JP2004015979A - Ｄｃブラシレスモータの並列駆動回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】非同期状態での運転に起因する騒音を低減するようにしたＤＣブラシレスモータの並列駆動回路を提供する。
【解決手段】複数台のＤＣブラシレスモータを同一速度で駆動するために、スイッチング信号発生手段が、各モータのロータ位置検出信号を用いてスイッチング信号を作成するＤＣブラシレスモータの並列駆動回路であって、前記ロータ位置検出信号が変化しない期間内に、スイッチング信号の作成に用いるロータ位置検出信号を各モータ間で切替えると共に、切替え後のロータ位置検出信号を用いてスイッチング信号を作成するように制御信号を出力する信号選択手段を備えた並列駆動回路に関する。モータ始動後の一定期間は各モータを低速で運転し、その後に各モータを所定速度まで加速する速度設定回路５０，速度制御回路６０を備える。
【選択図】 図１
【解決手段】複数台のＤＣブラシレスモータを同一速度で駆動するために、スイッチング信号発生手段が、各モータのロータ位置検出信号を用いてスイッチング信号を作成するＤＣブラシレスモータの並列駆動回路であって、前記ロータ位置検出信号が変化しない期間内に、スイッチング信号の作成に用いるロータ位置検出信号を各モータ間で切替えると共に、切替え後のロータ位置検出信号を用いてスイッチング信号を作成するように制御信号を出力する信号選択手段を備えた並列駆動回路に関する。モータ始動後の一定期間は各モータを低速で運転し、その後に各モータを所定速度まで加速する速度設定回路５０，速度制御回路６０を備える。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数台のファンやポンプ等を同一速度で運転するために互いに並列接続された複数台のＤＣブラシレスモータを駆動するための並列駆動回路に関し、特に低騒音が要求される用途に適用して好適な並列駆動回路に関する者である。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は、先に、この種の並列駆動回路を特願２００１−２２２４１２（以下、先願という）として出願している。
まず、この先願発明を以下に説明する。
【０００３】
図６は先願発明に係る駆動回路の全体構成を示しており、２台のＤＣブラシレスモータＭＡ，ＭＢを１台の駆動回路によって駆動する場合のものである。 図６において、Ｅは直流電源であり、この直流電源Ｅには、半導体スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６からなる三相ブリッジ回路が接続されている。この三相ブリッジ回路の各相出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗには同一構成のＤＣブラスレスモータＭＡ，ＭＢが並列に接続されており、それぞれに設けられたホール素子ＨＵ，ＨＶ，ＨＷはロータ位置検出回路２１，２２に接続されている。
【０００４】
これらの検出回路２１，２２から出力される各モータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号は信号選択回路４０に入力され、どちらのモータＭＡ，ＭＢの位置検出信号を使用するかを切り替えて選択可能となっている。そして、この信号選択回路４０からは、選択したモータの位置検出信号に応じてスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６をオン・オフさせるために、スイッチング信号発生回路３０に対する制御信号が出力される。
なお、図６において、１１はステータ、１２はロータ、ＣＵ，ＣＶ，ＣＷはステータ１１の各相コイルである。
【０００５】
信号選択回路４０は、図７に示すようにモータＭＡの位置検出信号が入力されるＸＯＲ（排他的論理和）ゲートＩＣ１，ＩＣ２と、ＸＯＲゲートＩＣ２の出力側に接続されたＮＡＮＤゲートＩＣ３〜ＩＣ７と、モータＭＢの位置検出信号が入力されるＮＡＮＤゲートＩＣ８〜ＩＣ１０と、プルアップ抵抗等の抵抗Ｒ１〜Ｒ１０と、コンデンサＣ１と、ＮＡＮＤゲートＩＣ５〜ＩＣ１０の出力側のダイオードＤ１〜Ｄ７と、出力側のトランジスタＴＲ１〜ＴＲ３とから構成されている。
この信号選択回路４０は、図８に示すようなモータＭＡ，ＭＢの各相のロータ位置検出信号が入力された際に、スイッチング信号発生回路３０に対してモータＭＡ，ＭＢの１相または２相のスイッチング素子を駆動させるための制御信号をトランジスタＴＲ１〜ＴＲ３から出力するように動作する。
【０００６】
以下、図６の回路の動作を、図７、図８を参照しつつ説明する。
いま、モータＭＡ，ＭＢが同期して同一速度で運転されているとすると、それぞれのロータ位置検出信号は図８のように同期して出力されている。なお、図８では、モータＭＡに関する信号をＡ、モータＭＢに関する信号をＢで示している。
ここで、図８に示した各モータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号は、図６におけるホール素子ＨＵ，ＨＶ，ＨＷの出力信号と実質的に等しい。
【０００７】
両方のモータＭＡ，ＭＢをロータ位置検出信号に同期させて運転するためには、図８のロータ回転角（空間角）が０°、６０°、１２０°、１８０°、２４０°、３００°のタイミングで位置検出信号が変化するのに合わせて、スイッチング信号発生回路３０から出力されるスイッチング信号を変化させる必要がある。
【０００８】
