JP2000350485A - Brushless motor drive circuit and brushless motor - Google Patents

Brushless motor drive circuit and brushless motor

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JP2000350485A
JP2000350485A JP11154047A JP15404799A JP2000350485A JP 2000350485 A JP2000350485 A JP 2000350485A JP 11154047 A JP11154047 A JP 11154047A JP 15404799 A JP15404799 A JP 15404799A JP 2000350485 A JP2000350485 A JP 2000350485A
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brushless motor
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voltage
signal
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Hisashi Takahashi
久 高橋
Hirokazu Yashiro
洋和 八代
Takehiro Higuchi
剛広 樋口
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Ibiden Co Ltd
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Ibiden Co Ltd
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/08Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor

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  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a brushless motor which is operable over a wide rotational region, while decreasing the number of signal lines by driving the brushless motor in sine wave PWM system at a low speed and driving it in square wave PWM system at high speed. SOLUTION: A drive circuit 10 comprises a speed control circuit 20, performing current control at low speed using the signal from a Hall sensor 70 and performing speed control at a high speed. When the reverse voltage level of a coil increases due to high speed rotation, a brushless motor is driven in square-wave PWM system by detecting the timing of three-phase 120 deg. conduction from the correlation voltage of counter-electromotive force in coils of phase U, phase V and phase W. During low-speed rotation, where the level of counter-electromotive force is low, the coils of the phase U, phase V and phase W are driven in sine wave PWM system respectively different in phase by 120 deg., based on the detection signal of phase U of one Hall sensor 70. According to the arrangement, the brushless motor can be controlled correctly from a high speed to a low speed, using a single Hall sensor and can be driven smoothly over the entire rotational region, while suppressing pulsation.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、ブラシレスモー
タ及び該ブラシレスモータを制御する駆動回路に関する
ものである。
The present invention relates to a brushless motor and a drive circuit for controlling the brushless motor.

【0002】[0002]

【従来の技術】ブラシレスモータを可変速駆動する駆動
回路は、ブラシレスモータに取り付けられたホールIC
により、各相コイルの励磁切り替えのタイミングを検出
している。
2. Description of the Related Art A drive circuit for driving a brushless motor at a variable speed is a Hall IC mounted on the brushless motor.
Thus, the timing of the excitation switching of each phase coil is detected.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ここで、三相モータ用
の3個のホールセンサを備えるホールICへの配線は、
電源線、アース線及び各ホールセンサの信号線で、5本
の配線が必要となる。即ち、三相モータでは、3本の電
力線の他にホールIC用の5本の配線が必要となった。
このため、DCブラシレスモータを例えば歯科治療に用
いられる歯科用切削器(ハンドピース)のような手操作
の装置に用いる場合には、配線数が多いために、ハンド
ピース自体の操作性が悪くなるのに加えて、断線による
故障の頻度も高くなっていた。
Here, wiring to a Hall IC having three Hall sensors for a three-phase motor is as follows.
Five wires are required for the power line, the ground line, and the signal line of each Hall sensor. That is, in the three-phase motor, five wires for the Hall IC are required in addition to the three power lines.
For this reason, when the DC brushless motor is used for a hand-operated device such as a dental cutting machine (handpiece) used for dental treatment, the operability of the handpiece itself deteriorates due to the large number of wires. In addition, the frequency of failures due to disconnection also increased.

【0004】本発明は、上述した課題を解決するために
なされたものであり、その目的とするところは、信号線
の数を削減できると共にブラシレスモータを幅広い回転
域で駆動できる駆動回路及び該駆動回路を用いるブラシ
レスモータを提案することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and has as its object to reduce the number of signal lines and to drive a brushless motor in a wide rotation range. It is to propose a brushless motor using a circuit.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため請求項1の発明では、界磁マグネットを有す
るロータと、該ロータを回転するための第1相、第2
相、第3相のコイルを有するステータと、前記ロータと
ステータとの相対位置を検出する少なくとも1個の位置
検出センサと、から成るブラシレスモータの駆動回路で
あって、前記ブラシレスモータを低速回転する際には、
前記少なくとも1個の位置検出センサの検出信号に基づ
き、前記第1相、第2相、第3相のコイルをそれぞれ1
20°ずづ位相の異なる正弦波PWM方式にて駆動し、
前記ブラシレスモータを高速回転する際には、前記第1
相、第2相、第3相のコイルの逆起電圧の相関電圧によ
り三相120°導通のタイミングを検出し、方形波PW
M方式にて駆動することを技術的特徴とする。
In order to achieve the above object, according to the present invention, a rotor having a field magnet, a first phase and a second phase for rotating the rotor are provided.
A brushless motor drive circuit comprising: a stator having a phase and a third phase coil; and at least one position detection sensor for detecting a relative position between the rotor and the stator, wherein the brushless motor rotates at a low speed. In some cases,
The first phase, second phase, and third phase coils are respectively set to 1 based on detection signals of the at least one position detection sensor.
It is driven by a sine wave PWM method with different phases by 20 °,
When rotating the brushless motor at high speed, the first
The three-phase 120 ° conduction timing is detected from the correlation voltage of the back electromotive force of the phase, second phase, and third phase coils, and the square wave PW
It is a technical feature that it is driven by the M method.

【0006】また、請求項2の発明は、請求項1におい
て、前記低速回転域で駆動する際に、前記少なくとも1
個の位置検出センサの検出信号と、前記第1相、第2
相、第3相のコイルのいずれかに印加される正弦波駆動
信号との位相を比較し、位相差に基づいてトルク制御を
行うことを技術的特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, when driving in the low-speed rotation region, the at least one
Detection signals of the position detection sensors, the first phase and the second
A technical feature is that the phases are compared with a sine wave drive signal applied to one of the phase and third phase coils, and torque control is performed based on the phase difference.

【0007】また、請求項3の発明は、請求項1又は2
において、前記低速回転域での正弦波駆動と、前記高速
回転域での方形波駆動との切り替えを、前記第1相、第
2相、第3相のコイルの逆起電圧がゼロクロスするタイ
ミングに行うことを技術的特徴とする。
[0007] The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1 or 2.
In the above, switching between the sine wave drive in the low-speed rotation range and the square-wave drive in the high-speed rotation range is performed at a timing when the back electromotive voltages of the first, second, and third phase coils cross zero. Performing is a technical feature.

【0008】請求項4の発明は、請求項3において、前
記第1相、第2相、第3相のコイルの逆起電圧がゼロク
ロスするタイミングを、各第1相、第2相、第3相の相
間に現れる電圧から、該コイル電流とコイルの抵抗とに
よる電圧分を減算処理して検出することを技術的特徴と
する。
According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect, the timing at which the back electromotive force of the first phase, second phase, and third phase coils crosses zero is defined as the first phase, the second phase, and the third phase, respectively. It is a technical feature of the present invention that the voltage component between the coil current and the resistance of the coil is subtracted from the voltage appearing between the phases to detect the voltage.

【0009】請求項5の発明は、請求項1〜4におい
て、前記高速回転時の方形波PWM方式では、前記位置
検出センサの検出信号から速度を検出し、指令速度と検
出速度との差に応じて速度制御することを技術的特徴と
する。
According to a fifth aspect of the present invention, in the first to fourth aspects, in the square-wave PWM method at the time of high-speed rotation, a speed is detected from a detection signal of the position detection sensor, and a difference between the command speed and the detection speed is calculated. It is a technical feature that the speed is controlled in accordance with the speed.

【0010】請求項6の発明は、請求項1〜5におい
て、前記位置検出センサは、ホールセンサであることを
技術的特徴とする。
A sixth aspect of the present invention is characterized in that, in any of the first to fifth aspects, the position detection sensor is a hall sensor.

