JP3240045B2 - 三相モータ駆動回路及び三相モータ駆動方法 - Google Patents
三相モータ駆動回路及び三相モータ駆動方法Info
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Description
回路及び三相モータ駆動方法に関し、特に、医療用や産
業用の高速回転に用い得る三相モータ駆動回路及び三相
モータ駆動方法に関するものである。
V、Wの三相のモータを駆動する駆動回路について説明
する。当該駆動回路は、6個のFET1〜FET6から
成る駆動素子にそれぞれ、スイッチSW1〜SW6が配
設されて成る。ここで、U相−V相に電流が流れる際に
は、FET1がオンされると共にFET4がオンされ
る。同様に、V相−W相に電流が流される際には、FE
T3と共にFET6がオンされる。また、W相−U相に
電流が流される際には、FET5と共にFET2がオン
される。
うにU、V、Wの三相を励磁するためには、6個の半導
体スイッチが必要になる他、これら6個の半導体スイッ
チを駆動するためのスイッチSW1〜SW6(例えばト
ランジスタ等から成る)に、それぞれ制御信号を与える
必要があり、即ち、U、V、Wの三相分の制御信号を生
成するための回路が必要となった。
なされたものであり、その目的とするところは、簡易な
構成で三相モータを駆動できる三相モータ駆動回路及び
三相モータ駆動方法を提案することにある。
い回転域にて駆動できる3相ブラシレスモータの駆動回
路を提案することにある。
成するため請求項1の発明では、ロータと、該ロータを
回転するための第1相、第2相、第3相のコイルを有す
るステータとから成る三相モータの駆動回路であって、
第1相に励磁信号を与えると共に、第2相に前記第1相
の励磁信号と60°位相の異なる信号を与える励磁回路
を備え、第3相のコイルをアースに接続した状態で3相
モータを駆動することを技術的特徴とする。
て、前記励磁回路は、前記二相の励磁信号を正弦波PW
M励磁信号又は方形波PWM励磁信号として与えること
を技術的特徴とする。
を有するロータと、該ロータを回転可能に支承するラジ
アル空気軸受けと、該ラジアル空気軸受けの外周に配設
され、前記ロータを回転するための第1相、第2相、第
3相のコイルを有するステータとから成る歯科機械用の
三相ブラシレスモータの駆動回路であって、ブラシレス
モータの低速回転時に、60°位相の異なる二相の正弦
波PWM励磁信号を与える低速励磁回路と、ブラシレス
モータの高速回転時に、60°位相の異なる二相の方形
波PWM励磁信号を与える高速励磁回路と、を備えるこ
とを技術的特徴とする。
ータを回転するための第1相、第2相、第3相のコイル
を有するステータとから成る三相モータの駆動方法であ
って、第1相に励磁信号を与えると共に、第2相に前記
第1相の励磁信号と60°位相の異なる信号を与える励
磁回路を備え、第3相のコイルをアースに接続した状態
で3相モータを駆動することを技術的特徴とする。
与えると共に、第2相に第1相の励磁信号と60°位相
の異なる信号を与え、第3相をアースに接続するため、
第1、第2、第3相にて回転磁界を発生することができ
る。即ち、2つの相を励磁することで、三相を励磁する
ため簡易な回路構成で三相モータを駆動できる。
相の励磁信号を正弦波PWM励磁信号又は方形波PWM
制御信号として与える。従って、簡易な構成で三相モー
タを駆動することができる。
低速回転時に、低速励磁回路が60°位相の異なる二相
の正弦波PWM励磁信号を与える。また、ブラシレスモ
ータの高速回転時に、高速励磁回路が60°位相の異な
る二相の方形波PWM励磁信号を与える。ここで、請求
項3の発明においては、ブラシレスモータを低速及び高
速駆動するために、低速励磁回路と高速励磁回路とを備
えるが、二相にて回転磁界を発生してモータを駆動する
ため、簡易に構成できる。従って、簡易な構成で歯科機
械用の三相ブラシレスモータを高速及び超低速にて駆動
することができる。
与えると共に、第2相に第1相の励磁信号と60°位相
の異なる信号を与え、第3相をアースに接続するため、
第1、第2、第3相にて、回転磁界を発生することがで
きる。即ち、2つの相を励磁することで、三相を励磁す
るため簡易な回路構成で三相モータを駆動できる。
駆動回路の実施形態について図を参照して説明する。本
発明の第1実施態様では、U、V、W三相から成るブラ
シレスモータをU相及びW相の二相で励磁する。この回
転原理を第1実施態様の説明に先立ち、図1を参照して
述べる。
