JP2002272162A - ブラシレスモータの駆動装置およびそれを使用するモータ - Google Patents
ブラシレスモータの駆動装置およびそれを使用するモータInfo
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- JP2002272162A JP2002272162A JP2001066354A JP2001066354A JP2002272162A JP 2002272162 A JP2002272162 A JP 2002272162A JP 2001066354 A JP2001066354 A JP 2001066354A JP 2001066354 A JP2001066354 A JP 2001066354A JP 2002272162 A JP2002272162 A JP 2002272162A
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/08—Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor
- H02P6/085—Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor in a bridge configuration
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 同期整流型ＰＷＭ駆動を行うブラシレスモー
タにおいて、負電流による電源電圧の上昇を解決し、高
性能・高信頼性の駆動装置を提供することを目的とす
る。 【解決手段】 同期整流型ＰＷＭ駆動と片側ＰＷＭ駆動
を任意のタイミングで切り換えることにより電源に対す
る負電流を防止する。
タにおいて、負電流による電源電圧の上昇を解決し、高
性能・高信頼性の駆動装置を提供することを目的とす
る。 【解決手段】 同期整流型ＰＷＭ駆動と片側ＰＷＭ駆動
を任意のタイミングで切り換えることにより電源に対す
る負電流を防止する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、情報機器などの分
野に利用されるパルス幅変調（以下、ＰＷＭと称する）
駆動方式のブラシレスモータの駆動装置に関するもので
ある。
野に利用されるパルス幅変調（以下、ＰＷＭと称する）
駆動方式のブラシレスモータの駆動装置に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】従来、ブラシレスモータのＰＷＭ駆動方
式において、モータ駆動コイルに通電する駆動トランジ
スタのＰＷＭスイッチング・オフ時に、対となる駆動ト
ランジスタに並列に接続されたダイオードを介して回生
電流を流すのではなく、ＰＷＭスイッチング・オフ時
に、対となる駆動トランジスタをオンするように制御し
電力損失を軽減するいわゆる同期整流型のブラシレスモ
ータの駆動装置としては、特開平５−２１１７８０号公
報に記載されたものが知られている。図５に従来の同期
整流型ＰＷＭ駆動方式のブラシレスモータの駆動装置の
構成を示す。図５において３２０は通電制御回路、３４
０は同期整流制御回路、３６０は２相非重畳型クロッ
ク、４〜６および７〜９はそれぞれ上側駆動トランジス
タおよび下側駆動トランジスタである。１０〜１２およ
び１３〜１５はフライホイルダイオード、３０３および
３０４はコンパレータ、ＶＭは電源端子、３０５はＲＣ
放電回路、３０２はフリップフロップ、３０１はインバ
ータ、１〜３は駆動コイル、Ｎは駆動コイルの中点、８
０は電流検出抵抗である。
式において、モータ駆動コイルに通電する駆動トランジ
スタのＰＷＭスイッチング・オフ時に、対となる駆動ト
ランジスタに並列に接続されたダイオードを介して回生
電流を流すのではなく、ＰＷＭスイッチング・オフ時
に、対となる駆動トランジスタをオンするように制御し
電力損失を軽減するいわゆる同期整流型のブラシレスモ
ータの駆動装置としては、特開平５−２１１７８０号公
報に記載されたものが知られている。図５に従来の同期
整流型ＰＷＭ駆動方式のブラシレスモータの駆動装置の
構成を示す。図５において３２０は通電制御回路、３４
０は同期整流制御回路、３６０は２相非重畳型クロッ
ク、４〜６および７〜９はそれぞれ上側駆動トランジス
タおよび下側駆動トランジスタである。１０〜１２およ
び１３〜１５はフライホイルダイオード、３０３および
３０４はコンパレータ、ＶＭは電源端子、３０５はＲＣ
放電回路、３０２はフリップフロップ、３０１はインバ
ータ、１〜３は駆動コイル、Ｎは駆動コイルの中点、８
０は電流検出抵抗である。
【０００３】次に図５に示す従来のブラシレスモータの
駆動装置のＰＷＭ駆動動作を説明する。
駆動装置のＰＷＭ駆動動作を説明する。
【０００４】付勢された相期間中、１つのノード（例え
ば、ノードＡ）が上側駆動トランジスタ４〜６の内の１
つ（例えば、上側駆動トランジスタ６）により高状態へ
駆動される。１つのノード（例えば、ノードＢ）が下側
駆動トランジスタ７〜９の内の１つ（例えば、下側駆動
トランジスタ８）により低状態へ駆動され、且つ他のノ
ード（例えば、ノードＣ）は上側駆動トランジスタ４お
よび下側駆動トランジスタ７の両方がオフの状態でフロ
ーティング状態とされる。次いで、駆動コイルがスイッ
チング期間中に１つの駆動コイルに電流を維持するコミ
ュテーションシーケンスでスイッチ動作される。
ば、ノードＡ）が上側駆動トランジスタ４〜６の内の１
つ（例えば、上側駆動トランジスタ６）により高状態へ
駆動される。１つのノード（例えば、ノードＢ）が下側
駆動トランジスタ７〜９の内の１つ（例えば、下側駆動
トランジスタ８）により低状態へ駆動され、且つ他のノ
ード（例えば、ノードＣ）は上側駆動トランジスタ４お
よび下側駆動トランジスタ７の両方がオフの状態でフロ
