JP2007159333A - ブラシレスモータ、ブラシレスモータシステム及び制御回路 - Google Patents

Abstract

【課題】ブリッジ回路の短絡時間を低減する。
【解決手段】界磁コイルに矩形波電圧を印加し、回転磁界を発生させるブリッジ回路３４と、前記回転磁界の回転方向を切り替える方向信号及び前記矩形波電圧のパルス幅を制御するパルス幅信号を入力する制御回路２０とを備えるブラシレスモータユニット５０であって、前記ブリッジ回路３４は、前記回転方向を切り替えるときに、ＯＦＦ状態からＯＮ状態に遷移するスイッチング素子への遷移指令を少なくとも所定時間遅延する。これにより、スイッチング素子の短絡状態が低減し、発熱が減少する。
【選択図】図８

Description

本発明は、回転方向を反転させることを可能としたブラシレスモータ、ブラシレスモータシステム及び制御回路に関する。

ブラシレスモータは、複数の界磁コイルに順次電流を流すことにより回転磁界を発生し、磁化されたロータを回転させるものである。ブラシレスモータは、界磁コイルに電流を流すためのブリッジ回路及び回転磁界の回転角を検出するための複数の磁気センサが必要になる一方、摩耗するブラシを用いないので寿命が長い。また、ブラシ付きＤＣモータは、印加する電圧の極性を反転させることにより、回転方向を反転させ、印加電圧を可変することにより回転速度が変化する。
特許文献１には、ブラシ付きＤＣモータに印加する電圧信号を用いてブラシレスモータを駆動する制御装置が開示されている。
特開平１１−３３２２８２号公報 （図１）

ところで、従来はモータの回転角度と目標角度とを比較することにより位置制御を行う場合に、ブラシ付きＤＣモータに駆動回路を設け、正転／反転入力及びＰＷＭ入力を用いた制御が行われている。
この場合に、ブラシ付きＤＣモータをブラシレスモータに置換する場合も、正転／反転入力とＰＷＭ入力とによって制御を行うことが好ましい。
ところが、トランジスタには、ベース電流を遮断してもコレクタ電流が流れ続ける小数キャリア蓄積時間及び遅延時間が存在する。これにより、正転／反転を切り替える際に、駆動回路に使用されるブリッジ回路の短絡時間が発生し、この短絡が発熱の原因になり、ひいては回路寿命が低下する問題がある。

そこで、本発明は、ブリッジ回路の短絡時間を低減することを課題とする。

前記課題を解決するため、請求項１に係る発明のブラシレスモータは、界磁コイルに矩形波電圧を印加し、回転磁界を発生させるブリッジ回路と、前記回転磁界の回転方向を切り替える方向信号及び前記矩形波電圧のパルス幅を制御するパルス幅信号を入力する制御回路とを備えるブラシレスモータであって、前記ブリッジ回路は、前記回転方向を切り替えるときに、ＯＦＦ状態からＯＮ状態に遷移するスイッチング素子への遷移指令を少なくとも所定時間遅延することを特徴とする。

ブリッジ回路は、ＯＮ状態からＯＦＦ状態に遷移するスイッチング素子と、ＯＦＦ状態からＯＮ状態に遷移するスイッチング素子とが直列に接続されており、双方のスイッチング素子に遅延時間が存在する。回転方向が切り替わる際に、ＯＦＦ状態からＯＮ状態に遷移するスイッチング素子の遷移指令を所定時間だけ遅延させることにより、双方のスイッチング素子がＯＮ状態となる時間である短絡時間が低減する。

請求項２に係る発明は、前記ブラシレスモータにおいて、前記スイッチング素子は、トランジスタであり、前記所定時間は、前記トランジスタのベース電流を遮断してからコレクタ電流がオフするまでの蓄積時間とコレクタ電圧の立ち上がり時間とこれらの温度変化による変動時間とを加算した時間であることを特徴とする。トランジスタは、ＯＮ状態からＯＦＦ状態に遷移する際に、ベース電流を遮断してもコレクタ電流が流れ続ける蓄積時間が存在する。この場合でも、ＯＦＦ状態からＯＮ状態に遷移するスイッチング素子の動作を少なくとも蓄積時間とコレクタ電圧の立ち上がり時間とを加算した時間だけ遅延させることにより、２つのトランジスタがＯＮ状態となる時間である短絡時間が低減する。さらに、これらの温度変化による変動時間を遅延させることにより、温度変化による変動にも対応することができる。

また、請求項３に係る発明によれば、前記ブラシレスモータにおいて、前記制御回路は、前記界磁コイルに印加する前記矩形波電圧のパルス幅を制御するパルス幅信号が入力され、前記方向信号は、前記パルス幅信号が中間電位よりも高い値に重畳されているか低い値に重畳されているかによって伝送される信号であり、前記方向信号と前記パルス幅信号とは同一の信号線により伝送されることを特徴とする。これによれば、方向信号とパルス幅信号とが同一の信号線で伝送されるので配線数を減少させることができる。

また、請求項４に係る発明のブラシレスモータシステムによれば、ブラシレスモータの回転方向を切り替える方向信号と、界磁コイルに印加する矩形波電圧のパルス幅を制御するパルス幅信号とを用いて前記ブラシレスモータを駆動するブリッジ回路と、前記ブラシレスモータの回転角度を示す角度信号及び目標値を用いて、前記方向信号及び前記パルス幅信号を生成する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記回転方向が切り替わるときに前記パルス幅信号を所定時間無効に設定することを特徴とする。

