JP2002300792A - ブラシレスモータの制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 センサレスブラシレスモータにおける負荷変
動などによる脱調を防止する。 【解決手段】 ブラシレスモータ１のステータコイルに
発生する誘起電圧をセンサ信号発生回路７に入力し、ブ
ラシレスモータのセンサ信号として、遅延回路１８・セ
ンサ信号切替ロジック回路８・モータ転流制御回路を介
してモータを制御するＰＷＭ回路４に出力する。ブラシ
レスモータに流れる電流を検出する電流検出回路１９に
よる検出電流の増大に応じてセンサ信号の遅延時間を長
くする信号を遅延時間調整回路２０から遅延回路に出力
する。 【効果】 センサ信号が負荷増大により過進角しても、
遅角を補正することから、高負荷時まで脱調せず、安定
してモータを駆動することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、位置センサ素子を
用いないブラシレスモータの制御回路に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、回転子（ロータ）の回転によりス
テータコイルに発生する誘起電圧を利用して回転子位置
を検出することにより位置センサ素子（ホール素子な
ど）を用いることなくブラシレスモータを回転可能にし
たセンサレス駆動ブラシレスモータが知られているが、
そのようなセンサレス駆動ブラシレスモータにおいて、
定常運転中の課題として、負荷変動により脱調するなど
の不具合が生じるという問題がある。

【０００３】上記脱調の原因としては、高負荷になる
と、モータ電流が増加して還流ダイオードの通電時間
（パルス幅）が増えるため、端子電圧の電圧面積が増え
て、図５に示されるように、上段のモータ端子電圧発生
のタイミングに対する下段のセンサ信号（位相シフト電
圧）が矢印に示されるように時間的に進み、その結果、
進角方向に転流タイミングのずれが大きくなり（図の想
像線）、設定された遅角（９０度）に対して進角が大き
くなって、ついには脱調に至ると考えられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記脱調を防止するよ
うにしたものとして、例えば特公平８−８７８８号公報
に示されているものがある。その回路では、負荷トルク
に伴うスパイク電圧幅の増大による位相進角を、残りの
遅角した２相（または１相）と合成し、位置検出信号を
遅角側にあらかじめ設定しておくことにより、高トルク
まで安定動作ができるようにオフセット設定している。

【０００５】しかしながら、オフセット補正した結果、
軽負荷時の転流タイミングが遅角気味になることによ
り、モータ効率が低下するという問題がある。

【０００６】また、スパイク電圧による不安定現象（位
相進角）をさらなる改善のため、モータ電流を検出し、
その検出値がしきい値を越えたら、遅角に働く１相の合
成比が大きくなるように、抵抗を下げる切換回路を設
け、遅角側への補正を大きくできるようにしたものがあ
る（特公平６−１４７９５号）。しかしながら、検出電
流にしきい値を設け、段階的に補正を行うことによる切
換時にモータのトルク変動などの特性が不連続になると
いう問題がある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決し
て、センサレスブラシレスモータにおける負荷変動など
による脱調を防止することを実現するために、本発明に
於いては、ブラシレスモータのステータコイルに発生す
る誘起電圧を検出しかつ当該検出された信号をブラシレ
スモータのセンサ信号として出力する誘起電圧検出信号
発生回路と、前記ブラシレスモータに流れる電流を検出
する電流検出回路と、前記電流検出回路で検出された電
流の増大に応じて前記センサ信号を遅延させる遅延回路
とを有するものとした。

【０００８】これによれば、センサレスブラシレスモー
タにおいて負荷変動によりモータ電流が増大した場合に
誘起電圧に基づくセンサ信号の進角が進むようになる
が、そのセンサ信号をモータ電流の増大に応じて遅角さ
せることから、上記進角を抑制でき、脱調を防止するこ
とができる。

【０００９】また、前記遅延回路が、コンデンサと可変
抵抗手段とを組み合わせたＣＲ時定数回路からなり、前
記電流の増大に応じて前記可変抵抗手段の抵抗値を大き
くさせることによれば、簡単な回路で上記遅角制御を行
うことができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に添付の図面に示された具体
例に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明す
る。