ーティング状態とされる。次いで、駆動コイルがスイッ
チング期間中に１つの駆動コイルに電流を維持するコミ
ュテーションシーケンスでスイッチ動作される。
【０００５】ＰＷＭ期間中、電流が電流検出抵抗８０に
おいて検出され、且つコイル１、２、３内に発生可能な
最大電流を決定する基準電圧ＶＲＥＦと比較される。電
流がＶＲＥＦに到達すると、コンパレータ３０３がその
出力を変化させて、フリップフロップ３０２をリセット
する。これによりインバータ３０１、２相非重畳型クロ
ック３６０、通電制御回路３２０を介して上側トランジ
スタ４〜６をスイッチング制御し、全てのノードＡ、
Ｂ、Ｃに亘り上側トランジスタ４〜６をシャットオフす
る。同時に、スイッチ３０６を開放することによりＲＣ
放電回路３０５がイネーブル即ち動作可能状態とされ、
ＲＣ放電回路３０５は時間遅延を発生し、その期間中は
上部トランジスタ４〜６はオフが維持される。ＲＣ放電
回路３０５のコンデンサ上の電圧が基準電圧ＶＲＥＦ以
下に降下すると、コンパレータ３０４の出力が反転して
フリップフロップ３０２をトグル動作し、動作中の相に
対応する上側駆動トランジスタを再度ターンオンさせ
る。この結果、電流がランプアップ、即ち傾斜上に上昇
する。この一連のサイクルが繰り返して行われる。
おいて検出され、且つコイル１、２、３内に発生可能な
最大電流を決定する基準電圧ＶＲＥＦと比較される。電
流がＶＲＥＦに到達すると、コンパレータ３０３がその
出力を変化させて、フリップフロップ３０２をリセット
する。これによりインバータ３０１、２相非重畳型クロ
ック３６０、通電制御回路３２０を介して上側トランジ
スタ４〜６をスイッチング制御し、全てのノードＡ、
Ｂ、Ｃに亘り上側トランジスタ４〜６をシャットオフす
る。同時に、スイッチ３０６を開放することによりＲＣ
放電回路３０５がイネーブル即ち動作可能状態とされ、
ＲＣ放電回路３０５は時間遅延を発生し、その期間中は
上部トランジスタ４〜６はオフが維持される。ＲＣ放電
回路３０５のコンデンサ上の電圧が基準電圧ＶＲＥＦ以
下に降下すると、コンパレータ３０４の出力が反転して
フリップフロップ３０２をトグル動作し、動作中の相に
対応する上側駆動トランジスタを再度ターンオンさせ
る。この結果、電流がランプアップ、即ち傾斜上に上昇
する。この一連のサイクルが繰り返して行われる。
【０００６】ＡＢ相の例を使用して説明を続ける。ま
ず、オン期間中において、ノードＡおよびＢの間のコイ
ル２および３を介して電流がランプアップし、オン選択
されている上側トランジスタ６を流れる。
ず、オン期間中において、ノードＡおよびＢの間のコイ
ル２および３を介して電流がランプアップし、オン選択
されている上側トランジスタ６を流れる。
【０００７】次いで、ＰＷＭチョップサイクル動作にお
いて上部トランジスタ６がシャットオフされると、ノー
ドＡの電位を高状態に保ち、コイル２および３内に電流
を維持するために、下側トランジスタ９と並列なフライ
ホイールダイオード１５は、順方向にバイアスせねばな
らない。また、下部トランジスタ８はノードＢを低状態
に保つためオン状態を維持せねばならない。一方、ＰＷ
Ｍチョップサイクルが上部トランジスタ６をシャットオ
フすると、コイル２および３が減衰性の電流源となり且
つそれらに格納されているエネルギーが散逸されなけれ
ばならない。それは活性駆動コイルへの電圧が前記ＰＷ
Ｍモードにおいてターンオフされる場合に、活性駆動コ
イル内のフライバックエネルギーに対し、非整流性接地
帰還経路からの下側トランジスタ９への駆動電流の印加
により与えられる。すなわち上側トランジスタ６がシャ
ットオフする場合に、下側トランジスタ９がターンオン
されると該回路は、あたかもコイル２および３が２つの
抵抗を介して短絡されダイオードが存在しないかのよう
な様相を呈する。下側トランジスタ７〜９のスイッチン
グ動作は、以下に説明する如く、通電制御回路３２０に
より発生する信号と同期して同期整流制御回路３４０に
より達成される。
いて上部トランジスタ６がシャットオフされると、ノー
ドＡの電位を高状態に保ち、コイル２および３内に電流
を維持するために、下側トランジスタ９と並列なフライ
ホイールダイオード１５は、順方向にバイアスせねばな
らない。また、下部トランジスタ８はノードＢを低状態
に保つためオン状態を維持せねばならない。一方、ＰＷ
Ｍチョップサイクルが上部トランジスタ６をシャットオ
フすると、コイル２および３が減衰性の電流源となり且
つそれらに格納されているエネルギーが散逸されなけれ
ばならない。それは活性駆動コイルへの電圧が前記ＰＷ
Ｍモードにおいてターンオフされる場合に、活性駆動コ
イル内のフライバックエネルギーに対し、非整流性接地
帰還経路からの下側トランジスタ９への駆動電流の印加
により与えられる。すなわち上側トランジスタ６がシャ
ットオフする場合に、下側トランジスタ９がターンオン
されると該回路は、あたかもコイル２および３が２つの
抵抗を介して短絡されダイオードが存在しないかのよう
な様相を呈する。下側トランジスタ７〜９のスイッチン
グ動作は、以下に説明する如く、通電制御回路３２０に
より発生する信号と同期して同期整流制御回路３４０に
より達成される。
【０００８】図６は、図５の制御回路３００内に設けら
れる制御回路３００の一部としてモータ駆動回路の１相
に対するもののみを示しているが、残りの相に対しても
同様の回路が設けられている。制御回路３００は、上側
駆動トランジスタ駆動回路および下側駆動トランジスタ
駆動回路をライン３８４および３８３の通電切換え信号
にしたがって駆動させるように構成された論理回路であ
る。制御回路３００に入力されるその他の信号は図５に
示したように、フリップフロップ３０２からの信号であ
る。上側駆動トランジスタおよび下側駆動トランジスタ
が同時に活性状態とならないことを確保するために、専
用的に位相ずれクロック信号である２つの出力信号Ｖ３
