JPH0652996B2

JPH0652996B2 - ブラシレスモ−タ駆動制御装置

Info

Publication number: JPH0652996B2
Application number: JP61008087A
Authority: JP
Inventors: 雄次中西
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1986-01-20
Filing date: 1986-01-20
Publication date: 1994-07-06
Anticipated expiration: 2009-07-06
Also published as: JPS62166794A

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野本発明は、ブラシレスモータ駆動制御装置に関する。

（ロ）従来の技術ブラシレスモータとしてマグネツトロータの磁極位置を
ホール素子等で検知し、その検知信号に基づいてステー
タコイルに順次通電し、マグネツトロータを回転させる
ものが知られている。このブラシレスモータを扇風機な
どに使用する場合、通電するステータコイルを切り換え
るときに電流の途切れる期間があると、駆動トルクにリ
ップルが生じてモータの筐体からの振動が扇風機などの
フレームに伝わり、騒音の原因になる。

そこで従来は、実公昭59-15269号公報などに見られるよ
うに、ブラシレスモータ起動時には、ステータコイルに
通電する期間を相互に一定の割合で重なりをもたせるこ
とによって、起動トルクを向上させると共に、上記のよ
うな騒音を軽減させていた。

（ハ）発明が解決しようとする問題点しかしながら、上記従来方法では起動時の騒音は軽減で
きるが、定常運転時の騒音が改善されないという問題点
があった。

（ニ）問題点を解決するための手段本発明は、マグネットロータ(2)の位置を検知する複数
の検知素子(H₁-H₃)と、複数のステータコイル(U,V,W)に
接続されてそれぞれ所定の方向と順序で順次通電するた
めの複数のスイッチング素子(Q₁-Q₆)と、前記複数の検
知素子(H₁-H₃)から得られるロータ位置検知信号の１つ
が変化してから次の１つが変化するまでのロータ位置検
知信号変化時間間隔(Td)を測定する時間間隔測定手段
(6)と、通電重なり電気角を適宜選択設定する通電重な
り電気角設定手段(SW)と、この通電重なり電気角設定手
段(SW)により設定された電気角に相当する通電重なり時
間(Tl)を前記ロータ位置検知信号変化時間間隔(Td)とそ
の時のロータ回転速度に応じて算出する通電重なり時間
算出手段(19-21)と、前記ロータ位置検知信号の変化を
捉え、その時の各ロータ位置検知信号の状態に応じて前
記複数のステータコイルにそれぞれ所定の方向と順序で
順次通電するようにあらかじめ決められた前記スイッチ
ング素子をオンするスイッチング素子オン手段(14,15,2
3,27,31)と、前記ロータ位置検知信号の今回の変化を捉
えてから前記通電重なり時間経過後に前回の変化時にオ
ンしたスイッチング素子をオフするスイッチング素子オ
フ手段(16-18,24-26,28-30,32-34)とを備えたことを特
徴としたものである。

（ホ）作用通電時間の一部を常時重ねることにより、駆動トルクの
リップルが小さくなって運転時の振動や騒音が低下す
る。また、通電期間を重ねる電気角を任意に指定するこ
とにより、特性にばらつきのある個々の製品に応じて、
振動や騒音の最も少ない状態が設定でき、さらに、通電
重なり時間を磁極位置検知信号より求めるので、正確な
通電制御が行なえる。また本願発明は、前述の時間間隔
測定手段、通電重なり電気角設定手段、通電重なり時間
算出手段、スイッチング素子オン手段、スイッチング素
子オフ手段という構成要件を備えることにより、ブラシ
レスモータの駆動制御装置をマイコンを用いて構成する
ことにより制御装置の１チップ化が可能となり、コンパ
クトにして経済的に製造できる上、個々の製品に最適な
通電重なり電気角が簡単に設定でき、この結果、製品の
如何に依らず、常に低騒音のブラシレスモータが得られ
るようになる。

