(57)【要約】【課題】単電源を用いても誤動作の発生がなく精度良く位置検出ができ、部品点数が少なく、駆動装置の小型化を可能にするという単電源使用の利点を生かす。【解決手段】位置検出回路８は、単電源で動作し誘起電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと基準電圧Ｖｂを比較するコンパレータＣＰｕ，ＣＰｖ，ＣＰｗと、誘起電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが入力するコンパレータＣＰｕ，ＣＰｖ，ＣＰｗの反転入力端子に対してオフセット電圧Ｖｏを印加するオフセット電圧作成部８１と、オフセット電圧Ｖｏに対応した基準電圧Ｖｂを作成してコンパレータＣＰｕ，ＣＰｖ，ＣＰｗの非反転入力端子に入力する基準電圧作成部８２とを備える。オフセット電圧Ｖｏを加えたことにより、単電源で動作するコンパレータＣＰｕ，ＣＰｖ，ＣＰｗに比較入力として負の電圧が入力することが防止でき、駆動装置の小型化を可能にするという単電源使用の利点を生かすことができる。【選択図】        図１
2005176456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石を有する回転子と三相の固定子巻線を有したブラシレスモータを、外部電源から供給される直流電圧をインバータ回路でスイッチングして各相の固定子巻線への通電状態を切り換えることにより駆動する駆動装置に用いられ、回転子の回転に伴って開放相の固定子巻線に生じる誘起電圧を基準電圧と比較することで回転子の回転位置を検出するブラシレスモータの位置検出回路において、単電源で動作し前記誘起電圧と基準電圧を比較するコンパレータと、前記誘起電圧が入力するコンパレータの一方の入力端子に対してオフセット電圧を印加するオフセット電圧作成部と、前記オフセット電圧に対応した基準電圧を作成してコンパレータの他方の入力端子に入力する基準電圧作成部とを備えたことを特徴とするブラシレスモータの位置検出回路。
【請求項２】
オフセット電圧作成部は、インバータ回路を構成する半導体スイッチング素子の順方向電圧以上のオフセット電圧を作成することを特徴とする請求項１記載のブラシレスモータの位置検出回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定子巻線の誘起電圧から回転子の位置を検出するようにしたブラシレスモータの位置検出回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ブラシレスモータを使用した電動工具が提供されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
この特許文献１に記載のブラシレスモータの駆動装置では、回転子の位置検出にマグネットを用いているが、このようなマグネットを用いず開放相の固定子巻線の誘起電圧で位置検出を行う位置検出回路を用いた駆動装置も提供されている。
【０００４】
図３はこの従来例の駆動装置の回路構成を示し、駆動回路１はトリガボリュームのような操作手段の操作量でブラシレスモータＭの回転速度を設定する速度設定回路２で設定された速度設定値に対応してブラシレスモータＭの固定子巻線３ｕ，３ｖ、３ｗヘの印加電圧の調整と各相の固定子巻線３ｕ，３ｖ、３ｗへの通電切換をインバータ回路４を通じて行うもので、インバータ回路４のドライブ回路５に上記印加電圧に対応する指令電圧信号を出力する制御回路６とブラシレスモータＭの永久磁石を有する回転子７の位置検出を行う位置検出回路８とを備え、電源として直流電源９が接続されている。
【０００５】
ここで、インバータ回路４は図示するように６個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６がブリッジ結線されており、上記指令電圧信号に基づいてドライブ回路５でオンオフ制御して転流することによりブラシレスモータＭの各相の固定子巻線３ｕ，３ｖ、３ｗに所定のタイミングで電流が流れて回転子７が回転する。またドライブ回路５はスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をＰＷＭ制御することで固定子巻線３ｕ，３ｖ、３ｗへの印加電圧を調整する。
【０００６】
位置検出回路８は、通電されていない開放相の固定子巻線３の誘起電圧を基準電圧と比較してから回転子７の磁極位置を検出して位置検出信号を制御回路６へ出力するものである。制御回路６は、図４に示すように位置検出回路８からの位置検出信号により回転子７の回転速度、つまりブラシレスモータＭの回転速度を検出する速度検出回路６０と、速度設定回路２からの速度設定値を受けとって指令速度値を設定する指令速度設定回路６１と、指令速度値と、速度検出回路６０の検出速度値とに基づいて両者の偏差がゼロとなるように指令電圧値を求める演算を行う速度制御回路６２と、指令電圧値に基づいてインバータ回路７のドライブ回路５へ与える指令電圧信号を出力する電圧制御回路６３とで構成され、位置検出から所定位相遅延させて転流するようにインバータ回路４を制御することで回転子７を回転させる機能と、回転子７の位置検出間隔から求めた実際の回転速度と設定速度とが一致するように速度制御演算を行って印加電圧を求める機能を備えている。尚、同様な位置検出回路を備えたブラシレスモータの駆動装置も提供されている（例えば特許文献２）
