JPH0965678A - センサレスブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ノイズが殆どない正確な誘起電圧を検出して
超高速回転させても脱調する惧れが全くないセンサレス
ブラシレスモータ。 【構成】 速度誤差増幅器６で実速度フィードバック信
号Ｓ2 を入力して速度指令信号Ｓ1 を速度誤差修正速度
指令信号Ｓ4 に変換しさらに電流指令制御器７で通電位
相指令器１２から180 度通電正弦波位相信号Ｓ5a, Ｓ6
a, Ｓ7aを入力して速度誤差修正速度指令信号Ｓ4 を電
流指令信号Ｓ8,Ｓ9,Ｓ10に変換し、電流誤差増幅器８で
電流検出信号Ｓ11, Ｓ12, Ｓ13をフィードバック入力し
て電流誤差修正電流指令信号Ｓ17, Ｓ18, Ｓ19に変換し
ＰＷＭ信号発生器９へ出力し、ＰＷＭ信号を三相インバ
ータ３に出力して三相交流を出力し三相固定子巻線２を
励磁して回転子１を回転する。誘起電圧検出信号Ｓ24,
Ｓ25, Ｓ26は電流誤差修正電流指令信号Ｓ17, Ｓ18, Ｓ
19と電流検出信号Ｓ11, Ｓ12, Ｓ13から検出し、実速度
フィードバック信号Ｓ2 と180 度通電正弦波位相信号Ｓ
5a, Ｓ6a, Ｓ7aを得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、過酷な使用条件で
もノイズが殆どない正確な誘起電圧とモータ端子電圧の
平均電圧が検出できて10,000回転を越える超高速回転さ
せても脱調する惧れがないセンサレスブラシレスモータ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ブラシレスモ−タにおいて誘起電圧検出
方法はいくつかある。例えば、モ−タ各相の端子電圧
にフィルタを介在させた信号から誘起電圧を検出する方
法、120 °通電の無通電時のモ−タ端子電圧を検出す
る方法、Ｙ結線された３個の抵抗器を固定子巻線と並
列的に接続した中性点と、固定子巻線の中性点との電位
差により固定子巻線の誘起電圧を検出する方法等があ
る。

【０００３】しかし、はフィルタの遅れにより、負荷
変動の影響を受け易く逆通電制動が難しく、モ−タの高
速運転が難しく、またモ−タ各相の端子電圧から信号を
入力するためＰＷＭノイズの影響を受け易いという欠点
がある。は無通電時に誘起電圧を検出するため180 度
通電運転が不可能であるという欠点がある。はモ−タ
の中性点を必要とするためモ−タの線が四本になり、マ
グネットの着磁波形を台形波にするため高速運転するモ
−タのロスが増大するという欠点がある。