（ヘ）実施例以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係るブラシレスモータ駆
動制御装置の回路構成図を示したものである。図におい
て、１は中性点非接地スター結線されたステータコイル
U、V、Wとマグネツトロータ２およびその磁極位置を検知
するためのホール素子H₁、H₂、H₃より成るブラシレスモー
タである。Q1〜Q6は、上記各ステータコイルU、V、Wに所
定のタイミングで順次通電を行なうためのスイッチング
用トランジスタ、３はそれら各トランジスタQ1〜Q6にベ
ース電流を供給するドライブ回路、４は上記通電のため
に所定の制御信号をドライブ回路３に供給するマイクロ
コンピュータである。

また、SWは各ステータコイルU、V、Wへの通電期間の重な
りを電気角で設定するスイッチ、５はマイクロコンピュ
ータ４により設定された時間が経過するとタイムオーバ
信号を出力するタイマ、６はホール素子H₁、H₂、H₃からの
磁極位置検知信号の時間間隔を測定するカウンタであ
る。

本実施例のブラシレスモータ駆動制御装置は、以上の構
成で次のように動作する。

この動作を示すフローチャートを第２図に、また、その
タイムチャートを第３図に示す。

ステータコイルU、V、Wへの通電期間に一部重なりをもた
せるため、予め決められた４種の電気角（以下、導通角
という）より選択して通電期間の重なりの割合を設定す
る。

第１表(b)はこの導通角を示し、同図(a)に示すようにス
イッチSWを操作してその接点信号LAP1、LAP2を設定す
る。この導通角は、運転中に振動や騒音が最も少なくな
る値に設定するが、駆動する負荷の大きさや製品個々の
特性のばらつきにより一定の値にならないので、実際に
は運転して実験により最適値を求めるのがよい。次に、
図示せぬ起動ボタンを押下するとマイクロコンピュータ
４の制御動作が開始する（第２図処理10）。

マイクロコンピュータ４は、まずドライブ回路３への制
御信号をオフに、タイマ５、カウンタ６をリセットする
など各部のイニシャライズを行なう（同図処理11）。次
いで、スイッチSWの設定信号LAP1、LAP2を読み込み（同
図処理12）、タイマ５への時間設定をゼロにする（同図
処理13）。

次にホール素子H₁、H₂、H₃からの磁極位置検知信号Ui,Vi,
Wiを読み取る。いま、第３図(a)〜(c)に示すように起動
時点の磁極位置検知信号がそれぞれUi＝"H"、Vi＝"L"、Wi
＝"L"（以下、Ui・Vi・Wi＝"H"・L・L"のように示す）であ
ったとすると（第２図処理14）、マイクロコンピュータ
４は、トランジスタQ1とQ6をオンするようにドライブ回
路３を制御する（第２図処理15、第３図(i)）。

次いで、タイマ５をスタートさせる（同図処理16）。タ
イマ５は設定された時間になるとタイマオーバ信号を出
力するものであり、設定値がゼロのときはスタート指令
を与えると同時にタイムオーバ信号が返送される。この
タイムオーバ信号を検知すると（第２図処理17）、トラ
ンジスタQ5をオフするよう制御するよう（第２図処理1
8、第３図(h)）。但し、起動初期においてはすでにオフ
しているのでいま変化しない。

ステータコイルU、V、Wの通電方向を第１図のように〜
で示すと、このときの通電方向は第３図(j)に示すよ
うにとなって、マグネットロータ２が回転を始める。

一方、マイクロコンピュータ４は、ここでカウンタ６の
計数時間Tdを読み込む。カウンタ６は磁極位置検知信号
Uiの立ち上がりからWiの立ち下がりまでの時間をカウン
トするものであるが、この磁極位置検知信号WiとUiをま
だ検知しない起動直後はTd＝０を示している（第２図処
理19）。マイクロコンピュータ４は、計数時間Tdより後
述する計算式に基づいて前記導通角に相当する導通時間
Tlを求めるが、いまTd＝０なのでTl＝０になる（第２図
処理20）。次いで、この導通時間Ｔｌをタイマ５に設定
する（同図処理21）。このときも、処理13においてタイ
マ５にすでにゼロが設定されているので、その設定値は
変化しない。

