JPH0223089A - ブラシレスモータの駆動及び制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は一般的にモータの駆動及び制御に関するもので
あって、特にブラシレス（Ｂｒｕｓｈ−ｌｅｓｓ）モー
タを駆動し、その速度を制御するためのシステムに関す
るものである。

〔従来の技術〕

現実に使用されているモータを駆動し、その速度を制御
する大部分の方式は多数のホール（Ｈａｌｌ）素子を利
用してモータを駆動させ、周波数発生ノくターン（Ｐａ
ｔｔｅｒｎ）の出力信号を利用してその速度を制御する
のであった。

〔本発明が解決すべき問題点〕

しかしながら、多数のホール素子をモータに配置する場
合、それぞれのホール素子のオフセフ）（ＯＦＦ−ＳＥ
Ｔ）特性によりモータの回転が不均一であるか、位相の
歪が発生する等の問題点があった。

従って、本発明はこのような事情に鑑みホール素子が無
きモータを提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、ホール素子を除去した代わりに周
波数発生パターンの出力を利用してモータを駆動させる
ためのモータ駆動方法を提供することである。

本発明の父性の目的は周波数発生パターンの出力を利用
してモータを駆動させると共に、その速度を一定に制御
するためのモータ制御システムを提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の望ましい一実施例によるブラシレスモータ駆動
及び制御方法はモータの速度に応じた周波数信号を発生
して増幅させ、増幅された周波数信号を電圧に変換させ
、モータの初期起動時には変換された電圧と第１基準電
圧とを比較して鋸歯波電圧を発生させ、モータの運転時
には変換された電圧だけを増幅させ、鋸歯波電圧と増幅
された変換電圧を選択して周波数発振信号を発生させ、
発振信号を二相波形してモータ駆動器に駆動信号を印加
し、−旦、モータが駆動された場合には変換電圧と第２
基準電圧を差動増幅してモータの駆動速度を一定するよ
うに制御させることを特徴とするのである。

本発明の望ましい他の実施例によるモータ駆動器を備え
たブラシレスモータ駆動及び制御装置はモータの速度に
応じた周波数信号を発生して増幅するための周波数発生
及び増幅手段と、増幅された周波数信号を電圧に変換す
るための周波数電圧変換手段と、モータの初期起動時に
は周波数電圧変換手段により変換された電圧と第１基準
電圧を比較して鋸歯波電圧を発生するための鋸歯波発生
手段と、モータの運転時には変換された電圧だけを増幅
するための増幅手段と鋸歯波電圧と増幅された変換電圧
を選択するためのスイッチング手段と、スイッチングさ
れた信号により動作して所定の発振信号を発生させるた
めの発振手段と、発振信号を二相波形してモータ駆動器
に印加するための二相波形発生手段及びモータ駆動時の
変換電圧と第２基準電圧を差動増幅してモータの駆動速
度を一定するように制御するための速度制御手段とによ
って構成されることを特徴とするのである。

〔作用〕

本発明による周波数発生及び増幅手段は周波数信号を発
生させるための周波数発生パターンと、周波数発生パタ
ーンにより発生される周波数の高周波成分と低周波成分
をそれぞれ励波する高域通過フィルタと低域通過フィル
タ及び、周波数を増幅するための演算増幅器を含ませる
ことが望ましいのである。

鋸歯波発生手段は、モータの初期起動時周波数変換電圧
と第１基準電圧を比較する比較器と比較器の出力を充放
電して鋸歯波を発生する回路素子を含み、二相波形発生
手段は少なくとも二個のフリップフロップを含み、速度
制御手段はモータの駆動時周波数変換電圧と第２基準電
圧を増幅する差動増幅器と、差動増幅された信号をスイ
ッチングしてモータ駆動器に一定電圧を提供するスイッ
チング回路本含ませることが望ましいのである。