界を発生させるには、次の信号を印加することにより行
える。
いては、UとWにある位相をずらした信号を入れること
により、回転磁界を得ることができる。位相の回り方が
U−V−Wであれば、
転磁界を生成するためには、UとWにそれぞれ60°の
位相差を持った信号を印加すればよいことが分かる。即
ち、U相(第1相)に励磁信号を与えると共に、W(第
2相)に第1相の励磁信号と60°位相の異なる信号を
与える、V相(第3相)をアースに接続することで、第
1、第2、第3相(V相)にて回転磁界を発生すること
ができる。図1(A)では、デルタ結線のモータを例示
したが、図1(B)に示すようにスター結線のモータも
同様に二相を励磁することで、回転磁界を生成すること
が可能である。この励磁信号は正弦波、方形波のいずれ
でもよい。
る機械用のブラシレスモータの機械的構成について、図
2を参照して説明する。該ブラシレスモータ40は、歯
の研削時に4万回転/分で駆動されると共に、歯根治療
時には、数10回転/分の超低速にて駆動される。
外周にセラミックスリーブから成るステータ60が配設
されており、該ステータ60にはエアーが供給されて、
通孔66から排出されることでラジアル静圧軸受けを形
成している。該ロータ50の外周には、4個の界磁マグ
ネット52が配設されている。また、ステータ60の外
周には、図1(A)を参照して上述した3組のコイル6
2が取り付けられている。更に、コイル62の外側に
は、ヨーク69が配設されている。このロータ50の図
中右端部及び左端部には、マグネット54A、54Bが
配設され、ステータ60側に取り付けられたマグネット
64A、64Bとの反発力によりロータ50のスラスト
方向への移動が規制される。なお、該ブラシレスモータ
には、界磁マグネット52の極性を検出するための図示
しないホールICが取り付けられている。
タ駆動回路を示している。ブラシレスモータ駆動回路
は、上記界磁マグネットの極性を検出するためのホール
IC10からの信号をフィルタするフィルタ12と、三
角波を発生する三角波発生回路18と、該ホールICか
らの信号を平滑化してブラシレスモータの回転速度を電
圧値に変換したDA信号を生成するD/A変換回路19
と、ブラシレスモータをPWM方式で制御するコンパレ
ータ16とを備える。
イス)14は、フィルタ12からのホールIC10の信
号と、該コンパレータ16からのPWM出力とに基づ
き、或いはCTで検出した負荷電流に基づきパワー回路
20の駆動信号を生成する。
いて、図4を参照して説明する。パワー回路20は、電
源Vcc側と接続された2個の上段側FET1、FET
3及び下段側FET2、FET4から成るブリッジ回路
として構成されている。該上段側及び下段側FET1〜
FET4には、それぞれをオン・オフするための4個の
フォトカプラFC1〜FC4が接続されている。
プラFC1の入力は、ダイオードD1を介して+15V
のFET制御電圧ラインに接続され、また、該フォトカ
プラFC1の出力側はFET1のゲート側へ接続されて
いる。該フォトカプラFC1へ直列に、抵抗器R1が接
続されている。このフォトカプラFC1及び抵抗器R1
と該コンデンサC1と直列に、下段側FET2と接続さ
れている。
プラFC2の入力は、ダイオードD2を介して+15V
のFET制御電圧ラインに接続され、また、該フォトカ
プラFC2の出力側は、FET2のゲート側へ接続され
ると共に、抵抗器R2を介してアースに接続されてい
る。なお、上段のFET1と下段のFET2とは、直列
に接続されており、該FET1とFET2との接続点か
らブラシレスモータの固定子コイルのW相に電流が印加
されるように構成されている。
る。ここで、固定子コイルのW相が励磁される際には、
図1に示すCPU14からの信号により、図2に示すフ
ォトカプラFC1、FC4がオンされ、該フォトカプラ
FC1により上段のFET1がオンされると共に、該フ
ォトカプラFC4により下段のFET4がオンされる
と、電源電圧VccがコイルのW相へ印加される。この
際に、+15VのFET制御電圧ラインからの電流が、
ダイオードD3、コンデンサC3を介して該FET4側
へ流れ、コンデンサC3に図中で示す極性に電荷を蓄え
る。
には、CPU14からの信号によりフォトカプラFC
3、FC2がオンされる。ここで、フォトカプラFC3
がオンすると、上記FET4がオンされた際にコンデン
サC3に充電された電荷が、該フォトカプラFC3を通
ってFET3のゲートに印加され、該FET3をオンす
る。他方、フォトカプラFC2のオンにより、+15V
