JP2004015981A - 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】配線の簡略化や接続端子数の減少を図り、配線作業の労力を軽減すると共に、装置全体の構造の簡素化、小型化を図る。
【解決手段】複数台のＤＣブラシレスモータを複数のスイッチング素子を有する駆動回路によって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に関する。ロータ位置検出信号を出力するロータ位置検出回路２１Ｕ，２２Ｕの出力側をオープンコレクタにより構成し、複数台のモータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号を各相ごとに一括接続してスイッチング信号発生回路３０（制御回路２００）に入力する。
【選択図】 図１
【解決手段】複数台のＤＣブラシレスモータを複数のスイッチング素子を有する駆動回路によって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に関する。ロータ位置検出信号を出力するロータ位置検出回路２１Ｕ，２２Ｕの出力側をオープンコレクタにより構成し、複数台のモータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号を各相ごとに一括接続してスイッチング信号発生回路３０（制御回路２００）に入力する。
【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する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、ＤＣブラシレスモータは、永久磁石形直流モータの長所を備え、機械的な騒音や電気的ノイズを発生せず、長寿命である等の利点があるため、小形の直流電動機として各種用途に利用されている。
ここで、図１２は、この種のＤＣブラシレスモータを駆動する従来の駆動回路を示している。
【０００３】
図６において、Ｅは直流電源、Ｔ１〜Ｔ６は三相ブリッジ接続されたトランジスタ等の半導体スイッチング素子、Ｕ，Ｖ，Ｗは三相ブリッジ回路の出力端子、ＭはＤＣブラシレスモータ、１１はステータ、１２は永久磁石からなるロータ、ＣＵ，ＣＶ，ＣＷはステータ１１に配置されたＵ，Ｖ，Ｗ各相のコイル、ＨＵ，ＨＶ，ＨＷはロータ１２の磁極位置（ロータ位置）を検出するロータ位置センサとしてのホール素子、２０はホール素子ＨＵ，ＨＶ，ＨＷに接続されたロータ位置検出回路、３０はロータ位置検出信号（以下では、必要に応じて単に位置検出信号という）を用いて各相のスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６に対するスイッチング信号を作成して出力するスイッチング信号発生回路である。
【０００４】
この駆動回路では、図７に示すように、ホール素子ＨＵ，ＨＶ，ＨＷにより検出した位置検出信号に従い、スイッチング信号発生回路３０によって最適なスイッチング素子を１２０°ずつオンさせ、これにより各相のコイルＣＵ，ＣＶ，ＣＷに正または負の電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷを印加してステータ１１とロータ１２との間の磁気的吸引力または反発力により、ロータ１２を回転させている。
なお、この駆動方式は１２０°通電方形波駆動方式と呼ばれている。
【０００５】
しかし、図６に示した構成は基本的に１台のモータＭを駆動するためのものであり、例えば２台のモータを駆動するには２つの駆動回路が必要になって回路構成の複雑化や価格の上昇を避けることができない。
このような点に鑑み、１つの駆動回路によって複数台のモータを駆動する従来技術として、特開２０００−２６２０８２号公報に記載されたブラシレスモータの駆動回路が知られている。
【０００６】
上記特開２０００−２６２０８２号公報に記載された駆動回路は、図８に示すように、並列接続された２台のブラシレスモータＭ１，Ｍ２の各ロータ位置を検出するロータ位置検出センサ５０，６０と、これらの出力信号及び発振器８０からの発振信号Ｐが加えられるセンサ信号切換回路７０と、その出力信号がモータ駆動指令と共に加えられる駆動ドライバ９０とを備えている。なお、Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１，Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２はモータＭ１，Ｍ２の各相コイル、５０ｕ，５０ｖ，５０ｗ，６０ｕ，６０ｖ，６０ｗはロータ位置検出素子である。
【０００７】
この駆動回路の動作を図９を参照しつつ簡単に説明すると、まず、ブラシレスモータの数に応じて分周された発振信号Ｐ（例えば２台のモータＭ１，Ｍ２を駆動する場合には元の信号の１周期を２分割した半周期信号）を基準信号とし、この発振信号Ｐは周期Ｔでデューティ比が５０％（Ｔ１＝Ｔ２）であるとする。
センサ信号切換回路７０は、上記発振信号Ｐを用いて、２台のモータＭ１，Ｍ２の同一相のロータ位置検出信号（例えば５０ｕ，６０ｕ）を発振信号Ｐの半周期ごとに切り替えて駆動ドライバ９０に出力すると共に、駆動ドライバ９０では、ロータ位置検出信号に応じた駆動信号をモータＭ１，Ｍ２のＵ相コイルＵ１，Ｕ２に供給してモータＭ１，Ｍ２を運転するものである。
【０００８】
しかしながら、特開２０００−２６２０８２号公報に記載された駆動回路では、図９に示したように、発振信号Ｐによりロータ位置検出信号を切り替えるタイミングがロータ位置検出信号と完全には同期していないため、このロータ位置検出信号に基づいて駆動信号を切り替えた直後にコイルに印加される電圧の位相が急変して動作が不安定になり易い。
また、この従来技術では、一般にロータ位置検出信号の周期よりも長い周期の発振信号Ｐを基準信号としてロータ位置検出信号を切り替えているため、ロータ位置検出信号が選択されていないモータは、その間、自己のロータ位置検出信号に関係なく運転されるので、動作が不安定になり易いという問題がある。
【０００９】
