JPH03107390A - 高電圧駆動ブラシレスモータ - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は高電圧駆動ブラシレスモータに関するもので
あり、特に、商用電源を整流した高電圧の直流電源によ
り直接駆動するブラシレスモータに関するものである。

［従来の技術］ 従来のブラシレスモータには、特開昭６２−１８５５８
４号公報に示された技術等がある。第６図は従来のブラ
シレスモータの回路構成を示す回路図である。

図において、（１）は直流電源で駆動するブラシレス形
のモータ、（２）はモータ（１）のロータのマグネット
位置を検出するホール素子等からなる検出器、（３）は
交流電源、（４）は交流を直流に整流する整流回路、（
５）は整流後の直流を平滑化するコンデンサ、（１９）
はモータ（１）の駆動を直接制御するモータドライブ回
路である。

（４１）は交流電源（３）を低電圧の交流に変換する変
圧器、（４２）はその低電圧の交流を直流に整流する整
流回路、（４３）は整流後の直流を平滑化するコンデン
サ、（４４）は出力電圧を安定化する３端子レギユレー
タ、（４５）はプリドライブ回路として機能する制御Ｉ
Ｃであり、通常、３０Ｖ以下の低電圧で作動する。そし
て、この制御ＩＣ（４５）によりモータドライブ回路（
１９）を駆動する。

上記のような構成の従来のブラシレスモータでは、ＡＣ
ｌｏｏＶ　（或いはＡＣ２００Ｖ）の交流を直流に変換
し、モータドライブ回路（１９）に印加するとともに、
このモータドライブ回路（１９）の駆動を直流の低電圧
電源で作動する制御ＩＣ（４５）で適宜制御することに
より、モータ（１）の回転を可変速制御している。そし
て、このモータ（１）の回転数の制御は、制御ＩＣ（４
５）の外部からの速度指令等により行なっている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような従来のブラシレスモータでは、制御ＩＣ用
の低電圧電源（１２Ｖ或いは２４Ｖ等）が必要であり、
この低電圧電源を生成するために変圧器（４１）を使用
した特別の回路を必要としていた。したがって、回路構
成が複雑であり、装置全体が大形化せざるを得なかった
。

また、変圧器（４１）を使用することなく、電圧降下に
よる低電圧化も可能ではあるが、例えば、ＤＣ２８０Ｖ
の高電圧からＤＣ１２Ｖの低電圧を生成する場合には、
抵抗で消費される電力が大き過ぎて発熱による過熱の問
題や、或いは許容損失に耐え得る抵抗を選定する必要性
から、やはり装置全体の小型化は困難であった。

さらに、上記のような従来のブラシレスモータでは、印
加電圧の変動により回転数が変化し、負荷の変動によっ
ても回転数が変化していた。そこで、モータ（１）の回
転数を安定させるために、通常、定速制御が行なわれて
いた。そして、この定速制御を行なうための速度制御回
路を有していた。また、用途によってはモータ（１）の
回転数を任意に制御する必要があり、この速度制御を行
なうために上記速度制御回路とは別の速度制御回路を有
していた。したがって、回路構成が複雑であった。

そこで、この発明は回路構成及び配線が簡素化でき、装
置全体を小型化できるとともに、安定した速度制御がで
きる高電圧駆動ブラシレスモータの提供を課題とするも
のである。

［課題を解決するための手段］ この発明にかかる高電圧駆動ブラシレスモータは、直流
高電圧によりモータ（１）を可変速制御するモータドラ
イブ回路（１９）と、前記モータ（１）内に内蔵され、
前記直流高電圧を変圧器を使用することなく直流低電圧
に変換するチョッパ回路（１４）と、前記モータ（１）
内に内蔵され、前記チョッパ回路（１４）を制御して自
己電源とし、前記モータ（１）の回転速度を検出して速
度パルスを生成し、前記モータドライブ回路（１９）を
駆動するプリドライブ出力を速度指令電圧（１１）によ
りＰＷＭ制御するプリドライブ回路と、前記速度パルス
及びチョッパ回路（１４）の出力電圧により速度指令電
圧（１１）を生成するモータ制御回路（７）とを具備す
るものである。

