JPH0223091A - ブラシレス直流モータ駆動回路 - 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 本発明はブラシレス直流モータ駆動回路に係り、特にブ
ラシレス直流モータの巻線への供給信号の波形の歪みを
防止するブラシレス直流モータ駆動回路に関する。

従来の技術 一般的にブラシレス直流モータは永久磁石よりなる回転
子と、複数の巻線を有する固定子とよりなり、このブラ
シレス直流モータを駆動する駆動回路は固定子に対する
回転子の回転角度を検出する回転角度検出回路と、回転
角度検出回路の出力信号より各巻線を駆動する駆動信号
を発生する駆動信号発生回路と、外部からの入力される
Ｌｌｌ　１２１１信号の大きざに応じて駆動信号の大ぎ
ざを可変するゲイン可変回路と、ゲイン可変回路からの
出力信号を受けて電力増幅してモータ巻線に供給するバ
ワー回路とより構成されていた。

また、通常従来の駆動回路では過大な制御信号入力によ
るパワー回路の飽和に対する防止技術として、ＩＩＩ御
信号のレベルをパワー回路が飽和しない範囲でのみ動作
させていた。例えば、電源電圧１２Ｖに対して巻線に加
わる最大電圧を通常の使用範囲内での使用では約７Ｖ程
度に制限していた。

発明が解決しようとする課題 しかるに、従来の駆動回路で制御信号レベルを制限せず
に速度サーボや位相υ−ボを掛けてモータの制御を行な
おうとすると、起動時や過負荷時に基準速度や基準位相
に対してモータ回転速度や回転位相がやや遅くなり、速
度誤差や位相誤差が増大するため、制御信号が過大に入
力され、ゲイン可変回路のゲインが最大となり、パワー
回路の入力信号が過大となるので、モータ巻線には、こ
の時可能な最大のパワーが加えられる様になる。

このため、モータ巻線印加電圧はパワー回路に供給され
ている電ｍ’ｒ：、圧で制限される電圧まで増大、いわ
ゆるパワー回路が飽和し、駆動信号波形が歪ｌυで矩形
波的になるため、モータの駆動１−ルクに異常に大きい
トルクムラが発生して、機械的振動や騒音が大きくなり
、また、モータ巻線はがなり大きい自己インダクタンス
を有するが、このモータ巻線に矩形波的な電圧波形が印
加されるため、この波形の立上がりや立下がり時にスパ
イク状の高電圧が発生して、電気ノイズも多くなってし
まうという問題点があった。

また、制御信号レベルを制限する場合でも従来の駆動回
路ではパワー回路を飽和させないための制御信号の入力
レベルそのものを一定の範囲内に制限しているため、入
力制限されるレベルの誤差、入力からパワー回路の出力
までのゲインの誤差、及びパワー回路の飽和しない範囲
（出力のダイナミックレンジ）の誤差や、それらの誤差
の湿度変化を考慮する必要があるため、制御信号のレベ
ルをパワー回路が実際に飽和しない範囲よりがなり狭範
囲に制限する必要があり、制御範囲が制限されてしまう
１．また、発生トルクを一定にするため制御信号に応じ
た電流を巻線に供給する電流駆動方式が使用される場合
もあるがこの場合、入力制御信号を制限することにより
、使用最高回転速度（巻線に発生する逆起電力電圧が最
大となる。）時にパワー回路が飽和しないレベルに巻線
電流を制限するために、モータ起動時も電流が流せず起
動トルクが大幅に低下してしまう等の問題点があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、モータの能
力を十分に活用できるブラシレス直流モータの駆動回路
を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 第１図は本発明の原理ブロック図を示す。本発明はブラ
シレス直流モータの回転子の固定子に対する回転角度を
検出する回転角度検出手段１と、回転角度検出手段１の
検出信号に応じて前記固定子の巻線に供給する信号を作
成する駆動波形発生回路２と、駆動波形発生回路２の出
力信号が入力され、外部からの制御信号に応じてそのゲ
インが可変されるゲイン可変回路３と、ゲイン可変回路
３の出力信号を増幅し、前記巻線に供給するパワー回路
４を具備してなるブラシレス直流モータ駆動回路におい
て、前記パワー回路４の出力信号電圧と前記パワー回路
に供給される電源電圧との差を検出し、電圧の差に応じ
たレベルの信号を出力する差電圧検出回路５と、 差電圧検出回路５の出力信号と前記制御信号とが供給さ
れ、差電圧検出回路５の出力信号レベルに応じて前記制
御信号のレベルを制限して前記ゲイン可変回路に供給す
る制御信号制限回路６とを具備してなる。

作用 回転角度検出手段１より回転子の固定ｒに対する回転角
度が検出され、この回転角度に応じて駆動波形発生回路
２は固定子に設（）られた巻線に供給するための波形の
信号を発生する。

