JPH03285590A - 直流ブラシレスモータの駆動装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、直流ブラシレスモータの駆動装置に関する。

（従来の技術） 従来の直流ブラシレスモータの駆動装置を第６図に示す
。

この駆動装置は、永久磁石型のロータ２の回転角度信号
（以下、単にロータ位置信号ともいう）を磁極検出素子
３ａ〜３Ｃにより検出し、それらが出力する二値信号型
式のロータ位置信号Ａ＝Ｂ−１Ｃ−に基づいてモータ駆
動信号発生回路４により６種類のモータドライブ信号Ｕ
Ｈ′、ＵＬ、ｖＨ−１ＶＬ−１ＷＨ−１ＷＬ　−ヲ発生
すする。電力増幅回路５はモータドライブ信号ＵＨ−Ｕ
Ｌ−１Ｖｔ−１”　、ＶＬ”、ＷＨ−１ＷＬ”を用いて
、三相交流のステータ電圧Ｕ−１Ｖ−１Ｗ−をステータ
コイル１ａ〜１Ｃに印加する。

ステータ電圧Ｕ′、Ｖ＝、Ｗ−が印加されるステータコ
イル１ａ〜１ｃ１は回転電磁界を形成し、この回転電磁
界とロータ２の永久磁極（図示ぜず）が作る回転磁界と
の間の電磁作用によりロータ２は回転する。

すなわち、従来の直流ブラシレスモータの駆動装置では
、ロータ位置信号Ａ−１Ｂ−１Ｃ−によりロータ２上の
永久磁極位置（すなわちロータ２が作る回転磁界位相）
を検出し、検出したこの回転磁界の位相と所望の位相差
となる位相のステータ電圧を合成し、それにより回転磁
界の位相に対するステータコイル１ａ、１ｂ、１Ｃの回
転電磁界の位相を決定し、一定回転方向へのトルクを得
ている。

（発明が解決しようとする課題） しかし、上記した従来の駆動装置では、１組の磁極検出
素子から得られるロータ位置信号（すなわちロータ２が
作る回転磁界）Ａ″〜Ｃ−の位相とステータ電圧Ｕ−〜
Ｗ−の位相との関係（位相差）が固定不変であるので、
低速時に最大トルクを発生するように磁極検出素子を配
置した場合、高速時に発生トルクが低下する欠点があっ
た。

この理由は以下の通りである。

一般には、起動トルクの増加のために、低速時において
トルクが最大となるようにロータ位置信号Ａ−〜Ｃ′の
位相に対するステ〜り電圧Ｕ−〜Ｗ′の位相を決定して
いる。すなわち、ロータ２が作る回転磁界の最大磁界位
置に最大電流を流して、ロータ２が作る回転磁界とステ
ータ電流の空間分布のベクトル積の絶対値を最大にして
いる。

けれども、高速回転時にはステルタコイル１ａ。

１ｂ、１Ｃのリアクタンスが増加し、このリアクタンス
増加の影響によりステータ電圧Ｕ−〜Ｗ−に対してステ
ータ電流の位相が遅延する。したがって、実際にはステ
ータ電流が作る回転電磁界の位相が、ロータ２が作る回
転磁界の位相に対し、てその分だけ遅延し、その結果、
トルク低下が生じる。

逆に、高速回転時にトルクが最大となるようにロータ位
置信号の位相に対するステータ電圧位相を決定すると、
低速時にステータ電流位相が進み過ぎてトルクが低下す
る。

そこで本発明は、ロータ位置信号の位相を調整可能とし
て例えば回転数の変動に伴うステータ電圧に対するステ
ータ電流の位相変化を補償可能とした直流ブラシレスモ
ータの駆動装置を提供することを、その解決すべき課題
としている。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の直流ブラシレスモータの駆動装置は、永久磁石
型のロータを有する直流ブラシレスモータの複数のステ
ータコイルに同一周期で互いに一定の位相差をもつ複数
のステータ電圧を別々に印加するステータ電圧印加手段
と、前記ロータの回転位置をそれぞれ独立に検出し互い
に位相が異なるロータ位置信号をそれぞれ独立に出力す
る複数組のロータ位置検出手段と、該複数組のロータ位
置検出手段の前記ロータ位置信号より一組のロタ位置検
出手段のロータ位置信号を選択するロータ位置信号選択
手段と、選択された前記ロータ位置信号の位相に基づい
て前記各ステータ電圧を合成するステータ電圧位相制御
手段とを備えることを特徴としている。

