JPH0265689A - ブラシレスモータ - 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〕 本発明は例えばブロワ用や送風機用に使用される高速か
つ高出力のブラシレスモータに関する。

〔従来の技術〕

ブラシレスモータは一般に低速かつ低出力用のモータと
して提供されているもので、例えばブロワ用としての使
用に耐える消費電力が３００Ｗ以上、回転数が２０００
Ｏｒｐｍ以上の高速かつ高出力のブラシレスモータは従
来提供されておらず、このように高速かつ高出力のモー
タとしては従来整流子モータや誘導モータが主であった
。

ところで、ブラシレスモータを高速かつ高出力のものと
するには、駆動コイルの抵抗を小さくすればよいが、そ
のようにすると、モータ始動時に駆動コイルには大電流
が流れるようになる。したがって、ブラシレスモータの
駆動回路を大電流に耐える設計にしなければならない。

一方、？（Ｓ流を抑制するため従来の回路技術において
、駆動コイルの」二流側に直列に外付は抵抗を接続する
とともに、この外付は抵抗に並列に会学廓スイッチを接
続し、かつ、モータ始動時から所定の時間だけ動作され
て、その動作終了と同時にリレーを介して上記スイッチ
を開くタイマー回路を設けてなる電流抑制技術が知られ
ている。

この電流制限技術によれば、始動時においては外付は抵
抗を通して駆動コイルに電流が流されるために、駆動コ
イルに大電流が流れることがなくなり、そして、タイマ
ー回路に定められた時間が経過するまでにはモータの回
転は定速回転まで高められ、タイマー時間の経過と同時
にスイッチが閉じて、電流は外付は抵抗をバイパスして
駆動コイルに供給されるようになる。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上のような従来の回路技術をブラシレスモータの高速
かつ高出力化のために適用しようとする場合には、例え
ば駆動コイルの抵抗値が１０オームであるとすると、１
００ＯＷ程度の極めて大きな外付は抵抗が必要となる。

しかし、このような巨大な外付は抵抗を駆動回路に設け
ることは実際上は不可能であり、また、仮に、以上のよ
うな外付は抵抗を設けた場合には、始動時において外付
は抵抗の発熱による回路損失が大きくなるとともに、そ
の発熱により他の電子回路部品等が悪影響を受けないよ
うな対策が必要となる等の新たな問題を発生する。した
がって、このような事情から従来のブラシレスモータに
おいては高速かつ高出力のものは未だ提供されていなか
った。

本発明の目的は、巨大な外付は抵抗を用いることなく、
始動時に駆動コイルに大電流が流れることを防止できる
高速かつ高出力のブラシレスモータを提供することにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記Ｉ」的を達成するために、本発明のブラシレスモー
タにおいては、駆動コイルに夫々直列に接続されたスイ
ッチングトランジスタと、上記駆動コイルの励磁により
回転されるロータの回転位置を検出する位置検出手段と
、始動開始から所定の時間たけ動作されてチョッピング
信号を出力する他励式チョッパ回路と、出力端を上記ス
イッチングトランジスタに夫々別々に接続するとともに
、入力端に上記チョッパ回路の出力端と上記位置検出手
段の出力端とを夫々接続して設けられ、上記゛スイッチ
ングトランジスタをオン・オフさせるアンドゲートとを
具備したものである。

また、同様の目的を達成するために、本発明のブラシレ
スモータにおいては、駆動コイルに夫々直列に接続され
たスイッチングトランジスタと、上記駆動コイルの励磁
により回転されるロータの回転位置を検出する位置検出
手段と、上記スイッチングトランジスタの下流側に接続
され、この下流側のｙｉ検出電圧が基準電圧よりも低い
場合にチョッピング信号を出力する自励式チョッパ回路
と、出力端を上記スイッチングトランジスタに夫々別々
に接続するとともに、入力端に上記チョッパ回路の出力
端と上記位置検出手段の出力端とを夫々接続して設けら
れ、上記スイッチングトランジスタをオン・オフさせる
アンドゲートとを具備したものである。

〔作用〕

請求項１の構成において、スイッチングトランジスタは
オンされることにより駆動コイルに電流が流れることを
可能にし、駆動コイルはその励磁によりロータを回転さ
せる。そして、位置検出手段はロータの回転位置を検出
して、その方形波の出力信号をアンドゲートに入力させ
る。また、他励式チョッパ回路は方形波のチョッピング
信号を生成して、この信号をモータの始動開始から所定
の時間だけアンドゲートに人力させる。アンドゲートは
、これへの上記検出信号の人力期間中において」二足チ
ョッピング信号が入力するたびに励磁信号を出力して、
この信号により」二記スイッチングトランジスタをオン
・オフさせる。したがって、請求項１のブラシレスモー
タにおいては、駆動コイルに直列な外付は抵抗を使用す
ることなく、始動時においてのみ駆動コイルに対する励
磁信号を制限して、駆動コイルに大電流が流れることを
抑制できる。

