JPH0632585B2 - ブラシレスモ−タの駆動回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ソフトスイッチング通電を行わせるようにし
たブラシレスモータの駆動回路に関する。

（従来の技術） ブラシレスモータにおいて、各相駆動コイルにスイッチ
ング通電する場合、通電切換時に駆動コイルの電流の急
激な変化によって発生するノイズを低減させるために、
各相駆動コイルへの矩形波状の通電波形の変曲点をなま
らせてソフトスイッチング通電を行うようにしたものが
提案されている。本出願人の特願昭59-187680号（特開
昭61-85092号）出願に係るブラシレスモータの駆動回路
はその一つである。

第５図は上記のようなソフトスイッチング通電を行うよ
うにした従来のブラシレスモータの駆動回路の一例を示
す。第５図において、３個のホール素子Ｈは、３相の駆
動コイルL1、L2、L3を有するステータと、多曲着磁された
マグネットを有するロータとの相対的位置関係に応じた
正弦波状の出力を生じる回転位置検出素子であり、これ
らホール素子Ｈを出力信号は３個の増幅器AHを介して波
形合成回路20に加えられる。波形合成回路20は３個の増
幅器AHの出力信号を利用してアナログ的に３相の矩形波
パルス状のスイッチング信号を合成するものであり、各
増幅器AHの出力信号を対数圧縮して変曲点をなまらせた
３相の120°ソフトスイッチング信号を合成する。この
ソフトスイッチング信号はプリドライバ21を介し駆動回
路を構成するパワートランジスタQ1〜Q6に加えられ、各
トランジスタQ1〜Q6は各相駆動コイルL1、L2、L3に120°
ソフトスイッチング通電して、ロータを回転駆動する。

各相駆動コイルL1、L2、L3に流れる電流は電流検出用抵抗
Rsにより検出され、また、ロータの回転速度が速度検出
器により検出される。制御増幅器Acは速度制御回路の出
力電圧Vctlと制御基準電圧Vrefとの誤差を増幅して電流
指令信号とし、これと電流検出用抵抗Rsの電圧の誤差を
電流帰還増幅器Afで増幅する。この電流帰還増幅器Afの
出力はプリドライバ21に帰還され、各相駆動コイルL1、L
2、L3への通電が制御される。

上記従来例によれば、トランジスタQ1〜Q6が何れも未飽
和状態、即ち、モータ速度制御可能領域にある状態で
は、第６図にＡで示されているように矩形波状通電信号
の変曲点がなまらせられてコイルへのソフトスイッチン
グ通電が行われ、モータの電気ノイズ及び機械ノイズが
低減されるという効果を奏する。

しかし、制限不可能領域であるトランジスタQ1〜Q6の飽
和領域に入ると、第６図にＢ、Ｃで示されているように
スイッチング波形がソフトでなくなり、上記の効果がな
くなる。飽和状態がさらに進むと第６図にＤで示されて
いるように120°通電波形の肩の部分もフルに増幅され
て180°通電状態となり、無効電流が増大してモータ効
率が悪化する。従って、この従来例では、モータの起動
時及び未制御回転時においてコイルへの通電用トランジ
スタが飽和し上記の問題を生ずる。

このような起動時及び未制御回転時におけるコイル通電
用トランジスタの飽和を防止するために第７図に示され
ているような駆動回路が提案されている。これは特公昭
61-11556号公報に記載されているものであり、駆動コイ
ルL1、L2、L3への通電を切り換えるトランジスタQ1〜Q6の
飽和をダイオードD4〜D6及び差動増幅器Q8、Q9からなる
飽和検出手段により検出し、この飽和検出信号により抵
抗R4の電圧降下を利用してトランジスタQ4〜Q6の通電電
流を制御する電流制御手段Ｖ−Ｉの動作を修正し、もっ
て、トランジスタQ4〜Q6の通電電流を指令信号Ecrに対
応した電流値よりも小さな値に制御し、トランジスタQ4
〜Q6の飽和を防止するようにしたものである。

