JPS627799B2

JPS627799B2 -

Info

Publication number: JPS627799B2
Application number: JP56013088A
Authority: JP
Inventors: Beegaa Niirusen Henriku
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1980-02-01
Filing date: 1981-02-02
Publication date: 1987-02-19
Also published as: JPS56121385A; CA1174727A; FR2475309A1; FR2475309B1; GB2068664A; IT8167124A0; GB2068664B; IT1143334B; DE3003583A1; DK33481A; US4473781A; DE3003583C2

Description

【発明の詳細な説明】本発明は半導体スイツチ要素、チヨツパ，該半
導体スイツチ要素とチヨツパとの間に設けられた
チヨーク・コイル，回転子の回転角度位置を検知
するためのセンサ、該センサによつて制御可能な
上記半導体要素のための整流ないし転流制御装
置、チヨツパ制御段、該チヨツパ制御段の制御入
力端に前置接続されたターン・オン信号のための
伝送路および電動機電流に依存してチヨツパを上
記チヨツパ制御段を介して制御可能にする電流測
定装置とを備え、各１つの上記半導体要素、チヨ
ーク・コイルおよびチヨツパを有する直列接続が
各固定子巻線と共に動作直流電圧源に直列に接続
可能である少くとも２つの固定子巻線を有するブ
ラシレス直流電動機のための制御装置に関する。

この種の周知の制御装置においては、回転子磁
界を受ける回転角度センサが半導体スイツチ要素
の整流ないし転流（切換）を惹起する。チヨツパ
のデユーテイ・サイクルは電動機の電流および回
転数に依存して制御段により自動的に、予め定め
られた目標値に対応するように制御される。半導
体スイツチ要素はトランジスタである。従つて半
導体スイツチ要素は往々にして開閉電力が小さ
く、それに比較して高い電力損失を示す。

開閉能力を高めるために、スイツチ要素として
トランジスタの代りにサイリスタを使用すること
も知られている。しかしながらこの場合にはサイ
リスタの転流もしくは切換および消孤に関連して
困難が生ずる。チヨツパのターン・オンが転流も
しくは消孤と同時に生ずると、チヨツパ電流なら
びに電動機電流が、特に後者が大きい場合に、最
大限界値を超え、その結果チヨツパが遮断もしく
は阻止されるという危険が生ずる。その結果とし
て電動機の出力も低減することになる。何故なら
ば阻止時間が電動機電流の平均値を定めそしてこ
の阻止状態はチヨツパ周波数の１周期全体にわた
り、しかも転流周期間で反復的に起り得るからで
ある。

チヨツパがサイリスタとして構成されている場
合には、先ずこのサイリスタに短いパルス（持続
幅がほぼ１マイクロ秒）を加え、それに続いて一
定の低レベルのパルスを加えて点弧している。こ
の点弧信号が、相サイリスタの同時の切換によつ
て惹起されてチヨツパ・サイリスタを消孤せしめ
る過電流信号と同時に現われた場合には、チヨツ
パ・サイリスタは直ちに再び点孤され、その結果
過電流により破壊される可能性がある。

本発明の課題は電力損失が小さくて高い制御能
力を有し、確実な動作を可能にする冒頭に述べた
型式の制御装置を提供することにある。

上の目的で本発明によれば、各半導体スイツチ
要素が制御可能な二方向整流装置を備えておつ
て、ダイオードと直列に接続され、開閉シーケン
ス順序で相続く相のダイオードおよび２方向整流
装置の接続点が消孤コイルおよび消弧コンデンサ
を直列に備えた消弧回路によつて接続されてお
り、転流制御装置は転流時点において上記チヨツ
パを阻止する信号を上記伝送路に供給することが
提案される。

直流電動機の制御装置のこの構成によれば、転
流中消弧電流の１部はチヨツパを介して流れて、
それにより該チヨツパが過負荷になり、遮断され
たり、あるいは最大電流制限により不導通にされ
ることは阻止される。チヨツパを強制的に不導通
にすることにより、この様な過電流遮断は阻止さ
れ、同時に切換に際してサイリスタの申し分のな
い消弧が保証される。