請求項２の構成においても、スイッチングトランジスタ
はオンされることにより駆動コイルに電流が流れること
を可能にし、駆動コイルはその励磁によりロータを回転
させ、位置検出手段はロータの回転位置を検出して、そ
の方形波の出力信号をアンドゲートに入力させる。そし
て、自励式チョッパ回路は、これに定められた基準電圧
に対しラ スイッチングトランジスタの下流側の彼検出電圧が低い
場合に論理１信号を生成し、かつ、同電圧が高い場合に
論理Ｏ信号を生成して、これらの論理信号（チョッピン
グ信号）をアンドゲートに人力させる。アンドゲートは
、これへの上記検出信号の入力期間中において上記論理
信号に対応する励磁信号を出力して、この信号により上
記スイッチングトランジスタをオン・オフさせる。した
がって、請求項２のブラシレスモータにおいては、駆動
コイルに直列な外付は抵抗を使用することなく、始動時
およびそれ以降連続して駆動コイルに対する励磁信号を
設定電流値でチョッピングし、駆動コイルに大電流が流
れることを抑制できる。

〔実施例〕

第１図および第２図を参照して本発明の一実施例を以下
説明する。

第１図中１は定電圧電源回路で、これには例えば三つの
駆動コイル２ａ、２ｂ、２ｃが夫々直列に接続されてい
る。これらの駆動コイル２ａ〜２ｃはその励磁力により
ロータ３が備えるロータモータの高速かつ高出力化を図
るために、抵抗値が小さなもので形成されている。そし
て、各駆動コイル２８〜２Ｃの夫々はスイッチングトラ
ンジスタとしてのＦＥＴ（電界効果形トランジスタ）４
ａ〜４Ｃのソースに各々接続されているとともに、これ
らＦＥＴのドレインは夫々接地されている。

第１図中５ａ〜５Ｃは夫々ロータ３の回転位置を検出す
る位置検出手段である。これらの手段５ａ〜５ｃは、ロ
ータマグネットの極性を検出するホール素子６の出力電
圧をオペアンプ７により増幅して、波形成形回路８によ
り波形成形するものである。そして、本実施例のように
３相駆動を行うブラシレスモータにおいては、通電角１
８０゜位相角１２０°の信号を出力し、ある一つの相に
ついての出力信号の波形は第２図に示されている。

これら位置検出手段５ａ〜５Ｃの出力端は、これらに夫
々対応して設けられたアンドゲート９ａ〜９ｃの一方の
入力端に接続されている。そしてアンドゲート９ａ〜９
Ｃの出力端はＦＥＴ４ａ〜４ｃのゲートに夫々側々に接
続されている。

また、アンドゲート９ａ〜９Ｃの他方の入力端には他励
式チョッパ回路１０の出力端が夫々接続されている。こ
のチョッパ回路１０は、モータの始動開始から所定の時
間だけ動作されてチョッピング信号を出力するものであ
る。すなわち、他励式チョッパ回路１０は、チョッピン
グ信号を生成する発振器１１と、電源の投入と同時に動
作を開始して所定時間の経過後に動作を停止するタイマ
ー回路１２と、二つの入力端に発振器１１の出力端とタ
イマー回路１２の出力端が夫々側々に接続されるととも
に、出力端が各アンドゲート９ａ〜９Ｃに夫々に接続さ
れた他のアンドゲート１３とから形成されている。

以上説明した第１図の回路構成を備えたブラシレスモー
タにおいて、電源を投入してモータを始動させると、位
置検出手段５ａ〜５Ｃが動作してロータ３の回転位置を
検出するとともに、チョッパ回路１０が動作される。そ
うすると、位置検出手段５ａ〜５Ｃは第２図中人に示す
ような方形波に波形成形された出力信号をアンドゲート
９ａ〜９Ｃに出力する。また、これと同時にチョッパ回
路１．０は、そのタイマー回路１２が動作している期間
中に限って、発振器１１によって生成された方形波から
なるチョッピング信号（第２図中Ｂで示す）を、アンド
ゲート１３を通してアントゲ）９ａ〜９Ｃに夫々に出力
する。

このため、アンドゲート９ａ〜９Ｃにおいては、上記出
力信号Ａが人力している期間中において、チョッピング
信号Ｂが人力されるたびに、このチョッピング信号Ｂに
対応した励磁信号Ｃを出力する。この信号ＣはＦＥＴ４
ａ〜４Ｃのゲートに供給されるので、その供給時におい
てのみＦＥＴ４ａ〜４Ｃがオン動作して駆動コイル２ａ
〜２ｃに始動電流が流され、それ以外はＦＥＴ４ａ〜４
ｃはオフ状態を維持する。