（発明が解決しようとする問題点） 上記特公昭61-11556号公報記載のブラシレスモータの駆
動回路によれば、飽和検出信号により電流制御手段Ｖ−
Ｉの動作を修正し、コイルに通電する電流帰還ループを
直接制御しており、指令信号Ecrに逆らって電流帰還ル
ープを制御しようとするために無理があり、電流帰還ル
ープに発振が生じ易いという問題がある。

本発明は、これまに述べた従来技術の問題点を解消する
ためになされたもので、起動時及び未制御回転時であっ
ても駆動コイルへの通電切換用トランジスタの飽和を防
止してソフトスイッチング波形を保つことができると共
に、電流制御手段へ入力する制御電流を制限してトラン
ジスタの飽和を防止するようにすることにより、制御に
無理がなく、電流帰還ループに発振が生ずることを防振
することができるブラシレスモータの駆動回路を提供す
ることを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、通電によりロータマグネットとの間に磁力を
生ぜしめてロータを回転付勢する複数個の駆動コイル
と、位置検出素子からのロータ回転位置検出出力により
上記駆動コイルへの通電を切り換える複数のトランジス
タと、これらトランジスタによる駆動コイルへの通電量
を制御する電流制御手段とを具備するブラシレスモータ
の駆動回路において、上記複数個の駆動コイルの電圧の
うち最小の電圧を検出するコイル最小電圧検出手段と、
この検出手段により検出されたコイル最小電圧が予め設
定された最低電圧値まで下降したときに上記電流制御手
段への制御電流を流入を制限することにより前記トラン
ジスタへの通電を制限して上記コイル最小電圧を上記最
低電圧値以上に保持する電流制限手段とを有することを
特徴とする。

（作用） 位置検出素子の検出信号によりトランジスタが駆動コイ
ルへの通電を切り換えてロータを回転付勢する。電流制
御手段はトランジスタによる駆動コイルへの通電量を制
御してロータの回転状態が所定の回転状態になるように
制御する。複数の上記駆動コイルの電圧のうちの最小の
電圧を最小電圧検出手段が検出する。検出されたコイル
最小電圧が予め設定された最低電圧値まで下降すると電
流制限手段が電流制御手段への制御電流の流入を制限す
ることにより上記トランジスタへの通電を制限し、この
トランジスタの飽和を防止する。

（実施例） 以下、本発明に係るブラシレスモータの駆動回路の実施
例について説明する。

第１図の実施例は３相120°スイッチング通電方式の例
である。第１図において、３相構成の駆動コイルL1、L2、
L3は通電によって図示されないロータを回転付勢するも
のである。即ち、上記ロータは多極着磁されたマグネッ
トを有しており、上記各駆動コイルL1、L2、L3に120°ス
イッチング通電されることにより上記マグネットとの間
に磁力を生ぜしめて上記ロータを回転付勢する。第５図
の従来例を同様に、上記ロータと上記駆動コイルL1、L2、
L3を有するステータとの相対的位置関係に応じた正弦波
状の信号を生ずるホール素子等の３個の位置検出素子を
有しており、この３個の位置検出素子の出力信号は図示
されない120°ソフトスイッチング波形合成回路により
３相の120°ソフトスイッチング信号に合成される。こ
こで、上記波形合成回路は上記位置検出素子の出力信号
を対数圧縮することにより上記３相のスイッチング信号
波形をその変曲点においてなまらせたソフトスイッチン
グ波形とする。

