JP3246544B2 - ブラシレスモータ駆動回路 - Google Patents
ブラシレスモータ駆動回路Info
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- JP3246544B2 JP3246544B2 JP10099197A JP10099197A JP3246544B2 JP 3246544 B2 JP3246544 B2 JP 3246544B2 JP 10099197 A JP10099197 A JP 10099197A JP 10099197 A JP10099197 A JP 10099197A JP 3246544 B2 JP3246544 B2 JP 3246544B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、ブラシレスモー
タの駆動回路に関するものである。
タの駆動回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、ブラシレスモータを高速駆動する
駆動回路には、一般に速度制御フィードバック方式が用
いられている。この速度制御フィードバック方式は、速
度の指令値と検出された実際値とを制御増幅器により比
較し、その誤差がなくなるように制御対象である電動機
（ブラシレスモータ）を制御するフィードバック方式の
一種である。ここで、ブラシレスモータの速度は、ブラ
シレスモータに取り付けられたロータ側の界磁マグネッ
トの極性を検出するためのホールセンサの出力に基づき
検出することができる。
駆動回路には、一般に速度制御フィードバック方式が用
いられている。この速度制御フィードバック方式は、速
度の指令値と検出された実際値とを制御増幅器により比
較し、その誤差がなくなるように制御対象である電動機
（ブラシレスモータ）を制御するフィードバック方式の
一種である。ここで、ブラシレスモータの速度は、ブラ
シレスモータに取り付けられたロータ側の界磁マグネッ
トの極性を検出するためのホールセンサの出力に基づき
検出することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ブラシレスモータは、
一般に、定速度駆動する場合に広く用いられ、高速のみ
ならず、低速でも用いる場合には、変速度駆動が容易な
ブラシモータが用いられている。即ち、上記ブラシレス
モータをホールセンサの出力に基づき速度制御フィード
バック方式にて制御する場合、低速にてブラシレスモー
タを駆動しようとすると、ホールセンサからの出力では
情報量が少ないため、フィードバックの応答性が低くな
り、回転が不安定になると共に負荷変動により回転が低
下するという問題が発生する。この問題を解決するため
には、ブラシレスモータに、界磁マグネットの極性検出
用のホールセンサとは別に、回転位置を検出するエンコ
ーダを備えることで、速度制御に関する情報量を増大す
る方法を採用し得るが、速度制御のためのみに高価なエ
ンコーダを備えると、コストが非常に高いものとなる。
一般に、定速度駆動する場合に広く用いられ、高速のみ
ならず、低速でも用いる場合には、変速度駆動が容易な
ブラシモータが用いられている。即ち、上記ブラシレス
モータをホールセンサの出力に基づき速度制御フィード
バック方式にて制御する場合、低速にてブラシレスモー
タを駆動しようとすると、ホールセンサからの出力では
情報量が少ないため、フィードバックの応答性が低くな
り、回転が不安定になると共に負荷変動により回転が低
下するという問題が発生する。この問題を解決するため
には、ブラシレスモータに、界磁マグネットの極性検出
用のホールセンサとは別に、回転位置を検出するエンコ
ーダを備えることで、速度制御に関する情報量を増大す
る方法を採用し得るが、速度制御のためのみに高価なエ
ンコーダを備えると、コストが非常に高いものとなる。
【０００４】本発明は、上述した課題を解決するために
なされたものであり、その目的とするところは、ブラシ
レスモータを幅広い回転域で駆動できる駆動回路を提案
することにある。
なされたものであり、その目的とするところは、ブラシ
レスモータを幅広い回転域で駆動できる駆動回路を提案
することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため請求項１の発明では、界磁マグネットを有す
るロータと、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、前記第１相、
第２相、第３相のコイルに相当する磁極位置を検出する
ホールセンサとから成る三相のブラシレスモータの駆動
回路であって、前記ブラシレスモータを低速回転する際