つまり、図９において、駆動信号がモータＭ１のロータ位置検出信号５０ｕに基づいて決定されている期間は、モータＭ２のロータ位置検出信号６０ｕは考慮されていないため、モータＭ２にとって正規の通電角度でＵ相コイルに通電されず、これがモータＭ２の回転を不安定にするおそれがある。
【００１０】
上記の問題を解決するために、本出願人は、先に特願２００１−３８７６７１号としてＤＣブラシレスモータの並列駆動回路（以下、先願発明という）を出願した。この出願の請求項２に記載した発明は、互いに並列接続された２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並列駆動回路であって、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から作成した制御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において、各相ごとに２台のモータの前記ロータ位置検出信号を用いて作成した制御信号を前記スイッチング信号発生手段に出力する信号選択手段を、論理積手段により構成したものである。
【００１１】
図１０は、上記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１０において、半導体スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６を有する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。
【００１２】
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各相ごとに信号選択回路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、選択したモータのロータ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。
【００１３】
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各相共に図１１のように同期して出力されている。なお、図１１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で示してある。
【００１４】
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、三相全体では、ロータ回転角（空間角）が０°、６０°、１２０°、１８０°、２４０°、３００°のタイミングでロータ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からのスイッチング信号を変化させる必要がある。
ここで、三相のうちＵ相のみに着目すると、ロータ回転角で１８０°ごとの０°及び１８０°のタイミングでロータ位置検出信号が変化するのに合わせて、スイッチング信号を変化させる必要があり、図１１に示した信号選択回路出力（制御信号）を得ることが望まれる。
【００１５】
２台のモータＭＡ，ＭＢを１台の駆動回路によって安定して並列運転するためには、モータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号をできるだけきめ細かく切り替え、その切り替えた信号に基づいてスイッチング信号を発生させる必要がある。
そこでこの従来技術では、各相ごとに、２台のモータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号の論理積から制御信号を作成し、この制御信号に基づいてスイッチング信号を作成している。
【００１６】
すなわち、前記信号選択回路４０は、例えば図１２に示すアンド回路ＡＮＤから構成されている。ここで、図１２はモータＭＡ，ＭＢの一相（例えばＵ相）分のロータ位置検出信号の処理回路であり、実際の信号選択回路は図１２のアンド回路ＡＮＤが他のＶ相、Ｗ相についても設けられる。
Ｕ相のアンド回路ＡＮＤにはモータＭＡ，ＭＢのＵ相のロータ位置検出信号が入力されている。ここで、アンド回路ＡＮＤは、二つのロータ位置検出信号からその論理積を選択して出力するという意味で、信号選択回路４０を構成するものとする。
【００１７】
図１３は、モータＭＡ，ＭＢが同期して運転されている場合、つまりモータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号が同期しているときのタイミングチャートである。
この場合、ロータ位置検出信号は何れも回転角が０°でＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに変化し、回転角が１８０°でＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化する。従って、アンド回路ＡＮＤ（すなわち信号選択回路４０）から出力される制御信号は、モータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号と同一になる。
【００１８】
図１４はモータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号の間に若干の時間的なずれ、すなわち角度のずれが生じている場合である。
モータＭＡのロータ位置検出信号は、図１３と同様に回転角が０°でＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに変化し、回転角が１８０°でＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化している。一方、モータＭＢのロータ位置検出信号は、回転角がＦ°（Ｆ＞０°）でＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに変化し、回転角がＧ°（Ｇ＞１８０°）でＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化している。
【００１９】
