JPH0356091A - 自動ドア用ブラシレスモータ回路 - 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、自動ドア用のブラシレスモータ回路に関する
。

［従来の技術］ 第２図は、従来の自動ドア用ブラシレスモータ回路のブ
ロック図であって、いわゆるスイッチングレギュレー夕
方式を採用したものである。

整流・平滑回路１０は、例えばＩＯＯＶＡＣの交流入力
を直流化して、直流高電圧をチョッパ回路２０に与える
。チョッパ回路２０は、チョッピングのためのオン・オ
フ同路（トランジスタ等のスイッチング素子）と平滑回
路とからなり、直流高電圧入力を直流低電圧に変換して
これを出力する。このチョソバ回路２０の出力電圧ＶＭ
は、例えば３〜３５ＶＤＣの範囲で可変である。

定電圧ＶＭは、インバータ回路４０を介してブラシレス
モータ５０の固定子巻線に与えられて回転磁界をつくる
。三川ブラシレスモータを使用する場合、インバータ回
路４０は、例えば上アームを構成する３つのトランジス
タと下アームを構成する３つのトランジスタとからなる
。

ブラシレスモータ５０の永久磁石からなる回転子の近傍
にはホール素子からなる位置検出器か配され、この検出
器を含む論理回路で構成される回転子位置検出回路６０
が、ブラシレスモータ５０の回転子の位置を検出してイ
ンバータ回路４０へのオン・オフ指令を発して規定の固
定子巻線に順次電流を供給させるとともに、モータ速度
に応じた繰返し周波数の速度パルスＰＲを出力する。回
転子のα置検出にホール素子を使用する場合、モーター
回転あたり１２バルスを越える速度パルスを得るのは困
難である。したがって、速度パルスＰＲの数は、モータ
ー回転あたり例えば１〜１２パルスである。

Ｆ／Ｖ変換回路７０は、この速度パルスＰＲの繰返し周
波数を直流電圧に比例変換してこれを出力する。このＦ
／Ｖ変換回路７０としては、微分回路７１、ワンショッ
トマルチバイブレータ７２及び平滑回路７３を順次縦続
接続したものが使用される。差動増幅器７５は、Ｆ／Ｖ
変換回路７０の出力電圧■　の速度指令電圧Ｖ８に対す
る偏差Ｒ を演算する。パルス幅変調回路９０は、差動増幅器７５
の出力電圧φＲをパルス幅に比例変換して、チョッパ回
路２０の出力電圧ＶＭを設定する。この際、パルス幅変
調回路９０からチョッパ回路２０に与えられるチョッパ
信号Ｐｃのパルス幅は、電圧φ７と例えば２０ｋＨｚの
三角波信号との大小比較によって決定される。

以上に説明した従来の自動ドア用ブラシレスモータ回路
では、低速時のトルクアップをはかるためにブラシレス
モータ５０の速度帰還を実行してチョッパ回路２０の出
力電圧ＶＭを；Ｊ８ｆｆｉすることによって、速度指令
電圧ｖ８の大きさに応じた定速度制御を行なっていた。

この際、Ｆ／Ｖ変換回路７０において、微分回路７１が
速度パルスＰＲの各エッジを検出し、ワンショットマル
チバイブレータ７２が各エッジから始まる一定幅のパル
スを生成し、平滑回路７３がこのパルスを平滑して直流
電圧とする。ワンショットマルチバイブレータ７２の出
力パルス幅は、これに接続される時定数回路で設定され
る。

［発明が解決しようとする課ｉ１ 通常、自動ドアの開閉を駆動するブラシレスモータでは
、例えば２０００〜４　０　０　０　ｒｐｍの範囲の高
速モードと例えば２００〜５　０　０　ｒｐｍの範囲の
低速モードとの２モードが要求されるのみである。

ところが、前記従来の自動ドア用ブラシレスモータ回路
では、回転子位置検出回路６０から出力される速度パル
スＰＩ？の数がモータ１回転あたり１〜１２パルスと少
ないにもかかわらず、不要範囲を含む２００〜４　０　
０　０　ｒｐｍの速度範囲を１つの速度帰還制御でカバ
ーしようとしていたために、次の問題があった。