【００１１】図１は、本発明が適用されたブラシレスモ
ータの制御回路を示す回路ブロック図である。本実施の
形態の制御対象となるブラシレスモータ１は、三相のス
テータコイルを有するものであるが、以下、特に示さな
い限りその内の１相についてのみ説明し、他の相につい
ては１２０度位相がずれているだけの違いであることか
ら、その詳しい説明を省略する。また、本ブラシレスモ
ータ１は、位置センサ素子を設けずに、ステータコイル
に発生する誘起電圧（モータ端子電圧）を利用してロー
タである回転子の位置を検出するセンサ信号（ロータ位
置信号）を取り出し、そのセンサ信号に基づいて回転磁
界を発生させて回転子を回転させるものである。

【００１２】図１に示されるように、回転磁界発生回路
としてのドライバ回路２の入出力Ｉ／Ｆ回路３には、モ
ータ１の出力を制御するためのＰＷＭ入力信号が入力し
ている。このＰＷＭ入力信号は、図示されない操作回路
から設定されたデューティ比に応じてパルス幅を変化さ
せる矩形状のパルス波形であって良い。

【００１３】入出力Ｉ／Ｆ回路３の出力信号が、ＰＷＭ
回路４に入力し、センサ信号に基づくモータ転流制御回
路１２の信号に重畳され、プリドライバ５を介してパワ
ードライバ６に入力しており、そのパワードライバ６か
ら、ＰＷＭ信号に応じてモータ１の各コイルＵ・Ｖ・Ｗ
に駆動信号が出力されるようになっている。また、それ
ら各コイルＵ・Ｖ・Ｗへの接続ラインは誘起電圧検出信
号発生回路としてのセンサ信号発生回路７に接続されて
いる。

【００１４】センサ信号発生回路７では、モータ１の回
転子が回転することにより各コイルＵ・Ｖ・Ｗに発生す
る誘起電圧を検出し、その検出信号を、ホール素子など
の位置センサ信号の代わりとなるセンサ信号（例えば９
０度位相遅れの信号）として発生させ、遅延回路１８を
介してセンサ信号切替ロジック回路８に出力している。

【００１５】センサ信号切替ロジック回路８には、始動
転流センサ信号発生回路９からの始動転流センサ信号が
入力すると共に、始動転流継続時間設定回路１０からの
継続時間信号が入力するようになっている。なお、始動
転流センサ信号発生回路９には、クロック信号発生回路
１１から始動周波数に相当するクロック信号が入力し、
クロック信号発生回路１１には、始動転流継続時間設定
回路１０からの信号が入力している。

【００１６】上記センサ信号切替ロジック回路８からは
モータ転流制御回路１２にセンサ信号が出力される。そ
のセンサ信号は、始動時には上記始動転流センサ信号発
生回路９からの始動転流センサ信号であり、始動転流継
続時間経過後にはセンサ信号発生回路７から出力される
信号に基づく遅延回路１８からのセンサ信号である。

【００１７】また、上記パワードライバ６の過電流検出
状態を検出する保護回路１３の信号がインヒビット回路
１４を介してモータ転流制御回路１２に入力している。
保護回路１３を例えばシャント抵抗により構成し、パワ
ードライバ６と保護回路１３とのノードに電流検出回路
１９を接続し、その電流検出値を遅延時間調整回路２０
に入力している。そして、遅延時間調整回路２０からの
遅延時間調整信号を遅延回路１８に入力する。

【００１８】さらに、外部電源１５に接続された電源回
路１６により回路主電圧Ｖccが供給されるようになって
いるが、その回路主電圧Ｖccを供給される省スタンバイ
電源回路１７には、入出力Ｉ／Ｆ回路３からＰＷＭ回路
４に出力されて分岐した信号がＰＷＭ指令信号として入
力している。そのＰＷＭ指令信号入力に応じて、回路主
電圧Ｖccをオン／オフした回路省電圧Ｖcsが、モータ転
流制御回路１２及びその他の回路に供給されるようにな
っている。また、入出力Ｉ／Ｆ回路３からは回転パルス
信号が図示されない外部回路に出力される。

【００１９】このようにして構成されたブラシレスモー
タの制御回路における制御要領について以下に示す。ま
ず、外部回路からのＰＷＭ入力が入出力Ｉ／Ｆ回路３を
介してＰＷＭ指令信号となってＰＷＭ回路４に入力する
が、そのＰＷＭ入力はデューティに応じてパルス幅を変
化させる所定周波数のパルス波である。