一方、図８における回転角が０°〜６０°の間、６０°〜１２０°の間、１２０°〜１８０°の間、１８０°〜２４０°の間、２４０°〜３００°の間、３００°〜０°の間は、各モータＭＡ，ＭＢともに位置検出信号に変化がなく、一定の状態を保っている（例えば、０°〜６０°の間はモータＭＡ，ＭＢの位置検出信号としてＵ相及びＷ相の信号が検出される状態が続き、６０°〜１２０°の間はモータＭＡ，ＭＢの位置検出信号としてＵ相のみの信号が検出される状態が続く）。
【０００９】
従って、上述したようにロータ位置検出信号に変化がなく一定の状態を保っている間に、モータＭＡの位置検出信号とモータＭＢの位置検出信号とを切り替えても何ら悪影響はない。
例えば、モータＭＡの位置検出信号を用いてモータＭＡを駆動するためのスイッチング信号（モータＭＡ，ＭＢは並列に接続されているので、モータＭＢを駆動するためのスイッチング信号でもあり得る）を出力している時に、他方のモータＭＢの位置検出信号に切り替えてモータＭＢを駆動するためのスイッチング信号（同じくモータＭＡを駆動するためのスイッチング信号でもあり得る）を出力するようにしても、この切替が位置検出信号に変化がない期間に行われるのであれば、切り替えた瞬間にモータの印加電圧が急変する心配はない。また、ロータ位置検出信号の周期よりも短い周期で駆動を切り替えるようにすれば、動作が不安定になるおそれも少ない。
【００１０】
このため、この従来技術では、角度が０°〜６０°の間、６０°〜１２０°の間、１２０°〜１８０°の間、１８０°〜２４０°の間、２４０°〜３００°の間、３００°〜０°（３６０°）の間である３０°、９０°、１５０°、２１０°、２７０°、３３０°の時点で、信号選択回路４０によりモータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号をモータ間で交互に切り替えて選択するようにし、この選択したロータ位置検出信号に基づいてモータＭＡ，ＭＢを駆動するためのスイッチング信号を出力させている。
【００１１】
つまり、図８に示す如く、例えば３３０°〜３０°の間はモータＭＡのロータ位置検出信号を選択しており、この信号に基づいてスイッチング信号発生回路３０はＵ相コイルＣＵ、Ｗ相コイルＣＷに通電する（期間はそれぞれ異なる）ようにスイッチング信号を出力する。また、３０°〜９０°の間はモータＭＢのロータ位置検出信号を選択しており、この信号に基づいてスイッチング信号発生回路３０はＵ相コイルＣＵ、Ｗ相コイルＣＷに通電する（期間はそれぞれ異なる）ようにスイッチング信号を作成する。
以後同様に、９０°〜１５０°の間はモータＭＡのロータ位置検出信号を選択し、この信号に基づいてスイッチング信号発生回路３０はＵ相コイルＣＵ、Ｖ相コイルＣＶに通電するようにスイッチング信号を作成し、１５０°〜２１０°の間はモータＭＢのロータ位置検出信号を選択し、この信号に基づいてスイッチング信号発生回路３０はＵ相コイルＣＵ、Ｖ相コイルＣＶに通電するようにスイッチング信号を作成する。
【００１２】
図８では、説明の便宜上、角度が３０°、９０°、１５０°、２１０°、２７０°、３３０°でモータＭＡ，ＭＢの位置検出信号を切り替えているが、切り替え角度はこれらの値に限られるものではなく、前述のように０°〜６０°の間、６０°〜１２０°の間、１２０°〜１８０°の間、１８０°〜２４０°の間、２４０°〜３００°の間、３００°〜０°（３６０°）の間であって、モータＭＡ，ＭＢの位置検出信号に変化がない角度で切り替えれば同様の効果を得ることができる。
【００１３】
なお、図７に示した信号選択回路４０の動作を確認すると、例えば図８の３０°〜６０°の間のモータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）を何れも論理（１，０，１）で表し、これらが図７のモータＭＡ，ＭＢの位置検出信号として入力されているとすると、図７の論理回路によって出力側トランジスタＴＲ１，ＴＲ２，ＴＲ３（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の出力信号の論理は（１，０，１）であり、次の６０°〜９０°の間のモータＭＡ，ＭＢの位置検出信号（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）を何れも論理（１，０，０）とすると、出力側トランジスタＴＲ１，ＴＲ２，ＴＲ３（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の出力信号の論理は（１，０，０）となり、図８の３０°〜９０°の期間における信号選択回路の出力（制御信号）の変化と一致していることが判る。
【００１４】
以上のような動作により、２台のモータＭＡ，ＭＢをロータ位置検出信号に同期させて単一の駆動回路により安定的に並列駆動することが可能になっている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術では、モータが停止しているとき、２台のモータＭＡ，ＭＢが常に同期して（ロータの位置が同一の位置で）停止しているとは限らない。
両モータが同期していない状態から運転を開始して急激に速度を上げると、同期に引き込むまでは大きな循環電流が不規則に流れてモータから大きな騒音が発生する場合がある。
また、場合によっては両モータがいつまでたっても同期せず、大きな騒音を発生し続けるという問題があった。
【００１６】