〔実施例〕

以下、添付図面に依拠して本発明によるブラシレスモー
フの駆動及び制御システムの望ましい実施例を詳細に説
明する。

第１図は本発明によるブラシレスモーフの駆動及び制御
回路を示すものである。図示する如く周波数発生パター
ン１は、モータＭの回転速度に応じてその回転速度に比
例した周波数の周波数信号を発生するもので、その−側
端子はコンデンサ２と抵抗３からなる高域通過フィルタ
を介して演算増幅器４０反転入力端子に連結され、その
他側端子は周波数発生パターン１のバイアス調整用コン
デンサ５を経て演算増幅器４の非反転入力端子に連結さ
れる。演算増幅器４の反転入力端子と出力端子間にはコ
ンデンサ６と抵抗７と８からなる低域通過フィルタが連
結される。演算増幅器４により増幅された周波数信号は
周波数−電圧変換器９に人力されるが、該周波数−電圧
変換器９には入力された周波数信号を電圧信号に変換さ
せるための抵抗１０とコンデンサ１１が連結され、人力
された周波数信号の雑音を除去するコンデンサ１２と、
電圧（ＶＣＣ）供給用抵抗１３と１４が連結される。本
発明は周波数−電圧変換器９より出力された電圧をツェ
ナダイオード１５を利用して上限人力を提供し、トラン
ジスタ１６とバイアス抵抗１７と１８及び負荷抵抗１９
を利用して下限人力を提供するクランピング回路を含ま
せることもできる。しかし、このクランピング回路は本
発明の動作にはそれほど大きな影響は及ぼさないのであ
る。

クランピング回路を通過した電圧信号は比較器２００反
転入力端子に入力されると共に抵抗２１と２２を経て増
幅器２３と差動増幅器２４の非圧Ｅ′ｒ、端子と反転端
子にそれぞれ入力される。比較器２０の非反転端子には
反転端子に人力された電圧の第１基準電圧を設定するた
めの可変抵抗２５が連結されるが、比較器２０はモータ
Ｍが停止されたか低速で回転する場合その出力端を通じ
てハイレベル状態の信号を出力する。

比較器２０の出力端はその出力がハイレベル状態である
とき、即ち、モータＭが停止されたか又は非常に遅い速
度で回転するとき、このハイレベル状態の信号を充電す
るための抵抗２６とコンデンサ２７と、充電電圧が一定
値以上である場合これを放電させ鋸歯波電圧を発生する
ための抵抗２８、ユニジャンクショントランジスタ２９
及びコンデンサ３０からなる鋸歯波発生回路が連結され
る。それから、増幅用抵抗３１と３２が連結された増幅
器２３の出力端子にはＮチャンネル酸化金属半導体トラ
ンジスタ３３　（以下ＭＯＳトランジスタとする）のソ
ース端子が連結され、比較器２０の出力端子はＭＯＳ）
ランジスタ３４と３５のゲート端子に共接され、ＭＯｓ
トランジスタ３４のソース端子には負荷抵抗３６とＭＯ
Ｓ）ランジスタ３３のゲート端子が連結される。それか
ら、ＭＯＳ）ランジスタ３３と３５のドレイン端子は共
接されてバイアス抵抗３７を経てトランジスタ３８０ベ
ースに連結されトランジスタ３８をオン／オフさせる。

トランジスタ３８のエミッタ端子はトランジスタ３９と
４０のベース端子に連結され、トランジスタ３９と４０
のエミッタ端子は抵抗４１と４２を経て発振器４３に入
力されるが、発振器４３は人力される電圧に比例する幅
を有するパルスを発生させる。

発振器４３の出力端子は発生された周波数を利用してモ
ータＭの駆動に必要な周波数信号（二相ブラシレスモー
フの場合９０°位相角を有する波形）を発生するための
デニアールフリップフロップ４４と４５からなる二相波
形発生回路中、フリップフロップ４４のクロック端子Ｃ
Ｋ、　　に直接連結されると共にＮＯＴゲート４６を介
してフリップフロップ４５のクロック端子ＣＫ２に連結
されている。フリップフロップ４４は発振器４３出力の
立ち下がり時点で常に２状態を変化させるトグルモード
（Ｔｏｇｇｌｅ　Ｍｏｄｅ）で作動し、フリップ７０ツ
ブ４５はフリップフロップ４４の正出力Ｑと負出力口を
利用して発振器４３出力の立ち上がり時点で２状態を変
化させるトグルモードで動作する。

