JP2688703B2

JP2688703B2 - ブラシレスモータ回路

Info

Publication number: JP2688703B2
Application number: JP63079400A
Authority: JP
Inventors: 晃赤見
Original assignee: 株式会社芝浦製作所
Priority date: 1988-03-30
Filing date: 1988-03-30
Publication date: 1997-12-10
Anticipated expiration: 2012-12-10
Also published as: JPH01252196A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、ブラシレスモータ回路に関し、特に制動力
の調整が可能なブラシレスモータ回路に関する。

［従来の技術］従来、Ｎ極とＳ極とからなる２極回転子の周囲に３相
固定子巻線を配したブラシレスモータが知られている。
このブラシレスモータの固定子巻線をインバータ回路で
駆動する場合、速度フィードバックを行うことは普通に
行なわれている。また、ブラシレスモータの制動を行う
場合には、本願出願人の出願に係る特願昭61−257851号
に示されるように、インバータ回路を構成するスイッチ
ング素子をオン・オフさせる制御信号の供給順序を切換
えることにより、回転子の回転のための電流モードと制
動のための電流モードとを切換えることができる。すな
わち、制動信号の入力がない回転電流モードでは回転子
に回転力を与える順序で固定子巻線の通電を行い、制動
信号の入力がなされた制動電流モードでは回転子に制動
を与える順序で固定子巻線の通電を行う。

ところが、このブラシレスモータ回路では制動力の調
整を行うことができなかった。したがって、例えば軽量
ドアの駆動の場合には制動が急激にききすぎて振動や騒
音が問題となっていた。

そこで、回転電流モードと制動電流モードとを切換え
るための制動信号を所望の制動力に応じてパルス幅変調
することが考えられる。制動信号は、例えば数100Hzで
ＨレベルとＬレベルとを繰返す。この場合には、例えば
制動信号がＨレベルの期間だけモータの制動がなされ、
Ｌレベルの期間は通常の回転電流モードとなる。

［発明が解決しようとする課題］回転電流モードと、制動電流モードとを切換えるため
の制動信号をパルス幅変調する前記のブラシレスモータ
回路では、制動信号の変調のために特別な発振器を必要
とするばかりでなく、きめの細かい制動力調整を行うこ
とができなかった。

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであって、
特別な発振器を用いる必要がなく、しかも制動力を滑か
に変化させることができるブラシレスモータ回路を提供
することを目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明は、上記の目的を達成するために、回転子４の
回転速度に比例した速度信号を出力する速度検出回路26
と、スイッチング素子からなり固定子巻線11,12,13に電
流を供給するインバータ回路30と、制動信号の入力を受
けて回転子４の回転のための電流モードを制動のための
電流モードに切換えるためにインバータ回路30のスイッ
チング素子のオン順序を決定する駆動信号を出力するイ
ンバータ制御回路50と、速度指令を出力する速度設定器
60と、制動指令を出力する制動力設定器63と、前記制動
信号の入力を受けて速度指令を制動指令に切換えて出力
する切換回路70と、この切換回路70の出力と速度検出回
路26の速度信号出力との差をとる差動増幅回路72と、こ
の差動増幅回路72の出力に応じたパルス幅の信号を出力
するパルス幅変調回路81と、このパル幅に応じて、前記
インバータ制御回路50から前記インバータ回路30のスイ
ッチング素子に出力される駆動信号の供給時間を、制動
開始直後は短く、その後次第に長くしていき、その制動
力を大きくしていくスイッチング回路とからなるもので
ある。