そこで本発明は、非同期状態での運転に起因する騒音を低減するようにしたＤＣブラシレスモータの並列駆動回路を提供しようとするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に記載した発明は、互いに並列接続された複数台のＤＣブラシレスモータを複数の半導体スイッチング素子を有する駆動回路により同一速度で駆動するために、スイッチング信号発生手段が、各モータのロータ位置検出信号を用いて前記スイッチング素子のスイッチング信号を作成するＤＣブラシレスモータの並列駆動回路であって、
各モータのロータ位置検出信号が変化しない期間内に、スイッチング信号の作成に用いるロータ位置検出信号を各モータ間で切り替えると共に、切り替え後のモータのロータ位置検出信号を用いてスイッチング信号を作成するように、前記スイッチング信号発生手段に対して制御信号を出力する信号選択手段を備えた並列駆動回路において、
始動後の一定期間は各モータを低速で運転し、前記一定期間経過後に各モータを所定速度まで加速する速度制御手段を備えたものである。
【００１８】
請求項２に記載した発明は、互いに並列接続された複数台のＤＣブラシレスモータを複数の半導体スイッチング素子を有する駆動回路により同一速度で駆動するために、スイッチング信号発生手段が、各モータのロータ位置検出信号を用いて前記スイッチング素子のスイッチング信号を作成するＤＣブラシレスモータの並列駆動回路であって、
各モータのロータ位置検出信号が変化しない期間内に、スイッチング信号の作成に用いるロータ位置検出信号を各モータ間で切り替えると共に、切り替え後のモータのロータ位置検出信号を用いてスイッチング信号を作成するように、前記スイッチング信号発生手段に対して制御信号を出力する信号選択手段を備えた並列駆動回路において、
各モータのロータ位置検出信号の誤差を検出する位置信号誤差検出手段と、
始動後に各モータを低速で運転すると共に、この低速運転中に前記位置信号誤差検出手段により検出される誤差が規定値以下になった後に各モータを所定速度まで加速する速度制御手段と、を備えたものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図１は本発明の第１実施形態に係る駆動回路の全体構成を示しており、２台のＤＣブラシレスモータＭＡ，ＭＢを１台の駆動回路によって駆動する場合のものである。なお、図６と同一の構成要素には同一の参照符号を付してある。
【００２０】
図１において、直流電源Ｅ、半導体スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６からなる三相ブリッジ回路、ＤＣブラスレスモータＭＡ，ＭＢ、ホール素子ＨＵ，ＨＶ，ＨＷ、ロータ位置検出回路２１，２２、信号選択回路４０及びスイッチング信号発生回路３０の接続構成は図６と同一である。
５０はモータＭＡ，ＭＢの速度を設定する速度設定回路であり、この回路５０による設定速度が速度制御回路６０に送られ、速度制御回路６０が前記設定速度に従ってモータＭＡ，ＭＢを回転させるようにスイッチング信号発生回路３０を介してスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６のオン、オフを制御している。
【００２１】
ここで、モータＭＡ，ＭＢを低速で運転する場合には、モータＭＡ，ＭＢに印加する電圧が低いため、例えばモータＭＡ，ＭＢの同期がずれていたとしても余り大きな循環電流は流れない。従って、モータＭＡ，ＭＢからはほとんど騒音を発生しない。また、低速では、モータに流れる電流の変化が遅いため、容易に同期に達する特性がある。
【００２２】
本発明はこれらの点に着目したものであり、請求項１記載の発明では、始動後はしばらく低速で運転し、この低速運転中に各モータを同期させてから所定の速度まで加速するようにした。
更に、複数台のモータが同期して回転する状態になれば、各モータのロータ位置検出信号の誤差もほとんどなくなる。従って、請求項２記載の発明では、低速運転時の各モータのロータ位置検出信号の誤差を検出し、その誤差が規定値以下になったら同時状態に達したと判断して加速を開始し、所定の速度まで加速するようにした。
【００２３】
図２は、図１における速度設定回路５０の出力を示している。図２において、速度設定回路５０は時刻ｔ１（始動時）において設定速度をＶ１（速度設定回路５０の出力は電圧値であるが、設定速度Ｖ１に相当する電圧値も便宜的にＶ１とする。以後の、Ｖ２についても同様）に立ち上げ、この設定速度Ｖ１を速度制御回路６０に出力する。その後、時刻ｔ２まで設定速度Ｖ１を維持し、時刻ｔ２以後に速度を徐々に上げて設定速度Ｖ２まで上昇させる。
このように始動時から一定時間はモータＭＡ，ＭＢを低速運転し、その後、徐々に加速することにより、モータＭＡ，ＭＢは時刻ｔ１〜ｔ２間の低速運転中に同期状態となり、その後、所定速度まで加速されることになる。
【００２４】
次に、図３は本発明の第２実施形態を示す回路図である。この実施形態では、各モータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号が位置信号誤差検出回路７０に入力されており、ロータ位置検出信号の誤差が規定値以上か規定値以下かを判別した結果が出力として速度設定回路５０に加えられている。
なお、他の構成は図１と同様である。
【００２５】
図４は、位置信号誤差検出回路７０の出力と速度設定回路５０の出力（設定速度）との関係を示している。
始動時である時刻ｔ３以後、両モータＭＡ，ＭＢの同期がとれておらず、ロータ位置検出信号の誤差が大きい状態では、設定速度がＶ１に維持されている。その後、時刻ｔ４においてロータ位置検出信号の誤差が規定値以下になると位置信号誤差検出回路７０の出力が変化し、速度設定回路５０から出力される速度が徐々に上昇し始めて設定速度Ｖ２まで加速する。
