JPH04150793A - Ｄｃブラシレスモータの電流制限回路 - 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、ＤＣブラシレスモータの電流制限回路に関す
るものである。

［従来の技術］ 従来のＤＣブラシレスモータの駆動回路としては、第４
図に示すようなものがある。

符号１１４は、３層のＤＣブラシレスモータ１１２の固
定巻線である。

符号１１６は、固定子巻線１１４に駆動電流を供給する
インバータ回路である。

符号１１８は、交流電源である。

符号１２０は、交流電源１１ｇからの交流電圧を直流に
変換する整流平滑回路である。

符号１２２は、整流平滑回路１２０とインバータ回路１
１Ｂとの間に設けられたフォワード方式コンバータ回路
である。このコンバータ回路１２２はトランジスタ１２
４の０Ｎ１０ＦＦにより、整流平滑回路１２０から供給
された直流電圧を、任意の直流電圧に変圧してインバー
タ回路１１Ｇに供給するものである。

符号１２８は、インバータ回路１１６のドライバ回路で
ある。

符号１２８は、ＤＣブラシレスモータ１１２の内部に設
けられたホール素子であって、回転子の位置を検出して
、ドライバ回路１２６に信号を出力する。

符号１３０は、ドライバ回路１２６の出力信号と速度指
令信号を増幅するための速度アンプである。

符号１３２は、パルス幅変調回路（以下ＰＷＭという）
であり、速度アンプ１３０からの出力信号と、コンバー
タ回路１２２からインバータ回路１１６１こ入力される
モータ電流が入力される。なお、モータ電流は、抵抗１
３４を経て、電圧としてＰ　Ｗ　Ｍ　１３２に入力され
る。このＰ　Ｗ　Ｍ　１３２は速度指令信号及びモータ
電流の値によって、そのパルス幅を変調させ、トランジ
スタ１２４を０Ｎ１０　Ｆ　Ｆ　Ｌ、コンバータ回路１
２２の出力電圧を調整している。

上記構成のＤＣブラシレスモータ１１２の駆動回路１１
０であると、コンバータ回路１２２の２次側にある抵抗
１３４に流れるモータ電流を検出する。これにより、過
負荷及び起動時の過電流を検出してコンバータ回路１２
２の一次側のトランジスタ１２４をＰ　Ｗ　Ｍ　１３２
によって制御し、電流制限をかけている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記構成の駆動回路１１０であると、構造は簡単である
が、コンバータ回路１２２の一次側すなわちスイッチン
グレギュレータ自身に流れる入力電流を検出していない
ため、トランジスタ１２番に過電流が流れた時にその保
護ができないという問題があった。

［発明の目的］ そこで、本発明は、スイッチングレギュレータに流れる
入力電流を検出して過電流が流れた際にその保護ができ
るようなりＣブラシレスモータの電流制限回路を提供す
るものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明のＤＣブラシレスモータの電流制限回路は、第１
図のブロック図に示すように、ＤＣブラシレスモータ（
１）と、ＤＣブラシレスモータ（１）へ駆動電流を供給
するインバータ回路（２）と、インバータ回路（２）へ
直流のモータ電流を供給するスイッチングレギュレータ
（３）と、スイッチングレギュレータ（３）の入力側の
入力端子を検出する電流検出回路（４）と、電流検出回
路（４）が検出した入力電流を積分定数τ１で積分して
第１検出信号を出力する第１積分回路（５）と、スイッ
チングレギュレータ（３）からインバータ回路（２）へ
流れるモータ電流を積分定数τ２で積分して第２検出信
号を出力する第２積分回路（６）と、第１検出信号と第
２検出信号とよりスイッチングレギュレータ（３）へ出
力する制御パルスのパルス幅を変化させてスイッチング
レギュレータ（３）から出力するモータ電流を制御する
パルス幅変調回路（７）とよりなるものである。

請求項２のＤＣブラシレスモータの電流制限回路は、第
１積分回路（５）の積分定数τｌと第２積分回路（６）
の積分定数で２との比率を１：１００以上にしたもので
ある。

