JPH04210797A - ブラシレスモ−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】

［０００１１

【産業上の利用分野］本発明はブラシレスモータの駆動
装置に係り、特に通電相の切り換え信号を非通電相に生
じる誘起電圧により生成するものに関する。 ［０００２］ 【従来の技術】従来、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御方式
のインバータ回路によるブラシレスモータの駆動装置（
例えば特開平１−１９４８８６号公報）では、非通電相
に生じる誘起電圧により通電相の切り換え信号を生成す
る場合に、ＰＷＭスイッチングのキャリア周波数は一定
で、ＰＷＭスイッチングによる通電相の誘起電圧波形の
乱れを取り除くためにアナログＲＣフィルタを用いるも
のや、デジタル回路によるＰＷＭスイッチングによる通
電相の導通オフ時には通電相の切り換え信号を発生させ
なくするもの等が一般的であった。 ［０００３］このようなブラシレスモータの駆動装置に
おいて、該モータの回転速度の可変範囲を拡大しようと
した場合、まず前記アナログＲＣフィルタを用いるもの
では広い周波数範囲に亘って均一な位相特性を持たせる
ことが困難であり、また、このフィルタは一２０ｄＢ１
０ｃ　ｔのゲイン特性を持っているために高速運転用に
ゲインを設定すると低速回転側でフィルタ出力が飽和し
、逆に低速回転用にゲインを設定すると高速回転側でフ
ィルタ出力がノイズに埋まってしまう等の問題があり、
も−夕の可変速範囲が限られてしまうという問題があっ
た。 ［０００４］一方、ディジタル回路を用いてＰＷＭスイ
ッチングによる通電相の導通オフ時に通電相の切り換え
信号を発生させなくするものでは、実際にはスイッチン
グ素子のオン時間に相当する期間についても正しい誘起
電圧を検出できないために、通電相の導通オフ期間とス
イッチング素子のオン時間に相当する期間だけ通電相の
切り換え信号を発生させなくする必要があり、オンデユ
ティが極めて小さくなるため低速回転時に通電相の切り
換え信号を発生できなるという問題点があった。 ［０００５］

【発明が解決しようとする課題】上記の如〈従来のブラ
シレスモータの駆動装置では回転速度の可変範囲を拡大
することが困難であった。 ［０００６］従って、本発明が解決しようとする課題は
斯かる従来技術の問題点に鑑み、キャリア周波数の調整
によってモータの回転速度の可変範囲を拡大することで
ある。 ［０００７］

【課題を解決するための手段】本発明は、複数個のロー
タマグネットを有する回転子及び複数個のコイルを有す
る固定子とからなるモータと、該モータに供給する電流
をパルス幅変調信号により制御するインバータ回路とよ
りなり、該インバータ回路は前記モータの回転速度に応
じて前記パルス幅変調信号のキャリア周波数を可変にし
たものである。 ［０００８］

【作用】上記の構成によってモータの高速回転時にはＰ
ＷＭスイッチング周波数を高くしてロータの位置検出精
度を高めるとともに、低速回転時にはＰＷＭスイッチン
グ周波数を低くしてモータが通電されている時間の割合
としてのオンデユーテイが小さくなっても位置検出可能
な区間を確保する。 ［０００９］