これにより、両モータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号の誤差が規定値以下になった時点、つまり両モータＭＡ，ＭＢがほぼ同期状態に達した時点から加速を開始することができるので、非同期状態での急激な加速による騒音が発生するおそれはない。
【００２６】
図５は、この実施形態において、モータＭＡ，ＭＢの同期が若干ずれている状態の動作を示すタイミングチャートである。
両モータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号の誤差は、図示するようにＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相について発生する。位置信号誤差検出回路７０では、これら三相の誤差をすべて使用することも可能であるが、回路構成の複雑化によるコストの上昇を避けるためには、一相または二相の誤差を使用すれば良い。
なお、ロータ位置検出信号の誤差は、各モータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号の排他的論理和から容易に検出することができる。
【００２７】
図５に示すように、モータＭＡ，ＭＢの同期が若干ずれている状態でも、ロータ位置検出信号に変化がなく一定の状態を保っている期間、例えば、角度が１５°〜６０°の間、７５°〜１２０°の間、１３５°〜１８０°の間、１９５°〜２４０°の間、２５５°〜３００°の間、３１５°〜０°（３６０°）の間である３０°、９０°、１５０°、２１０°、２７０°、３３０°の時点で、信号選択回路４０によりモータＭＡ，ＭＢの位置検出信号をモータ間で交互に切り替えて選択し、この選択した位置検出信号に基づいてモータＭＡ，ＭＢを駆動するためのスイッチング信号を出力させる。
【００２８】
つまり、３３０°〜３０°の間はモータＭＡの位置検出信号を選択し、この信号に基づいてスイッチング信号発生回路３０はＵ相コイルＣＵ、Ｗ相コイルＣＷに通電する（期間はそれぞれ異なる）ようにスイッチング信号を出力する。また、３０°〜９０°の間はモータＭＢの位置検出信号を選択し、この信号に基づいてスイッチング信号発生回路３０はＵ相コイルＣＵ、Ｗ相コイルＣＷに通電する（期間はそれぞれ異なる）ようにスイッチング信号を作成する。
以後同様に、９０°〜１５０°の間はモータＭＡの位置検出信号を選択し、この信号に基づいてスイッチング信号発生回路３０はＵ相コイルＣＵ、Ｖ相コイルＣＶに通電するようにスイッチング信号を作成し、１５０°〜２１０°の間はモータＭＢの位置検出信号を選択し、この信号に基づいてスイッチング信号発生回路３０はＵ相コイルＣＵ、Ｖ相コイルＣＶに通電するようにスイッチング信号を作成する。
【００２９】
なお、両モータＭＡ，ＭＢが同期すると、ロータ位置検出信号は前述の図８のようになり、ロータ位置検出信号の誤差もなくなる。この実施形態では、両モータＭＡ，ＭＢが同期した後も、例えば３０°、９０°、１５０°、……の時点で信号選択回路４０によりモータＭＡ，ＭＢの位置検出信号をモータ間で交互に切り替えて選択し、この選択した位置検出信号に基づいてスイッチング信号発生回路３０がスイッチング信号を出力させればよい。
【００３０】
以上のように、２台のモータＭＡ，ＭＢが同期していない状態で始動する際には一定期間低速運転し、その後、所定速度まで加速することにより、始動時の騒音を抑制し、その後は両モータＭＡ，ＭＢをロータ位置検出信号に同期させて単一の駆動回路により安定的に並列駆動することが可能である。
【００３１】
また、モータＭＡ，ＭＢへの印加電圧が等価的に正弦波となるようにスイッチング素子をＰＷＭ（パルス幅変調）制御する正弦波ＰＷＭ制御方式が良く知られている。この方式をスイッチング信号発生回路３０に適用してＰＷＭパルスによりスイッチング素子を駆動することにより、モータＭＡ，ＭＢを一層安定して動作させることが可能である。
上記実施形態では２台のＤＣブラシレスモータを並列運転する場合について説明したが、本発明は３台以上のモータを並列運転する場合にも適用可能である。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、複数台のＤＣブラシレスモータを、単一の駆動回路により低騒音で安定的に並列駆動することができ、低騒音が要求される複数台のファンやポンプ等の並列駆動装置を低コストで提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す回路図である。
【図２】図１における速度設定回路の動作説明図である。
【図３】本発明の第２実施形態を示す回路図である。
【図４】図２における速度設定回路及び位置信号誤差検出回路の動作説明図である。
【図５】各モータのロータ位置検出信号に誤差がある場合の動作を示すタイミングチャートである。
【図６】従来技術を示す回路図である。
【図７】図６における信号選択回路の構成を示す回路図である。
【図８】図６の動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
Ｅ 直流電源
Ｔ１〜Ｔ６ スイッチング素子
Ｕ，Ｖ，Ｗ 出力端子
ＭＡ，ＭＢ ＤＣブラシレスモータ
ＣＵ，ＣＶ，ＣＷ コイル
ＨＵ，ＨＶ，ＨＷ ホール素子
１１ ステータ
１２ ロータ
２１，２２ ロータ位置検出回路
３０ スイッチング信号発生回路
４０ 信号選択回路
５０ 速度設定回路
６０ 速度制御回路