これによれば、ブラシレスモータの回転方向が切り替わるときに、界磁コイルに印加する矩形波電圧のパルス幅を制御するパルス幅信号が所定時間無効に設定されることから、ブリッジ回路を構成するスイッチング素子がオフ状態となる。これにより、直列接続された複数のスイッチング素子が同時にＯＮ状態となる時間である短絡時間が低減する。

また、請求項５に係る発明のブラシレスモータシステムは、ブラシレスモータの回転方向を切り替える方向信号と、界磁コイルに印加する矩形波電圧のパルス幅を制御するパルス幅信号とを用いて前記ブラシレスモータを駆動するブリッジ回路と、前記ブラシレスモータの回転角度を示す角度信号及び目標値を用いて、前記方向信号及び前記パルス幅信号を生成する制御回路とを備え、前記制御回路は、コンピュータと、前記コンピュータにより実行され、前記回転方向が切り替わるときに前記パルス幅信号を所定時間無効に設定するプログラムとを備えていることを特徴とする。

これによれば、ブラシレスモータの回転方向が切り替わるときに、界磁コイルに印加する矩形波電圧のパルス幅を制御するパルス幅信号が所定時間無効に設定されることから、ブリッジ回路を構成するスイッチング素子がオフ状態となる。これにより、直列接続された複数のスイッチング素子が同時にＯＮ状態となる時間である短絡時間が低減する。

請求項６に係る発明の制御回路は、接続されるモータユニットの回転位置を帰還する帰還信号と目標信号とから前記モータユニットの回転方向を切り替える方向信号及び前記モータユニットの界磁コイルに印加する矩形波電圧のパルス幅を制御するパルス幅信号を生成し、前記回転方向を切り替えるときに、前記パルス幅信号の値を所定時間無効に設定することを特徴とする。

これによれば、モータユニットの回転方向が切り替わるときに、界磁コイルに印加する矩形波電圧のパルス幅を制御するパルス幅信号が所定時間無効に設定されることから、ブリッジ回路が一時的にオフ状態となる。これにより、ブリッジ回路が同時にＯＮ状態となる時間である短絡時間が低減する。

請求項７に係る発明は、前記制御回路において、前記モータユニットは、前記制御回路の出力信号を用いて界磁コイルに矩形波電圧を印加する複数のスイッチング素子が備えられ、回転方向を切り替えるときに、ＯＦＦ状態からＯＮ状態に遷移する前記スイッチング素子の遷移指令を少なくとも所定時間の遅延をさせることを特徴とする。

これによれば、ブリッジ回路を構成する複数のスイッチング素子の中でＯＦＦ状態からＯＮ状態に遷移するスイッチング素子が遅延するので、他のスイッチング素子は、遅延が無くＯＮ状態からＯＦＦ状態に遷移する。

請求項８に係る発明の制御回路は、接続されるモータユニットの回転角度を示す角度信号及び目標値を用いて、前記モータユニットの回転方向を切り替える方向信号と、前記モータユニットの界磁コイルに印加する矩形波電圧のパルス幅を制御するパルス幅信号とを生成し、前記回転方向を切り替えるときに、前記パルス幅信号を所定時間無効に設定するプログラムを備えていることを特徴とする。

これによれば、モータユニットの回転方向が切り替わるときに、界磁コイルに印加する矩形波電圧のパルス幅を制御するパルス幅信号が所定時間無効に設定されることから、ブリッジ回路が一時的にオフ状態となる。これにより、ブリッジ回路が同時にＯＮ状態となる時間である短絡時間が低減する。

請求項９に係る発明は、請求項８の制御回路において、前記モータユニットは、複数の界磁コイルを備える多相ブラシレスモータと、前記多相ブラシレスモータの回転位置を検出する複数のホール素子とを有し、前記複数のホール素子の出力信号を用いて、通電される前記界磁コイルを切り替えることを特徴とする。

これによれば、複数のホール素子が検出する回転位置に対応して、通電する界磁コイルが切り替えられる。

本発明によれば、ブリッジ回路の短絡時間が低減するブラシレスモータ、ブラシレスモータシステム及び制御回路を提供することができる。

（第１実施形態）
本発明の一実施形態であるブラシレスモータシステムの構成を図面を用いて説明する。図１において、ブラシレスモータシステム１００は、モータユニット５２と、制御回路２２と、角度センサ４０とを備え、モータユニット５２の回転角を角度センサ４０が検出して、この回転角を帰還信号として制御回路２２に帰還し、フィードバック制御するように構成されている。また、制御回路２２は制御用マイコン１０と合成回路５とを備え、モータユニット５２を制御する合成信号Ｖ−ＰＲＭを生成している。なお、モータユニット５２と制御回路２２とは、電源線Ｖ−ＢＡＴＴ、接地線ＧＮＤ及び１本の信号線Ｖ−ＰＲＭで接続されている。