［作用］ この発明の高電圧駆動ブラシレスモータにおいては、モ
ータ（１）内に内蔵したチョッパ回路（１４）が低電圧
電源として作用し、変圧器を使用することな（直流高電
圧を直流低電圧に変換する。そして、同じくモータ（１
）内に内蔵したプリドライブ回路が、このチョッパ回路
（１４）を制御して自己電源とし、モータ（１）の回転
速度を検出して速度パルスを生成し、この速度パルス及
び前記チョッパ回路（１４）の出力電圧に応じてモータ
制御回路（７）で生成した速度指令電圧（１１）により
モータドライブ回路（１９）をＰＷＭ制御して、モータ
（１）の回転を適宜制御するから、プリドライブ回路作
動用の特別な低電圧電源回路または複数の電源を必要と
せず、回路構成が小型で簡単になるとともに、電源の電
圧変動及び負荷変動による回転変動を抑制できる。

［実施例コ 第１図はこの発明の一実施例である高電圧駆動ブラシレ
スモータの制御回路を示す回路図である。

図において、（１）は各種の制御機構が内蔵され、三相
コイル構造のステータを有する直流ブラシレス形のモー
タ、（３）はＡＣｌｏｏＶ　（或いはＡＣ２００Ｖ）の
交流電源、（４）は前記交流を直流（ＤＣ１３０Ｖ−Ｄ
Ｃ３００Ｖ）に整流する整流回路、（５）は整流後の直
流を平滑化するコンデンサ、（６）はモータ（１）の回
転速度を制御する速度指令電圧を生成する速度指令発生
回路、（７）はモータ（１）を駆動源として作動するモ
ータ制御回路、（８）はモータ（１）に入力される直流
高電圧である入力端子、（９）は接地、（１０）はモー
タ（１）から出力される直流低電圧である出力電圧、（
１１）はモータ（１）の回転速度制御用の速度指令電圧
、（１２）はモータ（１）の回転速度に応じて生成され
る速度パルス、（１３）はモータ制御回路（７）から速
度指令発生回路（６）に出力される速度指令出力である
。

この構成の高電圧駆動ブラシレスモータはモータ側とコ
ントロール側とに分れており、モータ（１）内に低電圧
電源（図示せず）が内蔵されている。そして、単一の高
電圧で駆動する。すなわち、このモータ（１）は交流電
源（３）を整流回路（４）とコンデンサ（５）で整流し
た直流高電圧電源のみで駆動する。ＤＣ１３０ＶからＤ
Ｃ３００Ｖの入力電圧（８）が入力されることにより、
モータ（１）は低電圧（１２Ｖ）を生成し、これを出力
電圧（１０）として出力するとともに、この低電圧を自
己電源としてモータ（１）内部のモータ駆動用の制御機
構（図示せず）を作動させる。

また、このモータ（１）からの出力電圧（１０）により
モータ制御回路（７）も駆動し、速度指令発生回路（６
）を制御してモータ（１）に速度指令電圧（１１）を与
える。そして、この速度指令電圧（１１）に応じた一定
の回転数でモータ（１）は回転する。なお、速度パルス
（１２）はコントロール側での精度を出すために使用す
ることを目的として設けられた速度検出用のパルス（エ
ンコーダ出力）である。

続いて、この高電圧駆動ブラシレスモータをモータ側と
コントロール側に分けて説明をする。まず、モータ側に
ついて述べる。第２図はこの発明の一実施例である高電
圧駆動ブラシレスモータの内部の回路構成を示す回路図
である。図中、第１図と同−符号及び同一記号は、同一
または相当する構成部分を示す。

