(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石を有する回転子と、複数の固定子巻線が配置された固定子とを有し、これら固定子巻線のそれぞれに駆動用スイッチング素子を介してパルス幅変調されたスイッチング波による電力を供給して固定子に回転磁界を発生させるとともに、回転子の回転によって固定子巻線に生じる誘起電圧から回転子の位置を検出し、この回転子の位置検出信号に基づいて固定子巻線への通電を順次切り換えるようにしたブラシレスモータの駆動装置において、
前記回転子の位置を検出する複数の位置検出回路を備え、これらの位置検出回路のいずれかを選択して前記駆動装置へ位置信号を伝達させる信号切り換え回路を備え、この切り換え回路はブラシレスモータの回転周波数が２〜６ＫＨｚであった場合は、直流電源電圧の１/２の電圧と、各相電圧に対し抵抗とコンデンサとが並列接続されたフィルタ回路を介して取られた分圧電圧とを比較する形式の位置検出回路からの出力信号を用いるように選択し、回転周波数が１５〜２０ＫＨｚであった場合は、各相電圧をＹ結線して得られた中性点電圧と、各相電圧に対し抵抗とコンデンサとが並列接続されたフィルタ回路を介して取られた分圧電圧とを比較するヒステリシス比較器の入力端子間にノイズ除去コンデンサを備え、更に各ヒステリシス比較器の出力側に時定数調整回路を備える形式の位置検出回路からの出力信号を用いるように選択することを特徴とするブラシレスモータの駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回転子に永久磁石が配置されたＤＣブラシレスモータ（以下ブラシレスモータという）の駆動装置に係り、特に回転子の位置検出センサを持たずに、固定子巻線に誘起される誘起電圧によって回転子の位置検出を行う駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ブラシレスモータ１は印加電圧と回転速度がほぼ比例関係にあるという特徴があり、印加電圧をパルス幅変調（ＰＷＭ：Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御にて行う方法が一般的である。
【０００３】
図５は従来のブラシレスモータ１の駆動装置を示すブロック図である。図５において、１はブラシレスモータであり、三相結線された3組の固定子巻線２が配置された固定子と永久磁石を有する回転子３とからなる。５はインバータであり、６個のスイッチングトランジスタやサイリスタなどのスイッチング半導体素子６を組み合わせてコンバータ４により交流電源９から整流された直流電力を交流電力に変換してブラシレスモータ１へ供給している。７はインバータ５を制御するインバータ制御回路である。このインバータ制御回路７は定常運転においては、インバータ５の通電の切換時期は、回転子３が回転することにより固定子巻線２に誘起される電圧を基に、位置検出回路８が固定子巻線２に対する回転子３の位置を求め、この位置に応じて決められている。
【０００４】
この位置検出回路８には、主に次の２種類の方式が知られている。
【０００５】
第１の方式は、固定子巻線２に供給される直流電圧の１／２の電圧に分圧した電圧と回転子３の回転により通電されていない固定子巻線２に生じる誘起電圧とを比較して回転子３の回転位置を検出するもの（以下第１の位置検出回路という）である。
【０００６】
第２の方式は、各固定子巻線の端子電圧を抵抗を介して接続した中性点の電圧と回転子３の回転により通電されていない固定子巻線２に生じる誘起電圧とを比較して回転子３の回転位置を検出するもの（以下第２の位置検出回路という）である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、インバータのスイッチングに伴うサージ電圧の発生期間がスイッチング周波数に関係なくほぼ一定であるため、第１の位置検出回路８ａにおいて、スイッチング周波数が比較的低周波数（２〜６ＫＨｚ）のパルス幅変調制御により制御されるブラシレスモータの場合、固定子巻線に発生する誘起電圧のパルス幅（時間幅）に対してサージ電圧の発生時間の比率が小さいので、回転子の位置検出がサージ電圧の影響をあまり受けずに検出できるが、スイッチング周波数が比較的高周波数（１５〜２０ＫＨｚ）の場合には、スイッチング周波数に伴って狭くなる誘起電圧のパルス幅に対してサージ電圧の発生時間が長くなってサージ電圧の影響が大きくなる。このサージ電圧の影響を小さくしようと位置検出回路の時定数の値を大きく設定すると、誘起電圧そのものが時定数の影響を受け正確な回転子の位置検出が難しくなるという問題がある。