【０００４】これらの欠点が解消された誘起電圧検出方
法が採用されたブラシレスモ−タとしては、特開昭64-4
3095号がある。しかしながら、この技術は、以下の欠点
を有している。 モータ端子電圧はインバータトランジスタのスイッチ
ングノイズを含んでいて、特にＰＷＭ制御の場合は高周
波でモータ端子電圧が変動するためスイッチングノイズ
が大きいので、モータ端子電圧を直接検出した場合、ス
イッチングノイズの影響により正確なモータ端子電圧の
検出が難しい。 Ｌ・〔ｄｉ／ｄｔ〕の〔ｄｉ／ｄｔ〕は電流の変化量
（微分検出）のため、ノイズの影響を受け易いことか
ら、正確なＬ・〔ｄｉ／ｄｔ〕の演算結果を得ることが
難しい。 ＰＷＭ制御のモータ端子電圧の値はスイッチングトラ
ンジスタのコレクタエミッタ間の電圧を無視すると、直
流電源の＋電圧は、−電圧のいずれかとなるため、検出
に大きなフィルタを介さない場合は電流の大小あるいは
モータ巻線インダクタンスの大小に関わらず電流の変化
量〔ｄｉ／ｄｔ〕を正確に検出しＬ・〔ｄｉ／ｄｔ〕を
演算しないと誘起電圧を得ることができない。 上記の、、により超高速回転をさせようとする
と脱調してしまい、超高速回転ができなかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した点
に鑑み案出したもので、ノイズが殆どない正確な誘起電
圧が検出できかつモータ端子電圧の平均電圧が検出でき
て振動を伴う過酷な使用条件でしかも10,000回転を越え
る超高速回転させても脱調する惧れがないセンサレスブ
ラシレスモータを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、永久磁石回転
子１と、三本の固定子巻線２a,２b,２c がＹ結線され前
記永久磁石回転子１に磁界を作用させ回転力を与える三
相固定子巻線２と、所要配列のスイッチング素子Ｕ＋，
Ｖ＋，Ｗ＋，Ｕ−，Ｖ−，Ｗ−をＰＷＭ信号により所要
にオン・オフ制御して直流電源４の直流を交流に変換し
て三本の出力線３a,３b,３c より出力して前記三相固定
子巻線２に給電して転流を制御する三相インバータ３
と、入力する三つの電流誤差修正電流指令信号Ｓ17, Ｓ
18, Ｓ19に基づいてスイッチング素子駆動信号であるＰ
ＷＭ信号Ｕ1,Ｕ2,Ｖ1,Ｖ2,Ｗ1,Ｗ2を前記三相インバー
タ３へ出力するＰＷＭ信号発生器９とを備えたセンサレ
スブラシレスモータにおいて、速度誤差増幅器６で速度
指令信号Ｓ1 を速度誤差修正速度指令信号Ｓ4 に変換し
て出力し、電流指令制御器７で速度誤差修正速度指令信
号Ｓ4 を三相分の電流指令信号Ｓ8,Ｓ9,Ｓ10に変換して
出力し、電流誤差増幅器８で三相分の電流指令信号Ｓ8,
Ｓ9,Ｓ10をそれぞれ電流誤差修正電流指令信号Ｓ17, Ｓ
18, Ｓ19に変換して前記ＰＷＭ信号発生器９へ出力する
ように構成されていて、前記速度誤差増幅器６は、実速
度換算器１３より出力する回転子１の実回転速度に対応
した該実速度フィードバック信号Ｓ2 を入力することに
より、前記速度誤差修正速度指令信号Ｓ4 を回転子１の
実回転速度を速度指令信号Ｓ1 に一致させるために必要
な大きさに演算して出力するようになっており、前記電
流指令制御器７は、通電位相指令器１２から出力する三
つの，180 度通電正弦波位相信号Ｓ5a, Ｓ6a, Ｓ7aまた
は120 度通電切替え信号Ｓ5b, Ｓ6b, Ｓ7bを入力するこ
とにより、前記三相分の電流指令信号Ｓ8,Ｓ9,Ｓ10を、
回転子１の固定子巻線２a,２b,２c に対する電気角の実
際の位相を盛り込んで波形形成して出力するようになっ
ており、前記電流誤差増幅器８は、前記三相インバータ
３の三相の出力線３a,３b,３cの電流検出信号Ｓ11, Ｓ1
2, Ｓ13をフィードバック入力することにより、前記三
つの電流誤差修正電流指令信号Ｓ17, Ｓ18, Ｓ19を、前
記三相の出力線３a,３b,３c に実際に流れるモータ電流
がこれに対応する前記三つの電流指令信号Ｓ8,Ｓ9,Ｓ10
に合致するように出力するようになっており、前記誘起
電圧検出器１１は、前記三つの電流誤差修正電流指令信
号Ｓ17, Ｓ18, Ｓ19を直接入力するか、又は前記直流電
源４の電圧変動分を解消するように補正した三つの電流
指令フィードバック信号Ｓ21, Ｓ22, Ｓ23をフィードバ
ック入力するとともに、前記電流検出信号Ｓ11, Ｓ12,
Ｓ13をフィードバック入力することにより、回転子１の
回転に伴い生起する誘起電圧信号Ｓ24, Ｓ25, Ｓ26を出
力するようになっており、前記通電位相指令器１２は、
前記三つの誘起電圧信号Ｓ24, Ｓ25, Ｓ26をフィードバ
ック入力することにより、該三つの誘起電圧信号Ｓ24,
Ｓ25, Ｓ26のそれぞれの位相に対応する三つの，180 度
通電正弦波位相信号Ｓ5a, Ｓ6a, Ｓ7a又は120 度通電切
替え信号Ｓ5b, Ｓ6b, Ｓ7bを前記電流指令制御器７の乗
算器７a,７b,７c へ出力するようになっており、前記実
速度換算器１３は、前記三つの誘起電圧信号Ｓ24, Ｓ2
5, Ｓ26の中の少なくとも一つの信号を入力することに
より、前記実速度フィードバック信号Ｓ2を回転子１の
実回転速度に対応して出力するようになっている，こと
を特徴とするセンサレスブラシレスモータを提供するも
のである。

【０００７】

【発明の実施の形態】

＜第一の実施の形態＞この実施の形態のセンサレスブラ
シレスモータは、図１のブロック図に示すように、永久
磁石回転子１と、三相固定子巻線２と、三相インバータ
３と、速度指令器５と、速度誤差増幅器６と、電流指令
制御器７と、電流誤差増幅器８と、ＰＷＭ信号発生器９
と、電圧変動補正器１０と、誘起電圧検出器１１と、通
電位相指令器１２と、実速度換算器１３とを備えてな
る。

【０００８】三相固定子巻線２は、三本の固定子巻線２
a,２b,２c がＹ結線され三相インバータ３から交流を給
電されて前記永久磁石回転子１に磁界を作用させ回転力
を与える。

【０００９】三相インバータ３は、所要配列のスイッチ
ング素子Ｕ＋，Ｖ＋，Ｗ＋，Ｕ−，Ｖ−，Ｗ−が直流電
源４から給電されるように接続されているとともにＰＷ
Ｍ信号（パルス幅変調転流制御信号）により前記所要配
列のスイッチング素子Ｕ＋，Ｖ＋，Ｗ＋，Ｕ−，Ｖ−，
Ｗ−を所要にオン・オフ制御して直流を交流に変換し該
交流を前記三本の固定子巻線２a,２b,２c の非中性点側
端子に接続されている三本の出力線３a,３b,３c より出
力して三相固定子巻線２に給電して転流を制御する。

