JP2965586B2

JP2965586B2 - 高電圧駆動ブラシレスモータ

Info

Publication number: JP2965586B2
Application number: JP1242543A
Authority: JP
Inventors: 仁川口; 博田中
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1989-09-19
Filing date: 1989-09-19
Publication date: 1999-10-18
Anticipated expiration: 2014-10-18
Also published as: JPH03107390A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は高電圧駆動ブラシレスモータに関するもの
であり、特に、商用電源を整流した高電圧の直流電源に
より直接駆動するブラシレスモータに関するものであ
る。

［従来の技術］従来のブラシレスモータには、特開昭62−185584号公
報に示された技術等がある。第６図は従来のブラシレス
モータ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、（19）
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。（41）は交流電源（３）を低電圧の交流に変
換する変圧器、（42）はその低電圧の交流を直流に整流
する整流回路、（43）は整流後の直流を平滑化するコン
デンサ、（44）は出力電圧を安定化する３端子レギュレ
ータ、（45）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IC（45）によりモータドライブ回路（19）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では、AC
100V（或いはAC200V）の交流を直流に変換し、モータド
ライブ回路（19）に印加するとともに、このモータドラ
イブ回路（19）の駆動を直流の低電圧電源で作動する制
御IC（45）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。そして、このモータ（１）
の回転数の制御は、制御IC（45）の外部からの速度指令
等により行なっている。

例えば、特開昭61−164483号公報に開示されているモ
ータドライブ回路とモータ駆動用のプリドライバ回路を
別回路としたブラシレスモータも、この例である。

［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では、制御IC用
の低電圧電源（12V或いは24V等）が必要であり、この低
電圧電源を生成するために変圧器（41）を使用した特別
の回路を必要としていた。したがって、回路構成が複雑
であり、装置全体が大型化せざるを得なかった。

また、変圧器（41）を使用することなく、電圧降下に
よる低電圧化も可能ではあるが、例えば、DC280Vの高電
圧からDC12Vの低電圧を生成する場合には、抵抗で消費
される電力が大き過ぎて発熱による過熱の問題や、或い
は許容損失に耐え得る抵抗を選定する必要性から、やは
り装置全体の小型化は困難であった。

そして、実開昭63−146478号公報に掲載されているよ
うに、チョッパ回路を直流高圧から直流低圧に電圧降下
させる技術が開示されている。しかし、直流高圧から直
接直流低圧に電圧降下させて使用するチョッパ回路は公
知であるが、単に、直流高圧電源及び直流低圧電源を使
用する場合の電源として使用することができるものの、
ブラシレスモータの駆動装置として使用する場合につい
て示唆するものがない。

即ち、上記のような従来のブラシレスモータでは、印
加電圧の変動により回転数が変化し、負荷の変動によっ
ても回転数が変化していた。そこで、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。したがって、回路構成が複雑であった。

そこで、この発明は、回路構成及び配線が簡素化で
き、装置全体を小型化できるとともに、安定した速度制
御ができる高電圧駆動ブラシレスモータの提供を課題と
するものである。

［課題を解決するための手段］この発明にかかる高電圧駆動ブラシレスモータは、直
流高電圧によりモータを可変速制御するモータドライブ
回路と、前記モータ内に内蔵され、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
回路と、前記モータ内に内蔵され、前記チョッパ回路を
制御して自己電源とし、前記モータの回転速度を検出し
て速度パルスを生成し、前記モータドライブ回路を駆動
するプリドライブ出力を速度指令電圧によりPWM制御す
るプリドライブ回路と、前記速度パルス及びチョッパ回
路の出力電圧により速度指令電圧を生成するモータ制御
回路とを具備するものである。