図において、（２）はホール素子（２ａ）。

（２ｂ）、（２ｃ）等からなる検出器であり、この検出
器（２）によりモータ（１）のロータのマグネット位置
を検出する。（１４）は入力電圧（８）の直流高電圧を
変圧器を使用することなく直流低電圧に変換するチョッ
パ回路、（１５）は所定の周期でスイッチングを行なう
ことにより高電圧を所定の低電圧に落すスイッチング回
路、（１６）はエネルギー貯留用のコイル、（１７）は
貫流用のダイオード、（１８）は低電圧の直流を平滑化
するコンデンサであり、チョッパ回路（１４）は上記の
スイッチング回路（１５）と、コイル（１６）と、ダイ
オード（１７）と、及びコンデンサ（１８）とで構成さ
れている。（１９ａ）、　　（１９ｂ）、　　（１９ｃ
）はモータ（１）の駆動を直接制御するモータドライブ
回路である。

（２０）はモータドライブ回路（１９）を駆動するプリ
ドライブ回路として機能するＩＣである。

（２１）はチョッパ回路（１４）の制御手段として機能
する自己電源制御回路（２１）であり、具体的には、過
電圧保護回路、起動基準電圧回路、不足電圧保護回路、
エラーアンプ回路、及びチョッパ用ＰＷＭ回路等により
構成されている。これらの各回路は次のような動作をす
る。過電圧保護回路はＩＣ（２０）の印加電圧（Ｖｏｕ
ｔ　）が所定の電圧以上になったときに、スイッチング
回路（１５）へ非同期でオフ指令を出す。起動基準電圧
回路はＩＣ（２０）の印加電圧から安定した定電圧を生
成する。不足電圧保護回路はＩＣ（２０）の印加電圧が
所定の電圧よりも低いときにスイッチング回路（１５）
にオン指令を出す。エラーアンプ回路はＩＣ（２０）の
印加電圧を所定電圧を中心にして変動分を増幅してチョ
ッパ用ＰＷＭ回路用の比較電圧とする。チョッパ用ＰＷ
Ｍ回路は台形波とエラーアンプ回路の出力を各々比較し
、スイッチング回路（１５）用のオン／オフ指令を生成
する。（２２）はホール入力回路であり、ホール素子（
２ａ）、（２ｂ）、（２ｃ）からの出力を差動で入力し
、方形波に変換する。（２３）は三相全波ロジック回路
であり、三相のホール入力回路（２２）から得たロータ
のマグネット位置に応じてプリドライブ上側出力回路（
２７）及びプリドライブ下側出力回路（２８）を制御し
て、出力段をオン／オフさせることによりモータ（１）
を所望の回転方向に駆動する。（２４）はＰＷＭ制御回
路であり、三相全波ロジック回路（２３）の出力と速度
制御回路（２５）の出力とでＰＷＭ制御信号を生成し、
プリドライブ下側出力回路（２８）をＰＷＭ制御をする
。（２５）は外部からの速度指令によりモータ（１）の
回転数を適宜制御する速度制御回路であり、具体的には
、Ｆ／Ｖパルス発生回路、制御アンプ回路、及びＩＣ（
２０）の外部に位置する抵抗及びコンデンサにより構成
されている。Ｆ／Ｖパルス発生回路は三相全波ロジック
回路（２３）からの出力段の切換タイミングに対応して
一定幅のパルスを発生させる。制御アンプ回路は一般的
なオペアンプで４７９　成されており、非反転入力に速
度指令コントロールを、そして、反転入力にＦ／Ｖパル
ス発生回路からの出力を各々入力し、ＩＣ（２０）の外
部に位置する抵抗及びコンデンサとで速度ループを構成
する。（２６）は検出器（２）での検出したモータ（１
）の回転数に応じて所定のパルスを生成する速度パルス
生成回路、（２７）はプリドライブ上側出力回路、（２
８）はプリドライブ下側出力回路であり、このプリドラ
イブ上側出力回路（２７）及びプリドライブ下側出力回
路（２８）はモータドライブ回路（１９ａ）、　　（１
９ｂ）、　　（１９ｃ）を駆動する。

