JPH10108490A - ブラシレスモータの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電磁騒音が低く、しかもスイッチング損失が
小さい「ブラシレスモータの制御装置」を提供する。 【解決手段】 電磁騒音が問題となるファンの低速回転
時にのみ、駆動電圧を、波形の立ち上がり、立ち下がり
が緩やかになるようにして、さらに比較器（３）で鋸波
と比較して出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はモータを制御する制
御装置に係り、特にブラシレスモータをその回転速度に
応じて制御するブラシレスモータの制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】直流モータは高効率であってしかも速度
と位置の制御に適した性質を備えている。ただしブラシ
がコミュニテータとのすり接触によって磨耗し、黒鉛や
金属粉が散乱するという欠点がある。ブラシレスモータ
は、この欠点を改善すべくブラシの代わりにトランジス
タ等によってモータの回転を制御するよう構成されたモ
ータである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしブラシレスモー
タでは、ブラシが無いにもかかわらずブラシがすり接触
するのと同様な電磁騒音が発生する。電磁騒音は、例え
ばブラシレスモータを空気調和装置等のファンに用いた
場合、ファンの高速回転時にあってはファンの音の方が
大きいために気にはならないものの、低速回転時には、
より低減されることが望ましい課題となっている。

【０００４】この電磁騒音は、ステータの磁界中をブラ
シレスモータの回転子（以下、ロータともいう）が回転
し、磁界が急激に変化することによってマグネットに衝
撃が加わり、さらにマグネットに取り付けられたロータ
が歪んでロータの回転に振動が生じることによって発生
するものである。よって電磁騒音を低減する方法とし
て、ブラシレスモータを駆動する電圧の波形を磁界がよ
り緩やかに変化するように変更することが考えられる。

【０００５】図４は、具体的なブラシレスモータの駆動
電圧波形の変更方法を示すものである。一般的にブラシ
レスモータを駆動するトランジスタには、図４（１）に
示す矩形パルスの波形の電圧が加えられている。しかし
図４（１）の波形の電圧は急峻に立ち上がり、立ち下が
るため、上記した電磁騒音の原因となる磁界の急激な変
化を起こしやすい。よって図４（１）の電圧波形を図４
（２）のように変更し、電圧の立ち上がりおよび立ち下
がりがより時間をかけて行われるようにすれば、ロータ
の回転による磁界もゆっくりと変化するようになり、電
磁騒音を低減することが可能になる。

【０００６】ただしこの方法は、トランジスタのスイッ
チング損失が大きくなり、トランジスタの発熱によって
失われる電力量が増すという欠点があるために、決定的
な解決策とはなり得ていない。

【０００７】本発明は、上記の点に鑑みて行われたもの
であって、低騒音であって、かつトランジスタのスイッ
チング損失の増加が無いブラシレスモータの制御装置を
提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載のブラシレ
スモータの制御装置は、ブラシレスモータを制御する制
御装置であって、ブラシレスモータを駆動するブラシレ
スモータ駆動部と、ブラシレスモータ駆動部に選択的に
駆動電圧を供給し、駆動の制御を行う駆動制御部と、駆
動電圧の立ち上がりおよび立ち下がりを緩やかにする波
形緩化部と、鋸の刃状の波形を有する鋸波電圧を発生す
る鋸波発生部と、ブラシレスモータの回転数を選択する
選択電圧を入力する選択電圧入力部と、選択電圧を所定
の基準電圧と比較する電圧比較部と、電圧比較部の比較
の結果に応じて駆動電圧を、前記波形緩化部と鋸波によ
り変更する電圧波形変更部とを有することを特徴とする
ものである。

【０００９】上記のように構成することによって、選択
電圧によって駆動電圧の変更を制御することができるよ
うになる。よって選択電圧に即した駆動電圧の変更処理
を行うことができる。

【００１０】請求項２記載のブラシレスモータの制御装
置は、前記電圧比較部は、選択電圧を、第１の基準電圧
と比較する第１の比較部および第２の基準電圧と比較す
る第２の比較部とより成ることを特徴とするものであ
る。

【００１１】上記のように構成することによって、選択
電圧を第１の基準電圧および第２の基準電圧と比較して
それぞれ対応することができる。よって選択電圧の条件
に即した駆動電圧の変更処理を行うことができる。

【００１２】請求項３記載のブラシレスモータの制御装
置は、前記電圧波形変更部は、選択電圧が第１の基準電
圧よりも高い場合には駆動電圧の波形を変更することな
く前記ブラシレスモータ駆動部に供給し、選択電圧が第
１の基準電圧よりも低く、かつ第２の基準電圧よりも高
い場合には駆動電圧の波形を前記波形緩化部により緩化
し、さらに前記鋸波発生部で発生する鋸波と比較して前
記ブラシレスモータ駆動部に供給することを特徴とする
ものである。

