(57)【要約】【課題】誘起電圧のゼロクロスタイミングでコイルが励磁されていても、誘起電圧を基にした基準タイミングを得て、ロータの位置を推定できる電動機を提供する。【解決手段】ステータ及びロータを有し、センサレスでインバータによって駆動される電動機であって、ステータの巻線に発生した電位を受け取る第１入力端子及び第２入力端子を有し、受け取られた電位を比較することによって電位差の符号が変化するタイミングを求める比較器、及びタイミングに基づいてロータの位置を推定し、位置に基づいてインバータを制御する制御器を備え、第１入力端子及び第２入力端子のうちの少なくとも１つに信号変換器が結合され、信号変換器は、タイミングを変化させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータ及びロータを有し、センサレスでインバータによって駆動される電動機であって、
前記ステータの巻線に発生した電位を受け取る第１入力端子及び第２入力端子を有し、受け取られた前記電位を比較することによって電位差の符号が変化するタイミングを求める比較器、及び
前記タイミングに基づいて前記ロータの位置を推定し、前記位置に基づいて前記インバータを制御する制御器
を備え、
前記第１入力端子及び前記第２入力端子のうちの少なくとも１つに信号変換器が結合され、
前記信号変換器は、前記タイミングを変化させる
電動機。
【請求項２】
前記信号変換器は、直流オフセット印加回路である請求項１に記載の電動機。
【請求項３】
前記直流オフセット印加回路は、ハイパスフィルタを含む請求項２に記載の電動機。
【請求項４】
前記第１入力端子及び前記第２入力端子に第１信号変換器及び第２信号変換器がそれぞれ結合され、
前記第１信号変換器及び前記第２信号変換器は、増幅率又は基準電位が互いに異なる増幅器を含む
請求項１に記載の電動機。
【請求項５】
前記信号変換器は、分圧回路の分圧比によって直流オフセットを印加する請求項１に記載の電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
同期電動機のセンサレス制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
同期電動機においてセンサレス制御を行う場合、無通電相の巻線に発生した誘起電圧値のゼロクロスタイミングに基づいてロータの位置推定を行い、モータ制御を行う手法がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし上記手法ではモータの種類や制御方式、制御回転数などにより、励磁期間と誘起電圧のゼロクロスタイミングとが重なった場合、制御基準となるタイミングが観測できないため、ロータの位置推定が不可能となる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示の実施形態によれば、誘起電圧のゼロクロスタイミングでコイルが励磁されていても、誘起電圧を基にした基準タイミングを得て、ロータの位置を推定できる電動機を提供する。
【０００５】
ある実施形態によれば、ステータ及びロータを有し、センサレスでインバータによって駆動される電動機であって、前記ステータの巻線に発生した電位を受け取る第１入力端子及び第２入力端子を有し、受け取られた前記電位を比較することによって電位差の符号が変化するタイミングを求める比較器、及び前記タイミングに基づいて前記ロータの位置を推定し、前記位置に基づいて前記インバータを制御する制御器を備え、前記第１入力端子及び前記第２入力端子のうちの少なくとも１つに信号変換器が結合され、前記信号変換器は、前記タイミングを変化させる電動機が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
誘起電圧のゼロクロスタイミングでコイルが励磁されていても、誘起電圧を基にした基準タイミングを得て、ロータの位置を推定できる電動機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】ある実施形態による電動機のブロック図である。
【図２】第１入力端子及び第２入力端子の電位を示すグラフである。
