JP2554374B2

JP2554374B2 - ブラシレスモータの駆動回路

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Publication number: JP2554374B2
Application number: JP1172548A
Authority: JP
Inventors: 速人内藤
Original assignee: Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 1989-07-03
Filing date: 1989-07-03
Publication date: 1996-11-13
Anticipated expiration: 2011-11-13
Also published as: US5140232A; JPH0336987A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、ブラシレスモータの駆動回路に関する。

（従来の技術）ブラシレスモータの駆動回路は、電流駆動方式を採用
したものと、電圧駆動方式を採用したものとに大別する
ことができる。電圧駆動方式のブラシレスモータの駆動
回路は、回転指令をオフすることで自動的にブレーキが
かかるようになっている。しかしながら、電流駆動方式
のブラシレスモータの駆動回路は、回転指令をオフして
もブレーキがかからない。そこで、電流駆動方式のブラ
シレスモータの駆動回路の場合は、別途ブレーキ回路が
必要となる。

ブレーキ回路を設けた従来の電流駆動方式ブラシレス
モータの駆動回路としては、従来、第９図に示されるよ
うなものがある（特開昭58−172992号公報）。

このブラシレスモータの駆動回路は、スイッチング素
子群１と、ブレーキ回路３とからなる。ここで、スイッ
チング素子群１は、スイッチング素子12aと、スイッチ
ング素子12bとからなる。スイッチング素子群12aは、ト
ランジスタQ₁₀〜Q₁₂およびトランジスタQ₂₀〜Q₂₂からな
る。スイッチング素子群12bは、トランジスタQ₁₃〜Q₁₅
およびトランジスタQ₂₃〜Q₂₅と、抵抗R₁とからなる。ブ
レーキ回路３は、トランジスタQ₃₀〜Q₃₂を有し、各コレ
クタをトランジスタQ₁₃〜Q₁₅の各ベースにそれぞれ接続
して、ブレーキ信号をトランジスタQ₁₃〜Q₁₅に与えられ
るようになっている。

セレクト信号SdaをトランジスタQ₁₀〜Q₁₂の各ベース
に供給してトランジスタQ₂₀〜Q₂₂をオンオフさせると共
にセレクト信号SdbをトランジスタQ₁₃〜Q₁₅の各ベース
に供給してトランジスタQ₂₃〜Q₂₅をオンオフさせる。こ
れにより、駆動コイルLu,Lv,Lwの通電を切り換えて、モ
ータの回転子を回転させる。

ここで、回転子を停止させるためには、まず、セレク
ト信号Sda,Sdbをカットオフとして、スイッチング素子
群12a,12bのトランジスタQ₂₀〜Q₂₅を全てオフ状態にす
る。ついで、ブレーキ信号Bsをブレーキ回路３のトラン
ジスタQ₃₀〜Q₃₂のベースに与える。これにより、スイッ
チング素子群12bのトランジスタQ₂₃〜Q₂₅を改めてオン
させる。これにより、駆動コイルLu,Lv,Lwに発生してい
る逆起電圧は、ショート状態となって、ブレーキがかか
る。

このような従来のブラシレスモータの駆動回路では、
トランジスタQ₂₃〜Q₂₅がオンすると、駆動コイルLu,Lv,
Lwの中点Ｃは接地電位付近まで低下することになり、ま
た駆動コイルLu,Lv,Lwの各端U,V,Wは、マイナス逆起に
より、接地電位より下回る。また、回転子が停止したあ
とでも、スイッチング素子12bをオン状態とするための
無効電流が流れたままとなり、かつその無効電流値は大
きい。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上記各ブラシレスモータの駆動回路は
集積回路化されて提供されているが、この集積回路のト
ランジスタQ₂₀〜Q₂₅の付近の寄生トランジスタ（集積回
路の場合、逆電圧印加により発生する。）が動作し易く
なるので、回路が発振したり、誤動作したり、ラッチア
ップしたりする等の動作不良を引起し、最悪の場合集積
回路を破壊するという不具合があった。