ロータ位置検出手段としては磁気式あるいは光学式の口
〜タリーエンコーダなどを用いることができる。

（作用） 複数組のロータ位置検出手段は互いに所定の位相差を有
する複数組のロータ位置信号をロータ位置信号選択手段
に出力し、ロータ位置信号選択手段はそれらの中から所
望の一組を選択する。選択された一組のロータ位置信号
の位相に基づいてステータ電圧位相制御手段は各ステー
タ電圧を合成する。

すなわち、選択可能な複数組のロータ位置信号から所望
の一組のロータ位置信号を選択することにより、ステー
タ電流の位相をロータの回転磁界の位相に対して最適条
件に調節することができる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面に基づき説明する。

この実施例の直流ブラシレスモータの駆動装置は、第２
図に示すように、５組に分類可能な磁極検出素子１９ａ
〜１９ｅ、２０ａ〜２０ｅ、２１ａ〜２１ｅと、選択回
路３０と、モータ駆動信号発生回路４０と、電力増幅器
５０とより構成されている。

ここで、磁極検出素子１９ａ〜１９ｅ、２０ａ〜２０ｅ
、２１ａ〜２１ｅは本発明でいうロータ位置検出手段を
構成し、選択回路３０は本発明でいうロータ位置信号選
択手段を構成し、モータ駆動信号発生回路４０は本発明
でいうステータ電圧位相制御手段を構成し、電力増幅器
５０は本発明でいうステータ電圧印加手段を構成してい
る。

直流ブラシレスモータの断面図を第１図に示す。

ヨークを構成する円筒状のフレーム１０の内部には、鉄
心１１に巻装された３相のステータコイル１１ａ、１１
ｂ、１１Ｇからなるステータ１１が配設されている。ス
テータ１１は環状に形成されており、ステータ１１の内
部にはロータ１２が遊嵌されている。

ロータ１２は所定対の永久磁極（図示せず）を外周上に
有しており、これら永久磁極は永久磁石と磁束通路とし
ての軟鉄部とで構成されている。

ロータ１２は出力軸であるロータ軸１３に固定されてお
り、ロータ軸１３はフレーム１０の両端開口を夫々閉塞
するカバー１４．１５に夫々固設された軸受１６．１７
に回転可能に支承されている。

ロータ軸１３には有孔円板形状の回転磁石１８が一体回
転可能に嵌着されており、カバー１５には基板２２が設
けられている。基板２２はロータ軸１３が回転自在に貫
通する孔部をもち、また、カバー１５の孔部の周囲には
ステータコイル１１ａ、１１ｂ、１１Ｇに対して所定の
角度で回転磁石１８の磁界を検出する磁極検出素子１９
ａ〜１９ｅ、２０ａ　〜２０ｅ、２１ａ〜２１ｅが磁石
円板１８の外周から一定間隔を隔てて同円上に配設され
ている。

なお、磁極検出素子１９ｃ、１９ｄ、２０ｃ。

２０ｄ、２１ｃ、２１ｄの図示は省略されている。

上記各磁極検出素子１９ａ〜１９ｅ、２０ａ〜２Ｏｅ、
２１ａ〜２１ｅはそれぞれホール素子からなり、これら
ｖｉｉ極検比検出素子力電圧は基板２２上に設けられた
センスアンプ（図示せず）によりそれぞれ独立に増幅さ
れた後、駆動装置２３に入力される。