［作用］インバータ制御回路50及び切換回路70に対して制動信
号が入力された場合にインバータ制御回路50が出力する
駆動信号は、回転子４を制動する順序でインバータ30が
固定子巻線11,12,13に電流を供給すべく、インバータ回
路30のスイッチング素子のオン順序を決定するものであ
る。一方、切換回路70は、制動力設定器63から出力され
る制動指令を差動増幅回路72に対して出力する。回転子
４の回転速度は速度検出回路26によって逐次検出され、
差動増幅回路72に対する速度信号として出力される。差
動増幅回路72は制動指令と速度信号との差をとり、この
差に応じたパルス幅の信号がパルス幅変調回路81から出
力される。したがって、制動指令と速度信号との差が大
きいほど、スイッチング回路90の作用によりインバータ
回路30のスイッチング素子に対するインバータ制御回路
50からの駆動信号供給時間が長い。制動開始直後は制動
指令と速度信号との差が小さいからインバータ回路30の
スイッチング素子の駆動時間が短く、制動力が小さいも
のの、制動力は制動指令によって決定される。そして、
制動によって回転子４の回転速度が小さくなるにつれて
制動指令と速度信号との差が大きくなり、制動力は、制
動指令によって規制されながら大きくなる。

インバータ制御回路50及び切換回路70に対する制動信
号の入力がない場合にインバータ制御回路50が出力する
駆動信号は、回転子４の回転を駆動する順序でインバー
タ30が固定子巻線11,12,13に電流を供給すべく、インバ
ータ回路30のスイッチング素子のオン順序を決定するも
のである。一方、切換回路70は、速度設定器60から出力
される速度指令を差動増幅回路72に対して出力する。し
たがって、制動信号の入力がない場合には、従来と同様
に回転子４の回転速度のフィードバックがなされ、その
速度が速度指令で決定される速度にほぼ等しくなるよう
に制御がなされる。

［実施例］第１図は、本発明の実施例に係るブラシレスモータ回
路のうち、速度設定器60、制動力設定器63、切換回路7
0、差動増幅回路72、パルス幅変調回路81及びスイッチ
ング回路90の部分を示す回路図である。

速度設定器60は、可変抵抗器61と固定抵抗器62との直
列回路で構成される分圧回路である。制動力設定器63
も、同様に可変抵抗器64と固定抵抗器65との直列回路で
構成される分圧回路である。

速度設定器60の分圧点の電圧すなわち速度指令Ｓと、
制動力設定器63の分圧点の電圧すなわち制動指令Ｔと
は、それぞれアナログスイッチ67,68のアナログ入力端
子に入力される。アナログスイッチ68のデジタル入力端
子には制動信号Ｂが直接入力され、この制動信号Ｂは、
インバータ69を介してアナログスイッチ67のデジタル入
力端子に入力される。両アナログスイッチ67,68のアナ
ログ出力端子は互いに接続される。切換回路70は、以上
のアナログスイッチ67,68及びインバータ69で構成され
る。

速度信号H1は、差動増幅回路72の微分回路73に入力さ
れる。微分回路73の出力は、ワンショット回路74、平滑
回路75及び抵抗器76を介して差動増幅器77の反転入力端
子に入力される。この差動増幅器77の出力端子と反転入
力端子との間は抵抗器78によって接続される。前記アナ
ログスイッチ67,68のアナログ出力端子は、抵抗器79を
介して差動増幅器77の非反転入力端子に接続される。ま
た、この非反転入力端子は、抵抗器80を介してアースさ
れる。

差動増幅器77の出力信号Ｆは、パルス幅変調回路81に
おいて、オープンコレクタ出力であるコンパレータ83の
反転入力端子に入力される。符号84は、三角波発振回路
であって、抵抗器85とコンデンサ86とで構成される時定
数回路により決定される周波数の三角波を出力する。こ
の三角波はコンパレータ83の非反転入力端子に入力され
る。コンパレータ83の出力端子は抵抗器87によってプル
アップされ、パルス信号Ｐを出力する。なお、三角波に
かえて鋸歯状波を用いてもよい。

スイッチング回路90は、４つのPNPトランジスタ91,9
2,93,94で構成される。パルス幅変調回路81から出力さ
れるパルス信号Ｐは、トランジスタ91のベースに入力さ
れる。このトランジスタ91のエミッタは直流電源に接続
され、コレクタは他の３つのトランジスタ92,93,94のエ
ミッタに接続される。これらのトランジスタ92,93,94の
ベースには、後に説明する駆動信号L1,L2,L3がそれぞれ
入力される。これらのトランジスタ92,93,94のコレクタ
から出力される信号N1,N2,N3は、後に説明するように、
インバータ回路30を構成するトランジスタのベースに入
力される。

