JPH04334994A - ブラシレスｄｃモータの駆動制御装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はブラシレスＤＣモータに
係り、特にターボ分子ポンプ等に使用され高速回転を行
うブラシレスＤＣモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】ブラシレスＤＣモータはブラシがないた
め、一般的に高寿命、高速回転可能であると共に、ロー
タとステータとの相対位置を検出するために磁極センサ
としてホールセンサを使用したり、あるいはロータに誘
起される逆起電圧を検出することを特徴としている。

【０００３】つまり、例えばホールセンサを用いたブラ
シレスＤＣモータでは、ステータ側にホールセンサが取
り付けられており、ホールセンサがロータの磁極を検出
してその磁極を示す磁極信号を出力し、モータドライブ
回路がこの磁極信号に同期して駆動電流を供給するよう
にしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
特徴を有するブラシレスＤＣモータがターボ分子ポンプ
のロータ駆動用モータに使用された場合に、回転数約２
〜９万ｒｐｍ　の高速で回転し、且つ十分なトルクを出
力するためには、駆動電流をロータの各磁極に合わせた
最適なタイミングでステータ側コイルに供給する必要が
ある。

【０００５】しかし、この駆動電流供給の制御を行う駆
動制御装置には、ホールセンサで検出された磁極信号か
らノイズを除去するために通常ローパスフィルタが設け
られており、このローパスフィルタを構成する抵抗やコ
ンデンサ等による時定数により、図５に示す如くフィル
タ通過後の磁極センサ信号にどうしても遅延時間τ１が
発生するという問題がある。

【０００６】また、このモータへの供給電流はＰＷＭ（
Ｐｕｌｓｅ　ｗｉｄｔｈ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式
等により制御されているが、この場合にも、制御応答性
を十分高くしないと図６に示すように電流供給指令に対
して供給電流がτ２　分だけ遅れてしまい、このブラシ
レスＤＣモータを高速回転させることができないという
問題がある。

【０００７】そこで、本発明は上記問題に鑑みなされた
もので、磁極センサから出力される磁極信号に遅延時間
が生じても、モータヘ電流供給を行うときにはその遅延
時間を補償し、モータを高速回転させることができると
共に、どの回転域でも十分なトルクを得ることができる
ブラシレスＤＣモータの駆動制御装置を提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、ロータの各磁極を検出して磁極信号として出
力する磁極センサと、この磁極信号に同期して駆動電流
を供給するモータドライブ回路とを有するブラシレスＤ
Ｃモータの駆動制御装置において、上記磁極信号あるい
は回転数検出センサの出力等に基づいて上記ロータの回
転数を算出して出力する回転数算出手段と、上記回転数
算出手段の出力によりロータの回転数に応じた磁極信号
を求め、その磁極信号を上記磁極センサから入力する磁
極信号より位相を進めて出力する補償信号出力手段と、
上記磁極センサから出力された磁極信号および上記補償
信号出力手段から出力された磁極信号を入力させ、どち
らか一方の磁極信号のみを選択してモータドライブ回路
に送出する選択手段と、上記回転数算出手段により算出
されたロータの回転数と予め設定した所定値とを比較し
、その比較結果に応じて上記選択手段に選択指示を送出
する比較手段とを具備することを特徴とする。

【０００９】

【作用】上記構成では、まず、磁極センサがロータの回
転による磁極の変化を検出して磁極信号として出力する
。

【００１０】この磁極信号は回転数算出手段および補償
信号出力手段に入力し、回転数算出手段ではその磁極信
号に基づいて上記ロータの回転の回転数を算出して出力
する一方、補償信号出力手段では回転数算出手段の出力
によりロータの回転数に応じた磁極信号を求め、その磁
極信号を磁極センサから入力する磁極信号より位相を進
めて出力する。

【００１１】また、回転数算出手段により算出されたロ
ータの回転数は比較手段に入力し、比較手段ではその回
転数と予め設定した所定値とを比較し、その比較結果に
応じて選択手段に選択指示を送出する。

【００１２】選択手段は磁極センサから出力された磁極
信号と、この磁極信号より位相の進んだ補償信号出力手
段からの磁極信号とを入力し、上記比較手段からの選択
指示に応じて一方の磁極信号のみをモータドライブ回路
に送出する。

