JP2560489B2 - ブラシレスモータの駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明はブラシレスモータの駆動装置に関するもの
であり、特に、商用電源を整流した高電圧の直流電源に
よりモータを直接駆動する直流ブラシレスモータの駆動
装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来のブラシレスモータの駆動装置には、特開昭62−
185584号公報に示された技術等がある。第５図は従来の
ブラシレスモータの駆動装置の回路構成を示す回路図で
ある。

図において、１は直流電源で駆動するブラシレス形の
モータ、２はモータ１のロータのマグネット位置を検出
するホール素子等からなる検出器、３は交流電源、４は
交流を直流に整流する整流回路、５は整流後の直流を平
滑化するコンデンサ、11及び12はモータ１の駆動を直接
制御するモータドライブ回路である。71は交流電源３を
低電圧の交流に変換する変圧器、72はその低電圧の交流
を直流に整流する整流回路、73は整流後の直流を平滑化
するコンデンサ、74は出力電圧を安定化する３端子レギ
ュレータ、75はプリドライブ回路として機能する制御IC
であり、通常、30V以下の低電圧で作動する。そして、
この制御IC75によりモータドライブ回路11,12を駆動す
る。

上記のような構成の従来のブラシレスモータの駆動装
置では、AC100V或いはAC200Vの交流を直流に変換し、モ
ータドライブ回路11,12に印加するとともに、このモー
タドライブ回路11,12の駆動を直流の低電圧電源で作動
する制御IC75で適宜制御することにより、モータ１の回
転を可変速制御している。このモータ１の回転数の制御
は、制御IC75の外部かの速度指令等により行なわれる。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような従来のブラシレスモータの駆動装置で
は、モータ１の回転数を安定させるために、通常、定速
制御が行なわれていた。そして、この定速制御を行なう
ための速度制御回路を有していた。また、用途によって
はモータ１の回転数を任意に制御する必要があり、この
速度制御を行なうために上記速度制御回路とは別の速度
制御回路を有していた。このように、従来のブラシレス
モータの駆動装置では、モータ１の回転数を一定に維持
するための速度制御と、回転数を任意に制御するための
速度制御とを、各々別個の回路を設けて行なっていた。
しかも、モータ１の運転停止及び運転開始用の指令が、
上記の速度調整用の速度制御指令とは別になっていた。
したがって、回路構成が複雑であった。

また、制御IC75にこれらの回路を内蔵するにしても多
数の端子が必要であり、しかも、これらの各端子に各制
御指令用の配線が必要であった。このために、やはり回
路構成が複雑となり、余り集積化を促進することができ
なかった。

一方、特開昭60−204287号公報には、磁石ロータの回
転位置信号を整形回路にて交流信号に変換し、この交流
信号をF/V変換して、その出力にてステータコイル電流
をPWM制御するブラシレスモータの運転制御装置におい
て、前記整形回路に前記交流信号をレベルシフトする直
流バイアス回路を設けた技術が開示されている。しか
し、この技術は交流信号をF/V変換するとき、交流信号
に高周波信号が重畳していると、その周波数の影響が拘
束中であるにもかかわらず、回転してしまうのを防止す
るものである。したがって、この種の技術をもって、モ
ータの回転数を一定に維持する速度制御回路と、その回
転数を任意に制御する速度制御回路とを設ける場合に
は、前述の実施例と同様に、モータの運転停止及び運転
開始用の指令が、速度調整用の速度制御指令とは別にな
り、回路構成が複雑にならざるを得ない。

また、実開昭49−13811号公報には、ホール素子のホ
ール電圧により交互にスイッチングする固定子巻線を選
択し、また、その駆動電流の大きさを定め、その回転数
を一定にする技術を開示している。しかし、この技術は
モータの回転数を一定に維持することができても、その
回転数を任意に制御する速度制御回路とを設ける場合に
は、前述の従来例と同様に、モータの運転停止及び運転
開始用の指令が、速度調整用の速度制御指令とは別にな
り、回路構成が複雑にならざるを得ない。

そして、特開昭58−139690号公報には、直流電動機を
駆動するパルス幅制御するインバータ回路が開示されて
いる。しかし、この技術は、ブラシレスモータの駆動制
御には使用できないものである。