のFET制御電圧ラインからの電流がダイオードD2、
該フォトカプラFC2、抵抗器R2を介してアース側へ
流れ、抵抗器R2で分圧された電位がFET2のゲート
側へ加わり、該FET2をオンにする。FET3、FE
T2のオンによりU相のコイルに電源電圧Vccが印加
される。また、FET2のオンによって、コンデンサC
1が図中の極性に充電される。
ラFC2、FC4により下段FET2、FET4をオン
した際に、下段のFET2、FET4へ直列に接続され
たコンデンサC1、C3を充電し、充電された電荷を用
いて、該コンデンサC1、C3へ並列に接続された上段
のフォトカプラFC1、FC3により上段FET1、F
ET3をオンする。このため、三相のブラシレスモータ
駆動回路の上段側及び下段側FET1〜FET4を単一
の電源(+15VのFET制御電圧)で駆動できる。
シレスモータ高速回転時(4万回転/分)の制御動作に
つい説明する。ブラシレスモータ駆動回路は、2000
〜3000回転/分を越える高速回転時において、回転
数をホールIC10からの信号により検出して速度フィ
ードバック制御を実施する。この際に、方形波PWM方
式を用いてコイルへ電流を印加する。
のロータ50に取り付けられた界磁マグネット52の極
性を検出した信号を出力する。D/A変換回路19が、
この信号を平滑化してブラシレスモータの回転速度を電
圧値に変換したDA信号を生成する。そして、コンパレ
ータ16は、該DA信号と、三角波発生回路18からの
三角波とを比較して、図5(イ)、(ロ)に示すような
方形波PWM信号を生成する。該方形波PWM信号は、
一定の周期T(20KHz)で、目標速度に対して実測速
度が等しいときには、図5(イ)に示すように波幅t1
の短い矩形波が出力され、目標速度に対して実測速度が
低いときには、図5(ロ)に示すように波幅t1’の長
い矩形波が出力される。
IC10の信号に基づきコイル62と界磁マグネット5
2との相対的な位置位置関係を検出すると共に、該コン
パレータ16からのPWM出力に基づき、パワー回路2
0の駆動信号を生成する。高回転時には、回転数を直接
検出してフィードバックを行うため高い回転精度を実現
できる。
速回転時(数10回転/分)の動作につい説明する。ブ
ラシレスモータ駆動回路は、2000〜3000回転/
分未満の低速回転時に、上述した高速回転時の速度フィ
ードバック制御の方形波PWM方式から、トルクフィー
ドバック制御の正弦波PWM方式に切り換えてブラシレ
スモータを制御する。即ち、回磁マグネットの磁極位置
とコイル励磁電圧波形との位相差によって負荷を検出
し、負荷に応じて正弦波の波高値を変化させ、D/A信
号を生成する。このD/A信号と負荷を比較して、正弦
波から励磁指令によりコイルを励磁する。
て、回磁マグネットの磁極位置とコイル励磁電圧波形と
の位相差によって負荷を検出し、モータが脱調しないよ
うにブラシレスモータのコイルを励磁する。この際に、
該CPU14は、図5の(ハ)に示すように2つの正弦
波と三角波とを組み合わせることにより、(へ)に示す
正弦波PWM信号を生成する。第1実施態様では、負荷
により大きく変動するトルクに応じて正弦波の波高値
(PWMデューティ比)を制御するため、低回転で発生
し易い脱調を未然に防ぐことができる。また、低回転で
方形波PWM信号を印加するとブラシレスモータが間欠
的に回転するが、本実施態様では正弦波PWM信号を印
加しているため、円滑に回転させることができる。
の制御方式を低速(正弦波PWM方式)と高速(方形波
PWM方式)とで切り換えるため回路構成が複雑となる
が、三相のブラシレスモータを二相励磁しているため、
制御機構を簡易に構成できる利点がある。特に、用途に
応じて、低速域、又は高速域のいすれかに使用範囲が限
定されれば、制御機構は簡単に構成できる。
動回路は、高速でブラシレスモータを制御する際には、
界磁マグネットの極性検出用のホールICの出力に基づ
き回転数を検出するため、回転数検出用の素子を用いる
ことなく速度フィードバック制御を行い得る。一方、低
速でブラシレスモータを制御する際に、回転数を検出し
てフィードバック制御を行うにはホールICの出力では
情報量が不足する。このため、低速時には、トルクを検
出し負荷に基づきトルクフィードバック制御を行い、ブ
ラシレスモータの回転を安定させる。
〜3000回転数未満)で回転する際には、正弦波PW
M方式にて駆動し、ブラシレスモータを高速(2000
〜3000回転数以上)で回転する際には、方形波PW
M方式にて駆動するため、低速及び高速にて安定してブ