【００１３】このため、モータドライブ回路からはロー
タの回転数に応じて位相の補償された駆動電流が出力さ
れる。

【００１４】

【実施例】以下、ターボ分子ポンプに用いられた場合の
本発明に係るブラシレスＤＣモータの駆動制御装置を図
面に基づいて説明する。

【００１５】図１はこの駆動制御装置の一実施例を示す
ブロック図で、ここではブラシレスＤＣモータの極数を
４極として説明する。

【００１６】この駆動制御装置はターボ分子ポンプのモ
ータコイルに駆動電流を供給するもので、図１に示すよ
うにロータシャフト１の磁極を検出し磁極信号として出
力する磁極センサとしてのホールセンサ６と、ホールセ
ンサ６から出力された磁極信号を波形整形やノイズを除
去して出力するセンサ回路１１と、センサ回路１１を介
した磁極信号あるいは後述するタイミング設定回路２２
から出力された磁極信号のどちらか一方に同期してモー
タコイル４に電流を供給するモータドライブ回路１２と
を有する。尚、これらホールセンサ６、センサ回路１１
およびモータドライブ回路１２は従来の駆動制御装置に
も設けられていたものである。

【００１７】また、本発明の駆動制御装置は、同図に示
すように回転数算出手段としての回転数算出回路１３と
、逓倍パルス発生回路２１、タイミング設定回路２２お
よび磁極信号記憶回路２３からなる補償信号出力手段と
しての補償信号出力部１４と、選択手段としての選択回
路１５と、比較手段としてのコンパレータ１６とを有す
る。

【００１８】回転数算出回路１３はセンサ回路１１を介
した３台のホールセンサ６からの磁極信号の内一つの磁
極信号のみを入力させ、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ−ｌｏｃｋ
　ｌｏｏｐ　）方式によりロータシャフト１の極数に応
じてロータシャフト１の回転数を算出し、回転数信号と
して出力するものである。すなわち、ロータシャフト１
の極数が本実施例の場合４極であるから、図２に示すよ
うに磁極信号が（極数／２）周期、つまり２周期分入力
するとロータシャフト１が一回転することになるので、
この回転数算出回路１３は磁極信号の２周期でロータシ
ャフト１の１回転として算出する。

【００１９】逓倍パルス発生回路２１は上記磁極信号を
入力させて、図２（ａ），（ｂ）に示すようにその周波
数の逓倍（本実施例では、１２倍とする）周波数の逓倍
パルス信号を磁極信号と同期させて出力するものである
。

【００２０】タイミング設定回路２２は、この逓倍パル
ス発生回路２１からの逓倍パルス信号と、上記センサ回
路１１からの磁極信号と、回転数算出回路１３からの回
転数信号とを入力させ、後述する磁極信号記憶回路２３
からその回転数に対応した磁極信号および位相補償時間
を読み出し、その磁極信号を回転数信号に応じた位相補
償時間に基づいて出力するものである。すなわち、本実
施例では、ロータシャフト１の回転数が中速回転数にあ
る場合には図２（ｃ）に示すように逓倍パルス信号の例
えば１周期（Ｔ１　）分だけ位相を進める一方、高速回
転数にある場合には図２（ｄ）に示すように逓倍パルス
信号の例えば２周期（２Ｔ１　）分だけ位相を進めさせ
て磁極信号を出力する。

【００２１】磁極信号記憶回路２３はロータシャフト１
の回転数に対応した磁極信号と、中速回転数および高速
回転数で磁極信号を進めさせる時間Ｔ１　および２Ｔ１
　とを予め記憶したもので、タイミング設定回路２２か
らの指示によりその磁極信号および上記時間Ｔ１　およ
び２Ｔ１　を出力する。本実施例では少なくとも上記中
速回転数以上の回転数に対応する磁極信号を記憶してい
ればよいし、また上記時間Ｔ１および２Ｔ１　はローパ
スフィルタのリアクタンスによる上記遅延時間τ１　や
、ＰＷＭ方式による供給電流の遅延時間τ２　を考慮し
て設定しておく。

【００２２】選択回路１５は補償信号出力回路１４から
出力された磁極信号およびホールセンサ６から出力され
た磁極信号を入力させ、後述するコンパレータ１６から
の選択指示により一方の磁極信号のみを選択してモータ
ドライブ回路１２に送出するものである。

【００２３】コンパレータ１６は回転数算出回路１３か
らのロータシャフト１の回転数を求め、その回転数と予
め設定した所定の基準回転数、つまり本実施例では上記
中間回転数の最低値とを比較し、ロータシャフト１の回
転数の方がその基準回転数より小さい場合には選択回路
１５にホールセンサ６からの磁極信号を選択するように
選択指示を送出する一方、ロータシャフト１の回転数が
上記基準回転数を超えた場合には補償信号出力手段１４
からの磁極信号を選択するように選択指示を選択回路１
５に送出するものである。