このようにして、ＦＥＴ４ａ〜４Ｃは位置検出手段５ａ
〜５Ｃの出力信号Ａにより直接オン・オフされることな
く、チョッピング信号Ｂによりチョッピングされた励磁
信号Ｃによりオン・オフされるから、駆動コイル２ａ〜
２Ｃに流れる始動電流を制限できる。なお、その際の電
流波形は第２表わされる電流曲線の所期の部分に従って
増加するものであることは勿論であり、上記式において
、■は駆動コイルに流れる電流、■は駆動コイルの抵抗
、■は駆動コイルにかかる電圧、Ｌはコイルインダクタ
ンス、ｔは時間である。

そして、以上のような電流制限はタイマー回路１２が動
作している間だけ、つまり、モータ始動時においてのみ
なされるもので、以上の始動によりロータ３の回転数が
所定回転数にまで上昇した時点テ、チョッパ回路１０の
タイマー回路１２は動作を停止するから、それ以降は電
流制限がなくなり、モータの駆動が継続される。

さらに、この実施例においては、チョッピング信号Ｂお
よび励磁信号Ｃが間欠的であるので、第２図中において
ｔで示す信号間の期間は、ＦＥＴ呑４ａ〜４Ｃはオフ期
間となり休止しているので、ＦＥＴ４ａ〜４Ｃの発熱を
小さく抑制できる。しかも、チョッパ回路１０に発振器
１１を備えているから、その発振周波数（チョッピング
周波数）を任意に調整して設定できる 次ぎに、第３図および第４図に示す本発明の他の実施例
について説明する。この実施例は上記一実施例の他励式
チョッパ回路に代えて自励式チョッパ回路２１を採用し
たもので、この意思外の構成は上記−実施例と同様であ
るから、同一構成部分には」二紀−実施例と同じ符号を
付してその説明を省略し、以下自励式チョッパ回路２１
について説明する。

この自励式チョッパ回路２１は、ＦＥＴ４ａ〜４ｃの下
流側（つまりドレイン側）に彼検出電圧Ｖａを発生させ
る電流検出抵抗２２と、彼検出電圧Ｖａと基準電圧ｖｂ
とを比較するコンパレータ′２３と、μ弗電圧ｖｂを発
生させるための抵抗２４および可変抵抗２５と、チョッ
ピング信号としての論理信号を出力させるための抵抗２
６とを備えて形成されている。

電流検出抵抗２２はＦＥＴ４　ａ〜４Ｃのドレインに対
して夫々直列に接続され、各抵抗２２と各ＦＥＴ４ａ　
〜４ｃのｔ（Ｉ−Ｔｉ−接続点はコンパレータ２３のマ
イナス入力端に接続されている。そして、抵抗２４およ
び可変抵抗２５は直列に接続され、その相互接続点はコ
ンパレータ２３のプラス入力端に接続されている。また
、各アンドゲート９ａ〜９Ｃの一方の入力端は抵抗２６
を介して電圧Ｖｃが供給されているとともに、これらア
ンドゲート９ａ〜９ｃの一方の入力端はコンパレータ２
３の出力端にも接続されている。

また、以」二の他励式チョッパ回路２１においては、彼
検出電圧Ｖａが基準電圧ｖｂよりも低い場合にコンパレ
ータ２３がハイとなり、その結果チョッパ回路２１は論
理１信号を出力し、彼検出電圧Ｖａが基準電圧ｖｂより
も高い場合にコンパレータ２３がローとなり、その結果
チョッパ回路２１は論理０信号を出力するようになって
いる。

この実施例の構成において電源を投入してモータを始動
させると、その開始時点ではＦＥＴ４ａ〜４Ｃはいずれ
もオフ状態にあるから、彼検出電圧Ｖａは基準電圧ｖｂ
よりも低い。このため、チョッパ回路２１から出力され
る論理１信号がアンドゲート９ａ〜９ｃに夫々に入力さ
れる。そうすると、例えば位置検出手段５ａの出力信号
Ａが入力しているアンドゲート９ａから励磁信号Ｃが出
力されて、このゲート９ａに接続されたＦＥＴ４　ａが
オンされる。このため、駆動コイル２ａに１ｕ流が流さ
れ上記彼検出電圧Ｖａか−ｈ　！？ｉ’、　Ｌ、やがて
、括檗電圧ｖｂよりも高くなる。この時点でチョッパ回
路２１は論理Ｏ信号をアンドゲート９ａ〜９Ｃに夫々に
出力するから、アンドゲート９ａか閉じると同時にＦＥ
Ｔ４ａがオフされる。