そこで、集積回路内に保護回路を組み込むことが考え
られる。このように集積回路内に保護回路を組み込むこ
とにより、ある程度、上記不具合を解消することができ
るものの、大振幅の逆起電圧に対しては、効果が薄く、
また集積回路規模が増大し、コストが上昇するという欠
点がある。

また、スイッチング素子群12aのトランジスタQ₂₀〜Q
₂₂を全部オンさせる方法が考えられる。この方法では、
駆動コイルLu,Lv,Lwの中点Ｃは、電源電圧＋V_CC付近ま
で上昇し、駆動コイルLu,Lv,LwのU,V,W端は、プラス逆
起により、＋V_CCを上回るので、集積回路には逆電圧が
加わり、上記と同様な不具合が発生する。

更に、モータ回転子が停止しても、ブレーキ信号Bsを
切らない限り、スイッチング素子群12bのトランジスタQ
₂₃〜Q₂₅をオンさせるための比較的大きな無効電流が流
れ続けるという欠点がある。

本発明は、ブレーキ時の逆起電圧を一定値以下に抑
え、ブレーキ時に無効電流をなくし、かつ回路規模を縮
小したブラシレスモータの駆動回路を提供することを目
的とする。

（課題を解決するための手段）かかる目的を達成するため、本発明のブラレシスモー
タの駆動回路は、正負方向に往復通電されるｍ相の駆動
コイルを有する固定子と、磁極を有する回転子と、上記
固定子と回転子との相対的位置関係に応じたｍ相の出力
信号を得る位置検出手段と、前記位置検出手段の出力信
号に応じて上記ｍ相の駆動コイルへの通電を切り換える
スイッチング素子群と、前記スイッチング素子群により
上記駆動コイルへの通電量を制御する電流制御手段と、
前記電流制御手段によって上記駆動コイルへの通電を切
った際に、上記スイッチング素子群を用いて上記駆動コ
イルに発生する逆起電圧を当該駆動回路の電源電圧のほ
ぼ半分の電圧に収束させるように電圧帰還制御を行って
上記回転子にブレーキをかけるブレーキ回路と、前記ブ
レーキ回路の作動が不要なときにブレーキ回路を解除す
るブレーキ解除回路とを備えたものである。

（作用）したがって、位置検出手段からは、固定子と回転子と
の相対的位置関係に応じたｍ相の出力信号が生じる。前
記位置検出手段の出力信号によりスイッチング素子群
は、上記ｍ相の駆動コイルへの通電を切り換える。上記
駆動コイルへの通電量は、電流制御手段により制御され
る。ブレーキ回路は前記駆動コイルへの通電を切った際
にスイッチング素子群を用いて上記駆動コイルに発生す
る逆起電圧を当該駆動回路の電源電圧のほぼ半分の電圧
に収束させるように電圧帰還制御を行う。これにより、
逆起電圧を消費させて回転子にブレーキをかけている。

また、ブレーキ解除回路により、前記ブレーキ回路の
動作を解除する。これにより、ブレーキ不要のときに、
ブレーキ回路が動作しない。

（実施例）以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基づいて詳
細に説明する。尚、本明細書において、正側、負側と
は、駆動コイルに流れる電流に着目し、コイル側に進入
する方を正側、コイル側から流出する方を負側としてい
る。

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図である。
第１図の実施例は、三つの位置検出手段を有した三相12
0度スイッチング通電方式でブレーキ回路を備えたブラ
シレスモータの駆動回路の例である。また、第２図は、
同ブレーキ回路と駆動回路の具体例を示す回路図であ
る。第３図（Ｉ）・（II）は同実施例の波形図である。
更に、第４図は、第１図の回路でブレーキ回路がない場
合の駆動コイルLu,Lv,Lwに発生する逆起電圧を示す波形
図である。第５図は、同実施例のブレーキ回路が動作し
たときの駆動コイルLu,Lv,Lwに発生する逆起電圧を示す
波形図である。

第１図に示すブラシレスモータの駆動回路は、図示し
ない固定子と、図示しない回転子と、位置検出手段であ
るホール素子21u,21v,21wと、スイッチング素子群22a,2
2bと、電流制御手段23と、ブレーキ回路24とを少なくと
も備えている。以下、上記要素について説明する。

