JPH01157288A - ブラシレスモータの駆動回路 - 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】 （産業上の利用分野） この発明はブラシレスモータの駆動回路に関する。

〔従来の技術〕

ロータの回転位置を位置センサで検出しながらそのロー
タの回転位置に対応する状態でモータコイルへの通電を
制御するようにしであるブラシレスモータの駆動回路が
ある。

〔発明が解決しようとする課題〕

この増のブラシレスモータの駆動回路にあつては、上記
位置センサが断線、短絡等の故障を起こしたり、或いは
モータが非回転状態になったりして位置センサからの回
転位置信号に異常が生ずると、モータが正規の回転状態
にならなくなってしまう問題点があった。

本発明は以上のような点に鑑みてなされたもので、その
目的とするところは、上記回転位置信号の異常をいち速
く検出してその異常を表示することができるようにした
ブラシレスモータの駆動回路を提供することである。

〔課題を解決する為の手段〕

上記目的を達成する為に、本願発明は前記請求の範囲記
載の通りの手段を講じたものであって、その作用は次の
通りである。

〔作用〕

指令信号入力端に回転速度を、指令する信号が入力され
ると、通電制御回路により上記↑旨令信号に対応した電
流がブラシレスモータのコイルに流される。その結果ブ
ラシレスモータのロータが回転する。上記ロータの回転
位置は位置センサにより検出され、それから出力される
回転位置信号に基づきデコーダが上記通電制御回路にデ
コード信号を与える０通電制御回路はそのデコード信号
に対応して上記モータへの通電を制御する。上記の状態
において、回転位置信号に異常が生ずるとそれを異常検
出回路が検出し異常表示を行う。

（実施例〕 以下本願の実施例を示す図面について説明する。

本例は一例としてナツトランナに適用されたブラシレス
モータを示すものである。回路をブロックで示す第１図
において、Ａはブラシレスモータ、Ｂはその駆動回路を
示す、上記ブラシレスモータＡは一例として三相四極の
ものが用いである。このブラシレスモータＡは例えば第
２図に示されるように、ステータ３ａとロータ３ｂとか
らなり、ステータ３ａはＵ、Ｖ、Ｗの三つのコイルを備
えており、又ロータ３ｂは永久磁石を備えて構成されて
いる。

次に上記駆動回路Ｂにおいて、１は指令信号入力端、２
は通電制御回路、４は位置センサで、−例としてホール
ＩＣを使用したものが用いられている。５はデコーダ、
６は速度フィードバック回路、７は電流フィードバック
回路、８は異常検出回路、９は設定トルク値停止回路、
１０は起動時誤停止防止回路を夫々示す。

上記通電制御回路２は符号１１〜２３で示される夫々周
知の部材を用いて構成されている。１１はスタート信号
入力端、１２はアナログスイッチ、１３は加算器、１４
は速度アンプ、１５は加算器、１６は電流アンプ、１７
はＰＷＭ回路で、三角波発生回路１８と比較器１９とか
ら構成しである。２０はゲート回路、２１は直流電源、
２２はトランジスタブリッジ、２３は電流センサを夫々
示す、電流センサ２３としては例えばホールＩＣや抵抗
器が用いられる。

次に上記位置センサ４は例えば第３図に示されるように
、上記ブラシレスモータＡのロータ３ｂにおける回転中
心３ｂ’　を中心にして相互に６０度の間隔を隔てて配
列された三つのホールＩ　Ｃ３１，３２，３３から構成
され、各々のホールＩＣが第１図に符号１１Ａ、　ＨＢ
、　ＩＩｃで示される回転位置信号を出力するようにな
っている。

次に上記速度フィードバック回路６は夫々周知のパルス
逓倍回路２４とｆ−Ｖ変換回路２５とから構成しである
。

次に電流フィードバック回路７は夫々周知の全波整流回
路２６と平滑回路２７から構成されている。

次に上記通電制御回路２におけるトランジスタブリッジ
２２と電流センサ２３及びブラシレスモータＡのコイル
との相互関係は例えば第４図に示されるように構成され
ている。図において、トランジスタブリッジ２２はＴｒ
ｉ〜Ｔｒ６で示されるトランジスタをもって構成され、
これらとモータＡにおけるコイルＵ、Ｖ、Ｗとは図示の
如（結線しである。

