JP3256840B2 - ブラシレスモータの駆動制御装置 - Google Patents

ブラシレスモータの駆動制御装置

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    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14Electronic commutators
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    • H02P6/15Controlling commutation time

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  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、ロータの位置を
検出するホール素子からの信号に基づき、電流が供給さ
れる励磁コイルの供給タイミングを制御するブラシレス
モータの駆動制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のブラシレスモータは、例えば特開
昭60−204286号公報や特開平5−91789号
公報等に示されるように、永久磁石を有するロータと、
このロータに回転磁界を与える励磁コイルが巻設された
ステータと、ロータの位置を検出するホール素子と、電
流を供給する励磁コイルを切り換えるFET等からなる
切換素子とを有しており、ホール素子からの出力信号に
基づいて切換素子による切り換えタイミング、即ち、励
磁コイルへの通電タイミングを制御するようにしてい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
構成にあっては、励磁コイルへの通電タイミングがモー
タの出力効率を重視して予め設定されていると、高速回
転域で支障がないが、低速回転域でモータの騒音が大き
くなる。また、通電タイミングがモータの騒音を低減す
る観点から設定されていると、低速回転域では問題ない
が、大きな出力を欲する高速回転域においては、モータ
の出力不足となってしまう傾向にある。
【0004】一般に、低速回転域にあっては、モータを
駆動させる要求が強い場合でないことから、モータの出
力効率が多少低下しても騒音の低減を優先させることが
望ましく、また、高速回転域にあっては、モータを駆動
させる要求が強い場合であるので、騒音の低減よりもモ
ータの出力効率を高くすることが望ましい。
【0005】そこで、この発明においては、高速回転域
においては、モータの出力効率の低下を抑え、低速回転
域においては、モータの騒音を低減させることができる
ブラシレスモータの駆動制御装置を提供することを課題
としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、励磁コイ
ルへの通電タイミングが遅れると騒音が小さくなり、逆
に通電タイミングが進むとモータの騒音が大きくなる傾
向にあるという知見に基づき、上記課題を達成する構成
について鋭意研究を重ねた結果、本願発明を完成させる
に至った。
【0007】即ち、この発明にかかるブラシレスモータ
の駆動制御装置は、永久磁石を有するロータと、前記ロ
ータを回転させる回転磁界を発生する励磁コイルが巻設
されたステータと、前記ロータの位置を検出するホール
素子と、電流が供給される励磁コイルを切り換える切換
手段と、前記ホール素子からの出力信号に基づいて前記
切換手段の切り換えタイミングを制御するタイミング制
御手段とを少なくとも具備するブラシレスモータの駆動
制御装置において、前記ホール素子によって検出された
回転速度に対応する信号が所定値より小さいか否かを判
定する判定手段と、第1の判定値と、これより小さい第
2の判定値とを有し、回転速度に対応する信号が第1の
判定値より大きい場合には前記切換手段を切り換えるタ
イミングの遅延を無くし、回転速度に対応する信号が前
記第1の判定値と前記第2の判定値との間の値であれ
ば、前記切換手段を切り換えるタイミングを第1の量を
もって遅延させ、回転速度に対応する信号が第2の判定