阻止信号の持続期間は、該期間中に消弧回路の
消弧電流が許容値以下に減衰するように選ぶべき
である。

ターン・オン信号が阻止信号と一致する期間
中、該阻止信号によつて無効にされ得るような形
態に制御装置を構成すれば、その構造は特に単純
となる。

上記のことは、伝送路の入力側に２つの入力端
を有する論理回路を設け、１方の入力端に阻止信
号をそして他方の入力端にターン・オン信号を印
加できるようにし、該論理回路はターン・オン信
号および阻止信号を通すが、これら両信号が一致
した場合には阻止信号だけしか通さないようにす
ることにより達成することができる。

チヨツパとしてスイツチング・トランジスタが
使用される場合には、該トランジスタは通常
RCD保護回路または対応の他の保護回路が設け
られる。この場合一致期間中阻止信号によつて無
効にされるチヨツパのターン・オン信号を、スイ
ツチング・トランジスタが導通に切換後に直ちに
再び不導通になるように短縮されるとその結果と
してスイツチング・トランジスタを介し過度に大
きな復元電流が流れ、スイツチング・トランジス
タを破壊することが起り得る。従つて伝送路の出
力側にはパルス整形器を設け、最小持続期間を超
える入力パルスに対しては該入力パルスに対応す
る持続期間を有する出力パルスを発生し、そして
該最小持続期間を下廻る入力パルスの場合には該
最小持続期間を有する出力パルスを発生するよう
にするのが有利である。このようにすれば、スイ
ツチング・トランジスタは、過度に高い復元電流
を回避するように選択された最小持続期間中だけ
導通に切り換えられることが保証される。

パルス整形器は２つの入力端を有するオア論理
素子を有することができ、そしてそのうちの１つ
の入力端は上記最小持続期間に対応する走行時間
を有するタイマ回路を介して他方の入力端に接続
されて上記パルス整形器の入力端を形成する。こ
の場合簡単な仕方でパルス整形器の入力パルスか
またはタイマ回路の出力パルスのうち長い方のパ
ルスがパルス整形器の出力パルスの持続期間を定
める。

ターン・オン信号は電動機回転数を定める制御
信号に依存してパルス幅変調されたパルスとする
のが好ましい。

以下、添付図面を参照し本発明の好ましい実施
例について詳細に説明する。

第１図は２極の永久磁石回転子１ならびに２つ
の固定子巻線２および３を備えたブラシレス直流
電動機のための制御装置を示す。固定子巻線２お
よび３はそれぞれ、駆動直流電源１０の極（＋）
および（−）間で、サイリスタ６および７（「逆
方向阻止サイリスタトリオード」とも称される）
および逆並列接続のダイオード８および９からな
る制御可能な２方向整流回路４および５の形態に
ある半導体スイツチ要素と直列に接続されてい
る。

制御可能な２方向整流回路４，５と固定子巻線
２，３との間には、それぞれサイリスタ６，７と
同極性で接続されたダイオード１１，１２が設け
られている。ダイオード１１，１２とサイリスタ
６，７との各接続点は、直列接続の消弧リアクト
ル１３および消弧コンデンサ１４を有する消弧回
路によつて接続されている。

固定子巻線２、ダイオード１１および２方向整
流回路から形成される直列接続ならびに固定子巻
線３、ダイオード１２および２方向整流回路５か
ら形成される直列接続は共に、チヨーク・コイル
１５、オーム抵抗の形態にある電流測定デバイス
１６および保護回路１７ａを備えたスイツチン
グ・トランジスタの形態にあるチヨツパ１７から
なる直列接続と直列に接続されている。保護回路
１７ａはトランジスタ１７がターン・オフする時
に、該トランジスタが最終的に阻止状態となるま
で過負荷として作用する高い順方向電圧がコレク
タおよびエミツタ間にかかるのを阻止する働きを
なす。この目的で保護回路１７ａは図示のように
RCD保護回路として構成することができる。

２つの別のダイオード１８および１９はそれぞ
れ、駆動電源１０の負極を、固定子巻線２および
ダイオード１１の接続点ならびに固定子巻線３と
ダイオード１２の接続点と接続する。さらにチヨ
ーク・コイル１５と電流測定デバイス１６との接
続点は、逆方向ダイオード２０を介して動作直流
電圧源１０の正極に接続されている。