すなわち、速度パルスＰＲの周期が最も短くなるモータ
最高速度４　０　０　０　ｒｐｍにおいてワンショット
マルチバイブレータ７２の出力パルスとおしが互いにつ
ながってしまうことのないようにこのワンショットマル
チバイブレータ７２の出力パルス幅設定を小さくすると
、低速回転時に幅の狭いパルスが長い間隔をおいて平滑
回路７３に与えられることになる。したがって、低速回
転時に平滑回路７３の出力電圧すなわちＦ／Ｖ変換回路
７０の出力電圧ＶＲに含まれるリップルが非常に大きく
なる。この脈動が差動増幅器７５の出力電圧φＲにも現
れてパルス幅変調回路９０から出力されるチョッパ信号
ＰＣのパルス幅が不規則に変動し、チョッパ回路２０の
出力電圧ＶＭが変動する。したがって、従来はモータ速
度が約３　０　Ｏ　ｒｐｍを下同るとブラシレスモータ
５０がハンチングを生じやすくなるのが実情であって、
特に軽量ドアの場合に振動やトルクむらが生じる問題が
あった。

この低速時のハンチング問題を解決するために例えば１
回転あたり１００パルスを出力するロータリエンコーダ
をブラシレスモータ５０の回転軸に接続して回転子の位
置を検出することが考えられるが、ロークリエンコーダ
が高価であることが問題となる。

本発明は、高速及び低速の２段階モードのみが要求され
るという自動ドア用ブラシレスモータ回路の場合の特殊
事情に鑑みてなされたものであって、高速モードと低速
モードとでブラシレスモータの制御方式を切換えること
によって、モータ１回転あたりの速度パルス数が少ない
場合であっても両モードにおいてともに円滑な速度制御
を実現することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る自動ドア用ブラシレスモータ回路は、チョ
ッパ回路の出力をインバータ回路を介してブラシレスモ
ータの固定子巻線に供給するモータ回路であって、ブラ
シレスモータの回転子の位置を検出してインバータ回路
へのオン・オフ指令を発するとともにモータ速度に応じ
た繰返し周波数の速度パルスを出力する回転子位置検出
回路と、微分回路、ワンショットマルチバイプレーク及
び平滑回路の縦続接続で構成され、速度パルスの繰返し
周波数を直流電圧に比例変換してこれを出力するＦ／Ｖ
変換回路と、このＦ／Ｖ変換回路の出力電圧の速度指令
電圧に対する偏差を演算する第１の差動増幅器と、チョ
ッパ回路の出力電圧の速度指令電圧に対する偏差を演算
する第２の差動増幅器と、低速回転をすべき指令を受け
たときに第１の差動増幅器の出力電圧を、高速回転をす
べき指令を受けたときに第２の差動増幅器の出力電圧を
それぞれ切換え出力する切換回路と、この切換回路の切
換出力電圧をパルス幅に比例変換してチョッパ回路の出
力電圧を設定するパルス幅変調回路とを有することを特
徴とする。

［作　用コ 高速回転をすべき指令が切換回路に与えられると、チョ
ッパ回路の出力電圧の速度指令電圧に対する偏差である
第２の差動増幅器の出力電圧かパルス幅変調回路に与え
られて、チョッパ回路の出力電圧が調整される。すなわ
ち、インバータ回路の入力電圧の帰還が実行される。し
たがって、ブラシレスモータは、速度指令電圧の大きさ
に応じた定電圧制御がなされる。この際、モータ速度の
帰還は実行されない。

一方、低速回転をすべき指令が切換回路に与えられると
、第１の差動増幅器の出力電圧がパルス幅変調回路に与
えられて、チョツパ回路の出力電圧が調整される。第１
の差動増幅器の出力電圧は、回転子位置検出回路から出
力される速度パルスの繰返し周波数を比例変換して得ら
れるＦ／Ｖ変換回路の直流出力電圧の速度指令電圧に対
する一差である。すなわち、モータ速度の帰還が実行さ
れる。したがって、ブラシレスモータは、速度指令電圧
の大きさに応じた定速度制御がなされ、低速時のトルク
アップがはかれる。しかも、速度帰還のためのＦ／Ｖ変
換回路中のワンショットマルチバイブレー夕の出力パル
ス幅を例えば２００〜５　０　０　ｒｐｍの範囲の低速
モードだけで設定することができるから、低速モードの
全範囲においてこの出力パルス幅設定を大きくすること
ができる。したがって、回転子位置検出回路から出力さ
れる速度パルスの数がモータ１回転あたり１〜１２パル
スと少ない場合であっても、このワンショットマルチバ
イブレー夕に接続される平滑回路の出力リップルが小さ
くなる。