【０００８】
これに対処するために第２の位置検出回路８ｂのようにしてサージ電圧の影響を少なくするよう時定数を大きな値にすることが可能であるが、このような位置検出回路８ｂでは低いスイッチング周波数において第１の位置検出回路に比べ精度、応答性ともに劣るという問題がある。
【０００９】
このように、第１の位置検出回路８ａでは、高いスイッチング周波数での位置検出において適しておらず、逆に第２の位置検出回路８ｂでは、低いスイッチング周波数での位置検出において、適していないという問題があった。
【００１０】
本発明は上述のような問題点を解消し、スイッチング周波数の高低にかかわらずブラシレスモータの回転子位置検出を正確に行うことのできるブラシレスモータの駆動装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、永久磁石を有する回転子と、複数の固定子巻線が配置された固定子とを有し、これら固定子巻線のそれぞれに駆動用スイッチング素子を介してパルス幅変調されたスイッチング波による電力を供給して固定子に回転磁界を発生させるとともに、回転子の回転によって固定子巻線に生じる誘起電圧から回転子の位置を検出し、この回転子の位置検出信号に基づいて固定子巻線への通電を順次切り換えるようにしたブラシレスモータの駆動装置において、前記回転子の位置を検出する複数の位置検出回路を備え、これらの位置検出回路のいずれかを選択して前記駆動装置へ位置信号を伝達させる信号切り換え回路を備え、この切り換え回路はブラシレスモータの回転周波数が２〜６ＫＨｚであった場合は、直流電源電圧の１/２の電圧と、各相電圧に対し抵抗とコンデンサとが並列接続されたフィルタ回路を介して取られた分圧電圧とを比較する形式の位置検出回路からの出力信号を用いるように選択し、回転周波数が１５〜２０ＫＨｚであった場合は、各相電圧をＹ結線して得られた中性点電圧と、各相電圧に対し抵抗とコンデンサとが並列接続されたフィルタ回路を介して取られた分圧電圧とを比較するヒステリシス比較器の入力端子間にノイズ除去コンデンサを備え、更に各ヒステリシス比較器の出力側に時定数調整回路を備える形式の位置検出回路からの出力信号を用いるように選択することを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、図５と同じ構成要素には同一の符号を付して適宜、その詳細な説明は省略する。
【００１５】
図１は本発明の実施形態に係るブラシレスモータ１の駆動装置を示す制御ブロック図である。図１において、１はブラシレスモータであり、このブラシレスモータ１を駆動するために、交流電源９から供給される交流電力を直流電力に変換するコンバータ４と、直流電力を供給されるインバータ５と、このインバータ５を制御するインバータ制御回路７と、ブラシレスモータ１の回転子３の回転によって生じる誘起電圧の変化を検出する第１の位置検出回路８ａと、第２の位置検出回路８ｂと、それぞれの位置検出回路から検出された信号を選択してインバータ制御回路７に送る位置検出信号の信号切換回路１２とを備えている。
【００１６】
図２は図１に示す第１の位置検出回路８ａの具体的な回路構成の一例を示す回路図であり、ブラシレスモータ１の固定子巻線２の各端子電圧をそれぞれ抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３と、抵抗Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６およびコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３との並列回路で分圧する端子電圧分圧回路１３ａと、コンバータ４により整流された直流電圧を抵抗Ｒ７、Ｒ８で１／２の電圧に分圧する直流電圧分圧回路１４と、この直流電圧分圧回路１４から検出された電圧と前記端子電圧分圧回路１３ａから検出された電圧とをそれぞれ比較することによりＵ相、Ｖ相、Ｗ相を介して回転子３の回転位置を検出する位置検出信号を得るようにした比較回路１１ａとを備えている。尚Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３はコンパレータであり、これらＵ相、Ｖ相、Ｗ相の位置検出信号は図１の信号切換回路１２に送られる。
【００１７】
第１の位置検出回路８ａは、比較的高いスイッチング周波数（１５〜２０ＫＨｚ）で使用する場合に、回転子３の位置検出が不正確になるが、スイッチング周波数が比較的低い周波数（２〜６ＫＨｚ）で使用する場合に、回転子３の位置検出が有効に検出できるという特徴がある。