このため、アンド回路ＡＮＤ（すなわち信号選択回路４０）から出力される制御信号は、回転角がＦ°〜１８０°の期間がＨｉｇｈレベルであり、それ以外の期間はＬｏｗレベルとなる。このアンド回路ＡＮＤの出力は、モータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号とはそれぞれ若干異なるが、実用上、支障なく２台のモータＭＡ，ＭＢを並列運転できることが確認されている。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
図１５は、図１０に示した先願発明の具体的な配線図である。図１５において、１００は制御回路であり、図１０における主回路（直流電源Ｅ、スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６）及びスイッチング信号発生回路３０を一体化したものに相当する。
【００２１】
図１５に示すように、各モータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出回路２１，２２と信号選択回路４０とを接続するために、位置検出回路２１，２２側の電源端子Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂ、各相の検出端子Ｘ１Ａ，Ｘ２Ａ，Ｘ３Ａ，Ｘ１Ｂ，Ｘ２Ｂ，Ｘ３Ｂ及び共通端子ＣＭＡ，ＣＭＢと、信号選択回路４０側の合計１０個の対応端子Ｃ１Ａ，Ｘ１Ａ，Ｘ２Ａ，Ｘ３Ａ，ＣＭＡ，Ｃ１Ｂ，Ｘ１Ｂ，Ｘ２Ｂ，Ｘ３Ｂ，ＣＭＢとを個別に結線する必要があり、配線本数が多く配線作業が繁雑であったり、信号選択回路４０の端子数が多いため回路全体の大型化や構造の複雑化を招いていた。
なお、信号選択回路４０側の電源端子Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂ、共通端子ＣＭＡ，ＣＭＢをそれぞれ共通にしたとしても合計８個の端子が必要であり、端子数の大幅な減少や配線の簡略化は期待できない。
【００２２】
そこで本発明は、配線の簡略化や接続端子数の減少を図り、配線作業の労力を軽減すると共に装置全体の構造の簡素化、小型化を可能にした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。
【００２３】
【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記載の発明は、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並列駆動回路であって、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から作成した制御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において、前記ロータ位置検出信号を出力するロータ位置検出回路の出力側をオープンコレクタにより構成し、複数台のモータの前記ロータ位置検出信号を各相ごとに一括接続して前記スイッチング信号発生手段に入力したものである。
【００２４】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載したＤＣブラシレスモータの並列駆動回路において、前記スイッチング信号発生手段が、スイッチング信号として正弦波ＰＷＭ制御方式によるＰＷＭパルスを出力するものである。
【００２５】
【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。
図１は、この実施形態における各モータＭＡ，ＭＢの一相（例えばＵ相）分のロータ位置検出回路２１Ｕ，２２Ｕの出力側と制御回路２００との接続状態を概略的に示したものである。
【００２６】
ロータ位置検出回路２１Ｕ，２２Ｕは、各モータＭＡ，ＭＢのＵ相のホール素子ＨＵ（図示せず）をそれぞれ備えており、検出回路２１Ｕ，２２Ｕの出力端子は出力トランジスタ（ｎｐｎトランジスタ）ＴＡ，ＴＢの各ベースに接続されている。
トランジスタＴＡ，ＴＢのコレクタはロータ位置検出信号出力端子ＨＵＡ，ＨＵＢにそれぞれ接続されていると共に、プルアップ抵抗ＲＡ，ＲＢを介して電源端子Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂにそれぞれ接続されている。また、トランジスタＴＡ，ＴＢのエミッタは共通端子ＣＭＡ，ＣＭＢにそれぞれ接続されている。
【００２７】
一方、制御回路２００は後述するようにスイッチング信号発生回路３０と主回路（直流電源Ｅ、スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６）とを一体化したものであり、その電源端子Ｃ１にはモータＭＡ，ＭＢの電源端子Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂが一括して接続され、Ｕ相入力端子（スイッチング信号発生回路３０のＵ相入力端子）ＣＨＵにはモータＭＡ，ＭＢ側の前記出力端子ＨＵＡ，ＨＵＢが一括して接続され、更に、共通端子ＣＭにはモータＭＡ，ＭＢ側の前記共通端子ＣＭＡ，ＣＭＢが一括して接続されている。
ここで、ロータ位置検出回路２１Ｕ，２２Ｕの出力側の構成を図示するようにオープンコレクタとして出力端子ＨＵＡ，ＨＵＢを一括接続することで、制御回路２００のＵ相入力端子ＣＨＵにはモータＭＡ，ＭＢのＵ相のロータ位置検出信号のＡＮＤ出力を得ることができ、回路的には前述した図１２と同一になる。
【００２８】
なお、図１はモータＭＡ，ＭＢと制御回路２００との間のＵ相分の接続関係を示しており、Ｕ，Ｖ，Ｗの三相分を示すと図２のようになる。更に、駆動回路の全体的な構成は図３のようになる。
図２において、制御回路２００は三相交流電源を図３の直流電源Ｅに変換し、その直流電圧をスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６のスイッチング動作により三相交流電圧に変換して出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗから出力する。また、前述のようにＣ１は電源端子、ＣＭは共通端子、ＣＨＵはＵ相入力端子であり、更に、ＣＨＶはＶ相入力端子、ＣＨＷはＷ相入力端子である。