［実施例］ 第１図は、本発明の実施例に係る自動ドア用ブラシレス
モータ回路の回路図である。

例えばＩＯＯＶＡＣの交流電源２が整流・平滑回路１０
に接続される。この整流・平滑回路１０は、交流入力を
直流化して、直流高電圧をチョッパ回路２０に与える。

このチョッパ回路２０において、整流・平滑回路１０の
出力電圧は、パルストランス２１の１次巻線と主スイッ
チング素子であるＮＰＮトランジスタ２２との直列回路
に印加される。この主トランジスタ２２のベース回路は
、他のパルストランス２３て絶縁された他のＮＰＮトラ
ンジスタ２４（副トランジスタ）のコレクタ回路に接続
される。主トランジスタ２２が１次巻線に接続されるパ
ルストランス２ｌの２次側は、ダイオード、コイル及び
出力コンデンサで構或される平滑回路２５を介してイン
バータ回路４０に接続される。なお、整流・平滑回路１
０とチョッパ回路２０とは、スイッチングレギュレータ
２８を構成する。

チョッパ回路２０の出力コンデンサの両端電圧は、イン
バータ回路４０ばかりでなく、２本の抵抗器３１．３２
を直列接続してなる分圧回路にも与えられる。両抵抗器
３１．３２の接続点電圧ｖＭは、チョッパ回路２０の出
力電圧を監視するために利用される。すなわち、この電
圧ＶＭが差動増幅器３３に反転入力として与えられ、こ
こに電圧帰還回路３０が形成される。

チョッパ回路２０の出力電圧は、インバータ回路４０を
介してブランレスモーク５０の固定子巻線に与えられて
回転磁界をつくる。三川ブラシレスモータを使用する場
合、インバータ回路４ｏは、３つのＰＮＰ　｝ランジス
タ（上アーム）と３つのＮＰＮトランジスタ（下アーム
）とて構成される。各トランジスタにはフライホイール
・ダイオードが接続されている。

ブラシレスモータ５０は、例えば２極の永久磁石からな
る回転子を有し、この周囲に三相固定子巻線が１２０度
等配されている。更に、ホール素子からなる３つの位置
検出器６ｌが回転子近傍に１２０度等配され、これらの
検出器がブラシレスモータ５０の回転子位置に対応する
速度信号Ａ，Ｂ，Ｃをそれぞれ出力する。これらの速度
信号Ａ，Ｂ，Ｃは、駆動論理回路６２に人力されて、イ
ンバータ回路４０の上アームのためのオン・オフ指令Ｕ
，Ｖ，Ｗと、下アームのためのオン・オフ指令ｘ，ｙ，
ｚとに変換される。また、駆動論理回路Ｂ２は、速度信
号Ａ，Ｂ，Ｃをもとにして速度パルスＰＲを生戒する。

この速度パルスＰＲのレートは、ブラシレスモータ５ｏ
の１回転あたり例えば１２パルスである。ただし、駆動
論理回路６２の回路構成は周知であるのて、その詳細な
説明は省略する。なお、位置検出器８１と駆動論理回路
６２とは、前記回転子位置検出回路６０を溝戊する。

速度パルスＰＲは、Ｆ／Ｖ変換回路７０に入力される。

Ｆ／Ｖ変換回路７０は、微分回路７ｌ、ワンショットマ
ルチバイブレータ７２及び平滑回路７３を順次縦続接続
したものであって、速度バルスＰＲの繰返し周波数をこ
れに比例した直流電圧ＶＲに変換する。このＦ／Ｖ変換
回路７０の出力電圧Ｖ９は、差動増幅器７５の反転入力
端子に人力される。この差動増幅器７５は、抵抗分圧回
路である直流電圧設定回路７８から速度指令電圧ｖ８が
非反転入力端子に人力されて、Ｆ／Ｖ変換回路７０の出
力電圧Ｖ　の速度指令電圧Ｖ８にＲ 対する偏差を演鼻する。なお、Ｆ／Ｖ変換回路７０と差
動増幅器７５とは、速度帰還回路７６を構成する。