第２図は、本発明の実施例に係るブラシレスモータ回
路のうち、ブラシレスモータ２自体とインバータ回路30
との部分を示す回路図である。

３相DCブラシレスモータ２の回転子４は、Ｎ極とＳ極
との２極からなる。この回転子４の周囲には固定子６が
配されている。固定子６には、Ｕ相巻線11、Ｖ相巻線12
及びＷ相巻線13の３つの固定子巻線が時計回りに120度
等配され、Ｕ相巻線11とＶ相巻線12との間、Ｖ相巻線12
とＷ相巻線13との間及びＷ相巻線13とＵ相巻線11との間
には、それぞれ突極17,18,19が回転子４に向けて設けら
れている。また、回転子４の位置を検出してその回転速
度を検出するために、突極17と回転子４との間のＵ相固
定子巻線11寄りにはホール素子等からなる位置検出器21
が、突極18と回転子４との間のＶ相固定子巻線12寄りに
は同様の位置検出器22が、突極19と回転子４との間のＷ
相固定子巻線13寄りには同様の位置検出器23が、それぞ
れ120度等配される。

各相の固定子巻線11,12,13は、次のような３相インバ
ータ回路30に接続される。３つのPNPトランジスタ31、3
2、33の各エミッタは、直流電源V_DDに接続される。これ
らのPNPトランジスタ31、32,33の各コレクタは、これら
と対をなす３つのNPNトランジスタ34,35,36の各コレク
タに接続点37,38,39にて接続される。さらに、これらの
NPNトランジスタ34,35,36の各エミッタはアースGNDに接
続される。また、以上の各トランジスタを保護するため
に、PNPトランジスタ31,32,33の各エミッタ・コレクタ
間には、ダイオード41,42,43がエミッタ側にカソードを
向けて接続され、NPNトランジスタ34,35,36の各エミッ
タ・コレクタ間には、ダイオード44,45,46がコレクタ側
にカソードを向けて接続される。PNPトランジスタ31,3
2,33の各ベースには後に説明する駆動信号M3,M2,M1が入
力され、NPNトランジスタ34,35,36の各ベースには前記
スイッチング回路90のトランジスタ92,93,94のコレクタ
から出力される信号N3,N2,N1が入力される。各相の固定
子巻線11,12,13の一端はそれぞれ前記接続点37,38,39に
接続され、その他端が一点で接続されて、３相固定子巻
線が星形接続される。

第３図は、本発明の実施例に係るブラシレスモータ回
路のうち、速度検出回路26とインバータ制御回路50との
部分を示す回路図である。

前記位置検出器21,22,23の出力は、波形整形回路25に
よって矩形波に整形されて、それぞれ速度信号H1,H2,H3
となる。すなわち、位置検出器21,22,23と波形整形回路
25とは、速度検出回路26を構成する。

インバータ制御回路50は、正反転回路51、制動回路53
及び駆動論理回路55によって構成される。速度信号H1,H
2,H3は正反転回路51に入力され、信号J1,J2,J3に変換さ
れる。すなわち、この正反転回路51には方向信号Ｄが入
力され、方向信号ＤがＬレベルであるときにはJ1＝H1,J
2＝H2,J3＝H3となり、方向信号ＤがＨレベルであるとき
にはJ1＝H2,J2＝H3,J3＝H1となる。

これらの信号J1,J2,J3は制動回路53に入力され、信号
K1,K2,K3に変換される。すなわち、この制動回路53には
前記制動信号Ｂと方向信号Ｄとが入力され、制動信号Ｂ
と方向信号Ｄとの論理レベルが一致するときにはK1＝J
1,K2＝J2,K3＝J3となり、一致しないときにはK1＝J2,K2
＝J3,K3＝J1となる。