値よりも小さい場合には、前記切換手段を切り換えるタ
イミングを前記第1の量よりも大きい第2の量をもって
遅延させるタイミング変更手段とを具備することにあ
【0008】したがって、回転速度に対応する信号が所
定値以下であれば、切換手段の切り換えタイミングが、
回転速度に対応する信号が所定値以上の場合よりも相対
的に遅延されるので、高速回転域において、最適な出力
効率を得る切り換えタイミングに設定しておけば、低速
回転域になった場合には、切り換えタイミングが遅延さ
れて出力効率を重視した設定から騒音の低減を図る設定
へと移行する。このため、高速回転域では充分な出力が
得られ、低速回転域では出力効率が幾分最適状態からず
れるものの、騒音の低減を図ることができる。
【0009】切換手段の切り換えタイミングは、回転
に対応する信号の変化に応じて連続的に或いは段階的
に変動させることが考えられるが段階的に変動させる
場合にあっては、2段階に変動させるものであっても、
出力効率と騒音とのバランスをよりきめ細かく制御する
ために3段階以上に変動させるものであってもよい。
【0010】例えば、切り換えタイミングを3段階に変
動させる場合には、前記判定手段に第1の判定値とこれ
より小さい第2の判定値とを設け、回転速度に対応する
信号が第1の判定値より大きい場合には前記切換手段を
切り換えるタイミングの遅延を無くし、回転速度に対応
する信号が第1の判定値と第2の判定値との間の値であ
れば、前記切換手段を切り換えるタイミングを第1の量
をもって遅延させ、回転数に対応する信号が第2の判定
値よりも小さい場合には、前記切換手段を切り換えるタ
イミングを前記第1の量よりも大きい第2の量をもって
遅延させる構成とすることが考えられる。
【0011】上述において、切り換えタイミングの遅延
は、ホール素子からの出力信号を積分回路にて遅延させ
ることで行うものであっても、回転速度に対応する信号
をマイクロコンピュータに入力し、予め与えられたプロ
グラムによって回転速度に対応する信号が所定値より小
さいか否かを判定し、判定結果に応じてホール素子から
の出力信号の遅延量を演算し、回転速度に対応する信号
が所定値より小さいと判定された場合の遅延量を所定値
より大きいと判定された場合のそれよりも大きくするこ
とで行うものであってもよい。
【0012】また、回転速度に対応する信号は、回転
を設定する設定信号を用いても、ロータの回転速度
検出する検出手段からの出力信号を用いてもよい。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面により説明する。
【0014】図1は、本願発明に係るブラシレスモータ
の制御装置によって制御される三相のブラシレスモータ
1である。このブラシレスモータ1は、永久磁石2を有
するロータ3と、このロータ3に対して回転磁界を発生
するステータ4を有し、前記永久磁石2はロータ3の内
周面であって前記ステータ4の外周面と対峙する位置に
該ロータ3の回転方向に沿ってN極とS極が交互に配置
される。また、前記ロータ3に固着される回転軸5の先
端には前記ロータ3の位置を検出するためのロータマグ
ネット6が固着され、該ロータマグネット6の近傍には
該ロータマグネット6の磁極の変動を検出するホール素
子7が配されるものである。そして前記ステータ4の各
々のアームに巻回される励磁コイル8は3つの励磁コイ
ルU,V,Wからなり、この実施に形態においては該3
つの励磁コイルU,V,Wはデルダ結線されている。
尚、励磁コイルU,V,Wはスター結線でも良いもので
ある。
【0015】以上の構成のブラシレスモータ1を制御す
る制御装置は、例えば図2に示されるもので、前記ホー
ル素子7からの信号を検出するホール検出回路10と、
このホール検出回路10からの信号に基づいて前記各励
磁コイルU,V,Wへの通電順位を設定する三相ロジッ
ク回路11と、該三相ロジック回路11からの通電タイ
ミング信号及び下記する出力デューティ設定回路13か
らの出力デューティ信号Pdによって前記励磁コイル
U,V,Wへの通電方向を切換えるスイッチング手段を
制御する出力信号回路12とによって構成される。前記
スイッチング手段は、バッテリー等の電力供給手段と接
続される電源ライン30と接地の間に直列に接続される