６１およびＶ３６２をもった２相クロック３６０が設け
られている。２相クロック３６０は上側トランジスタを
ターンオンした時は下側トランジスタをターンオフし、
上側トランジスタをターンオフした時は下側トランジス
タをターンオンするように動作する（このように、上側
トランジスタと下側トランジスタとを両方ＰＷＭ動作さ
せることを以下同期整流型ＰＷＭと称する）。
れる制御回路３００の一部としてモータ駆動回路の１相
に対するもののみを示しているが、残りの相に対しても
同様の回路が設けられている。制御回路３００は、上側
駆動トランジスタ駆動回路および下側駆動トランジスタ
駆動回路をライン３８４および３８３の通電切換え信号
にしたがって駆動させるように構成された論理回路であ
る。制御回路３００に入力されるその他の信号は図５に
示したように、フリップフロップ３０２からの信号であ
る。上側駆動トランジスタおよび下側駆動トランジスタ
が同時に活性状態とならないことを確保するために、専
用的に位相ずれクロック信号である２つの出力信号Ｖ３
６１およびＶ３６２をもった２相クロック３６０が設け
られている。２相クロック３６０は上側トランジスタを
ターンオンした時は下側トランジスタをターンオフし、
上側トランジスタをターンオフした時は下側トランジス
タをターンオンするように動作する（このように、上側
トランジスタと下側トランジスタとを両方ＰＷＭ動作さ
せることを以下同期整流型ＰＷＭと称する）。
【０００９】本従来例は、前記制御回路３００により、
同期整流型ＰＷＭ駆動と通常のリニア駆動とを切り換え
ることを可能としている。
同期整流型ＰＷＭ駆動と通常のリニア駆動とを切り換え
ることを可能としている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構成では、同期整流型ＰＷＭ駆動時にモータ回転数
変動または負荷変動またはトルク指令の減速指令によ
り、トルク指令に比例したＰＷＭ駆動のパルス幅（デュ
ーティー）が減少し、駆動コイルに流れる回生電流が電
源に向かって逆流する（以下、負電流と称する）という
課題があった。また、前記負電流が流れる際、電源側の
インピーダンスによっては電源電圧が上昇し、モータお
よびモータ駆動装置または、当該モータを搭載したセッ
トを破壊するという課題があった。また、モータを任意
の回転数で制御する場合、ＰＷＭ駆動時はトルク指令に
比例したＰＷＭデューティーを変化させ、リニア駆動時
はトルク指令に比例してモータ印加電圧を変化させる必
要があり、回路構成が複雑になりコストアップ等の様々
な弊害が生じるという課題があった。また、リニア駆動
時は消費電力が増大するという課題があった。
来の構成では、同期整流型ＰＷＭ駆動時にモータ回転数
変動または負荷変動またはトルク指令の減速指令によ
り、トルク指令に比例したＰＷＭ駆動のパルス幅（デュ
ーティー）が減少し、駆動コイルに流れる回生電流が電
源に向かって逆流する（以下、負電流と称する）という
課題があった。また、前記負電流が流れる際、電源側の
インピーダンスによっては電源電圧が上昇し、モータお
よびモータ駆動装置または、当該モータを搭載したセッ
トを破壊するという課題があった。また、モータを任意
の回転数で制御する場合、ＰＷＭ駆動時はトルク指令に
比例したＰＷＭデューティーを変化させ、リニア駆動時
はトルク指令に比例してモータ印加電圧を変化させる必
要があり、回路構成が複雑になりコストアップ等の様々
な弊害が生じるという課題があった。また、リニア駆動
時は消費電力が増大するという課題があった。
【００１１】本発明は、このような従来の課題を解決す
るものであり、低消費電力であり、容易にモータの回転
数制御が可能で、且つモータの回転数変動または負荷変
動が生じた際の負電流を防止し高性能・高信頼性の実現
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。
るものであり、低消費電力であり、容易にモータの回転
数制御が可能で、且つモータの回転数変動または負荷変
動が生じた際の負電流を防止し高性能・高信頼性の実現
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。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、駆動コイルと接続され一方の電源線路間に
設けられた複数の駆動素子からなる上側駆動手段と、前
記駆動コイルと接続され他方の電源線路間に設けられた
複数の駆動素子からなる下側駆動手段と、前記ロータマ
グネットと駆動コイルとの位置関係を検出する位置検出
手段と、前記位置検出手段の出力信号を基に前記駆動コ
イルへの通電切換え信号を出力する通電切換え手段と、
前記ブラシレスモータの発生トルクを制御するトルク指
令信号と、前記トルク指令信号に応じたパルス幅の任意
の周波数信号を出力するパルス幅変調手段と、前記通電
切換え手段の出力信号と前記パルス幅変調手段の出力信
号とに応じて前記上側駆動手段および下側駆動手段のオ
ン／オフを制御するＰＷＭ制御手段とを備え、前記ＰＷ
Ｍ制御手段は前記上側駆動手段および前記下側駆動手段
の両方をＰＷＭ動作させる同期整流ＰＷＭ駆動を可能と
し、前記駆動コイルにブレーキ方向の電流が流れるタイ
ミングには前記同期整流ＰＷＭ駆動を行わないようにし
たことを特徴とするブラシレスモータの駆動装置であ
り、これにより、低消費電力であり、トルク指令信号に
比例したＰＷＭ信号により容易にモータの回転数制御が
可能で、且つモータの回転数変動または負荷変動等によ
り駆動コイルにブレーキ電流が流れるタイミングでは同
期整流ＰＷＭ駆動を行わないようにすることで負電流を
防止し、負電流が流れることで発生する様々な不具合を
解消することができる。
に本発明は、駆動コイルと接続され一方の電源線路間に
設けられた複数の駆動素子からなる上側駆動手段と、前