【００２９】
一方、図２のモータＭＡ，ＭＢにおいて、ＵＡ，ＶＡ，ＷＡ，ＵＢ，ＶＢ，ＷＢは各ステータコイルＣＵ，ＣＶ，ＣＷに接続される各相入力端子、Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂは電源端子、ＣＭＡ，ＣＭＢは共通端子、ＨＵＡ，ＨＵＢ、ＨＶＡ，ＨＶＢ、ＨＷＡ，ＨＷＢはそれぞれＵ，Ｖ，Ｗ各相のロータ位置検出信号出力端子であり、このうち、電源端子Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂ、共通端子ＣＭＡ，ＣＭＢ、Ｕ相の出力端子ＨＵＡ，ＨＵＢについては、図１により既に説明した。
【００３０】
図２に示すように、本実施形態では２台のモータＭＡ，ＭＢの電源端子Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂを制御回路２００の電源端子Ｃ１に一括接続し、かつ、共通端子ＣＭＡ，ＣＭＢを制御回路２００の共通端子ＣＭに一括接続すると共に、各相ごとにロータ位置検出信号出力端子ＨＵＡ，ＨＵＢと、同ＨＶＡ，ＨＶＢと、同ＨＷＡ，ＨＷＢとをそれぞれ制御回路２００のＵ相入力端子ＣＨＵ、Ｖ相入力端子ＣＨＶ、Ｗ相入力端子ＣＨＷに一括接続している。
【００３１】
これにより、図１５に示した従来技術では、ロータ位置検出回路２１，２２と接続するために信号選択回路４０に合計１０個（電源端子及び共通端子を共通接続する場合には合計８個）の端子が必要であったのに対し、本実施形態では、図２に示す如くロータ位置検出回路２１，２２との接続には合計５個の端子を制御回路２００に設ければ良くなる。このため、端子数の減少による装置の小型化、簡素化、配線数の減少による配線作業の労力軽減が可能である。
【００３２】
同時に、図１に示したオープンコレクタ構成が従来の信号選択回路４０におけるＡＮＤ回路として機能するので、実質的に従来の信号選択回路４０が不要になり、回路構成を一層簡素化することができる。言い換えれば、図３に示すように各モータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出回路２１，２２の出力端子を直接、制御回路２００内のスイッチング信号発生回路３０に接続すれば良くなる。
【００３３】
ここで、図４は、モータＭＡ，ＭＢが同期して運転されており、モータＭＡ，ＭＢのＵ相のロータ位置検出信号ＨＵＡ，ＨＵＢにずれがないときのタイミングチャートである。前述したようにロータ位置検出回路（Ｕ相）２１Ｕの出力側がオープンコレクタにより構成されているため、制御回路２００に入力される信号ＣＨＵは信号ＨＵＡ，ＨＵＢのＡＮＤ出力となる。従って、図１２、図１３と同一の機能を果たすことができる。
【００３４】
また、図５は、モータＭＡ，ＭＢが完全には同期しておらず、モータＭＡ，ＭＢのＵ相のロータ位置検出信号ＨＵＡ，ＨＵＢに若干のずれがあるときのタイミングチャートである。この場合にも、制御回路２００に入力される信号ＣＨＵは信号ＨＵＡ，ＨＵＢのＡＮＤ出力となり、図１２、図１４と同一の機能を果たすことができる。
すなわち、信号選択回路４０として図１２のアンド回路ＡＮＤを用いなくても従来と同様の作用を得ることができる。
【００３５】
なお、ＤＣブラシレスモータの駆動方式としては、図７に示した１２０°通電方形波駆動方式が良く用いられている。しかし、この方式は安定性が余り良くなく、振動や騒音が大きくなり易い。
一方、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制御方式も広く知られている。
そこで、請求項２に記載したように、上記正弦波ＰＷＭ制御方式を本実施形態における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、モータを一層安定して動作させることが可能である。
【００３６】
なお、本発明は、３台以上のＤＣブラシレスモータを並列駆動する場合にも適用することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、従来必要とされた信号選択回路を不要にし、また、ロータ位置検出回路に接続される制御回路の端子数を従来よりも削減できるため、配線の簡略化や接続端子数の減少が可能であり、配線作業の労力を軽減すると共に装置全体の構造の簡素化、小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の主要部の結線図である。
【図２】本発明の実施形態を示す結線図である。
【図３】本発明の実施形態を示す全体的な回路構成図である。
【図４】本発明の実施形態の動作を示すタイミングチャートである。
【図５】本発明の実施形態の動作を示すタイミングチャートである。
【図６】１台のＤＣブラシレスモータを駆動する従来技術の回路図である。
【図７】図６の動作を示すタイミングチャートである。
【図８】２台のブラシレスモータを駆動する従来技術の回路図である。
【図９】図８の動作を示すタイミングチャートである。
【図１０】先願発明に係る従来技術の回路図である。
【図１１】図１０の動作を示すタイミングチャートである。
【図１２】図１０における信号選択回路の構成図である。
【図１３】図１２の動作を示すタイミングチャートである。
【図１４】図１２の動作を示すタイミングチャートである。
【図１５】図１０の回路の具体的な配線図である。
【符号の説明】
Ｅ 直流電源
Ｔ１〜Ｔ６ スイッチング素子
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
ＴＡ，ＴＢ 出力トランジスタ
ＲＡ，ＲＢ プルアップ抵抗
ＨＵＡ，ＨＶＡ，ＨＷＡ，ＨＵＢ，ＨＶＢ，ＨＷＢ ロータ位置検出信号出力端子
Ｃ１，Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂ 電源端子
ＣＭ，ＣＭＡ，ＣＭＢ 共通端子