上記３相のスイッチング信号はプリドライバ25を介し駆
動回路を構成するトランジスタQ1〜Q6のベースに加えら
れる。トランジスタQ1〜Q6は上記３相のスイッチング信
号に応じて３相構成の前記駆動コイルL1、L2、L3への通電
を制御し、ロータを回転付勢する。この各相駆動コイル
L1、L2、L3に流れる電流は電流検出用抵抗Rsに流入し、こ
の流入電流に応じて抵抗Rsに生ずる電圧降下が電流制御
手段としての電流帰還増幅器Afに加えられる。一方、ト
ランジスタQ7を通じて抵抗R1に流れる電流Ictlに応じた
抵抗R1の電圧降下が上記電流帰還増幅器Afに加えられ
る。

上記抵抗R1に流れる電流Ictlは、制御増幅器Acの制御電
流Ictlと等しくなるように設定される。即ち、制御増幅
器Acは、抵抗R3と抵抗R4との比で決まる制御基準電圧Vr
efと、制御信号電圧Vctlとの誤差を増幅して制御電流Ic
tlを出力する。この制御電流Ictlは抵抗R2、トランジス
タQ10を通じて流れると共に、トランジスタQ9のベース
に流れて同トランジスタQ9及びトランジスタQ8のコレク
タ電流を決定し、このコレクタ電流に応じたトランジス
タQ7のベース電流を制御して同トランジスタQ7のコレク
タ電流である前記電流Ictlを決定する。そこで、制御増
幅器Acの制御電流Ictlは最終的には抵抗R1に流入する電
流と等しくなるように回路定数が設定される。

前記各駆動コイルL1、L2、L3にはそれぞれダイオードD1、D
2、D3のカソードが接続され、各ダイオードD1、D2、D3のア
ノードは共に制御増幅器Acの出力に接続されている。各
駆動コイルL1、L2、L3とダイオードD1、D2、D3を含む回路部
分は、上記複数個の駆動コイルL1、L2、L3の電圧のうち最
小の電圧を検出するコイル最小検出手段26を構成してい
る。また、抵抗R2、トランジスタQ10、ダイオードD1、D
2、D3を含む第２図に示されている回路部分は、コイル最
小電圧検出手段26により検出されたコイル最小電圧が予
め設定された最低電圧値まで下降したときに電流制御手
段としての電流帰還増幅器Afへの制御電流の流入を制限
することによりトランジスタQ1〜Q6への通電を制限して
上記コイル最小電圧を上記最低電圧値以上に保持する電
流制限手段を構成している。

次に、上記実施例の動作を説明する。

モータ回転時は、制御信号電圧Vctlは制御基準電圧Vref
よりも高く、VctlとVrefとの差によって制御電流Ictlが
流れ、この制御電流Ictlに応じて駆動コイルL1、L2、L3に
通電されてモータが駆動される。Vctl＝Vrefになればモ
ータは停止する。

次に、モータの回転に制御がかかっている場合におい
て、回転速度が一定であるとすると制御電圧Vctlは一定
であるが、回転速度が低下すると速度を上げようとして
上記Vctlが上昇し、制御電流Ictlが増加して抵抗R1の電
圧降下が増加する。抵抗R1の電圧降下が抵抗Rsの電圧降
下よりも高くなると電流帰還増幅器Afがプリドライバ25
を電流を増やす向きに制御して駆動回路を構成するトラ
ンジスタQ1〜Q6のベース電流を増やし、もって、駆動コ
イルL1、L2、L3に加える電圧の振幅を広げて各コイルL1、L
2、L3への通電電流の和であるモータ電流を増加させ、モ
ータの回転速度を上昇させる。モータ電流の増加により
抵抗Rsの電圧降下が高くなり、この電圧降下と抵抗R1の
電圧降下とが等しくなると電流帰還増幅器Afは平衡して
それ以上のモータ電流の増加を停止し、制御電圧Vctlは
元の一定の値となり、回転速度も元の一定の速度とな
る。