【0011】請求項7の発明は、請求項1〜6におい
て、前記駆動回路を用いることを技術的特徴とする。
A seventh aspect of the present invention is characterized in that the driving circuit is used in any of the first to sixth aspects.

【0012】請求項1では、ブラシレスモータを高速回
転する際に、即ち、コイルの逆起電圧のレベルが高くな
ると、当該第1相、第2相、第3相のコイルの逆起電圧
の相関電圧により三相120°導通のタイミングを検出
し、方形波PWM方式にて駆動する。一方、逆起電圧の
レベルが低い、低速回転中は、1個の位置検出センサの
検出信号に基づき、第1相、第2相、第3相のコイルを
それぞれ120°ずづ位相の異なる正弦波PWM方式に
て駆動する。このため、ブラシレスモータを高速から低
速まで適正に制御することができる。また、1個の位置
検出センサに基づき制御するために、信号線の数を削減
することができる。更に、ブラシレスモータを低速(所
定回転数未満)で回転する際には、正弦波PWM方式に
て駆動し、ブラシレスモータを高速(所定回転数以上)
で回転する際には、方形波PWM方式にて駆動するた
め、低速(0)から高速(数万回転)にわたる全回転領
域において、トルク脈流が少なく滑らかにブラシレスモ
ータを駆動することができる。
According to the first aspect, when the brushless motor is rotated at a high speed, that is, when the level of the back electromotive voltage of the coil is increased, the correlation between the back electromotive voltages of the first, second and third phase coils is obtained. The timing of three-phase 120 ° conduction is detected based on the voltage, and driving is performed by the square wave PWM method. On the other hand, during low-speed rotation when the level of the back electromotive voltage is low, the first phase, second phase, and third phase coils are shifted by 120 ° each in a different sine based on the detection signal of one position detection sensor. It is driven by the wave PWM method. Therefore, the brushless motor can be appropriately controlled from a high speed to a low speed. In addition, since control is performed based on one position detection sensor, the number of signal lines can be reduced. Further, when the brushless motor is rotated at a low speed (less than a predetermined rotation speed), the brushless motor is driven by a sine wave PWM method, and the brushless motor is rotated at a high speed (more than a predetermined rotation speed).
When the motor is rotated by the square wave PWM method, the brushless motor can be driven smoothly with little torque pulsation in the entire rotation range from low speed (0) to high speed (tens of thousands of rotations).

【0013】請求項2では、低速回転域する際に、少な
くとも1個の位置検出センサの検出信号と、第1相、第
2相、第3相のコイルのいずれかに印加される正弦波駆
動信号との位相を比較し、位相差に基づいてトルク制御
を行うため、負荷変動があっても脱調することなく適切
に制御することができる。
According to a second aspect of the present invention, at the time of a low speed rotation range, a detection signal of at least one position detection sensor and a sine wave drive applied to one of the first, second and third phase coils. Since the phase with the signal is compared and the torque control is performed based on the phase difference, even if there is a load change, the control can be performed appropriately without step-out.

【0014】請求項3では、低速回転域での正弦波駆動
と、高速回転域での方形波駆動との切り替えを、第1
相、第2相、第3相のコイルの逆起電圧がゼロクロスす
るタイミングに行うため、切り替えを滑らかに進めるこ
とができる。
According to the third aspect, the switching between the sine wave driving in the low-speed rotation region and the square wave driving in the high-speed rotation region is performed by the first method.
Since switching is performed at the timing when the back electromotive voltages of the phase, second phase, and third phase coils cross zero, switching can proceed smoothly.

【0015】請求項4では、第1相、第2相、第3相の
コイルの逆起電圧がゼロクロスするタイミングを、各第
1相、第2相、第3相の相間に現れる電圧から、該コイ
ル電流とコイルの抵抗とによる電圧分を減算処理して検
出するため、係るゼロクロスタイミングを適正に検出す
ることができる。
According to the present invention, the timing at which the back electromotive voltages of the first phase, second phase, and third phase coils cross zero is determined from the voltage appearing between the first phase, second phase, and third phase. Since the voltage component due to the coil current and the resistance of the coil is subtracted and detected, the zero-cross timing can be properly detected.

【0016】請求項5では、高速回転時には、位置検出
センサの検出信号から速度を検出し、指令速度と検出速
度との差に応じて速度制御するため、正確に速度制御す
ることができる。
According to the fifth aspect, at the time of high-speed rotation, the speed is detected from the detection signal of the position detection sensor, and the speed is controlled in accordance with the difference between the command speed and the detected speed, so that the speed can be accurately controlled.

【0017】請求項6では、位置検出センサとしてホー
ルセンサを用いるため、廉価に構成することができる。
According to the sixth aspect, since a hall sensor is used as the position detection sensor, the configuration can be inexpensive.

【0018】請求項7では、ブラシレスモータが駆動回
路を備えるため、信号線の数を削減できると共にブラシ
レスモータを幅広い回転域で駆動できる。
According to the present invention, since the brushless motor includes a drive circuit, the number of signal lines can be reduced and the brushless motor can be driven in a wide rotation range.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、本発明の駆動回路を用いる
3相ブラシレスモータの実施形態について図を参照して
説明する。先ず、第1実施態様の歯科治療用ハンドピー
スに内蔵される3相ブラシレスモータについて機械的構
成を示す図1、及び、駆動回路の構成を示す図2を参照
して説明する。該ブラシレスモータ40は、歯の研削時
に4万回転/分で駆動されると共に、歯根治療時には、
100回転/分の超低速にて駆動される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a three-phase brushless motor using a drive circuit according to the present invention will be described below with reference to the drawings. First, a three-phase brushless motor built in the dental treatment handpiece of the first embodiment will be described with reference to FIG. 1 showing a mechanical configuration and FIG. 2 showing a configuration of a drive circuit. The brushless motor 40 is driven at 40,000 revolutions / minute during tooth grinding, and during tooth root treatment.
It is driven at a very low speed of 100 revolutions / minute.

【0020】図1に示すようにブラシレスモータ40
は、セラミックスリーブから成るロータ50の外周にセ
ラミックスリーブから成るステータ60が配設されてお
り、該ステータ60にはエアーが供給されて、通孔66
から排出されることでラジアル静圧軸受けを形成してい
る。該ロータ50の外周には、4個の界磁マグネット5
2が配設されることで、当該ブラシレスモータ40は、
4極に構成されている。ステータ60の外周には、U
相、V相、W相のコイル62(図2参照)が取り付けら
れている。更に、コイル62の外側には、ヨーク69が
配設されている。このロータ50の図中右端部及び左端
部には、マグネット54A、54Bが配設され、ステー
タ60側に取り付けられたマグネット64A、64Bと
の反発力によりロータ50のスラスト方向への移動が規
制される。なお、該ブラシレスモータには、界磁マグネ
ット52の極性を検出するためのホールセンサ70(図
2参照)が取り付けられている。該ホールセンサ70に
て検出されたU相の検出信号は、1本の信号線78を介
して駆動回路10へ送られる。
As shown in FIG. 1, a brushless motor 40
Is provided with a stator 60 made of a ceramic sleeve on the outer periphery of a rotor 50 made of a ceramic sleeve.
And form a radial static pressure bearing. On the outer periphery of the rotor 50, four field magnets 5
2, the brushless motor 40 is
It has four poles. On the outer circumference of the stator 60, U
The phase 62, V phase, and W phase coils 62 (see FIG. 2) are attached. Further, a yoke 69 is provided outside the coil 62. Magnets 54A and 54B are arranged at the right end and the left end of the rotor 50 in the drawing, and the movement of the rotor 50 in the thrust direction is restricted by the repulsive force with the magnets 64A and 64B attached to the stator 60 side. You. Note that a Hall sensor 70 (see FIG. 2) for detecting the polarity of the field magnet 52 is attached to the brushless motor. The U-phase detection signal detected by the Hall sensor 70 is sent to the drive circuit 10 via one signal line 78.

