JP2000188891A

JP2000188891A - ブラシレスモータの駆動方法及び駆動装置

Info

Publication number: JP2000188891A
Application number: JP10364359A
Authority: JP
Inventors: Hideki Okamoto; 秀樹岡本; Takashi Akutsu; 孝志阿久津
Original assignee: NAKANISHI KK
Current assignee: NAKANISHI KK
Priority date: 1998-12-22
Filing date: 1998-12-22
Publication date: 2000-07-04

Abstract

(57)【要約】【課題】安定してモータを始動し、かつ、電力ロス等
の少ないブラシレスモータの駆動方法及び駆動装置を提
供することを提供すること。【解決手段】モータの回転数を計測し、始動時から所
定の回転数に至るまでは、位置検出センサからの回転子
の位置情報に基づいて各固定子に供給される信号の位相
を制御し、所定の回転数を超えた場合は、固定子に生じ
た誘起電圧に基づいて前記信号の位相を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ブラシレスモータ
の駆動方法及び駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ブラシレスモータは、文字通りブラシを
必要としないため、通常のDCモータのようにブラシのメ
ンテナンスを必要としないという利点がある。一方、係
るブラシレスモータを駆動するためには、回転子の位置
検出を行い、当該回転子の位置に従って位相制御を行い
つつ各固定子（コイル）を逐次励磁する必要があり、代
表的には回転子の位置検出方法が異なる2つの駆動方法
が提案されている。

【０００３】係る駆動方法の1つは、ホール素子等のセ
ンサによって、回転子の回転位置を検出し、これに従っ
て位相制御を行う方法である。この方法では、モータが
停止している場合でも、回転子の回転位置を検出するこ
とができるため、特にモータの始動を正確に行えるとい
う利点がある。

【０００４】係る駆動方法のもう１つは、各固定子（コ
イル）に現れる誘起電圧を検出することにより回転子の
回転位置を算出し、これに従って位相制御を行う方法で
ある。この方法では、上述したようなセンサ等を必要と
しないという利点の他に、センサにより回転子の回転位
置を検出する場合と比べて、モータの機械的或いは個体
的誤差に対応した正確な位相制御を行うことができると
いう利点がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前者の駆動方
法では、センサの取り付け位置或いは部品個体の精度に
より、検出された回転子の回転位置に一定の誤差を含む
ことが避けられないため、適切な位相制御を行えない場
合があり、電力のロス及びモータの発熱を生じやすい。
特に、モータを高回転数で駆動する場合にこれらが顕著
に表れる傾向がある。

【０００６】一方、後者の駆動方法では、モータの始動
時に問題がある。すなわち、誘起電圧は回転子が回転し
ないと表れないため、モータの始動時には回転子がどの
位置にあるのかが検出できない。このため、従来では、
始動時に適当な固定子を一旦励磁し、その結果表れた誘
起電圧に基づいて回転子の回転位置を特定し、必要な次
の固定子を励磁するという手法を用いざる得なかった
が、逆転等を起こしやすく、動作が不安定であった。

【０００７】従って、本発明の目的は、安定してモータ
を始動し、かつ、電力ロス等の少ないブラシレスモータ
の駆動方法及び駆動装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、モータ
の回転数を計測し、始動時から所定の回転数に至るまで
は、位置検出センサからの回転子の位置情報に基づいて
各固定子に供給される信号の位相を制御し、所定の回転
数を超えた場合は、各固定子に生じた誘起電圧に基づい
て前記信号の位相を制御してなるブラシレスモータの駆
動方法が提供される（請求項1）。この方法は、回転数
を境として位相制御の基準となる位相情報を切り替え
る。具体的には、モータの始動時から所定の回転数まで
は、ホール素子等の位置検出センサからの位置情報に基
づいて各固定子への信号の位相制御を行う。係る位置検
出センサは、回転子の停止時にもその回転位置が検出で
きるので、予備起動の必要が無く、正確かつ安定してモ
ータの起動を行うことができる。

【０００９】一方、モータが所定の回転数に達した場合
は、誘起電圧に基づいて位相制御を行う。位置検出セン
サでは、取り付け位置の精度誤差や、個体誤差等が特に
高速回転時に問題となるところ、誘起電圧はそのような
問題が無く、逆に回転子と固定子との相対的位置関係を
モータ個別の機械的誤差を加味した状態で位置検出を行
うことができるため、より理想的なタイミングで効率よ
く回転させることができる。