記駆動コイルと接続され他方の電源線路間に設けられた
複数の駆動素子からなる下側駆動手段と、前記ロータマ
グネットと駆動コイルとの位置関係を検出する位置検出
手段と、前記位置検出手段の出力信号を基に前記駆動コ
イルへの通電切換え信号を出力する通電切換え手段と、
前記ブラシレスモータの発生トルクを制御するトルク指
令信号と、前記トルク指令信号に応じたパルス幅の任意
の周波数信号を出力するパルス幅変調手段と、前記通電
切換え手段の出力信号と前記パルス幅変調手段の出力信
号とに応じて前記上側駆動手段および下側駆動手段のオ
ン／オフを制御するＰＷＭ制御手段とを備え、前記ＰＷ
Ｍ制御手段は前記上側駆動手段および前記下側駆動手段
の両方をＰＷＭ動作させる同期整流ＰＷＭ駆動を可能と
し、前記駆動コイルにブレーキ方向の電流が流れるタイ
ミングには前記同期整流ＰＷＭ駆動を行わないようにし
たことを特徴とするブラシレスモータの駆動装置であ
り、これにより、低消費電力であり、トルク指令信号に
比例したＰＷＭ信号により容易にモータの回転数制御が
可能で、且つモータの回転数変動または負荷変動等によ
り駆動コイルにブレーキ電流が流れるタイミングでは同
期整流ＰＷＭ駆動を行わないようにすることで負電流を
防止し、負電流が流れることで発生する様々な不具合を
解消することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、駆動コイルと接続され一方の電源線路間に設けられ
た複数の駆動素子からなる上側駆動手段と、前記駆動コ
イルと接続され他方の電源線路間に設けられた複数の駆
動素子からなる下側駆動手段と、前記ロータマグネット
と駆動コイルとの位置関係を検出する位置検出手段と、
前記位置検出手段の出力信号を基に前記駆動コイルへの
通電切換え信号を出力する通電切換え手段と、前記ブラ
シレスモータの発生トルクを制御するトルク指令信号
と、前記トルク指令信号に応じたパルス幅の任意の周波
数信号を出力するパルス幅変調手段と、前記通電切換え
手段の出力信号と前記パルス幅変調手段の出力信号とに
応じて前記上側駆動手段および下側駆動手段のオン／オ
フを制御するＰＷＭ制御手段とを備え、前記ＰＷＭ制御
手段は前記上側駆動手段および前記下側駆動手段の両方
をＰＷＭ動作させる同期整流ＰＷＭ駆動を可能とし、前
記駆動コイルにブレーキ方向の電流が流れるタイミング
には前記同期整流ＰＷＭ駆動を行わないようにしたこと
を特徴とするブラシレスモータの駆動装置であり、同期
整流ＰＷＭ駆動による負電流を防止するという作用を有
する。
は、駆動コイルと接続され一方の電源線路間に設けられ
た複数の駆動素子からなる上側駆動手段と、前記駆動コ
イルと接続され他方の電源線路間に設けられた複数の駆
動素子からなる下側駆動手段と、前記ロータマグネット
と駆動コイルとの位置関係を検出する位置検出手段と、
前記位置検出手段の出力信号を基に前記駆動コイルへの
通電切換え信号を出力する通電切換え手段と、前記ブラ
シレスモータの発生トルクを制御するトルク指令信号
と、前記トルク指令信号に応じたパルス幅の任意の周波
数信号を出力するパルス幅変調手段と、前記通電切換え
手段の出力信号と前記パルス幅変調手段の出力信号とに
応じて前記上側駆動手段および下側駆動手段のオン／オ
フを制御するＰＷＭ制御手段とを備え、前記ＰＷＭ制御
手段は前記上側駆動手段および前記下側駆動手段の両方
をＰＷＭ動作させる同期整流ＰＷＭ駆動を可能とし、前
記駆動コイルにブレーキ方向の電流が流れるタイミング
には前記同期整流ＰＷＭ駆動を行わないようにしたこと
を特徴とするブラシレスモータの駆動装置であり、同期
整流ＰＷＭ駆動による負電流を防止するという作用を有
する。
【００１４】駆動コイルにブレーキ方向の電流が流れる
タイミングでの駆動方法としては、例えば上下駆動手段
の片方のみＰＷＭ駆動する方法、または上下駆動手段共
にＰＷＭスイッチングさせずに回生電流によるショート
ブレーキモードにする方法、または上下駆動手段をオフ
（モータ出力がハイ・インピーダンス状態）にする等の
方法が考えられ、低消費電力、低コスト、高性能なそれ
ぞれの効果を得ることができる。
タイミングでの駆動方法としては、例えば上下駆動手段
の片方のみＰＷＭ駆動する方法、または上下駆動手段共
にＰＷＭスイッチングさせずに回生電流によるショート
ブレーキモードにする方法、または上下駆動手段をオフ
（モータ出力がハイ・インピーダンス状態）にする等の
方法が考えられ、低消費電力、低コスト、高性能なそれ
ぞれの効果を得ることができる。
【００１５】請求項２に記載の発明は、モータ回転中に
上側駆動手段または下側駆動手段のオン／オフ動作によ
り発生する駆動コイルの回生電流が電源ラインに逆流し
ないように前記上側駆動手段および前記下側駆動手段の
オン／オフ動作を切り換える回生電流制御手段を有す
る、請求項１記載のブラシレスモータの駆動装置であ
り、トルク指令信号に比例したＰＷＭ信号によりモータ
を制御し、ＰＷＭ駆動により発生する回生電流の流れる
電流経路を切り換えることにより負電流を防止するとい
う作用を有する。
上側駆動手段または下側駆動手段のオン／オフ動作によ
り発生する駆動コイルの回生電流が電源ラインに逆流し
ないように前記上側駆動手段および前記下側駆動手段の
オン／オフ動作を切り換える回生電流制御手段を有す
る、請求項１記載のブラシレスモータの駆動装置であ
り、トルク指令信号に比例したＰＷＭ信号によりモータ
を制御し、ＰＷＭ駆動により発生する回生電流の流れる
電流経路を切り換えることにより負電流を防止するとい
う作用を有する。
【００１６】回生電流の電流経路を切り換えるタイミン
グとしては、例えばトルク指令の減速を検出したタイミ
ングまたはトルク指令とトルク指令の減速に比例した信
号レベルとの比較結果などトルク指令信号に応じたタイ
ミング、またはモータの速度変化またはモータの速度に
比例した信号に応じたタイミング、またはモータのスタ