には、前記第１相、第２相、第３相のコイルにそれぞれ
１２０°ずつ位相の異なる正弦波ＰＷＭ方式にて駆動
し、前記ブラシレスモータを高速回転する際には、三相
１２０°導通型に基づいた方形波ＰＷＭ信号にて駆動
し、低速回転域では、前記ホールセンサで検出される回
磁マグネットの磁極位置と、第１相、第２相、第３相の
各コイルの励磁電圧波形との位相差を、少なくとも１相
分検出してトルク制御を行うことを技術的特徴とする。
成するため請求項１の発明では、界磁マグネットを有す
るロータと、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、前記第１相、
第２相、第３相のコイルに相当する磁極位置を検出する
ホールセンサとから成る三相のブラシレスモータの駆動
回路であって、前記ブラシレスモータを低速回転する際
には、前記第１相、第２相、第３相のコイルにそれぞれ
１２０°ずつ位相の異なる正弦波ＰＷＭ方式にて駆動
し、前記ブラシレスモータを高速回転する際には、三相
１２０°導通型に基づいた方形波ＰＷＭ信号にて駆動
し、低速回転域では、前記ホールセンサで検出される回
磁マグネットの磁極位置と、第１相、第２相、第３相の
各コイルの励磁電圧波形との位相差を、少なくとも１相
分検出してトルク制御を行うことを技術的特徴とする。
【０００６】
【０００７】また、請求項２の発明は、請求項１におい
て、高速回転域では、前記ホールセンサの信号により回
転数を検出して速度制御するとともに、回転数に応じて
前記ホールセンサの信号のてい倍比または分割比を切り
替え、回転数の検出精度を損なうことなく速度制御する
ことを技術的特徴とする。
て、高速回転域では、前記ホールセンサの信号により回
転数を検出して速度制御するとともに、回転数に応じて
前記ホールセンサの信号のてい倍比または分割比を切り
替え、回転数の検出精度を損なうことなく速度制御する
ことを技術的特徴とする。
【０００８】請求項１の発明では、ブラシレスモータを
低速（所定回転数未満）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（所定回転
数以上）で回転する際には、方形波ＰＷＭ方式にて駆動
するため、低速（０）から高速（数万回転）にわたる全
回転領域において、トルク脈流が少なく滑らかにブラシ
レスモータを駆動することができる。
低速（所定回転数未満）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（所定回転
数以上）で回転する際には、方形波ＰＷＭ方式にて駆動
するため、低速（０）から高速（数万回転）にわたる全
回転領域において、トルク脈流が少なく滑らかにブラシ
レスモータを駆動することができる。
【０００９】また、低速回転域では、ホールセンサで検
出される回磁マグネットの磁極位置と、第１相、第２
相、第３相の各コイルの励磁電圧波形との位相差を、少
なくとも１相分検出してトルク制御を行うため、低速回
転域でも安定してブラシレスモータを駆動することがで
きる。
出される回磁マグネットの磁極位置と、第１相、第２
相、第３相の各コイルの励磁電圧波形との位相差を、少
なくとも１相分検出してトルク制御を行うため、低速回
転域でも安定してブラシレスモータを駆動することがで
きる。
【００１０】請求項２の発明では、高速回転域では、ホ
ールセンサの信号により回転数を検出して速度制御する
とともに、回転数に応じて前記ホールセンサの信号のて
い倍比または分割比を切り替えるため、回転数の検出精
度を損なうことなく、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。
ールセンサの信号により回転数を検出して速度制御する
とともに、回転数に応じて前記ホールセンサの信号のて
い倍比または分割比を切り替えるため、回転数の検出精
度を損なうことなく、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。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明のブラシレスモータ
駆動回路の実施形態について図を参照して説明する。図
１は、第１実施態様の歯科治療に用いる機械用のブラシ
レスモータの機械的構成を示している。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、１００回転／分の超低速にて駆
動される。
駆動回路の実施形態について図を参照して説明する。図
１は、第１実施態様の歯科治療に用いる機械用のブラシ
レスモータの機械的構成を示している。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、１００回転／分の超低速にて駆