これらの信号K1,K2,K3は駆動論理回路55に入力され、
駆動信号L1,L2,L3及びM1,M2,M3に変換される。

駆動論理回路55の詳細構成は、例えば次のとおりであ
る。すなわち、信号K1は、３入力ORゲート103の第１の
入力端子及び２入力ORゲート111の第１の入力端子に直
接入力されるとともに、インバータ104を介して３入力O
Rゲート101の第１の入力端子及び２入力ORゲート113の
第１の入力端子に入力される。信号K2は、３入力ORゲー
ト102の第１の入力端子及び２入力ORゲート113の第２の
入力端子に直接入力されるとともに、インバータ105を
介して３入力ORゲート103の第２の入力端子及び２入力O
Rゲート112の第１の入力端子に入力される。信号K3は、
３入力ORゲート101の第２の入力端子及び２入力ORゲー
ト112の第２の入力端子に直接入力されるとともに、イ
ンバータ106を介して３入力ORゲート102の第２の入力端
子及び２入力ORゲート111の第２の入力端子に入力され
る。さらに、２入力ORゲート111,112,113の各出力は、
３入力ORゲート101,102,103の第３の入力端子にそれぞ
れ入力されるとともに、駆動信号L1,L2,L3として前記の
ようにスイッチング回路90のPNPトランジスタ92,93,94
の各ベースに供給される。一方、３入力ORゲート101,10
2,103の各出力は、駆動信号M1,M2,M3としてインバータ
回路30のPNPトランジスタ33,32,31の各ベースに供給さ
れる。

次に、以上に説明した本発明の実施例に係るブラシレ
スモータ回路の動作を説明する。

速度信号H1,H2,H3は、対応する位置検出器の近傍に回
転子４のＮ極があるときにＨレベルとなり、Ｓ極がある
ときにＬレベルとなる。したがって、回転子４の回転中
の速度信号H1,H2,H3は、１回転あたり１パルスの信号と
なる。これらの信号のうち速度信号H1が差動増幅回路72
において微分回路73、ワンショット回路74及び平滑回路
75から構成されるF/V変換回路に入力されるから、この
変換回路の作用により、回転子４の回転速度に比例した
大きさの電圧が差動増幅器77の反転入力端子に入力され
る。ところが、回転子４の回転が停止していると、速度
信号H1,H2,H3はいずれも変化がなく、差動増幅器77の反
転入力端子の入力電圧がほぼ0Vとなる。

さて、制動信号ＢがＬレベルである場合には、切換回
路70が可変抵抗器61の調整によって決定される一定電圧
の速度指令Ｓを出力する。したがって、回転子４の回転
が停止していると、差動増幅器77の出力Ｆが高い電圧と
なり、この出力がコンパレータ83の反転入力端子に入力
される。一方、このコンパレータ83の非反転入力端子に
は一定周波数の三角波電圧が印加されるから、コンパレ
ータ83の反転入力端子への印加電圧が高い電圧である場
合には、このコンパレータ83から出力されるパルス信号
ＰのＬレベルの期間が長くなり、パルス幅が小さくな
る。このパルス信号Ｐがスイッチング回路90のPNPトラ
ンジスタ91のベースに印加されるから、このトランジス
タ91のON時間が長くなる。

一方、速度信号H1,H2,H3は、正反転回路51によって方
向信号Ｄの論理レベルに応じて信号J1,J2,J3に変換され
た後、Ｌレベルの制動信号Ｂが入力された制動回路53を
そのまま通過して信号K1,K2,K3となり、駆動論理回路55
に入力される。例えば方向信号Ｄと制動信号Ｂとがとも
にＬレベルである場合には、速度信号H1,H2,H3の論理レ
ベルがそれぞれL,H,Lであるとき、６つの駆動信号のう
ち２つの駆動信号M3,L2のみがＬレベルとなる。駆動信
号M3がＬレベルになると、インバータ回路30のPNPトラ
ンジスタ31がONする。また、駆動信号L2がＬレベルにな
るとスイッチング回路90のPNPトランジスタ93がONする
から、パルス信号ＰのＬレベルの期間ごとに、PNPトラ
ンジスタ91,93を通してインバータ回路30のNPNトランジ
スタ35にベース電流が供給され、このトランジスタ35が
ONする。したがって、直流電源V_DDからPNPトランジスタ
31、Ｕ相固定子巻線11、Ｖ相固定子巻線12及びNPNトラ
ンジスタ35を順次経由して電流が流れ、回転子４が時計
回り（以下CWという。）方向の回転を開始する。以下、
回転子４が60度回転するごとに速度信号H1,H2,H3の論理
レベルに応じてＬレベルにする駆動信号を切換え、回転
子４のCW方向の回転を継続的に駆動する。