【0021】図2に示すように、駆動回路10は、ブラ
シレスモータ40の駆動用及び制御回路用の電力を供給
するための電源回路12と、速度制御回路から与えられ
る制御信号に基づいてPWM制御により3相ブリッジ回
路16へ供給する電圧を制御するためのPWM電圧制御
回路14と、該PWM電圧制御回路14からの制御信号
により、U相、V相、W相のコイルへの通電を切り替え
る3相ブリッジ回路16と、低速時から高速時への制御
方式を切り替えるための励磁信号発生回路18と、ホー
ルセンサ70からの信号により低速時に電流(トルク)
制御を行い、高速時に速度制御を行うための速度制御回
路20とを備える。3相ブリッジ回路16は、U相、V
相、W相の3本の電力線74を介してコイル62への給
電が行われる。一方、電源回路12から、電源線及びア
ース線76を介してホールセンサ70への電力が供給さ
れる。
As shown in FIG. 2, the drive circuit 10 includes a power supply circuit 12 for supplying power for driving the brushless motor 40 and power for the control circuit, and a PWM control based on a control signal given from the speed control circuit. , A PWM voltage control circuit 14 for controlling a voltage supplied to the three-phase bridge circuit 16, and switching of energization to U-phase, V-phase, and W-phase coils by a control signal from the PWM voltage control circuit 3. A phase bridge circuit 16, an excitation signal generating circuit 18 for switching a control mode from a low speed to a high speed, and a current (torque) at a low speed based on a signal from the Hall sensor 70.
And a speed control circuit 20 for performing speed control at high speed. The three-phase bridge circuit 16 includes a U-phase
Power is supplied to the coil 62 via the three power lines 74 of the phase and the W phase. On the other hand, electric power is supplied from the power supply circuit 12 to the Hall sensor 70 via the power supply line and the ground line 76.

【0022】本実施形態のブラシレスモータの駆動回路
では、ホールセンサ70からのU相の信号のみが1本の
信号線78で伝送されるため、ブラシレスモータ(歯科
治療用ハンドピース)40−駆動回路10間の信号線を
2本減らすことができる。このため、歯科治療用ハンド
ピースの取り扱いを容易にするのに加えて、断線による
故障の発生率を低減することができる。
In the drive circuit of the brushless motor of the present embodiment, since only the U-phase signal from the Hall sensor 70 is transmitted through one signal line 78, the brushless motor (dental treatment handpiece) 40-drive circuit The number of signal lines between 10 can be reduced by two. For this reason, in addition to facilitating the handling of the dental treatment handpiece, it is possible to reduce the incidence of failure due to disconnection.

【0023】本実施形態のブラシレスモータの駆動回路
では、ブラシレスモータを高速回転する際に、即ち、コ
イルの逆起電圧のレベルが高くなると、当該U相、V
相、W相のコイルの逆起電圧の相関電圧により三相12
0°導通のタイミングを検出し、方形波PWM方式にて
駆動する。一方、逆起電圧のレベルが低い、低速回転中
は、1個のホールセンサ70のU相の検出信号に基づ
き、U相、V相、W相のコイルをそれぞれ120°ずづ
位相の異なる正弦波PWM方式にて駆動する。このた
め、1個のホールセンサ70にて、ブラシレスモータを
高速から低速まで適正に制御することができる。更に、
ブラシレスモータを低速(所定回転数未満)で回転する
際には、正弦波PWM方式にて駆動し、ブラシレスモー
タを高速(所定回転数以上)で回転する際には、方形波
PWM方式にて駆動するため、低速(0)から高速(数
万回転)にわたる全回転領域において、トルク脈流が少
なく滑らかにブラシレスモータを駆動することができ
る。
In the brushless motor driving circuit of the present embodiment, when the brushless motor rotates at high speed, that is, when the level of the back electromotive voltage of the coil increases, the U phase, V
Phase and W-phase coil correlated voltage of back electromotive force
The timing of 0 ° conduction is detected, and driving is performed by the square wave PWM method. On the other hand, during low-speed rotation when the level of the back electromotive voltage is low, the U-phase, V-phase, and W-phase coils are shifted by 120 ° from each other based on the U-phase detection signal of one Hall sensor 70, and the sine waves having different phases are applied. It is driven by the wave PWM method. For this reason, the brushless motor can be appropriately controlled from a high speed to a low speed by one Hall sensor 70. Furthermore,
When the brushless motor rotates at a low speed (less than a predetermined number of rotations), it is driven by a sine wave PWM method. When the brushless motor rotates at a high speed (more than a predetermined number of rotations), it is driven by a square wave PWM method. Therefore, in the entire rotation range from low speed (0) to high speed (tens of thousands of rotations), the brushless motor can be driven smoothly with little torque pulsation.

【0024】図2に示すPWM電圧制御回路14、3相
ブリッジ回路16、励磁信号発生回路18について、以
下更に詳細に説明する。ここでは、先ず、3相ブリッジ
回路16の回路構成について、図3を参照して説明す
る。3相ブリッジ回路16は、電源Vcc側へ接続され
た3個の上段側FET1、FET3、FET5と、アー
ス側へ接続された下段側FET2、FET4、FET6
とから成るブリッジ回路として構成されている。該上段
側及び下段側FET1〜FET6には、それぞれをオン
・オフするための6個のフォトカプラFC1〜FC6が
接続されている。
The PWM voltage control circuit 14, the three-phase bridge circuit 16, and the excitation signal generation circuit 18 shown in FIG. 2 will be described in further detail below. Here, first, the circuit configuration of the three-phase bridge circuit 16 will be described with reference to FIG. The three-phase bridge circuit 16 includes three upper-stage FET1, FET3, and FET5 connected to the power supply Vcc side, and lower-stage FET2, FET4, and FET6 connected to the ground side.
And a bridge circuit comprising: Six photocouplers FC1 to FC6 for turning on and off the upper and lower FET1 to FET6 are connected to the upper and lower FET1 to FET6, respectively.

【0025】上段側FET1をオン・オフするフォトカ
プラFC1の入力は、ダイオードD1を介して+15V
のFET制御電圧ラインに接続され、また、該フォトカ
プラFC1の出力側はFET1のゲート側へ接続されて
いる。該フォトカプラFC1へ直列に、抵抗器R1が接
続されている。このフォトカプラFC1及び抵抗器R1
と該コンデンサC1と直列に、下段側FET2が接続さ
れている。
The input of the photocoupler FC1 for turning on / off the upper side FET1 is + 15V via the diode D1.
, And the output side of the photocoupler FC1 is connected to the gate side of the FET1. A resistor R1 is connected in series with the photocoupler FC1. This photocoupler FC1 and resistor R1
And a lower-stage FET2 is connected in series with the capacitor C1.

【0026】下段側FET2をオン・オフするフォトカ
プラFC2の入力は、ダイオードD2を介して+15V
のFET制御電圧ラインに接続され、また、該フォトカ
プラFC2の出力側はFET2のゲート側へ接続される
と共に、抵抗器R2を介してアースに接続されている。
なお、上段のFET1と下段のFET2とは直列に接続
されており、該FET1とFET2との接続点からブラ
シレスモータのコイル62のU相に電流が印加されるよ
うに構成されている。
The input of the photocoupler FC2 for turning on / off the lower side FET2 is + 15V via the diode D2.
And the output side of the photocoupler FC2 is connected to the gate side of the FET2 and to the ground through a resistor R2.
The upper FET 1 and the lower FET 2 are connected in series, and are configured so that a current is applied to the U phase of the coil 62 of the brushless motor from the connection point between the FET 1 and the FET 2.