ＣＨＵ，ＣＨＶ，ＣＨＷ 入力端子
Ｕ，Ｖ，Ｗ 出力端子
ＵＡ，ＶＡ，ＷＡ，ＵＢ，ＶＢ，ＷＢ 入力端子
１１ ステータ
１２ ロータ
２１，２２，２１Ｕ，２２Ｕ ロータ位置検出回路
３０ スイッチング信号発生回路
２００ 制御回路
【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する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、ＤＣブラシレスモータは、永久磁石形直流モータの長所を備え、機械的な騒音や電気的ノイズを発生せず、長寿命である等の利点があるため、小形の直流電動機として各種用途に利用されている。
ここで、図１２は、この種のＤＣブラシレスモータを駆動する従来の駆動回路を示している。
【０００３】
図６において、Ｅは直流電源、Ｔ１〜Ｔ６は三相ブリッジ接続されたトランジスタ等の半導体スイッチング素子、Ｕ，Ｖ，Ｗは三相ブリッジ回路の出力端子、ＭはＤＣブラシレスモータ、１１はステータ、１２は永久磁石からなるロータ、ＣＵ，ＣＶ，ＣＷはステータ１１に配置されたＵ，Ｖ，Ｗ各相のコイル、ＨＵ，ＨＶ，ＨＷはロータ１２の磁極位置（ロータ位置）を検出するロータ位置センサとしてのホール素子、２０はホール素子ＨＵ，ＨＶ，ＨＷに接続されたロータ位置検出回路、３０はロータ位置検出信号（以下では、必要に応じて単に位置検出信号という）を用いて各相のスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６に対するスイッチング信号を作成して出力するスイッチング信号発生回路である。
【０００４】
この駆動回路では、図７に示すように、ホール素子ＨＵ，ＨＶ，ＨＷにより検出した位置検出信号に従い、スイッチング信号発生回路３０によって最適なスイッチング素子を１２０°ずつオンさせ、これにより各相のコイルＣＵ，ＣＶ，ＣＷに正または負の電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷを印加してステータ１１とロータ１２との間の磁気的吸引力または反発力により、ロータ１２を回転させている。
なお、この駆動方式は１２０°通電方形波駆動方式と呼ばれている。
【０００５】
しかし、図６に示した構成は基本的に１台のモータＭを駆動するためのものであり、例えば２台のモータを駆動するには２つの駆動回路が必要になって回路構成の複雑化や価格の上昇を避けることができない。
このような点に鑑み、１つの駆動回路によって複数台のモータを駆動する従来技術として、特開２０００−２６２０８２号公報に記載されたブラシレスモータの駆動回路が知られている。
【０００６】
上記特開２０００−２６２０８２号公報に記載された駆動回路は、図８に示すように、並列接続された２台のブラシレスモータＭ１，Ｍ２の各ロータ位置を検出するロータ位置検出センサ５０，６０と、これらの出力信号及び発振器８０からの発振信号Ｐが加えられるセンサ信号切換回路７０と、その出力信号がモータ駆動指令と共に加えられる駆動ドライバ９０とを備えている。なお、Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１，Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２はモータＭ１，Ｍ２の各相コイル、５０ｕ，５０ｖ，５０ｗ，６０ｕ，６０ｖ，６０ｗはロータ位置検出素子である。
【０００７】
この駆動回路の動作を図９を参照しつつ簡単に説明すると、まず、ブラシレスモータの数に応じて分周された発振信号Ｐ（例えば２台のモータＭ１，Ｍ２を駆動する場合には元の信号の１周期を２分割した半周期信号）を基準信号とし、この発振信号Ｐは周期Ｔでデューティ比が５０％（Ｔ１＝Ｔ２）であるとする。
センサ信号切換回路７０は、上記発振信号Ｐを用いて、２台のモータＭ１，Ｍ２の同一相のロータ位置検出信号（例えば５０ｕ，６０ｕ）を発振信号Ｐの半周期ごとに切り替えて駆動ドライバ９０に出力すると共に、駆動ドライバ９０では、ロータ位置検出信号に応じた駆動信号をモータＭ１，Ｍ２のＵ相コイルＵ１，Ｕ２に供給してモータＭ１，Ｍ２を運転するものである。
【０００８】
しかしながら、特開２０００−２６２０８２号公報に記載された駆動回路では、図９に示したように、発振信号Ｐによりロータ位置検出信号を切り替えるタイミングがロータ位置検出信号と完全には同期していないため、このロータ位置検出信号に基づいて駆動信号を切り替えた直後にコイルに印加される電圧の位相が急変して動作が不安定になり易い。
また、この従来技術では、一般にロータ位置検出信号の周期よりも長い周期の発振信号Ｐを基準信号としてロータ位置検出信号を切り替えているため、ロータ位置検出信号が選択されていないモータは、その間、自己のロータ位置検出信号に関係なく運転されるので、動作が不安定になり易いという問題がある。
【０００９】
つまり、図９において、駆動信号がモータＭ１のロータ位置検出信号５０ｕに基づいて決定されている期間は、モータＭ２のロータ位置検出信号６０ｕは考慮されていないため、モータＭ２にとって正規の通電角度でＵ相コイルに通電されず、これがモータＭ２の回転を不安定にするおそれがある。
【００１０】
上記の問題を解決するために、本出願人は、先に特願２００１−３８７６７１号としてＤＣブラシレスモータの並列駆動回路（以下、先願発明という）を出願した。この出願の請求項２に記載した発明は、互いに並列接続された２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並列駆動回路であって、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から作成した制御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において、各相ごとに２台のモータの前記ロータ位置検出信号を用いて作成した制御信号を前記スイッチング信号発生手段に出力する信号選択手段を、論理積手段により構成したものである。
【００１１】