動される。
【００１２】セラミックスリーブから成るロータ５０の
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極の界磁マグ
ネット５２が配設されている。また、ステータ６０の外
周には、３組のコイル６２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センサが取り付け
られている。
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極の界磁マグ
ネット５２が配設されている。また、ステータ６０の外
周には、３組のコイル６２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センサが取り付け
られている。
【００１３】図２は第１実施形態に係るブラシレスモー
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
センサ１０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、該ホールセン
サ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高速時に方形波ＰＷＭ方式
で制御するため方形波ＰＷＭ出力を送出するコンパレー
タ１６とを備える。
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
センサ１０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、該ホールセン
サ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高速時に方形波ＰＷＭ方式
で制御するため方形波ＰＷＭ出力を送出するコンパレー
タ１６とを備える。
【００１４】ＣＰＵ１４は、フィルタ１２からのホール
センサ１０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。
センサ１０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。
【００１５】図２に示すパワー回路２０の回路構成につ
いて、図３を参照して説明する。ホトカプラ・パワー回
路２０は、電源Ｖｃｃ側へ接続された３個の上段側ＦＥ
Ｔ１、ＦＥＴ３、ＦＥＴ５と、アース側へ接続された下
段側ＦＥＴ２、ＦＥＴ４、ＦＥＴ６とから成るブリッジ
回路として構成されている。該上段側及び下段側ＦＥＴ
１〜ＦＥＴ６には、それぞれをオン・オフするための６
個のフォトカプラＦＣ１〜ＦＣ６が接続されている。
いて、図３を参照して説明する。ホトカプラ・パワー回
路２０は、電源Ｖｃｃ側へ接続された３個の上段側ＦＥ
Ｔ１、ＦＥＴ３、ＦＥＴ５と、アース側へ接続された下
段側ＦＥＴ２、ＦＥＴ４、ＦＥＴ６とから成るブリッジ
回路として構成されている。該上段側及び下段側ＦＥＴ
１〜ＦＥＴ６には、それぞれをオン・オフするための６
個のフォトカプラＦＣ１〜ＦＣ６が接続されている。
【００１６】上段側ＦＥＴ１をオン・オフするフォトカ
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が接続さ
れている。
【００１７】下段側ＦＥＴ２をオン・オフするフォトカ
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との接続点から図示
しないブラシレスモータの固定子コイルのＵ相に電流が
印加されるように構成されている。
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との接続点から図示
しないブラシレスモータの固定子コイルのＵ相に電流が
印加されるように構成されている。
【００１８】このホトカプラ・パワー回路２０の動作に
ついて説明する。ここで、固定子コイルのＷ相−Ｕ相に
電流を流す際には、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ＦＣ５、ＦＣ２がオンさ
れ、該フォトカプラＦＣ５により上段のＦＥＴ５がオン
されると共に、該フォトカプラＦＣ２により下段のＦＥ
Ｔ２がオンされ、電源電圧Ｖｃｃが固定子コイルのＷ相
−Ｕ相へ印加される。即ち、Ｖｃｃ−ＦＥＴ５−コイル
のＷ相−Ｕ相（図示せず）−ＦＥＴ２−抵抗器Ｒ７−ア
ースの順に電流が流れる。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Ｄ１、コンデ