そこで、この発明は、モータの回転数を一定にする制
御と、一つの速度指令により停止から最大回転数までの
任意の制御とを一つの速度制御回路でできるブラシレス
モータの駆動装置の提供を課題とするものである。

［課題を解決するための手段］ この発明にかかるブラシレスモータの駆動装置は、ホ
ール素子から得たマグネット位置及び速度制御信号に応
じてオン／オフする上側回路及び下側回路間に直流高電
圧が供給され、前記上側回路と下側回路との間に接続し
たモータに電力を供給するモータドライブ回路と、前記
モータドライブ回路の速度を制御する速度制御信号を、
前記モータ速度を周波数として検出し、その周波数をそ
の周波数に対応した電圧に変換するパルス発生回路の出
力電圧のローレベルを所定の電圧値に限定し、外部から
の速度指令に応じて前記モータを停止から最大回転数ま
でパルス幅制御するプリドライブ回路とを具備するもの
である。

［作用］ この発明においては、ホール素子から得たマグネット
位置及び速度制御信号に応じてオン／オフする上側回路
及び下側回路間に直流高電圧が供給され、前記上側回路
と下側回路との間に接続したモータに電力を供給するモ
ータドライブ回路の制御を、ホール素子からモータ速度
を周波数として検出し、その周波数をその周波数に対応
した電圧に変換するパルス発生回路のローレベルを所定
の電圧値に限定し、外部からの速度指令に応じて前記モ
ータを停止から最大回転数までパルス幅制御することに
より、一つの速度制御回路でモータの回転数を一定に維
持するための速度制御と、回転数を任意に制御するため
の速度制御を行なう。

［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例であるブラシレスモータ
の駆動装置を含む直流ブラシレスモータ全体の回路構成
を示す回路図である。