［作　用］ 請求項１のＤＣブラシレスモータの電流制限回路である
と、スイッチングレギュレータ３から直流のモータ電流
がインバータ回路２に供給され、このモータ電流によっ
てインバータ回路２が駆動し、駆動電流をＤＣブラシレ
スモータｌに供給して、ＤＣブラシレスモータ１が駆動
する。

この場合にスイッチングレギュレータ３の入力電流を電
流検出回路４が検出し、この入力電流を第１積分回路５
が積分定数τ１で積分して、第１検出信号をパルス幅変
調回路７に出力している。また、モータ電流を第２積分
回路６が積分定数τ２で積分して第２検出信号をパルス
幅変調回路７に出力している。

そして、入力電流またはモータ電流が過電流になった場
合には、それに伴なって第１検出信号または第２検出信
号が変化して、パルス幅変調回路７に入力する。このパ
ルス幅変調回路７は第１検出信号または第２検出信号に
応じて、スイッチングレギュレータ３に出力する制御パ
ルスのパルス幅を変化させ、モータ電流を小さく制御す
る。

これにより、スイッチングレギュレータ３及びインバー
タ回路２に過電流が流れない。特にスイッチングレギュ
レータ３の入力側の入力電流を検出しているため、スイ
ッチングレギュレータ３にも過電流が流れない。

請求項２のＤＣブラシレスモータの電流制限回路である
と、第１積分回路５の積分定数τｌと第２積分回路６の
積分定数τ２との比率を１対１００以上にしているため
、モータ電流が過電流になった場合に、パルス幅変調回
路７が制御パルスを出力するタイミングが、スイッチン
グレギュレータ３の入力電流が過電流になった場合より
も遅くなる。そのため、起動時等のようにモータ電流が
大きくなる際に誤って電流制限回路が働いたりすること
がない。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、３層のＤＣブラシレスモータ１２の駆動回路
１０である。

符号１６は、モータ１２の固定子巻線１４に駆動電流を
供給するインバータ回路である。このインバータ回路１
６は６つのＮＰＮ型トランジスタ１８より構成され、直
列に接続された２つのトランジスタ１８が３組並列に接
続されている。

符号２０は交流電源である。

符号２２は交流電源２０からの交流電圧を直流電圧に変
換するための整流平滑回路であって、整流ダイオードＤ
ｉからＤ４と平滑コンデンサＣＯとからなる。

符号２４はスイッチングレギュレータの１つであるフォ
ワード方式コンバータ回路である。このコンバータ回路
２４は整流平滑回路２２とインバータ回路１６との間に
直列に接続されている。このコンバータ回路２４におい
て第１変成器２Ｂの１次側及び第２次変成器の１次側及
びトランジスタ３０のコレクタとエミッタが整流平滑回
路２２と直列に接続されている。更に第１変成器２Ｂの
２次側にはダイオード３２、コイル３４及びコンデンサ
３Ｂよりなるフィルター回路が接続されている。

そして、このフィルター回路にインバータ回路１Ｂが直
列に接続されている。

符号３８は、モータ１２の回転子の位置を検出するホー
ル素子である。このホール素子よりホール素子信号が出
力される。

符号４０は、インバータ回路ｌＢのドライバー回路であ
って、制御信号がインバータ回路１Ｂのトランジスタ１
８のベース側に入力される。更にこのドライバー回路４
０にはホール素子３８からホール素子信号が入力される
。

符号４２は速度アンプであって、ドライバー回路４０か
らの出力信号と速度指令信号を増幅するためのものであ
る。

符号４４は、ＰＷＭであって、ＰＷＭ４４から出力され
る制御パルスのパルス幅によってコンバータ回路２４の
１次側にあるトランジスタ３０の０Ｎ１０　Ｆ　Ｆを制
御する。

符号４Ｂは第１積分回路であって、コンバータ回路２４
にある第２変成器２８の２次側に接続されている。この
第１積分回路４Ｂはダイオード４８と抵抗値Ｒ１の抵抗
５０、抵抗値ＲＯの抵抗５２及び容量Ｃ１のコンデンサ
５４とより形成され、その時定数τ１はｃｔ　ＸＲＩと
なっている。なお、第２変成器２、特許請求の範囲でい
う電流検出回路に当る。