【特許文献１】特開２００３−１９９３１０号公報（第１頁左欄参照）
【特許文献２】特開平７−３０８０９２号公報（図１参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで図３に示す駆動装置１に用いられる従来の位置検出回路８はプラス電源＋Ｖとマイナス電源−Ｖとを用いる２電源使用回路にて設計されているのが一般的であった。
【０００８】
従って、通電されていない開放相の固定子巻線３ｕ又は３ｖ又は３ｗの誘起電圧は０Ｖを中心にプラスマイナス対称に発生するため、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように回転子７の磁極位置は固定巻線３ｕ，３ｖ、３ｗの各誘起電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと０Ｖの交点となる。しかしながら、直流電源９が二次電池等の単電源の場合、位置検出回路８のためにプラスマとイナスの２電源回路を追加しなければならず、部品点数が多くなり、駆動装置の小型化には適していないという課題があった。
【０００９】
そこで、単電源を使用するコンパレータを用いて位置検出回路を構成した場合、図６に示すようにコンパレータにはグランドに対して正側となる固定子巻線の誘起電圧を入力とすることとなり、そのため誘起電圧の０レベルに相当する電圧をコンパレータに基準電圧Ｖｂとして入力する。
【００１０】
しかし、このような単電源を用いた位置検出回路８では、次のような問題があった。つまり、図７（ａ）に示すように、例えばインバータ回路７のスイッチング素子Ｑ２と、スイッチング素子Ｑ４をオンしてスイッチング素子Ｑ２、Ｖ相の固定子巻線３ｖ、Ｕ相の固定子巻線３ｕ、スイッチング素子Ｑ４の経路で電流Ｉａが流れている場合、固定子巻線３ｖには誘起電圧Ｖｖが発生していないが、スイッチング素子Ｑ５のみがオンするように転流が行われると、図７（ａ）の時点でＷ相の固定子巻線３ｗに発生していた誘起電圧Ｖｗにより、図７（ｂ）に示すようにスイッチング素子Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６に逆並列に接続されている還流用ダイオード（寄生ダイオード）を介して還流電流Ｉｂが図示するように流れ、そのために還流用ダイオードの順方向電圧分だけ開放相の電圧がグランド以下となる。例えば、転流によってＵ相の固定子巻線３ｖの誘起電圧Ｖｕは図６に示すように変化するが、上述のように還流用ダイオードの順方向電圧分だけグランド以下（図６のイ部分）となる。つまりコンパレータには比較入力として負の電圧が入力することになり、コンパレータが誤動作するという問題があった。
【００１１】
本発明は上述の点に鑑みて為されたもので、その目的とするところは、単電源を用いても誤動作の発生がなく精度良く位置検出ができ、部品点数が少なく、駆動装置の小型化を可能にするという単電源使用の利点を生かせるブラシレスモータの位置検出回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、永久磁石を有する回転子と三相の固定子巻線を有したブラシレスモータを、外部電源から供給される直流電圧をインバータ回路でスイッチングして各相の固定子巻線への通電状態を切り換えることにより駆動する駆動装置に用いられ、回転子の回転に伴って開放相の固定子巻線に生じる誘起電圧を基準電圧と比較することで回転子の回転位置を検出するブラシレスモータの位置検出回路において、単電源で動作し前記誘起電圧と基準電圧を比較するコンパレータと、前記誘起電圧が入力するコンパレータの一方の入力端子に対してオフセット電圧を印加するオフセット電圧作成部と、前記オフセット電圧に対応した基準電圧を作成してコンパレータの他方の入力端子に入力する基準電圧作成部とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、単電源で動作するコンパレータに比較入力として負の電圧が入力することが防止できるため、単電源を用いても誤動作の発生がなく精度良く位置検出ができ、部品点数が少なく、駆動装置の小型化を可能にするという単電源使用の利点を生かすことができる。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、オフセット電圧作成部は、インバータ回路を構成する半導体スイッチング素子の順方向電圧以上のオフセット電圧を作成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、単電源で動作するコンパレータに比較入力として負の電圧が入力することが防止できるため、単電源を用いても誤動作の発生がなく精度良く位置検出ができ、部品点数が少なく、駆動装置の小型化を可能にするという単電源使用の利点を生かすことができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明に係る位置検出回路を用いる駆動装置は、ブラシレスモータを動力源とする種々の電気機器（例えば、電動工具など）に好適なものである。