制御用マイコン１０は、偏差演算手段１と、ＰＷＭ演算手段２と、信号生成手段４とを備え、モータユニット５２の回転方向を規定するＣＷ／ＣＣＷ信号（Clock Wise／Counter Clock Wise信号）と、界磁コイル（図２のＬＵ，ＬＶ，ＬＷ）に印加する三相矩形波電圧のデューティ比を規定するＰＷＭ信号（Pulse Width Modulation信号）とを生成している。これらの手段はＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭからなるコンピュータ及びプログラムによって実現される。合成回路５は、ＣＷ／ＣＣＷ信号とＰＷＭ信号とを合成信号Ｖ−ＰＲＭに合成し、１本の伝送線で伝送できるように構成されている。

モータユニット５２は、分離回路３０と、エンコードロジック３２と、三相ブリッジ回路３４と、ブラシレスモータ３６と、減速機構４２と、ホール素子３８とを備えている。
分離回路３０は、合成信号Ｖ−ＰＲＭをＣＷ／ＣＣＷ信号とＰＷＭ信号とに分離するものである。ブラシレスモータ３６は、複数の駆動コイルである複数の界磁コイルによって生成される回転磁界を用いて、磁性体からなる図示しないロータが回転するものである。三相ブリッジ回路３４は、三相出力端Ｕ，Ｖ，Ｗを介して、ブラシレスモータ３６の界磁コイルに三相矩形波電圧を供給するものである。減速機構４２は、ブラシレスモータ３６のロータ回転速度を機械的に減速し、トルクを増大するものである。ホール素子３８は、３個のホール素子を用いて、磁化されたロータの回転位置を検出するものである。エンコードロジック３２は、ＣＷ／ＣＣＷ信号とＰＷＭ信号とホール素子３８の出力信号とから三相ブリッジ回路３４内部のトランジスタに流すベース電流を生成するロジック回路である。

角度センサ４０は、減速機構４２が出力する機械的な回転角を検出するものであり、例えば、ロータリーエンコーダが使用される。

図２を参照して、三相ブリッジ回路３４とブラシレスモータ３６に使用されている界磁コイルの回路構成を具体的に説明する。三相ブリッジ回路３４は、スイッチング素子であるトランジスタＴＲ１，ＴＲ２，ＴＲ３，ＴＲ４，ＴＲ５，ＴＲ６を備え、トランジスタＴＲ１，ＴＲ３，ＴＲ５のコレクタ端が電源Ｖｃｃに接続され、ＴＲ２，ＴＲ４，ＴＲ６のエミッタ端が接地ＧＮＤに接続されている。また、トランジスタＴＲ１のエミッタ端とトランジスタＴＲ２のコレクタ端とが三相出力端Ｗに接続されている。同様に、トランジスタＴＲ３のエミッタ端とトランジスタＴＲ４のコレクタ端とが三相出力端Ｖに接続され、トランジスタＴＲ５のエミッタ端とトランジスタＴＲ６のコレクタ端とが三相出力端Ｕに接続されている。

図２において、ブラシレスモータ３６は、界磁コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷを備えて構成され、各界磁コイルの一端が各々接続され、界磁コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷがＹ結線されている。また、界磁コイルＬＵの他端が三相出力端Ｕに接続され、界磁コイルＬＶの他端が三相出力端Ｖに接続され、界磁コイルＬＷの他端が三相出力端Ｗに接続されている。なお、ブラシレスモータ３６は、三相接続された界磁コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷを複数備えた多極に接続することも行われる。

また、ホール素子３８は、３個のホール素子３８ａ，３８ｂ，３８ｃから構成され、ホール素子３８ａ，３８ｂ，３８ｃは、各界磁コイルＬＵ，ＬＶ，ＬＷの近傍に設置され、何れのホール素子３８ａ，３８ｂ，３８ｃの出力が変化するかによって、ロータの回転位置（回転角度）を検出している。

図３を参照して、分離回路３０の回路構成及び合成回路５の出力回路を説明する。
合成回路５の出力回路は、トランジスタＴＲ７，ＴＲ８及び抵抗器Ｒ２０，Ｒ２１を備えるプッシュプル回路により構成され、任意の出力電圧を生成することができる。ここでは、後記するようにＣＷ信号とＰＷＭ信号とを合成した合成信号Ｖ−ＰＲＭを生成している。

分離回路３０は、オペアンプＯＰ１，ＯＰ２と、ゲートＩＣ１乃至ＩＣ６と、抵抗器Ｒ１乃至Ｒ１２と、コンデンサＣ１とを備えている。一端が合成信号Ｖ−ＰＲＭの入力端に接続されている抵抗器Ｒ１の他端と、一端が電源Ｖｃｃに接続されている抵抗器Ｒ２と一端が接地されている抵抗器Ｒ５の他端とが、オペアンプＯＰ１，ＯＰ２の反転入力（−）に接続されている。一方、一端が電源Ｖｃｃに接続されている抵抗器Ｒ３の他端と、一端が接地されている抵抗器Ｒ６の他端と、一端がオペアンプＯＰ２の出力に接続されている抵抗器Ｒ９の他端とがオペアンプＯＰ２の非反転入力（＋）に接続されている。同様に、一端が電源Ｖｃｃに接続されている抵抗器Ｒ４の他端と、一端が接地されている抵抗器Ｒ７の他端と、一端がオペアンプＯＰ１の出力に接続されている抵抗器Ｒ８の他端とがオペアンプＯＰ２の非反転入力（＋）に接続されている。オペアンプＯＰ１，ＯＰ２を主要部とするこれらの回路はウィンドウコンパレータを構成している。なお、オペアンプＯＰ１，ＯＰ２は、オープンコレクタ出力され、抵抗器Ｒ１０，Ｒ１１を用いてプルアップされている。