逆に、モータの回転速度が高くなると速度を低下させよ
うとして制御電圧Vctlが降下し、抵抗R1の電圧降下が抵
抗Rsの電圧降下よりも低くなり、電流帰還増幅器Afがプ
リドライバ25を電流を減少させる向きに制御してトラン
ジスタQ1〜Q6のベース電流を減少させ、もって、駆動コ
イルL1、L2、L3に加える電圧の振幅を狭くしてモータ電流
を減少させ、モータの回転速度を低下させる。これによ
り抵抗Rsの電圧降下が低下し、この電圧降下と抵抗R1の
電圧降下とが等しくなるとモータ電流の減少を停止し、
制御電圧Vctlは元の一定の値となり、回転速度も元の一
定の速度となる。

このように、モータの回転速度に制御がかかっている場
合は、制御電圧Vctlに応じた一定電流が常にモータに流
れるように定電流ループが構成されている。

次に、起動時及び未制御回転時の動作について説明す
る。第２図に示されているように、抵抗R2の前記制御電
流Ictlの流入端Ａと各ダイオードD1、D2、D3のアノードの
結合点Ｂの電位は等しいため、各ダイオードD1、D2、D3の
カソード側Ｃ、Ｄ、Ｅの何れかに現れる各相モータコイ
ル電圧のうちの最小電圧V1minと抵抗R2の電圧降下R₂・Ic
tl、トランジスタQ10の電圧Vf₁、各ダイオードD1、D2、D3
の電圧Vf₂との関係は、 V1min＋Vf₂≧R₂・Ictl＋Vf₁ V1min≧R₂・Ictl＋Vf₁−Vf₂ となる。ここで、Vf₁＝Vf₂とすれば、 V1min≧R₂・Ictl となる。

上記R₂・Ictlは予め設定された最低電圧値であり、抵抗R
2の値によって所定の値に設定することができる。い
ま、制御電圧Vctlが上昇してIctlが増加すると、駆動コ
イル電圧振幅が広がりコイル最小電圧Vlminが下降して
くる。コイル最小電圧Vlminが上記最低電圧値R₂・Ictlま
で下降したとき、即ち、Vlmin＝R₂・Ictlとなったときに
は、制御電流IctlはＢ点よりダイオードD1、D2、D3に流入
し、制御電流Ictlの増加が電流帰還増幅器Afへ伝わらな
くなり、コイル最小電圧Vlminはそれ以上下降すること
はない。

第３図に示されているように、駆動コイル電圧はVcc/2
を中心に上下に同じ振幅をもって変化し、コイル最小電
圧Vlminの最低値はR₂・Ictlとなり、コイル最大電圧Vlma
xはVcc−R₂・Ictlとなる。よって、コイル電圧は接地レ
ベル及び電源電圧レベルVccまで達することはなく、駆
動コイルへの通電切換用の各トランジスタQ1〜Q6は未飽
和状態で動作させることができる。

上記実施例によれば、コイル最小電圧が予め設定された
最低電圧値まで下降すると、電流制限手段が駆動コイル
への通電切換用トランジスタへの通電を制限し、コイル
最小電圧を上記最低電圧以上に保持するようになってい
るため、起動時や未制御回転時においてもソフトスイッ
チング通電を実現して上記トランジスタの飽和を防止す
ることができるし、上記電流制限手段は電流制御手段へ
の制御電流の流入を制限することによって上記トランジ
スタの飽和を防止するようになっているため、制御がか
け易く無理がなく、電流制御手段及び上記トランジスタ
等に発振が生ずることもなくなる。

上記実施例のようにコイル最小電圧Vlmixの下限を一定
値に定めておくと、モータの負荷が大きくなってモータ
電流が増え、トランジスタQ1〜Q6の飽和電圧が増加する
ため、コイル最小電圧Vlminの下限に達する前にトラン
ジスタQ1〜Q6が飽和してしまうことがある。