【実施例】以下本発明のブラシレスモータの駆動装置の
一実施例を図面に沿って詳細に説明する。 ［００１０１第１図は上記駆動装置を示すブロック回路
図であり、同図において１は商用交流を平滑整流して得
られた直流電源（＠圧Ｖｃｃ）　、２はトランジスタあ
るいはサイリスタ等によって構成され前記直流電源１を
ＰＷＭ制御された三相交流出力に変換する半導体スイッ
チング素子群、３は該素子群２の出力により駆動される
三相交流のブラシレスモータであり、図示はしないが固
定子、固定子巻線、及び回転子を具備したものである。 ４は前記回転子の位置を検出する位置検出部、５は該回
転子の回転速度を検出する速度検出部、６はキャリア信
号を発生するキャリア発生部、７は該発生部６のキャリ
ア信号と後述するエラー信号とを比較する比較器（図示
せず）を有しこの比較器の出力によりＰＷＭ信号を作る
ＰＷＭパターン発生部、８は前記ＰＷＭパターン発生部
７の比較器に入力され前記速度検出部５の出力との相関
によって前記エラー信号を得るための回転子の速度指令
信号を作る速度指令部、９は前記素子群２の各素子のベ
ースあるいはゲートに信号を与え該素子群２をスイッチ
ング制御するドライバ部である。そして前記素子群２、
ドライブ部９、ＰＷＭパターン発生部７、キャリア発生
部６によってインバータ回路が構成されるものである。 ［００１１１前記ＰＷＭ信号とキャリア信号との関係を
説明すると、図２の（ａ）に示すようなキャリア信号が
発生されたとき、このキャリア信号はエラー信号と比較
されて（ｂ）のようなＰＷＭパターンが得られるように
なっている。そして前記エラー信号は前記速度検出部５
の検出信号と前記速度指令部８の信号とをエラーアンプ
（図示せず）によって比較しその出力によって作られる
ものである。 ［００１２］ところで、前記ブラシレスモータ３を駆動
する場合、通電相の導通オフ時には通電相の切り換えが
全く行われなくなることから、該モータ３の高速回転時
の切り換え位相の誤差を少しでも小さくするために、連
続した導通がオフとなる時間が短くなるようにＰＷＭ信
号のキャリア周波数は高く設定される。即ちキャリア信
号の周期をＴ、導通オン期間をＴＯＮ、導通オフ期間を
ＴＯＦＦとしたとき、オンデユーテイＤは［００１３］

【数１】 ＊［００１４］で表され、このＤをほぼ一定にしたまま
ＴＯＦＦを小さくするために、Ｔ（周波数）を高くする
ものである。 ［００１５］一般に、モータ３の高速回転時にはＴに対
するＴＯＦＦの割合は小さくなり、逆に低速回転時には
Ｔに対するＴｏＦＦの割合は大きくなる。例えばオンデ
ユーテイ　Ｄが極めて小さくなり、 ［００１６］

【数２】 ［００１７］ となった場合、即ち ［００１８］

【数３】 ＴＳＴｏＦＦ＋ＴＴＬＲＰＯＪ ［００１９］となった場合には、通電相の切り換え信号
は全く発生しなくなり、前記モータ３は停止する。 ［００２０］具体的にはキャリア周波数を５ＫＨｚとす
ると［００２１］