また、電源Ｖｃｃは三相ブリッジ回路３４の電源Ｍｏｔｏｒ／Ｐｏｗｅｒに接続され、オペアンプＯＰ２の出力はインバータを構成するゲートＩＣ１を用いて論理を反転させている。

オペアンプＯＰ１が出力するＣＷ／ＰＷＭ信号は、ゲートＩＣ２，ＩＣ３からなるＲＳフリップフロップ回路のＳ端子に入力され、ゲートＩＣ１が出力するＣＣＷ／ＰＷＭ信号は、そのＲＳフリップフロップ回路のＲ端子に入力されている。ＲＳフリップフロップ回路は、ＮＡＮＤゲートである２つのゲートＩＣ１，ＩＣ２から構成され、ゲートＩＣ１の一の入力端がゲートＩＣ２の出力に接続され、ゲートＩＣ２の一の入力端がゲートＩＣ１の出力に接続されている。ゲートＩＣ１の他の入力端がＳ端子であり、ゲートＩＣの他の入力端がＲ端子である。

ＲＳフリップフロップの出力ＱであるゲートＩＣ３の出力は、ＨｉｇｈレベルのときがＣＷ信号であり、ＬｏｗレベルのときがＣＣＷ信号である。２入力のエクスクルーシブＮＯＲであるゲートＩＣ５の一の入力端にゲートＩＣ３の出力が入力されている。また、ゲートＩＣ５の他の入力端に抵抗器Ｒ１２及びコンデンサＣ１による積分回路によって遅延されたゲートＩＣ３の出力信号が入力されている。なお、エクスクルーシブＮＯＲは、入力が共に違う論理のときのみＬｏｗレベルとなり、それ以外はＨｉｇｈレベルとなるゲートである。

また、ＣＷ／ＰＷＭ信号及びＣＣＷ／ＰＷＭ信号のＮＡＮＤ信号がゲートＩＣ４により生成され、ＮＡＮＤ信号とゲートＩＣ５の出力信号ＰＡＵＳＥとが、ＮＡＮＤゲートであるゲートＩＣ６に入力され、反転ＰＷＭ信号が生成される。

図４を参照してエンコードロジック３２の回路機能を説明する。
エンコードロジック３２は、図２に示されるホール素子３８ａ，３８ｂ，３８ｃの出力信号Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３及びＣＷ／ＣＣＷ信号を用いて三相ブリッジ回路３４のトランジスタＴＲ１，ＴＲ３，ＴＲ５を駆動するためのロジック信号ＵＨ，ＶＨ，ＷＨを生成する。同様に、エンコードロジック３２は、トランジスタＴＲ２，ＴＲ４，ＴＲ６を駆動するためのロジック信号ＵＬ，ＶＬ，ＷＬを生成する。これらのエンコード表を図５に示す。例えば、正転（ＣＷ）状態において、ホ−ル素子３８ａの出力Ｈ１がＨｉｇｈレベル、ホ−ル素子３８ｂの出力Ｈ２がＬｏｗレベル、ホ−ル素子３８ｃの出力Ｈ３がＨｉｇｈレベルであるとき、ＶＨ出力及びＵＬ出力がＨｉｇｈレベルにエンコードされる。更に、エンコードロジック３２は、ロジック信号ＵＬ，ＶＬ，ＷＬとＰＷＭ信号とからロジック信号ＵＬ（ＰＷＭ），ＶＬ（ＰＷＭ），ＷＬ（ＰＷＭ）を生成する。

次に、図６を参照して分離回路３０の動作を説明する。
図６（ａ）に示すＶ−ＰＲＭ信号は、ＣＷ／ＣＣＷ信号とＰＷＭ信号とが重畳された信号であり、電源電位Ｖｃｃと接地電位との中間電位に対して、正電位のＰＷＭ信号が重畳されているときがＣＷ状態であり、負電位のＰＷＭ信号が重畳されているときがＣＣＷ状態である。
オペアンプＯＰ１（図３参照）が構成するウィンドウコンパレータによって、Ｖ_ＣＷ（ＴＨ）の範囲内の電圧が切り取られ、図６（ｂ）に示されるＣＷ／ＰＷＭ信号が生成される。また、オペアンプＯＰ２が構成するウィンドウコンパレータによって、Ｖ_ＣＣＷ（ＴＨ）の範囲内の電圧が切り取られ、図６（ｃ）に示される反転ＣＣＷ／ＰＷＭ信号が生成される。そして、ゲートＩＣ１からなるインバータにより論理が反転し、図６（ｄ）に示されるＣＣＷ／ＰＷＭ信号が生成される。更に、ＣＷ／ＰＷＭ信号とＣＣＷ／ＰＷＭ信号とがＲＳフリップフロップに入力されることにより、出力Ｑに図６（ｅ）に示されるＣＷ信号が生成される。そして、ゲートＩＣ５の出力には、ＣＷ信号と、この信号が積分されて遅延して生成されたＤｅｌａｙｅｄ−Ｑ信号（図６（ｆ）参照）とを用いて生成されたＰＡＵＳＥ信号が生成される（図６（ｇ）参照）。