７０ 位置信号誤差検出回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数台のファンやポンプ等を同一速度で運転するために互いに並列接続された複数台のＤＣブラシレスモータを駆動するための並列駆動回路に関し、特に低騒音が要求される用途に適用して好適な並列駆動回路に関する者である。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は、先に、この種の並列駆動回路を特願２００１−２２２４１２（以下、先願という）として出願している。
まず、この先願発明を以下に説明する。
【０００３】
図６は先願発明に係る駆動回路の全体構成を示しており、２台のＤＣブラシレスモータＭＡ，ＭＢを１台の駆動回路によって駆動する場合のものである。 図６において、Ｅは直流電源であり、この直流電源Ｅには、半導体スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６からなる三相ブリッジ回路が接続されている。この三相ブリッジ回路の各相出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗには同一構成のＤＣブラスレスモータＭＡ，ＭＢが並列に接続されており、それぞれに設けられたホール素子ＨＵ，ＨＶ，ＨＷはロータ位置検出回路２１，２２に接続されている。
【０００４】
これらの検出回路２１，２２から出力される各モータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号は信号選択回路４０に入力され、どちらのモータＭＡ，ＭＢの位置検出信号を使用するかを切り替えて選択可能となっている。そして、この信号選択回路４０からは、選択したモータの位置検出信号に応じてスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６をオン・オフさせるために、スイッチング信号発生回路３０に対する制御信号が出力される。
なお、図６において、１１はステータ、１２はロータ、ＣＵ，ＣＶ，ＣＷはステータ１１の各相コイルである。
【０００５】
信号選択回路４０は、図７に示すようにモータＭＡの位置検出信号が入力されるＸＯＲ（排他的論理和）ゲートＩＣ１，ＩＣ２と、ＸＯＲゲートＩＣ２の出力側に接続されたＮＡＮＤゲートＩＣ３〜ＩＣ７と、モータＭＢの位置検出信号が入力されるＮＡＮＤゲートＩＣ８〜ＩＣ１０と、プルアップ抵抗等の抵抗Ｒ１〜Ｒ１０と、コンデンサＣ１と、ＮＡＮＤゲートＩＣ５〜ＩＣ１０の出力側のダイオードＤ１〜Ｄ７と、出力側のトランジスタＴＲ１〜ＴＲ３とから構成されている。
この信号選択回路４０は、図８に示すようなモータＭＡ，ＭＢの各相のロータ位置検出信号が入力された際に、スイッチング信号発生回路３０に対してモータＭＡ，ＭＢの１相または２相のスイッチング素子を駆動させるための制御信号をトランジスタＴＲ１〜ＴＲ３から出力するように動作する。
【０００６】
以下、図６の回路の動作を、図７、図８を参照しつつ説明する。
いま、モータＭＡ，ＭＢが同期して同一速度で運転されているとすると、それぞれのロータ位置検出信号は図８のように同期して出力されている。なお、図８では、モータＭＡに関する信号をＡ、モータＭＢに関する信号をＢで示している。
ここで、図８に示した各モータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号は、図６におけるホール素子ＨＵ，ＨＶ，ＨＷの出力信号と実質的に等しい。
【０００７】
両方のモータＭＡ，ＭＢをロータ位置検出信号に同期させて運転するためには、図８のロータ回転角（空間角）が０°、６０°、１２０°、１８０°、２４０°、３００°のタイミングで位置検出信号が変化するのに合わせて、スイッチング信号発生回路３０から出力されるスイッチング信号を変化させる必要がある。
【０００８】
一方、図８における回転角が０°〜６０°の間、６０°〜１２０°の間、１２０°〜１８０°の間、１８０°〜２４０°の間、２４０°〜３００°の間、３００°〜０°の間は、各モータＭＡ，ＭＢともに位置検出信号に変化がなく、一定の状態を保っている（例えば、０°〜６０°の間はモータＭＡ，ＭＢの位置検出信号としてＵ相及びＷ相の信号が検出される状態が続き、６０°〜１２０°の間はモータＭＡ，ＭＢの位置検出信号としてＵ相のみの信号が検出される状態が続く）。
【０００９】
従って、上述したようにロータ位置検出信号に変化がなく一定の状態を保っている間に、モータＭＡの位置検出信号とモータＭＢの位置検出信号とを切り替えても何ら悪影響はない。
例えば、モータＭＡの位置検出信号を用いてモータＭＡを駆動するためのスイッチング信号（モータＭＡ，ＭＢは並列に接続されているので、モータＭＢを駆動するためのスイッチング信号でもあり得る）を出力している時に、他方のモータＭＢの位置検出信号に切り替えてモータＭＢを駆動するためのスイッチング信号（同じくモータＭＡを駆動するためのスイッチング信号でもあり得る）を出力するようにしても、この切替が位置検出信号に変化がない期間に行われるのであれば、切り替えた瞬間にモータの印加電圧が急変する心配はない。また、ロータ位置検出信号の周期よりも短い周期で駆動を切り替えるようにすれば、動作が不安定になるおそれも少ない。
【００１０】
このため、この従来技術では、角度が０°〜６０°の間、６０°〜１２０°の間、１２０°〜１８０°の間、１８０°〜２４０°の間、２４０°〜３００°の間、３００°〜０°（３６０°）の間である３０°、９０°、１５０°、２１０°、２７０°、３３０°の時点で、信号選択回路４０によりモータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号をモータ間で交互に切り替えて選択するようにし、この選択したロータ位置検出信号に基づいてモータＭＡ，ＭＢを駆動するためのスイッチング信号を出力させている。