マグネットロータ２が回転すると、第３図(a)〜(c)に示
すように磁極位置検知信号Ui、Vi、Wiが変化する。マイク
ロコンピュータ４は、この変化を検知すると（第２図処
理22）、処理14に戻る（同図処理22）。

第３図の例で、次に磁極位置検知信号Ui・Vi・Wi＝"H・H・
L"を検知すると（同図処理14）、前記と同様にトランジ
スタQ2とQ6をオンし、トランジスタQ1をオフする（同図
処理23〜26）。

ここで、すでにオンされているトランジスタQ6を再びオ
ン制御するのは、いまの磁極位置検知信号の状態から起
動される場合にも所定の通電ができるようにするためで
ある。このとき、通電方向は第３図(j)に示すように
になり、マグネットロータ２がさらに回転する。

これにより、変化する次の磁極位置検知信号Ui、Vi、Wiを
検知すると（第２図処理22）、再び処理14に戻る。この
とき、第３図(a)〜(c)に示すように磁極位置検知信号
は、Ui・Vi・Wi＝"L・H・L"となり（第２図処理14）、前記
と同様にトランジスタQ2とQ4をオンし、Q6をオフする
（同図処理27〜30）。

このように磁極位置検知信号Ui、Vi、Wiが変化するごとに
ステータコイルU、V、Wへの通電方向が順次切り換えられ
（第３図(a)〜(j)、第２図処理31〜34まで参照）、マグ
ネットロータが半回転する。マグネットロータ２が半回
転すると、磁極位置検知信号Ui、Vi、Wiは１周期を終えて
最初の信号パターンを出力するので、上記通電制御が繰
り返され、マグネットロータ２が連続回転する。

この過程において、磁極位置検知信号Ui、Vi、Wiが例えば
"H・L・H"から"H・L・L"に変化するとき、カウンタ６はこの
間の時間を測定し、測定時間Tdを出力する。

この測定時間Tdは、次に磁極位置検知信号がUi・Vi・Wi＝
"H・L・L"になったとき、処理19において、マイクロコン
ピュータ４により読み込まれる。

ところで、第４図(d)〜(f)に示すように、例えばトラン
ジスタQ1のオン期間をTl時間引きのばすと、ステータコ
イルU、V、Wへの通電はとがTl時間だけ重なるように
なる。このように各トランジスタQ1〜Q6のオン期間をTl
時間引きのばして各通電が一部重なるようにすることが
できる。

一方、上記測定時間Tdは、同図(a)〜(c)に示すように電
気角60°に相当する時間なので、第１表(c)に示すよう
に、所望の導通角に応じた時間Tlを測定時間Td時間から
算出することができる。

さて、マイクロコンピュータ４は、測定時間Tdを読み込
むと（第２図処理19）、第１表に示すように、スイッチ
SWで指定されている導通角に対応した時間Tlを第１表
(c)に示す計算式より求める（第２図処理20）。求めた
時間Tlをタイマ５に設定する（同図処理21）。

タイマ５に時間Tlが設定すると、その後のトランジスタ
Q1〜Q6をオフするタイミングが時間Tlだけ引きのばされ
る。例えば、第３図(a)〜(c)において、Td₁を検出する
と、第２図処理23がトランジスタQ6とQ2をオンした後、
タイマ５がスタートされ（処理24）、時間Tlだけ経過し
てタイムオーバ信号を検知してから（同図処理25）、ト
ランジスタQ1をオフするようになり（同図処理26）、第
３図(d)に示すようにトランジスタQ1のオン時間がTlだ
けのばされる。