センサ２１は回転子１の回転角度位置を測定
し、回転子１の各半回転後にその振幅が変わる矩
形波信号Ｆを発生する。このセンサ信号Ｆは転流
制御装置２２に供給される。該転流制御装置は、
センサ信号Ｆから、サイリスタ６および７のため
の180゜だけ移相されたスイツチ信号S₆，S₇を派
生し、それにより該サイリスタ６および７は交互
に、回転子の各半回転後に導通に切換えられる。

さらに転流制御装置２２は論理回路の形態にあ
る伝送回路２３およびチヨツパ制御段２４を介し
てチヨツパ１７の制御入力端に接続されている。
さらに転流制御装置２２はパルス幅変調器２５に
回転子１の回転数に比例する制御直流電圧Ｇを供
給し、この制御直流電圧Ｇはパルス幅変調回路２
５によりパルス幅変調された（オン−オフ）スイ
ツチング信号Ｍに変換され、そして伝送回路２３
の第２の入力端に供給される。この目的でパルス
幅変調器２５は高い増幅率を有する差動増幅器の
形態にある比較器２６およびのこぎり波パルス発
生器２７を有している。比較器２６はその反転入
力端（−）に制御直流電圧Ｇを受け、そしてその
非反転入力端（＋）にのこぎり波パルス発生器２
７からのこぎり波パルスを受ける。のこぎり波パ
ルスが制御直流電圧Ｇを越える都度、比較器２５
はチヨツパ１７に対しターン・オフもしくは阻止
信号M₁を発生し、そしてそうでない場合にはタ
ーン・オンもしくは導通に切換える信号M₀を発
生する。

伝送回路２３はその入力側に２つの入力端を有
するオア論理回路２８を有しており、該オア論理
回路２８には否定回路２９が後置接続されておつ
て、それによりナンド論理回路が形成されてい
る。伝送回路２３の出力側には同様に２つの入力
端を有するオア論理回路３０が設けられており、
該回路３０には否定回路３１が後置接続されてお
つて、共にナンド論理回路を形成している。否定
回路２９の出力端は直接オア論理回路３０の１つ
の入力端に接続されると共にタイマ回路３２を介
して該オア論理回路３０の他方の入力端に接続さ
れている。回路３０，３１および３２は出力パル
スC₀の最小持続期間を保証するパルス整形器を
形成している。

チヨツパ制御段２４は伝送回路２３の出力信号
Ｃに加えて電流測定デバイス１６の測定信号を受
け、そして信号Ｃが「１」レベルC₁でありか
つ／または電流測定信号が上限値を越えた場合
に、チヨツパ１７を不導通にする作用をなす。

動作時（第２図をも参照）に、スイツチング信
号S₆は正であるとする。そうした場合サイリスタ
６はこの時間中導通に切換えられており、サイリ
スタ７は不導通である。各「０」レベルの信号
C₀中、チヨツパ１７は導通に切換わり、その結
果モータ駆動電流は回路要素２，１１，６，１
５，１６および１７を経て流れ、そして回路要素
３，１２，１４，１３，６，１５，１６および１
７を経て別の電流が流れる。この別の電流で消孤
コンデンサ１４が充電される。スイツチング信号
S₆が「０」になるとスイツチング信号S₇が正とな
り、その結果サイリスタ７も導通に切換えられ消
孤コンデンサ１６はサイリスタ７，ダイオード８
および消孤リアクトル１３を介して復元される。
この復元電流Ｉ_Lによりダイオード８に現われる
電圧降下でサイリスタ６は消弧され、その結果、
今度は「０」レベル信号C₀が現われると固定子
巻線３を介して駆動電流が流れる。ダイオード１
２はサイリスタ６の消弧に際して、消孤コンデン
サ１４が駆動直流電源１０の方向に放電するのを
阻止する。同様のことが、次の回転子半回転中に
ダイオード１１に対して当て嵌まる。ダイオード
１９はサイリスタ６の不導通後に固定子巻線２に
蓄積されたエネルギを、該固定子巻線２と固定子
巻線３とが磁気結合されていることに由り、固定
子巻線３を介して駆動直流電源１０に帰還するこ
とを可能にする。同様のことがダイオード１８，
サイリスタ７および固定子巻線３についても言え
る。