【図３】信号変換器の一例である直流オフセット印加回路の回路図である。
【図４】信号変換器の一例である直流オフセット印加回路の回路図である。
【図５】信号変換器として増幅率又は基準電位が互いに異なる増幅器を含む電動機のブロック図である。
【図６】信号変換器として分圧回路を含む電動機のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下の記載及び図面において、対応する部分は同じ参照番号で示される。図面で示される要素の大きさは、必ずしも正確な縮尺では表されていない。
【０００９】
図１は、ある実施形態による電動機１００のブロック図である。電動機１００は、典型的には２相であるが、これには限定されず単相でも３相でもよい。電動機１００は、ステータコイル１０２及び１０４とロータとを有する。ステータコイル１０２及び１０４は、それぞれインバータ１１２及び１１４によって駆動される。ステータコイル１０２及び１０４の発生する磁界によってロータが回転される。電動機１００は、インバータ１１２及び１１４によってセンサレスで駆動される。
【００１０】
比較器１２０は、第１入力端子１２２及び第２入力端子１２４と出力端子１２６を有する。第１入力端子１２２及び第２入力端子１２４は、それぞれ、信号変換器１３２及び１３４を介してステータ１０２の巻線に発生した電位を受け取る。信号変換器１３２及び１３４は、比較器１２０の第１入力端子１２２及び第２入力端子１２４に、例えば、それぞれ異なる直流オフセット電圧を印加する。
【００１１】
比較器１２０は、受け取られた電位を比較することによって電位差の符号が変化するタイミングを求め、その出力端子１２６においてタイミングを出力する。すなわち比較器１２０は、ステータ１０２の誘起電圧のゼロクロス点を検出する。
【００１２】
制御器１４０は、この出力されたタイミングに基づいて電動機１００のロータの位置を推定し、推定された位置に基づいてインバータ１１２及び１１４を制御する。具体的には、無通電区間中（すなわち通電区間以外の区間）において、比較器１２０の出力が変化するように直流オフセット電圧の値を調整する。直流オフセット電圧を印加すると、ゼロクロス点のタイミングがずれるが、モータ特性、回転数、誘起電圧振幅、電流値などの動作パラメータ等に基づいて、制御器１４０は、タイミングのずれを信号処理によって補正でき、補正された値に基づいてロータの位置を推定する。
【００１３】
図２は、第１入力端子１２２及び第２入力端子１２４の電位２０２及び２０４を示すグラフである。通電区間２０６では、インバータ１１２及び１１４のＰＷＭ（パルス幅）制御のために、ステータ１０２に発生する誘起電圧を観測できない。通電区間２０６以外の無通電区間では、インバータ１１２及び１１４のスイッチング素子がオープンになるのでステータコイル１０２及び１０４とロータ（磁石）との電磁誘導によって正弦波状の誘起電圧が発生する。
【００１４】
図１において信号変換器１３２及び１３４が仮に存在しないとすると、電位２０２及び２０４がゼロレベルと交差する点であるゼロクロスタイミング２１２及び２１４の両方が通電区間２０６に含まれる。そのため信号変換器１３２及び１３４が存在しない場合は、ゼロクロスタイミング２１２及び２１４を特定できないために、電位２０２及び２０４の正弦波の位相からロータの位置（すなわち角度）を推定することができない。その結果、センサレスのインバータ制御を行うことができない。
【００１５】
これに対して図１の信号変換器１３２及び１３４を利用すると、ゼロクロスタイミング２１２は、通電区間２０６に含まれない。すなわち、電動機１００のロータの位置を推定できる。これにより電動機１００ではセンサレスのインバータ制御が可能になる。典型的には１周期（位相で３６０度）に１度、ゼロクロスタイミング（例えば点２１２）を特定できればよい。電動機１００においては、第１入力端子１２２及び第２入力端子１２４のうちの少なくとも１つに信号変換器１３２又は１３４が結合されていれば上述の効果が得られる。すなわち信号変換器１３２及び１３４は、例えば信号レベルを変換することによって、ゼロクロスタイミング（例えば点２１２）が通電区間２０６に含まれないようにタイミングを変化させることができる。