［作用］この発明の高電圧駆動ブラシレスモータにおいては、
モータ内に内蔵したチョッパ回路が低電圧電源として作
用し、変圧器を使用することなく直流高電圧を直流低電
圧に変換する。そして、同じくモータ内に内蔵したプリ
ドライブ回路が、このチョッパ回路を制御して自己電源
とし、モータの回転速度を検出して速度パルスを生成
し、この速度パルス及び前記チョッパ回路の出力電圧に
応じてモータ制御回路で生成した速度指令電圧によりモ
ータドライブ回路をPWM制御して、モータの回転を適宜
制御するから、プリドライブ回路作動用の特別な低電圧
電源回路または複数の電源を必要とせず、回路構成が小
型で簡単になるとともに、電源の電圧変動及び負荷変動
による回転変動を抑制できる。

［実施例］第１図はこの発明の一実施例である高電圧駆動ブラシ
レスモータの制御回路を示す回路図である。

図において、（１）は各種の制御機構が内蔵され、三
相コイル構造のステータを有する直流ブラシレス形のモ
ータ、（３）はAC100V（或いはAC200V）の交流電源、
（４）は前記交流を直流（DC130V〜DC300V）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）はモータ（１）の回転速度を制御する速度指
令電圧を生成する速度指令発生回路、（７）はモータ
（１）を駆動源として作動するモータ制御回路、（８）
はモータ（１）に入力される直流高電圧である入力電
圧、（９）は接地、（10）はモータ（１）から出力され
る直流低電圧である出力電圧、（11）はモータ（１）の
回転速度制御用の速度指令電圧、（12）はモータ（１）
の回転速度に応じて生成される速度パルス、（13）はモ
ータ制御回路（７）から速度指令発生回路（６）に出力
される速度指令出力である。

この構成の高電圧駆動ブラシレスモータはモータ側と
コントロール側とに分かれており、モータ（１）内に低
電圧電源（図示せず）が内蔵されている。そして、単一
の高電圧で駆動する。すなわち、このモータ（１）は交
流電源（３）を整流回路（４）とコンデンサ（５）で整
流した直流高電圧電源のみで駆動する。DC130VからDC30
0Vの入力電圧（８）が入力されることにより、モータ
（１）は低電圧（12V）を生成し、これを出力電圧（1
0）として出力するとともに、この低電圧を自己電源と
してモータ（１）内部のモータ駆動用の制御機構（図示
せず）を作動させる。また、このモータ（１）からの出
力電圧（10）によりモータ制御回路（７）も駆動し、速
度指令発生回路（６）を制御してモータ（１）に速度指
令電圧（11）を与える。そして、この速度指令電圧（1
1）に応じた一定の回転数でモータ（１）は回転する。
なお、速度パルス（12）はコントロール側での精度を出
すために使用することを目的として設けられた速度検出
用のパルス（エンコーダ出力）である。

続いて、この高電圧駆動ブラシレスモータをモータ側
とコントロール側に分けて説明をする。まず、モータ側
について述べる。第２図はこの発明の一実施例である高
電圧駆動ブラシレスモータの内部の回路構成を示す回路
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。