図１０は、上記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１０において、半導体スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６を有する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。
【００１２】
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各相ごとに信号選択回路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、選択したモータのロータ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。
【００１３】
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各相共に図１１のように同期して出力されている。なお、図１１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で示してある。
【００１４】
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、三相全体では、ロータ回転角（空間角）が０°、６０°、１２０°、１８０°、２４０°、３００°のタイミングでロータ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からのスイッチング信号を変化させる必要がある。
ここで、三相のうちＵ相のみに着目すると、ロータ回転角で１８０°ごとの０°及び１８０°のタイミングでロータ位置検出信号が変化するのに合わせて、スイッチング信号を変化させる必要があり、図１１に示した信号選択回路出力（制御信号）を得ることが望まれる。
【００１５】
２台のモータＭＡ，ＭＢを１台の駆動回路によって安定して並列運転するためには、モータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号をできるだけきめ細かく切り替え、その切り替えた信号に基づいてスイッチング信号を発生させる必要がある。
そこでこの従来技術では、各相ごとに、２台のモータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号の論理積から制御信号を作成し、この制御信号に基づいてスイッチング信号を作成している。
【００１６】
すなわち、前記信号選択回路４０は、例えば図１２に示すアンド回路ＡＮＤから構成されている。ここで、図１２はモータＭＡ，ＭＢの一相（例えばＵ相）分のロータ位置検出信号の処理回路であり、実際の信号選択回路は図１２のアンド回路ＡＮＤが他のＶ相、Ｗ相についても設けられる。
Ｕ相のアンド回路ＡＮＤにはモータＭＡ，ＭＢのＵ相のロータ位置検出信号が入力されている。ここで、アンド回路ＡＮＤは、二つのロータ位置検出信号からその論理積を選択して出力するという意味で、信号選択回路４０を構成するものとする。
【００１７】
図１３は、モータＭＡ，ＭＢが同期して運転されている場合、つまりモータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号が同期しているときのタイミングチャートである。
この場合、ロータ位置検出信号は何れも回転角が０°でＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに変化し、回転角が１８０°でＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化する。従って、アンド回路ＡＮＤ（すなわち信号選択回路４０）から出力される制御信号は、モータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号と同一になる。
【００１８】
図１４はモータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号の間に若干の時間的なずれ、すなわち角度のずれが生じている場合である。
モータＭＡのロータ位置検出信号は、図１３と同様に回転角が０°でＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに変化し、回転角が１８０°でＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化している。一方、モータＭＢのロータ位置検出信号は、回転角がＦ°（Ｆ＞０°）でＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに変化し、回転角がＧ°（Ｇ＞１８０°）でＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化している。
【００１９】
このため、アンド回路ＡＮＤ（すなわち信号選択回路４０）から出力される制御信号は、回転角がＦ°〜１８０°の期間がＨｉｇｈレベルであり、それ以外の期間はＬｏｗレベルとなる。このアンド回路ＡＮＤの出力は、モータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出信号とはそれぞれ若干異なるが、実用上、支障なく２台のモータＭＡ，ＭＢを並列運転できることが確認されている。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
図１５は、図１０に示した先願発明の具体的な配線図である。図１５において、１００は制御回路であり、図１０における主回路（直流電源Ｅ、スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６）及びスイッチング信号発生回路３０を一体化したものに相当する。
【００２１】