2つの電界効果トランジスタをそれぞれ1組として、前
記電源ライン30と接地の間に3組を並列に配して構成
したもので、前記デルタ結線された励磁コイルU,V,
Wの各々の端子が前記直列に接続された2つの電界効果
トランジスタ(FET1,2、FET3,4、FET
5,6)の間にそれぞれ接続される。
【0016】前記ホール検出回路10は、図3に示すよ
うに、ホール素子7からの検出パルスを方形パルスに成
形する波形成形回路20と、この波形成形回路20によ
って成形された方形パルスに、回転数に応じて選択され
た遅延をかける積分回路21と、この積分回路21によ
って遅延された検出パルスによって通電タイミングを決
定するパルスを出力する通電タイミング切換回路22と
によって構成される。
【0017】これらの回路を図4に示す電気回路図にお
いて具体的に説明すると、電源ライン30からホール素
子7に供給された電圧は、ロータマグネット6の磁極
接近しまた遠ざかることによって変動して、図5のPH
で示す検出パルスをオペアンプOP1に出力する。この
バッファとして働くオペアンプOP1は、入力された検
出パルスPHを波形成形して図5の方形検出パルスPM
を出力する。
【0018】また、設定回転速度入力Nと比例する入力
設定電圧VnはオペアンプOP2及びOP3でその値
が、定電圧ライン31の定電圧Vsを抵抗R1及びR2
で分圧した第1の基準電圧Vλ及び定電圧Vsを抵抗R
1及びR2で分圧した第2の基準電圧Vγ(Vγ>V
λ)と比較され、前記設定回転速度入力Nによる回転速
度が高速、中速若しくは低速のいずれであるかが判定さ
れる。
【0019】まず、設定回転速度入力Nが高い場合に
は、入力設定電圧Vnが第1の基準電圧Vλ及び第2の
基準電圧Vγよりも大きいため、オペアンプOP2及び
オペアンプOP3には出力が発生し、トランジスタTR
1及びTR2は導通状態となる。これにより、リレーR
1及びR2電流が流れるため、スイッチSW1及びS
W2が投入され、スイッチSW1はインバータIN1か
らインバータIN2をバイパスする側にスイッチが移動
し、スイッチSW2は抵抗R7をバイパスする通路を閉
成する。これによって、前記方形検出パルスPMがオペ
アンプOP4の非反転入力端子に入力されることとな
り、この方形検出パルスPMが高速時のスイッチング切
換信号PMHとして設定される。このため、高速回転設
定時には、ホール素子7で検出された検出パルスを成形
した方形検出パルスPMがそのまま三相ロジック回路1
1に出力タイミング信号として出力される。
【0020】また、前記設定回転速度入力Nが中速に設
定されている場合、入力設定電圧Vnは前記第1の基準
電圧Vλと第2の基準電圧Vγの間となるため、オペア
ンプOP2は出力せず、オペアンプOP3のみが出力す
ることとなる。これによって、トランジスタTR1は導
通せず、トランジスタTR2のみが導通することとな
り、リレーR1はOFF、リレーR2がONし、スイッ
チSW1はインバータIN1からインバータIN2まで
のラインとオペアンプOP4の非反転入力端子とを接続
し、スイッチSW2は抵抗R7をバイパスするラインを
閉成する。
【0021】これによって、前記オペアンプOP1から
出力された方形検出パルスPMは、インバータIN1に
よって反転され反転方形検出パルスPMRとなる。しか
しながら、この反転方形検出パルスPMRはスイッチS
W2と抵抗R7及び抵抗R8からなる並列合成を介して
コンデンサCの充電/放電を繰り返すことから、前記
方形検出パルスPMRには、所定の遅延(第1の遅
延)がかかり、図5のPLR1で示す第1の遅延パルス
としてインバータIN2に入力される。そして、このイ
ンバータIN2の出力は、前記第1の遅延パルスPLR
1が反転して中速時のタイミング設定信号PL1とな
り、前記オペアンプOP4の非判定入力端子に入力され
る。
【0022】そして、このオペアンプOP4において、
前記中速時のタイミング設定信号PL1は該オペアンプ
OP4の反転入力端子に入力される第3の基準電圧Vt
と比較され、中速時のタイミング切換信号PMMとし
て、前記高速時のタイミング切換信号PMHよりもt1
だけ遅れた信号として三相ロジック回路11に出力され