ート／ストップ信号に対する遅延時間に応じたタイミン
グ、または電源電圧の変動または電源電圧の変動に比例
した信号に応じたタイミング、または負電流または負電
流に比例した信号に応じたタイミングなどが考えられ、
それぞれのタイミングやその構成により低消費電力、低
コスト、高性能なそれぞれの効果を得ることができる。
グとしては、例えばトルク指令の減速を検出したタイミ
ングまたはトルク指令とトルク指令の減速に比例した信
号レベルとの比較結果などトルク指令信号に応じたタイ
ミング、またはモータの速度変化またはモータの速度に
比例した信号に応じたタイミング、またはモータのスタ
ート／ストップ信号に対する遅延時間に応じたタイミン
グ、または電源電圧の変動または電源電圧の変動に比例
した信号に応じたタイミング、または負電流または負電
流に比例した信号に応じたタイミングなどが考えられ、
それぞれのタイミングやその構成により低消費電力、低
コスト、高性能なそれぞれの効果を得ることができる。
【００１７】請求項３に記載の発明は、回生電流制御手
段は上側駆動手段および下側駆動手段の両方をＰＷＭ動
作させる同期整流ＰＷＭモードと、片方のみＰＷＭ動作
させる片側ＰＷＭモードをもち、前記複数のＰＷＭモー
ドを切り換えるようにした請求項２記載のブラシレスモ
ータの駆動装置であり、トルク指令信号に比例したＰＷ
Ｍ信号によりモータを制御し、同期整流ＰＷＭモードと
片側ＰＷＭモードを切り換えることにより、ＰＷＭ駆動
により発生する回生電流の流れる電流経路を切り換え負
電流を防止するという作用を有する。
段は上側駆動手段および下側駆動手段の両方をＰＷＭ動
作させる同期整流ＰＷＭモードと、片方のみＰＷＭ動作
させる片側ＰＷＭモードをもち、前記複数のＰＷＭモー
ドを切り換えるようにした請求項２記載のブラシレスモ
ータの駆動装置であり、トルク指令信号に比例したＰＷ
Ｍ信号によりモータを制御し、同期整流ＰＷＭモードと
片側ＰＷＭモードを切り換えることにより、ＰＷＭ駆動
により発生する回生電流の流れる電流経路を切り換え負
電流を防止するという作用を有する。
【００１８】請求項４および請求項５に記載の発明は、
本願の駆動装置を使用することにより低消費電力で負電
流がもたらす様々な不具合を解消したモータおよび情報
機器を得ることができる。
本願の駆動装置を使用することにより低消費電力で負電
流がもたらす様々な不具合を解消したモータおよび情報
機器を得ることができる。
【００１９】
【実施例】以下本発明の実施例について、図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【００２０】（実施例１）図１において１〜３はロータ
マグネット（図示せず）に対向して設けられた駆動コイ
ルを構成する駆動コイルであり、一方の端子は共通接続
されている。４〜６および７〜９は駆動トランジスタで
ある。１０〜１２はフライホイールダイオードであり、
前記駆動トランジスタ４〜６にそれぞれ並列に接続され
ており、同様にフライホイールダイオード１３〜１５は
前記駆動トランジスタ７〜９に並列に接続されている。
前記駆動トランジスタ４〜６のドレインは共通接続され
ると共に電源端子ＶＭに接続されており、前記駆動トラ
ンジスタ７〜９のソースは共通接続され抵抗８０を介し
て接地されている。前記駆動コイル１の端子と前記駆動
トランジスタ４のソースおよび前記駆動トランジスタ７
のドレインは共通接続され、同様に前記駆動コイル２の
端子と前記駆動トランジスタ５のソースおよび前記駆動
トランジスタ８のドレインは共通接続され、前記駆動コ
イル３の端子と前記駆動トランジスタ６のソースおよび
前記駆動トランジスタ９のドレインは共通接続されてい
る。前記駆動トランジスタ４〜６および前記フライホイ
ールダイオード１０〜１２は本発明の上側駆動手段２０
０を構成し、前記駆動トランジスタ７〜９および前記フ
ライホイールダイオード１３〜１５は本発明の下側駆動
手段２１０を構成している。２０は位置検出手段であ
り、例えばホール素子等の位置検出素子（図示せず）あ
るいはモータ駆動コイルに誘起される逆起電圧等により
ロータとステータの位置を検出する。前記位置検出手段
２０の出力は通電切換え手段３０に入力され、通電切換
え手段３０は３相全波駆動の相切換え信号をＰＷＭ制御
手段６０に入力している。トルク指令信号はパルス幅変
調手段７０および減速検出手段１００に入力され、前記
パルス幅変調手段７０は任意のＰＷＭ周波数においてト
ルク指令信号に応じたパルス幅の信号ＰＷＭ１をＰＷＭ
制御手段６０に入力する。減速検出手段１００はトルク
指令の減速期間を検出し信号ＤＥＣを前記ＰＷＭ制御手
段６０へ入力する。ＰＷＭ制御手段６０の出力は上下駆
動手段を構成する駆動トランジスタの各ゲートにそれぞ
れ接続されている。
マグネット（図示せず）に対向して設けられた駆動コイ
ルを構成する駆動コイルであり、一方の端子は共通接続
されている。４〜６および７〜９は駆動トランジスタで
ある。１０〜１２はフライホイールダイオードであり、
前記駆動トランジスタ４〜６にそれぞれ並列に接続され
ており、同様にフライホイールダイオード１３〜１５は
前記駆動トランジスタ７〜９に並列に接続されている。
前記駆動トランジスタ４〜６のドレインは共通接続され
ると共に電源端子ＶＭに接続されており、前記駆動トラ
ンジスタ７〜９のソースは共通接続され抵抗８０を介し
て接地されている。前記駆動コイル１の端子と前記駆動
トランジスタ４のソースおよび前記駆動トランジスタ７
のドレインは共通接続され、同様に前記駆動コイル２の
端子と前記駆動トランジスタ５のソースおよび前記駆動
トランジスタ８のドレインは共通接続され、前記駆動コ
イル３の端子と前記駆動トランジスタ６のソースおよび
前記駆動トランジスタ９のドレインは共通接続されてい
る。前記駆動トランジスタ４〜６および前記フライホイ
ールダイオード１０〜１２は本発明の上側駆動手段２０