サイリスタ６および７の導通状態の切換即ち転
流に際してチヨツパ１７が導通に切換えられてい
る場合または導通に切換えられると、消弧コンデ
ンサ１４は最早やちようど導通になつたばかりの
サイリスタを経ずに、少なくとも部分的にチヨツ
パ１７および対応のダイオード１８，１１または
１９，１２を介して復元する。なお上記２つのサ
イリスタは短時間同時に導通状態になることがで
きる。と言うのは消弧されるサイリスタの消弧遅
延の方が、点弧されるサイリスタの点弧遅延より
も長いからである。これら両サイリスタは、特に
チヨツパ１７を介して流れる電流が相当に大きい
場合に該チヨツパ１７に過電流を惹起し、その結
果チヨツパ１７は電流測定デバイス１６およびチ
ヨツパ制御段２４によつて直ちに再び不導通にさ
れ駆動電流は遮断される。この遮断で駆動電流平
均値は目標値以下に減少され、このような遮断が
１つの整流周期内で繰返えされたり、あるいはま
たチヨツパ周波数の全周期にわたつて生ずるとモ
ータの出力は著しく低下する。なおチヨツパ周波
数はスイツチング信号S₆およびS₇の最大周波数な
らびにモータの回転数よりも著しく高いものであ
る。さらにチヨツパ１７が不導通の状態では消弧
コンデンサ１４が充分に再充電しないために消弧
回路が最早や機能しなくなると言う危険が生じ得
る。

このような問題を解決する手段として、転流制
御装置２２は、サイリスタ６および７の各整流時
に阻止信号S₁（正のパルスの形態にある「１」信
号）を形成する信号Ｓを発生する。この阻止信号
S₁の持続期間はその期間中に消孤回路の復元また
は消孤電流Ｉ_Lが減衰することができる程度に短
かく選択される。

オア論理回路２８の１つの入力端には信号Ｓが
印加され、そして他の入力端にはパルス幅変調信
号Ｍが印加される。これら２つの信号ＳおよびＭ
が「０」レベルS₀およびM₀である場合にのみ、
否定回路２９の出力端に現われる信号Ａは「１」
レベルの信号A₁となる。この「１」信号A₁はオ
ア論理回路３０および否定回路３１を介してチヨ
ツパ制御段２４に「０」レベル信号C₀として印
加され（なおこの場合タイマ回路３２は存在しな
いものと仮定している）、そしてこのチヨツパ制
御段２４を介し、チヨツパ１７を導通に切換える
働きをなす。第２図の信号Ｍの曲線の中ほどに示
すように、サイリスタ６および７の切換中チヨツ
パ１７のターン・オン信号M₀が（偶発的に）現
われて、それにより（「１」信号S₁なしで）チヨ
ツパ１７を導通に切換えると、同時に現われる阻
止信号S₁が、該阻止信号S₁とターン・オン信号
M₀の重畳する期間中、ナンド論理回路２８，２
９によりターン・オン信号M₀（ならびに「１」
信号A₁）を阻止（または無効に）する働きをな
す。したがつて、上記重なり期間だけ短縮された
「１」信号A₁だけが有効となる（第２図の中央に
示した信号Ａのグラフを参照）。チヨツパ１７は
したがつて（タイマ回路３２が存在しない場合）
阻止信号S₁の期間中導通状態にはならない。その
結果阻止信号S₁の持続期間中消孤電流Ｉ_Lはチヨ
ツパ１７を介して流れることはできない。

自明なように（タイマ回路３２がないとした場
合）、信号A₁は第２図の信号Ａのグラフの中央に
示されているように非常に短かくなり得る。この
場合、本実施例のようにチヨツパ１７がトランジ
スタとして構成されている場合には、該トランジ
スタは導通に切換わつた後に直ちに再び不導通に
なる。この結果トランジスタ１７に対し保護回路
１７ａが用いられているために、非常に強い復元
電流が生じ、トランジスタ１７が破壊される危険
がある。