【００１０】モータの回転数の計測は、例えば、モータ
の回転子にエンコーダを取り付けることにより行うこと
ができる。また、固定子に生じた誘起電圧に基づいて、
例えば、その誘起電圧の波形間隔カウントすること等に
よって、当該回転数を計測することもできる。

【００１１】本発明において、前記所定の回転数は、任
意に設定できるが、特に、１０００ｒｐｍ乃至５０００
ｒｐｍの範囲が好ましい。前記位置検出センサとして
は、ホール素子、フォトインターラプター等を挙げるこ
とができる。

【００１２】上記方法を実行するための装置として、本
発明によれば、回転子の位置を検出するための位置検出
センサと、各固定子のコイルに生じる誘起電圧を検出す
るための電圧検出手段と、各固定子のコイルに供給され
る信号の位相を制御する位相制御手段と、モータの実際
の回転数と所定の回転数とを比較する比較手段と、から
なり、前記位相制御手段は、前記比較手段による比較の
結果、モータの実際の回転数が所定の回転数より低い場
合は前記位置検出センサの情報に基づいて前記信号の位
相を制御し、モータの実際の回転数が所定の回転数より
高い場合は、前記電圧検出手段の情報に基づいて前記信
号の位相を制御する手段であることを特徴とするブラシ
レスモータの駆動装置が提供される（請求項2）。

【００１３】前記電圧検出手段としては、コンパレータ
等を挙げることができる。前記比較手段及び前記位相制
御手段とは、それぞれ単体の回路或いはそれぞれの処理
を行うマイクロプロセッサのいずれであってもよい。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る
ブラシレスモータの駆動装置のブロック図である。駆動
装置は、ブラシレスモータ7の回転子の位置を検出する
ためのホール素子8（位置検出センサ）と、モータ7の各
固定子のコイルに生じる誘起電圧を検出するための位置
検出用比較器9（電圧検出手段）と、モータ7の各固定子
のコイルに供給される信号の位相を制御する位相制御処
理及びモータの実際の回転数と所定の回転数とを比較す
る比較処理を実行するマイクロプロセッサ2と、を基本
的構成とし、更に、電源回路1と、表示及びSW回路3と、
回転数制御回路4と、PAMインバータ5と、三相インバー
タ6と、エンコーダ10と、フットペダル11と、商用電源1
2と、を備える。

【００１５】ホール素子8は、モータ7の回転子の位置を
示す矩形波をマイクロプロセッサ2へ供給するものであ
る。位置検出用比較器9は、モータ7の各固定子のコイル
に個別に設けられ、当該コイルに発生する誘起電圧を矩
形波に変換した後、マイクロプロセッサ2へ供給するも
のである。マイクロプロセッサ2は、比較処理として、
エンコーダ10によって検出された実際のモータの回転数
が、予め定めた回転数を超えたか否かを判定する。そし
て、マイクロプロセッサ2は、位相制御処理として、比
較処理の結果に応じてホール素子8又は位置検出用比較
器9のいずれか一方を選択し、選択した一方から供給さ
れた回転子の位置情報に基づいて、モータ7を駆動する
ために必要な位相の調整がなされた基準パルスを発生
し、これを三相インバータ6へ送出する。また、その他
に、マイクロプロセッサ2は、モータ7の回転数指示の発
生、各構成の電圧・電流の監視、異常状態の検出等を行
うものである。

【００１６】電源回路1は、商用電源12から供給される
交流電圧を直流電圧に変換するものである。表示及びSW
回路3は、モータ7の駆動状態（回転数、正常・異常等）
を表示し、また、モータ7のON・OFF等の入力を行うため
のものである。エンコーダ10は、モータ7の回転子の回
転数を検出し、これを回転数制御回路4及びマイクロプ
ロセッサ2へ供給するものである。