【００１８】
図３は図１に示す第２の位置検出回路８ｂの回路構成の一例を示す回路図であり、ブラシレスモータ１の固定子巻線２の各端子電圧をそれぞれ抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３と、抵抗Ｒ１４、Ｒ１５、Ｒ１６およびコンデンサＣ１１、Ｃ１２、Ｃ１３の並列回路とで分圧する端子電圧分圧回路１３ｂと、ブラシレスモータ１の固定子巻線２の各端子に抵抗Ｒ１７、Ｒ１８、Ｒ１９を接続してＹ結線された合成回路１５と、これら端子電圧分圧回路１３ｂおよび合成回路１５から検出された電圧をそれぞれ比較することによりＵ相、Ｖ相、Ｗ相を介して回転子３の回転位置を検出する位置検出信号を得るようにした比較回路１１ｂとを備えている。尚、Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３はコンパレータ、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３はヒステリシスを付けるための抵抗、Ｃ１４、Ｃ１５、Ｃ１６はノイズ除去用のコンデンサ、Ｒ２４、Ｒ２５、Ｒ２６は抵抗であり、抵抗Ｒ２４、Ｒ２５、Ｒ２６、Ｒ２７、Ｒ２８、Ｒ２９とコンデンサＣ１７、Ｃ１８、Ｃ１９とで時定数の調整をしている。そして、各相の位置検出信号は図１の信号切換回路１２に送られる。
【００１９】
第２の位置検出回路８ｂは、時定数が第１の位置検出回路８ａより大きく設定されているので、低いスイッチング周波数（２〜６ＫＨｚ）の範囲で位置検出の精度、応答性ともに回路８ａより劣るもののスイッチング周波数が比較的高い周波数（１５〜２０ＫＨｚ）においては回転子３の位置検出が可能である。
【００２０】
図４はブラシレスモータ１の通電していない相の固定子巻線２に回転子３の回転によって発生する誘起電圧の例を示す波形図であり、（ａ）の場合、（ｂ）の場合ともにスイッチング周波数に対してデューティ（スイッチングの一周期Ｔｃの通電時間Ｔｏｎの割合）を５０％にしてあり、（ａ）（ｂ）いずれの場合もサージ電圧が一定期間Ｔｓ発生している。図４の（ａ）はインバータのスイッチング周波数が低い場合、（ｂ）はインバータのスイッチング周波数が高い場合であり、このサージ電圧Ｔｓは位置検出の妨げとなるため、時定数を適切な値に設定してサージ電圧の影響を受けないようにしている。
【００２１】
すなわち、第1の位置検出回路８ａでは通電時間Ｔｏｎに対してサージ電圧の発生期間Ｔｓの比率が小さいのでサージ電圧の影響を受けないような時定数Ｋ（図２のＲ４ないしＲ６およびＣ１ないしＣ３により設定される）の値を設定でき、位置検出精度、応答性ともに優れた位置検出が可能である。図４の（ｂ）において、スイッチング周波数が高くなると、通電時間Ｔｏｎに対してサージ電圧の発生期間Ｔｓの占める割合が大きくなるため、低周波の時定数Ｋの設定では位置検出信号がサージ電圧の影響を充分に消すことができない。サージ電圧の影響を受けないようにするためにはもっと大きな値の時定数を設定する必要があるが、大きな値の時定数を設定すると誘起電圧に対しても影響が大きくなり正確な位置検出が難しくなってしまう。
【００２２】
第２の位置検出回路８ｂでは、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６とコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３とにより時定数Ｋよりも大きな値を設定してサージ電圧の影響を小さくすることができ、位置検出の精度、応答性ともにやや低下するもののサージ電圧の影響を受けることなく高いスイッチング周波数でも位置検出が可能である。
【００２３】
図１に示す位置検出信号の信号切換回路１２は、スイッチング周波数が低い場合には低い周波数で優れた位置検出が可能な第１の位置検出回路８ａを使った回転子の回転位置の検出信号がインバータ制御回路７に送られるように作動し、インバータのスイッチング周波数が高い場合は位置検出精度、応答性ともにやや劣るものの高いスイッチング周波数でも位置検出が可能な第２の位置検出回路８ｂとから得られた位置検出信号がインバータ制御回路７に送られるように、位置検出回路８からインバータ制御回路７に送られる。回転子位置検出信号をスイッチング周波数に応じて選択する回路であり、これにより、精度の高い、応答性にすぐれた位置検出信号をブラシレスモータ駆動装置に使用することができる。
【００２４】