【００１０】速度指令器５は、永久磁石回転子１の回転
速度を決定する速度指令信号Ｓ1 を出力する。

【００１１】速度誤差増幅器６は、比較器６ａと乗算器
６ｂとを有し比較器６ａのプラス側入力端子に前記速度
指令回路５から出力する図２(r) に示す速度指令信号Ｓ
1 を入力するとともにマイナス側入力端子に図２(q) に
示す実速度フィードバック信号Ｓ2 を入力して両信号の
偏差を算出し出力端子から出力する該偏差信号Ｓ3 を乗
算器６ｂに入力して所要のゲインを乗算することによ
り、回転子１の実回転速度を速度指令信号Ｓ1 に一致さ
せるために必要な大きさとした図２(p) に示す速度誤差
修正速度指令信号Ｓ4 を出力する。速度指令信号Ｓ1 と
実速度フィードバック信号Ｓ2 と速度誤差修正速度指令
信号Ｓ4 は、それぞれ所要値の電圧信号である。

【００１２】電流指令制御器７は、三本の固定子巻線２
a,２b,２c に対応した乗算器７a,７b,７c を有しこれら
乗算器７a,７b,７c に、それぞれ図２(p) に示す速度誤
差修正速度指令信号Ｓ4 を分配入力するとともに、前記
三本の固定子巻線２a,２b,２c に対応した通電位相情報
フィードバック信号として図２(o) に示すような三つの
正弦曲線で120 度ずつ位相が異なる180 度通電正弦波位
相信号Ｓ5a, Ｓ6a, Ｓ7aを分配入力しそれぞれ乗算する
ことにより、前記速度誤差修正速度指令信号Ｓ4 を基礎
として回転子１の固定子巻線２a,２b,２c に対する実際
の電気角の位相を盛り込んで波形形成した図２(n) に示
すような三つの正弦曲線で120 度ずつ位相が異なる電流
指令信号Ｓ8,Ｓ9,Ｓ10を出力する。

【００１３】電流誤差増幅器８は、三本の固定子巻線２
a,２b,２c に対応した三つの比較器８a,８b,８c と各比
較器８a,８b,８c に直列接続された三つの乗算器８d,８
e,８f とを有していて、三つの比較器８a,８b,８c のプ
ラス側入力端子に前記三つの電流指令信号Ｓ8,Ｓ9,Ｓ10
を分配入力するとともに各マイナス側入力端子に電流検
出器１４a,１４b,１４c により前記三相インバータ３の
三相の出力線３a,３b,３c から電流を検出した図２(m)
に示すような電流検出信号Ｓ11, Ｓ12, Ｓ13をフィード
バック入力してそれぞれ偏差を算出し各偏差信号Ｓ14,
Ｓ15, Ｓ16を各乗算器８d,８e,８f に入力して所要のゲ
インを乗算することにより、実際の三つモータ電流がこ
れに対応する前記三つの電流指令信号Ｓ8,Ｓ9,Ｓ10に合
致するように電流誤差を修正するべく図２(l) に示すよ
うな三つの電流誤差修正電流指令信号Ｓ17, Ｓ18, Ｓ19
を出力する。電流検出信号Ｓ11, Ｓ12, Ｓ13は図２(c)
に示すモ−タ電流に比例した同位相の信号となる。電流
誤差修正電流指令信号Ｓ17, Ｓ18, Ｓ19は、図２(b) に
示す平均化したモータ端子電圧に比例した同位相の信号
となる。電流誤差修正電流指令信号Ｓ17, Ｓ18, Ｓ19
は、図２(a) に示す直流電源電圧の変動に対応した変動
を生じる。

【００１４】ＰＷＭ信号発生器９は、三本の固定子巻線
２a,２b,２c に対応した三つの信号発生器９a,９b,９c
を有していて、各信号発生器９a,９b,９c の入力端子に
前記三つの電流誤差修正電流指令信号Ｓ17, Ｓ18, Ｓ19
を入力してこれら信号と図２(h) に示すような自己発生
する三角波信号と図２(g) に示すようにそれぞれ照合し
て各電流誤差修正電流指令信号Ｓ17, Ｓ18, Ｓ19が三角
波信号を交差するポイントに基づいて矩形波の立ち上が
りと立ち下がりのタイミングを割り出して一対の矩形波
を形成し、前記三相インバータ３の＋側スイッチング素
子Ｕ＋，Ｖ＋，Ｗ＋とマイナス側スイッチング素子Ｕ
−，Ｖ−，Ｗ−を駆動するための図２(e)に示すような
＋側スイッチング素子駆動信号Ｕ1,Ｖ1,Ｗ1 と、図２
(f) に示すような−側スイッチング素子駆動信号Ｕ2,Ｖ
2,Ｗ2 として各信号発生器９a,９b,９c のそれぞれ二つ
の出力端子から前記三相インバータ３へ出力する。な
お、図２(d) 〜(h) ではＵ相のＰＷＭ信号発生の原理を
示している。これに対応して、三相の出力端子３a,３b,
３c と直流電源４のマイナス側との間の電圧、すなわ
ち、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の実際のモータ端子電圧は、対応
する各相の＋側スイッチング素子駆動信号と同波形に増
幅された値となるが、直流電源４の電圧変動に対応して
変動を生じる。図２(d) は、Ｕ相の出力端子３ａと直流
電源４のマイナス側との間の電圧を示す。