【００２０】本発明が適用されるブラシレスモータ（位
置センサ素子無し）にあっては、始動開始時には、ステ
ータコイルからの回転子位置信号が入力されないことか
ら、上記したように始動転流センサ信号発生回路９から
所定の発生周期で出力される始動転流センサ信号をセン
サ信号として用いるようにセンサ信号切替ロジック回路
８によりセンサ信号の流れを切り替え、そのセンサ信号
に基づいてモータ転流制御回路１２によるモータ回転制
御を行う。これにより、回転子の位置に関係なく回転磁
界が発生し、モータ１の回転子が回転し得る。

【００２１】回転子が回転し始めるとステータコイルの
誘起電圧がセンサ信号発生回路７に入力し、回転上昇に
応じて電圧レベルが十分に上がると、それに応じてセン
サ信号発生回路７からセンサ信号切替ロジック回路８に
上記誘起電圧に基づいて発生させたセンサ信号が回転に
応じた発生周期で出力される。ステータコイルの誘起電
圧が検出されるようになった後には、始動転流センサ信
号を用いる必要がないため、センサ信号切替ロジック回
路８により、センサ信号発生回路７からのセンサ信号を
モータ転流制御回路１２に出力するように遅延回路１８
側に切り替えて、以後、センサ信号発生回路７からのセ
ンサ信号を用いたブラシレスモータの制御を行う。

【００２２】上記遅延回路１８は、遅延時間調整回路２
０により遅延時間の時定数を調整され、その時定数に応
じてセンサ信号の発生時期を遅延するものであり、その
回路例を図２に示す。

【００２３】図２において、発振回路２１から出力され
る鋸波（図３の上段参照）がコンパレータ２２の入力端
子に入力している。そのコンパレータ２２のしきい値端
子には、電流検出回路１９（例えばシャント抵抗）から
のモータ電流検出値に応じた電圧をオペアンプ２３によ
り同相増幅したしきい値Ｖth（図３の上段参照）が入力
している。そして、両者の比較に応じた矩形波が図３の
下段に示されるように、コンパレータ２２から出力され
る。このようにして、遅延時間調整回路２０が構成され
ている。

【００２４】また、遅延回路１８にあっては、各相（Ｕ
相・Ｖ相・Ｗ相）毎のセンサ信号が入力用オペアンプ１
８ａに入力し、入力用オペアンプ１８ａの出力端子と出
力用オペアンプ１８ｂの入力端子との間にＣＲ時定数回
路が設けられている。そのＣＲ時定数回路は、コンデン
サＣ１と、互いに並列接続された両抵抗Ｒ１・Ｒ２とか
らなる。さらに、一方の抵抗Ｒ２をスイッチング制御す
るための双方向スイッチ素子ＳＷが設けられており、双
方向スイッチ素子ＳＷは、上記コンパレータ２２の出力
信号に応じてオン／オフする。これら双方向スイッチ素
子ＳＷと抵抗Ｒ２との組み合わせにより、可変抵抗手段
が構成されている。

【００２５】この遅延回路１８における制御要領につい
て図４を参照して以下に示す。図４の上段は入力用オペ
アンプ１８ａの入力ラインＡの波形（センサ信号）を示
し、中段はコンデンサＣ１の電圧ラインＢの波形（コン
デンサＣ１の電圧）を示し、下段は出力用オペアンプ１
８ｂの出力ラインＣの波形（遅延信号）を示している。

【００２６】モータの回転速度に応じた周期にて矩形波
からなるセンサ信号（Ａ）が入力すると、ＣＲ時定数回
路のコンデンサ電圧はセンサ信号の高低変化に応じて充
放電を繰り返す。出力用オペアンプ１８ｂでは、ＣＲ時
定数回路の時定数と基準電圧Ｖdとに基づく遅延時間ｔ
ｄ経過後に図４の下段に示される矩形波信号を出力す
る。その遅延時間ｔｄは、上記したようにコンデンサＣ
１と合成抵抗Ｒ（Ｒ１×Ｒ２／Ｒ１＋Ｒ２）とにより設
定される。

【００２７】本回路によれば、合成抵抗の一方の抵抗Ｒ
２を双方向スイッチ素子ＳＷによりオン／オフ制御して
おり、抵抗Ｒ２を非接続状態にするオフデューティを０
％（常時オン）から１００％（常時オフ）に至るまで連
続的に変化させることにより、抵抗Ｒ２の見かけ上の値
が変化する。従って、合成抵抗Ｒの値を、オフデューテ
ィ０％時の（Ｒ１×Ｒ２／Ｒ１＋Ｒ２）からオフデュー
ティ１００％時の（Ｒ１）まで連続的に変化させること
ができる。