【0027】この3相ブリッジ回路16の動作について
説明する。ここで、固定子コイルのW相−U相に電流を
流す際には、図2に示すPWM電圧制御回路14(低速
時)又は励磁信号発生回路18(高速時)からの信号に
より、図2に示すフォトカプラFC5、FC2がオンさ
れ、該フォトカプラFC5により上段のFET5がオン
されると共に、該フォトカプラFC2により下段のFE
T2がオンされ、電源電圧Vccが固定子コイルのW相
−U相へ印加される。即ち、Vcc−FET5−コイル
のW相−U相(図示せず)−FET2−抵抗器R7−ア
ースの順に電流が流れる。この際に、+15VのFET
制御電圧ラインからの電流が、ダイオードD1、コンデ
ンサC1を介して該FET2側へ流れ、コンデンサC1
に図中で示す極性の電荷を蓄える。
The operation of the three-phase bridge circuit 16 will be described. Here, when a current flows through the W phase-U phase of the stator coil, a signal from the PWM voltage control circuit 14 (at low speed) or the excitation signal generating circuit 18 (at high speed) shown in FIG. The photocouplers FC5 and FC2 are turned on, and the upper FET5 is turned on by the photocoupler FC5 and the lower FE is turned on by the photocoupler FC2.
T2 is turned on, and the power supply voltage Vcc is applied to the W phase-U phase of the stator coil. That is, a current flows in the order of Vcc-FET5-W-phase of coil-U-phase (not shown) -FET2-resistor R7-ground. At this time, + 15V FET
The current from the control voltage line flows to the FET2 side via the diode D1 and the capacitor C1, and the capacitor C1
Stores electric charges of the polarity shown in FIG.

【0028】次に、固定子コイルのU相−V相に電流を
流す際には、PWM電圧制御回路14又は励磁信号発生
回路18からの信号によりフォトカプラFC1、FC4
がオンされる。ここで、フォトカプラFC1がオンする
と、上記FET2がオンされた際にコンデンサC1へ充
電された電荷が、フォトカプラFC1を通ってFET1
のゲートに印加され、該FET1をオンする。他方、フ
ォトカプラFC4のオンにより、+15VのFET制御
電圧ラインからの電流がダイオードD4、該フォトカプ
ラFC4、抵抗器R4を介してアース側へ流れ、抵抗器
R4で分圧された電位がFET4のゲート側へ加わり、
該FET4をオンにする。FET1、FET4のオンに
よりU相−V相のコイルに電源電圧Vccが印加され
る。また、FET4のオンによって、コンデンサC3が
図中の極性に充電される。
Next, when applying a current to the U-phase to V-phase of the stator coil, the signals from the PWM voltage control circuit 14 or the excitation signal generation circuit 18 cause the photocouplers FC1, FC4
Is turned on. Here, when the photocoupler FC1 is turned on, the electric charge charged in the capacitor C1 when the FET2 is turned on passes through the photocoupler FC1 to the FET1.
To turn on the FET1. On the other hand, when the photocoupler FC4 is turned on, a current from the FET control voltage line of +15 V flows to the ground side via the diode D4, the photocoupler FC4, and the resistor R4, and the potential divided by the resistor R4 is applied to the FET4. Join the gate side,
The FET 4 is turned on. When the FET1 and the FET4 are turned on, the power supply voltage Vcc is applied to the U-phase-V-phase coil. When the FET 4 is turned on, the capacitor C3 is charged to the polarity shown in the figure.

【0029】固定子コイルのV相−U相に電流を流す際
には、フォトカプラFC3、FC6がオンされる。ここ
で、フォトカプラFC3がオンすると、コンデンサC3
に充電された電荷によりFET3をオンする。他方、フ
ォトカプラFC6のオンにより、FET6がオンする。
FET3、FET6のオンによりU相−W相のコイルに
電源電圧Vccが印加される。また、FET6のオンに
よって、コンデンサC5が図中の極性に充電される。こ
の電荷によって、上述したW相が励磁される際に、上段
側FET5がオンされる。
When a current flows through the V-U phase of the stator coil, the photocouplers FC3 and FC6 are turned on. Here, when the photocoupler FC3 is turned on, the capacitor C3
The FET3 is turned on by the electric charge charged in the FET3. On the other hand, when the photocoupler FC6 is turned on, the FET 6 is turned on.
When the FETs 3 and 6 are turned on, the power supply voltage Vcc is applied to the U-phase to W-phase coils. When the FET 6 is turned on, the capacitor C5 is charged to the polarity shown in the figure. When the above-described W phase is excited by this electric charge, the upper-stage FET 5 is turned on.

【0030】以上説明したように、下段側のフォトカプ
ラFC2、FC4、FC6により下段FET2、FET
4、FET6をオンした際に、下段のFET、FET
4、FET6へ直列に接続されたコンデンサC1、C
3、C5をそれぞれ充電し、充電された電荷を用いて、
上段のフォトカプラFC1、FC3、FC5によって上
段FET1、FET3、FET5を順次オンする。この
ため、本実施形態では、三相の電力変換回路の上段側及
び下段側FET1〜FET6を単一の電源(+15Vの
FET制御電圧)で制御することができる。
As described above, the lower-stage photocouplers FC2, FC4, and FC6 enable the lower-stage FET2,
4. When the FET6 is turned on, the lower FET, FET
4. Capacitors C1 and C connected in series to FET6
3, C5 is charged respectively, and using the charged electric charge,
The upper photocouplers FC1, FC3, and FC5 sequentially turn on the upper FET1, FET3, and FET5. For this reason, in the present embodiment, the upper and lower FETs 1 to 6 of the three-phase power conversion circuit can be controlled by a single power supply (+15 V FET control voltage).

【0031】引き続き、該ブラシレスモータを停止した
際の動作について説明する。図2に示すPWM電圧制御
回路14は、ホールセンサ70からの信号を監視してい
る。ここで、該PWM電圧制御回路14は、ホールセン
サ70からの信号が所定時間以上変化しないと、即ち、
ブラシレスモータの回転の停止を検出すると、図2に示
すホトカプラ3相ブリッジ回路16の上段側フォトカプ
ラFC1、FC3、FC5を全てオフし、下段側フォト
カプラFC2、FC4、FC6をオンして、モータを短
絡制動する。即ち、充電シーケンスに切り替える。これ
により、該FET2、FET4、FET6へ直列に接続
されたコンデンサC1、C3、C5を全て充電してお
く。
Next, the operation when the brushless motor is stopped will be described. The PWM voltage control circuit 14 shown in FIG. 2 monitors a signal from the Hall sensor 70. Here, the PWM voltage control circuit 14 determines that the signal from the Hall sensor 70 does not change for a predetermined time or more,
When the rotation stop of the brushless motor is detected, the upper photocouplers FC1, FC3, FC5 of the photocoupler three-phase bridge circuit 16 shown in FIG. 2 are all turned off, and the lower photocouplers FC2, FC4, FC6 are turned on, and the motor is turned off. Short-circuit braking. That is, it switches to the charging sequence. Thus, the capacitors C1, C3, and C5 connected in series to the FET2, FET4, and FET6 are all charged.

