JP3148811B2 - Dcブラシレスモータの電流制限回路 - Google Patents

Dcブラシレスモータの電流制限回路

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、DCブラシレスモータの電流制限回路に関す
るものである。
従来のDCブラシレスモータの駆動回路としては、第5
図に示すようなものがある。
符号114は、3層のブラシレスモータ112の固定巻線で
ある。
符号116は、固定子巻線114に駆動電流を供給するイン
バータ回路である。
符号118は、交流電源である。
符号120は、交流電源118からの交流電圧を直流に変換
する整流平滑回路である。
符号122は、整流平滑回路120とインバータ回路116と
の間に設けられたフォワード方式コンバータ回路であ
る。このコンバータ回路122はトランジスタ124のON/OFF
により、整流平滑回路120から供給された直流電圧を、
任意の直流電圧に変圧してインバータ回路116に供給す
るものである。
符号126は、インバータ回路116のドライバ回路であ
る。
符号128は、DCブラシレスモータ112の内部に設けられ
たホール素子であって、回転子の位置を検出して、ドラ
イバ回路126に信号を出力する。
符号130は、ドライバ回路126の出力信号と速度指令信
号を増幅するための速度アンプである。
符号132は、パルス幅変調回路(以下PWMという)であ
り、速度アンプ130からの出力信号と、コンバータ回路1
22からインバータ回路116に入力されるモータ電流が入
力される。なお、モータ電流は、抵抗134を経て、電圧
としてPWM132に入力される。PWM132は速度指令信号及び
モータ電流の値によって、そのパルス幅を変調させ、ト
ランジスタ124をON/OFFし、コンバータ回路122の出力電
圧を調整している。
上記構成のDCブラシレスモータ112の駆動回路110であ
ると、コンバータ回路122の2次側にある抵抗134に流れ
るモータ電流を検出する。これにより、過負荷及び起動
時の過電流を検出してコンバータ回路122の一次側のト
ランジスタ124をPWM132によって制御し、電流制限をか
けている。
[発明が解決しようとする課題] 上記構成の駆動回路110であると、構造は簡単である
が、コンバータ回路122の一次側すなわちスイッチング
レギュレータ自身に流れる入力電流を検出していないた
め、トランジスタ124に過電流が流れた時にその保護が
できないという問題があった。
[発明の目的] そこで、本発明は、スイッチングレギュレータに流れ
る入力電流を検出して過電流が流れた際にその保護がで
きるようなDCブラシレスモータの電流制限回路を提供す
るものである。
[課題を解決するための手段] 本発明のDCブラシレスモータの電流制限回路は、第1
図のブロック図に示すように、DCブラシレスモータ
(1)と、DCブラシレスモータ(1)へ駆動電流を供給
するインバータ回路(2)と、インバータ回路(2)へ
直流のモータ電流を供給するスイッチングレギュレータ
(3)と、スイッチングレギュレータ(3)の入力側の
入力電流を検出する電流検出回路(4)と、電流検出回
路(4)が検出した入力電流を積分定数τ1で積分して
第1検出信号を出力する第1積分回路(5)と、スイッ
チングレギュレータ(3)からインバータ回路(2)へ
流れるモータ電流を積分定数τ2で積分して第2検出信
号を出力する第2積分回路(6)と、第1検出信号、ま
たは、第2検出信号の値が大きければ、スイッチングレ
ギュレータ(3)へ出力する制御パルスのパルス幅を変
化させてスイッチングレギュレータ(3)から出力する
モータ電流を制限するパルス幅変調回路(7)とを有
し、第1積分回路(5)の積分定数τ1と第2積分回路
(6)の積分定数τ2との比率を1:100以上にしたもの
である。
請求項2のDCブラシレスモータの電流制限回路は、前
記電流制限回路を自動ドアのDCブラシレスモータに用い
たものである。
[作 用] 請求項1のDCブラシレスモータの電流制限回路である