符号５Ｂはインバータ回路１Ｂとコンバータ回路２４と
の間に直列に設けられた抵抗である。

符号５Ｂは第２積分回路であって、抵抗５Ｂとインバー
タ回路１６との間に接続されている。この第２積分回路
は、抵抗値Ｒ２の抵抗ＢＯと容量Ｃ２のコンデンサ６２
とより形成される。したがって、この第２積分回路５Ｂ
の時定数τ２はＣ２ＸＲ２となる。そして、時定数τ１
と時定数τ２との比率が、１　：　５０００になるよう
にＣＩ　、Ｒ１及びＣ２、Ｒ２の値を設定する。

符号６４は電流アンプであって、第１積分回路４Ｂ、及
びｍ２積分回路５８から入力した電流を増幅するための
ものである。そして、この増幅された電流はＰＷＭ４４
に入力される。

次に上記構成の駆動回路１Ｇの動作状態について説明す
る。

交流電源２０から゛供給された交流電圧は、整流平滑回
路２２によって直流に変換される。ＰＷＭ４４によって
制御されたコンバータ回路２４によって適当な値のモー
タ電流１６に変換され、インバータ回路１Ｂに入力され
る。インバータ回路１Ｂにモータ電流が入力すると共に
、ドライバー回路４０からの制御パルスによって固定子
巻線１４に駆動電流が流れ、モータ１２は回転する。そ
して、その回転子の位置は、ホール素子３８によって検
出され、ホール素子信号はドライバ回路４２に出力され
る。モータ１２の回転速度を変化させる場合には、外部
から速度指令信号を速度アンプ４２に入力させ、速度ア
ンプからＰＷＭ４４にその増幅された速度指令信号が入
力される。ＰＷＭ４４では、その速度指令信号に応じて
トランジスタ３０に出力する制御パルスのパルス幅を変
化させる。これにより、トランジスタ３０の０Ｎ１０Ｆ
Ｆのタイミングが変化し、コンバータ回路２４から出力
されるモータ電流の値が変化してモータ１２の回転速度
が変化する。

モータ電流が過電流になった場合を次に説明する。

モータ電流は抵抗５６に流れているため、第２積分回路
５８が抵抗５Ｂとインバータ回路１Ｂとの間の電圧値を
検出して、その検出したモータ電流を時定数τ２で積分
して電流アンプ８４に出力する。電流アンプ６４では、
積分したモータ電流値を増幅してＰＷＭ４４に出力する
。ＰＷＭ４４では積分したモータ電流値に応じてトラン
ジスタ３０に出力する制御パルスのパルス幅を変化させ
る。

更に、コンバータ回路２４の１次側の入力電流が過電流
になった場合を説明する。

入力電流が過電流になった場合は、′１ａ２変成器２８
を経て、第１積分回路４Ｂに入力される。そして、第１
積分回路４Ｂではこの入力電流を時定数τ１で積分して
、電流アンプＢ４に出力する。

電流アンプ６４はこの積分した入力電流値を増幅して、
ＰＷＭ４４に送る。ＰＷＭ４４ではこの入力電流値に応
じてトランジスタ３０に出力する制御パルスのパルス幅
を変化させる。そして、入力電流の値を過電流から通常
の電流の値に戻す。

この場合において、時定数τ１と７２の比率が１　：　
５０００になっているため、入力電流が過電流になった
場合には応答速度が早く、すぐに入力電流の値が通常の
電流値に戻って各素子が保護される。時定数τ２はその
値が大きく応答速度かにふくなっているため、起動する
ためにピーク電流が流れても、誤ってモータ電流を小さ
くしたりすることがない。

なお、時定数τ１とて２の比率の設定に関して、τ１は
入力電流が過電流になった場合にすぐに応答して素子を
保護する必要があるため、第１積分回路がフィルター回
路として動作するよう程度に小さく設定する。また、τ
２はピーク電流ヲ無視する程度に設定する。そのため、
この比率は、１：１００〜１　：　１００００程度が好
適である。