ここで、固定子は、ｍ（＝３）相の駆動コイルを有し
てある。回転子は、磁極を有している。ホール素子21u,
21v,21wは、固定子と、回転子との相対的位置関係に応
じて第３図（Ｉ）に示すような三相の出力信号Vu,Vv,Vw
を得る素子である。前記出力信号Vu,Vv,Vwは、ホール増
幅回路25u,25v,25wに供給されるようにしてある。ホー
ル増幅回路25u,25v,25wからの出力信号は信号合成回路2
6に供給されるように構成されている。信号合成回路26
は、ホール素子21u,21v,21wからの出力信号Vu,Vv,Vwを
対数圧縮して変曲点をなまらせた第３図（II）に示すよ
うな矩形波パルス様に波形成形して三相のソフトスイッ
チング信号に合成できる。信号合成回路26の出力信号
は、信号回路27a,27bに供給されるように構成してあ
る。信号回路27a,27bは、電流制御手段23からの電流誤
差信号Scに応じて正側および負側を独立に前記出力信号
の振幅を調整して正側のセレクト信号Sdaと、負側のセ
レクト信号Sdbとを得られるようにしてある。正側のス
イッチング素子群22aおよび負側のスイッチング素子群2
2bは、信号回路27a,27bからの正側のセレクト信号Sda、
負側のセレクト信号Sdbにより上記三相の駆動コイルLu,
Lv,Lwへの通電を切り換えるようにしてあり、トランジ
スタQ₃₁〜Q₃₆からなる。

尚、上記実施例では、スイッチング素子群22a,22b
は、トランジスタQ₃₁〜Q₃₆で構成したが、電界効果トラ
ンジスタ、サイリスタ等のスイッチング素子であっても
良い。

また、上記実施例では、セレクト信号Sda,Sdbを、ホ
ール増幅回路25u,25v,25w、信号合成回路26、信号回路2
7a,27bによって得られるソフトスイッチング信号として
いるが、これに限定されるものではなく、他の方式例え
ば120度通電、180度通電、アナログ通電等により得られ
るセレクト信号Sda,Sdbであっても良い。

電流制御手段23は、駆動コイルLu,Lv,Lwに流れる電流
を電流検出抵抗28で検出した検出信号と、駆動コイルL
u,Lv,Lwに流すべき電流基準値とを比較して駆動コイルL
u,Lv,Lwへの通電量を制御するための電流誤差信号Scを
得られるように構成されている。尚、上記実施例では、
電流制御手段23によりフィードバック制御して駆動コイ
ルLu,Lv,Lwへの通電量を制御しているが、この構成に限
定されるものではなく、通電量が制御できればどのよう
な回路であっても良い。

ブレーキ回路24は、前記スイッチング素子群22a,22b
へのセレクト信号Sda、セレクト信号Sdbを切ったときに
前記三相の駆動コイルLu,Lv,Lwの逆起電圧を取り込み、
上記駆動コイルLu,Lv,Lwの逆起電圧を電源電圧＋V_CCの
ほぼ半分に収束させて回転子にブレーキをかけるように
構成されている。

第２図にスイッチング素子群22a,22b、ブレーキ回路2
4の構成を具体的に示している。スイッチング素子群22a
はトランジスタQ₃₇〜Q₃₉、Q₃₁〜Q₃₃で、スイッチング素
子群22bはトランジスタQ₄₀〜Q₄₂、Q₃₄〜Q₃₆で構成され
ている。また、ブレーキ回路24は、抵抗R₅₁〜R₅₅と、NP
NトランジスタQ₅₁〜Q₅₃と、これらにそれぞれ接続したP
NPトランジスタQ₅₄〜Q₅₆と、ダイオードD₅₀とからな
る。NPNトランジスタQ₅₁〜Q₅₃の各コレクタはトランジ
スタQ₃₇〜Q₃₉の各ベースに、PNPトランジスタQ₅₄〜Q₅₆
の各コレクタはトランジスタQ₄₀〜Q₄₂の各ベースにそれ
ぞれ接続されている。各トランジスタQ₅₁〜Q₅₆のエミッ
タは、抵抗R₅₁,R₅₂,R₅₃を介してそれぞれU,V,W端に接続
されている。