と、スイッチングレギュレータ3からの直流のモータ電
流がインバータ回路2に供給され、このモータ電流によ
ってインバータ回路2が駆動し、駆動電流をDCブラシレ
スモータ1に供給して、DCブラシレスモータ1が駆動す
る。
この場合にスイッチングレギュレータ3の入力電流を
電流検出回路4が検出し、この入力電流を第1積分回路
5が積分定数τ1で積分して、第1検出信号をパルス幅
変調回路7に出力している。また、モータ電流を第2積
分回路6が積分定数τ2で積分して第2検出信号をパル
ス幅変調回路7に出力している。
そして、入力電流またはモータ電流が過電流になった
場合には、それに伴なって第1検出信号または第2検出
信号が変化して、パルス幅変調回路7に入力する。この
パルス幅変調回路7は第1検出信号または第2検出信号
に応じて、スイッチングレギュレータ3に出力する制御
パルスのパルス幅を変化させ、モータ電流を小さく制御
する。
これにより、スイッチングレギュレータ3及びインバ
ータ回路2に過電流が流れない。特にスイッチングレギ
ュレータ3の入力側の入力電流を検出しているため、ス
イッチングレギュレータ3にも過電流が流れない。
また、第1積分回路5の積分定数τ1と第2積分回路
6の積分定数τ2との比率を1対100以上にしているた
め、モータ電流が過電流になった場合に、パルス幅変調
回路7が制御パルスを出力するタイミングが、スイッチ
ングレギュレータ3の入力電流が過電流になった場合よ
りも遅くなる。そのため、起動時等のようにモータ電流
が大きくなる際に誤って電流制限回路が働いたりするこ
とがない。
請求項2のDCブラシレスモータの電流制限回路である
と、入力電流で制御される部分を大きくしたりすること
により高回転部分の回転トルクを変化させることがで
き、自動ドアのモータに好適である。
[実施例] 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
第2図は、3層のDCブラシレスモータ12の駆動回路10
である。
符号16は、モータ12の固定子巻線1に駆動電流を供給
するインバータ回路である。このインバータ回路16は6
つのNPN型トランジスタ18より構成され、直列に接続さ
れた2つのトランジスタ18が3組並列に接続されてい
る。
符号20は交流電源である。
符号22は交流電源20からの交流電圧を直流電圧に変換
するための整流平滑回路であって、整流ダイオードD1か
らD4と平滑コンデンサC0とからなる。
符号24はスイッチングレギュレータの1つであってフ
ォワード方式コンバータ回路である。このコンバータ回
路24は整流平滑回路22とインバータ回路16との間に直列
に接続されている。このコンバータ回路24において第1
変成器26の1次側及び第2次変成器の1次側及びトラン
ジスタ30のコレクタとエミッタが整流平滑回路22と直列
に接続されている。更に第1変成器26の2次側にはダイ
オード32、コイル34及びコンデンサ36よりなるフィルタ
ー回路が接続されている。そして、このフィルター回路
にインバータ回路16が直列に接続されている。
符号38は、モータ12の回転子の位置を検出するホール
素子である。このホール素子よりホール素子信号が出力
される。
符号40は、インバータ回路16のドライバー回路であっ
て、制御信号がインバータ回路16のトランジスタ18のベ
ース側に入力される。更にこのドライバー回路40にはホ
ール素子38からホール素子信号が入力される。
符号42は速度アンプであって、ドライバー回路40から
の出力信号と速度指令信号を増幅するためのものであ
る。
符号44は、PWMであって、PWM44から出力される制御パ
ルスのパルス幅によってコンバータ回路24の1次側にあ
るトランジスタ30のON/OFFを制御する。
符号46は第1積分回路であって、コンバータ回路24に
ある第2変成器28の2次側に接続されている。この第1
積分回路46はダイオード48と抵抗値R1の抵抗50、抵抗R0
の抵抗52及び容量C1のコンデンサ54とより形成され、そ
の時定数数τ1はC1×R1となっている。なお、第2変成