【００１１】
つまり、図８に示す如く、例えば３３０°〜３０°の間はモータＭＡのロータ位置検出信号を選択しており、この信号に基づいてスイッチング信号発生回路３０はＵ相コイルＣＵ、Ｗ相コイルＣＷに通電する（期間はそれぞれ異なる）ようにスイッチング信号を出力する。また、３０°〜９０°の間はモータＭＢのロータ位置検出信号を選択しており、この信号に基づいてスイッチング信号発生回路３０はＵ相コイルＣＵ、Ｗ相コイルＣＷに通電する（期間はそれぞれ異なる）ようにスイッチング信号を作成する。
以後同様に、９０°〜１５０°の間はモータＭＡのロータ位置検出信号を選択し、この信号に基づいてスイッチング信号発生回路３０はＵ相コイルＣＵ、Ｖ相コイルＣＶに通電するようにスイッチング信号を作成し、１５０°〜２１０°の間はモータＭＢのロータ位置検出信号を選択し、この信号に基づいてスイッチング信号発生回路３０はＵ相コイルＣＵ、Ｖ相コイルＣＶに通電するようにスイッチング信号を作成する。
【００１２】
図８では、説明の便宜上、角度が３０°、９０°、１５０°、２１０°、２７０°、３３０°でモータＭＡ，ＭＢの位置検出信号を切り替えているが、切り替え角度はこれらの値に限られるものではなく、前述のように０°〜６０°の間、６０°〜１２０°の間、１２０°〜１８０°の間、１８０°〜２４０°の間、２４０°〜３００°の間、３００°〜０°（３６０°）の間であって、モータＭＡ，ＭＢの位置検出信号に変化がない角度で切り替えれば同様の効果を得ることができる。
【００１３】
なお、図７に示した信号選択回路４０の動作を確認すると、例えば図８の３０°〜６０°の間のモータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）を何れも論理（１，０，１）で表し、これらが図７のモータＭＡ，ＭＢの位置検出信号として入力されているとすると、図７の論理回路によって出力側トランジスタＴＲ１，ＴＲ２，ＴＲ３（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の出力信号の論理は（１，０，１）であり、次の６０°〜９０°の間のモータＭＡ，ＭＢの位置検出信号（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）を何れも論理（１，０，０）とすると、出力側トランジスタＴＲ１，ＴＲ２，ＴＲ３（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の出力信号の論理は（１，０，０）となり、図８の３０°〜９０°の期間における信号選択回路の出力（制御信号）の変化と一致していることが判る。
【００１４】
以上のような動作により、２台のモータＭＡ，ＭＢをロータ位置検出信号に同期させて単一の駆動回路により安定的に並列駆動することが可能になっている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術では、モータが停止しているとき、２台のモータＭＡ，ＭＢが常に同期して（ロータの位置が同一の位置で）停止しているとは限らない。
両モータが同期していない状態から運転を開始して急激に速度を上げると、同期に引き込むまでは大きな循環電流が不規則に流れてモータから大きな騒音が発生する場合がある。
また、場合によっては両モータがいつまでたっても同期せず、大きな騒音を発生し続けるという問題があった。
【００１６】
そこで本発明は、非同期状態での運転に起因する騒音を低減するようにしたＤＣブラシレスモータの並列駆動回路を提供しようとするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に記載した発明は、互いに並列接続された複数台のＤＣブラシレスモータを複数の半導体スイッチング素子を有する駆動回路により同一速度で駆動するために、スイッチング信号発生手段が、各モータのロータ位置検出信号を用いて前記スイッチング素子のスイッチング信号を作成するＤＣブラシレスモータの並列駆動回路であって、
各モータのロータ位置検出信号が変化しない期間内に、スイッチング信号の作成に用いるロータ位置検出信号を各モータ間で切り替えると共に、切り替え後のモータのロータ位置検出信号を用いてスイッチング信号を作成するように、前記スイッチング信号発生手段に対して制御信号を出力する信号選択手段を備えた並列駆動回路において、
始動後の一定期間は各モータを低速で運転し、前記一定期間経過後に各モータを所定速度まで加速する速度制御手段を備えたものである。
【００１８】
請求項２に記載した発明は、互いに並列接続された複数台のＤＣブラシレスモータを複数の半導体スイッチング素子を有する駆動回路により同一速度で駆動するために、スイッチング信号発生手段が、各モータのロータ位置検出信号を用いて前記スイッチング素子のスイッチング信号を作成するＤＣブラシレスモータの並列駆動回路であって、
各モータのロータ位置検出信号が変化しない期間内に、スイッチング信号の作成に用いるロータ位置検出信号を各モータ間で切り替えると共に、切り替え後のモータのロータ位置検出信号を用いてスイッチング信号を作成するように、前記スイッチング信号発生手段に対して制御信号を出力する信号選択手段を備えた並列駆動回路において、
各モータのロータ位置検出信号の誤差を検出する位置信号誤差検出手段と、