【００２８】そのオフデューティは、遅延時間調整回路
２０により設定され、上記したようにモータ電流の増減
に応じて増減する。すなわち、負荷が増大するとモータ
電流が増大するため、しきい値Ｖthが図３の想像線に示
されるように上昇し、それに応じてコンパレータ２２の
出力信号の矩形波の幅が減少する。すると、双方向スイ
ッチ素子ＳＷのオン時間が短くなる（オフデューティが
増大する）ため、遅延時間ｔｄが長くなる。

【００２９】このように制御することにより、従来例で
述べたように負荷の増大によりセンサ信号が所定の遅角
位置から進角することに対して、遅延回路１８により遅
延させて、その遅延信号をセンサ信号としてセンサ信号
切替ロジック回路８を介してモータ転流制御回路１２に
出力することから、負荷増大時におけるセンサ信号の過
進角を補正して、脱調を防止することができる。

【００３０】なお、補正量の変化は、モータ電流値のピ
ーク値に追従する必要はないので、充分なフィルタをか
け、そのアナログ電圧とＰＷＭ発生用の基準三角波をコ
ンパレータで比較し、ＰＷＭ−Ｄｕｔｙを得る方式とし
て良い。また、双方向スイッチ素子は、ＣＲ時定数を変
化させる必要があるので、充放電に対する双方向のオン
／オフのスイッチングのためである。

【００３１】なお、本実施の形態では、可変抵抗手段と
して抵抗Ｒ２を双方向スイッチ素子ＳＷによりオン／オ
フ制御するようにしたが、これに限られるものではな
く、例えばポテンショメータをアクチュエータ駆動して
も良く、モータ電流値の変化に応じて抵抗値を変化し得
るものであれば良い。

【００３２】

【発明の効果】このように本発明によれば、センサレス
ブラシレスモータにおける誘起電圧から検出したセンサ
信号が負荷増大により過進角しても、負荷に応じて増大
するモータ電流に応じてセンサ信号の遅角を補正するこ
とから、高負荷時に至るまで脱調することなく、安定し
たモータ駆動を行うことができる。また、遅延回路をＣ
Ｒ時定数回路により構成することにより、簡単な回路で
上記遅角制御を行うことができる。さらに、ＣＲ時定数
回路における可変抵抗手段の抵抗値の設定または組み合
わせによって、最適な進角制御を行うことができ、モー
タ効率を向上することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用されたブラシレスモータの制御回
路を示す回路ブロック図。

【図２】遅延回路及び遅延時間調整回路を示す図。

【図３】遅延時間調整回路の波形を示す図。

【図４】遅延回路の波形を示す図。

【図５】モータ端子電圧及びそれに基づくセンサ信号を
示す図。

【符号の説明】

１ ブラシレスモータ ２ ドライバ回路 ３ 入出力Ｉ／Ｆ回路 ４ ＰＷＭ回路 ５ プリドライバ ６ パワードライバ ７ センサ信号発生回路 ８ センサ信号切替ロジック回路 ９ 始動転流センサ信号発生回路 １０ 始動転流継続時間設定回路 １１ クロック信号発生回路 １２ モータ転流制御回路 １３ 保護回路 １４ インヒビット回路 １５ 電源 １６ 電源回路 １７ 省スタンバイ電源回路 １８ 遅延回路 １９ 電流検出回路 ２０ 遅延時間調整回路 ２１ 発振回路 ２２ コンパレータ ２３ オペアンプ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ブラシレスモータのステータコイルに発
   生する誘起電圧を検出しかつ当該検出された信号をブラ
   シレスモータのセンサ信号として出力する誘起電圧検出
   信号発生回路と、前記ブラシレスモータに流れる電流を
   検出する電流検出回路と、前記電流検出回路で検出され
   た電流の増大に応じて前記センサ信号を遅延させる遅延
   回路とを有することを特徴とするブラシレスモータの制
   御回路。
2. 【請求項２】 前記遅延回路が、コンデンサと可変抵抗
   手段とを組み合わせたＣＲ時定数回路からなり、前記電
   流の増大に応じて前記可変抵抗手段の抵抗値を大きくさ
   せることを特徴とする請求項１に記載のブラシレスモー
   タの制御回路。