制動信号ＢがＬレベルであって方向信号ＤがＨレベル
である場合には、速度信号H1,H2,H3の論理レベルがそれ
ぞれ同じくL,H,Lであっても駆動論理回路55の駆動信号M
2,L1のみがＬレベルとなる。この場合には、直流電源V
_DDからPNPトランジスタ32、Ｖ相固定子巻線12、Ｗ相固
定子巻線13及びNPNトランジスタ36を順次経由して電流
が流れ、回転子４が反時計回り（以下CCWという。）方
向の回転を開始し、回転子４のCCW方向の回転が継続的
に駆動される。

回転子４の回転速度が上昇すると、速度信号H1の繰返
し周波数が上昇する。この周波数が上昇すると、差動増
幅器77の反転入力端子の入力電圧が上昇する。そして、
この電圧が速度指令Ｓにほぼ等しくなるまでPNPトラン
ジスタ91のON時間を小さくして、回転子の回転速度を設
定された一定の回転速度に一致させる。つまり、回転子
４の回転速度の負帰還がなされ、一定の回転速度が達成
される。

回転子４の定速回転中に制動信号ＢをＨレベルにする
と、アナログスイッチ67,68による切換が行なわれ、可
変抵抗器64の調整によって決定される制動指令Ｔが差動
増幅器77の非反転入力端子に入力される。制動指令Ｔは
高い電圧に設定されるので、制動信号ＢをＨレベルに変
更した直後は差動増幅器77の出力Ｆが制動指令Ｔによっ
て決定される低い電圧となり、この出力Ｆがコンパレー
タ83の反転入力端子に印加される。したがって、コンパ
レータ83から出力されるパルス信号ＰのＬレベルの期間
は短く、パルス幅が大きい。このパルス信号ＰがPNPト
ランジスタ91のベースに印加されるから、トランジスタ
91のON時間は短いものの、このON時間は制動指令Ｔによ
って決定される。

一方、同じ制動信号Ｂが制動回路53にも入力される。
方向信号ＤがＬレベルであって回転子４がCW方向の回転
をしている場合に制動信号ＢがＨレベルになると、制動
回路53において制動信号Ｂと方向信号Ｄとの論理レベル
が一致しなくなるからK1＝J2,K2＝J3,K3＝J1となり、例
えば速度信号H1,H2,H3の論理レベルがそれぞれL,H,Lで
あるとき、６つの駆動信号のうち２つの駆動信号M1,L3
のみがＬレベルとなる。駆動信号M1がＬレベルになる
と、インバータ回路30のPNPトランジスタ33がONする。
また、駆動信号L3がＬレベルになるとスイッチング回路
90のPNPトランジスタ94がONするから、パルス信号Ｐの
Ｌレベルの期間ごとに、PNPトランジスタ91,94を通して
インバータ回路30のNPNトランジスタ34にベース電流が
供給され、このトランジスタ34がONする。したがって、
直流電源V_DDからPNPトランジスタ33、Ｗ相固定子巻線1
3、Ｕ相固定子巻線11及びNPNトランジスタ34を順次経由
して電流が流れ、制動指令Ｔによって決定される回転子
４の回転制動がなされる。以下、回転子４が60度回転す
るごとに速度信号H1,H2,H3の論理レベルに応じてＬレベ
ルにする駆動信号を切換え、回転子４を継続的に制動す
る。

方向信号ＤがＨレベルであって回転子４がCCW方向の
回転をしている場合に制動信号ＢがＨレベルになると、
制動信号Ｂと方向信号Ｄとの論理レベルが一致するから
K1＝J1,K2＝J2,K3＝J3となり、例えば速度信号H1,H2,H3
の論理レベルがそれぞれL,H,Lであるとき、駆動信号M1,
L3のみがＬレベルとなる。したがって、CW方向の回転時
と同様に回転子４の回転が継続的に制動される。この際
にも、制動力は制動指令Ｔによって決定される。