このため、彼検出電圧Ｖａが！！準電圧ｖｂよりも小さ
くなって、電源を投入した川めの状態と同じになる。

したがって、以降は継続して、以上の状態が各相ごとに
繰返されるものであり、それによってコイル電流Ｅが第
４図に示すようにチョッピングされて、駆動コイル２３
〜２Ｃに流れる始動電流を制限できる。なお、第４図中
Ｉｓで示す制限？ｌＳ流は、Ｖａ−Ｒ２／　（Ｒ１＋Ｒ
２）　　・Ｒ３の式で設巨 定される。なお、Ｖａは彼検出電会、Ｒ１は抵抗２４の
抵抗値、Ｒ２は可変抵抗２５の抵抗値、Ｒ３は電流検出
抵抗２２の抵抗値である。

また、この実施例においてはチョッパ回路２１か自励式
であるから、上記一実施例に比較して発振器等のコスト
が高い部品を使う必要がなく、回路２１のほとんどを抵
抗等の定コスト部品で形成できるから、安価にｊ″？る
ことができる。

〔発明の効果〕

本発明は以」二説明したように構成されているので次に
記載する効果を奏する。

請求項１のブラシレスモータにおいては、駆動コイルに
夫々直列に接続されたスイッチングトランジスタと、上
記駆動コイルの励磁により回転されるロータの回転位置
を検出する位置検出手段と、始動開始から所定の時間だ
け動作されてチョッピング信号を出力する他励式チョッ
パ回路と、出力端を上記スイッチングトランジスタに夫
々別々に接続するとともに、入力端に上記チョッパ回路
の出力端と上記位置検出手段の出力端とを夫々接続して
設けられ、上記スイ・ノチングトランジスタをオン・オ
フさせるアンドゲートとを具備したから、始動時におい
てのみ駆動コイルに対する励磁信号を制限して、駆動コ
イルに大′ｒＩ５流が流れることを抑制でき、よって、
駆動コイルに直列な外付は抵抗を使用することなく、高
速かつ高出力のブラシレスモータを実現できる。

また、請求項２のブラシレスモータにおいては、駆動コ
イルに夫々直列に接続されたスイッチングトランジスタ
と、上記駆動コイルの励磁により回転されるロータの回
転位置を検出する位置検出手段と、Ｌ記スイッチングト
ランジスタの下流側に接続され、この下流側の彼検出電
圧が基準電圧よりも低い場合にチョッピング信号を出力
する自励式チョッパ回路と、出力端を」−２スイツチン
グトランジスタに丸々別々に接続するとともに、入力端
に」二足チ３ソバ回路の出力端と上記位置検出手段の出
力端とを夫々接続して設けられ、上記スイッチングトラ
ンジスタをオン・オフさせるアンドゲートとを具備した
から、始動時およびそれ以降連続して駆動コイルに対す
る励磁信号を設定電流値にてチョッピングし、駆動コイ
ルに大電流が流れることを抑制でき、よって、駆動コイ
ルに直列な外付は抵抗を使用することなく、高速かつ高
出力のブラシレスモータを実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の一実施例を示し、第１図
は回路図、第２図は各種信号とコイル電流との関係を示
す波形図である。第３図および第４図は本発明の他の実
施例を示し、第３図は回路図、第４図はコイル電流と時
間との関係を示す波形図である。 ２ａ〜２Ｃ・・・駆動コイル、３・・・ロータ、４ａ〜
４Ｃ・・・スイッチングトランジスタ（ＦＥＴ）５ａ〜
５ｃ・・・位置検出手段、９ａ〜９Ｃ・・・アンドゲー
ト、１０・・・他励式チョッパ回路、２１・・・自励式
チョッパ回路。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）駆動コイルに夫々直列に接続されたスイッチング
   トランジスタと、上記駆動コイルの励磁により回転され
   るロータの回転位置を検出する位置検出手段と、始動開
   始から所定の時間だけ動作されてチョッピング信号を出
   力する他励式チョッパ回路と、出力端を上記スイッチン
   グトランジスタに夫々別々に接続するとともに、入力端
   に上記チョッパ回路の出力端と上記位置検出手段の出力
   端とを夫々接続して設けられ、上記スイッチングトラン
   ジスタをオン・オフさせるアンドゲートとを具備したこ
   とを特徴とするブラシレスモータ。
2. （２）駆動コイルに夫々直列に接続されたスイッチング
   トランジスタと、上記駆動コイルの励磁により回転され
   るロータの回転位置を検出する位置検出手段と、上記ス
   イッチングトランジスタの下流側に接続され、この下流
   側の彼検出電圧が基準電圧よりも低い場合にチョッピン
   グ信号を出力する自励式チョッパ回路と、出力端を上記
   スイッチングトランジスタに夫々別々に接続するととも
   に入力端に上記チョッパ回路の出力端と上記位置検出手
   段の出力端とを夫々接続して設けられ、上記スイッチン
   グトランジスタをオン・オフさせるアンドゲートとを具
   備したことを特徴とするブラシレスモータ。