以上のように本発明は構成されているので、次のよう
に動作する。

ホール素子21u,21v,21wからは、固定子と回転子との
相対的位置関係に応じて第３図（Ｉ）に示すような信号
Vu,Vv,Vwが出力される。ホール素子21u,21v,21wからの
信号Vu,Vv,Vwは、ホール増幅回路25u,25v,25wを介して
信号合成回路26に与えられて、信号合成回路26で第３図
（II）に示すパルス（Ｖ,V,V様に波形成形されて
出力される。また、この出力信号は、信号回路27a,27b
において、電流誤差信号Scにより振幅が調整されてセレ
クト信号Sda,Sdbとされる。また、このセレクト信号Sd
a,Sdbは、既に述べたが別の方式で形成したものであっ
てもよい。

前記セレクト信号Sda,Sdbは、正側のスイッチング素
子群22a、負側のスイッチング素子群22bに与えられ上記
三相の駆動コイルLu,Lv,Lwへの通電を切り換える。そし
て、駆動コイルLu,Lv,Lwに流れる電流は、電流検出抵抗
28と電流制御手段23とで、駆動コイルLu,Lv,Lwへの通電
量を制御できる電流誤差信号Scが得られる。

次に、前記正側および負側のセレクト信号Sda,Sdbが
カットオフされて、回転子が慣性回転している場合を想
定する。

まず、ブレーキ回路24がないものとすると、各駆動コ
イルLu,Lv,Lwに発生する逆起電圧（U,V,W端の電圧）は
第４図に示すように、回転角θに対して、電源電圧＋V
_CCと接地電位（GND）との間で変化することになる。
尚、Ａ点,B点は、ダイオードD₅₀の順方向電圧の作用に
より0.6〜0.7［Ｖ］程度の電圧差になる。

このような状態で、ブレーキ回路24を接続したとする
と、次のように動作する。Ｕ相に着目して説明する。

まず、正弦波状のＵ相逆起電圧が、Ｃ点（駆動コイル
Lu,Lv,Lwの接続中点）付近から徐々に電圧を上げてゆ
き、Ｂ点よりも当該電圧が0.6〜0.7［Ｖ］程度高くなる
と、ブレーキ回路24のトランジスタQ₅₄がオンとなって
Ｕ点より抵抗R₅₁を介してトランジスタQ₄₀に電流を流入
させる。これにより、トランジスタQ₄₀がオンとなり、
トランジスタQ₃₄もオンとなる。このとき、トランジス
タQ₃₄のコレクタは、逆起電圧の電位の上昇を妨げる方
向に働くことになる。したがって、Ｕ点の電位は、この
時点から頭打ちとなって、これ以上の逆起電圧の発生が
抑えられることになる。これは、逆起電圧を回路で消費
したことになり、回転子にブレーキが働くことを意味す
る。

逆に、Ｕ相の逆起電圧が、電位を下げて、Ａ点よりも
0.6〜0.7［Ｖ］程度低くなると、ブレーキ回路24のトラ
ンジスタQ₅₁がオンとなってＵ点が抵抗R₅₁を介してトラ
ンジスタQ₃₇のベース電流を引張る。これにより、トラ
ンジスタQ₃₇がオンとなり、トランジスタQ₃₁もオンとな
る。このとき、トランジスタQ₃₁のエミッタは、逆起電
圧の電位の下降を妨げる方向に働くことになる。したが
って、Ｕ点の電位は、この時点から頭打ちとなって、こ
れ以下の逆起電圧の発生が抑えられることになる。これ
は、逆起電圧を回路で消費したことになり、回転子にブ
レーキが働くことを意味している。

そして、ブレーキ回路24は、上述したような動作をす
ることにより、駆動コイルLu,Lv,Lwへの通電を切った際
に、駆動コイルLu,Lv,Lwに発生する逆起電圧を、電源電
圧＋V_CCのほぼ半分の電圧に収束させるように電圧帰還
制御を行うことになる。