フリップフロップ４４と４５のそれぞれの正出力Ｑと負
出力口等は多数のトランジスタ４７．４８．４９．５０
．５１及び５２と、５３．５４．５５．５６．５７及び
５８でそれぞれ構成された公知のインバータＩＮＶＩ　
　とＩ　Ｎ　Ｖ　２　により電力増幅され２個のコイル
し、とＬ２　に交番電源を印加してモータＭを回転させ
る。

一方、本発明はモータＭが一旦駆動される場合モータの
回転速度を一定に維持するための速度制御回路を含むの
である。この速度制御回路は第１図に示す如く周波数−
電圧変換器９の出力と可変抵抗５９により設定されるモ
ータＭの回転速度に対応する第２基準電圧を差動増幅す
る差動増幅機２４と、コンデンサ６０と抵抗６Ｉと６２
よりなる低域通過フィルタと、パイアース抵抗６３と６
４及びスイッチングトランジスタ６５と６６で構成され
る。

第１図において未説明符号６７は電流感知用抵抗を示す
。

前記の如く構成された本発明による実施例の作用を説明
する。

先ず、モータＭが停止した場合電源スィッチ（図示され
ていない）をオン（ＯＮ）させると周波数発生パターン
Ｉでは所定の周波数信号を発生する。この周波数信号は
、コンデンサ２と抵抗３よりなる高域通過フィルタとコ
ンデンサ６と抵抗７よりなる低域通過フィルタによって
雑音が除去された後（第２図参照）演算増幅器４により
増幅され周波数−電圧変換器９の入力端子に印加される
。

第２図に示す如き周波数信号が人力されると、周波数−
電圧変換器９は抵抗１０とコンデンサ１１の作用で人力
される周波数信号を第３図に示す如き電圧信号に変換し
て出力させる。このとき周波数−電圧変換器９は入力さ
れる周波数が低いとその出力電圧は低く、入力周波数が
高ければその出力電圧は高くなる。

周波数−電圧変換器９から出力された電圧は比較器２０
０反転入力端子に人力され、非反転入力端子に連結され
た可変抵抗２５によって調整される第１基準電圧（第３
図参照）と比較された後、ハイレベル又はローレベル信
号を比較器２０の出力端子から出力する（第４図）。若
しも比較器２０の出力電圧がハイレベル状態である場合
、モータＶ１が停止するかモータＭの回転速度が遅いこ
と、即ち、モータＭが初期起動状顎にあることを表示す
る。比較器２０より出力されたハイレベル信号は抵抗２
６とＭＯＳ）ランジスタ３５のゲート端子に印加される
。抵抗２６に印加された電圧はコンデンサ２７との作用
によってＮ５図に示す点線■の如く充電される。充電電
圧が第５図の点線２以上である場合、負性抵抗特性を有
するユニジャンクンヨントランジスタ２９のエミッタ端
子を通じてコンデンサー３０が充電された電圧を放電し
て第５図のＡ部分の如き鋸歯波電圧を生成する。

このように生成された鋸歯波電圧はＭＯＳ）ランジスタ
３５のソース端子に入力される。

一方、ＭＯＳ）ランジスタ３５のゲート端子にハイレベ
ル状態である比較器２０の出力電圧が印加されることに
よりＭＯＳ）ランジスタ３５はターンオンされそのドレ
イン端子を通じて信号を出力し、バイアス抵抗３７を経
てトランジスタ３８はターンオンされ、それに従ってト
ランジスタ３９と４０のベースにバイアスが供給されト
ランジスタ３９と４０も又ターンオンされ、発振器４３
は第６図に表示する如く、抵抗４１と４２、コンデンサ
６８とによるパルス幅を有する信号を発生してフリップ
フロップ４４のクロック端子ＣＫＩとＮ　ＯＴゲート４
６を経てフリップフロップ４５のクロック端子ＣＫ２　
にそれぞれ印加するのである。

フリップフロップ４４は発振器４３の出力（第６図のＣ
部分の拡大図である′ＪＪ７図参照）の豆ち下がり時点
で常に２状態を変換させるトグルモードとして作動しく
４４の正出力Ｑは第８図に表示する）、フリップフロッ
プ４５はフリップフロップ４４の正出力Ｑと負出力Ｃを
利用して発振器出力の立ち上がり時点で２状態を変換さ
せるトグルモードとして作動する（４５の正出力Ｑは第
９図に表示する）。