また、ＣＷ／ＰＷＭ信号とＣＣＷ／ＰＷＭ信号とがゲートＩＣ４を介することにより、ＰＷＭ信号を生成し、このＰＷＭ信号と、ＰＡＵＳＥ信号とがゲートＩＣ６を介して反転ＰＷＭ信号が生成される。すなわち、ＣＷ／ＰＷＭ信号とＣＣＷ／ＰＷＭ信号との論理積を行うことによりＰＷＭ信号が生成され、このＰＷＭ信号とＰＡＵＳＥ信号との論理積の信号がエンコードロジック３２に出力される。

次に、図７を参照して、三相ブリッジ回路３４の動作を説明する。
図７（ａ）及び図７（ｂ）は、一般的なトランジスタのスイッチング特性を説明するための図である。図７（ａ）において、トランジスタのコレクタ端は、抵抗器Ｚを介して電源に接続されており、エミッタ端は接地されている。適切なベース電流を流すことによって、図７（ｂ）に示すような矩形波状のベース電圧Ｖ_ＢＥが発生する。ベース電圧Ｖ_ＢＥの立ち上がりタイミング（ｔ１）には、コレクタ電流Ｉ_Ｃの変化に伴い、コレクタ電圧Ｖ_ＣＥは、立ち下がり時間ｔｆ＝ｔ２−ｔ１で立ち下がり、接地電位となる。また、ベース電圧Ｖ_ＢＥの立ち下がりタイミング（ｔ３）においては、直ちにコレクタ電圧が立ち上がらずに蓄積時間ｔ_ｓｔの間コレクタ電圧Ｖ_ＣＥが接地電位となっている。蓄積時間ｔ_ｓｔの終了時刻ｔ４には、徐々にコレクタ電圧Ｖ_ＣＥが立ち上がり時間ｔｒ＝ｔ５−ｔ４で立ち上がる。

次に、三相ブリッジ回路３４のスイッチングタイミングについて説明する。図７（ｃ）はＶ，Ｗ相の界磁コイルＬＶ，ＬＷを駆動するトランジスタＴＲ１乃至ＴＲ４について記載しており、Ｕ相の界磁コイルＬＵを駆動するトランジスタＴＲ５，ＴＲ６については省略している。
図８（ａ）は、比較のために従来の技術を用いたスイッチングタイミングを示すものである。Ａ，Ｃ，Ｂ，Ｄは、トランジスタＴＲ３，ＴＲ１，ＴＲ２，ＴＲ４のベース電圧Ｖ_ＢＥのタイミングを示す。また、ａ，ｃ，ｂ，ｄは、トランジスタＴＲ３，ＴＲ１，ＴＲ２，ＴＲ４のコレクタ電圧Ｖ_ＣＥを示す。ブラシレスモータ３６をＣＷ方向に回転させるためにトランジスタＴＲ３，ＴＲ２を導通させてから、ＣＣＷ方向に反転させるためにトランジスタＴＲ１，ＴＲ４を導通させる。

この反転タイミングにおいて、トランジスタＴＲ３，ＴＲ２のベース電圧Ｖ_ＢＥを接地電位に遷移させても、コレクタ電圧Ｖ_ＣＥは、蓄積時間ｔ_ｓｔの間導通状態が続き、立ち上がり時間Ｔｒで立ち上がる（ａ，ｂ及び図７（ｃ）の矢印参照）。一方、トランジスタＴＲ１，ＴＲ４も立ち下がり時間Ｔｆを介して、導通状態に遷移している（ｃ，ｄ参照）。このため、トランジスタＴＲ３，ＴＲ４の短絡状態及びトランジスタＴＲ１，ＴＲ２の短絡状態が発生している。これにより、トランジスタが発熱し、寿命が短くなる。

次に、本実施形態で使用されるスイッチングタイミングについて図７（ｃ）及び図８（ｂ）を参照して説明する。短絡状態を回避するために、トランジスタＴＲ３，ＴＲ２の蓄積時間ｔ_ｓｔ、立ち上がり時間Ｔｒ及び温度変化による変動を加算した時間Ｔｏの和である遅延時間Ｔが終了してから、トランジスタＴＲ１，ＴＲ４を導通状態に遷移させている（Ｃ，Ｄ，ｃ，ｄ参照）。これにより、トランジスタＴＲ３，ＴＲ２のみが導通状態となり、トランジスタＴＲ１，ＴＲ４が開放状態となるので、トランジスタＴＲ３，ＴＲ４の短絡状態及びトランジスタＴＲ１，ＴＲ２の短絡状態が発生することはない。ここで、遅延時間Ｔは、温度変化による変動を加算しているものの、立ち下がり時間Ｔｆを加える必要がないので、最小の遅延時間で済んでいる。