もちろん、Ｖ相、Ｗ相も同様に動作し、各相ともブレ
ーキが働くことになる。この状態を第５図に示す。

このように本実施例によれば、駆動コイルLu,Lv,Lwの
逆起電圧を電源電圧＋V_CCのほぼ半分に収束させている
ので、誤動作を起こすことがない。また、本実施例によ
れば、保護回路が不要であるので、回路規模を小さくで
きる。更に、本実施例によれば、無効電流が全く流れな
い。

第６図に他の実施例を示す。この実施例は、第１図お
よび第２図のような回路において、ブレーキ解除回路29
を設け、モータ動作中あるいはブレーキの不要なとき
に、ブレーキを解除するようにしたものである。

ブレーキ解除回路29は、トランジスタQ₅₇〜Q₆₂と、ト
ランジスタQ₆₃〜Q₆₅と、ダイオードD₅₁〜D₅₃と、抵抗R
₅₆〜R₆₂と、スイッチSW₁とを備えている。

ここで、ブレーキ回路24はブレーキ動作点であるA,B
の両電位を各相に独立に設けたものである。本ブレーキ
解除回路29は、ブレーキ回路24のＡ点をトランジスタQ
₅₇〜Q₅₉・抵抗R₅₆〜R₅₈を介して電源＋V_CCに、ブレーキ
回路24のＢをトランジスタQ₆₀〜Q₆₂・抵抗R₅₉〜R₆₁を介
して接地電位（GND）に接続するようにしている。スイ
ッチSW₁を開くと、トランジスタQ₆₄がオフとなってトラ
ンジスタQ₅₇〜Q₆₂が全部オフとなるので、各相のA,B電
位は、完全にフローティング状態になって、ブレーキ回
路24のトランジスタQ₅₁〜Q₅₆は、駆動コイルLu,Lv,Lwの
逆起電圧に対してもオンとならない。これにより、ブレ
ーキ回路24は動作しないので、ブレーキがかからないこ
とになる。

第７図にブレーキ解除回路の他の具体的構成を示す。

このブレーキ解除回路29Aは、第２図のブレーキ回路2
4のトランジスタQ₅₁〜Q₅₃のコレクタと電源＋V_CCとの間
にミラー回路271〜273をそれぞれ接続し、トランジスタ
Q₅₄〜Q₅₆のコレクタと接地電位（GND）との間にミラー
回路274〜276をそれぞれ接続し、これらにトランジスタ
Q₇₁〜Q₇₃とトランジスタQ₇₄〜Q₇₆とを接続し、当該トラ
ンジスタQ₇₁〜Q₇₃とトランジスタQ₇₄〜Q₇₆とのベースに
スイッチSW₂の信号を供給できるようにしたものであ
る。尚、図中、ミラー回路272,273,275,276については
ブロックで示し、詳細な回路表示は省略する。

このブレーキ解除回路29Aによれば、スイッチSW₂を押
下すると、トランジスタQ₇₁〜Q₇₃とトランジスタQ₇₄〜Q
₇₆とがオンとなり、ミラー回路271〜273とミラー回路27
4〜276とがオフになってブレーキ回路24は解除される。
また、スイッチSW₂を開くと、トランジスタQ₇₁〜Q₇₃と
トランジスタQ₇₄〜Q₇₆とがオフとなり、ブレーキ回路24
は動作する。

第８図に、ブレーキ解除回路の更に他の具体的構成を
示す。

このブレーキ解除回路29Bは、第２図のブレーキ回路2
4のトランジスタQ₅₁〜Q₅₃と電源＋V_CCとの間にトランジ
スタQ₈₁〜Q₈₃、抵抗R₈₁〜R₈₃、抵抗R_E1からなる回路を
それぞれ接続し、トランジスタQ₅₄〜Q₅₆と接地電位（GN
D）との間にトランジスタQ₈₄〜Q₈₆、抵抗R₈₄〜R₈₆、抵
抗R_E2からなる回路をそれぞれ接続している。これらト
ランジスタQ₈₁〜Q₈₃と、トランジスタQ₈₄〜Q₈₆とに、ト
ランジスタQ₉₁〜Q₉₃、抵抗R_E3からなる回路と、トラン
ジスタQ₉₄〜Q₉₆、抵抗R_E4からなる回路とを接続し、ト
ランジスタQ₉₁〜Q₉₃の出力を正側のスイッチング素子群
22aの入力へ、トランジスタQ₉₄〜Q₉₆の出力を負側のス
イッチング素子群22bの入力へ接続している。トランジ
スタQ₉₁〜Q₉₃のエミッタとトランジスタQ₉₄〜Q₉₆のエミ
ッタとにトランジスタQ₉₇を接続し、これにスイッチSW₃
のオンオフ信号を前記トランジスタQ₉₇へトランジスタQ
₉₈を介して供給するようにしてある。