【００２４】尚、図３はこの駆動制御装置により制御さ
れるブラシレスＤＣモータをターボ分子ポンプに採用し
た場合の断面図の一例、図４は図３のＩＶーＩＶ線断面
を示しており、１´はロータシャフト、２はロータシャ
フト１´の回転数を検出する回転数検出センサ、３はス
テータ、４´はステータ３側のモータコイル（電磁石）
、５はロータシャフト１´側の永久磁石、６はホールセ
ンサ、７はエアギャップ、８はコア、９は回転翼であり
、これらは周知なものであるためここでは説明は省略す
る。

【００２５】次に、上記の如く構成された駆動制御装置
の動作を、図１および図２を参照して説明する。

【００２６】まず、図１においてロータシャフト１が回
転すると、ホールセンサ６がその磁極を検出して磁極信
号として出力する。

【００２７】各磁極信号はセンサ回路１１に入力し、ロ
ーパスフィルタ等により波形整形やノイズを除去されて
出力され、選択回路１５に入力する一方、各磁極信号の
内一つの磁極信号のみが回転数算出回路１３および補償
信号出力部１４に入力する。回転数算出回路１３ではロ
ータシャフト１の回転数に比例した出力信号すなわち回
転数信号を発生し、この回転数信号はコンパレータ１６
および補償信号出力部１４に入力する。

【００２８】補償信号出力部１４では、磁極信号が逓倍
パルス発生回路２１およびタイミング設定回路２２に入
力し、逓倍パルス発生回路２１が図２（ｂ）に示すよう
に磁極信号の周波数に対して１２倍の周波数の逓倍パル
ス信号をこの磁極信号と同期させて出力する。

【００２９】一方、タイミング設定回路２２は入力した
回転数信号に基づいて、ロータシャフト１の回転数が低
速回転数、中速回転数、高速回転数にあるかを判断する
。

【００３０】低速回転数の場合には、このタイミング設
定回路２２からの磁極信号は選択回路１５で選択されな
いので、タイミング設定回路２２の出力が利用されない
。

【００３１】一方、中速回転数の場合には、タイミング
設定回路２２はその回転数に対応した磁極信号を磁極信
号記憶回路２３から出力させ、図２（ｃ）に示すように
逓倍パルス信号の１周期分進めさせて選択回路１５に送
出する。

【００３２】またこれと同様に高速回転数の場合には、
タイミング設定回路２２はその回転数に対応した磁極信
号を磁極信号記憶回路２３から出力させ、図２（ｄ）に
示すように逓倍パルス信号の２周期分進めさせて出力し
、選択回路１５に送る。

【００３３】ところで、コンパレータ１６では回転数算
出回路１３からの回転数信号と予め設定された基準回転
数である中間回転数の最低値とを比較する。そして、ロ
ータシャフト１の回転数の方が上記基準回転数より小さ
い場合には選択回路１５にホールセンサ６からの磁極信
号を選択するように選択指示を送出する一方、ロータシ
ャフト１の回転数が上記基準回転数を超えた場合には選
択回路１５に補償信号出力部１４からの磁極信号を選択
するように選択回路１５に選択指示を送出する。

【００３４】その結果、選択回路１５ではコンパレータ
１６からの選択指示により、ロータシャフト１の回転数
が低速にある場合にはセンサ回路１１を介したホールセ
ンサ６からの磁極信号を選択する一方、その回転数が中
速および高速にある場合には補償信号出力部１４のタイ
ミング設定回路２２からの磁極信号を選択する。

【００３５】このため、モータドライブ回路１２にはロ
ータシャフト１の回転数が低速にある場合にはセンサ回
路１１を介したホールセンサ６からの磁極信号が直接入
力し、それに同期して駆動電流がモータコイル４へ供給
される一方、その回転数が中速にある場合には逓倍パル
ス信号より１周期分だけ進められた磁極信号、また高速
にある場合には逓倍パルス信号より２周期分だけ進めら
れた磁極信号というように回転数に応じて位相遅延が補
償された磁極信号に同期して駆動電流がモータコイル４
に供給される。

