JP4203558B2 - ブラシレスモータの駆動装置 - Google Patents
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Description
ブラシレスモータは、例えば、コンベアラインなど多種多様の装置の駆動源として用いられる。
従って、磁極位置検知手段の検知信号に応じて、インバータ制御部により制動磁界を発生させ得る非通電中の励磁コイルに順次通電を行うことにより、回転制御を行いつつ制動制御を行うことが可能である。
本発明の構成を、U,V,Wの3つの相を有する3相ブラシレスモータを例に挙げて説明する。本発明によれば、U,V,Wの各相の励磁コイルは、一方の端部同士が互いに接続されてY型結線とされ、各励磁コイルの他方の端部はインバータ制御部に接続される。
また、本発明において、基準信号生成部の基準信号および回転速度検知手段の検知信号は、各々、パルス信号(クロック信号)とすることができ、双方のパルス信号の周期差(周波数差)を誤差検出部で誤差周期(誤差周波数)として検出することができる。
また、本発明においても、請求項1の記載と同様に、回転速度検知手段は、磁極位置検知手段の構成を用いて構成することが可能である。
この構成によれば、検知パルス信号の1周期間に基準クロック信号が10クロックカウントされれば誤差信号の出力を停止させる。また、ロータの回転速度が増加すると、検知パルス信号の1周期間における基準クロック信号のカウント数が9,8・・・と低下するので、カウント数の低下に応じた誤差信号を出力することが可能である。
この構成によれば、基準クロック信号の1周期間に検知パルス信号が10パルスカウントされれば誤差信号の出力を停止させる。また、ロータの回転速度が増加すると、基準クロック信号の1周期間における検知パルス信号のカウント数が11,12・・・と増加するので、カウント数の増加に応じた誤差信号を出力することが可能である。
これにより、パルス幅変調された制動信号をインバータ制御部へ伝送してパルス幅に応じた期間だけオン・オフ制御を行うことができる。これにより、安定した制動制御を行いつつ回路構成を簡略化することが可能である。
モータ本体10は、図2の様に、円筒形のロータ(回転子)11の内部中心軸上に固定子12を配した構造である。本実施形態に採用するブラシレスモータ2は3相型であり、ロータ11の磁極数が2、固定子12のスロット数が3の構成である。則ち、本実施形態に採用する3相ブラシレスモータ2は、2極3スロット型である。
また、ブラシレスモータ2の回転速度検出部15は、ロータ11の回転に応じてパルスを出力する機能を有し、例えば、ロータリエンコーダなどを用いて構成される。本実施形態では、ロータ11が1回転する毎に回転速度検出部15から1パルスが出力される構成としている。
尚、図3に示す各駆動信号は、磁極位置検知手段13の検知信号、則ち、ロータ11の回転速度に応じて、上記位相関係を維持しつつ周波数を変動させて生成されるものであり、駆動信号の周期はロータ11の回転速度に応じて変動する。
ドライブ回路60は、制御回路部5から伝送される駆動信号および後述する制動信号を処理して三相インバータ回路61に適合した信号を生成する機能を有する。
ドライブ回路60は、図4の様に、4個のNOT回路(NOT1〜4)および6個のNOR回路(NOR1〜6)を用いて形成される。
ここで、駆動信号Uu,Vu,Wu は三相インバータ回路61において後述する上アーム制御部を駆動する信号に用いるため、以降はこれらの信号を上アーム駆動信号Su と称する。また、駆動信号UL,VL,WL は三相インバータ回路61において後述する下アーム制御部を制御する信号に用いるため、以降はこれらの信号を下アーム駆動信号SL と称する。
また、ドライブ回路60は、制御回路部5から伝送される回転指令信号(RUN)を増幅器(AMP1)で増幅した回転指令信号(RUN)を三相インバータ回路61へ出力する動作を行う。
通電制御部62は、ドライブ回路60から伝送される回転指令信号(RUN) がHレベルのときに導通して電源回路部から供給される正電圧の供給を許容し、回転指令信号(RUN) がLレベルのときに非導通となって正電圧の供給を遮断する機能を有する。