【００１５】電圧変動補正器１０は、三本の固定子巻線
２a,２b,２c に対応した三つの乗算器１０a,１０b,１０
c を有していて各乗算器１０a,１０b,１０c に前記三つ
の電流誤差修正電流指令信号Ｓ17, Ｓ18, Ｓ19を入力す
るとともに前記図２(k) に示す直流電圧検出信号Ｓ20を
入力して両信号を乗算することにより、図２(a) に示す
ような直流電源４の電圧変動に対応し、図２(l) に示す
ような三つの電流誤差修正電流指令信号Ｓ17, Ｓ18, Ｓ
19に現れる変動を解消した図２(j) に示すような電流指
令フィードバック信号Ｓ21, Ｓ22, Ｓ23を出力する。

【００１６】誘起電圧検出器１１は、三本の固定子巻線
２a,２b,２c に対応した三つの比較器１１a,１１b,１１
c を有していて各比較器１１a,１１b,１１c のプラス側
入力端子に図２(j) に示すような三つの電流指令フィー
ドバック信号Ｓ21, Ｓ22, Ｓ23を分配入力するとともに
マイナス側入力端子に図２(m) に示すような電流検出信
号Ｓ11, Ｓ12, Ｓ13を入力して両信号の偏差を算出し図
２(i) に示すような誘起電圧信号Ｓ24, Ｓ25, Ｓ26とし
て出力する。

【００１７】通電位相指令器１２は、三本の固定子巻線
２a,２b,２c に対応した三つの乗算器１２a,１２b,１２
c を有していて各乗算器１２a,１２b,１２c に図２(i)
に示す三つの誘起電圧信号Ｓ24, Ｓ25, Ｓ26を分配入力
し、前記電流指令制御器７の乗算器７a,７b,７c に対し
て、前記三本の固定子巻線２a,２b,２c に対応した通電
位相情報フィードバック信号として、該三つの誘起電圧
信号Ｓ24, Ｓ25, Ｓ26のそれぞれの位相に対応する図２
(o) に示す三つの180 度通電正弦波位相信号Ｓ5a, Ｓ6
a, Ｓ7aを出力する。該180 度通電正弦波位相信号Ｓ5a,
Ｓ6a, Ｓ7aは、誘起電圧信号Ｓ24, Ｓ25,Ｓ26から位相
情報だけを受け取ってピーク振幅値が一定の三つの正弦
曲線であって120 度ずつ位相が異なる信号として出力さ
れる。

【００１８】実速度換算器１３は、三つの誘起電圧信号
Ｓ24, Ｓ25, Ｓ26を入力して各誘起電圧信号の個別平均
値を算出してからさらに三つの個別平均値に対する総平
均値を算出して該総平均値に対して一定の係数を掛けた
値を前記速度誤差増幅器６へ入力する図２(q) に示す実
速度フィードバック信号Ｓ2 として検出し、もって、誘
起電圧信号Ｓ24, Ｓ25, Ｓ26から回転子１の実回転速度
に対応した該実速度フィードバック信号Ｓ2 を前記速度
誤差増幅器６へ出力する。