このようなブレーキ解除回路29Bによっても、スイッ
チSW₃を押下すると、トランジスタQ₉₇がオンとなり、共
通エミッタ抵抗R_E3、R_E4に、ダイオード側の共通エミッ
タ抵抗R_E1、R_E2に流れる電流以上の電流を流す。これに
より、ブレーキ回路24のトランジスタQ₅₁〜Q₅₃およびト
ランジスタQ₅₄〜Q₅₆の各コレクタから出力されるブレー
キ信号が各相の正側のスイッチング素子群22aおよび負
側のスイッチング素子群22bの入力端に供給されなくな
るので、ブレーキ回路24は動作しなくなる。これによ
り、ブレーキ回路24は、ブレーキ動作を解除されたこと
になる。

尚、上述の実施例は好適な実施の一例ではあるが、こ
れに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しな
い範囲において種々変形実施可能である。例えば、上記
実施例では、三相で説明したが、二相あるいは四相以上
とすることも可能である。また、第２図のブレーキ回路
24において、ダイオードD₅₀は省略しても良い。第２図
において、電源＋V_CCまたは接地電位（GND）に0.5
［Ω］程度の抵抗を接続すれば、ブレーキ解除回路29と
組み合わせて、ブレーキ力を自由に制御することができ
る。

（発明の効果）以上述べたように本発明によれば、電流制御手段によ
って駆動コイルへの通電を切った際にｍ相の駆動コイル
への通電を切り換えるスイッチング素子群を用いて駆動
コイルに発生する逆起電圧を電源電圧のほぼ半分に収束
させているので、逆起電圧を一定の範囲内に抑えること
ができ、誤動作を起こすことがない。また、本実施例に
よれば、保護回路が不要であるので、回路規模を小さく
できる。更に、本実施例によれば、逆起電圧を用いてブ
レーキ回路を動作させるので、無効電流が全く流れな
い。

更に、本発明によれば、ブレーキ解除回路によりブレ
ーキ回路の動作を何時でも解除できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
同ブレーキ回路とスイッチング素子群の具体例を示す回
路図、第３図（Ｉ），（II）は同実施例の波形図、第４
図は第１図の回路でブレーキ回路がない場合の駆動コイ
ルに発生する逆起電圧を示す波形図、第５図は同実施例
のブレーキ回路が動作したときの駆動コイルに発生する
逆起電圧を示す波形図、第６図ないし第８図はブレーキ
解除回路の具体的構成を示す回路図、第９図は従来装置
を示す回路図である。 21u,21v,21w……ホール素子（位置検出手段）、 22a,22b……スイッチング素子群、 23……電流制御手段、24……ブレーキ回路、 29,29A,29B……ブレーキ解除回路。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】正負方向に往復通電されるｍ相の駆動コイ
ルを有する固定子と、磁極を有する回転子と、上記固定
子と回転子との相対的位置関係に応じたｍ相の出力信号
を得る位置検出手段と、前記位置検出手段の出力信号に
応じて上記ｍ相の駆動コイルへの通電を切り換えるスイ
ッチング素子群と、前記スイッチング素子群により上記
駆動コイルへの通電量を制御する電流制御手段と、前記
電流制御手段によって上記駆動コイルへの通電を切った
際に、上記スイッチング素子群を用いて上記駆動コイル
に発生する逆起電圧を当該駆動回路の電源電圧のほぼ半
分の電圧に収束させるように電圧帰還制御を行って上記
回転子にブレーキをかけるブレーキ回路と、前記ブレー
キ回路の作動が不要なときにブレーキ回路を解除するブ
レーキ解除回路とを備えたことを特徴とするブラシレス
モータの駆動回路。