【００１３】上記のように構成することによって、選択
電圧が第１の基準電圧よりも低く、第２の基準電圧より
も高い場合にのみ駆動電圧を緩化、鋸波と比較すること
ができるようになる。よって第１の基準電圧を、ロータ
の低速回転時以上の電圧の下限に設定すれば、電磁騒音
が問題となる低速回転時にのみ駆動電圧波形の変更を行
うことができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は、本実施の形態のブラシレ
スモータの制御装置の構成を説明するためのブロック図
である。

【００１５】本実施の形態では、ブラシレスモータの制
御装置を空気調和装置のファンを回転させるために用い
るものとした。このようなブラシレスモータを有する空
気調和装置では、操作者によってコントロールパネル等
からファンの回転速度が選択され、これに応じた値の電
圧が入力されてロータの回転が開始する。一般的なブラ
シレスモータは、図示しないロータの位置を検出するロ
ータ位置検出部１２と、ロータ位置検出部１２の検出し
たロータ位置に応じてロータ駆動部２０に選択的に電力
を供給するロータ回転制御部１１と、入力電圧と共にロ
ータの回転速度の決定に用いられる鋸波を発生する鋸波
発生器２３とを有している。本実施の形態では、このよ
うな構成に加えて、入力電圧の値に応じて異なる信号を
出力する入力電圧制御部１５と、入力電圧制御部１５か
ら入力する信号に応じてロータ回転制御部１１が出力し
た駆動電圧の波形を切替える波形切替部１とをさらに備
えるものである。鋸波発生器２３で発生した鋸波は、入
力電圧制御部１５でロータの回転速度の制御に用いられ
ると共に波形切替部１にも入力し、電圧波形の変更にも
用いられている。

【００１６】次に、この各構成の詳細について述べる。

【００１７】図２は、本実施の形態の回路構成を説明す
る図である。本実施の形態のロータ位置検出部１２には
ホール素子２２を用い、ロータ駆動部２０は、ロータ駆
動回路４０およびＭＯＳ駆動ドライバ３０とより成って
いる。またロータ回転制御部１１に当たるブラシレス制
御理論回路２１は、ロータ駆動回路４０を構成するＭＯ
Ｓ型のトランジスタ素子２０の数だけ駆動電圧の出力端
子を備えており、電圧の出力を行う端子を切替えること
によって１ないし６のうち、どのトランジスタを通電す
るかを選択している。また入力電圧制御部１５は入力信
号平滑化回路２５，比較器３３，３５，４５とより成
る。所望のファンの回転速度に応じて端子５０から入力
された入力電圧は、入力信号平滑回路２５を介して比較
器３３に入力し、鋸波発生器２３の電圧値と比較されて
トランジスタのオン、オフ時間のデューティ比を決定す
るとともに、比較器３５，４５で端子５１、５３から入
力される基準電圧と比較されている。

【００１８】端子５１には、ファンが中程度の回転速度
で回転する電圧の下限値が基準電圧として入力してい
る。また端子５３にはファンが低速度で回転する電圧の
下限値が基準電圧として入力している。よって入力電圧
が、ファンを低速度で回転させるに相当する値であった
場合には、比較器４５からは１が出力され、比較器３５
からは０が出力される。一方、入力電圧が、ファンを中
速度で回転させるに相当する値であった場合には、比較
器４５、比較器３５のいずれからも１が出力されること
になる。

【００１９】比較器３３，３５，４５の出力信号は、い
ずれも波形切替部１に入力されている。波形切替部１
は、遅延回路２、比較器３、ＮＯＴ回路４、ＡＮＤ回路
５，６，８、ＯＲ回路７により構成され、比較器３３，
３５，４５の出力信号に基づいて、ＡＮＤ回路８から出
力する駆動電圧の波形を切替える。

【００２０】なお本実施の形態では、ロータ駆動回路４
０に用いたＭＯＳトランジスタに、ｎチャネルの素子を
用いているために、ゲート電圧を充分に上げておく必要
があるために昇圧回路９を備えている。

