JPS62171489A - ブラシレスモ−タ駆動制御装置 - 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】 （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ッ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、マグネッ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、常に振動や騒音の少ないブラシレスモータ駆
動制御装置を提供することを目的とし。

マグネットロータの磁極位置検知信号の時間間隔より所
定の電気角に相当する通電重なり時間を算呂し、それに
応じて各ステータコイルの通電時間を制御し、常時所定
の電気角の通電重なり時間を設けるようにしたものであ
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、各ステータコイルへの通電重なり時間を、磁極
位置検知信号の時間間隔より算出し、常時、所定の電気
角だけの通電重なり時間を設けるようにしたので、振動
や騒音を最小にした最適駆動状態が得られる。

（へ）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５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、すとマグネットロータ２およびその磁極位置
を検知するためのホール素子Ｈ１，Ｉ＋　２　、１１　
ｓより成るブラシレスモータである。０１〜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０１〜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、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１（ｔ、）＋２．Ｈｓ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、Ｓすはブラシレス
モータの起動と停止を指令する操作スイッチである。

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

このブラシレスモータ駆動制御装置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。

第２図において、Ｓｖのオンにより起動操作すると、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）０
次いで、タイマ５への時間設定をゼロにする（同図処理
１２）。

次にホール素子１１＋　、　Ｈ２，＋１３からの磁極位
置検知信号Ｕｉ、ＶｉＪｉ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＝”）Ｉ”、Ｖｉ　＝　”Ｌ”、Ｗｉ＝
”Ｌ”（以下、　Ｕｉ・Ｖｉ−！７ｉ＝”ｌＩ・し・Ｌ
ｌ＋のように示す）であったとすると（第２図処理１３
）、マイクロコンピュータ４は、トランジスタ０１と０
６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１４、第３図（ｄ）　、　（ｉ））。

次いで、タイマ５をスタートさせる（同図処理１５）。

タイマ５は設定された時間になるとタイムオーバ信号を
出力するものであり、設定値がゼロのいまはスタート指
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１６）、
トランジスタＱ５をオフするよう制御する（第２図処理
１７、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、υ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、Ｓｖのオフにより停
止操作が行なわれていないことを確認しく第２図処理１
８のＮ）、カウンタ６の測定時間Ｔｄを読み込む。カウ
ンタ６は磁極位置検知信号Ｕｉ、　Ｖｉ。

Ｗｉの変化時点相互の各時間間隔をカウントするもので
あるが、この変化時間を経過していない起動直後は測定
時間Ｔｄ＝０を示している（第２図処理１９）。

このブラシレスモータ駆動制御装置は、ステータコイル
への通電期間が一定の割合で重なるようにするため、上
記測定時間Ｔｄに基づいて、この通電型なり時間（以下
、導通時間という）Ｔ９を算出する。第２図処理２０〜
２３は、この時間ＴＱを算出するための後述する処理で
あるが、このとき測定時間Ｔｄ＝Ｏであるので、上記時
間もＴｆｌ＝０になる１、次いで、この導通時間Ｔｆｌ
をタイマ５に設定する（同図処理２３）。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
）ｌ：示すように磁極位置検知信号Ｕｉ、　Ｖｉ、　Ｗ
ｉ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２４）、処理１３に戻る。

第３図の例で、次に磁極位置検知信号Ｕｉ−Ｖｉ−Ｗｉ
＝パＨ・１！・１．″を検知すると、前記と同様の手動
でトランジスタＱ２と０６をオンし、トランジスタＱ１
をオフする（第３図（ａ）〜（ｃ）　、　（ｅ）　、　
（ｉ）　）。・ここで、すでにオンされているトランジ
スタ０６を再びオン制御するのは、いまの磁極位置検知
４８号の状態から起ｌ！ｌＩ指令された場合においても
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。

この間、前記と同様に停止操作されていないことを確認
しく第２図処理１８のＮ）、測定時間Ｔｄを読み込んで
導通時間Ｔｉ１ｌを算出し、タイマ５を設定する（同図
処理１９〜２３）。この時もまだ磁極位置検知信号Ｌｌ
ｉ、　Ｖｉ、　Ｗｉは１回しか変化しておらず、その時
間間隔は検知されていないので、測定時間Ｔｄ＝０であ
り、導通時間下ＱもまたＴＱ＝０となってタイマ５に設
定される。