０を構成し、前記駆動トランジスタ７〜９および前記フ
ライホイールダイオード１３〜１５は本発明の下側駆動
手段２１０を構成している。２０は位置検出手段であ
り、例えばホール素子等の位置検出素子（図示せず）あ
るいはモータ駆動コイルに誘起される逆起電圧等により
ロータとステータの位置を検出する。前記位置検出手段
２０の出力は通電切換え手段３０に入力され、通電切換
え手段３０は３相全波駆動の相切換え信号をＰＷＭ制御
手段６０に入力している。トルク指令信号はパルス幅変
調手段７０および減速検出手段１００に入力され、前記
パルス幅変調手段７０は任意のＰＷＭ周波数においてト
ルク指令信号に応じたパルス幅の信号ＰＷＭ１をＰＷＭ
制御手段６０に入力する。減速検出手段１００はトルク
指令の減速期間を検出し信号ＤＥＣを前記ＰＷＭ制御手
段６０へ入力する。ＰＷＭ制御手段６０の出力は上下駆
動手段を構成する駆動トランジスタの各ゲートにそれぞ
れ接続されている。
【００２１】ＰＷＭ制御手段６０の具体的構成としては
例えば図２に示す回路が考えられる。図２は駆動コイル
１に接続された駆動トランジスタ４、７の各ゲートに入
力する信号Ｐ１ｕ、Ｐ１ｄについてのみ記載しており、
他の駆動コイルに接続された駆動トランジスタのゲート
信号も同様な回路で作成でき図示を省略する。図２にお
いて、信号Ｓ１ｕおよびＳ１ｄは通電切換え手段３０の
出力信号であり信号Ｓ１ｕはＯＲゲート６５に入力さ
れ、信号Ｓ１ｄはＡＮＤゲート６３および６６に入力さ
れている。信号ＤＥＣは減速検出手段１００の出力信号
でありＡＮＤゲート６４に入力されている。信号ＰＷＭ
１はパルス幅変調手段７０の出力信号でありＡＮＤゲー
ト６６に入力されると共にインバータ６１を介して貫通
防止回路６２に入力され、前記貫通防止回路６２の出力
は前記ＡＮＤゲート６３に入力されている。前記ＡＮＤ
ゲート６３の出力は前記ＯＲゲート６５に入力され、前
記ＯＲゲート６５および前記ＡＮＤゲート６６の出力は
ＰＷＭ制御手段６０の出力を構成しており、前記ＡＮＤ
ゲート６４およびＯＲゲート６６は回生電流制御手段６
７を構成している。
例えば図２に示す回路が考えられる。図２は駆動コイル
１に接続された駆動トランジスタ４、７の各ゲートに入
力する信号Ｐ１ｕ、Ｐ１ｄについてのみ記載しており、
他の駆動コイルに接続された駆動トランジスタのゲート
信号も同様な回路で作成でき図示を省略する。図２にお
いて、信号Ｓ１ｕおよびＳ１ｄは通電切換え手段３０の
出力信号であり信号Ｓ１ｕはＯＲゲート６５に入力さ
れ、信号Ｓ１ｄはＡＮＤゲート６３および６６に入力さ
れている。信号ＤＥＣは減速検出手段１００の出力信号
でありＡＮＤゲート６４に入力されている。信号ＰＷＭ
１はパルス幅変調手段７０の出力信号でありＡＮＤゲー
ト６６に入力されると共にインバータ６１を介して貫通
防止回路６２に入力され、前記貫通防止回路６２の出力
は前記ＡＮＤゲート６３に入力されている。前記ＡＮＤ
ゲート６３の出力は前記ＯＲゲート６５に入力され、前
記ＯＲゲート６５および前記ＡＮＤゲート６６の出力は
ＰＷＭ制御手段６０の出力を構成しており、前記ＡＮＤ
ゲート６４およびＯＲゲート６６は回生電流制御手段６
７を構成している。
【００２２】以上のように構成されたブラシレスモータ
の駆動装置について、以下その動作を説明する。図３は
本発明の実施例１の動作説明図であり、各部信号のタイ
ミングを表している。
の駆動装置について、以下その動作を説明する。図３は
本発明の実施例１の動作説明図であり、各部信号のタイ
ミングを表している。
【００２３】減速検出手段１００の出力信号であるＤＥ
Ｃは減速期間中はＬｏｗレベルでそれ以外はＨｉｇｈレ
ベルであるものとする。
Ｃは減速期間中はＬｏｗレベルでそれ以外はＨｉｇｈレ
ベルであるものとする。
【００２４】まず、信号ＤＥＣがＨｉｇｈすなわち減速
期間以外の動作について説明する。図３（ａ）は信号Ｄ
ＥＣがＨｉｇｈレベルの時の各部信号のタイミングを表
している。パルス幅変調手段７０はトルク指令に応じた
パルス幅の信号ＰＷＭ１をＰＷＭ制御手段６０へ出力す
る。ＰＷＭ制御手段６０は信号ＤＥＣがＨｉｇｈの場
合、前記信号ＰＷＭ１と通電切換え手段３０の出力信号
Ｓ１ｄのＡＮＤ信号Ｐ１ｄを出力する。前記信号ＰＷＭ
１はインバータ６１で反転され貫通防止回路を介してＡ
ＮＤゲート６３により前記信号Ｓ１ｄと論理合成され
る。前記ＡＮＤゲート６３の出力はＡＮＤゲート６４に
より信号ＤＥＣと論理合成される。信号ＤＥＣはＨｉｇ
ｈなのでＡＮＤゲート６３の出力はＡＮＤゲート６４を
介してＯＲゲート６５に入力される。このように図３
（ａ）に示す信号Ｐ１ｕおよび信号Ｐ１ｄを得ることが
できる。同様に、Ｐ２ｕ、Ｐ２ｄ、Ｐ３ｕ、Ｐ３ｄも得
られる。このように得られた信号Ｐ１ｕ〜Ｐ３ｄにより
駆動トランジスタがオン／オフ駆動される。ここで前記
貫通防止回路６２は対となる上側駆動手段と下側駆動手
段が同時にオンすることがないようにパルス幅を調整す
る働きをする。
期間以外の動作について説明する。図３（ａ）は信号Ｄ
ＥＣがＨｉｇｈレベルの時の各部信号のタイミングを表
している。パルス幅変調手段７０はトルク指令に応じた
パルス幅の信号ＰＷＭ１をＰＷＭ制御手段６０へ出力す
る。ＰＷＭ制御手段６０は信号ＤＥＣがＨｉｇｈの場
合、前記信号ＰＷＭ１と通電切換え手段３０の出力信号
Ｓ１ｄのＡＮＤ信号Ｐ１ｄを出力する。前記信号ＰＷＭ
１はインバータ６１で反転され貫通防止回路を介してＡ
ＮＤゲート６３により前記信号Ｓ１ｄと論理合成され
る。前記ＡＮＤゲート６３の出力はＡＮＤゲート６４に
より信号ＤＥＣと論理合成される。信号ＤＥＣはＨｉｇ
ｈなのでＡＮＤゲート６３の出力はＡＮＤゲート６４を
介してＯＲゲート６５に入力される。このように図３
（ａ）に示す信号Ｐ１ｕおよび信号Ｐ１ｄを得ることが
できる。同様に、Ｐ２ｕ、Ｐ２ｄ、Ｐ３ｕ、Ｐ３ｄも得
られる。このように得られた信号Ｐ１ｕ〜Ｐ３ｄにより