二の速度指令電圧ｖ８は、前記電圧帰還回路３０の差動
増幅器３３にも非反転入力として与えられる。つまり、
差動増幅器３３は、チョッパ回路２０の出力電圧ＶＭの
速度指令電圧Ｖ８に対する偏差を廣算する。

電圧帰還回路３０を構或する差動増幅器３３の出力電圧
φＭは、アナログスイッチ８１及び抵抗器８４を順次介
してコンパレータ９ｌの非反転入力端子に人力される。

一方、速度帰還回路７６を横或する差動増幅器７５の出
力電圧φ９は、アナログスイッチ８２及び抵抗器８５を
順次介して同様にコンパレータ９ｌの非反転入力端子に
入力される。

一方のアナログスイッチ８Ｉには、速度切換信号Ｓｖが
ＮＯＴ回路８３を介して与えられ、他方のアナログスイ
ッチ８２には、速度切換信号Ｓｖが直接与えられる。切
換回路８０は、両アナログスイッチ８１．８２とＮＯＴ
回路８３とで構威される。

つまり、Ｈレベルの速度切換信号Ｓｖすなわち低速指令
が切換回路８０に与えられると、アナログスイッチ８２
かオンして、差動増幅器７５の出力電圧φＲがコンバレ
ータ９ｌに与えられる。一方、Ｌレベルの速度切換信号
Ｓｗすなわち高速指令が切換回路８０に与えられると、
アナログスイッチ８１がオンして、差動地幅器３３の出
力電圧φＭか同コンバレータ９ｌに与えられる。

切換回路８０の出力電圧φ、すなわちφ７又はφＭは、
パルス幅変調回路９０において、コンパレータ９ｌで三
角波允振回路９２の出力信号Ｔと大小比較されてチョッ
パ信号Ｐｃとなる。このチョッパ信号ＰＣは、前記チョ
ッパ回路２０の副トランジスタ２４のベースに印加され
、パルストランス２３を介して主トランジスタ２２をオ
ン・オフさせる。つまり、バルス咄変調回路９０は、切
換凹路８０の出力電圧φをパルス幅に比例変換して、チ
ョッパ向路２０の出力電圧ＶＭを設定する。なお、三角
波信号Ｔの周波数は、例えば２０ｋＨｚである。

整流・平滑回路ｌＯは、交流電源２から供給される例え
ばＩＯＯＶＡＣの交流入力を直流化して、直流高電圧を
チョッパ回路２０に与える。チョッパ回路２０は、この
直流高電圧人力を直流低電圧に交換して、これをインバ
ータ回路４０に与える。

一方、位置検出回路６０において、位置検出器６ｌは、
ブラシレスモータ５０の回転子位置変化に応じた速度信
号Ａ，Ｂ，Ｃをそれぞれ出力する。

これらの速度信号Ａ，Ｂ，Ｃは、駆動論理回路６２によ
ってインバータ回路４０に対するオン・オフ指令Ｕ，Ｖ
，Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚｌ：変換される。

この際、インバータ回路４０の上アームトランジスタと
下アームトランジスタとがそれぞれ１つ選択され、ブラ
シレスモータ５０の回転子位置に応した規定の固定子巻
線に電流が流れて回転磁弄が生成し、回転子が回転する
。

さて、Ｌレベルの速度切換信号Ｓｖすなわち高速指令が
切換回路８０に与えられると、電圧帰還回路３０の出力
電圧φＨがパルス幅変調回路９０に与えられる。したが
って、インバータ回路４０の人力電圧すなわちモータ電
圧の帰還が丈行される。したがって、ブラシレスモータ
５ｏは、速度指令電圧Ｖ８の大きさに応じた定電圧制御
がなされる。たたし、速度切換信号Ｓ．ｄがＬレベルて
ある間は、速度帰還回路７０によるモータ速度の帰還は
天行されない。