なお、このＩＣ（２０）のロジック部はＩＩＬ（Ｉｎｔ
ｅｇｌａｔｉｏｎ　Ｉｎｊｅｃｔｌｏｎ　Ｌｏｇｉｃ　
）で構成し、リニア部はバイポーラ・プロセスで構成さ
れている。

そして、この高電圧駆動ブラシレスモータのモータ側の
モータ（１）を可変速制御するモータドライブ回路（１
９）と直流高電圧を直流低電圧に変換するチョッパ回路
（１４）とを高耐電圧回路で構成し、チョッパ回路（１
４）及びモータドライブ回路（１９）を制御するプリド
ライブ回路をＩＣ化して低電圧回路で構成している。

ここで、モータ（１）に内蔵されているチョッパ回路（
１４）及びプリドライブ回路の動作について説明する。

チョッパ回路（１４）はＩＣ（２０）内の自己電源制御
回路（２１）とで低電圧電源装置として機能する。すな
わち、スイッチング回路（１５）に直流高電圧が印加さ
れることにより、スイッチング回路（１５）はオン状態
となり、所定の電圧がコイル（１６）とコンデンサ（１
８）との接続点から出力される。この電位が所定の電位
以上になると自己電源制御回路（２１）はスイッチング
回路（１５）をオフ状態にして、ダイオード（１７）を
通して貫流電流が流れる。また、コイル（１６）とコン
デンサ（１８）との接続点の電位が所定の電位以下にな
ると自己電源制御回路（２１）がスイッチング回路（１
５）をオン状態にする。このように、自己電源制御回路
（２１）がスイッチング回路（１５）をオン／オフさせ
ることにより、高電圧を所定の低電圧に変換する。

このように、この実施例では、チョッパ回路（１４）を
制御する自己電源制御回路（２１）が、プリドライブ回
路として機能するＩＣ（２０）に一体で組込まれている
。そして、この自己電源制御回路（２１）がｒｃ（２０
）での消費電力等に応じてチョッパ回路（１４）を適宜
制御して、安定した直流低電圧を生成する。しかも、こ
のＩＣ（２０）は当初５Ｖ程度のわずかな電圧を印加す
るだけで作動を開始し、以降は上記のようにチョッパ回
路（１４）で約１２Ｖ程度の低電圧を生成して、自己電
源としている。したがって、プリドライブ回路作動用の
特別な低電圧電源回路または複数の電源を必要としない
。

また、プリドライブ回路はモータドライブ回路（１９）
の駆動を制御してモータ（１）の回転速度を制御する。

すなわち、Ｆ／Ｖパルス発生回路てモータ（１）の回転
数に応じた電圧に変換し、この電圧と速度指令電圧（１
１）とを比較し、増幅位相補償回路等によりモータ（１
）に加えるべき電圧に変換する。そして、この電圧と所
定の周波数ののこぎり波等からなる搬送波とによりＰＷ
Ｍ制御信号を生成し、このパルス幅に応じて電圧を制御
することにより、最終的にモータ（１）は速度指令電圧
（１１）で指定された所定の回転数で回転する。

したがって、この実施例では、モータ（１）の回転速度
はＰＷＭ制御により、安定した回転が維持されている。

また、この実施例では、プリドライブ回路をＩＣ化して
モータ（１）内に内蔵しているので、モータ全体がコン
パクトに構成されている。

つぎに、この高電圧駆動ブラシレスモータのコントロー
ル側について述べる。第３図はこの発明の一実施例の高
電圧駆動ブラシレスモータ用の速度指令電圧発生回路の
一例を示す回路図である。