ンサＣ１を介して該ＦＥＴ２側へ流れ、コンデンサＣ１
に図中で示す極性の電荷を蓄える。
ついて説明する。ここで、固定子コイルのＷ相−Ｕ相に
電流を流す際には、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ＦＣ５、ＦＣ２がオンさ
れ、該フォトカプラＦＣ５により上段のＦＥＴ５がオン
されると共に、該フォトカプラＦＣ２により下段のＦＥ
Ｔ２がオンされ、電源電圧Ｖｃｃが固定子コイルのＷ相
−Ｕ相へ印加される。即ち、Ｖｃｃ−ＦＥＴ５−コイル
のＷ相−Ｕ相（図示せず）−ＦＥＴ２−抵抗器Ｒ７−ア
ースの順に電流が流れる。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Ｄ１、コンデ
ンサＣ１を介して該ＦＥＴ２側へ流れ、コンデンサＣ１
に図中で示す極性の電荷を蓄える。
【００１９】次に、固定子コイルのＵ相−Ｖ相に電流を
流す際には、ＣＰＵ１４からの信号によりフォトカプラ
ＦＣ１、ＦＣ４がオンされる。ここで、フォトカプラＦ
Ｃ１がオンすると、上記ＦＥＴ２がオンされた際にコン
デンサＣ１へ充電された電荷が、フォトカプラＦＣ１を
通ってＦＥＴ１のゲートに印加され、該ＦＥＴ１をオン
する。他方、フォトカプラＦＣ４のオンにより、＋１５
ＶのＦＥＴ制御電圧ラインからの電流がダイオードＤ
４、該フォトカプラＦＣ４、抵抗器Ｒ４を介してアース
側へ流れ、抵抗器Ｒ４で分圧された電位がＦＥＴ４のゲ
ート側へ加わり、該ＦＥＴ４をオンにする。ＦＥＴ１、
ＦＥＴ４のオンによりＵ相−Ｖ相のコイルに電源電圧Ｖ
ｃｃが印加される。また、ＦＥＴ４のオンによって、コ
ンデンサＣ３が図中の極性に充電される。
流す際には、ＣＰＵ１４からの信号によりフォトカプラ
ＦＣ１、ＦＣ４がオンされる。ここで、フォトカプラＦ
Ｃ１がオンすると、上記ＦＥＴ２がオンされた際にコン
デンサＣ１へ充電された電荷が、フォトカプラＦＣ１を
通ってＦＥＴ１のゲートに印加され、該ＦＥＴ１をオン
する。他方、フォトカプラＦＣ４のオンにより、＋１５
ＶのＦＥＴ制御電圧ラインからの電流がダイオードＤ
４、該フォトカプラＦＣ４、抵抗器Ｒ４を介してアース
側へ流れ、抵抗器Ｒ４で分圧された電位がＦＥＴ４のゲ
ート側へ加わり、該ＦＥＴ４をオンにする。ＦＥＴ１、
ＦＥＴ４のオンによりＵ相−Ｖ相のコイルに電源電圧Ｖ
ｃｃが印加される。また、ＦＥＴ４のオンによって、コ
ンデンサＣ３が図中の極性に充電される。
【００２０】固定子コイルのＶ相−Ｕ相に電流を流す際
には、フォトカプラＦＣ３、ＦＣ６がオンされる。ここ
で、フォトカプラＦＣ３がオンすると、コンデンサＣ３
に充電された電荷によりＦＥＴ３をオンする。他方、フ
ォトカプラＦＣ６のオンにより、ＦＥＴ６がオンする。
ＦＥＴ３、ＦＥＴ６のオンによりＵ相−Ｗ相のコイルに
電源電圧Ｖｃｃが印加される。また、ＦＥＴ６のオンに
よって、コンデンサＣ５が図中の極性に充電される。こ
の電荷によって、上述したＷ相が励磁される際に、上段
側ＦＥＴ５がオンされる。
には、フォトカプラＦＣ３、ＦＣ６がオンされる。ここ
で、フォトカプラＦＣ３がオンすると、コンデンサＣ３
に充電された電荷によりＦＥＴ３をオンする。他方、フ
ォトカプラＦＣ６のオンにより、ＦＥＴ６がオンする。
ＦＥＴ３、ＦＥＴ６のオンによりＵ相−Ｗ相のコイルに
電源電圧Ｖｃｃが印加される。また、ＦＥＴ６のオンに
よって、コンデンサＣ５が図中の極性に充電される。こ
の電荷によって、上述したＷ相が励磁される際に、上段
側ＦＥＴ５がオンされる。
【００２１】以上説明したように、下段側のフォトカプ
ラＦＣ２、ＦＣ４、ＦＣ６により下段ＦＥＴ２、ＦＥＴ
４、ＦＥＴ６をオンした際に、下段のＦＥＴ、ＦＥＴ
４、ＦＥＴ６へ直列に接続されたコンデンサＣ１、Ｃ
３、Ｃ５をそれぞれ充電し、充電された電荷を用いて、
上段のフォトカプラＦＣ１、ＦＣ３、ＦＣ５によって上
段ＦＥＴ１、ＦＥＴ３、ＦＥＴ５を順次オンする。この
ため、三相の電力変換回路の上段側及び下段側ＦＥＴ１
〜ＦＥＴ６を単一の電源（＋１５ＶのＦＥＴ制御電圧）
で制御することができる。
ラＦＣ２、ＦＣ４、ＦＣ６により下段ＦＥＴ２、ＦＥＴ
４、ＦＥＴ６をオンした際に、下段のＦＥＴ、ＦＥＴ
４、ＦＥＴ６へ直列に接続されたコンデンサＣ１、Ｃ
３、Ｃ５をそれぞれ充電し、充電された電荷を用いて、
上段のフォトカプラＦＣ１、ＦＣ３、ＦＣ５によって上
段ＦＥＴ１、ＦＥＴ３、ＦＥＴ５を順次オンする。この
ため、三相の電力変換回路の上段側及び下段側ＦＥＴ１
〜ＦＥＴ６を単一の電源（＋１５ＶのＦＥＴ制御電圧）
で制御することができる。
【００２２】引き続き、該電力変換回路がブラシレスモ
ータを停止した際の動作について説明する。図１に示す
ＣＰＵ１４は、ホールＩＣ１０からの信号を監視してい