器28は特許請求の範囲でいう電流検出回路に当る。
符号56はインバータ回路16とコンバータ回路24との間
に直列に設けられた抵抗である。
符号58は第2積分回路であって、抵抗56とインバータ
回路16との間に接続されている。第2積分回路は、抵抗
値R2の抵抗60と容量C2のコンデンサ62とより形成され
る。したがって、この第2積分回路58の時定数τ2はC2
×R2となる。そして、時定数τ1と時定数τ2との比率
が、1:5000になるようにC1、R1及びC2、R2の値を設定す
る。
符号64は電流アンプであって、第1積分回路46、及び
第2積分回路58から入力した電流を増幅するためのもの
である。そして、この増幅された電流はPWM44に入力さ
れる。
次に上記構成の駆動回路10の動作状態について説明す
る。
交流電流20から供給された交流電圧は、整流平滑回路
22によって直流に変換される。PWM44によって制御され
たコンバータ回路24によって適当な値のモータ電流16に
変換され、インバータ回路16に入力される。インバータ
回路16にモータ電流が入力すると共に、ドライバー回路
40からの制御パルスによって固定子巻線14に駆動電流が
流れ、モータ12は回転する。そして、その回転子の位置
は、ホール素子38によって検出され、ホール素子信号は
ドライバ回路42に出力される。モータ12の回転速度を変
化させる場合には、外部から速度指令信号を速度アンプ
42に入力させ、速度アンプからPWM44にその増幅された
速度指令信号が入力される。PWM44では、その速度指令
信号に応じてトランジスタ30に出力する制御パルスのパ
ルス幅を変化させる。これにより、トランジスタ30のON
/OFFのタイミングが変化し、コンバータ回路24から出力
されるモータ電流の値が変化してモータ12の回転速度が
変化する。
モータ電流が過電流になった場合を次に説明する。
モータ電流は抵抗56に流れているため、第2積分回路
58が抵抗56とインバータ回路16との間の電圧値を検出し
て、その検出したモータ電流を時定数τ2で積分して電
流アンプ64に出力する。電流アンプ64では、積分したモ
ータ電流値を増幅してPWM44に出力する。PWM44では積分
したモータ電流値に応じてトランジスタ30に出力する制
御パルスのパルス幅を変化させる。
更に、コンバータ回路24の1次側の入力電流が過電流
になった場合を説明する。
入力電流が過電流になった場合は、第2変成器28を経
て、第1積分回路46に入力される。そして、第1積分回
路46ではこの入力電流を時定数τ1で積分して、電流ア
ンプ64に出力する。電流アンプ64はこの積分した入力電
流値を増幅して、PWM44に送る。PWM44ではこの入力電流
値に応じてトランジスタ30に出力する制御パルスのパル
ス幅を変化させる。そして、入力電流の値を過電流から
通常の電流の値に戻す。
この場合において、時定数τ1とτ2の比率が1:5000
になっているため、入力電流が過電流になった場合には
応答速度が早く、すぐに入力電流の値が通常の電流値に
戻って各素子が保護される。時定数τ2はその値が大き
く応答速度がにぶくなっているため、起動するためにピ
ーク電流が流れても、誤ってモータ電流を小さくしたる
することがない。
なお、時定数τ1とτ2の比率の設定に関して、τ1
は入力電流が過電流になった場合にすぐに応答して素子
を保護する必要があるため、第1積分回路がフィルター
回路として動作するよう程度に小さく設定する。また、
τ2はピーク電流を無視する程度に設定する。そのた
め、この比率は、1:100〜1:10000程度が好適である。
ところでDCブラシレスモータの回転数Nと回転トルク
Tの関係、すなわち、N−T特性は第3図に示すように
なっている。このN−T特性とモータ電流及び入力電流
との関係を示すと、第4図のグラフのようになる。すな
わち、回転トルクTが0からT1までの水平な部分(第4
図に示すグラフにおいてAの部分)での特性は、一定速
度制御部分であり、また、T1から起動トルクT0までの下
方に傾斜する特性の部分(同じくBの部分)、コンバー