【００１９】上記の構成のセンサレスブラシレスモータ
によれば、速度誤差と位相誤差と電流誤差と直流電圧変
動による電圧誤差に関していずれもフィードバック制御
によって解消している。すなわち、速度誤差増幅器６で
実速度フィードバック信号Ｓ2 を入力して速度指令信号
Ｓ1 を速度誤差修正速度指令信号Ｓ4 に変換しさらに電
流指令制御器７で通電位相指令器１２から180 度通電正
弦波位相信号Ｓ5a, Ｓ6a, Ｓ7aを入力して速度誤差修正
速度指令信号Ｓ4 を電流指令信号Ｓ8,Ｓ9,Ｓ10に変換
し、電流誤差増幅器８で電流検出信号Ｓ11, Ｓ12, Ｓ13
をフィードバック入力して電流誤差修正電流指令信号Ｓ
17, Ｓ18, Ｓ19に変換しＰＷＭ信号発生器９へ出力し、
ＰＷＭ信号を三相インバータ３に出力して三相交流を出
力し三相固定子巻線２を励磁して回転子１を回転する。
電流誤差増幅器８より出力する電流誤差修正電流指令信
号Ｓ17, Ｓ18, Ｓ19は、図２(b) に示す平均化したモー
タ端子電圧に対応する信号となる。ただし、図２(a) に
示すように直流電源電圧が変動すると、図２(d) に示す
ように実際のモータ端子電圧が同調して変動するので、
該実際のモータ端子電圧の同調変動分を補うために図２
(l) に示すように電流誤差修正電流指令信号Ｓ17, Ｓ1
8, Ｓ19が変動する。そうすると、図２(g) に示すよう
に、ＰＷＭ信号発生器９において、電流誤差修正電流指
令信号と三角波信号との照合により、図２(e)(d)に示す
ように通電停止時間が短くなる。速度誤差と位相誤差の
フィードバック制御に必要な誘起電圧の検出について
は、電流誤差増幅器８から出力する電流誤差修正電流指
令信号Ｓ17, Ｓ18, Ｓ19と電流検出信号Ｓ11, Ｓ12, Ｓ
13とを利用して検出する構成であり、電流誤差修正電流
指令信号Ｓ17, Ｓ18, Ｓ19はＰＷＭ変調する前の信号で
あるから、電流誤差増幅器８において、スイッチングノ
イズが殆どない正確なモータ端子電圧を極めて正確に検
出でき、かつ図２(b) に示すような平均化したモータ端
子電圧を極めて正確に検出できる。このため、電流誤差
増幅器８において、モータ端子電圧が小さい場合やＬ×
〔di／dt〕がモータ誘起電圧に比べ充分に小さいレベル
の場合はＬ×〔di／dt〕の演算をしなくても極めて正確
な誘起電圧を検出でき、ひいては、12,000r.p.m 位の超
高速回転をさせても脱調する惧れがない。誘起電圧検出
回路１０から出力する誘起電圧信号Ｓ24, Ｓ25, Ｓ26
は、図２(b) に示す誘起電圧（点線部分）に比例した同
位相の信号となり、図２(c) に示すモータ電流の位相が
誘起電圧の位相とずれた場合でも正確に誘起電圧を検出
することができる。

【００２０】図３のタイムチャートは、逆通電制動時の
信号の状態を示す。逆通電制動時とは、図３(r) に示す
速度指令信号Ｓ1 が図３(q) に示す実速度フィードバッ
ク信号Ｓ2 よりも小さくなって、図３(p) に示す速度誤
差修正速度指令信号Ｓ4 がマイナス値となった場合であ
る。このため、図３(n) に示す電流指令信号Ｓ8,Ｓ9,Ｓ
10が反転した値となるから、図３(m) に示す電流検出信
号Ｓ11, Ｓ12, Ｓ13が反転した値となり、図３(c) に示
すモータ電流が反転する。また、電流指令信号Ｓ8,Ｓ9,
Ｓ10が反転すると、図３(d) に示すように実際のモータ
電圧が小さくなり、このため、図３(b) に示す平均化し
たモータ端子電圧が誘起電圧よりも小さくなる。

【００２１】＜第二の実施の形態＞本願発明の第二の実
施の形態を図４、図５、図６を参照して説明する。この
実施の形態のセンサレスブラシレスモータは、図４のブ
ロック図に示すように、永久磁石回転子１と、三相固定
子巻線２と、三相インバータ３と、速度指令器５と、速
度誤差増幅器６と、電流指令制御器７と、電流誤差増幅
器８と、ＰＷＭ信号発生器９と、電圧変動補正器１０
と、誘起電圧検出器１１と、通電位相指令器１２と、実
速度換算器１３とを備えてなる。

【００２２】図１のセンサレスブラシレスモータと相違
する点は、通電位相指令器１２のみである。通電位相指
令器１２は、三本の固定子巻線２a,２b,２c に対応した
三つの比較器１２a,１２b,１２c を有していて各比較器
１２a,１２b,１２c に図５（ｉ）に示す三つの正弦曲線
であって120 度ずつ位相が異なる誘起電圧信号Ｓ24, Ｓ
25,Ｓ26を分配入力し、前記電流指令制御器７の乗算器
７a,７b,７c に対して、前記三本の固定子巻線２a,２b,
２c に対応した通電位相情報フィードバック信号とし
て、該三つの誘起電圧信号Ｓ24, Ｓ25, Ｓ26のそれぞれ
の位相に対応する三つの120 度通電切替え信号Ｓ5b, Ｓ
6b, Ｓ7bを出力する。矩形波である三つの120 度通電切
替え信号Ｓ5b, Ｓ6b, Ｓ7bの立ち上がりと立ち下がりの
タイミングは、図４から分かるとおり三つの誘起電圧信
号Ｓ24, Ｓ25, Ｓ26の交差ポイントを検出するとともに
交差ポイントにおける信号間の変化方向を検出すること
により実行しているので、12,000r.p,m 位の超高速回転
をさせても正確な120 度通電切替え信号Ｓ5b, Ｓ6b, Ｓ
7bが得られ、脱調が回避される。