図において、１は三相コイル構造のステータを有する
ブラシレス形のモータ、２はホール素子2a,2b,2c等から
なる検出器であり、この検出器２によりモータ１のロー
タのマグネット位置を検出する。３はAC100V（或いはAC
200V）の交流電源、４は前記交流をDC140V（或いはDC28
0V）の直流に整流する整流回路、５は整流後の直流を平
滑化するコンデンサ、６は前記直流高電圧を変圧器を使
用することなく直流低電圧に変換するチョッパ回路、７
は所定の周期でスイッチングを行なうことにより高電圧
を所定の低電圧に落すスイッチング回路、８はエネルギ
ー貯留用のコイル、９は還流用のダイオード、10は低電
圧の直流を平滑化するコンデンサであり、チョッパ回路
６は上記のスイッチング回路７と、コイル８と、ダイオ
ード９と、及びコンデンサ10とで構成されている。11a,
11b,11cはモータ１の駆動を直接制御するモータドライ
ブ上側回路、12a,12b,12cも同じくモータ１の駆動を直
接制御するモータドライブ下側回路、13はモータ１のコ
イルに流れる電流を検出するためのシャント抵抗であ
る。20はモータドライブ回路11,12を駆動するプリドラ
イブ回路として機能するICである。21は過電圧保護回路
であり、IC20の印加電圧であるVccが所定の電圧以上に
なったときに、スイッチング回路７へ非同期でオフ指令
を出す。22は起動基準電圧回路であり、IC20の印加電圧
であるVccより安定した定電圧を生成する。23はのこぎ
り波発生回路であり、IC20の外部に位置する抵抗及びコ
ンデンサを低電圧のVccで充電し、これをスイッチング
により放電させることにより、所定周期ののこぎり波を
発生する。こののこぎり波が後述するPWM制御信号のキ
ャリアとなる。24はF/Vパルス発生回路であり、モータ
１の速度を検出器２によりパルス周波数として検出し、
その周波数をその周波数に対応した電圧に変換するパル
スを発生させる。25は不足電圧保護回路であり、IC20の
印加電圧であるVccが所定の電圧よりも低いときに、チ
ョッパ回路６のスイッチング回路７にオン指令を出す。
26は方形波生成回路であり、のこぎり波から方形波を生
成する。27は反転レベルシフト回路であり、のこぎり波
を反転するとともに、一定電圧のオフセットを与える。
28は制御アンプ回路であり、一般的なオペアンプで構成
されており、非反転入力に速度指令コントロールを、そ
して、反転入力にF/Vパルス発生回路24からの出力を各
々入力し、IC20の外部に位置する抵抗及びコンデンサと
で速度ループを構成する。29はエラーアンプ回路であ
り、IC20の印加電圧であるVccの所定電圧を中心にして
変動分を増幅してチョッパ用PWM回路33用の比較電圧と
する。30は台形波生成回路であり、方形波から台形波を
生成する。31は速度調整用PWM回路であり、反転レベル
シフトしたのこぎり波と速度指令である制御アンプ回路
28の出力を各々比較してPWM制御信号を生成し、プリド
ライブ下側出力回路38をPWM制御をする。32は正逆転切
換入力回路であり、外部から正逆転切換信号を入力し、
一定電圧ステッシュホールドに対して正転或いは逆転信
号のいずれかを判断し、三相全波ロジック回路36で正逆
回転ロジックを発生させる。33はチョッパ用PWM回路で
あり、台形波とエラーアンプ回路29の出力を各々比較し
て、チョッパ回路６のスイッチング回路７にオン／オフ
指令を生成する。34は正逆転切換時出力保護回路であ
り、正転と逆転との切換わりを検出し、一定期間モータ
ドライブ上側回路11a,11b,11c及びモータドライブ下側
回路12a,12b,12cを共にオフ状態にした後に、三相全波
ロジック回路36を作動させる。35はホール入力回路であ
り、ホール素子2a,2b,2cからの出力を差動で入力し、方
形波に変換する。36は三相全波ロジック回路であり、三
相のホール入力回路35から得たロータのマグネット位置
に応じてプリドライブ上側出力回路37及びプリドライブ
下側出力回路38を制御して、出力段をオン／オフさせる
ことによりモータ１を所望の回転方向に駆動する。37は
プリドライブ上側出力回路であり、各モータドライブ上
側回路11a,11b,11cを駆動する。38はプリドライブ下側
出力回路であり、各モータドライブ下側回路12a,12b,12
cを駆動する。39は電流制限回路であり、シャント抵抗1
3によりモータ１のコイルに流れる電流を検出して、一
定電流以上のときにはプリドライブ下側出力回路38をオ
フ（ロー電位させて、モータドライブ下側回路12a,12b,
12cをオフ状態にして電流をカットする。40はロック保
護回路であり、モータ１が回転状態にないことを検出し
て、モータドライブ上側回路11a,11b,11c及びモータド
ライブ下側回路12a,12b,12cを共にオフ状態にしてトラ
ンジスタの焼損等を防止する。

この実施例のIC20には、上記の21から40の各回路が内
蔵されており、ロジック部はIIL（Integrated Injectio
n Logic）で構成し、リニア部はバイボーラ・プロセス
で構成されている。また、これらの各回路を更に組合わ
せて、回路の集合となって速度制御回路、正逆反転回
路、及びPWM制御回路を構成している。

すなわち、上記の速度調整用PWM回路31、F/Vパルス発
生回路24、制御アンプ回路28、及びIC20の外部に位置す
る抵抗及びコンデンサにより速度制御回路を構成してい
る。この速度制御回路によりモータ１の回転数を一定に
制御する。また、外部からの速度指令によりモータ１の
回転数を適宜制御する。したがって、マイクロコンピュ
ータと組合わせれば簡易サーボ機構により、簡単にモー
タ１の回転速度の制御ができる。

また、上記の正逆転切換入力回路32及び正逆転切換時
出力保護回路34により正逆反転回路を構成し、外部から
の回転方向指令に応じてモータ１の回転方向を切換え
る。さらに、IC20の外部に位置する抵抗及びコンデンサ
とのこぎり波発生回路23、反転レベルシフト回路27、及
び速度調整用PWM回路31によりPWM制御回路を構成し、速
度調整用のPWM制御信号を生成する。

このように、このIC20には、速度制御回路、電流制限
回路39、正逆反転回路、ロック保護回路40、PWM制御回
路、不足電圧保護回路25、及び過電圧保護回路21が各々
内蔵されている。そして、これらの各回路はIC20内でモ
ータドライブ回路11,12の制御手段として機能し、このI
C20全体でプリドライブ回路を構成している。