駆動トランジスタがオン／オフ駆動される。ここで前記
貫通防止回路６２は対となる上側駆動手段と下側駆動手
段が同時にオンすることがないようにパルス幅を調整す
る働きをする。
【００２５】図４（ａ）は信号ＤＥＣがＨｉｇｈ時の動
作説明図であり、図３（ａ）の期間（Ａ）における駆動
コイルに流れる電流を表している。図３（ａ）の期間
（Ａ）は電源ＶＭから駆動コイル１、駆動コイル３の順
に電流が流れる相切換えのタイミングである。この期間
駆動トランジスタ４は常にオン状態であり、駆動トラン
ジスタ６および９は同期整流型ＰＷＭ駆動によるオン／
オフ動作をしている。先ず駆動トランジスタ９がオンの
場合、駆動トランジスタ６はオフであり駆動コイルには
同図Ｉｏｎ１に示す電流が流れる。次に駆動トランジス
タ９がオフの時、駆動トランジスタ６がオンし駆動コイ
ルのエネルギーにより回生電流が同図Ｉｏｆｆ１のよう
に前記駆動トランジスタ６を介して流れる。
作説明図であり、図３（ａ）の期間（Ａ）における駆動
コイルに流れる電流を表している。図３（ａ）の期間
（Ａ）は電源ＶＭから駆動コイル１、駆動コイル３の順
に電流が流れる相切換えのタイミングである。この期間
駆動トランジスタ４は常にオン状態であり、駆動トラン
ジスタ６および９は同期整流型ＰＷＭ駆動によるオン／
オフ動作をしている。先ず駆動トランジスタ９がオンの
場合、駆動トランジスタ６はオフであり駆動コイルには
同図Ｉｏｎ１に示す電流が流れる。次に駆動トランジス
タ９がオフの時、駆動トランジスタ６がオンし駆動コイ
ルのエネルギーにより回生電流が同図Ｉｏｆｆ１のよう
に前記駆動トランジスタ６を介して流れる。
【００２６】次に、信号ＤＥＣがＬｏｗすなわち減速期
間中の動作を説明する。図３（ｂ）は信号ＤＥＣがＬｏ
ｗレベルの時の各部信号のタイミングを表している。信
号ＤＥＣがＬｏｗの場合、ＡＮＤゲート６４の出力は常
にＬｏｗとなりその結果、信号Ｓ１ｕがＯＲゲート６５
を介してＰ１ｕとして出力される。
間中の動作を説明する。図３（ｂ）は信号ＤＥＣがＬｏ
ｗレベルの時の各部信号のタイミングを表している。信
号ＤＥＣがＬｏｗの場合、ＡＮＤゲート６４の出力は常
にＬｏｗとなりその結果、信号Ｓ１ｕがＯＲゲート６５
を介してＰ１ｕとして出力される。
【００２７】図４（ｂ）は信号ＤＥＣがＬｏｗ時の動作
説明図であり、図３（ｂ）の期間（Ｂ）における駆動コ
イルに流れる電流を表している。図３（ｂ）の期間
（Ｂ）は電源ＶＭから駆動コイル１、駆動コイル３の順
に電流が流れる相切換えのタイミングである。基本的な
動作は信号ＤＥＣがＨｉｇｈの時と同様だが、駆動トラ
ンジスタ９のオン／オフに伴い駆動トランジスタ６のオ
ン／オフは行われない片側ＰＷＭ駆動モードである。し
たがって、前記駆動トランジスタ９がＰＷＭ動作のオフ
の時、回生電流はダイオード１２を介して同図Ｉｏｆｆ
２のように流れる。
説明図であり、図３（ｂ）の期間（Ｂ）における駆動コ
イルに流れる電流を表している。図３（ｂ）の期間
（Ｂ）は電源ＶＭから駆動コイル１、駆動コイル３の順
に電流が流れる相切換えのタイミングである。基本的な
動作は信号ＤＥＣがＨｉｇｈの時と同様だが、駆動トラ
ンジスタ９のオン／オフに伴い駆動トランジスタ６のオ
ン／オフは行われない片側ＰＷＭ駆動モードである。し
たがって、前記駆動トランジスタ９がＰＷＭ動作のオフ
の時、回生電流はダイオード１２を介して同図Ｉｏｆｆ
２のように流れる。
【００２８】上記構成により、信号ＤＥＣに応じて回生
電流の流れる電流経路を切り換えることができる。すな
わち、起動時および定常時は同期整流型ＰＷＭ駆動によ
り極めて低損失な駆動が実現でき、速度制御の引込み時
または負荷変動等によるトルク指令の減速時は片側ＰＷ
Ｍ駆動に切り換わることでリニア駆動と比較して低損失
でありながら電源への負電流を防止することができる。
電流の流れる電流経路を切り換えることができる。すな
わち、起動時および定常時は同期整流型ＰＷＭ駆動によ
り極めて低損失な駆動が実現でき、速度制御の引込み時
または負荷変動等によるトルク指令の減速時は片側ＰＷ
Ｍ駆動に切り換わることでリニア駆動と比較して低損失
でありながら電源への負電流を防止することができる。
【００２９】
【発明の効果】上記実施例の記載から明らかなように、
本発明によれば、同期整流型ＰＷＭ駆動時にモータ回転
数の変動または負荷変動またはトルク指令の減速指令が
生じた際に発生する負電流を防止し、前記負電流が流れ
る際、電源側のインピーダンスによっては電源電圧が上
昇し、モータおよびモータ駆動装置または、当該モータ
を搭載したセットを破壊するという不具合を解消し、低
消費電力であり、容易にモータの回転数制御が可能な高
性能・高信頼性にブラシレスモータを駆動するという有
利な効果が得られる。
本発明によれば、同期整流型ＰＷＭ駆動時にモータ回転
数の変動または負荷変動またはトルク指令の減速指令が
生じた際に発生する負電流を防止し、前記負電流が流れ
る際、電源側のインピーダンスによっては電源電圧が上
昇し、モータおよびモータ駆動装置または、当該モータ
を搭載したセットを破壊するという不具合を解消し、低
消費電力であり、容易にモータの回転数制御が可能な高
性能・高信頼性にブラシレスモータを駆動するという有
利な効果が得られる。
【図１】本発明の実施例１によるブラシレスモータの駆
動装置を示す回路構成図
動装置を示す回路構成図
【図２】本発明の実施例１におけるＰＷＭ制御手段の回
路構成図
路構成図
【図３】（ａ）（ｂ）は本発明の実施例１によるブラシ
レスモータ駆動装置の動作説明図
レスモータ駆動装置の動作説明図
【図４】（ａ）（ｂ）は本発明の実施例１における回生
電流を示す動作説明図
電流を示す動作説明図
【図５】従来のブラシレスモータの駆動装置の回路構成
図
図
【図６】従来のブラシレスモータの駆動装置における制
御回路の回路構成図
御回路の回路構成図
