JP2005110471A - モータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ駆動時の低振動、低騒音を簡素な構成で実現できるモータ駆動装置を提供することを目的とする。
【解決手段】３相の駆動コイル１１１〜１１５に対して通電を行う通電器１５０と、Ｎ極とＳ極に着磁された磁石を備えたロータの回転位置を検出するために、検出波形が電気角でそれぞれ約１２０°ずつ角度差があるように配置された３相分のホール素子１２１〜１２５と、ホール素子１２１〜１２５からの出力信号の２つを加減算し論理信号を出力する３相分の加減算回路１３１〜１３５と、論理信号から駆動コイル１１１〜１１５への通電パターン信号を生成する論理合成回路１４０とを備え、加減算回路１３１〜１３５のそれぞれ１相分へ、２相分のホール素子の信号を入力して生成された信号をそれぞれ１相分のロータの回転位置検出信号とし、通電パターン信号を生成して駆動することとしたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば空調機器、燃焼用ファンモータを搭載した給湯機、空気清浄機並びに複写機、プリンタ等の情報機器に使用されるブラシレスＤＣモータをはじめ、誘導モータやリラクタンスモータなどを駆動するのに好適なモータ駆動装置に関するものである。

例えば、空調機器、並びに複写機、プリンタ等の情報機器などに用いられる各種駆動用モータは、長寿命、高信頼性、速度制御の容易さなどの長所を活かして、ブラシレスＤＣモータが用いられることが多い（例えば、特許文献１参照。）。

図１０は、従来のモータ駆動装置の回路構成図であり、図１１は、図１０に示す同装置におけるモータ回転角（電気角）に対する各部の信号波形図である。

図１０に示すように、一般的に、ブラシレスＤＣモータ（以下、「モータ」という。）の駆動装置においては、ロータ位置をホール素子などからなる複数個の位置検出素子２２１、２２３および２２５にて検出する。加減算回路２３１．２３３および２３５は、入力されたロータ位置の信号ＨＵＰ、ＨＵＮ、ＨＶＰ、ＨＶＮ、ＨＷＰおよびＨＷＮの大小比較を行い、“Ｈｉ”と“Ｌｏ”で構成される論理信号として出力する。その信号から論理合成回路２４０は３相分配信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、およびＷＬを出力する。信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、およびＷＬは、通電器２５０内の６個のスイッチを順次オンまたはオフするように制御する。こうして、ステータに備えられた３相の駆動コイル２１１、２１３および２１５への給電は、図１１に示す信号Ｕ、Ｖ、Ｗのように、ロータ位置に応じて順次切り換えられてモータは回転する。

図１１はＨＵ、ＨＶおよびＨＷの角度差が正確に１２０°の場合である。この場合、各相への通電波形が同等であるため、モータに流れる電流Ｉｄｃの大きさは等しい。従って、電流Ｉｄｃにより発生するモータの回転トルクも脈動が少なく、モータ回転速度の脈動も少ないため、振動は抑えられている。しかし、例えばホール素子２２３がずれた場合は図１２のようになる。この場合、各相への給電波形が異なることにより、電流Ｉｄｃの大きさにバラツキ（脈動）が生じる。
特開２００１−３２７１８４号公報

しかしながら、上記従来のモータ駆動装置におけるホール素子の機械的な位置のずれにより生じる電流Ｉｄｃの脈動は、モータの回転トルクの脈動につながり、これがモータ回転速度の脈動の原因となった。

そして、これによりモータに振動が生じる結果となり、この振動がモータを搭載する機器と共振して騒音を生じたり、モータの振動が伝わって機器を振動させたりして、機器全体の品質・性能向上の阻害原因となることがあった。

本発明は、モータ駆動時の低振動、低騒音を簡素な構成で実現できるモータ駆動装置を提供することを目的とする。

本発明のモータ駆動装置は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、３相の駆動コ
イルを有する固定子と、Ｎ極とＳ極に着磁された磁石を備えたロータとを備えたモータを、前記駆動コイルに対して通電を行う通電器と、前記ロータの回転位置を検出するために、検出波形が電気角でそれぞれ約１２０°ずつ角度差があるように配置された３相分のホール素子と、前記ホール素子からの出力信号の２つを加減算し論理信号を出力する３相分の加減算回路と、前記論理信号から前記駆動コイルへの通電パターン信号を生成する論理合成回路とを備え、前記加減算回路のそれぞれ１相分へ、２相分のホール素子の信号を入力して生成された信号をそれぞれ１相分の前記ロータの回転位置検出信号とし、通電パターン信号を生成して駆動することとしたものである。