電流センサ２３は上記トランジスタに対して図示のよう
に結線しである。

次に設定トルク値停止回路９は、ブラシレスモータＡに
おけるロータの回動トルクが予め設定した値になったと
きに該モータＡの停止制御をする為のものである。該回
路９において、７１はトルク値設定器で、停止制御を行
なうトルク値を使用者が設定する為のもので、例えば電
圧設定器を用いる。

７２は周知の比較器、７３はランチ回路、７４はラッチ
回路のリセット端子である。

次に起動時誤停止防止回路１０は、モータＡの起動時に
上記設定トルク値停止回路９が誤作動することを防止す
る為のものである。該回路１０において、７５はソフト
スタート回路で、モータ起動時の起動電流を減少させる
為のものであり、例えばコンデンサと抵抗によるＣＲ−
次遅れ回路が利用される。

７６は停止制御阻止回路で、モータＡの起動時に上記停
止回路９の動作を抑圧する為のもので、タイマ７７とア
ンド回路７８とで構成しである。

次に第１５図はナツトランナの構成例を示すものである
。８１は減速機で、その入力軸は前記モータＡにおける
ロータに連結してあり、出力軸８１ａにはボルト８３や
ナンドに被せ付ける為のボックス８２が連結しである。

尚８４は駆動回路Ｂの各ブロックに動作用の直流を供給
する為の電源を示している。

次に上記ナツトランナによるボルト締め及びその場合に
おける駆動回路Ｂの動作を説明する。先ずボックス８２
をボルト８３に被せる。この状態において入力端１にモ
ータの回転速度を指令する指令信号（アナログ電圧）ｅ
ｉが入力される。又スタート信号入力端１１にスタート
信号ＭＳが入力されるとアナログスイッチ１２がＯＮと
なる。すると上記指令信号ｅｉはソフトスタート回路７
５を通すことにより第１４図山）に示す如く立ち上がり
を緩やかにした状態で加算器１３に与えられる。加算器
１３は指令信号ｅｉと速度フィードバック信号Ｎｆとの
偏差を演算し、速度偏差信号を出力する。速度偏差信号
は速度アンプ１４で増幅され、その出力信号が電流信号
Ｎｅとして加算器１５に与えられる。加算器１５は上記
信号Ｎｅと電流フィードバック信号ｊｆとの偏差を演算
し、その偏差に対応する電流制御信号ｉｏを出力する。

電流制御信号ｉｅは電流アンプ１６で増幅され、次にＰ
ＷＭ回路１７においてパルス幅変調され、ＰＷＭ回路の
出力信号はゲート回路２０に与えられる。一方位置セン
サ４からはブラシレスモータＡのロータの回転位置に対
応した回転位置信号ＨＡ、ＨＢ、　ＨＣが第６図の如き
態様で出力される。この回転位置信号はデコーダ５によ
ってデコードされ、デコーダ５は第７図に示す如きデコ
ード信号をゲート回路２０に与える。上記のような信号
がゲート回路２０に与えられることにより、ゲート回路
２０においてＰＷＭ回路の出力信号はデコーダ回路５で
デコードされた信号の開閉を行う、上記ゲート回路２０
の出力信号はトランジスタブリッジ２２に与えられ、そ
れにおける対応したトランジスタを第８図に示される如
＜ＯＮ、ＯＦＦする。トランジスタブリッジ２２のトラ
ンジスタがＯＮすると、ブラシレスモータＡにおいて上
記ＯＮしたトランジスタに対応するコイルにそのトラン
ジスタを介して直流電源２１から電圧が印加される。そ
の結果モータＡにおける各コイルＵ、Ｖ、Ｗの電圧は第
９図の如き状態となり、モータＡのロータが回転する。

