JP3293590B2 - 高電圧駆動ブラシレスモータ - Google Patents

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。

【０００２】

【従来の技術】従来のブラシレスモータには、特開昭６
２−１８５５８４号公報に示された技術などがある。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
型のモータ、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などからなる検出器、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ＩＣ４５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、ＡＣ１００Ｖあるいは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ＩＣ４５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ＩＣ４５の外
部からの速度指令などにより行っている。

【０００３】

【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ＩＣ４５用の低電圧電源、１
２Ｖあるいは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。従って、回路構成が複雑であり、装置全体
が大型化せざるをえなかった。又変圧器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すぎ
て発熱による過熱の問題や、ある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。さらに、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
行われていた。そしてこの定速制御を行うための速度制
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。従って、回路構成が複雑であった。そこで、この
発明は回路構成およ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出来る高電圧
駆動ブラシレスモータの提供を目的とするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明に関る高電圧駆
動ブラシレスモータは、電源から供給される直流高電圧
によりブラシレスモータを可変速制御するモータドライ
ブ回路と、ブラシレスモータ側に設けられ直流高電圧を
変圧器を使用することなく所定の直流低電圧に制御する
自己電源制御チョッパ回路と、ブラシレスモータの回転
速度を検出して速度パルスを生成し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ＰＷ
Ｍ制御するプリドライブ回路と、を備え、この直流低電
圧より速度パルスおよび速度指令電圧を生成し、ブラシ
レスモータを可変速駆動するものである。

【０００５】更に、チョッパ回路で作られた直流低電圧
をコントロール側の電源に使用するものである。

【０００６】

【発明の実施の形態】実施の形態１． この発明の高電圧駆動ブラシレスモータにおいては、モ
ータ側に内蔵したチョッパ回路１４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、同じくモータ側に内蔵したプ
リドライブ回路が、このチョッパ回路１４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、この速度パルスおよびチョッパ回路の出力電圧
に応じてモータ制御回路７で生成した速度指令電圧１１
によりモータドライブ回路１９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。

【０００７】図１はこの発明の一実施の形態の例である
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型のモ
ータ、３はＡＣ１００Ｖあるいは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の駆動源
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。

【０００８】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別れており、モータ１内
に図示していない低電圧電源が内蔵されている。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ＤＣ３００Ｖ
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１０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。又
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。

【０００９】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
モータ側についてのべる。図２はこの発明の一実施の形
態の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、図１と同一符号および
同一記号は、同一又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などからなる検出
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うこと
により高電圧を所定の低電圧に落とすスイッチング回
路、１６はエネルギー貯留用のコイル、１７は還流用の
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、およびコン
デンサ１８とで構成されている。１９ａ、１９ｂ、１９
ｃ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。

【００１０】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、エラ
ーアンプ回路、およびチョッパ用ＰＷＭ回路などにより
構成されている。これらの各回路は次のように動作す
る。過電圧保護回路はＩＣ２０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ＩＣ２０
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ＩＣ２
０の印加電圧を所定の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。

【００１１】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３相全波ロジック回路であり、３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２７およびプリドライ
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制御回路で有り、３相全波ロジック回路２
３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、およびＩＣ２０
の外部に位置する抵抗およびコンデンサにより構成され
ている。Ｆ／Ｖパルス発生回路は３相全波ロジック回路
２３からの出力段の切り替え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、ＩＣ２０の外部に位置する抵抗
およ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およびプリドラ
イブ下側出力回路２８はモータドライブ回路１９ａ、１
９ｂ、１９ｃを駆動する。

【００１２】なおこのＩＣ２０のロジック部はＩＩＬ
（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｌｏｇ
ｉｃ）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とを高電圧回路で構成し、チョッパ回路１４およ
びモータドライブ回路１９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。

【００１３】ここで、モータ１に内蔵されているチョッ
パ回路１４およ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ＩＣ２０内の自己電源制御回
路２１とで低電源電圧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２１がスイッチング回路１５を
オン状態にする。この様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。

【００１４】この様にこの実施の形態の例では、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ＩＣ２０に一体で組み込まれて
いる。そしてこの自己電源制御回路２１がＩＣ２０での
消費電力など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ＩＣ２
０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１
２Ｖ程度の低電圧を生成して、自己電源としている。し
たがつ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、増幅位相保証回路など
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鋸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。従って、こ
の実施の形態の例ではモータ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。又、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。

【００１５】次に、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。図３はこの発明の高電
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、図１と同一符号および同
一記号は、同一又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３４は各々抵抗、３５
はコンデンサであり、抵抗３４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／オフの動作を繰り
返す。この構成の速度指令発生回路では、トランジスタ
３０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、すな
わち直線的に変化させれば、モータ１の回転数もリニア
に制御することが出来る。