図中、第１図と同−符号及び同一記号は、同一または相
当する構成部分を示す。

図において、（３０）はトランジスタ、（３１）から（
３４）は各々抵抗、（３５）はコンデンサであり、抵抗
（３４）とコンデンサ（３５）とで速度指令電圧（１１
）を安定化させる低域フィルタを構成し、速度指令電圧
（１１）を安定させている。このトランジスタ（３０）
はモータ制御回路（７）によりオン／オフの動作を繰返
す。

この構成の速度指令発生回路では、トランジスタ（３０
）がオン／オフすることにより出力電圧（１０）は分割
されるが、このオン／オフのデユーティ比をリニア（直
線的）に変化させれば、モータ（１）の回転数もリニア
に制御することができる。

また、第４図はこの発明の一実施例の高電圧駆動ブラシ
レスモータ用の速度指令電圧発生回路の他の例を示す回
路図である。図中、第１図と同−符号及び同一記号は、
同一または相当する構成′部分を示す。

図において、（３０ａ）、　　（３０ｂ）、（３０ｎ）
はｌ・ランジスタ、（３１ａ）、　　（３１ｂ）。

（３１ｎ）、（３２ａ）、　　（３２ｂ）、　　（３２
ｎ）（３３ａ）、（３３ｂ）、（３３ｎ）　、及び（３
６）は各々抵抗である。

この構成の速度指令発生回路では、モータ制御回路（７
）がｎ個のトランジスタ（３０ａ）。

（３０ｂ）、　　（３０ｎ）を適宜オン／オフ制御する
ことにより、ｎ個の抵抗（３１ａ）、　　（３１ｂ）（
３１ｎ）のトータルの抵抗値が変化する。そして、抵抗
（３６）との分割比で与えられる速度指令電圧（１’　
１　）を得る。即ち、速度指令電圧（１１）は下記の式
により求まる。

速度指令電圧（１１） ＝（抵抗（３６）の抵抗値／（抵抗（３６）の抵抗値＋
抵抗（３１ａ）　、（３１，、ｂ）　、　（３Ｌｎ）の
トータル抵抗値））ＶｏｕＬ したがって、この速度指令発生回路（６）では、ｎ個の
トランジスタ数で定められる状態数（２１）だけ速度指
令電圧（１１）を設定できる。なお、モータ制御回路（
７）はモータ側からの速度パルス（１２）により駆動が
制御される。

第５図はこの発明の一実施例の高電圧駆動ブラシレスモ
ータの回転数と速度指令電圧との関係を示す特性図であ
る。このように、速度指令電圧（１１）を変化させるこ
とにより、モータ（１）の回転数を０から最大回転数ま
で直線的に制御することができ、速度指令電圧（１１）
の大きさに比例してモータ（１）の回転数は増大する。

また、速度指令電圧（１１）を所定の電圧値に固定すれ
ば、モータ（１）はこの速度指令電圧（１１）に応じた
所定の回転数で安定した定速駆動をする。

上記のように、この実施例の高電圧駆動ブラシレスモー
タは、直流高電圧によりモータ（１）を可変速制御する
モータドライブ回路（１９）と、このモータ（１）内に
内蔵され、直流高電圧を変圧器を使用することなく直流
低電圧に変換するチョッパ回路（１４）と、同じくモー
タ（１８）内に内蔵され、チョッパ回路（１４）を自己
電源制御回路（２１）で制御して自己電源とし、モータ
（１）の回転速度を検出器（２）で検出して速度パルス
生成回路（２６）で速度パルスを生成し、前記モータド
ライブ回路（１９）を駆動するプリドライブ出力を速度
指令電圧（１１）によりＰＷＭ制御するプリドライブ回
路と、前記速度パルス及びチョッパ回路（１４）の出力
電圧により速度指令発生回路（６）で速度指令電圧（１
１）を生成するモータ制御回路（７）とを具備する。

そして、プリドライブ回路内の自己電源制御回路（２１
）がチョッパ回路（１４）を適宜制御し、安定した直流
低電圧を生成して自己電源とするとともに、この直流低
電圧をモータ（１）の外部にも出力し、モータ制御回路
（７）の電源に供す。