以上に説明したように、回転子４の回転方向にかかわ
らず、制動信号ＢもＨレベルにするだけでパルス信号Ｐ
のＬレベルの期間に制動が実行される。

制動による回転子４の回転速度の減少にともない、速
度信号H1の繰返し周波数が減少し、差動増幅器77の反転
入力端子への印加電圧が低下する。一方、制動指令Ｔは
一定の電圧であるから、差動増幅器77の出力Ｆが上昇す
る。出力Ｆの上昇につれて、コンパレータ83から出力さ
れるパルス信号ＰのＬレベルの期間が長くなり、パルス
幅が小さくなる。このパルス信号ＰがPNPトランジスタ9
1のベースに印加されるから、トランジスタ91のON時間
が長くなる。したがって、回転子４の回転速度が減少す
るにつれて、制動指令Ｔによって規制されながら制動力
が大きくなる。なお、パルス信号ＰのＨレベルの期間
は、回転の駆動も制動もともに行なわれない。

［発明の効果］以上に詳細に説明したように、本発明に係るブラシレ
スモータ回路では、制動信号の入力を受けてインバータ
制御回路の動作を回転電流モードから制動電流モードに
切換えるとともに、速度検出回路、差動増幅回路、パル
ス幅変調回路、スイッチング回路、インバータ制御回路
及びインバータ回路で構成されるブラシレスモータの通
電電流負帰還回路において、制動信号の入力を受けて差
動増幅回路の基準電圧を速度指令から制動指令に切換え
ているため、制動信号の変調のための特別な発振器を設
ける必要がない。また、制動力を滑かに変化させること
ができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例に係るブラシレスモータ回路
のうち、速度設定器、制動力設定器、切換回路、差動増
幅回路、パルス幅変調回路及びスイッチング回路の部分
を示す回路図、第２図は、本発明の実施例に係るブラシレスモータ回路
のうち、ブラシレスモータ自体とインバータ回路との部
分を示す回路図、第３図は、本発明の実施例に係るブラシレスモータ回路
のうち、速度検出回路とインバータ制御回路との部分を
示す回路図である。符号の説明２……３相DCブラシレスモータ、４……回転子、６……
固定子、11……Ｕ相固定子巻線、12……Ｖ相固定子巻
線、13……Ｗ相固定子巻線、21,22,23……位置検出器、
26……速度検出回路、30……インバータ回路、50……イ
ンバータ制御回路、60……速度設定器、63……制動力設
定器、70……切換回路、72……差動増幅回路、81……パ
ルス幅変調回路、90……スイッチング回路、Ｂ……制動
信号、H1〜H3……速度信号、L1〜L3,M1〜M3……駆動信
号、Ｓ……速度指令、Ｔ……制動指令。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】回転子の回転速度に比例した速度信号を出
力する速度検出回路と、スイッチング素子からなり固定子巻線に電流を供給する
インバータ回路と、制動信号の入力を受けて前記回転子の回転のための電流
モードを制動のための電流モードに切換えるために前記
インバータ回路のスイッチング素子のオン順序を決定す
る駆動信号を出力するインバータ制御回路と、速度指令を出力する速度設定器と、制動指令を出力する制動力設定器と、前記制動信号の入力を受けて前記速度指令を前記制動指
令に切換えて出力する切換回路と、この切換回路の出力と前記速度検出回路の速度信号出力
との差をとる差動増幅回路と、この差動増幅回路の出力に応じたパルス幅の信号を出力
するパルス幅変調回路と、通常の運転時には、前記速度指令に応じた前記パルス幅
変調回路からの入力信号に対応させて、前記インバータ
制御回路から前記インバータ回路のスイッチング素子に
出力される駆動信号をフィードバック制御し、制動時に
は、速度低下に伴って前記パルス幅変調回路からの入力
信号が増加する結果、この入力信号に対応させて、前記
インバータ制御回路から前記インバータ回路のスイッチ
ング素子に出力される駆動信号を制御して制動力を時間
と共に増加させるスイッチング回路とからなることを特徴とするブラシレスモータ回路。