【００１７】
本実施形態の位置検出回路８は図１に示すような構成を有し、従来例と同様に、開放相となった固定子巻線３ｕ又は３ｖ又は３ｗの両端に発生する誘起電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの中点を検出した時に位置検出信号を出力するものであって、単電源で動作し誘起電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと基準電圧Ｖｂを比較するコンパレータＣＰｕ，ＣＰｖ，ＣＰｗと、誘起電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが入力するコンパレータＣＰｕ，ＣＰｖ，ＣＰｗの反転入力端子に対してオフセット電圧Ｖｏを印加するオフセット電圧作成部８１と、オフセット電圧Ｖｏに対応した基準電圧Ｖｂを作成してコンパレータＣＰｕ，ＣＰｖ，ＣＰｗの非反転入力端子に入力する基準電圧作成部８２とを備える。
【００１８】
基準電圧作成部８２は、インバータ回路７の印加電圧とほぼ同じ直流電圧Ｖｍを抵抗Ｒ５，Ｒ６からなる分圧回路で分圧することによって基準電圧Ｖｂを作成する。またオフセット電圧作成部８１は、直流電圧Ｖｍを抵抗Ｒ３，Ｒ４からなる分圧回路で分圧し、その分圧出力をアンプＡＰで増幅してオフセット用基準電圧Ｖｒ１を得るとともに、このオフセット用基準電圧Ｖｒ１を抵抗Ｒ１ｕ〜Ｒ１ｗ，Ｒ２ｕ〜Ｒ２ｗを介してコンパレータＣＰｕ，ＣＰｖ，ＣＰｗの反転入力端子に印加することでオフセット電圧Ｖｂを加えている。尚、各コンパレータＣＰｕ，ＣＰｖ，ＣＰｗには、それぞれの出力を入力して対応相の位置検出信号として出力するシュミットトリガ回路Ｔｕ，Ｔｖ，Ｔｗが設けてある。そして上記アンプＡＰ、コンパレータＣＰｕ，ＣＰｖ，ＣＰｗ、シュミットトリガ回路Ｔｕ，Ｔｖ，Ｔｗの動作電源は図示しない電源回路から出力される電源用電圧Ｖ１より得るようになっている。
【００１９】
ここで各相については同じであるのでＵ相についての位置検出回路８における各部の電圧について説明する。
【００２０】
まずコンパレータＣＰｕの反転入力端子に入力する電圧Ｖｕｉは、
Ｖｕｉ＝（Ｒ２ｕ／（Ｒ１ｕ＋Ｒ２ｕ））×（Ｖｕ−Ｖｒ１）＋Ｖｒ１  …（１）
と表される。つまり電圧Ｖｕｉは、アンプＡＰから出力されるオフセット用基準電圧Ｖｒ１を基にしたオフセット電圧Ｖｏが加えられた電圧となる。そして、上述したように入力電圧Ｖｕｉがインバータ回路７のスイッチング素子に逆並列接続されている還流用ダイオード（寄生ダイオードを用いる場合も）の順方向電圧だけ低下しても、図２に示すように０Ｖよりも大きくになるように抵抗Ｒ１ｕ，Ｒ２ｕの抵抗値を設定する。
【００２１】
一方、コンパレータＣＰｕの非反転入力端子に入力する基準電圧Ｖｂは誘起電圧ＶｕがＶｍ／２になったことを検出する電圧でよい。つまり、これは誘起電圧Ｖｕの中点がインバータ回路７に印加される電源電圧Ｖｍの半分（＝Ｖｍ／２）になることを意味している。
【００２２】
従って、これらの条件から上記式（１）並びに下記式（２）〜（４）を満たすように抵抗Ｒ１ｕ〜Ｒ１ｗ、Ｒ２ｕ〜Ｒ２ｗ、Ｒ３〜Ｒ６の抵抗値を設定すればよい。
【００２３】
Ｖｏ＝（Ｒ２ｕ／（Ｒ１ｕ＋Ｒ２ｕ））×（Ｖｍ／２−Ｖｒ１）＋Ｖｒ１…（２）
Ｖｒ１＝（Ｒ４／（Ｒ３＋Ｒ４））×Ｖｍ                          ‥‥（３）
Ｖｂ＝（Ｒ６／（Ｒ５＋Ｒ６））×Ｖｍ                            ‥‥（４）
而して、上述のようにコンパレータＣＰｕ，ＣＰｖ，ＣＰｗに入力する誘起電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗにオフセット電圧Ｖｏを加えたことにより、単電源で動作するコンパレータＣＰｕ，ＣＰｖ，ＣＰｗに比較入力として負の電圧が入力することが防止できるため、単電源を用いても誤動作の発生がなく精度良く位置検出ができ、部品点数が少なく、駆動装置の小型化を可能にするという単電源使用の利点を生かすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の位置検出回路を示す回路図である。
【図２】同上における誘起電圧の波形図である。
【図３】２電源回路を使用する従来の位置検出回路を用いたブラシレスモータの駆動装置を示す概略回路構成図である。
【図４】同上における制御回路を示すブロック図である。
【図５】同上における誘起電圧の波形図である。
【図６】単電源のコンパレータを具備する従来の位置検出回路の動作説明用の波形図である。
【図７】同上の動作説明図である。
【符号の説明】
【００２５】
８  位置検出回路
８１  オフセット電圧作成部
８２  基準電圧作成部
ＣＰｕ，ＣＰｖ，ＣＰｗ  コンパレータ
【図１】
2005176456.tif 000003
【図２】
2005176456.tif 000004
【図３】
2005176456.tif 000005
【図４】
2005176456.tif 000006
【図５】
2005176456.tif 000007
【図６】
2005176456.tif 000008
【図７】
2005176456.tif 000009