フリップフロップ４４と４５のそれぞれの出力等は公知
のインバータＩＮＶ、　　とＩＮＶ２にそれぞれ印加さ
れる。それからモータＭの初期駆動時差動増幅器２４の
反転入力端子には、可変抵抗５９により設定される第２
基準電圧よりも低い電圧信号が印加されるからその出力
端ではハイレベル状態の電圧信号が発生され、バイアス
抵抗６３を経てトランジスタ６５をターンオンさせる。

このトキトランジスタ６６のペースはローレベル状態に
なりトランジスタ６６はターンオンされてインバータＵ
ＮＶ、　　とＩＮＶ２　に最大の電圧を印加する。従っ
て、モータＭは駆動を開始することになる。

以後、モータＭが一定速度以上に回転されると、この速
度に比例する周波数発生パターン１の周波数出力が大き
くなり、周波数−電圧変換器９に人力された後電圧に変
換される。このとき周波数−電圧変換器９は其の出力端
子を通じて電圧信号を出力して比較器２０の反転入力端
子に印加する。

周波数−電圧変換器９の出力が可変抵抗２５による第１
基準電圧より高い場合（第３図参照）、比較器２０はそ
の出力端子を通じて第４図に表示する如きローレベル状
態の出力電圧を発生させる。

比較器２０の出力がローレベルである場合ＭＯＳトラン
ジスタ３４と３５はターンオフされる反面ＭＯ３）ラン
ジスタ３３はターンオンされる。

一方、第１基準電圧より高い電圧信号は抵抗２１と２２
を経て増幅器２３と２４にそれぞれ人力される。増幅器
２３は人力された電圧信号を増幅してＭＯＳ）ランジス
タ３３のソース端子に印加する。従って、ＭＯＳ）ラン
ジスタ３３はターンオンされる。即ち、モータＭが一定
速度以上に回転するとＭＯＳトランジスタ３３はターン
オンされ、ＭＯＳ）ランジスタ３５はターンオフされ増
幅器２３の出力だけが選択される。ＭＯＳ）ランジスタ
３３を通過した増幅器２３の出力は上述した如く、トラ
ンジスタ３８．３９及び４０を経て発振器４３に人力さ
れ第６図のＣ部分の如き周波数パルスを発生させる。そ
れからフリッププロップ４４と４５はインバータＩＮＶ
、とＩＮＶ２に所定の信号を印加してコイルＬ１　　と
Ｌ２　に交番電源を印加する。

又、増幅器２４は一旦モータが駆動され、その反転端子
に印加される電圧が可変抵抗５４により設定された第２
基？４１電圧より高い場合ローレベル状態の電圧信号を
発生させトランジスタ６５と６６を順次的にターンオフ
させる。トランジスタ６６が順次的にターンオフされる
ことによりインバータＩ　Ｎ　Ｖ　＋　　とにＩ　Ｎ　
Ｖ　２　に印加される電圧は順次的に減少することにな
り、コイルＬ１　　とＬ２　に流れる電流も又順次的に
減少することになる。

従って、モータＭの回転速度は順次に遅くなる。

しかしながら、モータＭの回転が遅くなって増幅器２４
の反転端子に印加される電圧と可変抵抗５９により設定
された第２基準電圧が同一であるかそれ以上になる場合
、増幅器２４の出力はハイレベル状態になりトランジス
タ６５と６６がターンオンされモータＭの回転速度は更
に増加することになる。このような過程を反復すること
によってモータＭの回転速度は常に一定するように維持
されるのである。

〔効果〕

このように本発明はモータの初期起動時には周波数発生
パターンにより発生される周波数信号を増幅してこれを
電圧に変換し、鋸歯波を発生して最大の駆動電圧をモー
タに印加してモータを順次的に駆動させ、−旦モータが
駆動され正常的な運転をするときには周波数発生パター
ンにより発生され電圧に変換された信号とモータの正常
駆動に必要な基準電圧を作動増幅させてモータを常に一
定する速度に回転させることができる効果を保持したの
である。