そして、変化する次の磁極位置検知信号Ｕｊ、、　Ｖｉ
。

Ｗｉを検知すると（第２図処理２４）、再び処理１３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、　Ｕｉ４ｉ−Ｗｉ＝”Ｌ・Ｈ・Ｌ”
となり（第２図処理１３）、前記と同様の手順でトラン
ジスタＱ２と０４をオンし、０６をオフする（同図処理
２５〜２８゜第３図（ｅ）　、　（ｇ）　、　（ｉ））
。このとき１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はさらに回転する。

この間、前記と同様に停止操作されていないこと確認し
く第２図処理１８のＮ）、測定時間Ｔｄを読み込む（同
図処理１９）。このとき、第３図のＴｄ＋で示す時間が
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０１をオンする期間をＴＱ時間引きのばす
と、ステータコイルｕ、　ｖ、　ｔｙへの通電は■と■
がＴＱ時間だけ重なるようになる。このように各トラン
ジスタ０１〜０６のオン期間をＴＱ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。

この通電を重ねる割合を、ブラシレスモータｌの負荷の
大きさや特性に応じて一定の値に設定すると、駆動トル
クに生じるリップルが小さくなり。

ブラシレスモータの振動や騒音を減少させることができ
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、上記通電を
重ねる割合を導通角として電気角で指定すると、所望の
導通角に応じた導通時間ＴＱを測定時間Ｔｄから算出す
ることができる。

いま、例えばこの通電角が電気角３０°に設定されてい
るとすると、ロータ２が定速回転している定常運転時に
は、導通時間ＴＱは測定時間Ｔｄから次式より求めるこ
とができる。

一方、起動時にはロータ２の回転速度が徐々に上昇して
おり、一定電気角に相当する時間は徐々に短かくなって
いる。このため、上記（１）式より求めた導通時間Ｔｆ
ｌは、第４図に示すように電気角１２０°の時間経過し
て用いる時点では、実際の電気角３０°よりも長くなる
。そこで、起動時の回転速度が、起動時間Ｔｋのｎｎに
一定の上昇率で定常回転速度に達すると仮定し、起動時
間Ｔｋの期間においては、導通時間ＴＱを次式より求め
る。

ＴＱ＝−ＴｄＸｋ　　　　　　　　・・・・・（２）こ
こで、ｋは上記回転速度の上昇率の逆数である。

さて、マイクロコンピュータ４は処理１９において第３
図（ｃ）に示す測定時間Ｔｄ＋を読み込むと、予め設定
されている上記起動時間Ｔｋが経過しているかどうか判
断する（第２図処理２０）。いま、上記時間Ｔｋは経過
していないので、上記（２）式より導通時間ＴＱが算出
される（第２図処理２０のＮから処理２２）。次いで、
この導通時間ＴＱをタイマ５に設定する（同図処理２３
）。

そして、変化する次の磁極位置検知信号Ｕｉ、　Ｖｉ、
ｖｌを検知すると（第２図処理２４のｖ）、再び処理１
３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−）
１”トなり（第２図処理１３）、前記と同様の手順でト
ランジスタＱ４と０３をオン（第２図処理２９、第３図
（ｆ）　、　（ｇ））、タイマ５をスタートさせる（第
２図処理３０）。タイマ５にはいま導通時間ＴＱが設定
されているので、マイクロコンピュータ４は、導通時間
ＴＱ経過後、タイマ５よりタイムオーバ信号を受は取り
（第３図処理３１の■）、トランジスタＱ２をオフする
（同図処理３２）。

この結果、第３図Ｔｄ＋で示した測定時間Ｔｄに基づい
て電気角３０°に相当する導通時間ＴＱが設定され、第
３図ＴＱ＋で示すようにトランジスタＱ２のオフ時間が
引きのばされて、同図（ｊ）に示すように通電方向の■
と■が電気角３０°の期間型なるようになる。

この後、前記と同様に処理１９〜２３において、第３図
Ｔｄ２で示した測定時間Ｔｄを読み込んで、それに基づ
いて算出された導通時間ＴＱがタイマ５に設定される。

これにより、次に磁極位置検知信号Ｄｉ、Ｖｉ、　Ｗｉ
が変化したとき、第３図（ｇ）に示すようにトランジス
タＱ４をオフする時間が導通時間ＴＱ２だけ長くなり、
同図（ｊ）に示すように通電方向■と■がこの時間型な
るようになる。

このように磁極位置検知信号Ｕｉ、Ｖｉ、　Ｗｉが変化
するごとにスタータコイル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３３〜３６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、以上の通電制御が繰り切され
、マグネットロータ２が定常回転速度になるまで徐々に
速度を上げながら連続回転する。