【数４】 Ｔ＝２００ｇｓｅｃ ［００２２］となり、素子群２を構成する各素子のオン
タイムＴ　ｒ　１１　Ｒｓ　ＯＮが１０μｓｅｃである
ならばＤが５％以下となる低速回転は不可能となる。逆
にキャリア周波数を低くして低速回転を可能とすると高
速回転時に通電相の切り換え位相の誤差が大きくなって
安定な運転ができなくなる。 ［００２３］図３は前記図１の位置検出部４の細部を示
すブロック回路図であり、同図において１１〜１３は前
記素子群２のＵ相、■相、Ｗ相の端子電圧と直流電源１
の１／２Ｖｃｃとを比較する比較器Ａ−Ｃ１１４は該比
較器Ａ−Ｃの出力Ｃ１〜Ｃ３を入力としラッチ出力ａ−
Ｃを出力するラッチＡ、１５は該ラッチＡの出力ａ−Ｃ
を入力としラッチ出力５ｌ−３３を出力するラッチＢ、
１６は前記ラッチＡの出力ａ−Ｃ検出する状態変化検出
部、１７は該検出部１６の出力によってタイミング信号
を作るカウンタ部、１８は前記ＰＷＭパターン発生部７
からのＰＷＭ信号と前記タイミング信号によって前記ラ
ッチＡに制御信号を送るラッチ八制御部であり、該タイ
ミング信号はまた前記ラッチＢにも送られる。 ［００２４］図４は前記ラッチＡ制御部１８の細部を示
す回路図であり、同図において２１．２２．２３は夫々
ダイオド、抵抗及びコンデンサでありこれら各素子によ
って前記ＰＷＭ信号の立ち上がりを遅延させ、２４のシ
ュミット入力ゲートに入力し、該シュミット入力ゲート
２４ではこの入力としきい値と比較して出力ｍ１を得る
。２５は前記タイミング信号を入力して出力ｍ２を発生
するワンショット回路、２６は前記シュミット入力ゲー
ト２４の出力ｍ１及びワンショット回路１５の出力ｍ２
を入力とし制御信号Ｍを出力するゲート回路である。 ［００２５１図５は前記ラッチ八制御部１８の各部の電
圧波形を示すものであり、（ａ）はＰＷＭ信号、（ｂ）
はシュミット入力ゲート２４の入力、（Ｃ）はシュミッ
ト人カゲト２４の出力ｍ１、（ｄ）はタイミング信号、
（ｅ）はワンショット回路２５の出力２５、（ｆ）はゲ
ー　ト回路２６の出力ｍ２である。この例において前記
ダイオード２１、抵抗２２、コンデンサ２３によＰＷＭ
信号を遅延させた信号を得、シュミット入力ゲート２４
によって前記素子群２を構成する各スイッチング素子の
非導通期間とオン時間に相当する期間のマスクを行う。 この時遅延時間は前記抵抗２２とコンデンサ２３の時定
数で調整できる。また転流時のタイミング信号によりワ
ンショット回路２５が起動し、この出力ｍ２で転流スパ
イクの発生期間をマスクする。この時のワシショット幅
は前記モータ３が最高回転速度に達する電気角３０°よ
りも少しだけ短い時間に設定するのが望ましい。さらに
ゲート回路２６の出力がハイのときに前記ラッチＡはト
ランスバレントになり、ロウのときにラッチ動作をする
ため、前記比較器１１〜１３の出力のノイズ成分をマス
クできる。 ［００２６］図６はＰＷＭ制御を行わないときのデユテ
ィ１００％の前記位置検出部４の動作を説明するタイミ
ング図である。この状態は例えば速度指令に対してモー
タ３の回転が追いつかない時等に発生するものである。 同図において（ａ）　（ｂ）　（ｃ）は夫々前記素子群
２のＵ相、■相、Ｗ相の端子電圧波形を夫々示し、該波
形は直流電源１から分圧して得られる１／２Ｖｃｃと比
較されて、（ｄ）〜（ｆ）の矩形波形Ｃ１−Ｃ５の比較
出力となる。この矩形波形Ｃｌ−Ｃ５には転流時のスパ
イクによる影響が残るが、この影響は前記ラッチＡ１４
によって取り除かれて（ｇ）〜（ｉ）の出力波形ａ−ｃ
となる。 ［００２７］ところで前記出力波形ａ−Ｃは目的とする
（ｊ）〜（１）の位置信号３１〜Ｓ３に対して電気角で
３０’進み位相の信号となっており、また各出力波形ａ
−ｃは夫々電気角１８０°毎に状態が変化（ハイレベル
からロウレベルあるいはロウレベルからハイレベルへ）
し、また各ａ−Ｃのパターンは６０°毎に変化するもの
である。従って、この出力波形ａ−ｃの状態変化を検出
し、該状態変化の時間間隔を前記カウンタ部により計時
し、この計時終了と同時に該計時結果の１７２の時間を
計時することにより、前記出力波形ａ−ｃの状態変化か
ら電気角で３０°遅れのタイミング信号を取り出すこと
ができ、このタイミング信号によって前記ラッチＢを駆
動させることにより、出力波形３１〜Ｓ３の位置信号を
得ることができる。 ［００２８］次に図５はデユーティが１００％ではなく
ＰＷＭ制御が行われているときの前記位置検出部４の動
作を説明するタイミング図である。但し説明の簡便化の
ためにＵ相端子電圧についてのみ説明するが、■相、Ｗ
相についても全く同様に動作する。同図においても（ａ
）のＵ相端子電圧及び（ｂ）の比較器出力Ｃ１にはＰＷ
Ｍ制御を受けた素子群２のスイッチングによるパルス及
び転流時のスパイクによるパルスが現れているが、これ
は前記ラッチＡＩ４によって取り除かれる。即ち、前記
ラッチ八制御部１８において、ＰＷＭ制御信号の前記素
子群２を構成す＊＊る素子がオフとなる期間とオンとな
ってから一定の期間（前記素子のオンタイムに相当する
期間とＵ相端子電圧波形に振動がなくなるまでの期間と
の合計）をマスクする信号ｍ１と、転流のタイミング信
号によって起動されるワシショット回路２５のパルスｍ
２　（期間は前記モータ３の最高回転数における電気角
３０’弱に相当する期間）が作られ、これら出力ｍ１、
ｍ２を前記ゲート回路２６を介してマスク信号Ｍとして
ラッチＡに供給することで比較器出力Ｃ皇に含まれてい
た余分なパルスが取り除かれ、（Ｃ）のラッチＡ出力ａ
となりデユーティ１００％のときと同様に（ｄ）の位置
検出信号Ｓ１が得られる。 ［００２９］図６あるいは図７のように得られた位置検
出信号５ｌ−３３は前記速度検出部５においてパルス列
に変換されたのちにＦ／Ｖ（周波数／電圧）変換されて
速度信号となる。前記キャリア発生部６では斯かる速度
信号に基づき、 ［００３０１