本実施例では二相ブラシレスモーフに関して記述したけ
れども本発明はこれに限定されるのではなく本技術分野
に通常の知識を有する者であれば前記する特許請求の範
囲を離脱しない範囲内で多くの変更及び修正があり得る
ことは容易に知られることであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるブラシレスモーフの駆動及び制御
システムの回路図であり、第２図は周波数発生パターン
の周波数出力波形図、第３図は周波数−電圧変換器の電
圧出力波形図、第４図は比較器の出力波形図、第５図は
位置りにおける電圧波形図、第６図は発振器の出力波形
図、第７図は第６図のＣ部分の拡大図、第８図と第９図
はフリップフロップの出力波形図である。 １・・・周波数発生パターン、　４．２０．２３．２４
・・・増幅器、　９・・・周波数−電圧変換器、　２９
・・・ユニジャンクショントランジスタ、　　３３．３
４．３５・・・ＭＯＳ）ランジスタ、　　４３・・・発
振器、　　４４．４５・・・ブリップフロップ、　　Ｉ
ＮＶＩＮＶ２　・・・インバーター Ｍ・・・モータ、Ｌ ｓＬ２　・・・モータ用コイル。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）モータ駆動器により駆動されるブラシレスモータ
   の駆動及び制御方法において、 前記モータの速度に応じた周波数信号を発生して増幅さ
   せ、前記増幅された周波数信号を電圧に変換させ、 前記モータの初期起動時には変換された電圧と第１基準
   電圧を比較して鋸歯波電圧を発生させ、モータの運転時
   には変換された電圧のみを増幅させ、 鋸歯波電圧と増幅された変換電圧を選択して周波数発振
   信号を生成させ、 前記の発振信号を二相波形して前記のモータ駆動器に駆
   動信号を印加してモータを駆動させ、前記モータが所定
   の速度以上に駆動した場合、変換電圧と第２基準電圧を
   差動増幅してモータの駆動速度を一定に制御させること
   を特徴とするブラシレスモータの駆動及び制御方法。
2. （２）モータを駆動するための駆動器を備えたブラシレ
   スモータ駆動及び制御装置において、 前記モータの速度に応じた周波数信号を発生して増幅さ
   せるための周波数発生及び増幅手段と、前記する周波数
   信号を電圧に変換させるための周波数電圧変換手段と、 前記モータの初期起動時には周波数電圧変換手段により
   変換された電圧と第１基準電圧とを比較して鋸歯波電圧
   を発生させるための鋸歯波発生手段と、 前記モータの運転中には変換された電圧のみを増幅する
   ための増幅手段と、 前記する鋸歯波電圧と増幅された変換電圧を選択させる
   ためのスイッチング手段と、 前記するスイッチングされた信号により動作して所定の
   発振信号を生成させるための発振手段と、前記発振信号
   を二相波形して前記する駆動器に印加するための二相波
   形発生手段及び、前記モータ駆動時の変換電圧と第２基
   準電圧を差動増幅してモータの駆動速度を一定に制御す
   るためのモータ速度制御手段とによって構成させること
   を特徴とするブラシレスモータの駆動及び制御装置。
3. （３）前記する周波数発生及び増幅手段はモータの速度
   に応じた周波数信号を発生させるための周波数発生パタ
   ーンと、前記周波数発生パターンにより発生された周波
   数信号の高周波成分と低周波成分をそれぞれ除去するた
   めの高域通過フイルタと低域通過フイルタ及び前記周波
   数信号を増幅するための増幅器を含むことを特徴とする
   請求項２記載のブラシレスモータの駆動及び制御装置。
4. （４）前記鋸歯波発生手段は前記モータの初期起動時周
   波数変換電圧と第１基準電圧とを比較してハイレベル状
   態の信号を生成するための比較器と、前記比較器の出力
   を充放電して鋸歯波を発生する回路素子を含むことを特
   徴とする請求項２記載のブラシレスモータの駆動及び制
   御装置。
5. （５）前記する二相波形発生手段は少なくとも二個のフ
   リップフロップを含むことを特徴とする請求項２記載の
   ブラシレスモータの駆動及び制御装置。
6. （６）前記するモータ速度制御手段はモータの運転時周
   波数変換電圧と第２基準電圧の差異を増幅するための差
   動増幅器と、差動増幅された信号に基づいてスイッチン
   グされ、前記モータ駆動器に供給される電圧の量を増加
   、又は減少させるためのスイッチング回路を含むことを
   特徴とする請求項２記載のブラシレスモータの駆動及び
   制御装置。