図において、（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。
（14）は入力電圧（８）の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、（15）
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、（16）はエネ
ルギー貯留用のコイル、（17）は貫流用のダイオード、
（18）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（14）は上記のスイッチング回路（15）
と、コイル（16）と、ダイオード（17）と、及びコンデ
ンサ（18）とで構成されている。（19a），（19b），
（19c）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。（20）はモータドライブ回路（19）
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）はチョッパ回路（14）の制御手段として機能する
自己電源制御回路（21）であり、具体的には、過電圧保
護回路、起動基準電圧回路、不足電圧保護回路、エアー
ランプ回路、及びチョッパ用PWM回路等により構成され
ている。これらの各回路は次のような動作をする。過電
圧保護回路はIC（20）の印加電圧（Vout）が所定の電圧
以上になったときに、スイッチング回路（15）へ非同期
でオフ指令を出す。起動基準電圧回路はIC（20）の印加
電圧から安定した定電圧を生成する。不足電圧保護回路
はIC（20）の印加電圧が所定の電圧よりも低いときにス
イッチング回路（15）にオン指令を出す。エラーアンプ
回路はIC（20）の印加電圧を所定電圧を中心にして変動
分を増幅してチョッパ用PWM回路用の比較電圧とする。
チョッパ用PWM回路は台形波とエラーアンプ回路の出力
を各々比較し、スイッチング回路（15）用のオン／オフ
指令を生成する。（22）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。（23）は三相全波ロジック回路
であり、三相のホール入力回路（22）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（2
7）及びプリドライブ下側出力回路（28）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。（24）はPWM制御回路であ
り、三相全波ロジック回路（23）の出力と速度制御回路
（25）の出力とでPWM制御信号を生成し、プリドライブ
下側出力回路（28）をPWM制御をする。（25）は外部か
らの速度指令によりモータ（１）の回転数を適宜制御す
る速度制御回路であり、具体的には、F/Vパルス発生回
路、制御アンプ回路、及びIC（20）の外部に位置する抵
抗及びコンデンサにより構成されるている。F/Vパルス
発生回路は三相全波ロジック回路（23）からの出力段の
切換タイミングに対応して一定幅のパルスを発生させ
る。制御アンプ回路は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パルス発生回路からの出力を各々入力
し、IC（20）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。（26）は検出器（２）で検出し
たモータ（１）の回転数に応じて所定のパルスを生成す
る速度パルス生成回路、（27）はプリドライブ上側出力
回路、（28）はプリドライブ下側出力回路であり、この
プリドライブ上側出力回路（27）及びプリドライブ下側
出力回路（28）はモータドライブ回路（19a），（19
b），（19c）を駆動する。

なお、このIC（20）のロジック部はIIL（Integrated
Injection Logic）で構成し、リニア部はバイポーラ・
プロセスで構成されている。そして、この高電圧駆動ブ
ラシレスモータのモータ側のモータ（１）を可変速制御
するモータドライブ回路（19）と直流高電圧を直流低電
圧に変換するチョッパ回路（14）とを高耐電圧回路で構
成し、チョッパ回路（14）及びモータドライブ回路（1
9）を制御するプリドライブ回路をIC化して低電圧回路
で構成している。

ここで、モータ（１）に内蔵されているチョッパ回路
（14）及びプリドライブ回路の動作について説明する。

チョッパ回路（14）はIC（20）内の自己電源制御回路
（21）とで低電圧電源装置として機能する。すなわち、
スイッチング回路（15）に直流高電圧が印加されること
により、スイッチング回路（15）はオン状態となり、所
定の電圧がコイル（16）とコンデンサ（18）との接続点
から出力される。この電位が所定の電位以上になると自
己電源制御回路（21）はスイッチング回路（15）をオフ
状態にして、ダイオード（17）を通して還流電流が流れ
る。また、コイル（16）とコンデンサ（18）との接続点
の電位が所定の電位以下になると自己電源制御回路（2
1）がスイッチング回路（15）をオン状態にする。この
ように、自己電源制御回路（21）がスイッチング回路
（15）をオン／オフさせることにより、高電圧を所定の
低電圧に変換する。

このように、この実施例では、チョッパ回路（14）を
制御する自己電源制御回路（21）が、プリドライブ回路
として機能するIC（20）に一体で組込まれている。そし
て、この自己電源制御回路（21）がIC（20）での消費電
力等に応じてチョッパ回路（14）を適宜制御して、安定
した直流低電圧を生成する。しかも、このIC（20）は当
初5V程度のわずかな電圧を印加するだけで作動を開始
し、以降は上記のようにチョッパ回路（14）で約12V程
度の低電圧を生成して、自己電源としている。したがっ
て、プリドライブ回路作動用の特別な低電圧電源回路ま
たは複数の電源を必要としない。