る。
【0023】また、前記設定回転速度入力Nが低速に設
定されている場合、入力設定電圧Vnは前記第1の基準
電圧Vλ及び第2の基準電圧Vγよりも低い値となるた
め、オペアンプOP2及びオペアンプOP3の出力が共
にOFFとなる。これによって、トランジスタTR1及
びトランジスタTR2は共に非導通となって、リレーR
1及びリレーR2がOFFし、スイッチSW1はインバ
ータIN1からインバータIN2までのラインとオペア
ンプOP4の非反転入力端子とを接続し、スイッチSW
2は抵抗R7をバイパスするラインを開成する。
【0024】これによって、前記オペアンプOP1から
出力された方形検出パルスPMは、インバータIN1に
よって反転され反転方形検出パルスPMRとなるが、こ
の反転方形検出パルスPMRは抵抗R7を介してコンデ
ンサCの充電/放電を繰り返すことから、前記判定方形
検出パルスPMRには、抵抗R7及びコンデンサCによ
って決定される時定数による遅延(第2の遅延)がかか
り、図5のPLR2で示す第2の遅延パルスとしてイン
バータIN2に入力される。そして、このインバータI
N2の出力は、前記第2の遅延パルスPLR2が反転し
て低速時のタイミング設定信号PL2となり、前記オペ
アンプOP4の非判定入力端子に入力される。
【0025】そして、このオペアンプOP4において、
前記低速時のタイミング設定信号PL2は該オペアンプ
OP4の反転入力端子に入力される第3の基準電圧Vt
と比較され、低速時のタイミング切換信号PMLとし
て、前記高速時のタイミング切換信号PMHよりもt2
だけ遅れた信号として三相ロジック回路11に出力され
る。
【0026】また、前述した回路と同様の働きをマイク
ロコンピュ−タによって動作させた場合、例えば図6の
フローチャートで示すような制御を例として上げること
ができる。この制御において、先ずステップ110にお
いて設定回転数入力Nを読み込む。そして、この設定回
転数入力Nをステップ120及び130で所定値γ及び
所定値λ(λ>γ)と比較し、ステップ120で設定回
速度入力Nが所定値γよりも低いと判定された場合に
は、設定回転速度が低速であると判定できるため、ステ
ップ140に進んで、前記ホール素子検出パルスの遅延
量を大に設定するものである。
【0027】また、前記設定回転速度入力Nが前記所定
値γよりも大きい場合には、ステップ130で所定値λ
と比較される。このステップ130の判定において、設
定回転速度入力Nが所定値λよりも小さいと判定された
場合には、前記設定回転速度入力Nが中速であると判断
できるために、ステップ150に進んで前記ホール素子
検出パルスの遅延量を中に設定するものである。
【0028】さらに、前記ステップ130の判定におい
て設定回転速度入力Nが所定値λよりも大きいと判定さ
れた場合には、前記設定回転速度入力Nが高速に設定さ
れていると判断できるために、ステップ160に進んで
ホール素子検出パルスの遅延量を設定しない(無)よう
にするものである。
【0029】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
回転速度に対応する信号が所定値以下である場合、つま
り、低速回転域においては、回転速度が所定値以上であ
る場合、つまり高速回転域時の時よりも切り換えタイミ
ングを相対的に遅延させるようにしたので、低速回転域
では効率よりも騒音の低減を優先するようにしたので、
車両内に滞在する乗員に対して不快な騒音を抑制するこ
とができる。
【0030】
【図面の簡単な説明】
【図1】本願発明の実施の形態に係るブラシレスモータ
の略構成図である。
【図2】本願発明の実施の形態に係るブラシレスモータ
制御装置の一部を示した電気回路図である。
【図3】ホール素子検出回路の構成を示した説明図であ
る。
【図4】ホール素子検出回路の電気回路図である。
【図5】各段階の出力パルスを示したタイミングチャー
ト図である。
【図6】本館発明の実施の形態に係る制御のフローチャ
ート図である。
【符号の説明】
1 ブラシレスモータ 2 永久磁石 3 ロータ 4 ステータ 7 ホール素子 8(U,V,W) 励磁コイル 10 ホール検出回路 20 波形成形回路 21 積分回路 22 通電タイミング切換回路