上記のような危険を回避するために、タイマ回
路３２およびオア論理回路３０が設けられてい
る。入力パルスの後縁だけを遅延する単安定マル
チバイブレータとすることができるタイマ回路３
２は、信号A₁の前縁（「０」−「１」遷移）でトリ
ガされ、それにより出力信号ＢはB₀からB₁に切
換わる。この「１」レベルの信号B₁はトランジ
スタ１７における容量性過電流を阻止するため
に、スイツチング・トランジスタ１７の所要の最
小ターン・オン期間に対応する持続期間を有して
いる。論理オア回路３０における信号ＡおよびＢ
の結合によつて、トランジスタ１７のターン・オ
ン時間もしくは閉成時間を最終的に決定する信号
C₀の持続期間は常に信号A₁およびB₁のうち長い
方の持続期間に対応する。したがつて、第２図に
示すように阻止信号S₁により短縮された信号A₁
が最小ターン・オン時間よりも短かいパルス幅を
有する場合には、信号B₁が信号C₀をこの最小タ
ーン・オン期間に対応する最小パルス幅だけ伸長
する。

上述の利点に加えて本発明の制御装置は次のよ
うな別の利点を有する。即ち、過電流によつて惹
起され得る電動機の音響雑音ならびに無線妨害が
回避されると言う利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による制御装置の回路図、そし
て第２図は第１図に示した制御装置の動作態様を
説明するためのパルス信号波形図である。１…回転子、２，３…固定子巻線、２２…転流
制御装置、２４…チヨツパ制御段、２５…パルス
幅変調回路、２６…比較器、２７…のこぎり波パ
ルス発生器。

Claims

【特許請求の範囲】１半導体スイツチ要素，チヨツパ，該半導体ス
イツチ要素とチヨツパとの間に設けられたチヨー
ク・コイル，回転子の回転角度位置を検知するた
めのセンサ，該センサによつて制御可能な、前記
半導体要素に対する整流制御装置、チヨツパ制御
段、該チヨツパ制御段の制御入力端に前置接続さ
れたターン・オン信号のための伝送路、および電
動機電流に依存してチヨツパを前記チヨツパ制御
段を介して制御可能にする電流測定装置とを備
え、各１つの、前記半導体要素、チヨーク・コイ
ルおよびチヨツパを有する直列接続が各固定子巻
線と共に動作直流電圧源に直列に接続可能である
少くとも２つの固定子巻線を有するブラシレス直
流電動機用の制御装置において、各半導体スイツ
チ要素が制御可能な２方向整流装置４，５を備え
ておつて、ダイオード１１，１２と直列に接続さ
れ、開閉シーケンス順序で相続く相のダイオード
１１，１２および２方向整流装置４，５の接続点
が、消弧コイル１３および消弧コンデンサ１４を
直列に備えた消弧回路によつて接続されており、
整流制御装置２２は整流時点において前記チヨツ
パ１７を阻止する信号S₁を前記伝送路２３に供給
することを特徴とする制御装置。２阻止信号S₁の持続期間を、消弧電流I₁が該阻
止信号の期間中許容値以下に減衰されるように選
択されている特許請求の範囲第１項記載の制御装
置。３ターン・オン信号M₀が、阻止信号S₁と一致
する期間中該阻止信号S₁により無効にされ得るよ
うにした特許請求の範囲第１項または第２項記載
の制御装置。４伝送路が入力側に２つの入力端を備えた論理
回路２８を有し、１つの入力端に阻止信号S₁がそ
して他方の入力端にターン・オン信号M₀が印加
可能であり、該論理回路２８は前記ターン・オン
信号および阻止信号M₀，S₁を通すが、これら両
信号が一致した際には前記阻止信号S₁だけしか通
さない特許請求の範囲第１項ないし第３項のいず
れかに記載の制御装置。５チヨツパがスイツチング・トランジスタを有
し、伝送路２３が出力側にパルス整形器３１，３
２，３３を備え、該パルス整形器は最小持続期間
を超える入力パルスA₁に対して該入力パルスA₁
に対応する持続期間を有する出力パルスC₀を発
生し、そして前記最小持続期間を下廻る入力パル
スA₁に対しては前記最小持続期間を有する出力
パルスC₀を発生する特許請求の範囲第３項また
は第４項記載の制御装置。６パルス整形器が２つの入力端を有するオア論
理回路３０を備え、該入力端の１方は最小持続期
間に対応する走行時間を有するタイマ回路３２を
介して他方の入力端に接続され、そしてパルス整
形器の入力端を形成している特許請求の範囲第５
項記載の制御装置。７ターン・オン信号M₀が電動機回転数を定め
る制御信号Ｇに依存してパルス幅変調されたパル
スである特許請求の範囲第１項ないし第６項のい
ずれかに記載の制御装置。