【００２３】電流指令制御器７から出力する電流指令信
号Ｓ8,Ｓ9,Ｓ10は、三つの120 度通電切替え信号Ｓ5b,
Ｓ6b, Ｓ7bが矩形波であるために矩形波となる。また図
５(c) に示すモータ電流は図５(n) に示す電流指令信号
Ｓ8,Ｓ9,Ｓ10に対応する矩形波信号となり、従って、図
５(m) に示す電流検出信号Ｓ11, Ｓ12, Ｓ13は図５(c)
に示すモータ電流に対応する矩形波信号となる。電流誤
差増幅器８は、矩形波の電流指令信号Ｓ8,Ｓ9,Ｓ10と矩
形波の電流検出信号Ｓ11, Ｓ12, Ｓ13を入力するが、実
際の三つモータ電流がこれに対応する前記三つの電流指
令信号Ｓ8,Ｓ9,Ｓ10に合致するように電流誤差を修正す
るべくフィードバック制御を行うので、矩形波を出力せ
ず、三つの120 度通電切替え信号Ｓ5b, Ｓ6b, Ｓ7bに対
応した120 度ずつ位相がずれた正弦曲線にそれぞれ矩形
波信号を取り込んだ波形の電流誤差修正電流指令信号Ｓ
17, Ｓ18, Ｓ19を出力する。図５(b) に示す120 °の通
電時の平均化したモ−タ端子電圧はＬ・〔dt／di〕がモ
ータ端子電圧に比べ充分小さい（通常のモータにあって
は充分に小さい）レベルの場合は（誘起電圧＋電流ｉ×
巻線抵抗Ｒ）となり、６０°の無通電時の平均化したモ
−タ端子電圧は誘起電圧と等しくなる。

【００２４】上記の構成のセンサレスブラシレスモータ
によれば、120 度通電により運転するものであるが、図
１の180 度通電を行うセンサレスブラシレスモータと全
く同様に、速度誤差と位相誤差と電流誤差と直流電圧変
動による電圧誤差に関していずれも同一の信号処理を行
うフィードバック制御によって解消している。すなわ
ち、速度誤差増幅器６で実速度フィードバック信号Ｓ2
を入力して速度指令信号Ｓ1 を速度誤差修正速度指令信
号Ｓ4 に変換しさらに電流指令制御器７で通電位相指令
器１２から120 度通電切替え信号Ｓ5b, Ｓ6b, Ｓ7b を
入力して速度誤差修正速度指令信号Ｓ4 を電流指令信号
Ｓ8,Ｓ9,Ｓ10に変換し、電流誤差増幅器８で電流検出信
号Ｓ11, Ｓ12, Ｓ13をフィードバック入力して電流誤差
修正電流指令信号Ｓ17, Ｓ18, Ｓ19に変換しＰＷＭ信号
発生器９へ出力し、ＰＷＭ信号を三相インバータ３に出
力して三相交流を出力し三相固定子巻線２を励磁して回
転子１を回転する。誘起電圧の検出についても、図１の
180 度通電を行うセンサレスブラシレスモータと全く同
様に、電流誤差増幅器８から出力する電流誤差修正電流
指令信号Ｓ17, Ｓ18, Ｓ19と電流検出信号Ｓ11, Ｓ12,
Ｓ13とを利用して検出した構成であり、電流誤差修正電
流指令信号Ｓ17, Ｓ18, Ｓ19はＰＷＭ変調する前の信号
であるから、電流誤差増幅器８において、スイッチング
ノイズが殆どない正確なモータ端子電圧を極めて正確に
検出でき、かつ図５(b) に示すような平均化したモータ
端子電圧を極めて正確に検出できる。

【００２５】図６のタイムチャートは、逆通電制動時の
信号の状態を示す。図６(n) に示す電流指令信号Ｓ8,Ｓ
9,Ｓ10が反転した値となるから、図６(m) に示す電流検
出信号Ｓ11, Ｓ12, Ｓ13が反転した値となり、図６(c)
に示すモータ電流が反転する。また、図６(d) に示すよ
うに実際のモータ電圧の通電時間が短くなり、図６(b)
に示す平均化したモータ端子電圧が誘起電圧よりも小さ
くなる。また、図６(b) に示す平均化したモータ端子電
圧はＬ・〔dt／di〕がモータ端子電圧に比べ充分小さい
（通常のモータにあっては充分に小さい）レベルの場合
は（誘起電圧−モ−タ電流ｉ×巻線抵抗Ｒ）となり、６
０°の無通電時の平均化したモ−タ端子電圧は誘起電圧
と等しくなる。

【００２６】＜第三の実施の形態＞本願発明の第三の実
施の形態を図７を参照して説明する。この実施の形態の
センサレスブラシレスモータは、図７のブロック図に示
すように、永久磁石回転子１と、三相固定子巻線２と、
三相インバータ３と、速度指令器５と、速度誤差増幅器
６と、電流指令制御器７と、電流誤差増幅器８と、ＰＷ
Ｍ信号発生器９と、電圧変動補正器１０と、誘起電圧検
出器１１と、通電位相指令器１２と、実速度換算器１３
とを備えてなる。