上アーム制御部63の各スイッチング素子Q1〜Q3には、各々のゲート電位を制御するトランジスタQ7〜Q9が接続され、各トランジスタQ7〜Q9には、各々のベース電位を制御するフォトカプラPC1〜PC3が接続されている。また、下アーム制御部64の各スイッチング素子Q4〜Q6には、各々のゲート電位を制御するフォトカプラPC4〜PC6が接続されている。
また、下アーム駆動信号SL のうちの駆動信号UL'が能動(Lレベル)になると、フォトカプラPC4の二次側(フォトトランジスタ)の通電がオフし、これによって、スイッチング素子Q4のゲート・ソース間に電位差を生じさせてスイッチング素子Q4を導通させる動作を行う構成とされている。
尚、上アーム駆動信号Suおよび下アーム駆動信号SLの入力部分に設けたフォトカプラPC1〜PC6は、ドライブ回路60と三相インバータ回路61との電源電圧差に伴うインターフェースを行いつつ、伝送される駆動信号を反転させる機能を有する。
まず、図3において、制御回路部5から出力される駆動信号Uuと駆動信号WLとがHレベルの期間(図3波線a参照)は、ドライブ回路60から反転された信号、則ち、Lレベルの駆動信号Uu'と駆動信号WL'とが三相インバータ回路61へ伝送される。これにより、スイッチング素子Q1,Q6が導通して、正電源から励磁コイル12aおよび励磁コイル12cを通じて接地電位に至る経路で通電が行われる。
この通電により、図6(a),(b)の様に、U相がS極に励磁されると共に、W相がN極に励磁され、ロータ11に設けた永久磁石11aとの間の反発・吸引力によってロータ11は反時計方向へ向かう回転トルクを得て回転する。
この通電により、図6(c),(d)の様に、V相がS極に励磁されると共に、W相がN極に励磁され、ロータ11は反時計方向へ向かう回転トルクを継続して受けて回転する。
図7は制御回路部5において制動信号を生成する構成を示すブロック図、図8は図7に示す構成によって制動信号が生成される状態を示すタイムチャート、図9は制御回路部5で生成される駆動信号および制動信号とドライブ回路60から出力される制動信号を含む駆動信号とを対応させたタイムチャートである。
本実施形態では、検知パルス信号の1周期間にカウントする基準クロック数に応じて、基準クロック数が9の状態から基準クロック数が0の状態までの10段階の誤差信号を出力する構成としている。
ここで、図4の様に、ドライブ回路60に伝送された制動信号(Brake)は、NOT回路(NOT4)で反転されてNOR回路(NOR4〜6)の一方の入力端子に加えられる。また、NOR回路(NOR4〜6)の他方の入力端子には、上アーム駆動信号Suが各々入力される。
従って、例えば、制動信号(Brake)が入力される期間において、駆動信号Uu,WL がHレベルの状態では(図9波線a参照)、NOR回路(NOR4) の出力はLレベルとなって制動信号の伝達が阻止され、NOR回路(NOR4,5)に入力された制動信号はNOR回路(NOR2,3)に伝達される。しかし、NOR回路(NOR3)には駆動信号WLが既に入力されているので、結果的に制動信号はNOR回路(NOR2)だけに伝達されて、制動信号VL' として三相インバータ回路61へ出力される。
図9の波線aで示す状態、則ち、駆動信号Uu,WL がHレベルのときに制動信号(Brake)が印加されると、Uu',WL'が能動になり、VL'から制動信号が出力される。これにより、図10(a),(b)の様に、駆動信号によって正電源から励磁コイル12a,12cを通じて接地電位に至る電流が流れてU相がS極、W相がN極に励磁される。同時に、励磁コイル12aを流れる電流は、制動信号に応じて励磁コイル12bに分流し、V相が制動信号に応じてN極に励磁される。これにより、U相,W相の励磁によってロータ11の回転駆動が行われると同時に、V相の励磁による永久磁石11bの吸引力によって制動力が加わる。
これにより、ロータ11に加わる外力や重力によって回転速度が設定値に比べて増加した場合でも、制動信号によって制動することにより、設定速度を安定して維持することが可能となる。また、本発明によれば、回転方向を逆転させる励磁を行う制動制御や通電を停止して発電制動を行うものに比べて、制動力の印加に伴う振動や衝撃を著しく低減することができ、しかも、通電電流の増加を抑えることが可能となる。