【００１６】
図３は、信号変換器１３２及び１３４の一例である直流オフセット印加回路３００の回路図である。直流オフセット印加回路３００は、信号入力端子Ｖｉｎ、オフセット電圧入力端子Ｖｏｆｆｓｅｔ、出力Ｖｏｕｔ、オペアンプＵ１、抵抗器Ｒ１〜Ｒ３を有する。信号入力端子Ｖｉｎは、例えばステータ１０２の電圧を受け取る。オフセット電圧入力端子Ｖｏｆｆｓｅｔにおいて所望のオフセット電圧を得るための適当な入力電圧を受け取る。このとき、Ｖｏｕｔ＝−（Ｖｉｎ／Ｒ１＋Ｖｏｆｆｓｅｔ／Ｒ２）×Ｒ３という出力電圧が出力端子Ｖｏｕｔで得られる。直流オフセット印加回路３００は、直流オフセット電圧を印加する。これにより、ゼロクロスタイミングが通電区間に含まれないようにタイミングを変化させることができる。
【００１７】
図４は、信号変換器１３２及び１３４の一例である直流オフセット印加回路４００の回路図である。直流オフセット印加回路４００は、ハイパスフィルタ（ここではキャパシタＣ５）を含む。直流オフセット印加回路４００は、電源端子４０２、入力端子４１０、出力端子４２０、抵抗器Ｒ３、Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１、キャパシタＣ２、Ｃ５を有する。入力端子４１０は、例えばステータ１０２の電圧を受け取る。この電位は、抵抗器Ｒ３及びＲ９によって分圧され、直流オフセット印加回路４００に与えられる。直流オフセット印加回路４００は、分圧された電圧をキャパシタＣ５で高域ろ過し、抵抗器Ｒ１０及びＲ１１によって直流オフセット電圧を印加する。出力端子４２０は、直流オフセット電圧が印加された電圧を比較器１２０の第１入力端子１２２又は第２入力端子１２４に出力する。これによりゼロクロスタイミングが通電区間に含まれないようにタイミングを変化させることができる。
【００１８】
図５は、信号変換器１３２及び１３４として増幅率又は基準電位が互いに異なる増幅器５３２及び５３４を含む電動機５００のブロック図である。図示した例では増幅器５３２及び５３４の増幅率は、それぞれＡ及びＢ（ただしＡ≠Ｂ）である。代替として増幅器５３２及び５３４の基準電位は、互いに異なる。これによりゼロクロスタイミングが通電区間に含まれないようにタイミングを変化させることができる。
【００１９】
図６は、信号変換器１３２及び１３４として分圧回路６３２及び６３４を含む電動機６００のブロック図である。分圧回路６３２は、分圧比（Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２））を有する。分圧回路６３４は、分圧比（Ｒ３／（Ｒ３＋Ｒ４））を有する。分圧回路６３２及び６３４は、これらの分圧比によって直流オフセット電圧を印加し、比較器１２０の第１入力端子１２２又は第２入力端子１２４にそれぞれ出力する。ここで分圧回路６３２及び６３４の分圧比がそれぞれ１／６０及び１／６１のように互いに異なれば、ゼロクロスタイミングが通電区間に含まれないようにタイミングを変化させることができる。
【００２０】
本開示の電動機は、典型的には２相制御で利用されるが、代替として単相制御や３相制御で利用されてもよい。
【００２１】
上に説明されてきたものには、本発明のさまざまな例が含まれる。本発明を記載する目的では、要素や手順の考えられるあらゆる組み合わせを記載することは当然のことながら不可能であるが、当業者なら本発明の多くのさらなる組み合わせおよび順列が可能であることがわかるだろう。したがって本発明は、特許請求の範囲の精神および範囲に入るそのような改変、変更および変形例を全て含むよう意図される。
【符号の説明】
【００２２】
１００  電動機
１０２、１０４  ステータ
１１２、１１４  インバータ
１２０  比較器
１２２、１２４  入力端子
１２６  出力端子
１３２、１３４  信号変換器
１４０  制御器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2020202701.tif 000006
【図５】
2020202701.tif 000007
【図６】
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