タ回路24に流れる入力電流で制御される部分であり、更
に起動トルクT0における縦方向の特性(同じく、Cの部
分)は、モータ電流で制御される部分となっている。
これにより、自動ドア等に使用されるモータにおいて
は、高回転部分の回転トルクが立ち上がり特性に影響す
るため、上記入力電流で制御される部分(Bの部分)を
大きくしたり小さくしたりすることにより高回転部分の
回転トルクを変化させることができ、自動ドア等のモー
タに好適である。
上記構成の駆動回路において、スイッチングレギュレ
ータとしてフォワード方式コンバータ回路24を使用した
が、これに代えて、降圧型チョッパー回路を用いてもよ
い。この場合に入力電流の電流検出回路の接続方法とし
ては、このチョッパー回路の入力側にパルストランスを
入れて入力電流を検出すればよい。
[発明の効果] 請求項1のDCブラシレスモータの電流制限回路である
と、スイッチングレギュレータの入力側に流れる入力電
流の値を電流検出回路及び第1積分回路で検出してパル
ス幅変調回路に入力させているため、もし、入力電流が
過電流になった場合には、PWMにより入力電流の値を過
電流から通常電流の値に復帰させることができる。
また、第1積分回路の時定数τ1と第2積分回路の時
定数τ2との比率を1:100以上にとっているため、入力
電流が過電流になった場合にはすぐにパルス幅変調回路
が動作して、スイッチングレギュレータ等の素子が保護
され、また、第2積分回路の時定数τ2が大きくとって
いるため、モータ電流等にピーク電流等の過電流が流れ
ても無視されモータの出力を押えることができる。
請求項2のDCブラシレスモータの電流制限回路である
と、入力電流で制御される部分を大きくしたり小さくし
たりすることにより高回転部分の回転トルクを変化させ
ることができ、自動ドアのモータに好適である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の電流制限回路のブロック図であり、 第2図は、本発明の一実施例を示す駆動回路であり、 第3図は、軸線をモータの回転数、横軸を回転トルクに
とったN−T特性のグラフであり、 第4図は、第3図のN−T特性を図式化したグラフであ
り、 第5図は、従来のDCブラシレスモータの駆動回路であ
る。 [符号の説明] 1……DCブラシレスモータ 2……インバータ回路 3……スイッチングレギュレータ 4……電流検出回路 5……第1積分回路 6……第2積分回路 7……パルス幅変調回路

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】DCブラシレスモータ(1)と、 DCブラシレスモータ(1)へ駆動電流を供給するインバ
    ータ回路(2)と、 インバータ回路(2)へ直流のモータ電流を供給するス
    イッチングレギュレータ(3)と、 スイッチングレギュレータ(3)の入力側の入力電流を
    検出する電流検出回路(4)と、 電流検出回路(4)が検出した入力電流を積分定数τ1
    で積分して第1検出信号を出力する第1積分回路(5)
    と、 スイッチングレギュレータ(3)からインバータ回路
    (2)へ流れるモータ電流を積分定数τ2で積分して第
    2検出信号を出力する第2積分回路(6)と、 第1検出信号、または、第2検出信号の値が大きくなれ
    ば、スイッチングレギュレータ(3)へ出力する制御パ
    ルスのパルス幅を変化させてスイッチングレギュレータ
    (3)から出力するモータ電流を制限するパルス幅変調
    回路(7)と を有し、 第1積分回路(5)の積分定数τ1と第2積分回路
    (6)の積分定数τ2との比率を1:100以上にした ことを特徴とするDCブラシレスモータの電流制限回路。
  2. 【請求項2】前記電流制限回路を自動ドアのDCブラシレ
    スモータに用いた ことを特徴とする請求項1記載のDCブラシレスモータの
    電流制限回路。
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