図１５に示すように、各モータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出回路２１，２２と信号選択回路４０とを接続するために、位置検出回路２１，２２側の電源端子Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂ、各相の検出端子Ｘ１Ａ，Ｘ２Ａ，Ｘ３Ａ，Ｘ１Ｂ，Ｘ２Ｂ，Ｘ３Ｂ及び共通端子ＣＭＡ，ＣＭＢと、信号選択回路４０側の合計１０個の対応端子Ｃ１Ａ，Ｘ１Ａ，Ｘ２Ａ，Ｘ３Ａ，ＣＭＡ，Ｃ１Ｂ，Ｘ１Ｂ，Ｘ２Ｂ，Ｘ３Ｂ，ＣＭＢとを個別に結線する必要があり、配線本数が多く配線作業が繁雑であったり、信号選択回路４０の端子数が多いため回路全体の大型化や構造の複雑化を招いていた。
なお、信号選択回路４０側の電源端子Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂ、共通端子ＣＭＡ，ＣＭＢをそれぞれ共通にしたとしても合計８個の端子が必要であり、端子数の大幅な減少や配線の簡略化は期待できない。
【００２２】
そこで本発明は、配線の簡略化や接続端子数の減少を図り、配線作業の労力を軽減すると共に装置全体の構造の簡素化、小型化を可能にした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。
【００２３】
【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記載の発明は、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並列駆動回路であって、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から作成した制御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において、前記ロータ位置検出信号を出力するロータ位置検出回路の出力側をオープンコレクタにより構成し、複数台のモータの前記ロータ位置検出信号を各相ごとに一括接続して前記スイッチング信号発生手段に入力したものである。
【００２４】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載したＤＣブラシレスモータの並列駆動回路において、前記スイッチング信号発生手段が、スイッチング信号として正弦波ＰＷＭ制御方式によるＰＷＭパルスを出力するものである。
【００２５】
【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。
図１は、この実施形態における各モータＭＡ，ＭＢの一相（例えばＵ相）分のロータ位置検出回路２１Ｕ，２２Ｕの出力側と制御回路２００との接続状態を概略的に示したものである。
【００２６】
ロータ位置検出回路２１Ｕ，２２Ｕは、各モータＭＡ，ＭＢのＵ相のホール素子ＨＵ（図示せず）をそれぞれ備えており、検出回路２１Ｕ，２２Ｕの出力端子は出力トランジスタ（ｎｐｎトランジスタ）ＴＡ，ＴＢの各ベースに接続されている。
トランジスタＴＡ，ＴＢのコレクタはロータ位置検出信号出力端子ＨＵＡ，ＨＵＢにそれぞれ接続されていると共に、プルアップ抵抗ＲＡ，ＲＢを介して電源端子Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂにそれぞれ接続されている。また、トランジスタＴＡ，ＴＢのエミッタは共通端子ＣＭＡ，ＣＭＢにそれぞれ接続されている。
【００２７】
一方、制御回路２００は後述するようにスイッチング信号発生回路３０と主回路（直流電源Ｅ、スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６）とを一体化したものであり、その電源端子Ｃ１にはモータＭＡ，ＭＢの電源端子Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂが一括して接続され、Ｕ相入力端子（スイッチング信号発生回路３０のＵ相入力端子）ＣＨＵにはモータＭＡ，ＭＢ側の前記出力端子ＨＵＡ，ＨＵＢが一括して接続され、更に、共通端子ＣＭにはモータＭＡ，ＭＢ側の前記共通端子ＣＭＡ，ＣＭＢが一括して接続されている。
ここで、ロータ位置検出回路２１Ｕ，２２Ｕの出力側の構成を図示するようにオープンコレクタとして出力端子ＨＵＡ，ＨＵＢを一括接続することで、制御回路２００のＵ相入力端子ＣＨＵにはモータＭＡ，ＭＢのＵ相のロータ位置検出信号のＡＮＤ出力を得ることができ、回路的には前述した図１２と同一になる。
【００２８】
なお、図１はモータＭＡ，ＭＢと制御回路２００との間のＵ相分の接続関係を示しており、Ｕ，Ｖ，Ｗの三相分を示すと図２のようになる。更に、駆動回路の全体的な構成は図３のようになる。
図２において、制御回路２００は三相交流電源を図３の直流電源Ｅに変換し、その直流電圧をスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６のスイッチング動作により三相交流電圧に変換して出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗから出力する。また、前述のようにＣ１は電源端子、ＣＭは共通端子、ＣＨＵはＵ相入力端子であり、更に、ＣＨＶはＶ相入力端子、ＣＨＷはＷ相入力端子である。
【００２９】
一方、図２のモータＭＡ，ＭＢにおいて、ＵＡ，ＶＡ，ＷＡ，ＵＢ，ＶＢ，ＷＢは各ステータコイルＣＵ，ＣＶ，ＣＷに接続される各相入力端子、Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂは電源端子、ＣＭＡ，ＣＭＢは共通端子、ＨＵＡ，ＨＵＢ、ＨＶＡ，ＨＶＢ、ＨＷＡ，ＨＷＢはそれぞれＵ，Ｖ，Ｗ各相のロータ位置検出信号出力端子であり、このうち、電源端子Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂ、共通端子ＣＭＡ，ＣＭＢ、Ｕ相の出力端子ＨＵＡ，ＨＵＢについては、図１により既に説明した。
【００３０】
図２に示すように、本実施形態では２台のモータＭＡ，ＭＢの電源端子Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂを制御回路２００の電源端子Ｃ１に一括接続し、かつ、共通端子ＣＭＡ，ＣＭＢを制御回路２００の共通端子ＣＭに一括接続すると共に、各相ごとにロータ位置検出信号出力端子ＨＵＡ，ＨＵＢと、同ＨＶＡ，ＨＶＢと、同ＨＷＡ，ＨＷＢとをそれぞれ制御回路２００のＵ相入力端子ＣＨＵ、Ｖ相入力端子ＣＨＶ、Ｗ相入力端子ＣＨＷに一括接続している。