る。ここで、該ＣＰＵ１４は、ホールＩＣ１０からの信
号が所定時間以上変化しないと、即ち、ブラシレスモー
タの回転の停止を検出すると、図２に示すホトカプラパ
ワー回路２０の上段側フォトカプラＦＣ１、ＦＣ３、Ｆ
Ｃ５を全てオフし、下段側フォトカプラＦＣ２、ＦＣ
４、ＦＣ６をオンして、モータを短絡制動する。即ち、
充電シーケンスに切り替える。これにより、該ＦＥＴ
２、ＦＥＴ４、ＦＥＴ６へ直列に接続されたコンデンサ
Ｃ１、Ｃ３、Ｃ５を全て充電しておく。
ータを停止した際の動作について説明する。図１に示す
ＣＰＵ１４は、ホールＩＣ１０からの信号を監視してい
る。ここで、該ＣＰＵ１４は、ホールＩＣ１０からの信
号が所定時間以上変化しないと、即ち、ブラシレスモー
タの回転の停止を検出すると、図２に示すホトカプラパ
ワー回路２０の上段側フォトカプラＦＣ１、ＦＣ３、Ｆ
Ｃ５を全てオフし、下段側フォトカプラＦＣ２、ＦＣ
４、ＦＣ６をオンして、モータを短絡制動する。即ち、
充電シーケンスに切り替える。これにより、該ＦＥＴ
２、ＦＥＴ４、ＦＥＴ６へ直列に接続されたコンデンサ
Ｃ１、Ｃ３、Ｃ５を全て充電しておく。
【００２３】そして、ブラシレスモータを再起動する際
には、上記Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれかのコイルを励磁
するため、上段側及び下段側のいずれかのフォトカプラ
をオンする。ここで、本実施態様では、上段側のＦＥＴ
１、ＦＥＴ３、ＦＥＴ５をオンにするためのコンデンサ
Ｃ１、Ｃ３、Ｃ５が停止中に全て充電状態に保たれてい
るため、該フォトカプラのオンによって、上段側のＦＥ
Ｔ１、ＦＥＴ３、ＦＥＴ５を直ちに導通状態にできる。
には、上記Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれかのコイルを励磁
するため、上段側及び下段側のいずれかのフォトカプラ
をオンする。ここで、本実施態様では、上段側のＦＥＴ
１、ＦＥＴ３、ＦＥＴ５をオンにするためのコンデンサ
Ｃ１、Ｃ３、Ｃ５が停止中に全て充電状態に保たれてい
るため、該フォトカプラのオンによって、上段側のＦＥ
Ｔ１、ＦＥＴ３、ＦＥＴ５を直ちに導通状態にできる。
【００２４】即ち、図２に示す構成において、ブラシレ
スモータ停止時に下段側ＦＥＴ２、ＦＥＴ４、ＦＥＴ６
を導通状態に切り換えて置かないと、コンデンサＣ１、
Ｃ３、Ｃ５に蓄えられた電荷は徐々に放電される。ブラ
シレスモータを長期間停止した後に、アースから浮いた
状態にあるフォトカプラＦＣ１、ＦＣ３、ＦＣ５をオン
しても、コンデンサＣ１、Ｃ３、Ｃ５からの電位の印加
のない限り、ＦＥＴ１、ＦＥＴ３、ＦＥＴ５をオンでき
ない。これに対して、第１実施態様の電力変換回路で
は、ブラシレスモータの停止中に、コンデンサＣ１、Ｃ
３、Ｃ５を全て充電しておくことにより、該コンデンサ
に蓄えられた電荷によって上段ＦＥＴ１、ＦＥＴ３、Ｆ
ＥＴ５をオンし得るため、ブラシレスモータを長期間停
止した後にも、速やかに再起動できる。
スモータ停止時に下段側ＦＥＴ２、ＦＥＴ４、ＦＥＴ６
を導通状態に切り換えて置かないと、コンデンサＣ１、
Ｃ３、Ｃ５に蓄えられた電荷は徐々に放電される。ブラ
シレスモータを長期間停止した後に、アースから浮いた
状態にあるフォトカプラＦＣ１、ＦＣ３、ＦＣ５をオン
しても、コンデンサＣ１、Ｃ３、Ｃ５からの電位の印加
のない限り、ＦＥＴ１、ＦＥＴ３、ＦＥＴ５をオンでき
ない。これに対して、第１実施態様の電力変換回路で
は、ブラシレスモータの停止中に、コンデンサＣ１、Ｃ
３、Ｃ５を全て充電しておくことにより、該コンデンサ
に蓄えられた電荷によって上段ＦＥＴ１、ＦＥＴ３、Ｆ
ＥＴ５をオンし得るため、ブラシレスモータを長期間停
止した後にも、速やかに再起動できる。
【００２５】なお、再起動する際最初に励磁するコイル
を通電するための上段ＦＥＴ用のコンデンサのみを充電
しておくことも可能である。例えば、Ｕ相から励磁を開
始する際には、上段ＦＥＴ１を駆動するコンデンサＣ１
のみを充電しておくことも考え得る。これに対して、本
実施態様では、ブラシレスモータの停止中に下段側の全
てのＦＥＴ２、ＦＥＴ４、ＦＥＴ６をオンし、上段ＦＥ
Ｔ駆動用の全てのコンデンサＣ１、Ｃ３、Ｃ５を充電し
ている。このため最初に励磁するコイルへの通電用のＦ
ＥＴを特定する必要がないと共に、予め全てのコンデン
サＣ１、Ｃ３、Ｃ５が全て充電してあり、始動に伴って
徐々にコンデンサを充電して行く必要がないため、起動
時から全ての上段ＦＥＴ１、ＦＥＴ３、ＦＥＴ５を円滑
にオンすることができる。
を通電するための上段ＦＥＴ用のコンデンサのみを充電
しておくことも可能である。例えば、Ｕ相から励磁を開