第３図では磁極位置検知信号Ui、Vi、Wiの周期は一定に図
示したが、実際の起動時には、徐々に回転速度が定常速
度まで上昇するので、この周期もある一定の値まで徐々
に短かくなる。しかし、時間Tdの測定と時間Tlの設定は
マグネットロータの半回転ごとに行なうので、常にその
時間の回転速度に応じた一定の導通角が設定されること
になる。また、定常回転数に達してからも一定の導通角
で運転される。

以上のように、本実施例のブラシレスモータ駆動制御装
置は、製品個々の特性に応じて、各ステータコイルへの
通電期間の重なりを電気角で任意に選択して設定し、マ
グネットロータの磁極位置検知信号の時間間隔より、設
定された電気角に相当する通電重なり時間を算出し、そ
の時間に基づいて通電期間を制御している。

これにより、ステータコイルへの通電電流が途切れるこ
とがなく、駆動コイルのリップルが減少するので、ブラ
シレスモータ筐体の振動が製品のフレームに伝わり発生
する騒音が低下する。

なお、本実施例では電気角60°の時間Tdを磁極位置検知
信号Ui、Vi、Wiの１周期に１回測定するようにしたが、そ
れらの各信号の変化点をそれぞれ６区間測定し、より細
かく導通角Tlを設定してもよい。また、通電期間へ制御
をマイクロコンピュータ４によらず、ハードウェア回路
で実現することも可能であることは言う迄もない。

（ト）発明の効果以上のように本発明によれば、起動時および定常運転時
におけるステータコイルへの通電期間を一部重なるよう
にしたので、ステータコイルに通電が途切れる期間がな
くなり、駆動コイルに生じるリップルが低下して振動や
騒音が減少すると共に、その一部重なる電気角を製品個
々の特性のばらつきに応じて任意に設定できるようにし
たので製品にバラツキがあってもその製品の如何に依ら
ず、常に低騒音のブラシレスモータが得られるようにな
る。

しかし、本願発明の構成に依れば、ブラシレスモータ駆
動制御装置のマイコンを用いた１チップ化が可能とな
り、コンパクトにして経済的に製造できる上、個々の製
品に最適な通電重なり電気角の設定が簡単にできるよう
になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るブラシレスモータ駆動
制御装置の回路構成図、第２図はその動作を示すフロー
チャート、第３図はそのタイムチャート、第４図は導通
角の説明図である。１…ブラシレスモータ、２…マグネットロータ、３…ド
ライブ回路、４…マイクロコンピュータ、５…タイマ、
６…カウンタ、H₁〜H₃…ホール素子、U,V,W…ステータ
コイル、Q1〜Q6…トランジスタ、SW…スイッチ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マグネットロータの位置を検知する複数の
検知素子と、複数のステータコイルに接続されてそれぞれ所定の方向
と順序で順次通電するための複数のスイッチング素子
と、前記複数の検知素子から得られるロータ位置検知信号の
１つが変化してから次の１つが変化するまでのロータ位
置検知信号変化時間間隔を測定する時間間隔測定手段
と、通電重なり電気角を適宜選択設定する通電重なり電気角
設定手段と、前記通電重なり電気角設定手段により設定された電気角
に対応する通電重なり時間を前記ロータ位置検知信号変
化時間間隔とその時のロータ回転速度に応じて算出する
通電重なり時間算出手段と、前記ロータ位置検知信号の
変化を捉え、その時の各ロータ位置検知信号の状態に応
じて所定のステータコイルにそれぞれ所定の方向と順序
で順次通電するようにあらかじめ決められた所定のスイ
ッチング素子をオンするスイッチング素子オン手段と、前記ロータ位置検知信号の今回の変化を捉えてから前記
通電重なり時間経過後に前回の変化時にオンしたスイッ
チング素子をオフするスイッチング素子オフ手段と、を備えたことを特徴とするブラシレスモータ駆動制御装
置。