以上説明したように本実施形態によれば、ＣＷ／ＣＣＷ信号が変化したときに、ＰＡＵＳＥ信号を生成し、エンコードロジック３２に入力されるＰＷＭ信号を蓄積時間ｔ_ｓｔ以上遅延させることができる。これにより、オフ状態からオン状態への遷移が遅延し、トランジスタの短絡状態が回避され、トランジスタの発熱低減、寿命増大を図ることができる。なお、トランジスタＴＲ１，ＴＲ４の何れかの導通状態の遷移を遅延させても発熱の低減を図ることができる。

（第２実施形態）
第１実施形態は、分離回路３０の中で回転方向が反転する回転方向反転時に遅延信号を生成したが、制御回路の中でソフトウェア的に遅延させることができる。
図９に本実施形態のブラシレスモータシステムの構成図を示す。ここで、図１に示したものと同一のものには同一の符号を付し、説明を省略する。

図９において、ブラシレスモータシステム１１０は、モータユニット５０と、制御回路２０と、角度センサ４０とを備え、モータユニット５０と制御回路２０とは電源線Ｖ−ＢＡＴＴ、接地線ＧＮＤ及び２つの信号線ＣＷ／ＣＣＷ，ＰＷＭにより接続されている。モータユニット５０は、エンコードロジック３２と、三相ブリッジ回路３４と、ブラシレスモータ３６と、減速機構４２と、ホール素子３８とを備えている。すなわち、図１に示されるモータユニット５２とは、分離回路３０が設けられていない点が相違する。制御回路２０は、制御用マイコン１０を備え、ＰＷＭ信号及びＣＷ／ＣＣＷ信号を出力する。ここで、制御用マイコン１０は、偏差演算手段１と、ＰＷＭ演算手段２と、遅延判定手段３と、信号生成手段４とを備えている。

遅延判定手段３は、ＰＷＭ演算手段２の出力信号の正負を判定することにより、回転方向の反転タイミングを検出するものである。信号生成手段４は、ＰＷＭ演算手段２の出力信号及び遅延判定手段３の出力信号を用いてＣＷ／ＣＣＷ信号及びＰＷＭ信号を生成する。

次に図１０のフローチートを参照して、制御用マイコン１０がＣＷ／ＣＣＷ信号及びＰＷＭ信号を生成する方法を説明する。
図９に示されるルーチンは、例えば、１００μSEC又は２ｍSECの周期で定周期割込が行われる。
Ｓ１０では、偏差演算手段１のプログラムが、角度センサ４０の出力信号と目標値（目標回転角度）との差分である偏差を算出する。Ｓ１２では、ＰＷＭ演算手段２のプログラムが、ＰＷＭのＤＵＴＹ値を偏差に基づいて演算する。すなわち、Ｓ１０で算出された偏差が大きければ大きなＤＵＴＹ値が演算され、偏差が小さければ小さなＤＵＴＹ値が演算される。Ｓ１４では、遅延判定手段３のプログラムが、操作量であるＰＷＭ値が負の値であるか否かを判定する。偏差に基づくＰＷＭ値が負であれば（Ｓ１４でＹＥＳ）、Ｓ１６に進み、時計廻り回転方向を示すＣＷフラグをセットする。そして、処理はＳ１８に進み、操作量（ＰＷＭ値）の正負に変化が生じたか否かが判定される。変化がなければ（Ｓ１８においてＮＯ）、処理はＳ３２に進み、信号生成手段４は、ＣＷ／ＣＣＷポートをＨｉｇｈレベルに設定する。そして、処理はＳ３４に進み、ＤＵＴＹ値の出力変化が有るか否かが判定される。出力変化が有れば（Ｓ３４でＹＥＳ）、処理はＳ３６に進み、ＤＵＴＹ値がＰＷＭ信号として出力される。そして、元のルーチンに戻る。一方、Ｓ３４において、出力変化がなければ（Ｓ３４でＮＯ）、そのまま元のルーチンに戻る。

一方、Ｓ１４においてＰＷＭ値が正であれば（Ｓ１４でＮＯ）、処理はＳ４０に進み、反時計廻りの回転方向を示すＣＣＷフラグをセットする。そして、処理はＳ４２に進み、操作量（ＰＷＭ値）の正負に変化が生じたか否かが判定される。変化がなければ（Ｓ４２においてＮＯ）、処理はＳ４４に進み、信号生成手段４は、ＣＷ／ＣＣＷ ポートをＬｏｗレベルに設定する。そして、処理はＳ３４，Ｓ３６を介して、元のルーチンに戻る。

また、Ｓ１８及びＳ４２において、操作量（ＰＷＭ値）の正負に変化が生じていれば、処理はＳ２０の遅延処理が行われる。具体的には、Ｓ２２において、ＰＷＭ値が０％に設定される。すなわち、ＰＷＭの出力停止が行われる。そして処理はＳ２４に進み、所定時間のＷａｉｔ（待機）が実行される。さらに、Ｓ２６において、ＣＷフラグ及びＣＣＷフラグの設定にしたがって、ＣＷ／ＣＣＷ Ｐｏｒｔに出力される。これにより、ＣＷ／ＣＣＷ信号が所定時間遅延する。そして、処理はＳ２８に進み、所定時間のＷａｉｔ（待機）が実行される。このＷａｉｔにより、Ｓ３６におけるＤＵＴＹ出力すなわちＰＷＭ信号がＣＷ／ＣＣＷ信号の遅延よりも長く無効となる。これらの遅延・無効により、トランジスタの短絡状態が回避される。そして、処理はＳ３０に進み、ＣＷの出力が設定されているか否かが判定される。ＣＷ出力に設定されていれば（Ｓ３０でＹＥＳ）、処理はＳ３２，Ｓ３４，Ｓ３６を介して、元のルーチンに戻る。一方、ＣＷ出力に設定されていなければ（Ｓ３０でＮｏ）、処理はＳ４４，Ｓ３４，Ｓ３６を介して、元のルーチンに戻る。

