교번전류를 점점 감소시켜 상기 제2방향에 흐르게 하고, 상기 제2방향에 흐르는 상기 교번전류가 상기 값 α의 양음 반전한 값 β에 달한 것을 검출하고, 상기 값 β의 검출후는, 상기 제어회로를 통해 상기 교번전류를 점점 감소시켜 재차 상기 제1방향에 흐르게 하고 이후도 소정의 회수, 상기 값 α및 β의 검출과 상기 제어회로를 통한 상기 교번전류의 제어를 행하고,

상기 시간 계측기는, 상기 교번전류가 상기 값 α에서 상기 값 β로 변동할때 까지의 제1시간 및, 상기 교번전류가 상기 값 β에서 상기 값 α로 변동할때 까지의 제2시간을 계측하고,

상기 시간차분 증폭기는, 계측된 상기 제1 및 제2시간을 전기신호로 변환하고, 상기 제1 및 제2시간이 상기 소정의 회수분 누적하는 것에 대응해서 상기 전기신호를 증폭하고,

상기 위치 판정기는, 상기 전기신호의 값에 따라, 정지시에 있어서의 상기 회전자의 위치를 판정하고,

상기 전류량 검출기는,

상기 교번전류에 의해 발생하는 상기 인버터 회로에 있어서의 전압강하를 소정의 전압과 비교하여, 상기 전압강하가 상기 소정의 전압보다 클 경우에 출력을 활성화시키는 비교기와,

상기 비교기의 출력을 상기 제1 및 제2시간의 각 후반에 있어서만 통과시키는 논리 게이트 회로와,

상기 논리 게이트 회로로부터의 출력의 활성화를 계기로 하여, 출력의 논리값을 반전시키는 플립플롭을 포함하고,

상기 플립플롭의 출력의 반전이, 상기 값 α 및 β의 검출 신호 및 상기 교번전류의 제어신호가 되는 것을 특징으로 하는 정지 위치 검출 장치.
회전자와 적어도 1상분의 부하를 포함하는 모터의, 정지시에 있어서의 상기 회전자의 위치를 검출하는 정지 위치 검출 장치이며,

전류량 검출기와,

시간 계측기와,

시간차분 증폭기와,

위치 판정기를 구비하고,

상기 전류량 검출기는, 상기 모터를 구동하는 인버터 회로를 제어하는 제어회로를 통해, 제1방향 및 상기 제1방향과는 반대의 제2방향에 교대로 흐르는 교번전류를, 상기 부하에 흐르게 하고, 상기 제1방향에 흐르는 상기 교번전류가 값 α에 달한 것을 검출하여, 상기 값 α의 검출후는, 상기 제어회로를 통해 상기 교번전류를 점점 감소시켜 상기 제2방향에 흐르게 하고, 상기 제2방향에 흐르는 상기 교번전류가 상기 값 α의 양음 반전한 값 β에 달한 것을 검출하고, 상기 값 β의 검출후는, 상기 제어회로를 통해 상기 교번전류를 점점 감소시켜 재차 상기 제1방향에 흐르게 하고 이후도 소정의 회수, 상기 값 α및 β의 검출과 상기 제어회로를 통한 상기 교번전류의 제어를 행하고,

상기 시간 계측기는, 상기 교번전류가 상기 값 α에서 상기 값 β로 변동할때 까지의 제1시간 및, 상기 교번전류가 상기 값 β에서 상기 값 α로 변동할때 까지의 제2시간을 계측하고,

상기 시간차분 증폭기는, 계측된 상기 제1 및 제2시간을 전기신호로 변환하고, 상기 제1 및 제2시간이 상기 소정의 회수분 누적하는 것에 대응해서 상기 전기신호를 증폭하고,