フロントページの続き (72)発明者 堀内 和好 埼玉県大里郡江南町大字千代字東原39番 地 株式会社ゼクセル 江南工場内 (72)発明者 安藤 宏司 埼玉県大里郡江南町大字千代字東原39番 地 株式会社ゼクセル 江南工場内 (56)参考文献 特開 平8−265919(JP,A) 特開 平8−340692(JP,A) 国際公開96/1521(WO,A1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02P 6/08

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 永久磁石を有するロータと、前記ロータ
    を回転させる回転磁界を発生する励磁コイルが巻設され
    たステータと、前記ロータの位置を検出するホール素子
    と、電流が供給される励磁コイルを切り換える切換手段
    と、前記ホール素子からの出力信号に基づいて前記切換
    手段の切り換えタイミングを制御するタイミング制御手
    段とを少なくとも具備するブラシレスモータの駆動制御
    装置において、 前記ホール素子によって検出された 回転速度に対応する
    信号が所定値より小さいか否かを判定する判定手段と、第1の判定値と、これより小さい第2の判定値とを有
    し、回転速度に対応する信号が第1の判定値より大きい
    場合には前記切換手段を切り換えるタイミングの遅延を
    無くし、回転速度に対応する信号が前記第1の判定値と
    前記第2の判定値との間の値であれば、前記切換手段を
    切り換えるタイミングを第1の量をもって遅延させ、回
    転速度に対応する信号が第2の判定値よりも小さい場合
    には、前記切換手段を切り換えるタイミングを前記第1
    の量よりも大きい第2の量をもって遅延させる タイミン
    グ変更手段とを具備することを特徴とするブラシレスモ
    ータの駆動制御装置。
  2. 【請求項2】 前記切換手段を切り換えるタイミングの
    遅延は、回転速度に対応する信号の変化に応じて連続的
    に変更される請求項1記載のブラシレスモータの駆動制
    御装置。
  3. 【請求項3】 前記切換手段を切り換えるタイミングの
    遅延は、回転速度に対応する信号の変化に応じて段階的
    に変更される請求項1記載のブラシレスモータの駆動制
    御装置。
  4. 【請求項4】 前記切換手段を切り換えるタイミングの
    遅延は、前記ホール素子からの出力信号を積分回路にて
    遅延させることで行う請求項1記載のブラシレスモータ
    の駆動制御装置。
  5. 【請求項5】 永久磁石を有するロータと、前記ロータ
    を回転させる回転磁界を発生する励磁コイルが巻設され
    たステータと、前記ロータの位置を検出するホ ール素子
    と、電流が供給される励磁コイルを切り換える切換手段
    と、前記ホール素子からの出力信号に基づいて前記切換
    手段の切り換えタイミングを制御するタイミング制御手
    段とを少なくとも具備するブラシレスモータの駆動制御
    装置において、 前記ホール素子によって検出された回転速度に対応する
    信号をマイクロコンピュータに入力し、前記回転速度に
    対応する信号が所定値より小さいか否かを判定し、この
    判定結果に応じて前記ホール素子からの出力信号の遅延
    量を演算し、前記回転速度に対応する信号が所定値より
    小さいと判定された場合の遅延量を前記所定値より大き
    いと判定された場合のそれよりも大きくすることで行う
    ブラシレスモータの駆動制御装置。
  6. 【請求項6】 回転速度に対応する信号は、回転速度
    設定する設定信号である請求項5記載のブラシレスモー
    タの駆動制御装置。
  7. 【請求項7】 回転速度に対応する信号は、ロータの回
    速度を検出する検出手段からの出力信号である請求項
    5記載のブラシレスモータの駆動制御装置。
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