以上説明したように、本実施形態によれば、回転方向の反転時にＰＷＭ信号が無効になり、ＣＷ／ＣＣＷ信号が遅延するので、トランジスタのオフ状態が所定時間発生し、短絡状態が回避される。また、制御回路２０は、制御用マイコン１０によって構成され、図１に示される合成回路５等のハードウェア回路が不要になる。また、プログラムを変更することによって、従来のブラシ付きＤＣモータと、ＣＷ／ＣＣＷ信号及びＰＷＭ信号を用いてモータを駆動する制御ユニットとを備えるブラシ付きＤＣモータユニットを、ブラシレスモータ３６を備えたモータユニット５０に交換することができる。これにより、ブラシレスモータの特徴である小型化を図ることができる。

（第３実施形態）
第２実施形態では、制御用マイコンのプログラムを変更することによってＰＷＭ信号・ＣＷ／ＣＣＷ信号の遅延を発生させていたが、モータユニット内部のロジック回路でＰＷＭ信号・ＣＷ／ＣＣＷ信号を遅延させることもできる。
図１１のタイミングチャートを参照して本実施形態の動作を説明する。
制御用マイコン１０内部で一定周期の割込みを発生させ（図１１（ａ））、この割込みタイミングでＰＷＭ演算が行われる（図１１（ｂ））。そして、図１１（ｃ）に示されるようにＰＷＭ出力がＰＷＭ演算終了時のタイミング（ｔ６，ｔ８，ｔ１０，ｔ１２）で行われる。例えば、＋７０％出力、＋３２％出力、−１０％出力、−４５％出力、＋２６％出力のようにＤＵＴＹ比であるＰＷＭ値が変化する。図１１（ｄ）のように、ＰＷＭ出力の正負が変化するタイミング（ｔ８，ｔ１２）において正転・反転信号（ＣＷ／ＣＣＷ信号）を反転させる。

そして、図１１（ｅ）に示すように、モータユニット内部では、正転・反転信号の立ち上がりタイミングｔ８及び立ち下がりタイミングｔ１２でパルス幅ＴのＰＷＭ無効信号が生成される。このパルス幅Ｔは、図１１（ｆ）に示されるように、エンコーダ内部クロック（図１１（ｆ））の１周期分である。また、図１１（ｇ）に示されるように、エンコーダ正転・反転受付信号が生成される。この信号の立ち上がりタイミングは、ＰＷＭ無効信号の立ち下がりタイミングｔ８からエンコーダ内部クロックの半周期分遅延したタイミングである。また、立ち下がりタイミングは、ＰＷＭ無効信号の立ち下がりタイミングｔ１２からエンコーダ内部クロックの半周期分遅延したタイミングである。

正転・反転信号の立ち上がりタイミング、すなわち、ＰＷＭ無効信号の立ち下がりタイミングからエンコーダ正転・反転受付信号の立ち上がりタイミングまでの時間で、正転側のトランジスタＴＲ３，ＴＲ２の動作が遅延する。また、エンコーダ正転・反転受付信号の立ち上がりタイミングからＰＷＭ無効信号の立ち上がりタイミングまでの時間で反転側のトランジスタＴＲ１，ＴＲ４の動作が遅延する。

（変形例）
本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような種々の変形が可能である。
（１）前記各実施形態は、ホール素子３８を用いてロータ回転位置を検出していたが、Ｙ結線された界磁コイルの中性点とＵ相，Ｖ相，Ｗ相との間の各誘起電圧を検出してロータの回転位置の検出を行うセンサレス方式とすることも本発明に含まれる。
（２）前記各実施形態は、トランジスタを用いて三相ブリッジ回路を構成したが、スイッチング素子としてＦＥＴを用いることもできる。この場合は、蓄積時間ｔ_ｓｔが皆無であるが、ゲート電圧の遅延を行うことにより、立ち上がり時間ｔｒと立ち下がり時間ｔｆとの重なりによる短絡状態を回避することができる。
（３）第１実施形態は、電源線Ｖ−ＢＡＴＴと合成信号線Ｖ−ＰＲＭとを独立させていたが、電源線Ｖ−ＢＡＴＴ及び合成信号線Ｖ−ＰＲＭを共通にすることもできる。すなわち、電源線／信号線と接地線ＧＮＤの２本で制御回路とモータユニットとを接続することができる。この場合、ＣＷ／ＣＣＷ信号をＰＷＭ信号に同期させて重畳させることが考えられる。

本発明の一実施形態であるブラシレスモータシステムの構成図である。 三相ブリッジ回路、ブラシレスモータ周辺の回路図である。 分離回路の回路図である。 エンコードロジックの回路図である。 エンコードロジックのコード表である。 分離回路の動作を示すタイミングチャートである。 三相ブリッジ回路の回路図及びタイミングチャートである。 三相ブリッジ回路のタイミングチャートである。 本発明の他の実施形態であるブラシレスモータシステムの構成図である。 制御用マイコンのフローチャートである。 本発明のさらに他の実施形態であるブラシレスモータシステムのタイミングチャートである。