また、前記実施形態では、インバータ制御部6の三相インバータ回路61にMOSFETを用いた構成を採用したが、このような構成に限らず、接合型トランジスタやサイリスタなどを用いて構成することも可能である。
2 ブラシレスモータ
3 駆動制御装置
5 制御回路部
6 インバータ制御部
11 回転子(ロータ)
12 固定子(ステータ)
12a,12b,12c 励磁コイル
13 磁極位置検知手段
15 回転速度検知手段(回転速度検出部)
50 基準信号生成部
51 誤差検出部
52 制動信号生成部
63 上アーム制御部
64 下アーム制御部
Q1〜Q6 スイッチング素子
Su,SL 駆動信号
Claims (5)
- 回転子の磁極位置を検知する磁極位置検知手段を有し、当該磁極位置検知手段の検知信号に応じて、固定子に配された複数の励磁コイルへの通電を順次切り換えつつ回転子を回転制御するブラシレスモータの駆動装置であって、前記磁極位置検知手段の検知信号に応じて駆動信号を生成する制御回路部と、複数のスイッチング素子を有し、前記駆動信号に基づいて各スイッチング素子を開閉制御して各励磁コイルへの通電制御を行うインバータ制御部と、前記回転子の回転速度を検知する回転速度検知手段を備え、前記制御回路部は、回転速度検知手段で検知される回転速度が所定速度を超えるときは、前記駆動信号と共に制動信号を生成してインバータ制御部へ送出し、インバータ制御部は、前記駆動信号に基づいて各励磁コイルへの通電を順次切り換えて回転制御を継続しつつ、制動信号に基づいて、駆動信号で通電中の励磁コイルを除く少なくともいずれかの励磁コイルへ通電して制動制御を行うことを特徴とするブラシレスモータの駆動装置。
- 前記複数の励磁コイルは互いに一方の端部同士を接続してY型結線され、前記インバータ制御部は、正電源側から各々スイッチング素子を介して各励磁コイルの他方の端部に接続される上アーム制御部と、当該各励磁コイルの他方の端部から各々スイッチング素子を介して負電源側に接続される下アーム制御部とを備え、前記インバータ制御部は、上アーム制御部によっていずれかの励磁コイルを正電源側に導通させると共に、当該励磁コイルとは異なる励磁コイルを下アーム制御部によって負電源側に導通させる励磁コイルへの通電制御を、前記駆動信号に基づいて励磁コイルを順次切り換えつつ継続して回転制御を行い、当該回転制御に並行して、前記制動信号に基づいて、前記駆動信号により通電中の励磁コイルを除くいずれかの励磁コイルを下アーム制御部によって負電源側に導通させ、前記駆動信号により通電される励磁コイルの電流を、負電源側に導通させた励磁コイルに分流させて制動制御を行うことを特徴とする請求項1に記載のブラシレスモータの駆動装置。
- 前記制御回路部は、回転子の回転速度を規定する基準信号を生成する基準信号生成部と、前記基準信号生成部の生成する基準信号と前記回転速度検知手段の検知信号を比較して双方の差に応じた誤差信号を出力する誤差検出部と、回転子の回転速度が規定値を超えるときに前記誤差検出部が出力する誤差信号に基づいて制動信号を生成する制動信号生成部を備えたことを特徴とする請求項1または2に記載のブラシレスモータの駆動装置。
- 前記基準信号生成部は回転子の回転速度を規定する所定周波数の基準クロック信号を生成すると共に、前記回転速度検知手段は回転速度に応じた周波数の検知パルス信号を出力し、前記検知パルス信号が前記基準クロック信号の周波数に対して所定倍数となったときに前記回転子の回転速度が基準クロック信号で規定される回転速度と一致する構成とされ、誤差検出部は、検知パルス信号の1周期間にカウントされる基準クロック信号数、または、基準クロック信号の1周期間にカウントされる検知パルス信号数に応じた誤差信号を出力することを特徴とする請求項3に記載のブラシレスモータの駆動装置。
- 前記制動信号生成部は、誤差検出部から出力される誤差信号に応じてパルス幅変調された制動信号を生成することを特徴とする請求項3または4に記載のブラシレスモータの駆動装置。
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