ここで、第１組の磁極検出素子１９ａ、２０ａ、２１ａ
は互いに１２０度ずつ離れており、そして、最低速時に
モータが最大トルクを出力する通電タイミングに相当す
る角度位置に配置されている。

第２組の磁極検出素子１９ｂ、２０ｂ、２１ｂも互いに
１２０度ずつ離れており、そして、低速時にモータが最
大トルクを出力する通電タイミングに相当する角度位置
に配置されている。なお、第２組の磁極検出素子１９ｂ
、２０ｂ、２１ｂは第１組の磁極検出素子１９ａ、２０
ａ、２１ａより所定角度だけ進み位相に配設される。

同様に、第３組の磁極検出素子１９ｃ、２０Ｇ、２１ｃ
も第２組の磁極検出素子１９ｂ、２０ｂ、２１ｂから所
定角度だけ進み位相に配設され、第４組の磁極検出素子
１９ｄ、２０ｄ、２１ｄも第３組の磁極検出素子１９Ｇ
、２０ｃ、２１ｃから所定角度だけ進み位相に配設され
、第５組の磁極検出素子１９ｅ、２０ｅ、２１ｅも第４
組の磁極検出素子１９ｄ、２０ｄ、２１ｄから所定角度
だけ進み位相に配設されている。第３組の磁極検出素子
１９ｃ、２０Ｃ１２１ｃは中Ｊ時にモータが最大トルク
を出力する通電タイミングに相当する角度位置に配置さ
れており、第４組の磁極検出素子１９ｄ、２０ｄ、２１
ｄは高速時にモータが最大トルクを出力する通電タイミ
ングに相当する角度位置に配置されており、第５組の磁
極検出素子１９ｅ、２０ｅ、２１ｅは最高速時にモータ
が最大トルクを出力する通電タイミングに相当する角度
位置に配置されている。

選択回路３０は、図示しない選択スイッチによる選択信
号に基づいて手動選択により、上記５組の磁極検出素子
１９ａ〜１９ｅ、２０ａ〜２０ｅ、２１ａ〜２１ｅから
現回転速度に適合した一組の磁極検出素子から出力され
るロータ位置信号Ａ〜Ｃを選択する切替回路からなる。

モータ駆動信号発生回路４０は、第３図に示すように、
選択されたロータ位置信号Ａ−Ｃに基づいてモータ駆動
信＠ＵＨ，ＵＬ、ＶＨ１ＶＬ、ＷＨ，ＷＬを合成する。

それぞれ約１２０度のパルス幅をもつこれら各モータ駆
動信号の合成は通常のロジック回路により簡単になされ
る。

前記電力増幅回路５０は、モータ駆動信号発生回路４０
より出力されたモータ駆動信号ＬＩＨ，ＵＬ、ＶＨ，Ｖ
ＬＳＷＨＳＷＬ＆：基づイテ形成さしる３相のステータ
電圧ＵＳＶ、Ｗをそれぞれモータステータコイル１ａ、
１ｂ、１ｃに印加する。

このような電力増幅回路５０は通常のものと同一である
ので、説明は省略する。

なお、回転磁石１８を省略して、ロータ１２に配設され
た永久磁極の磁界を直接検出してロータ位置信号を出力
するように各磁極検出素子を配置することも当然可能で
ある。また、磁極検出素子の組数は５に限定されない。

また、ステータ相数は３に限定されない。

本実施例の作用を説明する。

モータのトルクはロータ１２の回転磁界と各ステータ電
流とのベクトル積に比例する。

ここで、ステータ電圧Ｕを例として第４図に基づいて回
転速度とステータ電流の関係を説明する。

Ｂはロータ１２の回転磁界であり、最低速時のステータ
電圧Ｕであり、第１組の磁極検出素子１９ａ、２０ａ、
２１ａからのロータ位置信号に基づき形成される。Ａａ
は第１組の磁極検出素子１９ａのロータ位置信号である
。