符号の説明

１ 偏差演算手段
２ ＰＷＭ演算手段
３ 遅延判定手段
４ 信号生成手段
５ 合成回路
Ｃ１ コンデンサ
ＩＣ１，…，ＩＣ６ ゲート
ＯＰ１，ＯＰ２ オペアンプ
Ｒ１，…，Ｒ９，Ｚ 抵抗器
ＴＲ１，…，ＴＲ６ トランジスタ（スイッチング素子）
１０ 制御用マイコン
２０，２２ 制御回路
３０ 分離回路
３２ エンコードロジック
３４ 三相ブリッジ回路（ブリッジ回路）
３６ モータユニット
３６ ブラシレスモータ
３８ ホール素子
３８ａ ホール素子
４０ 角度センサ
４２ 減速機構
５０，５２ モータユニット
１００，１１０ ブラシレスモータシステム
ＧＮＤ 接地
ＬＵ，ＬＶ，ＬＷ 界磁コイル（駆動コイル）
Ｕ，Ｖ，Ｗ 三相出力端
Ｖｃｃ 電源
ｔｆ 立ち下がり時間
ｔｒ 立ち上がり時間
ｔｓｔ 蓄積時間

Claims (9)

1. 界磁コイルに矩形波電圧を印加し、回転磁界を発生させるブリッジ回路と、前記回転磁界の回転方向を切り替える方向信号及び前記矩形波電圧のパルス幅を制御するパルス幅信号を入力する制御回路とを備えるブラシレスモータであって、
   前記ブリッジ回路は、前記回転方向を切り替えるときに、ＯＦＦ状態からＯＮ状態に遷移するスイッチング素子への遷移指令を少なくとも所定時間遅延することを特徴とするブラシレスモータ。
2. 前記スイッチング素子は、トランジスタであり、
   前記所定時間は、前記トランジスタのベース電流を遮断してからコレクタ電流がオフするまでの蓄積時間とコレクタ電圧の立ち上がり時間とこれらの温度変化による変動時間とを加算した時間であ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。
3. 前記方向信号は、前記パルス幅信号が中間電位よりも高い値に重畳されているか低い値に重畳されているかによって伝送される信号であり、
   前記方向信号と前記パルス幅信号とは同一の信号線により伝送され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。
4. ブラシレスモータの回転方向を切り替える方向信号と、界磁コイルに印加する矩形波電圧のパルス幅を制御するパルス幅信号とを用いて前記ブラシレスモータを駆動するブリッジ回路と、
   前記ブラシレスモータの回転角度を示す角度信号及び目標値を用いて、前記方向信号及び前記パルス幅信号を生成する制御回路と
   を備えるブラシレスモータシステムであって、
   前記制御回路は、前記回転方向が切り替わるときに前記パルス幅信号を所定時間無効に設定することを特徴とするブラシレスモータシステム。
5. ブラシレスモータの回転方向を切り替える方向信号と、界磁コイルに印加する矩形波電圧のパルス幅を制御するパルス幅信号とを用いて前記ブラシレスモータを駆動するブリッジ回路と、
   前記ブラシレスモータの回転角度を示す角度信号及び目標値を用いて、前記方向信号及び前記パルス幅信号を生成する制御回路と
   を備えるブラシレスモータシステムであって、
   前記制御回路は、コンピュータと、前記コンピュータにより実行され、前記回転方向が切り替わるときに前記パルス幅信号を所定時間無効に設定するプログラムとを備えていることを特徴とするブラシレスモータシステム。
6. 接続されるモータユニットの回転角度を示す角度信号と目標値とから前記モータユニットの回転方向を切り替える方向信号及び前記モータユニットの界磁コイルに印加する矩形波電圧のパルス幅を制御するパルス幅信号を生成する制御回路であって、
   前記回転方向を切り替えるときに、前記パルス幅信号を所定時間無効に設定することを特徴とする制御回路。
7. 前記モータユニットは、前記制御回路の出力信号を用いて界磁コイルに矩形波電圧を印加する複数のスイッチング素子が備えられ、
   回転方向を切り替えるときに、ＯＦＦ状態からＯＮ状態に遷移する前記スイッチング素子への遷移指令を少なくとも所定時間遅延することを特徴とする請求項６に記載の制御回路。
8. 接続されるモータユニットの回転角度を示す角度信号及び目標値を用いて、前記モータユニットの回転方向を切り替える方向信号と、前記モータユニットの界磁コイルに印加する矩形波電圧のパルス幅を制御するパルス幅信号とを生成する制御回路であって、
   前記回転方向を切り替えるときに、前記パルス幅信号を所定時間無効に設定するプログラムを備えていることを特徴とする制御回路。
9. 前記モータユニットは、複数の界磁コイルを備える多相ブラシレスモータと、前記多相ブラシレスモータの回転位置を検出する複数のホール素子とを有し、
   前記複数のホール素子の出力信号を用いて、通電される前記界磁コイルを切り替えることを特徴とする請求項８に記載の制御回路。

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