尚図示はしないが、第８．９図においてトランジスタの
ＯＮ状態及びモータコイルへの電圧印加状態は、ＰＷＭ
変調されている。

上記回転状態において、位置センサ４からの回転位置信
号は第６図の如く変化していく、この信号は速度フィー
ドバック回路６におけるパルス逓倍回路２４でパルス数
が増やされ、変換回路２５でロータの回転数に比例した
電圧信号に変換される。その変換された電圧信号は速度
フィードバック信号Ｎｆとして前記加算器１３に加えら
れ、前記指令信号ｅｉと速度フィードバック信号Ｎｆと
の偏差信号に補正が加えられる。そしてその補正が加え
られた信号は速度アンプ１４にて増幅される。

又上記のようにモータのコイルに電流が流れるとその電
流は電流センサ２３でもって電圧信号として検出される
。その検出信号は電流フィードバック回路７における全
波整流回路２６で全波整流され、平滑回路２７で平滑さ
れ、その出力信号が電流フィードバック信号ｉｆとして
加算器１５に加えられ、前記信号Ｎｅと電流フィードバ
ック信号Ｈとの偏差信号に補正が加えられる。補正が加
えられた信号は前記電流アンプ１６で増幅される。

上記のような経過を経てモータの回転が持続し、その結
果、先の各偏差が最小になるような回転にモータＡのロ
ータの回転が制御される。

上記の如きモータＡのロータの回転により、減速機８１
を介してボックス８２が回転され、ボルト８３は順次ね
じ込まれていく。

やがてボルト８３が着座すると、ボックス８２、減速機
８１を介してモータＡのロータに加わる負荷が次第に増
大し、ロータの回転速度が次第に低下する。

すると上記速度フィードバック信号Ｎｆが次第に減少す
る為、上記速度偏差信号が次第に増大し、電流信号Ｎｅ
が対応して次第に増大する。その結果電流制御信号ｉｅ
が次第に増大し、モータＡのコイルへの電流が次第に増
大され、ロータの回転トルクが次第に増大する。これに
より上記ボックス８２によるボルト８３の締付トルクが
次第に増大する。

設定トルク値停止回路９においては、トルク値設定器７
１から設定された締付トルク値に対応する電圧の設定信
号Ｖｅが比較器７２に与えられている。また比較器７２
には上記電流フィードバック信号ｉｆも与えられている
。比較器７２は再入力信号を比較する。上記のようにモ
ータのコイルへの電流の増大によってボルト８３の締付
トルクが増大していく過程においては、上記電流フィー
ドバック信号ｉｆが対応して増大する。やがてボルト８
３を締付けるトルクが所定のトルク値（トルク値設定器
７１に設定したトルク値）に達すると、第１４図のｆｄ
）の如く電流フィードバック信号ｉｆの値が設定信号Ｖ
ｅの値に達し、比較器７２はｉｅ）の如き出力信号を生
ずる。

この出力信号がアンド回路７８を通してランチ回路７３
に与えられると、ラッチ回路７３の出力は第１４図の（
幻のようになる。該回路７３の出力即ちゲート遮断信号
が前記ゲート回路２０に与えられて該ゲート回路２０が
遮断となり、トランジスタブリッジ２２の全トランジス
タはオフとなる。その結果モータＡのコイルには電流が
供給されなくなり、モータは停止する。このようにして
ボルト８３は所定のトルク値にまで締められる。

上記締付が完了すればボックス８２をボルト８３から外
すと共に、前記信号ｅＬ　ＭＳを停止し、また、端子７
４を介してランチ回路７３をリセットすることにより一
つのボルト締めが完了する。

次に、起動時誤停止防止回路１０は次のようにしてモー
タの起動時の誤停止を防止する。

先ずソフトスタート回路７５は前述のように信号ｅｉの
立ち上りを緩やかにすることにより、第１４図のｆｄ）
に符号８５で示される如くモータの起動電流を減少させ
る。その結果、起動時に回路９が作動することを防止す
る。