【００２１】以下に、波形切替部１で行われる波形切替
の処理を、端子５０から入力する入力電圧の条件ごとに
具体的に述べる。

【００２２】１．入力電圧がファン低速回転に相当する
とき ブラシレス制御理論回路２１から出力した駆動電圧は、
位置Ａでは図３（Ａ）に示すような矩形パルス波形（以
降この波形を便宜上波形Ａとも記す）を有し、さらにそ
の形状のまま波形切替部１で２方向に分岐し、遅延回路
２およびＡＮＤ回路５に入力する。このうち遅延回路２
に入力した駆動電圧は、立ち上がりおよび立ち下がりに
かかる時間が長くなるように処理されて、遅延回路１２
を通過した後の位置Ｃにおいては、図３（Ｃ）のような
波形になっている（以降この波形を便宜上波形Ｃとも記
す）。また鋸波発生器２３で発生した鋸波は、波形切替
部１の位置Ｂにおいて、図３（Ｂ）に示した形状を有し
ている（以降この波形を便宜上波形Ｂとも記す）。遅延
回路２を通ってきた波形Ｃ電圧と波形Ｂ電圧は、共に比
較器３に入力し、比較器３において波形Ｃ電圧が波形Ｂ
の電圧値よりも大きい場合にのみ信号１が出力される。
この結果位置Ｄで出力される波形は、図３（Ｄ）に示し
た形状となる（以降この波形を便宜上波形Ｄとも記
す）。波形Ｄは、供給されるトランジスタのスイッチン
グ損失を低下することもなく、その上緩やかに立ち上
げ、立ち下げを行うのに好適な形状を有するものであ
る。

【００２３】端子５０から入力した電圧値がファンの低
速回転に相当する場合には、比較器４５から信号１が出
力し、ＡＮＤ回路８に入力する。また比較器３５からは
信号０が出力し、ＮＯＴ回路４、ＡＮＤ回路５に入力す
る。ＮＯＴ回路４は信号０が入力されたことによって１
をＡＮＤ回路６に出力し、ＡＮＤ回路６にはＮＯＴ回路
４が出力する信号１と共に波形Ｄを有する駆動電圧が入
力し、波形Ｄのオン、オフのタイミングでＡＮＤ回路６
から信号１が出力される。

【００２４】一方ＡＮＤ回路５は、比較器３５が出力し
た信号０および遅延回路２を迂回してきた波形Ａの駆動
電圧が入力されることにより０を出力する。ＯＲ回路７
には、ＡＮＤ回路５が出力した０とＡＮＤ回路６が出力
した信号１が入力されるから、ＡＮＤ回路６から信号１
が波形Ｄのオン、オフのタイミングでＡＮＤ回路８に入
力する。また、比較器３３からは鋸波発生器２３で発生
した波形Ｂの電圧値が入力電圧値を上回るタイミングで
のみ信号１をＡＮＤ回路に出力し、さらに比較器４５か
らは信号１が常に出力されているから、ＡＮＤ回路８は
波形Ｄを有する電圧を、波形Ｂと入力電圧によるＰＷＭ
（PULSE WIDTH MODULATION）と呼ばれる周波数変調の処
理により決定するタイミングでＭＯＳ駆動ドライバ３０
に供給する。

【００２５】２．入力電圧がファン中速回転以上に相当
するとき 入力電圧がファンの中速回転に相当する場合にも、位置
Ａ，位置Ｂ，位置Ｃ，位置Ｄにおける電圧の波形は、前
記した入力電圧がファン低速回転に相当するときと同様
であるから説明を省き、比較器３５および比較器４５の
信号による処理についてのみ述べる。

【００２６】端子５０から入力した電圧値が、ファンの
中速回転以上に相当する場合には、比較器３５、比較器
４５からともに信号１が出力し、ＮＯＴ回路４、ＡＮＤ
回路５およびＡＮＤ回路８に入力する。ＮＯＴ回路４は
信号１が入力されたことによって信号０をＡＮＤ回路６
に出力し、ＡＮＤ回路６にはＮＯＴ回路４が出力する信
号０と共に波形Ｄを有する駆動電圧が入力し、ＡＮＤ回
路６からは信号０が出力される。一方ＡＮＤ回路５は、
比較器３５が出力した信号１および遅延回路２を迂回し
てきた駆動電圧が入力されることにより波形Ａのオン、
オフのタイミングで信号１を出力する。

【００２７】ＯＲ回路７には、ＡＮＤ回路５が出力した
信号１とＡＮＤ回路６が出力した信号０が入力されるか
ら、ＡＮＤ回路５から出力された信号１がＡＮＤ回路８
に波形Ａのオン、オフのタイミングで入力する。また、
比較器３３からは鋸波発生器２３で発生した波形Ｂの電
圧値が入力電圧値を上回るタイミングでのみ信号１をＡ
ＮＤ回路に出力し、さらに比較器４５からは信号１が常
に出力されているから、ＡＮＤ回路８はＭＯＳ駆動ドラ
イバ３０に波形Ａを有する電圧を、波形Ｂと入力電圧に
よるＰＷＭ処理により決定したタイミングで供給する。