【００１７】回転数制御回路4は、モータ7に与える電圧
を調節することによりその回転数を制御すべく、マイク
ロプロセッサ2からの回転数指示と、エンコーダ10から
の実際の回転数とを比較し、その差分に見合ったデュー
ティサイクルの矩形波をPAMインバータ5へ与えるもので
ある。そして、PAMインバータ5は、電源回路1から供給
された直流電圧について、ＰＷＭ制御方式により、回転
数制御回路4から与えられた矩形波にモータ7の負荷を加
味した振幅の直流電圧を形成し、三相インバータ6へ供
給するものである。

【００１８】三相インバータ6は、PAMインバータ5から
供給された電圧と、マイクロプロセッサ2からの基準パ
ルスに基づいて三相パルスを形成し、モータ7の各固定
子のコイルへこれを供給するものである。モータ7は、
三相のブラシレスモータである。フットペダル11は、作
業者がモータ駆動速度、或いは、トルク等を調節するた
めのものである。

【００１９】係る構成から成る駆動装置の作用について
説明する。作業者が、表示及びＳＷ回路3によって、電
源をＯＮにすると、電源回路1から各構成に電力が供給
される。そして、作業者がフットペダル11を踏み込む
と、その踏み込み量をマイクロプロセッサ2が判定し、
当該踏み込み量に応じた回転数の指示を回転数制御回路
4に送出する。回転数制御回路4は、マイクロプロセッサ
2により指示された回転数と、エンコーダ10によって検
出された実回転数との差分に応じたデューティサイクル
の矩形波をPAMインバータ5へ随時送出する。PAMインバ
ータ5は、当該矩形波に応じて、モータ7へ供給する電圧
の振幅を決定し、三相インバータ6へ必要な電圧を供給
する。三相インバータ6は、当該電圧振幅のパルスをモ
ータ7の各固定子へ供給し、これによりモータ7が作業者
の要望する回転数で回転する。

【００２０】ここで、モータ7の回転数が変化すれば、
モータ7へ与えるパルスの位相も変化させる必要が生じ
ることとなる。係る位相制御に関して、本発明では特に
モータ7の回転数に従って異なる手法をとる。まず、マ
イクロプロセッサ2が比較処理として、モータ7の現実の
回転数（エンコーダ10）が予め定められた回転数に達し
ているか否かを判定する。達していないと判定した場
合、すなわち、モータ7の始動時から比較的低速の時ま
では、マイクロプロセッサ2の位相制御処理が、ホール
素子8の位置情報に基づいて行われる。一方、比較処理
において予め定められた回転数を超えたと判断された場
合、すなわち、モータ7が比較的高速の時は、マイクロ
プロセッサ2の位相制御処理が位置検出用比較器9の位置
情報に基づいて位相制御が行われる。

【００２１】この結果、モータ7の始動時には必ずホー
ル素子8の位置情報に基づいて位相制御が行われ、確実
な起動が可能となる。一方、モータ7が比較的高回転に
至った場合は、コイルの誘起電圧に基づいて位相制御が
行われるため、モータ7の個体差に対応した、より理想
に近いタイミングで相切り替えが可能となり、高効率な
モータ駆動が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のブラシレスモータ駆動装置のブロック
図である。

【符号の説明】

2 マイクロプロセッサ 7 モータ 8 ホール素子 9 位置検出用比較器 10 エンコーダ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】モータの回転数を計測し、始動時から所
定の回転数に至るまでは、位置検出センサからの回転子
の位置情報に基づいて各固定子に供給される信号の位相
を制御し、所定の回転数を超えた場合は、各固定子に生
じた誘起電圧に基づいて前記信号の位相を制御してなる
ブラシレスモータの駆動方法。
【請求項２】回転子の位置を検出するための位置検出
センサと、各固定子に生じる誘起電圧を検出するための
電圧検出手段と、各固定子に供給される信号の位相を制
御する位相制御手段と、モータの実際の回転数と所定の
回転数とを比較する比較手段と、からなり、前記位相制御手段は、前記比較手段による比較の結果、
モータの実際の回転数が所定の回転数より低い場合は前
記位置検出センサの情報に基づいて前記信号の位相を制
御し、モータの実際の回転数が所定の回転数より高い場
合は、前記電圧検出手段の情報に基づいて前記信号の位
相を制御する手段であることを特徴とするブラシレスモ
ータの駆動装置。