本発明のモータ駆動装置によれば、モータの振動・騒音を低減することが可能になり、これによってモータを搭載する機器との共振音を低減することができる。

また、低振動であることは回転むらも本質的に少なく、より高精度な制御の実現が可能となり、機器全体の性能向上に貢献できる。

本願の請求項１に係る発明は、固定子の３相の駆動コイルに対して通電を行う通電器と、Ｎ極とＳ極に着磁された磁石を備えたロータの回転位置を検出するために検出波形が電気角でそれぞれ約１２０°ずつ角度差があるように配置された３相分のホール素子と、前記ホール素子からの出力信号の２つを加減算し論理信号を出力する３相分の加減算回路と、前記論理信号から前記駆動コイルへの通電パターン信号を生成する論理合成回路から構成されるモータ駆動装置において、前記加減算回路のそれぞれ１相分へ、２相分のホール素子の信号を入力して生成された信号をそれぞれ１相分の前記ロータの回転位置検出信号とし、通電パターン信号を生成して駆動することを特徴とするモータ駆動装置であり、モータ電流Ｉｄｃの大きさのバラツキを抑制することができる。

請求項２に係る発明は、加減算回路に入力される信号が、ホール素子の出力信号から生成した略正弦波信号であることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置であり、ホール素子が出力する信号波形に関係なく、精度良くモータ電流Ｉｄｃの大きさのバラツキを抑制できるので、ロータの着磁も自由な波形とできる。

請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載のモータ駆動装置により駆動されることを特徴とするモータであり、低騒音、低振動を実現したモータである。

以下、本発明の一具体例について、図面を参照しながら説明する。

図１において、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相からなる３相の駆動コイル１１１、１１３および１１５は、通電器１５０に接続されている。

Ｕ相位置検出器１２１、Ｖ相位置検出器１２３およびＷ相位置検出器１２５は、ホール素子などで構成され、モータの可動子（図示せず。なお、回転運動型のモータではロータ、リニア運動型のモータでは可動子をいい、以下、「ロータ」という。）の各Ｕ、Ｖ、Ｗ相駆動コイル１１１、１１３および１１５に対する位置を検出する。

Ｕ相位置検出器１２１、Ｖ相位置検出器１２３およびＷ相位置検出器１２５から出力されるそれぞれの位置検出信号ＨＵ＋、ＨＶ＋およびＨＷ＋は、加減算回路１３０にＨＵＰ、ＨＵＮ、ＨＶＰ、ＨＶＮ、ＨＷＰおよびＨＷＮとして入力される。

加減算回路群１３０は、図２に示すように、１８０°矩形波となる信号ＨＵ、ＨＶおよびＨＷを出力し、その信号は論理合成回路１４０に入力される。

論理合成回路１４０は入力された信号から電圧印加の間”Ｈ”レベルとなる信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬを出力する。

なお、信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬは、”Ｈ”レベルのとき、通電器１５０内のトランジスタがオンし、逆に”Ｌ”レベルのときオフするように構成している。

上記のように構成された実施例の駆動装置における動作について、図１に示す駆動装置の各信号のタイムチャートを示す図２を参照し説明を加える。

加減算回路への入力信号ＨＵＰ、ＨＵＮ、ＨＶＰ、ＨＶＮ、ＨＷＰおよびＨＷＮは、それぞれホール素子の出力信号ＨＵ＋、ＨＷ＋、ＨＶ＋、ＨＵ＋、ＨＷ＋およびＨＶ＋とする。このように、加減算回路１３１、１３３および１３５に約１２０°の角度差を持つ２つの正弦波信号を入力して構成した加減算回路群１３０では、元々のホール素子信号が角度差１２０°に角度誤差αを含んでいた場合、その出力ＨＵ、ＨＶおよびＨＷの角度誤差はα／２となる。これは式１より導き出される。

式１では加減算回路で行われる２つの信号の大小比較を、２つの信号の引き算で代用した。元の信号のずれαが、１２０°角度差のある信号を引くことにより、α／２となる。この際に生じる固定角度誤差の−３０°はホール素子等の配置移動により解消できる。

この出力を用いて論理合成回路にてＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨおよびＷＬを作り、通電器によりＵ、ＶおよびＷのような波形をコイルに給電する。角度誤差がαからα／２となることにより、各相への給電波形の相違は抑えられ、電流Ｉｄｃの大きさのバラツキも少なくなり、モータの回転トルクおよび回転速度の脈動も抑えられ振動を軽減できる。