このような回転子の回転位置検出は、例えば、ブラシレスモータ１を始動時から安定した所定回転数まで低いスイッチング周波数を使って駆動する場合、信号切換回路１２は始動時から安定した所定回転数まで第1の位置検出回路８ａから検出された信号を選択してインバータ制御回路７に送るようにする。
【００２５】
また、例えば、始動時に低いスイッチング周波数を使いブラシレスモータ１が所定回転数に達したら高いスイッチング周波数に切り換えるというように、ブラシレスモータ１の回転している途中から異なるスイッチング周波数に切り換わる場合、信号切替回路１２は始動時に第１の位置検出回路８ａから検出された信号を選択し、高いスイッチング周波数に切り換わった時点で、第２の位置検出回路８ｂから検出された信号に切り換えて選択してインバータ制御回路７に送るようにする。
【００２６】
このように、本発明によれば、ブラシレスモータ１の位置検出回路８をスイッチング周波数の低い場合に適した位置検出回路８ａと、高い場合に適した位置検出回路８ｂとの２種類を設け、使用されるスイッチング周波数に応じて位置検出回路８の信号を選出することにより精度の高い安定したブラシレスモータ１の駆動が可能である。
【００２７】
以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明ではブラシレスモータ１の位置検出回路８をスイッチング周波数の低い場合に適した位置検出回路８ａと高い場合に適した位置検出回路８ｂとの２種類を設けて説明しているが、異なるスイッチング周波数においてそれぞれの周波数に適した３種類以上の位置検出回路８を設けておいても良い。異なるそれぞれの周波数に適した位置検出回路８を多く設けることにより、より精度の高い位置検出信号を得ることができ、これらの信号のいずれか１つを選択して使用することにより一層精度良く回転子の位置検出が実現されて、効率の良い最適なブラシレスモータ１の駆動が可能となる。
【００２８】
また、ブラシレスモータ１も三相結線された固定子巻線でなくとも良く、四相以上の多相巻線であって、これに応じた制御が行われるようにインバータ５およびインバータ制御回路７を備えたものであっても良い。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、回転子の位置を検出する複数の位置検出回路を備え、これらの位置検出回路のいずれかを選択して前記駆動装置へ位置信号を伝達させる信号切り換え回路を備え、この切り換え回路はブラシレスモータの回転周波数が２〜６ＫＨｚであった場合は、直流電源電圧の１/２の電圧と、各相電圧に対し抵抗とコンデンサとが並列接続されたフィルタ回路を介して取られた分圧電圧とを比較する形式の位置検出回路からの出力信号を用いるように選択し、回転周波数が１５〜２０ＫＨｚであった場合は、各相電圧をＹ結線して得られた中性点電圧と、各相電圧に対し抵抗とコンデンサとが並列接続されたフィルタ回路を介して取られた分圧電圧とを比較するヒステリシス比較器の入力端子間にノイズ除去コンデンサを備え、更に各ヒステリシス比較器の出力側に時定数調整回路を備える形式の位置検出回路からの出力信号を用いるように選択するので、前記ブラシレスモータの回転周波数が２〜６ＫＨｚのときと１５〜２０ＫＨｚのときとの位置検出精度や応答性がともに優れた位置検出を可能にしたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るブラシレスモータの駆動装置を示す制御ブロック図である。
【図２】図１に示す第１の位置検出回路を主に示す回路図である。
【図３】図１に示す第２の位置検出回路を主に示す回路図である。
【図４】ブラシレスモータの回転子の回転によって通電していない固定子巻線に発生する誘起電圧を示す波形図である。
【図５】従来のブラシレスモータの駆動装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  ブラシレスモータ
２  固定子巻線
３  回転子
４  コンバータ
５  インバータ
６  スイッチング半導体素子
７  インバータ制御回路
８  位置検出回路
８ａ  第１の位置検出回路
８ｂ  第２の位置検出回路
９  交流電源
１０  ブラシレスモータ駆動回路
１１、１１ａ、１１ｂ  比較回路
１２  信号切換回路
１３ａ、１３ｂ  端子電圧分圧回路
１４  直流電圧分圧回路
１５  合成回路
【図１】
0004229523.tif 000002
【図２】
0004229523.tif 000003
【図３】
0004229523.tif 000004
【図４】
0004229523.tif 000005
【図５】
0004229523.tif 000006