【0032】そして、ブラシレスモータを再起動する際
には、上記U相、V相、W相のいずれかのコイルを励磁
するため、上段側及び下段側のいずれかのフォトカプラ
をオンする。ここで、本実施態様では、上段側のFET
1、FET3、FET5をオンにするためのコンデンサ
C1、C3、C5が停止中に全て充電状態に保たれてい
るため、該フォトカプラのオンによって、上段側のFE
T1、FET3、FET5を直ちに導通状態にできる。
When the brushless motor is restarted, one of the upper and lower photocouplers is turned on to excite any of the U-phase, V-phase and W-phase coils. Here, in the present embodiment, the upper FET
1. Since the capacitors C1, C3, and C5 for turning on the FET3 and the FET5 are all kept in the charged state during the stop, the upper stage FE is turned on by turning on the photocoupler.
T1, FET3, and FET5 can be immediately turned on.

【0033】即ち、図2に示す構成において、ブラシレ
スモータ停止時に下段側FET2、FET4、FET6
を導通状態に切り換えて置かないと、コンデンサC1、
C3、C5に蓄えられた電荷は徐々に放電される。ブラ
シレスモータを長期間停止した後に、アースから浮いた
状態にあるフォトカプラFC1、FC3、FC5をオン
しても、コンデンサC1、C3、C5からの電位の印加
のない限り、FET1、FET3、FET5をオンでき
ない。これに対して、第1実施態様の電力変換回路で
は、ブラシレスモータの停止中に、コンデンサC1、C
3、C5を全て充電しておくことにより、該コンデンサ
に蓄えられた電荷によって上段FET1、FET3、F
ET5をオンし得るため、ブラシレスモータを長期間停
止した後にも、速やかに再起動できる。
That is, in the configuration shown in FIG. 2, when the brushless motor is stopped, the lower side FET2, FET4, FET6
Is not switched to the conducting state, the capacitors C1,
The charges stored in C3 and C5 are gradually discharged. Even after the brushless motor is stopped for a long time, even if the photocouplers FC1, FC3, and FC5 floating from the ground are turned on, the FET1, FET3, and FET5 are turned off unless the potential is applied from the capacitors C1, C3, and C5. Cannot turn on. On the other hand, in the power conversion circuit of the first embodiment, the capacitors C1 and C1
3 and C5 are all charged, so that the electric charge stored in the capacitor causes the upper FET1, FET3, F3
Since the ET5 can be turned on, the brushless motor can be quickly restarted even after being stopped for a long time.

【0034】引き続き、励磁信号発生回路18の構成に
ついて説明する。励磁信号発生回路18では、ブラシレ
スモータの高速回転時は、U相、V相、W相のコイルの
逆起電圧の相関電圧により三相120°導通のタイミン
グを検出する。即ち、一般的な駆動回路においては、ホ
ールICによりU相、V相、W相のコイルの通電切り替
えのタイミングを検出していたのに対して、本実施形態
では、U相、V相、W相のコイルの逆起電圧から通電切
り替えのタイミングを検出する。また、励磁信号発生回
路18は、低速回転域での正弦波駆動と、高速回転域で
の方形波駆動との切り替えを行う。この切り替えは、コ
イルの逆起電圧がゼロクロスするタイミングに行い、こ
の逆起電圧がゼロクロスするタイミングを、各U相、V
相、W相のコイル間に現れる電圧から、該コイル電流と
コイルの抵抗とによる電圧分を減算処理して検出する。
Next, the configuration of the excitation signal generating circuit 18 will be described. When the brushless motor rotates at high speed, the excitation signal generation circuit 18 detects the timing of the three-phase 120 ° conduction based on the correlation voltage of the back electromotive voltages of the U-phase, V-phase, and W-phase coils. That is, in a general drive circuit, the Hall IC detects the timing of switching the energization of the U-phase, V-phase, and W-phase coils, whereas in the present embodiment, the U-phase, V-phase, and W-phase are used. The timing of energization switching is detected from the back electromotive voltage of the phase coil. Further, the excitation signal generating circuit 18 switches between sine wave driving in a low speed rotation range and square wave driving in a high speed rotation range. This switching is performed at the timing when the back electromotive voltage of the coil crosses zero.
A voltage component between the coil current and the resistance of the coil is subtracted from the voltage appearing between the phase and W-phase coils, and detected.

【0035】コイルに現れる電圧から、該コイル電流と
コイルの抵抗とによる電圧分を減算処理する理由につい
て、以下説明を行う。各コイルの逆電圧をeu、ev、
ewとし、線間のインダクタンスをL、線間抵抗をR、
コイル供給電圧をVu、Vv、Vw、コイル電流をi
u、iv、iwとすれば、次の数1〜数3が成立する。
The reason for subtracting the voltage due to the coil current and the resistance of the coil from the voltage appearing at the coil will be described below. The reverse voltage of each coil is eu, ev,
ew, the inductance between lines is L, the resistance between lines is R,
The coil supply voltage is Vu, Vv, Vw, and the coil current is i
Assuming u, iv, and iw, the following equations 1 to 3 hold.

【数1】Vu−Vv=L(d(iu−iv)/dt)+R
(iu−iv)+eu−ev
## EQU1 ## Vu-Vv = L (d (iu-iv) / dt) + R
(Iu-iv) + eu-ev

【数2】Vv−Vw=L(d(iv−iw)/dt)+R
(iv−iw)+ev−ew
## EQU2 ## Vv-Vw = L (d (iv-iw) / dt) + R
(Iv-iw) + ev-ew

【数3】Vw−Vu=L(d(iw−iu)/dt)+R
(iw−iu)+ew−eu
Vw-Vu = L (d (iw-iu) / dt) + R
(Iw-iu) + ew-eu

【0036】図3を参照して上述したH型ブリッジ回路
で、モータを駆動した際の線間電圧及び逆電圧を図4に
示す。ここで、上述したように低速回転域での正弦波駆
動と、高速回転域での方形波駆動との切り替えは、コイ
ルの逆起電圧がゼロクロスするタイミングに行う。これ
により切り替え時にブラシレスモータに振動等を発生さ
せないようにする。即ち、方形波駆動(6ステップ駆
動)では、回転磁界は電気角60゜でステップ回転す
る。一方、正弦波駆動では、電界は駆動電圧に基づいて
滑らかに回転し、ロータはそれに同期して回転してい
る。従って、駆動電圧とコイル電流の位相差がほとんど
ないような回転速度で、駆動法を切り替えるためには、
回転磁界が方形波駆動のときに作られる位置であるとき
に切り替えるのがよい。これにより、トルクに脈動がな
く駆動法が切り替えられる。本実施形態では、ブラシレ
スモータの回転数が所定回転(2000〜3000rp
m)で、ロータに位置が係る位置(逆起電圧のゼロクロ
スポイント)の際に、駆動法を切り替える。
FIG. 4 shows the line voltage and the reverse voltage when the motor is driven in the H-type bridge circuit described above with reference to FIG. Here, as described above, the switching between the sine-wave drive in the low-speed rotation region and the square-wave drive in the high-speed rotation region is performed at the timing when the back electromotive voltage of the coil crosses zero. This prevents vibration or the like from occurring in the brushless motor at the time of switching. That is, in the square-wave drive (6-step drive), the rotating magnetic field rotates stepwise at an electrical angle of 60 °. On the other hand, in the sine wave driving, the electric field rotates smoothly based on the driving voltage, and the rotor rotates in synchronization with the rotation. Therefore, in order to switch the driving method at a rotation speed at which there is almost no phase difference between the driving voltage and the coil current,
It is preferable to switch when the rotating magnetic field is at a position created during square wave driving. As a result, the driving method can be switched without torque pulsation. In the present embodiment, the rotation speed of the brushless motor is a predetermined rotation (2000 to 3000 rp).
In m), when the position is related to the rotor (the zero cross point of the back electromotive voltage), the driving method is switched.

