JPH09149683A - 直流ブラシレスモータの駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、固定子巻線の空きコイルに発生す
る逆起電圧から転流タイミングを生成してロータを回転
させる方式の直流ブラシレスモータ駆動装置において、
負荷変動による脱調がなく、電力スイッチング素子を破
損せずに、モータを駆動する駆動装置を提供する。 【解決手段】 モータが有する複数相の巻線に直流電源
から所定のパルス幅で順次通電するための複数のスイッ
チング素子４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆと、巻
線に流れている電流からロータ位置を検出する位置検出
回路８と、予め測定した無負荷でのモータ各回転数にお
ける最適な印加電圧を発生させるためのパルス幅のデュ
ーティデータを格納した記憶装置１０と、モータ巻線電
流を検出する電流検出回路１２と、モータを無負荷で回
転させたときの各回転数における最適な印加電圧を、モ
ータ巻線電流が最小になるように印加電圧を制御して回
転を継続できるようなトルクを発生させる制御装置９を
備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直流ブラシレスモ
ータの駆動装置に係り、特にホールセンサなどの磁極検
知装置を使用せずに転流信号を生成して、直流ブラシレ
スモータを駆動する駆動装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】通常、直流ブラシレスモータは、ロータ
の磁極位置を検出するために、ホール素子などの磁極検
知装置を設け、その信号から巻線に供給するモータ駆動
用転流信号パルスを得ていた。しかしながら、直流ブラ
シレスモータでポンプなどを駆動する際に、モータ内の
温度上昇やポンプの圧力上昇などによる悪環境によっ
て、ホール素子等の半導体を用いた磁極検知装置の信頼
性が低下する場合が生じるという問題があった。

【０００３】そこで、ホール素子等による磁極位置検出
信号の代替になる転流のきっかけとなる信号を得るため
に、回転動作中に直流電圧が印加されていない空きコイ
ルに発生する逆起電圧から、磁極位置検出信号に相当す
る信号を得て、ロータを回転させる直流ブラシレスモー
タが最近現れている。

【０００４】しかしながら係る直流ブラシレスモータに
おいては、モータ起動時はロータ回転数が低いため、空
きコイルに発生する逆起電圧が低く、磁極の位置を誤っ
て検出するという問題がある。このため、逆起電圧を検
出できる、ある回転数に上昇するまで、直流印加電圧は
一定のまま、あるいは一定の割合で上昇させながら、ロ
ータの回転数を上昇させているのが一般的である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
方法で直流ブラシレスモータを起動させる際に、モータ
外部より強制的に与えているモータ回転数（通電パルス
周波数）に対して、直流印加電圧を最大トルク負荷に見
合う高い電圧で印加してしまうと、モータ負荷が軽い時
には、モータに過電流が流れてしまう。このため、巻線
コイルに通電するためのスイッチング素子である電力半
導体素子を破壊したり、起動時のモータ効率が極端に悪
くなってしまうという問題が生じていた。

【０００６】本発明は係る従来技術の問題点に鑑みて為
されたもので、固定子巻線の空きコイルに発生する逆起
電圧から転流タイミングを生成してロータを回転させる
方式の直流ブラシレスモータ駆動装置において、負荷変
動による脱調がなく、電力スイッチング素子を破損せず
に、モータを駆動する駆動装置を提供することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の直流ブラシレス
モータの駆動装置は、モータが有する複数相の巻線に直
流電源から所定のパルス幅で順次通電するための複数の
スイッチング素子と、前記巻線に流れている電流からロ
ータ位置を検出する位置検出回路と、予め測定した無負
荷でのモータ各回転数における最適印加電圧を発生させ
るためのパルス幅のデューティデータを格納した記憶装
置と、前記モータ巻線電流を検出する電流検出回路と、
前記モータを無負荷で回転させたときの各回転数におけ
る印加電圧を、前記モータ巻線電流が最小になり実際の
負荷に見合うように印加電圧を制御してモータを駆動す
る制御装置とを備えたことを特徴とする。

【０００８】予め測定した無負荷でのモータの各回転数
における最適印加電圧を発生させるためのパルス幅のデ
ューティデータが格納されているので、まず所定の回転
数における無負荷に対応したパルスデューティ（印加電
圧）を前記スイッチング回路からモータ巻線に供給す
る。そして、電流検出回路からモータの各巻線に流れる
電流を検出する。モータが無負荷である場合には、予め
計測された最小の電流が検出される。しかしながら、モ
ータに負荷がかかっている状態では、発生させる回転磁
界よりロータの回転が遅れてくるため、電流が増大す
る。そこで、実際の負荷に対応するように、即ち、モー
タ電流が最小となるようにパルスのデューティ、即ち印
加電圧を制御する。