始する際には、上段ＦＥＴ１を駆動するコンデンサＣ１
のみを充電しておくことも考え得る。これに対して、本
実施態様では、ブラシレスモータの停止中に下段側の全
てのＦＥＴ２、ＦＥＴ４、ＦＥＴ６をオンし、上段ＦＥ
Ｔ駆動用の全てのコンデンサＣ１、Ｃ３、Ｃ５を充電し
ている。このため最初に励磁するコイルへの通電用のＦ
ＥＴを特定する必要がないと共に、予め全てのコンデン
サＣ１、Ｃ３、Ｃ５が全て充電してあり、始動に伴って
徐々にコンデンサを充電して行く必要がないため、起動
時から全ての上段ＦＥＴ１、ＦＥＴ３、ＦＥＴ５を円滑
にオンすることができる。
【００２６】引き続き、図２を参照して駆動回路のブラ
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、１０００
〜３０００回転／分を越える高速回転時において、回転
数をホールセンサ１０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、三相１２０°
導通型に基づいた方形波ＰＷＭ方式を用いてコイルへ電
流を印加する。
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、１０００
〜３０００回転／分を越える高速回転時において、回転
数をホールセンサ１０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、三相１２０°
導通型に基づいた方形波ＰＷＭ方式を用いてコイルへ電
流を印加する。
【００２７】即ち、ホールセンサ１０がブラシレスモー
タのロータ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４（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４（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４（ロ）に示すように波幅ｔ１’
の長い矩形波が出力される。
タのロータ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４（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４（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４（ロ）に示すように波幅ｔ１’
の長い矩形波が出力される。
【００２８】ＣＰＵ１４は、フィルタ１２からのホール
センサ（ホールＩＣ）１０の信号に基づきコイル６２に
導通するタイミングを１２０°導通型に基づき生成する
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２０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。
センサ（ホールＩＣ）１０の信号に基づきコイル６２に
導通するタイミングを１２０°導通型に基づき生成する
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２０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。
【００２９】ここで、高速回転域では、ホールセンサの
信号により回転数を検出して速度制御するとともに、回
転数に応じて前記ホールセンサの信号を図２に示すてい
倍回路１３でてい倍比を切り替え、または、分周切替回
路１５にて、分割比を切り替え、回転数の検出精度を高
め速度制御を行う。
信号により回転数を検出して速度制御するとともに、回
転数に応じて前記ホールセンサの信号を図２に示すてい
倍回路１３でてい倍比を切り替え、または、分周切替回
路１５にて、分割比を切り替え、回転数の検出精度を高
め速度制御を行う。
【００３０】次に、該駆動回路のブラシレスモータ超低
速回転時（数回転／分）の動作につい説明する。ブラシ
レスモータ駆動回路は、１０００〜３０００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、磁極位置とコイル励磁電圧波形
（三相中の少なくとも１相分）との位相差により負荷を
検出し、位相差が６０°を越えないよう位相差（負荷）
に応じてＰＷＭのデューティ比を調整する。
速回転時（数回転／分）の動作につい説明する。ブラシ
レスモータ駆動回路は、１０００〜３０００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、磁極位置とコイル励磁電圧波形
（三相中の少なくとも１相分）との位相差により負荷を
検出し、位相差が６０°を越えないよう位相差（負荷）