また、このIC20のロック保護回路40、電流制限回路3
9、不足電圧保護回路25が各々安全機能を果すので、特
別の保護回路を別個独立して設ける必要がない。

上記のように、この実施例のブラシレスモータの駆動
装置は、モータ１を可変速制御するモータドライブ回路
11,12と直流高電圧を直流低電圧に変換するチョッパ回
路６とを高耐電圧回路で構成し、チョッパ回路６及びモ
ータドライブ回路11,12を制御するプリドライブ回路をI
C化して低電圧回路で構成している。

ここで、この実施例のブラシレスモータの駆動装置の
速度制御回路によるモータ１の速度制御動作について詳
述する。

第２図は第１図のブラシレスモータの駆動装置のF/V
パルス発生回路の出力とモータの回転速度との関係を示
すタイミングチャート、第３図はこの発明の一実施例の
ブラシレスモータの駆動装置の速度制御系を示すサーボ
ブロック図、第４図はこの発明の一実施例のブラシレス
モータの駆動装置のF/Vパルス発生回路を用いた場合の
速度指令電圧とモータの回転数との関係を示す特性図で
ある。図中、第１図と同一符号及び同一記号は、同一ま
たは相当する構成部分を示す。

第２図において、（ａ）はF/Vパルス発生回路24の出
力パルスを示し、（ｂ）はモータ１の回転をイメージ化
した曲線を示す。（ｂ）ではモータ１の一回転を一周期
として示す。61はF/Vパルス出力の平均値である。

この実施例の場合には、モータ１一回転につき３つの
パルスが発生する。そして、モータ１の回転数が増大す
るとF/Vパルス出力の平均値61も上昇する。このよう
に、F/Vパルス発生回路24はモータ１の回転数に応じた
パルスを出力する。しかも、（ａ）のようにF/Vパルス
のローレベルを所定の電圧値に限定している。この電圧
値は、例えば、1Vとか、2Vといった一定の値であり、ト
ランジスタのコレクタとエミッタ間に発生する飽和電圧
ではない。

第３図において、62はF/Vパルス発生回路24の出力で
あるF/V変換出力である。また、63は増幅位相補償回
路、64はモータの電気的な係数、65はモータのトルク係
数、66はモータの機械的な係数、67は逆起電力係数であ
り、これらはモータの諸係数を示す。なお、モータの電
気的な係数64のＲはアーマチュア抵抗を、Ｌはアーマチ
ュアインダクタンスを、そして、モータの機械的な係数
66のＪは慣性モーメントを、Ｄは粘性制動係数を各々示
す。68は外部からの速度制御指令である速度指令電圧で
ある。

この速度制御系では、F/Vパルス発生回路24でモータ
１の回転数は電圧に変換されて、速度指令電圧68との比
較がされる。すなわち、速度指令電圧68−F/V変換出力6
2の演算が行なわれ、増幅位相補償回路63でモータ１に
加えるべき電圧に変換されて、最終的にモータ１は速度
指令電圧68で指定された回転数で回転する。なお、これ
は、通常知られている一般的なサーボ機構である。一
方、この実施例においては、F/V変換出力62のローレベ
ルを所定の一定電圧値に限定しているので、例えば、速
度指令電圧68をこの一定電圧以下にすれば、確実にモー
タ１の回転を停止させることができる。しかし、仮にF/
V変換出力62のローレベルが0Vに近い値だと、速度指令
電圧68を0Vにしても、この実施例のブラシレスモータの
駆動装置のように単一の低電圧電源を用いている場合に
は、種々のノイズや回路のオフセット等の影響を受けて
モータ１は完全に停止しない。したがって、これを停止
するには従来と同様の特別の停止指令が必要になる。