【０００９】このような制御によって負荷の大小に関わ
らず、またモータ効率を低下させることなく、各回転速
度に対応した最適の印加電圧（パルスデューティ）で直
流ブラシレスモータを駆動することができる。各回転数
に対応した最適な印加電圧で直流ブラシレスモータを駆
動することから、過電圧により半導体スイッチング素子
が損傷するという問題が解決され、又、ホール素子等を
使用しないことから、温度上昇或いは圧力上昇等の悪い
環境下でも、安定に直流ブラシレスモータを駆動するこ
とができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例について、図１乃至
図４を参照しながら説明する。

【００１１】図１は、本発明の一実施例の直流ブラシレ
スモータの駆動装置の全体的な回路図である。符号１は
三相交流電源であり、全波整流ダイオードブリッジ２に
よって整流され、電解コンデンサ３によって電圧が平滑
化された直流電圧が得られ、スイッチング素子群（４ａ
〜４ｆ）を介してモータ巻線６に供給される。ここで生
成された直流電圧は、スイッチング素子４ａ，４ｂ，４
ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆで任意の通電切替周期及びデュー
ティでチョッピングすることで、直流モータ５の巻線コ
イル６に任意の周波数及び直流印加電圧のパルスを形成
する。

【００１２】モータの巻線コイル６に、図２（Ａ）に示
す通電パターンで各スイッチング素子４ａ，４ｂ，４
ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆを開閉することによって、モータ
の固定子巻線であるＵ相、Ｖ相、Ｗ相には、図２（Ｂ）
に示すような電圧波形が形成される。ロータ７は、Ｎ極
とＳ極の磁極を有しているので、モータの固定子巻線Ｕ
相、Ｖ相、Ｗ相に上述したようなパルス電圧が印加され
ると、空間回転移動磁界が形成され、磁極を有するロー
タ７は空間回転移動磁界との相互作用によって回転す
る。磁極を有するロータ７の回転によって、巻線コイル
の空きコイルに発生する逆起電圧が生じ、位置検出回路
８により逆起電圧が検出され、マイクロプロセッサ９に
逆起電圧のタイミング信号が取込まれる。一方で、モー
タ巻線６に流れる電流はシャント抵抗１２によってその
両端の電圧が検出され、マイクロプロセッサ９に同様に
取込まれ、巻線電流が算定される。

【００１３】このような構成で直流モータを駆動する駆
動装置において、モータが無負荷の時の各周波数におけ
る巻線電流が最小となる直流印加電圧を発生させるパル
スのデューティのデータと、その時の巻線電流値を、図
３に示すように予めマイクロプロセサ９内のＲＯＭ１０
に格納しておく。ここで、通電切替周期Ｔ1，Ｔ2，Ｔ
3，…Ｔnはスイッチング素子４ａ〜４ｆの通電パルスの
間隔に相当するもので、モータの回転速度に対応する。
印加パルスデューティＤ1，Ｄ2，Ｄ3，…Ｄnは、通電パ
ルス幅の変調率であり、直流印加電圧に対応する。モー
タ電流値Ｉ1，Ｉ2，Ｉ3，…Ｉnは、モータを無負荷とし
て、それぞれの回転数（通電切替周期）の時の電流最小
値となる直流印加電圧（印加パルスデューティ）を与え
た時のシャント抵抗１２で検出されたモータ巻線電流で
ある。

【００１４】モータの起動時は、パルスデューティＤ1
および通電切替周期Ｔ1 で起動する。そして、電流検出
回路１２でその時の巻線電流を検出する。この時の電流
値がその周波数に対応するＲＯＭデータのモータ電流I1
より大きいときは、負荷トルク分が増えたためゲート駆
動の切り替えタイミングよりロータ位相が遅れてきてい
ると考えられるので、通電の切換周期T1を固定したまま
直流印加電圧を上昇させる。上昇させながらモータ電流
値をマイクロプロセッサにて測定する。モータへの直流
印加電圧の上昇に伴い、この周波数におけるロータの負
荷トルクに見合う印加電圧に近づくので、電流が徐々に
減少する。