【数５］ ［００３１］から算出される周波数を有するキャリア信
号を発生させる。数５で表される関数Ｆは連続関数でも
よいし、階段関数でもよいが、モータ３の低速回転時に
周波数が低く、高速回転時に周波数が高くなるように該
モータの特性や、素子群２を構成する各素子の特性を考
慮して決定する必要がある。 ［００３２］また、前記ＰＷＭパターン発生部７では前
記速度信号及び速度指令部８からの速度指令信号と前記
キャリア発生部６からのキャリア信号とによりＰＷＭ制
御信号を発生し、これを前記ドライブ部９に供給する。 そしてドライブ部９は前記ＰＷＭ信号と前記位置信号８
１〜Ｓ３とにより半導体スイッチング素子群２の所定の
素子を駆動する。 ［００３３］図８は前記位置信号８１〜Ｓ３と素子群２
の出力Ｕ相、■相、Ｗ相との関係を時系列的に表した図
であり、位置検出信号５ｌ−３３の立ち上がりあるいは
立ち下がりで各相に対応したスイッチング素子がオフに
なったりオンになったりして所望の周波数の三相交流が
得られる。尚、素子群２の各相は２個のスイッチング素
子のオンオフによって作られ、図８中上オン、下オンは
夫々の素子の導通を示し、オフはどちらも非導通の状態
を示している。 ［００３４］このようにして、前記素子群２のＰＷＭス
イッチング周波数が前記モータ３の回転速度に応じて変
化するために、該モータ３の高速回転時にも必要な精度
が得られ、低速回転時にも位置検出区間を確保すること
ができる。このことによりモータ３の可変速範囲を拡大
することができる。 ［００３５］尚、以上の実施例ではキャリア周波数を変
化させる信号を速度検出部５の速度信号としたが、速度
指令部８の速度指令信号としてもよい。さらに位置検出
部４、速度検出部５、キャリア発生部６、ＰＷＭパター
ン発生部７、速度指令部８、ドライブ部９をワシチップ
のマイクロコンピュータに取り込むことも可能である。 ［００３６］ 【発明の効果】本発明は以上の説明の如く、複数個のロ
ータマグネットを有する回転子及び複数個のコイルを有
する固定子とからなるモータと、該モータに供給する電
流をパルス幅変調信号により制御するインバータ回路と
よりなり、該インバータ回路は前記モータの回転速度に
応じて前記パルス幅変調信号のキャリア周波数を可変に
したものであるから、モータの回転速度の高速、低速に
かかわらず精度のよい回転子の位置検出が可能となり、
広い範囲でのモータ回転速度の変速制御を行うことが可
能となる効果が生まれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明ブラシレスモータの駆動装置を示すブロ
ック回路図である。

【図２】キャリアとＰＷＭパターンとの関係を示す図で
ある。

【図３】図１の位置検出部の詳細を示すブロック回路図
である。 ｔ

【図４】図３のラッチＡの詳細を示すブロック回路図で
ある。

【図５】図４の回路の各部の電圧を示す図であり、（ａ
）はＰｗＮｉ信号、（ｂ）はシュミット入力ゲートの入
力、（Ｃ）は同じく出力ｍ１、（ｄ）はタイミング信号
、（ｅ）はワンショット回路の出力、（ｆ）はゲート回
路の出力である。