상기 위치 판정기는, 상기 전기신호의 값에 따라, 정지시에 있어서의 상기 회전자의 위치를 판정하고,

상기 시간 계측기는,

전류원과,

상기 전류량 검출기에 있어서의 상기 값 α의 검출로부터 상기 값 β의 검출 동안, 상기 전류원으로부터의 전류를 선택적으로 출력함으로써, 상기 제1시간을 계측하는 제1스위치와,

상기 전류량 검출기에 있어서의 상기 값 β의 검출로부터 상기 값 α의 검출 동안, 상기 전류원으로부터의 전류를 선택적으로 출력함으로써, 상기 제2시간을 계측하는 제2스위치를 포함하고,

상기 시간차분 증폭기는,

상기 제1스위치의 출력에 의해 충전을 행하고, 전극간 전압이 상기 전기신호의 일부로서 기능하는 소정의 용량값의 제1콘덴서와,

상기 제2스위치의 출력에 의해 충전을 행하고, 전극간 전압이 상기 전기신호의 다른 일부로서 기능하는 상기 소정의 용량값의 제2콘덴서를 포함하고,

상기 위치 판정기는,

상기 전기신호의 상기 다른 일부 및 상기 일부를 양음 입력단에 각각 받아, 출력하는 논리값을, 정지시에 있어서의 상기 회전자의 위치의 판정 신호로서 기능하도록 하는 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 정지 위치 검출 장치.
회전자와 적어도 1상분의 부하를 포함하는 모터의, 정지시에 있어서의 상기 회전자의 위치를 검출하는 정지 위치 검출 장치이며,

전류량 검출기와,

시간 계측기와,

시간차분 증폭기와,

위치 판정기를 구비하고,

상기 전류량 검출기는, 상기 모터를 구동하는 인버터 회로를 제어하는 제어회로를 통해, 제1방향 및 상기 제1방향과는 반대의 제2방향에 교대로 흐르는 교번전류를, 상기 부하에 흐르게 하고, 상기 제1방향에 흐르는 상기 교번전류가 값 α에 달한 것을 검출하여, 상기 값 α의 검출후는, 상기 제어회로를 통해 상기 교번전류를 점점 감소시켜 상기 제2방향에 흐르게 하고, 상기 제2방향에 흐르는 상기 교번전류가 상기 값 α의 양음 반전한 값 β에 달한 것을 검출하고, 상기 값 β의 검출후는, 상기 제어회로를 통해 상기 교번전류를 점점 감소시켜 재차 상기 제1방향에 흐르게 하고 이후도 소정의 회수, 상기 값 α및 β의 검출과 상기 제어회로를 통한 상기 교번전류의 제어를 행하고,

상기 시간 계측기는, 상기 교번전류가 상기 값 α에서 상기 값 β로 변동할때 까지의 제1시간 및, 상기 교번전류가 상기 값 β에서 상기 값 α로 변동할때 까지의 제2시간을 계측하고,

상기 시간차분 증폭기는, 계측된 상기 제1 및 제2시간을 전기신호로 변환하고, 상기 제1 및 제2시간이 상기 소정의 회수분 누적하는 것에 대응해서 상기 전기신호를 증폭하고,

상기 위치 판정기는, 상기 전기신호의 값에 따라, 정지시에 있어서의 상기 회전자의 위치를 판정하고,

상기 시간 계측기는,

제1 및 제2전류원과,

상기 전류량 검출기에 있어서의 상기 값 α의 검출로부터 상기 값 β의 검출 동안, 상기 제1전류원으로부터의 전류를 선택적으로 출력함으로써, 상기 제1시간을 계측하는 제1스위치와,

상기 전류량 검출기에 있어서의 상기 값 β의 검출로부터 상기 값 α의 검출 동안, 상기 제2전류원으로의 전류를 선택적으로 인입함으로써 상기 제2시간을 계측하는 제2스위치를 포함하고,

상기 시간차분 증폭기는,

상기 제1스위치의 출력에 의해 충전을 행하고, 제2스위치에 의한 전류인입에 의해 방전을 행하고, 전극간 전압이 상기 전기신호로서 기능하는, 소정의 용량값의 콘덴서와,