【００２７】この実施の形態のセンサレスブラシレスモ
ータは、直流電源４が電圧変動しない場合の構成例であ
り、図１のセンサレスブラシレスモータと相違する点
は、直流電源４が電圧変動しないから図１に示す電圧変
動補正器１０が備えられていないこと、実速度換算器１
３に誘起電圧検出器１１から出力される誘起電圧信号Ｓ
24が入力されることだけである。

【００２８】なお、上述した図１及び図４及び図７のセ
ンサレスブラシレスモータにおいて、二個の電流検出器
の信号を加算し反転することによって電流検出器を設け
ない相の信号を得る場合でも三個の電流検出器を設けた
場合と同様に誘起電圧を検出できる。また、誘起電圧回
路、位相変換、電流指令制御、速度誤差増幅器、電流誤
差増幅器、実速度換算器、電圧変動補正器、ＰＷＭ信号
発生回路の機能をマイクロコンピュ−タ等によって計算
処理し誘起電圧デ−タを得るようにしても良い。また、
実速度換算器は誘起電圧信号の周期より実速度フィード
バック信号を出力してもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明のセン
サレスブラシレスモータによれば、速度誤差増幅器６で
実速度フィードバック信号Ｓ2 を入力して速度指令信号
Ｓ1 を速度誤差修正速度指令信号Ｓ4 に変換しさらに電
流指令制御器７で通電位相指令器１２から180 度通電正
弦波位相信号Ｓ5a, Ｓ6a, Ｓ7aを入力して速度誤差修正
速度指令信号Ｓ4 を電流指令信号Ｓ8,Ｓ9,Ｓ10に変換
し、電流誤差増幅器８で電流検出信号Ｓ11, Ｓ12, Ｓ13
をフィードバック入力して電流誤差修正電流指令信号Ｓ
17, Ｓ18, Ｓ19に変換しＰＷＭ信号発生器９へ出力し、
ＰＷＭ信号を三相インバータ３に出力して三相交流を出
力し三相固定子巻線２を励磁して回転子１を回転する。
誘起電圧検出信号Ｓ24, Ｓ25, Ｓ26は電流誤差修正電流
指令信号Ｓ17, Ｓ18, Ｓ19と電流検出信号Ｓ11, Ｓ12,
Ｓ13から検出し、実速度フィードバック信号Ｓ2 と180
度通電正弦波位相信号Ｓ5a, Ｓ6a, Ｓ7aを得る構成とし
たので、ＰＷＭノイズ（スイッチングノイズ）に影響さ
れないようにＰＷＭ信号発生器に入力する前の信号を取
り出して誘起電圧を検出することから、誘起電圧を検出
する際に伴うノイズが微小であり遅れが非常に小さいフ
ィルタで除去できるから、モータ端子電圧の平均電圧に
比例した極めて正確な誘起電圧を遅れを生じずに検出で
き、モータ電流が小さい場合やＬ・〔ｄｉ／ｄｔ〕がモ
ータ端子電圧に比べ充分小さいレベルの場合はＬ・〔ｄ
ｉ／ｄｔ〕の演算をしなくてもモータ端子電圧を正確か
つ少しの遅れもなく検出でき、このため、10,000回転を
越える超高速運転を与えるようにしても極めて正確な誘
起電圧を検出することが可能で超高速運転が実現でき、
ホ−ルセンサ−、エンコ−ダ等の回転子位置検出器を備
えないで永久磁石同期モ−タの電流位相を制御して直流
モ−タと等価の極めて優れた電気機械エネルギ変換特性
を持たせることができる。そして、負荷変動に影響され
ずに誘起電圧を検出できるので、振動を伴う過酷な使用
条件でも脱調する惧れがない。ＰＷＭノイズを非常に遅
れの小さいフィルタで除去できるので、遅れのない正確
な誘起電圧検出が可能になる。また、180 度通電及び12
0 度通電のどちらでも誘起電圧を検出することができ
る。さらに、逆通電制動を行ったときでも確実に誘起電
圧を検出することができ、脱調する惧れがない。さら
に、三本のモ−タ配線でモ−タの誘起電圧に比例し、さ
らに同位相の信号検出が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施の形態のセンサレスブラシ
レスモータに係り、180 度通電制御を行うセンサレスブ
ラシレスモータのブロック図。