また、プリドライブ回路はモータドライブ回路（19）
の駆動を制御してモータ（１）の回転速度を制御する。
すなわち、F/Vパルス発生回路でモータ（１）の回転数
に応じた電圧に変換し、この電圧と速度指令電圧（11）
とを比較し、増幅位相補償回路等によりモータ（１）に
加えるべき電圧に変換する。そして、この電圧と所定の
周波数ののこぎり波等からなる搬送波とによりPWM制御
信号を生成し、このパルス幅に応じて電圧を制御するこ
とにより、最終的にモータ（１）は速度指令電圧（11）
で指定された所定の回転数で回転する。

したがって、この実施例では、モータ（１）の回転速
度はPWM制御により、安定した回転が維持されている。
また、この実施例では、プリドライブ回路をIC化してモ
ータ（１）内に内蔵しているので、モータ全体がコンパ
クトに構成されている。

つぎに、この高電圧駆動ブラシレスモータのコントロ
ール側について述べる。第３図はこの発明の一実施例の
高電圧駆動ブラシレスモータ用の速度指令電圧発生回路
の一例を示す回路図である。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。

図において、（30）はトランジスタ、（31）から（3
4）は各々抵抗、（35）はコンデンサであり、抵抗（3
4）とコンデンサ（35）とで速度指令電圧（11）を安定
化させる低域フィルタを構成し、速度指令電圧（11）を
安定させている。このトランジスタ（30）はモータ制御
回路（７）によりオン／オフの動作を繰返す。

この構成の速度指令発生回路では、トランジスタ（3
0）がオン／オフすることにより出力電圧（10）は分割
されるが、このオン／オフのデューティ比をリニア（直
線的）に変化させれば、モータ（１）の回転数もリニア
に制御することができる。

また、第４図はこの発明の一実施例の高電圧駆動ブラ
シレスモータ用の速度指令電圧発生回路の他の例を示す
回路図である。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。

図において、（30a），（30b），（30n）はトランジ
スタ、（31a），（31b），（31n）、（32a），（32
b），（32n）、（33a），（33b），（33n）、及び（3
6）は各々抵抗である。

この構成の速度指令発生回路では、モータ制御回路
（７）がｎ個のトランジスタ（30a），（30b），（30
n）を適宜オン／オフ制御することにより、ｎ個の抵抗
（31a），（31b），（31n）のトータルの抵抗値が変化
する。そして、抵抗（36）との分割比で与えられる速度
指令電圧（11）を得る。即ち、速度指令電圧（11）は下
記の式により求まる。

速度指令電圧（11）＝｛抵抗（36）の抵抗値／（抵抗（36）の抵抗値＋抵抗（31a），（31b），（31n）のトータル抵抗値）｝×Vout したがって、この速度指令発生回路（６）では、ｎ個
のトランジスタ数で定められる状態数（2ⁿ）だけ速度指
令電圧（11）を設定できる。なお、モータ制御回路
（７）はモータ側からの速度パルス（12）により駆動が
制御される。

第５図はこの発明の一実施例の高電圧駆動ブラシレス
モータの回転数と速度指令電圧との関係を示す特性図で
ある。このように、速度指令電圧（11）を変化させるこ
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、速度指令電圧（11）の
大きさに比例してモータ（１）の回転数は増大する。ま
た、速度指令電圧（11）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（11）に応じた所定の
回転数で安定した定速駆動をする。

上記のように、この実施例の高電圧駆動ブラシレスモ
ータは、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（19）と、このモータ（１）内に
内蔵され、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（14）と、同じくモータ
（１）内に内蔵され、チョッパ回路（14）を自己電源制
御回路（21）で制御して自己電源とし、モータ（１）の
回転速度を検出器（２）で検出して速度パルス生成回路
（16）で速度パルスを生成し、前記モータドライブ回路
（19）を駆動するプリドライブ出力を速度指令電圧（1
1）によりPWM制御するプリドライブ回路と、前記速度パ
ルス及びチョッパ回路（14）の出力電圧により速度指令
発生回路（６）で速度指令電圧（11）を生成するモータ
制御回路（７）とを具備する。