ラシレスモータを駆動することができる。
よれば、第1の相と第2の相との2つの相を励磁するこ
とで三相を励磁するため、簡易な回路構成で三相モータ
を駆動できる。
低速及び高速駆動するために、低速励磁回路と高速励磁
回路とを備えるが、二相にて回転磁界を発生してブラシ
レスモータを駆動するため、簡易に構成できる。従っ
て、簡易な構成で三相ブラシレスモータを幅広い回転域
にて駆動することが可能となる。
施態様に係るブラシレスモータの結線を示す説明図であ
る。
示す断面図である。
駆動回路のブロック図である。
信号及び方形波PWM方式用の信号を示す波形図であ
る。
Claims (4)
- 【請求項1】 ロータと、該ロータを回転するための第
1相、第2相、第3相のコイルを有するステータとから
成る三相モータの駆動回路であって、 第1相に励磁信号を与えると共に、第2相に前記第1相
の励磁信号と60°位相の異なる信号を与える励磁回路
を備え、第3相のコイルをアースに接続した状態で3相
モータを駆動することを特徴とする三相モータ駆動回
路。 - 【請求項2】 前記励磁回路は、前記二相の励磁信号を
正弦波PWM励磁信号又は方形波PWM励磁信号として
与えることを特徴とする請求項1の三相モータ駆動回
路。 - 【請求項3】 界磁マグネットを有するロータと、該ロ
ータを回転可能に支承するラジアル空気軸受けと、該ラ
ジアル空気軸受けの外周に配設され、前記ロータを回転
するための第1相、第2相、第3相のコイルを有するス
テータとから成る歯科機械用の三相ブラシレスモータの
駆動回路であって、 ブラシレスモータの低速回転時に、60°位相の異なる
二相の正弦波PWM励磁信号を与える低速励磁回路と、 ブラシレスモータの高速回転時に、60°位相の異なる
二相の方形波PWM励磁信号を与える高速励磁回路と、
を備えることを特徴とする歯科機械用のブラシレスモー
タ駆動回路。 - 【請求項4】 ロータと、該ロータを回転するための第
1相、第2相、第3相のコイルを有するステータとから
成る三相モータの駆動方法であって、 第1相に励磁信号を与えると共に、第2相に前記第1相
の励磁信号と60°位相の異なる信号を与える励磁回路
を備え、第3相のコイルをアースに接続した状態で3相
モータを駆動することを特徴とする三相モータ駆動方
法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10099097A JP3240045B2 (ja) | 1997-04-02 | 1997-04-02 | 三相モータ駆動回路及び三相モータ駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10099097A JP3240045B2 (ja) | 1997-04-02 | 1997-04-02 | 三相モータ駆動回路及び三相モータ駆動方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH10285979A JPH10285979A (ja) | 1998-10-23 |
JP3240045B2 true JP3240045B2 (ja) | 2001-12-17 |
Family
ID=14288757
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10099097A Expired - Fee Related JP3240045B2 (ja) | 1997-04-02 | 1997-04-02 | 三相モータ駆動回路及び三相モータ駆動方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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WO2013024555A1 (ja) * | 2011-08-18 | 2013-02-21 | 株式会社圓蔵プランニング | 薄膜キャパシタ装置 |
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-
1997
- 1997-04-02 JP JP10099097A patent/JP3240045B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JPH10285979A (ja) | 1998-10-23 |
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