そこで、電流制限手段を第４図のように構成してコイル
最小電圧Vlminがモータ電流Imの関数として変化するよ
うにしておけば、モータ電流Imが大きくなってもトラン
ジスタQ1〜Q6が飽和することはなくなる。第４図におい
て、制御増幅器からの制御電流Ictlは抵抗R2、トランジ
スタQ10、抵抗R5、トランジスタQ12、抵抗R6を通じて流
れ、また、一つのダイオードD4を通じて前記コイル最小
電圧検出手段としてのダイオードD1、D2、D3に流入しうる
ようになっている。トランジスタQ12のコレクタ及びベ
ースはトランジスタQ11のベースに接続され、トランジ
スタQ11のコレクタにはトランジスタQ10のエミッタが接
続されている。トランジスタQ11のエミッタにはモータ
電流Imの検出用抵抗Rsが接続されている。

第４図の例において、各トランジスタ及びダイオードの
電圧をVfとすると、 Vlmin≧R₂・Ictl＋Vf＋(R₅/R₆)・Rs・Im＋Vf＋Rs・Im−2Vf ＝R₂・Ictl＋［(R₅＋R₆)/R₆］・Rs・Im となる。通常、トランジスタQ1〜Q6の飽和電圧はモータ
電流Imに比例するのでコイル最小電圧Vlminの下限もモ
ータ電流Imに比例して変化させるのが望ましい。第４図
の例ではコイル最小電圧Vlminは上の式のようになり、
モータ電流Imの関数として変化させることができ、モー
タ電流Imが大きくなってもトランジスタQ1〜Q6の飽和を
防止することができる。

なお、本発明に係るブラシレスモータの駆動回路は図示
の実施例のような３相構成のものに限られるものではな
く、他の相構成のものにも同様適用可能である。

（発明の効果） 本発明によれば、コイル最小電圧が予め設定された最低
電圧値まで下降すると、電流制限手段が駆動コイルへの
通電切換用トランジスタへの通電を制限し、コイル最小
電圧を上記最低電圧以上に保持するようになっているた
め、起動時や未制御回転時においてもソフトスイッチン
グ通電を実現して上記トランジスタの飽和を防止するこ
とができるし、上記電流制限手段は電流制御手段への制
御電流の流入を制限することによって上記トランジスタ
の飽和を防止するようになっているため、制御がかけ易
く無理がなく、電流制御手段及び上記トランジスタ等に
発振が生ずることもなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るブラシレスモータの駆動回路の実
施例を示す回路図、第２図は同上実施例中の電流制限手
段の部分を示す回路図、第３図は同上電流制限手段の動
作を示す波形図、第４図は本発明に適用可能な電流制限
手段の別の例を示す回路図、第５図は従来のブラシレス
モータの駆動回路の一例を示す回路図、第６図は同上従
来例における駆動コイルへの通電切換用トランジスタの
出力を示す波形図、第７図は従来のブラシレスモータの
駆動回路の別の例を示す回路図である。 L1、L2、L3……駆動コイル、Q1〜Q6……トランジスタ、Af
……電流制御手段を構成する電流帰還増幅器、26……コ
イル最小電圧検出手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】多極着磁されたマグネットを有するロータ
   と、通電により上記マグネットとの間に磁力を生ぜしめ
   て上記ロータを回転付勢する複数個の駆動コイルと、上
   記ロータの回転位置を検出する位置検出素子と、この位
   置検出素子の出力により上記駆動コイルへの通電を切り
   換える複数のトランジスタと、これらトランジスタによ
   る駆動コイルへの通電量を制御する電流制御手段とを具
   備するブラシレスモータの駆動回路において、上記複数
   個の駆動コイルの電圧のうち最小の電圧を検出するコイ
   ル最小電圧検出手段と、この検出手段により検出された
   コイル最小電圧が予め設定された最低電圧値まで下降し
   たときに上記電流制御手段への制御電流の流入を制限す
   ることにより前記トランジスタへの通電を制限して上記
   コイル最小電圧を上記最低電圧値以上に保持する電流制
   限手段とを有することを特徴とするブラシレスモータの
   駆動回路。