そして、プリドライブ回路内の自己電源制御回路（2
1）がチョッパ回路（14）を適宜制御し、安定した直流
低電圧を生成して自己電源とするとともに、この直流低
電圧をモータ（１）の外部にも出力し、モータ制御回路
（７）の電源に供す。また、このプリドライブ回路内の
PWM制御回路（24）及び速度制御回路（25）によるPWM制
御により、モータ（１）の回転数を一定に制御するとと
もに、速度指令電圧（11）に応じてモータ（１）の回転
数を適宜制御する。

したがって、この高電圧駆動ブラシレスモータでは、
プリドライブ回路作動用の特別な低電圧電源回路または
複数の電源を必要とせず、自己電源機能を備えたプリド
ライブ回路がモータ（１）内に内蔵しているので、モー
タ全体が小型化できる。また、この高電圧駆動ブラシレ
スモータでは、印加電圧の変動により回転数が変化した
り、負荷の変動によって回転数が変化することはなく、
安定した定速回転が維持できる。しかも、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の速度制御回路で
でき、回路構成をより簡素化でき、モータの小型化を促
進できる。

特に、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自己電源制御回路（21）や
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。

ところで、上記実施例ではモータ側で生成した自己電
源用の直流低電圧をコントロール側のモータ制御回路
（７）にのみ供給したが、他の機構の電源用に供給する
ことも当然できる。

［発明の効果］以上説明したとおり、この発明の高電圧駆動ブラシレ
スモータは、モータドライブ回路と、チョッパ回路と、
プリドライブ回路とを具備し、チョッパ回路が低電圧電
源として作用し、変圧器を使用することなく直流高電圧
を直流低電圧に変換し、この低電圧電源を自己電源とし
て、モータの回転速度を検出して速度パルスを生成し、
この速度パルス及び前記チョッパ回路の出力電圧に応じ
てモータ制御回路で生成した速度指令電圧によりモータ
ドライブ回路をPWM制御して、モータの回転を適宜制御
するから、プリドライブ回路作動用の特別な低電圧電源
回路または複数の電源を必要とせず、回路構成が小型で
簡単になるとともに、電源の電圧変動及び負荷変動によ
る回転変動を抑制でき、モータの回転数が極めて安定す
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高電圧駆動ブラシレ
スモータの制御回路を示す回路図、第２図はこの発明の
一実施例である高電圧駆動ブラシレスモータの内部の回
路構成を示す回路図、第３図はこの発明の実施例の高電
圧駆動ブラシレスモータ用の速度指令電圧発生回路の一
例を示す回路図、第４図はこの発明の実施例の高電圧駆
動ブラシレスモータ用の速度指令電圧発生回路の他の例
を示す回路図、第５図はこの発明の実施例の高電圧駆動
ブラシレスモータの回転数と速度指令電圧との関係を示
す特性図、第６図は従来のブラシレスモータの回路構成
を示す回路図である。図において、 1:モータ、7:モータ制御回路 11:速度指令電圧、14:チョッパ回路 19:モータドライブ回路である。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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭61−164483（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−18990（ＪＰ，Ａ) 実開昭63−146478（ＪＰ，Ｕ) 実開昭61−126798（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】直流高電圧によりモータを可変速制御する
モータドライブ回路と、前記モータ内に内蔵され前記直
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
するチョッパ回路と、前記モータに内蔵され、このモー
タの回転速度を検出して速度パルスを生成し、前記モー
タドライブ回路を駆動するプリドライブ出力を速度指令
電圧によりPWM制御するプリドライブ回路と、前記速度
パルスおよびチョッパ回路で作られた直流低電圧より速
度指令電圧を生成するモータ制御回路と、とを備え、前
記モータ内の前記チョッパ回路で作られた直流低電圧の
みを、前記チョッパ回路の電圧制御を含め前記モータ内
の制御用電源とすることを特徴とする高電圧駆動ブラシ
レスモータ。