始動後に各モータを低速で運転すると共に、この低速運転中に前記位置信号誤差検出手段により検出される誤差が規定値以下になった後に各モータを所定速度まで加速する速度制御手段と、を備えたものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図１は本発明の第１実施形態に係る駆動回路の全体構成を示しており、２台のＤＣブラシレスモータＭＡ，ＭＢを１台の駆動回路によって駆動する場合のものである。なお、図６と同一の構成要素には同一の参照符号を付してある。
【００２０】
図１において、直流電源Ｅ、半導体スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６からなる三相ブリッジ回路、ＤＣブラスレスモータＭＡ，ＭＢ、ホール素子ＨＵ，ＨＶ，ＨＷ、ロータ位置検出回路２１，２２、信号選択回路４０及びスイッチング信号発生回路３０の接続構成は図６と同一である。
５０はモータＭＡ，ＭＢの速度を設定する速度設定回路であり、この回路５０による設定速度が速度制御回路６０に送られ、速度制御回路６０が前記設定速度に従ってモータＭＡ，ＭＢを回転させるようにスイッチング信号発生回路３０を介してスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６のオン、オフを制御している。
【００２１】
ここで、モータＭＡ，ＭＢを低速で運転する場合には、モータＭＡ，ＭＢに印加する電圧が低いため、例えばモータＭＡ，ＭＢの同期がずれていたとしても余り大きな循環電流は流れない。従って、モータＭＡ，ＭＢからはほとんど騒音を発生しない。また、低速では、モータに流れる電流の変化が遅いため、容易に同期に達する特性がある。
【００２２】
本発明はこれらの点に着目したものであり、請求項１記載の発明では、始動後はしばらく低速で運転し、この低速運転中に各モータを同期させてから所定の速度まで加速するようにした。
更に、複数台のモータが同期して回転する状態になれば、各モータのロータ位置検出信号の誤差もほとんどなくなる。従って、請求項２記載の発明では、低速運転時の各モータのロータ位置検出信号の誤差を検出し、その誤差が規定値以下になったら同時状態に達したと判断して加速を開始し、所定の速度まで加速するようにした。
【００２３】
図２は、図１における速度設定回路５０の出力を示している。図２において、速度設定回路５０は時刻ｔ１（始動時）において設定速度をＶ１（速度設定回路５０の出力は電圧値であるが、設定速度Ｖ１に相当する電圧値も便宜的にＶ１とする。以後の、Ｖ２についても同様）に立ち上げ、この設定速度Ｖ１を速度制御回路６０に出力する。その後、時刻ｔ２まで設定速度Ｖ１を維持し、時刻ｔ２以後に速度を徐々に上げて設定速度Ｖ２まで上昇させる。
このように始動時から一定時間はモータＭＡ，ＭＢを低速運転し、その後、徐々に加速することにより、モータＭＡ，ＭＢは時刻ｔ１〜ｔ２間の低速運転中に同期状態となり、その後、所定速度まで加速されることになる。
【００２４】
次に、図３は本発明の第２実施形態を示す回路図である。この実施形態では、各モータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号が位置信号誤差検出回路７０に入力されており、ロータ位置検出信号の誤差が規定値以上か規定値以下かを判別した結果が出力として速度設定回路５０に加えられている。
なお、他の構成は図１と同様である。
【００２５】
図４は、位置信号誤差検出回路７０の出力と速度設定回路５０の出力（設定速度）との関係を示している。
始動時である時刻ｔ３以後、両モータＭＡ，ＭＢの同期がとれておらず、ロータ位置検出信号の誤差が大きい状態では、設定速度がＶ１に維持されている。その後、時刻ｔ４においてロータ位置検出信号の誤差が規定値以下になると位置信号誤差検出回路７０の出力が変化し、速度設定回路５０から出力される速度が徐々に上昇し始めて設定速度Ｖ２まで加速する。
これにより、両モータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号の誤差が規定値以下になった時点、つまり両モータＭＡ，ＭＢがほぼ同期状態に達した時点から加速を開始することができるので、非同期状態での急激な加速による騒音が発生するおそれはない。
【００２６】
図５は、この実施形態において、モータＭＡ，ＭＢの同期が若干ずれている状態の動作を示すタイミングチャートである。
両モータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号の誤差は、図示するようにＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相について発生する。位置信号誤差検出回路７０では、これら三相の誤差をすべて使用することも可能であるが、回路構成の複雑化によるコストの上昇を避けるためには、一相または二相の誤差を使用すれば良い。
なお、ロータ位置検出信号の誤差は、各モータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号の排他的論理和から容易に検出することができる。
【００２７】
図５に示すように、モータＭＡ，ＭＢの同期が若干ずれている状態でも、ロータ位置検出信号に変化がなく一定の状態を保っている期間、例えば、角度が１５°〜６０°の間、７５°〜１２０°の間、１３５°〜１８０°の間、１９５°〜２４０°の間、２５５°〜３００°の間、３１５°〜０°（３６０°）の間である３０°、９０°、１５０°、２１０°、２７０°、３３０°の時点で、信号選択回路４０によりモータＭＡ，ＭＢの位置検出信号をモータ間で交互に切り替えて選択し、この選択した位置検出信号に基づいてモータＭＡ，ＭＢを駆動するためのスイッチング信号を出力させる。
【００２８】