駆動波形発生回路２の出力信号はそのゲインが可変する
ゲイン可変回路３を介してパワー回路４に供給されパワ
ー回路４により増幅され’Ｄｔ’Ａに供給される。この
とき、パワー回路４の出力信号電圧とパワー回路４に供
給される電源電圧との差が差電圧検出回路５で検出され
ていて、その差に応じて制御信号制限回路６によりゲイ
ン可変回路３に供給する制御信号のレベルが制限される
。つまり制御信号にフィードバックが巻線電圧に応じて
かかることになる。

このため、制御信号がゲイン可変回路３に過大に入力さ
れることがなくなり、パワー回路４が飽和することを防
止できる。

実施例 第２図は本発明の第１の実施例の回路図を示す。

図中、７は回転角度検出手段、８は駆動波形発生回路、
９はパワー回路、１ｏは差電圧検出回路、１１は制御信
号制限回路を示す。

本実施例は一般的な３相全波（プッシュプル）電流駆動
方式のホール素子を回転角度検出手段として使用したタ
イプのブラシレス直流モータ駆動回路に本発明を応用し
たものである。

回転角度検出手段７は３ケのホール素子１」Ｇ１〜ＨＧ
３及び２ケの抵抗Ｒ＋　、Ｒｚとよりなり、この回転角
度検出手段７のホール素子ＨＧ＋〜ＨＧ３の出力信号を
第３図（Ａ）〜（Ｃ）に示す。

トランジスタＱ＋−０２２及び抵抗Ｒ３〜Ｒ＋ｓよりな
る第１図のブロック図の駆動波形発生回路２とゲイン可
変回路３を兼用する駆動波形発生回路８で乗篩すること
により駆動波形を生成し、パワー回路９に供給する。こ
の乗算波形の信号はパワー回路９のトランジスタ０２３
〜Ｑ２８を介して、トランジスタ０２９〜０４Ｇ及び抵
抗Ｒ＋ｓ〜Ｒ３Ｑとよりなる複数のカレントミラー回路
に夫々供給される。

このカレントミラー回路の出力信号をトランジスタＱｓ
ｓ〜Ｑｓｓ及び抵ＶＥＲ＜＋＝８４２で増幅し、第４図
（Ａ＞に示す波形として巻線Ｌ１に供給し、トランジス
タＱｓ１〜ＱＳ４および抵抗Ｒ３９゜Ｒａｏにより第４
図（Ｂ）に示す波形として巻線Ｌ２に供給し、また同様
にトランジスタ０４７〜Ｑ５１）及びＲ３７１Ｒ３］に
より増幅し、第４図（Ｃ）に示す波形として巻線Ｌ３に
供給することによりモータを駆動する。

差電圧検出回路１０は巻線Ｌ＋　、Ｌ２　、Ｌ３の巻１
１電圧の＋ビークをダイオードＤ＋　、Ｄ２　。

Ｄ３により夫々整流検出した電圧と、パワー回路９の電
源電圧ＶＭＭをダイオードＤ４〜Ｄ６で整流検出した電
圧とをトランジスタＱｅ　ｓ　＋　Ｑｓ　ｓ及び抵抗Ｒ
＝ＩＪ−Ｒｓｓで比較し、その差をトランジスタＱｙ　
ｏ　、　Ｑｙ　＋及び抵抗Ｒ４９で検出する。

制御信号制限回路１１は差電圧検出回路１０の検出信号
をトランジスタＱｙ　２　、　Ｑｙ　３および抵抗Ｒ−
により検出し、端子１２より入力される制御信号のレベ
ルをトランジスタＱｅ　２〜Ｑｓｙ及び抵抗Ｒ４５〜Ｒ
４７よりなる制御信号制限回路１１により制御する。

例えば１！源電圧ＶＭ間と巻線電圧との差が小さくなる
と、つまり、パワー回路９が飽和状態に近づくと、差電
圧検出回路１０と制御信号制限回路１１との接点１３の
電圧が大となるため、制御信号制限回路１１の抵抗Ｒ４
８に流れる電流が大きくなる。このため、駆動波形発生
回路８を駆動するトランジスタＱ２＋、ＱＺ２及び抵抗
Ｒ＋ｙ、Ｒ＋ｇとよりなる定１！流源の制御電流が制限
される。

このため、駆動波形発生回路８とパワー回路９とを結ぶ
、トランジスタＱＣｓ〜Ｑ？＋とトランジスタ０２３〜
Ｑ２１＋に流れる電流が制限され、したがって、パワー
回路９が飽和状態になることがなくなる。

なお、第４図で破線は本実・施例を使用しないときの巻
線電圧の波形を示している。第４図に示すように本実施
例のようにフィードバックをかけずに最大電圧が印加さ
れるとパワー回路９が飽和状態となり、矩形波形となり
、モータの回転がぎこちなくなる。

次に第２の実施例について第３図と共に説明する。第３
図に示す回路はいわゆる３相全波電圧駆動力式で本発明
を応用した例を示す。回転角度検出手段１２は３ケのホ
ール素子ＨＧ４〜ＨＧ６と抵抗Ｒｓ　ｓ　、Ｒｓアとよ
りなり、小−ル素子！ＩＧ４〜ＨＧｓは電源に対して並
列に接続されている。