【符号の説明】 １、２、３ 駆動コイル ４、５、６、７、８、９ 駆動トランジスタ １０、１１、１２、１３、１４、１５ ダイオード ２０ 位置検出手段 ３０ 通電切換え手段 ６０ ＰＷＭ制御手段 ６７ 回生電流制御手段 ７０ パルス幅変調手段 １００ 減速検出手段
Claims (5)
- 【請求項１】 ロータマグネットとそれに対向して設け
られた駆動コイルとを有するブラシレスモータの駆動装
置であって、前記駆動コイルと接続され一方の電源線路
間に設けられた複数の駆動素子からなる上側駆動手段
と、前記駆動コイルと接続され他方の電源線路間に設け
られた複数の駆動素子からなる下側駆動手段と、前記ロ
ータマグネットと駆動コイルとの位置関係を検出する位
置検出手段と、前記位置検出手段の出力信号を基に前記
駆動コイルへの通電切換え信号を出力する通電切換え手
段と、前記ブラシレスモータの発生トルクを制御するト
ルク指令信号と、前記トルク指令信号に応じたパルス幅
の任意の周波数信号を出力するパルス幅変調手段と、前
記通電切換え手段の出力信号と前記パルス幅変調手段の
出力信号とに応じて前記上側駆動手段および下側駆動手
段のオン／オフを制御するＰＷＭ制御手段とを備え、前
記ＰＷＭ制御手段は前記上側駆動手段および前記下側駆
動手段の両方をＰＷＭ動作させる同期整流ＰＷＭ駆動を
可能とし、前記駆動コイルにブレーキ方向の電流が流れ
るタイミングには前記同期整流ＰＷＭ駆動を行わないよ
うにしたことを特徴とするブラシレスモータの駆動装
置。 - 【請求項２】 モータ回転中に上側駆動手段または下側
駆動手段のオン／オフ動作により発生する駆動コイルの
回生電流が電源ラインに逆流しないように前記上側駆動
手段および前記下側駆動手段のオン／オフ動作を切り換
える回生電流制御手段を有する、請求項１記載のブラシ
レスモータの駆動装置。 - 【請求項３】 回生電流制御手段は上側駆動手段および
下側駆動手段の両方をＰＷＭ動作させる同期整流ＰＷＭ
モードと、片方のみＰＷＭ動作させる片側ＰＷＭモード
をもち、前記複数のＰＷＭモードを切り換えるようにし
た請求項２記載のブラシレスモータの駆動装置。 - 【請求項４】 請求項１から３のいずれか１項に記載の
ブラシレスモータの駆動装置を使用するモータ。 - 【請求項５】 請求項４記載のモータを使用した情報機
器。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001066354A JP3890906B2 (ja) | 2001-03-09 | 2001-03-09 | ブラシレスモータの駆動装置およびそれを使用するモータ |
| US10/094,250 US6528968B2 (en) | 2001-03-09 | 2002-03-08 | Brushless-motor driver in PWM mode |
| CNB021070423A CN1309158C (zh) | 2001-03-09 | 2002-03-11 | 无刷电动机驱动装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001066354A JP3890906B2 (ja) | 2001-03-09 | 2001-03-09 | ブラシレスモータの駆動装置およびそれを使用するモータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002272162A true JP2002272162A (ja) | 2002-09-20 |
| JP3890906B2 JP3890906B2 (ja) | 2007-03-07 |
Family
ID=18924854
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001066354A Expired - Fee Related JP3890906B2 (ja) | 2001-03-09 | 2001-03-09 | ブラシレスモータの駆動装置およびそれを使用するモータ |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6528968B2 (ja) |
| JP (1) | JP3890906B2 (ja) |
| CN (1) | CN1309158C (ja) |
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| JP2017070103A (ja) * | 2015-09-30 | 2017-04-06 | 株式会社マキタ | モータの制御装置 |
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|---|---|---|---|---|
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| WO2007056172A1 (en) | 2005-11-04 | 2007-05-18 | Robert Bosch Gmbh | Method and apparatus for an articulating drill |
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| US7265514B1 (en) | 2006-03-23 | 2007-09-04 | Sunonwealth Electric Machine Industry Co., Ltd. | Frequency-variable pulse-width-modulation motor drive circuit capable of operating under different PWM frequencies |
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