【0037】本実施形態では、ゼロクロスポイントを検
出するために下記の演算を行う。逆電圧は、上記数1〜
数3を変形した数4,数5、数6より求められる。
In the present embodiment, the following calculation is performed to detect the zero cross point. The reverse voltage is expressed by the above equation
It can be obtained from Equations 4, 5, and 6 obtained by transforming Equation 3.

【数4】eu−ev=Vu−Vv−L(d(iu−iv)/d
t)−R(iu−iv)
Eu-ev = Vu-Vv-L (d (iu-iv) / d
t) -R (iu-iv)

【数5】ev−ew=Vv−Vw−L(d(iv−iw)/d
t)−R(iv−iw)
Ev-ew = Vv-Vw-L (d (iv-iw) / d
t) -R (iv-iw)

【数6】ew−eu=Vw−Vu−(d(iw−iu)/d
t)−R(iw−iu)
## EQU6 ## ew-eu = Vw-Vu- (d (iw-iu) / d
t) -R (iw-iu)

【0038】逆起電圧は、数4〜数6に示されるように
線間電圧から、インダクタンスに発生する電圧及び捲線
抵抗に発生する電圧を差し引いたものである。本実施形
態のブラシレスモータは、インダクタンスが小さく、コ
イル抵抗が大きいため、インダクタンスの値を無視す
る。
The back electromotive voltage is obtained by subtracting the voltage generated in the inductance and the voltage generated in the winding resistance from the line voltage as shown in Expressions 4 to 6. Since the brushless motor of the present embodiment has a small inductance and a large coil resistance, the value of the inductance is ignored.

【0039】この逆起電圧に基づくコイル通電の切り替
えタイミングの検出、及び、逆起電圧のゼロクロスする
タイミングを検出して、上記低速回転域での正弦波駆動
と、高速回転域での方形波駆動との切り替えは図2中の
励磁信号発生回路18にて行う。この励磁信号発生回路
18の構成について、図5を参照して説明する。
The timing of switching the coil energization based on the back electromotive voltage and the timing of zero crossing of the back electromotive voltage are detected, and the sine wave driving in the low speed rotation region and the square wave driving in the high speed rotation region are performed. Is switched by the excitation signal generating circuit 18 in FIG. The configuration of the excitation signal generation circuit 18 will be described with reference to FIG.

【0040】励磁信号発生回路18は、電流検出値(R
・iとなるように調整してある)からコイルに発生する
電圧dvを検出する2段構成の反転増幅回路OP1、O
P2と、Vv−Vwの電圧を検出するオペアンプOP3
と、Vu−Vvの電圧を検出するオペアンプOP4と、
Vw−Vuの電圧を検出するオペアンプOP5と、該オ
ペアンプOP3の出力(Vv−Vw)から反転増幅回路
OP1の出力(−dv)を減算するコンパレータCP1
と、該オペアンプOP4の反転出力−(Vu−Vv)か
ら反転増幅回路OP2の出力(+dv)を加算するコン
パレータCP2と、該オペアンプOP5の出力(Vw−
Vu)から反転増幅回路OP1の出力(−dv)を減算
するコンパレータCP3と、該オペアンプOP3の反転
出力−(Vv−Vw)から反転増幅回路OP2の出力
(+dv)を加算するコンパレータCP4と、該オペア
ンプOP4の出力(Vu−Vv)から反転増幅回路OP
1の出力(−dv)を減算するコンパレータCP5と、
該オペアンプOP5の反転出力−(Vw−Vv)から反
転増幅回路OP2の出力(+dv)を加算するコンパレ
ータCP6と、CPLD(コンプレックスプログラマブ
ルロジックデバイス)とから成る。
The excitation signal generating circuit 18 detects the current detection value (R
· Two-stage inverting amplifiers OP1 and OP for detecting the voltage dv generated in the coil from
P2 and an operational amplifier OP3 for detecting a voltage of Vv-Vw
An operational amplifier OP4 for detecting a voltage of Vu-Vv,
An operational amplifier OP5 for detecting the voltage of Vw-Vu, and a comparator CP1 for subtracting the output (-dv) of the inverting amplifier OP1 from the output (Vv-Vw) of the operational amplifier OP3.
And a comparator CP2 that adds the output (+ dv) of the inverting amplifier OP2 from the inverted output − (Vu−Vv) of the operational amplifier OP4, and the output (Vw−) of the operational amplifier OP5.
A comparator CP3 that subtracts the output (−dv) of the inverting amplifier OP1 from Vu), a comparator CP4 that adds the output (+ dv) of the inverting amplifier OP2 from the inverted output − (Vv−Vw) of the operational amplifier OP3, From the output (Vu-Vv) of the operational amplifier OP4, the inverting amplifier OP
A comparator CP5 for subtracting the output (-dv) of 1;
It comprises a comparator CP6 for adding the output (+ dv) of the inverting amplifier OP2 from the inverted output-(Vw-Vv) of the operational amplifier OP5, and a CPLD (Complex Programmable Logic Device).

【0041】CPLDは、マイクロプロセッサからの指
令に基づいて同期運転とセンサレス駆動とを切り替え
る。また、切り替えは第1相、第2相、第3相の各相間
電圧から抵抗と電流による電圧降下を差し引いて求めた
電圧がゼロクロスするタイミングとする。本実施形態で
は、ブラシレスモータの回転数が2000〜3000r
pm以下の時は正弦波PWM信号による同期運転を行
う。一方、回転数が2000〜3000rpm以上にな
ると、励磁信号発生回路16の出力に切り替え、センサ
レス駆動を行う。切り替えが行われると、図7に基づき
CPLDは次の動作を行なう。 (1)CP1がHになるのを待ち、HになったときにSe
ction2の励磁信号を出力して、次の(2)へ進む。 (2)CP2がHになるのを待ち、HになったときにSe
ction3の励磁信号を出力して、次の(3)へ進む。 (3)CP3がHになるのを待ち、HになったときにSe
ction4の励磁信号を出力して、次の(4)へ進む。 (4)CP4がHになるのを待ち、HになったときにSe
ction5の励磁信号を出力して、次の(5)へ進む。 (5)CP5がHになるのを待ち、HになったときにSe
ction6の励磁信号を出力して、次の(6)へ進む。 (6)CP6がHになるのを待ち、HになったときにSe
ction1の励磁信号を出力して、最初の(1)へ戻る。 転流ポイントを決定するための逆起電圧の計算は、一つ
のSection において図7に示す関係にある。図7中に示
される励磁データは、Tr6,Tr5,Tr4,Tr
3,Tr2,Tr1のON/OFFをあらわしている。
1がON、0がOFFである。[]内の数値は16進数
で表したデータである。
The CPLD switches between synchronous operation and sensorless driving based on a command from the microprocessor. The switching is performed at a timing at which the voltage obtained by subtracting the voltage drop due to the resistance and the current from the inter-phase voltages of the first phase, the second phase, and the third phase crosses zero. In the present embodiment, the rotation speed of the brushless motor is 2000 to 3000 r.
When the speed is equal to or less than pm, the synchronous operation by the sine wave PWM signal is performed. On the other hand, when the rotation speed becomes equal to or higher than 2000 to 3000 rpm, the output is switched to the output of the excitation signal generation circuit 16 and the sensorless driving is performed. When the switching is performed, the CPLD performs the following operation based on FIG. (1) Wait until CP1 becomes H, and when it becomes H, Se
The excitation signal of ction2 is output, and the process proceeds to the next (2). (2) Wait until CP2 becomes H, and when it becomes H, Se
The excitation signal of ction3 is output, and the process proceeds to the next (3). (3) Wait until CP3 becomes H, and when it becomes H, Se
The excitation signal of ction4 is output, and the process proceeds to the next (4). (4) Wait until CP4 becomes H, and when it becomes H, Se
The excitation signal of ction5 is output, and the process proceeds to the next (5). (5) Wait for CP5 to become H, and when it becomes H, Se
The excitation signal of ction6 is output, and the process proceeds to the next (6). (6) Wait for CP6 to go high, and when it goes high, Se
The excitation signal of ction1 is output, and the process returns to the first step (1). The calculation of the back electromotive voltage for determining the commutation point has the relationship shown in FIG. 7 in one section. The excitation data shown in FIG. 7 is Tr6, Tr5, Tr4, Tr
3, ON / OFF of Tr2 and Tr1.
1 is ON and 0 is OFF. Numerical values in [] are data represented by hexadecimal numbers.