ホール素子ＨＧ＜〜ＨＧｓの出力はトランジスタＱ７４
〜Ｑ８３．抵抗Ｒｓａ〜Ｒ７゜及びダイオードＤ７より
なる駆動波形発生回路１３Ｔ：各ホール素子ＨＧ４〜Ｈ
Ｇｓの両端の電圧を比較してトランジスタＱ８４〜Ｑ９
９．Ｑ１ｏ７〜Ｑ＋　＋　ｏ及び抵抗Ｒｙ　＋　、　Ｒ
ｙ　ｙ　＊　Ｒｙ　ｓよりなるゲイン可変回路１４によ
りトランジスタＱ＋　＋　＋〜Ｑ＋　４８　、抵抗Ｒｙ
ｇ〜Ｒｓｇ及びトランジスタＱ１４９〜Ｑ　＋　ｓ　ｔ
５　＋抵抗Ｒｓｓ〜Ｒ９８よりなるパワー回路１５に供
給する信号のレベルを可変する。パワー回路１５はゲイ
ン可変回路１４からの信号を増幅して巻線ｂ〜１−３に
供給する。

また、巻線Ｌ　＋〜［３に供給される信号はトランジス
タＱ１５７〜ＱＩｓ　４１ダイオードＤ８〜Ｄｏ及び抵
抗Ｒ９９〜Ｒ＋ｏｅよりなる差電圧検出回路１６により
電１１ｉ！電圧ＶＭＭと比較されその差電圧が検出され
る。差電圧検出回路１６で検出された差電圧によりトラ
ンジスタＱ＋　ｅ　ｓ　。

０１６６１０１００−ＱＩ０６及び抵抗Ｒ７２〜Ｒ７６
より構成されたυ１１１１信号制限回路１７は制御信号
のレベルを制限してゲイン可変回路１４に供給する。し
たがってゲイン可変回路１４はパワー回路１５に供給す
る信号のレベルを制限する。

このため、パワー回路１５は飽和状態に達することはな
くなる。

本実施例では例えば、Ｉｃ＋には第６図（Δ）に示すよ
うな波形の信号が発生し、ＩＣ２に第６図（Ｂ）に示す
ような波形の信号が発生すると、■φは第６図（Ｃ）に
示すような波形の信号となる。したがって、パワー回路
１５には第６図（Ｄ）に示すような波形の電圧が供給さ
れる。

このように例えば、ホール素子ＨＧ　４〜１１Ｇ６の出
力信号波形が第７図（Ａ）〜（Ｂ）に示すような波形だ
とすると、巻線Ｌ＋−Ｌａには第８図（Ａ）〜（Ｂ）に
示すなめらかな波形信号が印加されることになる。第８
図で破線はフィードバックをかけないもので、波形にな
めらかさがないため、このような波形の信号で駆動した
場合トルクムラ等の原因となる。

発明の効果 上述の如く、本発明によれば、巻線への供給信号をパワ
ー回路の電源電圧と比較してその差により制御信号レベ
ルを可変し、巻線への供給信号を制御するフィードバッ
クループを構成することにより、制御信号の過大な入力
により巻線への供給信号レベルが過大となりパワー回路
が飽和状態となることがないため、巻線への供給信号の
歪を防止でき、起動時や過負荷時のトルクムラを少なく
できるので、振動、騒音、電気ノイズの少ないしかも巻
線に効率よくパワーを供給でき、さらに、比較的簡単な
回路を従来の回路に付加するだけで構成できるため、Ｉ
Ｃ化が容易にでき、安価で小型化が可能となる等の特長
を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のブロック図、第２図は本発明の第１の
実施例の回路図、第３図、第４図は本発明の第１の実施
例の要部の波形図、第５図は本発明の第２の実施例の回
路図、第６図、第７図、第８図は本発明の第２の実施例
の要部の波形図である。 １・・・回転角度検出手段、２・・・駆動波形発生回路
、３・・・ゲイン可変回路、４・・・パワー回路、５・
・・差電圧検出回路、６・・・制御信号制限回路。 葛コ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　ブラシレス直流モータの回転子の固定子に対する回転
   角度を検出する回転角度検出手段と、該回転角度検出手
   段の検出信号に応じて前記固定子の巻線に供給する信号
   を作成する駆動波形発生回路と、該駆動波形発生回路の
   出力信号が入力され、外部からの制御信号に応じてその
   ゲインが可変されるゲイン可変回路と、該ゲイン可変回
   路の出力信号を増幅し、前記巻線に供給するパワー回路
   を具備してなるブラシレス直流モータ駆動回路において
   、 前記パワー回路の出力信号電圧と前記パワー回路に供給
   される電源電圧との差を検出し、該電圧の差に応じたレ
   ベルの信号を出力する差電圧検出回路と、 該差電圧検出回路の出力信号と前記制御信号とが供給さ
   れ、該差電圧検出回路の出力信号レベルに応じて前記制
   御信号のレベルを制限して前記ゲイン可変回路に供給す
   る制御信号制限回路とを具備してなるブラシレス直流モ
   ータ駆動回路。