に応じてＰＷＭのデューティ比を調整する。
【００３１】ここで、ＣＰＵ１４は、低速回転におい
て、磁極位置とコイル励磁電圧波形との位相差により負
荷を検出し、位相差が６０°を越え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４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。この正弦波ＰＷＭ信号は三相で１２０
°ずつ位相の異なる。第１実施態様では、負荷を検出
し、負荷に応じた電流を流してトルク制御するようにフ
ィードバックを行うため、低回転で発生し易い脱調を未
然に防ぐことができる。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、
脱調を発生させることがない。
て、磁極位置とコイル励磁電圧波形との位相差により負
荷を検出し、位相差が６０°を越え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４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。この正弦波ＰＷＭ信号は三相で１２０
°ずつ位相の異なる。第１実施態様では、負荷を検出
し、負荷に応じた電流を流してトルク制御するようにフ
ィードバックを行うため、低回転で発生し易い脱調を未
然に防ぐことができる。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、
脱調を発生させることがない。
【００３２】この第１実施態様では、ブラシレスモータ
の制御方式を低速（正弦波ＰＷＭ方式）と高速（方形波
ＰＷＭ方式）とで切り換える動作をＣＰＵ１４が行って
いる。
の制御方式を低速（正弦波ＰＷＭ方式）と高速（方形波
ＰＷＭ方式）とで切り換える動作をＣＰＵ１４が行って
いる。
【００３３】以上記述したように本発明の実施態様の駆
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センサの出力に基
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を行うにはホールセンサの出力では
情報量が不足する。このため、低速時には、負荷電流に
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。
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センサの出力に基
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を行うにはホールセンサの出力では
情報量が不足する。このため、低速時には、負荷電流に
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。
【００３４】また、ブラシレスモータを低速（１０００
〜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（１０００
〜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。
〜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（１０００
〜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。
【００３５】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、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センサ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は、負荷電流に基づきトルクフィ
ードバック制御を行うため、安定してブラシレスモータ
の回転を制御することが可能となる。
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センサ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は、負荷電流に基づきトルクフィ
ードバック制御を行うため、安定してブラシレスモータ
の回転を制御することが可能となる。
【００３６】また、ブラシレスモータを低速で回転する
際には、正弦波ＰＷＭ方式にて駆動し、ブラシレスモー
タを高速で回転する際には、方形波ＰＷＭ方式にて駆動
するため、低速及び高速共に円滑にブラシレスモータを
駆動することができる。