また、このプリドライブ回路内のＰＷＭ制御回路（２４
）及び速度制御回路（２５）によるＰＷＭ制御により、
モータ（１）の回転数を一定に制御するとともに、速度
指令電圧（１１）に応じてモータ（１）の回転数を適宜
制御する。

したがって、この高電圧駆動ブラシレスモータでは、プ
リドライブ回路作動用の特別な低電圧電源回路または複
数の電源を必要とせず、自己電源機能を備えたプリドラ
イブ回路がモータ（１）内に内蔵しているので、モータ
全体が小形化できる。

また、この高電圧駆動ブラシレスモータでは、印加電圧
の変動により回転数が変化したり、負荷の変動によって
回転数が変化することはなく、安定した定速走行が維持
できる。しかも、モータ（１）の回転数を一定に維持す
るための速度制御と、回転数を任意に制御するための速
度制御を一つ速度制御回路ででき、回路構成をより簡素
化でき、モータの小形化を促進できる。

特に、この実施例のように、プリドライブ回路をＩＣ化
し、この内部の制御手段中に自己電源制御回路（２１）
や速度制御回路を組込めば、部品点数が削減でき装置全
体を小型化できる。

ところで、上記実施例ではモータ側で生成した自己電源
用の直流低電圧をコントロール側のモータ制御回路（７
）にのみ供給したが、他の機構の電源用に供給すること
も当然できる。

［発明の効果］ 以上説明したとおり、この発明の高電圧駆動ブラシレス
モータは、モータドライブ回路と、チョッパ回路と、プ
リドライブ回路とを具備し、チョッパ回路が低電圧電源
として作用し、変圧器を使用することなく直流高電圧を
直流低電圧に変換し、この低電圧電源を自己電源として
、モータの回転速度を検出して速度パルスを生成し、こ
の速度パルス及び前記チョッパ回路の出力電圧に応じて
モータ制御面路で生成した速度指令電圧によりモータド
ライブ回路をＰＷＭ制御して、モータの回転を適宜制御
するから、プリドライブ回路作動用の特別な低電圧電源
回路または複数の電源を必要とせず、回路構成が小型で
簡単になるとともに、電源の電圧変動及び負荷変動によ
る回転変動を抑制でき、モータの回転数が極めて安定す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例である高電圧駆動ブラシレ
スモータの制御回路を示す回路図、第２図はこの発明の
一実施例である高電圧駆動ブラシレスモータの内部の回
路構成を示す回路図、第３図はこの発明の実施例の高電
圧駆動ブラシレスモーフ用の速度指令電圧発生回路の一
例を示す回路図、第４図はこの発明の実施例の高電圧駆
動ブラシレスモータ用の速度指令電圧発生回路の他の例
を示す回路図、第５図はこの発明の実施例の高電圧駆動
ブラシレスモータの回転数と速度指令電圧との関係を示
す特性図、第６図は従来のブラシレスモータの回路構成
を示す回路図である。 図において、 １：モータ ７：モータ制御回路 １１：速度指令電圧 １４：チョッパ回路 １９：モータドライブ回路 である。 なお、 図中、 同−符号及び同一記号は同一また は相当部分を示すものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 直流高電圧によりモータを可変速制御するモータドライ
   ブ回路と、 前記モータ内に内蔵され、前記直流高電圧を変圧器を使
   用することなく直流低電圧に変換するチョッパ回路と、 前記モータ内に内蔵され、前記チョッパ回路を制御して
   自己電源とし、前記モータの回転速度を検出して速度パ
   ルスを生成し、前記モータドライブ回路を駆動するプリ
   ドライブ出力を速度指令電圧によりＰＷＭ制御するプリ
   ドライブ回路と、前記速度パルス及びチョッパ回路の出
   力電圧により速度指令電圧を生成するモータ制御回路と
   を具備することを特徴とする高電圧駆動ブラシレスモー
   タ。