一方、停止開扉阻止回路７６においては、スタート信号
ＭＳが入力されると、第１４図の（Ｃ）に示されるよう
に、タイマ７７が作動を開始し、それがタイムアツプす
るとアンド回路７８に信号を与える。従って、アンド回
路７８にその信号が与えられない間は比較器７２の出力
があってもラッチ回路７３には信号が与えられない。上
記タイマ７７がタイムアツプするまでの時間Ｔは、モー
タの立ち上りの後、その起動電流が低下して通常の電流
値になるまでの時間ＴＩ　（例えば数十〜数百ミリ秒）
より長く、かつ一つのボルトの締付に要する時間Ｔ２よ
り短か（設定される。従って起動時における誤った停止
制御が防止される。

次に上記異常検出回路８を詳細に示す第５図について説
明する。該回路８は、夫々前記回転位置信号）ＩＡ、　
ＨＢ、　ＨＣを入力するようにした入力端３５゜３６、
３７と、前記スタート信号ＭＳを入力するようにしたス
タート信号入力端３８と、センサ異常検出部４０及び非
回転検出部４１を有する。尚６０はプルアップ抵抗であ
る。

上記センサ異常検出部４０において、４２は１判別手段
で、ＡＮＤ回路４３、ＮＯＲ回路４４、ＯＲ回路４５か
ら構成しである９次に４６はラッチ（記憶）回路で、入
力に判別手段４２からのＨ信号が入ると出力がＨ状態の
ままとなるようにした回路であり、次に述べる表示回路
の表示状態を持続させる為に用いられたものである。４
７は表示回路で、発光ダイオード、或いはブザー等を表
示動作させるようにしたものである。

次に上記非回転検出部４１において、５０は判別手段を
示す、該判別手段５０は信号合成回路５１とタイマ抑圧
口′ａ５２とタイマ回路５３とから成る。上記信号合成
回路５１は回転位置信号ＨＡ、　）ＩＢ、　ＨＣを受け
てそれらに対応してり、Ｈが変化する信号を出力するよ
にした回路であり、そのような信号を出力することによ
り上記回転位置信号！（Ａ、　ＨＢ、　ＨＣの全てが正
常にり、Ｈの変化をしていることを確認するようにしで
ある。上記回路５１は図示の如く排他的ＯＲ回路５４．
５５を用いて構成しである０次にタイマ抑圧回路５２は
パルスを通し直流をカットするようにしたコンデンサＣ
１と、バイアス抵抗Ｒ１，Ｒ２と、トランジスタＱとか
ら構成しである０次にタイマ回路５３はタイマ用ＩＣ５
６とそれに接続したタイムセット用のコンデンサＣ２及
び抵抗Ｒ３からなる。これらのコンデンサ及び抵抗によ
るタイムセットは、信号合成回路５１の出力信号の１Ｆ
＠期ｔ　（第１０図参照、尚この１周期ｔの一例は、ロ
ータが６５００ｒｐ糟程度の高速回転の場合は１．５４
ｍ５程度、１ｒｐｓ程度の低速回転の場合は１６７ｍ５
程度である）よりも充分に太き（（例えば１０秒乃至２
０秒程度）とっである。

次に５７はＡＮＤ回路、５８は上記ラッチ回路４６と同
様の目的のラッチ回路、５９は上記と同様の表示回路を
夫々示す。

上記構成のものにあっては、モータのロータが正常に回
転し回転位置信号ＨＡ、　ＨＢ、　ＩＣが正常の時には
、それら回転位置信号及び非回転検出部４１における信
号合成回路５１の出力信号は夫々第１０図のようになる
。従って、センサ異常検出部４０における判別手段４２
は出力を生ずることがなく　（出力信号がＨレベルとな
ることはなく）表示回路４７は表示動作をしない、又非
回転検出部４１においては上記信号合成回路５１の出力
信号によりタイマ抑圧回路５２のトランジスタＱが周期
的にＯＮされる。

その結果タイマ回路５３のコンデンサＣ２が周期的に放
電され、タイマ回路５３はタイムアツプすることは無い
。従ってタイマ回路５３の出力端子５６ｂはＬレベルの
ままである。即ち、判別手段５０は出力を生じない。こ
の為ＡＮＤ回路５７の出力も無く、表示回路５９は表示
動作を行わない。