【0042】引き続き、PWM電圧制御回路14の動作
について更に説明する。該PWM電圧制御回路14は、
高速時の方形波PWM方式及び低速時の正弦波PWM方
式の制御信号を成形する。この動作について、図6の波
形図を参照して説明する。先ず、駆動回路のブラシレス
モータ高速回転時の制御動作について説明する。ブラシ
レスモータ駆動回路は、3000回転/分を越える高速
回転時において、回転数をホールセンサ70からの信号
により回転数を検出して速度フィードバック制御を実施
する。この際に、三相120°導通型に基づいた方形波
PWM方式を用いてコイルへ電流を印加する。
Subsequently, the operation of the PWM voltage control circuit 14 will be further described. The PWM voltage control circuit 14
The control signals of the square wave PWM method at high speed and the sine wave PWM method at low speed are formed. This operation will be described with reference to the waveform diagram of FIG. First, the control operation of the drive circuit at the time of high-speed rotation of the brushless motor will be described. The brushless motor drive circuit performs speed feedback control by detecting the number of rotations based on a signal from the hall sensor 70 at the time of high-speed rotation exceeding 3000 rotations / minute. At this time, a current is applied to the coil using a square wave PWM method based on a three-phase 120 ° conduction type.

【0043】即ち、PWM電圧制御回路14は、ホール
センサ70が界磁マグネット52の極性を検出した信号
(ブラシレスモータの回転数)及び速度指令値を速度制
御回路20を介して入力し、回転数の信号を平滑化して
ブラシレスモータの回転速度を電圧値に変換したDA信
号を生成する。そして、該DA信号と、三角波発生回路
(図示せず)からの三角波とを比較して、図6(イ)、
(ロ)に示すような方形波PWM信号を生成する。該方
形波PWM信号は、一定の周期T(20KHz)で、目標
速度に対して実測速度が等しいときには、図4(イ)に
示すように波幅t1の短い矩形波が出力され、目標速度
に対して実測速度が低いときには、図4(ロ)に示すよ
うに波幅t1’の長い矩形波が出力される。
That is, the PWM voltage control circuit 14 inputs a signal (the number of rotations of the brushless motor) by which the Hall sensor 70 detects the polarity of the field magnet 52 and a speed command value via the speed control circuit 20, and Is generated to generate a DA signal obtained by converting the rotation speed of the brushless motor into a voltage value. Then, the DA signal is compared with a triangular wave from a triangular wave generating circuit (not shown), and FIG.
A square wave PWM signal as shown in (b) is generated. When the actually measured speed is equal to the target speed at a constant cycle T (20 KHz), a rectangular wave having a short wave width t1 is output as shown in FIG. When the actual measurement speed is low, a long rectangular wave having a wave width t1 'is output as shown in FIG.

【0044】励磁信号発生回路18は、上述した逆起電
圧に基づきコイル62に導通するタイミングを120°
導通型に基づき生成すると共に、図6(イ)、(ロ)に
示すPWM電圧制御回路14からのPWM出力に基づ
き、3相ブリッジ回路16の駆動信号を生成する。高回
転時には、回転数を直接検出してフィードバックを行う
ため高い回転精度を実現できる。
The excitation signal generation circuit 18 sets the timing of conducting to the coil 62 based on the above-mentioned back electromotive force by 120 °.
A drive signal for the three-phase bridge circuit 16 is generated based on the conduction type, and based on the PWM output from the PWM voltage control circuit 14 shown in FIGS. At the time of high rotation, since the number of rotations is directly detected and feedback is performed, high rotation accuracy can be realized.

【0045】次に、該PWM電圧制御回路14のブラシ
レスモータ超低速回転時(数回転/分)の動作につい説
明する。ブラシレスモータ駆動回路は、2000〜30
00回転/分未満の低速回転時に、上述した高速回転時
の速度フィードバック制御の方形波PWM方式から、ト
ルクフィードバック制御の正弦波PWM方式に切り換え
てブラシレスモータを制御する。即ち、磁極位置とコイ
ル励磁電圧波形(U相分)との位相差により負荷を検出
し、位相差が60°を越えないよう位相差(負荷)に応
じてPWMのデューティ比を調整する。
Next, the operation of the PWM voltage control circuit 14 during ultra-low speed rotation of the brushless motor (several rotations / minute) will be described. The brushless motor drive circuit is 2000 to 30
At the time of low-speed rotation of less than 00 rotations / minute, the brushless motor is controlled by switching from the above-described square-wave PWM method of speed feedback control at the time of high-speed rotation to a sine-wave PWM method of torque feedback control. That is, the load is detected based on the phase difference between the magnetic pole position and the coil excitation voltage waveform (for the U phase), and the PWM duty ratio is adjusted according to the phase difference (load) so that the phase difference does not exceed 60 °.

【0046】ここで、PWM電圧制御回路14は、低速
回転において、磁極位置とコイル励磁電圧波形との位相
差により負荷を検出し、位相差が60°を越えないよう
にブラシレスモータのコイルを励磁する。この際に、該
PWM電圧制御回路14は、図4の(ハ)に示すように
2つの正弦波と三角波とを組み合わせることにより、
(へ)に示す正弦波PWM信号を生成する。この正弦波
PWM信号は三相で120°ずつ位相の異なる。かかる
PWM信号にて、直接3相ブリッジ回路16の制御を制
御する。第1実施態様では、負荷を検出し、負荷に応じ
た電流を流してトルク制御するようにフィードバックを
行うため、低回転で発生し易い脱調を未然に防ぐことが
できる。本実施態様では正弦波PWM信号を印加してい
るため、円滑に回転させることができ、脱調を発生させ
ることがない。
Here, the PWM voltage control circuit 14 detects the load based on the phase difference between the magnetic pole position and the coil excitation voltage waveform at low speed rotation, and excites the coil of the brushless motor so that the phase difference does not exceed 60 °. I do. At this time, the PWM voltage control circuit 14 combines two sine waves and a triangular wave as shown in FIG.
A sine wave PWM signal shown in (f) is generated. This sine wave PWM signal has three phases, each having a phase difference of 120 °. The PWM signal directly controls the control of the three-phase bridge circuit 16. In the first embodiment, since the load is detected and feedback is performed so as to control the torque by flowing a current corresponding to the load, it is possible to prevent a step-out that easily occurs at low rotation speed. In the present embodiment, since the sine wave PWM signal is applied, the rotation can be performed smoothly, and no step-out occurs.

【0047】なお、この実施形態では、ホールセンサ7
0を用いて、U相を検出したが、V相、又はW相を検出
することでも上記動作を実現できる。更に、本実施形態
では、ステータとロータとの相対位置を検出するために
ホールセンサを用いたが、この代わりに、位置検出の可
能な種々のセンサを用いることもできる。
In this embodiment, the Hall sensor 7
Although the U phase is detected using 0, the above operation can also be realized by detecting the V phase or the W phase. Further, in the present embodiment, the Hall sensor is used to detect the relative position between the stator and the rotor, but various sensors capable of detecting the position may be used instead.