Ｉａは最低速時のステータ電流波形であり、リアクタン
スが小ざいのでその位相遅れは小さい。

Ｉｂは低速時のステータ電流波形であり、リアクタンス
がやや大きくなるのでその位相遅れはやや大きくなって
いる。

ＩＣは中速時のステータ電流波形であり、リアクタンス
が更に大きくなるのでその位相遅れは更に大きくなって
いる。

高速時、最高速時に推移するにしたがいステータ電流の
位相遅れはますます増加し、ロータ２の回転磁界Ｂとの
積（ベクトル積の絶対値）は益々小さくなる。

したがって、前記モータドライブ信号発生回路４０に入
力する信号Ａ、８．Ｃ１として低速時に第２組の磁極検
出素子１９ｂ、２０ｂ、２１ｂからのロータ位置信号を
選択し、中速時に第３組の磁極検出素子、高速時に第４
組の磁極検出素子、最高速時に第５組の磁極検出素子を
選択すれば、ステータ電流の位相遅れを補償することが
できるので、常にトルクを最大とすることができ、モー
タの無効Ｎ流分の低減も可能となる。

（＠２実施例） 本発明の他の実施例を第５図に示す。

この実施例では、回転速度を検出し速度範囲に応じて選
択信号を出力する選択信号出力回路６０を備える点が第
１実施例の装置と異なっている。この選択回路６０は、
磁極検出素子１９ａから出力されるロータ位置信号Ａａ
を受取り、このロータ位置信号Ａａのパルス数を一定時
間幅で定期的にカウントしてロータ１２の回転速度を求
める。そして、求めた回転速度を最低速から最高速まで
の範囲で５段階に分割し、各段階において最低速選択信
号Ｓ１、低速選択信号Ｓ２、中速選択信号Ｓ３、高速選
択信号Ｓ４、最高速選択信＠Ｓ５のどれかを出力する。

これら各選択信号８１〜Ｓ５は選択回路３０に入力され
、各選択信号に応じて各速度範囲に合致したロータ位置
信号が選択される。

このようにすれば、手動操作なしに通電位相制御を行い
トルク低下を低減することができる。

［発明の効果］ 本発明によれば、直流ブラシレスモータを高速回転させ
る場合、互いに出力位相が異なる複数組のロータ位置検
出手段の内の所望の一組を選択することにより、出力ト
ルクの最大化を図り、モターの力率の改善を図ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における直流ブラシレスモータの断面図
、第２図は本発明の駆動装置の一実施例を示すブロック
図、第３図はロータ位置信号Ａ、Ｂ、Ｃとステータ電圧
Ｕ、Ｖ、Ｗとの関係を示す信号波形図、第４図は回転速
度変化とステータ電流位相推移との関係を示す信号波形
図、第５図は第２実施例を示すブロック図、第６図は従
来の従来の直流ブラシレスモータの駆動装置のブロック
図である。 １１ａ、１１ｂ、１１ｃｍ・・ステータコイル１２・・
・ロータ　　　　　１３・・・ロータ軸１８・・・回転
磁石 １９ａ〜１９ｅ、２０ａ〜２０ｅ１２１ａ〜２１ｅ・・
・磁極検出素子 ３０・・・選択回路 ４０・・−モータ駆動信号発生回路 ５０・・・電力増幅回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 永久磁石型のロータを有する直流ブラシレスモータの複
   数のステータコイルに同一周期で互いに一定の位相差を
   もつ複数のステータ電圧を別々に印加するステータ電圧
   印加手段と、 前記ロータの回転位置をそれぞれ独立に検出し互いに位
   相が異なるロータ位置信号をそれぞれ独立に出力する複
   数組のロータ位置検出手段と、該複数組のロータ位置検
   出手段の前記ロータ位置信号より一組のロータ位置検出
   手段のロータ位置信号を選択するロータ位置信号選択手
   段と、選択された前記ロータ位置信号の位相に基づいて
   前記各ステータ電圧を合成するステータ電圧位相制御手
   段と、 を備えることを特徴とする直流ブラシレスモータの駆動
   装置。