なお、上記実施例において、ホール素子の配置は１２０度としているが、モータ等を構成する部品、その他の部品により当該配置が困難な場合、加減算回路の計算方法により結
果としてそれぞれ約１２０°ずつ角度差があるものと同じようにすればよい。

また、上記実施例において、信号ＨＵ、ＨＶおよびＨＷを論理合成回路１４０に入力し、図２に示すような矩形波信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬを生成しているが、信号ＨＵ、ＨＶ及びＨＷを用いて、その他の形状波信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬを生成する信号処理回路、例えば正弦波信号生成回路、であっても有効である。

また、各種信号処理は、アナログあるいはディジタル回路によるハードウェア処理により実現することも可能である。

さらに、マイコン、ＤＳＰなどソフトウエア処理を用いて行っても良く、さらに、ＩＣ化あるいはＬＳＩ化してもよい。

次に、ホール素子の出力信号ＨＵ＋、ＨＷ＋、ＨＶ＋、ＨＵ＋、ＨＷ＋およびＨＶ＋が矩形波等の正弦波でない信号である場合について説明する。なお、その他構成については上記実施例１と同様であり、その説明は省略する。

効率の維持などのためにロータの着磁波形を優先し、ホール素子の出力信号が高次成分などを含み正弦波とならない場合では、式１に示されるような結果を得られない場合がある。そのような場合、ホール素子の出力信号を用いて、正弦波波形を生成し、その生成信号を用いる。

具体的には、ホール素子の出力信号からその信号の周期を計測し、予め定義されている正弦波波形を同周期で出力する回路を用いたり、または、ホール素子の信号から高次成分を除く信号処理をして出力する回路を用いる。

また、各種信号処理は、アナログあるいはディジタル回路によるハードウェア処理により実現することも可能である。

さらに、マイコン、ＤＳＰなどソフトウエア処理を用いて行っても良く、さらに、ＩＣ化あるいはＬＳＩ化してもよい。

上記実施例に係るモータ駆動装置によるモータ応用機器について図３から図９に示す。このような機器にはその内部に駆動部を有しており、これを本発明のモータ駆動装置によるモータ３０１から３０８で駆動している。

例えば、図３に示す空調機器では、室内機および室外機のファン、図４に示すガス給湯器では燃焼のために用いる空気送風用のファン、図５に示す空気清浄機では空気吸込用のファン、また、図６に示すプリンタ若しくは図７に示す複写機では、用紙排出用等に用いられる回転部、さらに図８に示すＤＶＤ等その他の光メディア機器若しくは図９に示すハードディスク機器の記録媒体を回転させている。

特に、低振動および低騒音が要求される電気機器に搭載されるモータに適用できる。

本発明の実施例におけるモータ駆動装置の回路構成図 本発明の実施例におけるモータ駆動装置の動作を説明する図 空調機器の構造を示す構成図 給湯機の構造を示す構成図 空気清浄機の構造を示す構成図 プリンタの構造を示す構成図 複写機の構造を示す構成図 光メディア機器の構造を示す構成図 ハードディスク機器の構造を示す構成図 従来技術におけるモータ駆動装置の回路構成図 従来技術におけるモータ駆動装置の動作を説明する図 従来技術におけるモータ駆動装置の動作を説明する図

符号の説明

１１１ Ｕ相コイル
１１３ Ｖ相コイル
１１５ Ｗ相コイル
１２１ Ｕ相位置検出器
１２３ Ｖ相位置検出器
１２５ Ｗ相位置検出器
１３０ 加減算回路群
１３１、１３３、１３５ 加減算回路
１４０ 論理合成回路
１５０ 通電器

Claims (3)

1. 固定子の３相の駆動コイルに対して通電を行う通電器と、Ｎ極とＳ極に着磁された磁石を備えたロータの回転位置を検出するために検出波形が電気角でそれぞれ約１２０°ずつ角度差があるように配置された３相分のホール素子と、前記ホール素子からの出力信号の２つを加減算し論理信号を出力する３相分の加減算回路と、前記論理信号から前記駆動コイルへの通電パターン信号を生成する論理合成回路から構成されるモータ駆動装置において、前記加減算回路のそれぞれ１相分へ、２相分のホール素子の信号を入力して生成された信号をそれぞれ１相分の前記ロータの回転位置検出信号とし、通電パターン信号を生成して駆動することを特徴とするモータ駆動装置。
2. 加減算回路に入力される信号が、ホール素子の出力信号から生成した略正弦波信号であることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のモータ駆動装置により駆動されることを特徴とするモータ。
   
   

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