【図６】デユーティ１００％のときの図１の各部の出力
を示す波形図であり、（ａ）はＵ相端子電圧、（ｂ）は
Ｖ相端子電圧、（Ｃ）はＷ相端子電圧、（ｄ）は比較器
Ａの出力、（ｅ）は比較器Ｂの出力、（ｆ）は比較器Ｃ
の出力、（ｇ）〜（ｉ）はラッチＡの出力、（ｊ）〜（
１）は位置検出信号を夫々示している。

【図７】デユーティ１００％未満のときの図２の各部の
出力を示す波形図であり、（ａ）はＵ相端子電圧、（ｂ
）は比較器Ａの出力、（ｃ）はラッチＡの出力、（ｄ）
は位置検出信号、（ｅ）はＰＷＭ信号、（ｆ）はラッチ
Ａ制御部内のＰＷＭ信号、（ｇ）はタイミング信号、（
ｈ）はワンショット回路の出力、（ｉ）はゲート回路の
出力を夫々示している。

【図８】位置検出信号と素子群の出力波形との関係を示
す図であり、（ａ）〜（Ｃ）は位置検出信号、（ｄ）〜
（ｆ）は素子群の出力を夫々示している。

【符号の説明】

１　　　　　　直流電源 ２　　　　　　半導体スイッチング素子群３　　　　　
　ブラシレスモータ ４　　　　　　位置検出部 ５　　　　　　速度検出部 ６　　　　　　キャリア発生部 ７　　　　　　　ＰＷＭパターン発生部８　　　　　　
速度指令部 ９　　　　　　　ドライブ部

【図５】 （Ｑ） （ｂ） （Ｃン （ｄ） （ｅ） （ｆ） ＰＷ噛　］几旦■」ＪＵ■劃 シ１１＆、し補−４ｆ０ｔ＝１１ト＝コ４ヒ＝：１ｔ＝
＝コ１：ｉ；ｆ１＝＝ｌニド＝］と＝トニ１糺ｍｌ　　
１Ｍ１ｌνじ皿ｔ、ａ４ 治″／４％印−」し→−−− 町　画−ｔ−８「− ・　田しし一−ゴロト

【図７】 ＣＱ） Ｕ二）干１１１＝ｒ１４」ミ　　　　　　　Ｖ２　Ｖｃ
ｃ＜ｂ）Ｃ，１Ｊ廿じ甘ｍ （ω　Ｑ　　　’ｉ−−− は）Ｓ、　　　＋、　Ｉｉ下−一 ；； （ξ）−（■ユ几ｍ■廿田 （ｆ）　　糖１　「Ｌ丁り丁Ｌ「Ｌ「ＬｆＬロー■二ロ
ー」ＬＬ土−一 （励°−２π］乍］］− （ｉ）Ｍ」ＵＬ且止」」 （Ｑ） 〈Ｑ （ｂン °（Ｃ）

【ｄＪ （ｅ） （ｆ） ■ 【図６】 Ｌ／　　　　　　　　　　−−％ム 鼻−−ｕ−くフ Ｖ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１
ｖ−Ｗ　　　　　　　　　　　−□　　　　　　　にｊ
ｅ０１”ｍｔ−一−■−一 Ｌ Ｊ α Ｓ。 Ｓ！

【図８】 パ−−下＝シーーー工 ａケー−−＋＋＋＋− °゛−−膳＝］壬− ｅ　　　、ｔ ′−し正二二Ｆ廿了− ロう よ□、　・　１１１１　・ 實フ丁−−−ｉ、］＝−一ト二二を二二二トー−［−一
−ｉｔン ヱゎ　゛　ｌ＋＋、１ オフ分工］斤辷 ＄朽　　、　　　１１　　　Ｉ ニオーＨニニニニニＦ＝＝１＝−丁１゜富フ １オγ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数個のロータマグネットを有する回転子
   及び複数個のコイルを有する固定子とからなるモータと
   、該モータに供給する電流をパルス幅変調信号により制
   御するインバータ回路とよりなり、該インバータ回路は
   前記モータの回転速度に応じて前記パルス幅変調信号の
   キャリア周波数を可変にしてなるブラシレスモータの駆
   動装置。