【図２】本発明の第一の実施の形態のセンサレスブラシ
レスモータのタイムチャート。

【図３】本発明の第一の実施の形態のセンサレスブラシ
レスモータの逆通電制御時のタイムチャート。

【図４】本発明の第二の実施の形態のセンサレスブラシ
レスモータに係り、120 度通電制御を行うセンサレスブ
ラシレスモータのブロック図。

【図５】本発明の第二の実施の形態のセンサレスブラシ
レスモータのタイムチャート。

【図６】本発明の第二の実施の形態のセンサレスブラシ
レスモータの逆通電制御時のタイムチャート。

【図７】本発明の第三の実施の形態の180 度通電制御を
行うセンサレスブラシレスモータのブロック図。

【符号の説明】

１ ・・・永久磁石回転子、 ２ ・・・三相固定子巻線、 ２a,２b,２c ・・・固定子巻線、 ３ ・・・三相インバータ、 ３a,３b,３c ・・・出力線、 ４ ・・・直流電源、 ６ ・・・速度誤差増幅器、 ７ ・・・電流指令制御器、 ８ ・・・電流誤差増幅器、 ９ ・・・ＰＷＭ信号発生器、 １１ ・・・誘起電圧検出器、 １２ ・・・通電位相指令器、 １３ ・・・実速度換算器、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 永久磁石回転子１と、三本の固定子巻線
   ２a,２b,２c がＹ結線され前記永久磁石回転子１に磁界
   を作用させ回転力を与える三相固定子巻線２と、所要配
   列のスイッチング素子Ｕ＋，Ｖ＋，Ｗ＋，Ｕ−，Ｖ−，
   Ｗ−をＰＷＭ信号により所要にオン・オフ制御して直流
   電源４の直流を交流に変換して三本の出力線３a,３b,３
   c より出力して前記三相固定子巻線２に給電して転流を
   制御する三相インバータ３と、入力する三つの電流誤差
   修正電流指令信号Ｓ17, Ｓ18,Ｓ19に基づいてスイッチ
   ング素子駆動信号であるＰＷＭ信号Ｕ1,Ｕ2,Ｖ1,Ｖ2,Ｗ
   1,Ｗ2 を前記三相インバータ３へ出力するＰＷＭ信号発
   生器９とを備えたセンサレスブラシレスモータにおい
   て、 速度誤差増幅器６で速度指令信号Ｓ1 を速度誤差修正速
   度指令信号Ｓ4 に変換して出力し、電流指令制御器７で
   速度誤差修正速度指令信号Ｓ4 を三相分の電流指令信号
   Ｓ8,Ｓ9,Ｓ10に変換して出力し、電流誤差増幅器８で三
   相分の電流指令信号Ｓ8,Ｓ9,Ｓ10をそれぞれ電流誤差修
   正電流指令信号Ｓ17, Ｓ18, Ｓ19に変換して前記ＰＷＭ
   信号発生器９へ出力するように構成されていて、 前記速度誤差増幅器６は、実速度換算器１３より出力す
   る回転子１の実回転速度に対応した該実速度フィードバ
   ック信号Ｓ2 を入力することにより、前記速度誤差修正
   速度指令信号Ｓ4 を回転子１の実回転速度を速度指令信
   号Ｓ1 に一致させるために必要な大きさに演算して出力
   するようになっており、 前記電流指令制御器７は、通電位相指令器１２から出力
   する三つの，180 度通電正弦波位相信号Ｓ5a, Ｓ6a, Ｓ
   7aまたは120 度通電切替え信号Ｓ5b, Ｓ6b, Ｓ7bを入力
   することにより、前記三相分の電流指令信号Ｓ8,Ｓ9,Ｓ
   10を、回転子１の固定子巻線２a,２b,２c に対する電気
   角の実際の位相を盛り込んで波形形成して出力するよう
   になっており、 前記電流誤差増幅器８は、前記三相インバータ３の三相
   の出力線３a,３b,３cの電流検出信号Ｓ11, Ｓ12, Ｓ13
   をフィードバック入力することにより、前記三つの電流
   誤差修正電流指令信号Ｓ17, Ｓ18, Ｓ19を、前記三相の
   出力線３a,３b,３c に実際に流れるモータ電流がこれに
   対応する前記三つの電流指令信号Ｓ8,Ｓ9,Ｓ10に合致す
   るように出力するようになっており、 前記誘起電圧検出器１１は、前記三つの電流誤差修正電
   流指令信号Ｓ17, Ｓ18, Ｓ19を直接入力するか、又は前
   記直流電源４の電圧変動分を解消するように補正した三
   つの電流指令フィードバック信号Ｓ21, Ｓ22, Ｓ23をフ
   ィードバック入力するとともに、前記電流検出信号Ｓ1
   1, Ｓ12, Ｓ13をフィードバック入力することにより、
   回転子１の回転に伴い生起する誘起電圧信号Ｓ24, Ｓ2
   5, Ｓ26を出力するようになっており、 前記通電位相指令器１２は、前記三つの誘起電圧信号Ｓ
   24, Ｓ25, Ｓ26をフィードバック入力することにより、
   該三つの誘起電圧信号Ｓ24, Ｓ25, Ｓ26のそれぞれの位
   相に対応する三つの，180 度通電正弦波位相信号Ｓ5a,
   Ｓ6a, Ｓ7a 又は120 度通電切替え信号Ｓ5b, Ｓ6b, Ｓ
   7b を前記電流指令制御器７の乗算器７a,７b,７c へ出
   力するようになっており、 前記実速度換算器１３は、前記三つの誘起電圧信号Ｓ2
   4, Ｓ25, Ｓ26の中の少なくとも一つの信号を入力する
   ことにより、前記実速度フィードバック信号Ｓ2を回転
   子１の実回転速度に対応して出力するようになってい
   る，ことを特徴とするセンサレスブラシレスモータ。