一方、Ｈレベルの速度切換信号Ｓｖすなわち低速指令が
切換回路８０に与えられると、速度帰還回路７０の出力
電圧φＲがパルス幅変調回路９０に与えられる。したが
って、第２図において説明した従来の場合と同様にブラ
シレスモータ５０の速度帰還によってチョッパ回路２０
の出力電圧■　が調整され、速度指令電圧Ｖ８の大きさ
にＨ 応じた定速度制御が実行される。ただし、Ｆ／■変換回
路７０において、ワンショットマルチバイブレータ７２
の出力パルス幅を、高速モードにかかわりなく例えば２
００〜５　０　０　ｒｐＩ１の範囲の低速モードだけで
設定することができるから、この出力パルス幅設定を大
きくすることができる。したがって、速度パルスＰＲの
数が少なくとも、ワンショットマルチバイプレーク７２
に接続される平滑回路７３の出力リップルが小さくなる
。

以上のことから、本発明の実施例に係る自動ドア用ブラ
シレスモータ回路では、例えば２０００〜４　０　０　
Ｏ　ｒｐｍの範囲の高速モード時にＬレベルの速度切換
信号Ｓｗを切換回路８０に与えて電圧帰還方式に切換え
る一方、例えば２００〜５　０　０　ｒｐＩＩ１の範囲
の低速モード時にＨレベルの速度切換信号Ｓ１を切換回
路８０に与えて速度帰還方式に切換えることによって、
モータ１回転あたりの速度パルス数が少ない場合であっ
ても両モードにおいてともに円滑な速度制御が実現でき
る。

［発明の効果コ 以上に説明したように、本発明に係る自動ドア用ブラシ
レスモータ回路は、高速モードではインバータ回路の人
力電圧を帰還する一方、低速モードではブラシレスモー
タの速度帰還を実行するようにモータ制御方式を切換え
るから、本発明によれば、モータ１回転あたりの速度パ
ルス数が少ない場合であっても、両モードにおいてとも
に円滑な速度制御を実現することができる。つまり、高
速回転時に滑かに速度制御を実行できることはもちろん
、従来とは違って低速域でのハンチングを防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例に係る自動ドア用ブラシレス
モータ回路の回路図、 第２図は、従来の自動ドア用ブラシレスモータ回路のブ
ロック図である。 符号の説明 １０・・・整流・平滑回路、２０・・・チョッパ回路、
３０・・・電圧帰還回路、３３・・・差動増幅器、４０
・・・インバータ回路、５０・・・ブラシレスモータ、
ＢＯ・・・回転子位置検出回路、６ｌ・・・位置検出器
、６２・・・駆動論理回路、７０・・・Ｆ／Ｖ変換回路
、７ｌ・・・微分回路、７２・・・ワンショットマルチ
バイブレー夕、７３・・・平滑回路、７５・・・差動増
幅器、７Ｂ・・・速度，帰還回路、７８・・直流電圧設
定回路、８０・・・切換回路、９０・・・パルス幅変調
回路、Ｐ　・・・チョッパ信号、ＰＲ・・・速Ｃ 度パルス、Ｓ　・・・速度切換信号、Ｖ８・・・速度指
ν 令電圧。 特 許 出 願 人 株式会社芝浦製作所

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、チョッパ回路の出力をインバータ回路を介してブラ
   シレスモータの固定子巻線に供給するモータ回路であっ
   て、ブラシレスモータの回転子の位置を検出してインバ
   ータ回路へのオン・オフ指令を発するとともにモータ速
   度に応じた繰返し周波数の速度パルスを出力する回転子
   位置検出回路と、微分回路、ワンショットマルチバイブ
   レータ及び平滑回路の縦続接続で構成され、速度パルス
   の繰返し周波数を直流電圧に比例変換してこれを出力す
   るＦ／Ｖ変換回路と、このＦ／Ｖ変換回路の出力電圧の
   速度指令電圧に対する偏差を演算する第１の差動増幅器
   と、チョッパ回路の出力電圧の速度指令電圧に対する偏
   差を演算する第２の差動増幅器と、低速回転をすべき指
   令を受けたときに第１の差動増幅器の出力電圧を、高速
   回転をすべき指令を受けたときに第２の差動増幅器の出
   力電圧をそれぞれ切換え出力する切換回路と、この切換
   回路の切換出力電圧をパルス幅に比例変換してチョッパ
   回路の出力電圧を設定するパルス幅変調回路とを有する
   ことを特徴とする自動ドア用ブラシレスモータ回路。