【００３１】
これにより、図１５に示した従来技術では、ロータ位置検出回路２１，２２と接続するために信号選択回路４０に合計１０個（電源端子及び共通端子を共通接続する場合には合計８個）の端子が必要であったのに対し、本実施形態では、図２に示す如くロータ位置検出回路２１，２２との接続には合計５個の端子を制御回路２００に設ければ良くなる。このため、端子数の減少による装置の小型化、簡素化、配線数の減少による配線作業の労力軽減が可能である。
【００３２】
同時に、図１に示したオープンコレクタ構成が従来の信号選択回路４０におけるＡＮＤ回路として機能するので、実質的に従来の信号選択回路４０が不要になり、回路構成を一層簡素化することができる。言い換えれば、図３に示すように各モータＭＡ，ＭＢのロータ位置検出回路２１，２２の出力端子を直接、制御回路２００内のスイッチング信号発生回路３０に接続すれば良くなる。
【００３３】
ここで、図４は、モータＭＡ，ＭＢが同期して運転されており、モータＭＡ，ＭＢのＵ相のロータ位置検出信号ＨＵＡ，ＨＵＢにずれがないときのタイミングチャートである。前述したようにロータ位置検出回路（Ｕ相）２１Ｕの出力側がオープンコレクタにより構成されているため、制御回路２００に入力される信号ＣＨＵは信号ＨＵＡ，ＨＵＢのＡＮＤ出力となる。従って、図１２、図１３と同一の機能を果たすことができる。
【００３４】
また、図５は、モータＭＡ，ＭＢが完全には同期しておらず、モータＭＡ，ＭＢのＵ相のロータ位置検出信号ＨＵＡ，ＨＵＢに若干のずれがあるときのタイミングチャートである。この場合にも、制御回路２００に入力される信号ＣＨＵは信号ＨＵＡ，ＨＵＢのＡＮＤ出力となり、図１２、図１４と同一の機能を果たすことができる。
すなわち、信号選択回路４０として図１２のアンド回路ＡＮＤを用いなくても従来と同様の作用を得ることができる。
【００３５】
なお、ＤＣブラシレスモータの駆動方式としては、図７に示した１２０°通電方形波駆動方式が良く用いられている。しかし、この方式は安定性が余り良くなく、振動や騒音が大きくなり易い。
一方、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制御方式も広く知られている。
そこで、請求項２に記載したように、上記正弦波ＰＷＭ制御方式を本実施形態における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、モータを一層安定して動作させることが可能である。
【００３６】
なお、本発明は、３台以上のＤＣブラシレスモータを並列駆動する場合にも適用することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、従来必要とされた信号選択回路を不要にし、また、ロータ位置検出回路に接続される制御回路の端子数を従来よりも削減できるため、配線の簡略化や接続端子数の減少が可能であり、配線作業の労力を軽減すると共に装置全体の構造の簡素化、小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の主要部の結線図である。
【図２】本発明の実施形態を示す結線図である。
【図３】本発明の実施形態を示す全体的な回路構成図である。
【図４】本発明の実施形態の動作を示すタイミングチャートである。
【図５】本発明の実施形態の動作を示すタイミングチャートである。
【図６】１台のＤＣブラシレスモータを駆動する従来技術の回路図である。
【図７】図６の動作を示すタイミングチャートである。
【図８】２台のブラシレスモータを駆動する従来技術の回路図である。
【図９】図８の動作を示すタイミングチャートである。
【図１０】先願発明に係る従来技術の回路図である。
【図１１】図１０の動作を示すタイミングチャートである。
【図１２】図１０における信号選択回路の構成図である。
【図１３】図１２の動作を示すタイミングチャートである。
【図１４】図１２の動作を示すタイミングチャートである。
【図１５】図１０の回路の具体的な配線図である。
【符号の説明】
Ｅ 直流電源
Ｔ１〜Ｔ６ スイッチング素子
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
ＴＡ，ＴＢ 出力トランジスタ
ＲＡ，ＲＢ プルアップ抵抗
ＨＵＡ，ＨＶＡ，ＨＷＡ，ＨＵＢ，ＨＶＢ，ＨＷＢ ロータ位置検出信号出力端子
Ｃ１，Ｃ１Ａ，Ｃ１Ｂ 電源端子
ＣＭ，ＣＭＡ，ＣＭＢ 共通端子
ＣＨＵ，ＣＨＶ，ＣＨＷ 入力端子
Ｕ，Ｖ，Ｗ 出力端子
ＵＡ，ＶＡ，ＷＡ，ＵＢ，ＶＢ，ＷＢ 入力端子
１１ ステータ
１２ ロータ
２１，２２，２１Ｕ，２２Ｕ ロータ位置検出回路
３０ スイッチング信号発生回路
２００ 制御回路
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並列駆動回路であって、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から作成した制御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において、
前記ロータ位置検出信号を出力するロータ位置検出回路の出力側をオープンコレクタにより構成し、複数台のモータの前記ロータ位置検出信号を各相ごとに一括接続して前記スイッチング信号発生手段に入力し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。 - 請求項１に記載したＤＣブラシレスモータの並列駆動回路において、
前記スイッチング信号発生手段が、スイッチング信号として正弦波ＰＷＭ制御方式によるＰＷＭパルスを出力することを特徴とするＤＣブラシレスモータの並列駆動回路。
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