次に回転位Ｗ、信号に異常がある場合について説明する
。

回転位置信号の異常の例としては位置センサの信号線の
断線や短絡の場合がある。又断線或いは短絡があっても
モータのロータが回転する場合と回転しない場合とがあ
る。

上記のような種々な異常例のうち先ず、回転位置信号Ｈ
Ａの信号線が断線してＨレベルのままとなり、一方ロー
タは正常な回転ではないが回転を続けた場合について説
明する。この場合においては回転位置信号は第１１図の
ようになる。この状態での回転過程において、符号６１
で示される区間のように全ての回転位置信号がＨレベル
になると、ＡＮＤ回路４３の出力がＨレベルとなってＯ
Ｒ回路４５の出力がＨレベルとなる。即ち、判別手段４
２が判別信号を出力する。するとラッチ回路４６の出力
がＨレベルとなり、表示回路４７が表示動作を行って異
常を知らせる。

次に、位Ｗ、信号ＨＡの信号線が短絡してＬレベルのま
まとなりかつロータが回転した場合には、回転位置信号
は第１２図のようになる。この場合において符号６２で
示された区間のように全ての回転位置信号がＬレベルと
なると、ＮＯＲ回路４４の出力がＨとなってＯＲ回路４
５の出力がＨレベルとなる。

即ち、判別手段４２は判別信号を出力する。その結果上
記の場合と同様表示回路４７が表示動作を行う。

次に、上記信号線の断線或いは短絡を問わずロータが回
転しない場合には、上記各回転位置信号は夫々Ｈ又はＬ
レベルの一定信号となる。従って、非回転検出部４１に
おける信号合成回路５１の出力信号は第１３図の如くＨ
又はＬレベルの一定信号となる。この為、その信号は抑
圧回路５２のコンデンサＣ１で遮断され、トランジスタ
ＱはＯＦＦしたままとなる。すると、モータの回転スタ
ート信号ＭＳがトリガー入力端子５６ａに入力されてタ
イマ動作をスタートしたタイマ回路５３は、コンデンサ
Ｃ２、抵抗Ｒ３で決まる時間が経過すると出力端子５６
ｂが第１３図の如くＨレベルとなる。即ち、判別手段５
０が判別信号を出力する。するとＡＮＤ回路５７の出力
がＨレベルとなり、ランチ回路５８の出力がＨレベルと
なって表示回路５９は表示動作を行い異常を知らせる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明にあっては、異常検出回路８によっ
ていち速くモータ異常をキャッチしてその対処にあたる
ことのできる効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本願の実施例を示すもので、第１図はブラシレス
モータの駆動回路のブロック回路図、第２図はブラシレ
スモータのステータ、ロータ及びコイルを示す図、第３
図はロータの位置センサ部を示す図、第４図はトランジ
スタブリフジ回路とモータコイルと電流センサとの関係
を示す回路図、第５図は異常検出回路のブロック回路図
、第６図乃至第１３図は動作説明用波形図、第１４図は
設定トルク値停止回路の作動説明用波形図、第１５図は
ナツトランナの構成を略示する図。 Ａ・・・ブラシレスモータ、Ｂ・・・駆動回路、１・・
・指令信号入力端、２・・・通電制御回路、４・・・位
置センサ、５・・・デコーダ、８・・・異常検出回路。 第２図　　　　第３図 Ｗ 第４　図 ε− 第　５　図 第６図 第７図 第８図 五も 第９図 Ｗｌし′占」′ 第１０図 第１１図 で 第１２図 第１３図 クイｚ７・ソ７″ 第４図 （ａ）　　スフート伯号ＭＳ　　　−一一一一−Ｆ−−
−−−−−−−−（ｆ）　　Ｙ二「回爲７８の出力 （ｇｌ　　ラッチ［躇７３め出力 第１５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　指令信号入力端と、指令信号に対応してモータコイル
   への通電を制御する通電制御回路と、ブラシレスモータ
   におけるロータの回転位置を検出して回転位置信号を出
   力する位置センサと、回転位置信号に基づいて上記通電
   制御回路にデコード信号を与えるデコーダと、位置セン
   サの異常を検出する異常検出回路とからなるブラシレス
   モータの駆動回路。