상기 콘덴서의 상기 전극간 전압의 초기값을 부여하는 것이 가능한 정전압 전원을 포함하고,

상기 위치 판정기는,

상기 정전압 전원의 발생하는 정전압과 상기 전기신호를 양음 입력단에 각각 부여하고, 출력하는 논리값을, 정지시에 있어서의 상기 회전자의 위치의 판정 신호로서 기능하도록 하는 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 정지 위치 검출 장치.
회전자와 적어도 1상분의 부하를 포함하는 모터의, 정지시에 있어서의 상기 회전자의 위치를 검출하는 정지 위치 검출 장치이며,

전류량 검출기와,

시간 계측기와,

시간차분 증폭기와,

위치 판정기를 구비하고,

상기 전류량 검출기는, 상기 모터를 구동하는 인버터 회로를 제어하는 제어회로를 통해, 제1방향 및 상기 제1방향과는 반대의 제2방향에 교대로 흐르는 교번전류를, 상기 부하에 흐르게 하고, 상기 제1방향에 흐르는 상기 교번전류가 값 α에 달한 것을 검출하여, 상기 값 α의 검출후는, 상기 제어회로를 통해 상기 교번전류를 점점 감소시켜 상기 제2방향에 흐르게 하고, 상기 제2방향에 흐르는 상기 교번전류가 상기 값 α의 양음 반전한 값 β에 달한 것을 검출하고, 상기 값 β의 검출후는, 상기 제어회로를 통해 상기 교번전류를 점점 감소시켜 재차 상기 제1방향에 흐르게 하고 이후도 소정의 회수, 상기 값 α및 β의 검출과 상기 제어회로를 통한 상기 교번전류의 제어를 행하고,

상기 시간 계측기는, 상기 교번전류가 상기 값 α에서 상기 값 β로 변동할때 까지의 제1시간 및, 상기 교번전류가 상기 값 β에서 상기 값 α로 변동할때 까지의 제2시간을 계측하고,

상기 시간차분 증폭기는, 계측된 상기 제1 및 제2시간을 전기신호로 변환하고, 상기 제1 및 제2시간이 상기 소정의 회수분 누적하는 것에 대응해서 상기 전기신호를 증폭하고,

상기 위치 판정기는, 상기 전기신호의 값에 따라, 정지시에 있어서의 상기 회전자의 위치를 판정하고,

상기 시간 계측기는,

전류원과,

상기 전류량 검출기에 있어서의 상기 값 α의 검출에서 상기 값 β의 검출 동안, 상기 전류원으로부터의 전류를 선택적으로 출력함으로써, 상기 제1시간을 계측하는 제1스위치와,

상기 전류량 검출기에 있어서의 상기 값 α의 검출에서 상기 값 β의 검출 동안, 소정의 전위를 부여하는 제2스위치와,

상기 전류량 검출기에 있어서의 상기 값 β의 검출에서 상기 값 α의 검출 동안, 상기 전류원으로부터의 전류를 선택적으로 출력함으로써, 상기 제2시간을 계측하는 제3스위치와,

상기 전류량 검출기에 있어서의 상기 값 β의 검출에서 상기 값 α의 검출 동안, 접지하는 제4스위치를 포함하고,

상기 시간차분 증폭기는,

상기 제1 및 제4스위치에 접속된 제1전극과 상기 제2 및 제3스위치에 접속된 제2전극을 구비한, 상기 제1 및 제2전극 간의 전압이 상기 전기신호로서 기능하는 소정의 용량값의 콘덴서를 포함하고,

상기 위치 판정기는,

상기 콘덴서의 상기 제2전극 및 제1전극이 양음 입력단에 각각 접속되어, 출력하는 논리값을, 정지시에 있어서의 상기 회전자의 위치의 판정 신호로서 기능하도록 하는 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 정지 위치 검출 장치.
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