際には、正弦波ＰＷＭ方式にて駆動し、ブラシレスモー
タを高速で回転する際には、方形波ＰＷＭ方式にて駆動
するため、低速及び高速共に円滑にブラシレスモータを
駆動することができる。
【図１】第１実施態様に係るブラシレスモータの構成を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図２】本発明の第１実施態様に係るブラシレスモータ
駆動回路のブロック図である。
駆動回路のブロック図である。
【図３】図２に示すパワー回路の回路図である。
【図４】図２に示すパワー回路の正弦波ＰＷＭ制御用の
信号及び方形波ＰＷＭ制御用の信号を示す波形図であ
る。
信号及び方形波ＰＷＭ制御用の信号を示す波形図であ
る。
１０ ホールセンサ １２ フィルタ １４ ＣＰＵ １６ コンパレータ １８ 三角波発生回路 ２０ パワー回路 ４０ ブラシレスモータ ５０ ロータ ５２ 界磁マグネット ６０ ステータ ６２ コイル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−225581（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−284778（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−241095（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−233585（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02P 6/14 H02P 6/08
Claims (2)
- 【請求項１】 界磁マグネットを有するロータと、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、前記第１相、第２相、第３相のコ
イルに相当する磁極位置を検出するホールセンサとから
成る三相のブラシレスモータの駆動回路であって、 前記ブラシレスモータを低速回転する際には、前記第１
相、第２相、第３相のコイルにそれぞれ１２０°ずづ位
相の異なる正弦波ＰＷＭ方式にて駆動し、 前記ブラシレスモータを高速回転する際には、三相１２
０°導通型に基づいた方形波ＰＷＭ信号にて駆動し、 低速回転域では、前記ホールセンサで検出される回磁マ
グネットの磁極位置と、第１相、第２相、第３相の各コ
イルの励磁電圧波形との位相差を、少なくとも１相分検
出してトルク制御を行う ことを特徴とするブラシレスモ
ータ駆動回路。 - 【請求項２】 高速回転域では、前記ホールセンサの信
号により回転数を検出して速度制御するとともに、回転
数に応じて前記ホールセンサの信号のてい倍比または分
割比を切り替え、回転数の検出精度を損なうことなく速
度制御することを特徴とする請求項１のブラシレスモー
タ駆動回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10099197A JP3246544B2 (ja) | 1997-04-02 | 1997-04-02 | ブラシレスモータ駆動回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10099197A JP3246544B2 (ja) | 1997-04-02 | 1997-04-02 | ブラシレスモータ駆動回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10285980A JPH10285980A (ja) | 1998-10-23 |
| JP3246544B2 true JP3246544B2 (ja) | 2002-01-15 |
Family
ID=14288785
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10099197A Expired - Fee Related JP3246544B2 (ja) | 1997-04-02 | 1997-04-02 | ブラシレスモータ駆動回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3246544B2 (ja) |
-
1997
- 1997-04-02 JP JP10099197A patent/JP3246544B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10285980A (ja) | 1998-10-23 |
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