【００３６】従って、本実施例によれば、ホールセンサ
６から出力されてモータドライブ回路１２に入力する磁
極信号に位相遅れが生じても、補償信号出力部１４がロ
ータシャフト１の回転数に応じて位相遅れを補償し、つ
まり中速回転数および高速回転数では低速回転数の時よ
り位相を進めた磁極信号を出力し、選択回路１５がその
回転数に応じてその磁極信号を選択するので、モータコ
イル４へは常時タイミングの補正された適正な駆動電流
が供給され、より安定した高速回転が可能となると共に
どの回転域でも十分なトルクを得ることができる。

【００３７】また、ロータシャフト１の回転数に応じて
磁極信号の位相が補償されるので、ノイズに強くなるよ
うに時定数の大きなローパスフィルタをセンサ回路１１
に挿入することも可能となると共に、ＰＷＭ方式でのモ
ータ電流制御の際の応答遅れを考慮する必要がなくその
応答性を必要以上に上げなくてもよいので、モータ電流
のオーバシュート等の不安定な現象がなくなる。

【００３８】尚、本実施例ではロータの回転数を算出す
るために、回転数算出回路１３がホールセンサ６からの
磁極信号を入力させるようにして説明したが、本発明で
は、例えば図３に示すようにステータ３側に設けられた
回転数検出センサの出力により回転数算出回路１３が算
出するようにしてもよい。

【００３９】また、本実施例では、ロータシャフト１の
極数や、磁極信号の周波数に対する逓倍パルス信号の周
波数の割合、タイミング設定回路２２において磁極信号
出力のタイミングを逓倍パルス信号に対して進める割合
、ロータシャフトの回転数を低速、中速および高速の３
段階に分けたこと、およびその回転数の範囲等の数値は
単なる例示であり、本発明では適宜適当な値に変更して
も勿論よい。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
磁極センサから出力されモータドライブ回路に入力する
磁極信号に位相遅れが生じても、補償信号出力部がロー
タシャフトの回転数に応じて位相遅れを補償した磁極信
号を出力し、選択回路がその回転数に応じてその磁極信
号を選択するので、モータコイルへは常時タイミングの
補正された適正な駆動電流が供給され、より安定した高
速回転が可能となると共にどの回転域でも十分なトルク
を得ることができる。

【００４１】また、ロータシャフトの回転数に応じて磁
極信号の位相が補償されるので、ノイズに強くなるよう
に時定数の大きなローパスフィルタを挿入することも可
能となると共に、ＰＷＭ方式でのモータ電流制御の際の
応答遅れを考慮する必要がなくその応答性を必要以上に
上げなくてもよいので、モータ電流のオーバシュート等
の不安定な現象がなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る駆動制御装置の一実施例を示す
ブロック図。

【図２】この実施例における各種信号のタイミングを示
すタイムチャートで、（ａ）は磁極信号のタイムチャー
ト、（ｂ）は逓倍パルス信号を示すタイムチャート、（
ｃ）は中速回転数における磁極信号のタイムチャート、
（ｄ）は高速回転数における磁極信号のタイムチャート
。

【図３】ターボ分子ポンプにブラシレスＤＣモータを用
いた場合の一例を示す断面図。

【図４】図３におけるブラシレスＤＣモータのＩＶーＩ
Ｖ線断面図。

【図５】従来の磁極信号の遅延を示すタイムチャート。

【図６】従来の駆動電流供給の遅延を示すタイムチャー
ト。

【符号の説明】

１，１´　　　　ロータシャフト（ロータ）６　　　　
　　ホールセンサ（磁極センサ）１２　　　　　　モー
タドライブ回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ロータの各磁極を検出して磁極信号として
   出力する磁極センサと、この磁極信号に同期して駆動電
   流を供給するモータドライブ回路とを有するブラシレス
   ＤＣモータの駆動制御装置において、上記磁極信号ある
   いは回転数検出センサの出力等に基づいて上記ロータの
   回転数を算出して出力する回転数算出手段と、上記回転
   数算出手段の出力によりロータの回転数に応じた磁極信
   号を求め、その磁極信号を上記磁極センサから入力する
   磁極信号より位相を進めて出力する補償信号出力手段と
   、上記磁極センサから出力された磁極信号および上記補
   償信号出力手段から出力された磁極信号を入力させ、ど
   ちらか一方の磁極信号のみを選択してモータドライブ回
   路に送出する選択手段と、上記回転数算出手段により算
   出されたロータの回転数と予め設定した所定値とを比較
   し、その比較結果に応じて上記選択手段に選択指示を送
   出する比較手段と、を具備することを特徴とするブラシ
   レスＤＣモータの駆動制御装置。