つまり、３３０°〜３０°の間はモータＭＡの位置検出信号を選択し、この信号に基づいてスイッチング信号発生回路３０はＵ相コイルＣＵ、Ｗ相コイルＣＷに通電する（期間はそれぞれ異なる）ようにスイッチング信号を出力する。また、３０°〜９０°の間はモータＭＢの位置検出信号を選択し、この信号に基づいてスイッチング信号発生回路３０はＵ相コイルＣＵ、Ｗ相コイルＣＷに通電する（期間はそれぞれ異なる）ようにスイッチング信号を作成する。
以後同様に、９０°〜１５０°の間はモータＭＡの位置検出信号を選択し、この信号に基づいてスイッチング信号発生回路３０はＵ相コイルＣＵ、Ｖ相コイルＣＶに通電するようにスイッチング信号を作成し、１５０°〜２１０°の間はモータＭＢの位置検出信号を選択し、この信号に基づいてスイッチング信号発生回路３０はＵ相コイルＣＵ、Ｖ相コイルＣＶに通電するようにスイッチング信号を作成する。
【００２９】
なお、両モータＭＡ，ＭＢが同期すると、ロータ位置検出信号は前述の図８のようになり、ロータ位置検出信号の誤差もなくなる。この実施形態では、両モータＭＡ，ＭＢが同期した後も、例えば３０°、９０°、１５０°、……の時点で信号選択回路４０によりモータＭＡ，ＭＢの位置検出信号をモータ間で交互に切り替えて選択し、この選択した位置検出信号に基づいてスイッチング信号発生回路３０がスイッチング信号を出力させればよい。
【００３０】
以上のように、２台のモータＭＡ，ＭＢが同期していない状態で始動する際には一定期間低速運転し、その後、所定速度まで加速することにより、始動時の騒音を抑制し、その後は両モータＭＡ，ＭＢをロータ位置検出信号に同期させて単一の駆動回路により安定的に並列駆動することが可能である。
【００３１】
また、モータＭＡ，ＭＢへの印加電圧が等価的に正弦波となるようにスイッチング素子をＰＷＭ（パルス幅変調）制御する正弦波ＰＷＭ制御方式が良く知られている。この方式をスイッチング信号発生回路３０に適用してＰＷＭパルスによりスイッチング素子を駆動することにより、モータＭＡ，ＭＢを一層安定して動作させることが可能である。
上記実施形態では２台のＤＣブラシレスモータを並列運転する場合について説明したが、本発明は３台以上のモータを並列運転する場合にも適用可能である。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、複数台のＤＣブラシレスモータを、単一の駆動回路により低騒音で安定的に並列駆動することができ、低騒音が要求される複数台のファンやポンプ等の並列駆動装置を低コストで提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す回路図である。
【図２】図１における速度設定回路の動作説明図である。
【図３】本発明の第２実施形態を示す回路図である。
【図４】図２における速度設定回路及び位置信号誤差検出回路の動作説明図である。
【図５】各モータのロータ位置検出信号に誤差がある場合の動作を示すタイミングチャートである。
【図６】従来技術を示す回路図である。
【図７】図６における信号選択回路の構成を示す回路図である。
【図８】図６の動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
Ｅ 直流電源
Ｔ１〜Ｔ６ スイッチング素子
Ｕ，Ｖ，Ｗ 出力端子
ＭＡ，ＭＢ ＤＣブラシレスモータ
ＣＵ，ＣＶ，ＣＷ コイル
ＨＵ，ＨＶ，ＨＷ ホール素子
１１ ステータ
１２ ロータ
２１，２２ ロータ位置検出回路
３０ スイッチング信号発生回路
４０ 信号選択回路
５０ 速度設定回路
６０ 速度制御回路
７０ 位置信号誤差検出回路
Claims (2)
- 互いに並列接続された複数台のＤＣブラシレスモータを複数の半導体スイッチング素子を有する駆動回路により同一速度で駆動するために、スイッチング信号発生手段が、各モータのロータ位置検出信号を用いて前記スイッチング素子のスイッチング信号を作成するＤＣブラシレスモータの並列駆動回路であって、
各モータのロータ位置検出信号が変化しない期間内に、スイッチング信号の作成に用いるロータ位置検出信号を各モータ間で切り替えると共に、切り替え後のモータのロータ位置検出信号を用いてスイッチング信号を作成するように、前記スイッチング信号発生手段に対して制御信号を出力する信号選択手段を備えた並列駆動回路において、
始動後の一定期間は各モータを低速で運転し、前記一定期間経過後に各モータを所定速度まで加速する速度制御手段を備えたことを特徴とするＤＣブラシレスモータの並列駆動回路。 - 互いに並列接続された複数台のＤＣブラシレスモータを複数の半導体スイッチング素子を有する駆動回路により同一速度で駆動するために、スイッチング信号発生手段が、各モータのロータ位置検出信号を用いて前記スイッチング素子のスイッチング信号を作成するＤＣブラシレスモータの並列駆動回路であって、
各モータのロータ位置検出信号が変化しない期間内に、スイッチング信号の作成に用いるロータ位置検出信号を各モータ間で切り替えると共に、切り替え後のモータのロータ位置検出信号を用いてスイッチング信号を作成するように、前記スイッチング信号発生手段に対して制御信号を出力する信号選択手段を備えた並列駆動回路において、
各モータのロータ位置検出信号の誤差を検出する位置信号誤差検出手段と、
始動後に各モータを低速で運転すると共に、この低速運転中に前記位置信号誤差検出手段により検出される誤差が規定値以下になった後に各モータを所定速度まで加速する速度制御手段と、を備えたことを特徴とするＤＣブラシレスモータの並列駆動回路。
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