【００２８】以上の処理により、ブラシレス制御理論回
路２１によって選択されたロータ駆動回路４０のトラン
ジスタに、入力電圧に応じて波形Ａもしくは波形Ｄの形
状を有する駆動電圧が、入力電圧によって選択された速
度で供給、または供給停止されるようになる。

【００２９】以上述べたように本実施の形態によれば、
ファンの回転速度が低回転である時にのみ駆動電圧を波
形Ｄに切替えて、ブラシレスモータの電磁騒音を低減す
ることができる。

【００３０】また電磁騒音よりもファンの回転による音
の方が大きい中速回転以上の場合には、駆動電圧を切替
えずそのままロータの駆動部に供給することによって、
不必要な場合には変換を行わないようにすることができ
る。

【００３１】また矩形パルス電圧を波形Ｃと、ロータの
回転速度制御に用いていた鋸波を比較して出力すること
により、トランジスタのスイッチング損失を増大させ
ず、その上立ち上げ立ち下げの変化が緩やかな波形Ｄの
電圧を形成することができるようなり、トランジスタの
発熱増加および電磁騒音を共に防止することができるよ
うになった。

【００３２】

【発明の効果】請求項１記載のブラシレスモータの制御
装置は、電圧比較部の選択電圧比較の結果より駆動電圧
の波形を変更する電圧波形を変更することによって、選
択された条件に応じて駆動電圧の波形を変更することが
できる。

【００３３】請求項２記載のブラシレスモータの制御装
置は、選択電圧を第１の基準電圧および第２の基準電圧
と比較することによって、選択された条件を簡易に判定
することができる。

【００３４】請求項３記載のブラシレスモータの制御装
置は、選択電圧が第１の基準電圧よりも低く、第２の基
準電圧よりも高い場合にのみ波形の変更を行うことがで
きる。よって必要な場合にのみ、駆動電圧波形の変更を
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のブラシレスモータの制御装置の構成
を示すブロック図である。

【図２】 図１のブラシレスモータの制御装置をより詳
細に説明する回路構成図である。

【図３】 従来のブラシレスモータの駆動電圧波形を説
明する図である。

【図４】 本発明のブラシレスモータの駆動電圧波形を
説明する図である。

【符号の説明】

１…波形切替部、 ２…遅延回路、３、３３、３５、４
５…比較器、４…ＮＯＴ回路、 ５、６、８…ＡＮＤ回
路、２１…ブラシレス理論制御回路、３０…ＭＯＳ駆動
ドライバ、 ４０…ロータ駆動回路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ブラシレスモータを制御する制御装置で
   あって、 ブラシレスモータを駆動するブラシレスモータ駆動部
   （３０，４０）と、 当該ブラシレスモータ駆動部（３０，４０）に選択的に
   駆動電圧を供給し、駆動の制御を行う駆動制御部（１
   １）と、 駆動電圧の立ち上がりおよび立ち下がりを緩やかにする
   波形緩化部（２）と、 鋸の刃状の波形を有する鋸波電圧を発生する鋸波発生部
   （２３）と、 ブラシレスモータの回転数を選択する選択電圧を入力す
   る選択電圧入力部（５０）と、 選択電圧を所定の基準電圧と比較する電圧比較部（３
   ５，４５）と、 当該電圧比較部（３５，４５）の比較の結果に応じて駆
   動電圧を、前記波形緩化部（２）と鋸波により変更する
   電圧波形変更部（１）とを有することを特徴とするブラ
   シレスモータの制御装置。
2. 【請求項２】 前記電圧比較部（３５，４５）は、選択
   電圧を、第１の基準電圧と比較する第１の比較部（３
   ５）および第２の基準電圧と比較する第２の比較部（４
   ５）とより成ることを特徴とする請求項１記載のブラシ
   レスモータの制御装置。
3. 【請求項３】 前記電圧波形変更部（１）は、選択電圧
   が第１の基準電圧よりも高い場合には駆動電圧の波形を
   変更することなく前記ブラシレスモータ駆動部（３０，
   ４０）に供給し、選択電圧が第１の基準電圧よりも低
   く、かつ第２の基準電圧よりも高い場合には駆動電圧の
   波形を前記波形緩化部（２）により緩化し、さらに前記
   鋸波発生部（２）で発生する鋸波と比較して前記ブラシ
   レスモータ駆動部（３０，４０）に供給することを特徴
   とする請求項１または２のいずれかに記載のブラシレス
   モータの制御装置。