【００１６】又図４は、この発明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、図１と同一符号および同一記号は、同
一又は相当する構成部分を示す。図において３０ａ、３
０ｂ、３０ｎはトランジスタ、３１ａ、３１ｂ、３１
ｎ、３２ａ、３２ｂ、３２ｎ、３３ａ、３３ｂ、３３
ｎ、および３６は各々抵抗である。この構成の速度指令
発生回路６では、モータ制御回路７がｎ個のトランジス
タ３０ａ、３０ｂ、３０ｎ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。すなわち速度指令電
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３１
ａ、３１ｂ、３１ｎのトータル抵抗値）｝＊Ｖｏｕｔ従
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２のｎ乗だけ速度指令電圧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。

【００１７】図５はこの発明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。この様に、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
制御することが出来、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２６で速度パルスを生成
し、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１１によりＰＷＭ制御をするプリドラ
イブ回路と、速度パルスおよびチョッパ回路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生成
するモータ制御回路７とを具備する。

【００１８】そして、プリドライブ回路内の自己電源制
御回路２１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ＰＷ
Ｍ制御回路２４および速度制御回路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。従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
タ全体が小型化出来る。

【００１９】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が無く、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、回転数を任意に維持する
ための速度制御を一つの速度制御回路で出来、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
御回路を組み込めば、部品点数が削減でき装置全体を小
型化出来る。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
することも当然出来る。

【００２０】

【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、電源から供給される直流高電
圧によりブラシレスモータを可変速制御するモータドラ
イブ回路と、ブラシレスモータ側に設けられ直流高電圧
を変圧器を使用することなく所定の直流低電圧に制御す
る自己電源制御チョッパ回路と、ブラシレスモータの回
転速度を検出して速度パルスを生成しモータドライブ回
路を駆動するプリドライブ出力を速度指令電圧によりＰ
ＷＭ制御するプリドライブ回路と、を備え、この直流低
電圧より速度パルスおよび速度指令電圧を生成し、ブラ
シレスモータを可変速駆動するので、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とともに、電源の
電圧変動および負荷変動による回転変動を抑制でき、モ
ータの回転数がきわめて安定する。

【００２１】この発明の高電圧駆動ブラシレスモータ
は、チョッパ回路で作られた直流低電圧をコントロール
側の電源に使用するので、モータの外の他の機構の電源
用に安定した直流低電圧を供給することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施の形態による高電圧駆動ブ
ラシレスモータの制御回路を示す回路図である。

【図２】 この発明の一実施の形態による高電圧駆動ブ
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３】 この発明の一実施の形態による高電圧駆動ブ
ラシレスモータの速度指令電圧発生回路の一例を示す回
路図である。

【図４】 この発明の一実施の形態による高電圧駆動ブ
ラシレスモータの速度指令発生回路の他の例を示す回路
図である。

【図５】 この発明の一実施の形態による高電圧駆動ブ
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。

【図６】 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。

【符号の説明】

１ モータ、 ２ 検出器、 ３ 交流電源、 ４ 整
流回路、 ５ コンデンサ、 ６ 速度指令発生回路、
７ モータ制御回路、 ８ 入力電圧、９接地、 １
０ 出力電圧、 １１ 速度指令電圧、 １２ 速度パ
ルス、 １３速度指令出力、 １４ チョッパ回路、
１５ スイッチング回路、 １６コイル、 １７ ダイ
オード、 １８ コンデンサ、 １９ モータドライブ
回路、 ２０ ＩＣ、 ２１ 自己電源制御回路、 ２
２ ホール入力回路、 ２３ 三相全波ロジック回路、
２４ ＰＷＭ制御回路、 ２５ 速度制御回路、２６
速度パルス生成回路、 ２７ プリドライブ上側出力
回路、 ２８ プリドライブ下側出力回路、 ３０ ト
ランジスタ、 ３１ 抵抗、 ３２ 抵抗、 ３３ 抵
抗、 ３４ 抵抗、 ３５ コンデンサ。

───────────────────────────────────────────────────── 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) 特開 昭63−69487（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−146478（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−126798（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 6/06

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電源から供給される直流高電圧によりブ
   ラシレスモータを可変速制御するモータドライブ回路
   と、前記ブラシレスモータ側に設けられ前記直流高電圧
   を変圧器を使用することなく所定の直流低電圧に制御す
   る自己電源制御チョッパ回路と、前記ブラシレスモータ
   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、を備え、こ
   の直流低電圧より前記速度パルスおよび速度指令電圧を
   生成し、前記ブラシレスモータを可変速駆動することを
   特徴とする高電圧駆動ブラシレスモータ。
2. 【請求項２】 チョッパ回路で作られた直流低電圧をコ
   ントロール側の電源に使用することを特徴とする請求項
   １記載の高電圧駆動ブラシレスモータ。