【００１５】換言すれば、モータ負荷が重くなったこと
によって、ロータとステータの同期タイミングがずれ始
めると、モータ電流値が極端に上昇する。すなわちモー
タ巻線電流の上昇を直流印加電圧の不足と考え、これを
補う制御を行うのである。その後、モータの電流を検出
しながら、モータ回転数、即ち通電切替周期を、つぎに
記憶されたT2に、印加パルスデューティをT2に上昇させ
る。

【００１６】しかし、印加電圧が負荷トルクに見合う値
より大きくなってしまうと、再び電流が増え始める。す
なわち、印加電圧上昇に伴い、検出電流が減少した後、
増加しはじめた点が負荷トルクに見合う印加電圧と判断
できる。以上のように、所定の通電切替周期（パルス周
波数）でモータ電流値が最低となるような直流印加電圧
を発生させながらモータを駆動する。この動作を繰り返
して、通電切替周期Ｔｎにおけるモータ巻線電流が最小
となるデューティを見付け出して、その直流印加電圧に
固定する。

【００１７】このように、逐次、電流を追跡する制御を
繰り返しながらモータの通電切替周期（パルス周波数）
を徐々に上昇させていくことで、図４に示すようにモー
タの円滑な起動を行うことができる。即ち、図４はモー
タの起動に当たって、モータ回転速度を通電切替周期を
徐々に短くすることによって上げてゆくと共に、直流印
加電圧（パルスデューティ）を、無負荷時の値から、モ
ータ電流最小となる電圧に補正しながら定格運転状態迄
立上げていくことを示している。尚、定格回転数（Ｔn
）まで回転速度が到達した後は、逆起電圧を検知し、
一般的な方法でロータを回転させる制御法に切り替える
ようにしてもよい。

【００１８】尚、上述した実施例の説明は、直流ブラシ
レスモータを停止状態から定格回転速度迄、徐々に速度
を上昇させる起動時の印加電圧制御について説明した
が、定格速度で運転中に負荷変動を生じたような場合に
も、モータ巻線電流が最小となるように直流印加電圧が
制御されるので、負荷に見合った最適な状態で直流ブラ
シレスモータを運転することができる。又、本実施例
は、パルス幅変調回路および電流検出、比較回路等をマ
イクロプロセッサを利用して実現した１実施例であり、
各々の必要な機能を他のハードウエアを利用して実現し
た方式についても同様な効果が得られることは勿論のこ
とである。

【００１９】

【発明の効果】上述したように本発明によれば、モータ
巻線電流が最小となるように直流印加電圧を制御するこ
とで、脱調することなく、また過大なモータ電流を発生
させることなく、直流ブラシレスモータを安定に駆動す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の直流ブラシレスモータ駆動
装置の全体回路図。

【図２】（Ａ）スイッチング素子の通電パターン、及び
（Ｂ）モータ巻線Ｕ，Ｖ，Ｗ相の電圧波形の一例を示す
線図。

【図３】ＲＯＭ内記憶データの一例を示す説明図。

【図４】一定負荷、一定回転数動作における、モータ電
流、電圧を示す説明図。

【図５】本発明の一実施例の直流ブラシレスモータの起
動時の直流印加電圧制御の説明図。

【符号の説明】

１ 交流電源 ２ ダイオードブリッジ ３ 平滑用コンデンサ ４ａ〜４ｆ 電力半導体スイッチング素子 ５ 直流ブラシレスモータ ６ モータ巻線 ７ ロータ ８ 位置検出回路 ９ マイクロプロセッサ １０ ＲＯＭ １１ ゲート駆動回路 １２ 電流検出用抵抗

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータが有する複数相の巻線に直流電源
   から所定のパルス幅で順次通電するための複数のスイッ
   チング素子と、前記巻線に流れている電流からロータ位
   置を検出する位置検出回路と、予め測定した無負荷での
   モータ各回転数における最適印加電圧を発生させるため
   のパルス幅のデューティデータを格納した記憶装置と、
   前記モータ巻線電流を検出する電流検出回路と、前記モ
   ータを無負荷で回転させたときの各回転数における最適
   な印加電圧を、前記モータ巻線電流が最小になるように
   印加電圧を制御して回転を継続できるようなトルクを発
   生させる制御装置を備えたことを特徴とする直流ブラシ
   レスモータの駆動装置。