ところでＤＣブラシレスモータの回転数Ｎと回転トルク
Ｔの関係、すなわち、Ｎ−Ｔ特性は第３図に示すように
なっている。このＮ−Ｔ特性とモータ電流及び入力電流
との関係を示すと、第４図のグラフのようになる。すな
わち、回転トルクＴが０からＴ１までの水平な部分（第
４図に示すグラフにおいてＡの部分）での特性は、一定
速度制御部分であり、また、ＴＩから起動トルクＴＯま
での下方に傾斜する特性の部分（同じくＢの部分）は、
コンバータ回路２４に流れる入力電流で制御される部分
であり、更に起動トルクＴＯにおける縦方向の特性（同
じく、Ｃの部分）は、モータ電流で制御される部分とな
っている。

これにより、自動ドア等に使用されるモータにおいては
、高回転部分の回転トルクが立ち上がり特性に影響する
ため、上記入力電流で制御される部分（Ｂの部分）を大
きくしたり小さくしたりすることにより高回転部分の回
転トルクを変化させることができ、自動ドア等のモータ
に好適である。

上記構成の駆動回路において、スイッチングレギュレー
タとしてフォワード方式コンバータ回路２４を使用した
が、これに代えて、降圧型チョッパー回路を用いてもよ
い。この場合に入力電流の電流検出回路の接続方法とし
ては、このチョッパー回路の入力側にパルストランスを
入れて入力電流を検出すればよい。

［発明の効果］ 請求項１のＤＣブラシレスモータの電流制限回路である
と、スイッチングレギュレータの入力側に流れる入力電
流の値を電流検出回路及び第１積分回路で検出してパル
ス幅変調回路に入力させているため、もし、入力電流が
過電流になった場合には、ＰＷＭにより入力電流の値を
過電流から通常電流の値に復帰させることができる。

請求項２の電流制限回路であると、ｊｌｌ成分回路の時
定数τ１と第２積分回路の時定数τ２との比率を１　：
　１００以上にとっているため、入力電流が過電流にな
った場合にはすぐにパルス幅変調回路が動作して、スイ
ッチングレギュレータ等の素子が保護され、また、第２
積分回路の時定数τ２が大きくとっているため、モータ
電流等にピーク電流等の過電流が流れても無視されモー
タの出力を押えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の電流制限回路のブロック図であり、 １１３２図は、本発明の一実施例を示す駆動回路であり
、 ｊ＠３図は、縦軸をモータの回転数、横軸を回転トルク
にとったＮ−Ｔ特性のグラフであり、第４図は、第３図
のＮ−Ｔ特性を図式化したグラフであり、 第５図は、従来のＤＣブラシレスモータの駆動回路であ
る。 ［符号の説明］ １・・・・・・ＤＣブラシレスモータ ２・・・・・・インバータ回路 ３・・・・・・スイッチングレギュレータ４・・・・・
・電流検出回路 ５・・・・・・第１積分回路 ６・・・・・・第２積分回路 ７・・・・・・パルス幅変調回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．ＤＣブラシレスモータ（１）と、 ＤＣブラシレスモータ（１）へ駆動電流を供給するイン
   バータ回路（２）と、 インバータ回路（２）へ直流のモータ電流を供給するス
   イッチングレギュレータ（３）と、スイッチングレギュ
   レータ（３）の入力側の入力電流を検出する電流検出回
   路（４）と、 電流検出回路（４）が検出した入力電流を積分定数τ１
   で積分して第１検出信号を出力する第１積分回路（５）
   と、 スイッチングレギュレータ（３）からインバータ回路（
   ２）へ流れるモータ電流を積分定数τ２で積分して第２
   検出信号を出力する第２積分回路（６）と、 第１検出信号と第２検出信号とよりスイッチングレギュ
   レータ（３）へ出力する制御パルスのパルス幅を変化さ
   せてスイッチングレギュレータ（３）から出力するモー
   タ電流を制御するパルス幅変調回路（７）と よりなることを特徴とするＤＣブラシレスモータの電流
   制限回路。
2. ２．第１積分回路（５）の積分定数τ１と第２積分回路
   （６）の積分定数τ２との比率を１：１００以上にした ことを特徴とする請求項１記載のＤＣブラシレスモータ
   の電流制限回路。