マイクロコンピュータ４は、前記のように起動後の時間
経過を監視しており、起動時間Ｔｋが経過すると（第２
図処理２０のＹ）、定常回転数に達したと判断し、導通
時間ＴＱは前記（１）式で算出する（第２図処理２１）
。これにより、導通時間Ｔｆｌは回転速度が上昇中には
前記（２）式で、また定常速度になると前記（１）式で
算出するようになり、第３図（ａ）〜（ｊ）に示すよう
に測定時間Ｔｄｉに対して常に一定電気角に相当する導
通角Ｔｌ１ｌｉが正確に設定される。

一方、詩をオフし停止操作すると、第２ｒＩ！Ｉ処理１
８において、それが検知され、マイクロコンピュータ４
の動作は終る（第２図処理１８のＶ）。

以上のように、本実施例のブラシレスモータ駆！ＦＩＪ
制御装置は、各ステータコイルへの通電期間の重なりを
電気角で設定しておくと、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
通電型なり時間を算出し、その時間に基づいて正確で安
定した通電制御が行なわれる。

これにより、ブラシレスモータの駆動トルクのリップル
が最小になり、振動や騒音が最も減少するように、上記
通電期間の重なり電気角を予め設定しておくと、常にそ
の状態で安定して運転できるようになる。

なお１本実施例では負荷が一定で起動時間が予めわかっ
ている場合を示したが、運転ごとに負荷が変わり、起動
時間が不定のときの実施例を第５図に示す。この場合、
同図に示すように、前回測定した測定時間Ｔｄｉをメモ
リに格納してから今回の測定時間Ｔｄｉや１を読み込む
（同図処理３７．処理１９）。次に、測定時間Ｔｄｉと
Ｔｄｉ＋＋の変化を算出し、この変化が一定値を滅える
ときは（同図処理３Ｂのｖ）、起動中であると判断し前
記（２）式より導通時間ＴＱを求める。

このとき、定数には次のように求める。上記測定時間Ｔ
ｄｉからＴｄｉや１への変化は、電気角６０°に相当す
る時間にブラシレスモータの回転数が上昇して生じた変
化である。一方、上記（２）式により算出する導通時間
Ｔｆｌは、測定時間Ｔｄの時点から電気角１２０°後に
用いる値であるので、として求める（同図処理３９）６ また、処理３８において上記変化がないときは（同処理
Ｎ）、定常回転数に達したと判断する。その後の他の処
理は第２図と同様に実行する。

このようにすれば、負荷が一定でない場合においても本
発明が適用できる。

更に、本実施例では磁極位置検知信号Ｕｉ、　Ｖｉ。

Ｖｉが変化するごと、つまりこの信号の１周期に６回測
定時間Ｔｄｔ＆読み込んで各々の導通時間Ｔｉ１ｌを算
出するようにしたが、この測定時間Ｔｄの読み込みは例
えば上記１周期で１回にしてその値に基づいて各々の導
通時間ＴＱを算出するようにしてもよく。

上記読み込みの頻度は任意に設定できる。

（ト）発明の効果 以上のように本発明によれば、設定された電気角に相当
する通電型なり時間が磁極位置検知信号の時間間隔に基
づいて算出され、正確な通電制御が行なわれるので、振
動や騒音が最小しこなる上記電気角を予め設定しておく
と、常にその状態で安定して運転できるようになる。

【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
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、男４図は導通角の
説明図、第５図は第２図における一部を変更したフロー
チャートである。 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、１１１〜
Ｈ３・・・ホール素子、　Ｕ、Ｖ、Ｕ・・・ステータコ
イル、０１〜０６・・・　トランジスタ、Ｓす・・・ス
イッチ。 ＼、−一ノ′ −Ｎｌ［）’ ５　；　　≧　　　　　　　ｏｏｓ 第５図 ；駕ｕ＋！１８　；＼；′ノ 処理２４へ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　検知素子で検知するマグネットロータの磁極位置検知
   信号が変化するごとに、スイッチング素子の１つをオン
   し、他の１つをオフすることにより、各ステータコイル
   に所定の方向と順序で順次通電して回転させるブラシレ
   スモータ駆動制御装置において、設定された電気角に相
   当する通電重なり時間を上記磁極位置検知信号の時間間
   隔に基づいて算出し、上記各スイッチング素子をオフす
   るタイミングを上記通電重なり時間だけ遅らせると共に
   、上記時間間隔の測定時点から上記スイッチング時点ま
   でのマグネットロータ回転速度の変化に応じて上記オフ
   タイミングを補正することを特徴とするブラシレスモー
   タ駆動制御装置。