【0048】[0048]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、少なくと
も1個の位置検出センサに基づき制御するために、信号
線の数を削減することができる。更に、ブラシレスモー
タを低速(所定回転数未満)で回転する際には、正弦波
PWM方式にて駆動し、ブラシレスモータを高速(所定
回転数以上)で回転する際には、方形波PWM方式にて
駆動するため、低速(0)から高速(数万回転)にわた
る全回転領域において、トルク脈流が少なく滑らかにブ
ラシレスモータを駆動することができる。
As described above, according to the present invention, since the control is performed based on at least one position detection sensor, the number of signal lines can be reduced. Further, when the brushless motor rotates at a low speed (less than a predetermined number of rotations), the brushless motor is driven by a sine wave PWM method. When the brushless motor rotates at a high speed (more than a predetermined number of rotations), a square wave PWM method is used. Therefore, the brushless motor can be driven smoothly with little torque pulsation in the entire rotation range from low speed (0) to high speed (tens of thousands of rotations).

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第1実施態様に係るブラシレスモータの構成を
示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of a brushless motor according to a first embodiment.

【図2】本発明の第1実施態様に係るブラシレスモータ
駆動回路のブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram of a brushless motor drive circuit according to a first embodiment of the present invention.

【図3】図2に示す3相ブリッジ回路の回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram of the three-phase bridge circuit shown in FIG.

【図4】線間電圧及び逆起電圧の波形図である。FIG. 4 is a waveform diagram of a line voltage and a back electromotive voltage.

【図5】図2に示す励磁信号発生回路のブロック図であ
る。
FIG. 5 is a block diagram of an excitation signal generation circuit shown in FIG. 2;

【図6】図2に示すPWM電圧制御回路にて成形される
正弦波PWM制御用の信号及び方形波PWM制御用の信
号を示す波形図である。
FIG. 6 is a waveform diagram showing a signal for sine wave PWM control and a signal for square wave PWM control formed by the PWM voltage control circuit shown in FIG. 2;

【図7】転流ポイントの決定ルールを示す図表である。FIG. 7 is a chart showing rules for determining commutation points.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 ブラシレスモータ駆動回路 12 電源回路 14 PWM電圧制御回路 16 3相ブリッジ回路 18 励磁信号発生回路 20 速度制御回路 40 ブラシレスモータ 62 コイル 70 ホールセンサ 78 信号線 Reference Signs List 10 brushless motor drive circuit 12 power supply circuit 14 PWM voltage control circuit 16 three-phase bridge circuit 18 excitation signal generation circuit 20 speed control circuit 40 brushless motor 62 coil 70 Hall sensor 78 signal line

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 樋口 剛広 岐阜県揖斐郡揖斐川町北方1−1 イビデ ン株式会社北工場内 Fターム(参考) 5H560 BB04 BB08 DA02 DA13 DA17 EB01 EC01 EC07 UA02 XA03 XA05 XA12  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing from the front page (72) Inventor Takehiro Higuchi 1-1, Ibikawa-cho, Ibi-gun, Gifu Prefecture F-term (reference) in the north factory of Ibiden Co., Ltd. 5H560 BB04 BB08 DA02 DA13 DA17 EB01 EC01 EC07 UA02 XA03 XA05 XA12

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 界磁マグネットを有するロータと、該ロ
ータを回転するための第1相、第2相、第3相のコイル
を有するステータと、前記ロータとステータとの相対位
置を検出する少なくとも1個の位置検出センサと、から
成るブラシレスモータの駆動回路であって、 前記ブラシレスモータを低速回転する際には、前記少な
くとも1個の位置検出センサの検出信号に基づき、前記
第1相、第2相、第3相のコイルをそれぞれ120°ず
づ位相の異なる正弦波PWM方式にて駆動し、 前記ブラシレスモータを高速回転する際には、前記第1
相、第2相、第3相のコイルの逆起電圧の相関電圧によ
り三相120°導通のタイミングを検出し、方形波PW
M方式にて駆動することを特徴とするブラシレスモータ
駆動回路。
1. A rotor having a field magnet, a stator having first, second, and third phase coils for rotating the rotor, and at least detecting a relative position between the rotor and the stator. A brushless motor drive circuit comprising: one position detection sensor, wherein when the brushless motor rotates at a low speed, the first phase and the second phase are detected based on a detection signal of the at least one position detection sensor. When the two-phase and third-phase coils are each driven by a sine wave PWM method having a different phase by 120 °, and the brushless motor is rotated at a high speed, the first
The three-phase 120 ° conduction timing is detected from the correlation voltage of the back electromotive force of the phase, second phase, and third phase coils, and the square wave PW
A brushless motor drive circuit characterized by being driven by the M system.
【請求項2】 前記低速回転域で駆動する際に、前記少
なくとも1個の位置検出センサの検出信号と、前記第1
相、第2相、第3相のコイルのいずれかに印加される正
弦波駆動信号との位相を比較し、位相差に基づいてトル
ク制御を行うことを特徴とする請求項1に記載のブラシ
レスモータ駆動回路。
2. When driving in the low-speed rotation range, a detection signal of the at least one position detection sensor and the first signal
2. The brushless apparatus according to claim 1, wherein a phase is compared with a sine wave drive signal applied to one of the phase, second phase, and third phase coils, and torque control is performed based on the phase difference. 3. Motor drive circuit.
【請求項3】 前記低速回転域での正弦波駆動と、前記
高速回転域での方形波駆動との切り替えを、前記第1
相、第2相、第3相のコイルの逆起電圧がゼロクロスす
るタイミングに行うことを特徴とする請求項1又は2に
記載のブラシレスモータの駆動回路。
3. The method according to claim 1, wherein the switching between the sine-wave driving in the low-speed rotation region and the square-wave driving in the high-speed rotation region is performed by the first switch.
3. The brushless motor driving circuit according to claim 1, wherein the driving is performed at a timing when the back electromotive voltages of the phase, second phase, and third phase coils cross zero.
【請求項4】 前記第1相、第2相、第3相のコイルの
逆起電圧がゼロクロスするタイミングを、各第1相、第
2相、第3相の相間に現れる電圧から、該コイル電流と
コイルの抵抗とによる電圧分を減算処理して検出するこ
とを特徴とする請求項3に記載のブラシレスモータの駆
動回路。
4. The timing at which the back electromotive force of the first phase, second phase, and third phase coils crosses zero based on the voltage appearing between the first phase, second phase, and third phase. 4. The brushless motor driving circuit according to claim 3, wherein a voltage component based on the current and the resistance of the coil is subtracted and detected.
【請求項5】 前記高速回転時の方形波PWM方式で
は、前記位置検出センサの検出信号から速度を検出し、
指令速度と検出速度との差に応じて速度制御することを
特徴とする請求項1〜4のいずれか1に記載のブラシレ
スモータの駆動回路。
5. In the square wave PWM method at the time of high-speed rotation, a speed is detected from a detection signal of the position detection sensor,
5. The brushless motor driving circuit according to claim 1, wherein the speed is controlled in accordance with a difference between the command speed and the detected speed.
【請求項6】 前記位置検出センサは、ホールセンサで
あることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1に記載
のブラシレスモータの駆動回路。
6. The brushless motor driving circuit according to claim 1, wherein the position detection sensor is a Hall sensor.
【請求項7】 前記駆動回路を用いることを特徴とする
請求項1〜6のいずれか1に記載のブラシレスモータ。
7. The brushless motor according to claim 1, wherein the drive circuit is used.
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