第４図は、この実施例のF/Vパルス発生回路24を使用
したときの速度指令電圧68に対するモータ１の回転を示
している。このように、F/Vパルス発生回路24の出力パ
ルスのローレベル以下に速度指令電圧68を設定すれば、
モータ１は確実に停止する。また、速度指令電圧68をこ
のF/Vパルスのローレベル以上で変化させることによ
り、モータ１の回転数を０から最大回転数まで直線的に
制御することができる。したがって、速度指令電圧68を
所定の電圧値に固定すれば、モータ１はこの速度指令電
圧68に応じた所定の回転数で安定した定速駆動をする。
なお、ここで、F/Vパルス発生回路24の出力パルスのロ
ーレベル以下に速度指令電圧68の設定するということ
は、速度調整用PWM回路31で反転レベルシフトしたのこ
ぎり波と速度指令である制御アンプ回路28の出力を各々
比較するとき、PWM制御信号を生成しない程度の低い電
圧を意味するものである。

上記のように、この実施例のブラシレスモータの駆動
装置は、直流高電圧によりモータ１を可変速制御するモ
ータドライブ回路11,12と、このモータドライブ回路11,
12の駆動を制御する制御手段を内蔵し、この制御手段中
の速度調整用PWM回路31、F/Vパルス発生回路24、制御ア
ンプ回路28、及びIC20の外部に位置する抵抗及びコンデ
ンサからなる速度制御回路にF/Vパルス発生回路24の出
力パルスのローレベルを所定の電圧値に限定して外部か
らの速度指令に応じて前記モータ１を停止から最大回転
数まで制御する速度制御手段を組込んだプリドライブ回
路とを具備する。

そして、この速度制御回路によりモータ１の回転数を
一定に制御するとともに、外部からの速度指令によりモ
ータ１の回転数を適宜制御する。

したがって、モータ１の回転数を一定に維持するため
の速度制御と、回転数を任意に制御するための速度制御
を一つ速度制御回路ででき、しかも、モータ１の運転停
止及び運転開始の指令も一つの速度制御指令でできる。
このため、回路構成を簡素化でき集積化を促進できる。
また、端子数も削減でき、配線が簡単になる。

さらに、この実施例のようにプリドライブ回路をIC化
し、この内部の制御手段中に速度制御回路を組込めば、
部品点数が削減でき装置全体を小型化できる。

［発明の効果］ 以上説明したとおり、この発明のブラシレスモータの
駆動装置は、モータ速度を周波数として検出し、その周
波数をその周波数に対応した電圧に変換するパルス発生
回路の出力電圧のローレベルを所定の電圧値に限定し、
外部からの速度指令に応じて前記モータを停止から最大
回転数までパルス幅制御するものであるから、一つの速
度制御回路でモータの回転数を一定に維持するための速
度制御と、回転数を任意に制御するための速度制御を行
なうので、回路構成を簡素化でき集積化を促進できると
ともに、端子数も削減でき、配線が簡単になる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例であるブラシレスモータの
駆動装置を含む直流ブラシレスモータ全体の回路構成を
示す回路図、第２図は第１図のブラシレスモータの駆動
装置のF/Vパルス発生回路の出力とモータの回転速度と
の関係を示すタイミングチャート、第３図はこの発明の
一実施例のブラシレスモータの駆動装置の速度制御系を
示すサーボブロック図、第４図はこの発明の一実施例の
ブラシレスモータの駆動装置のF/Vパルス発生回路を用
いた場合の速度指令電圧とモータの回転数との関係を示
す特性図、第５図は従来のブラシレスモータの駆動装置
の回路構成を示す回路図である。 図において、 1:モータ、11:モータドライブ回路、12:モータドライブ
回路、24:F/Vパルス発生回路、37:プリドライブ上側出
力回路、38:プリドライブ下側出力回路 である。 なお、図中、同一符号及び同一記号は同一または相当部
分を示すものである。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ホール素子から得たマグネット位置及び速
   度制御信号に応じてオン／オフする上側回路及び下側回
   路間に直流高電圧が供給され、前記上側回路と下側回路
   との間に接続したモータに電力を供給するモータドライ
   ブ回路と、 前記モータドライブ回路の速度を制御する速度制御信号
   を、前記モータ速度を周波数として検出し、その周波数
   をその周波数に対応した電圧に変換するパルス発生回路
   の出力電圧のローレベルを所定の電圧値に限定し、外部
   からの速度指令に応じて前記モータを停止から最大回転
   数までパルス幅制御するプリドライブ回路と を具備することを特徴とするブラシレスモータの駆動装
   置。