JPH03107393A - ブラシレスモータの駆動装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明はブラシレスモータの駆動装置に関するもので
あり、特に、商用電源を整流した高電圧の直流電源によ
りモータを直接駆動する直流ブラシレスモータの駆動装
置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の駆動装置には、特開昭６２−
１８５５８４号公報に示された技術等がある。第４図は
従来のブラシレスモータの駆動装置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、（１１）
及び（１２）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。（７１）は交流電源（３）を低
電圧の交流に変換する変圧器、（７２）はその低電圧の
交流を直流に整流する整流回路、（７３）は整流後の直
流を平滑化するコンデンサ、（７４）は出力電圧を安定
化する３端子レギユレータ、（７５）はプリドライブ回
路として機能する制御ＩＣ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（７５）によ
りモータドライブ回路（１１）、　　（１２）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の駆動装置
テハ、ＡＣｌｏｏＶ　（或いはＡＣ２００Ｖ）の交流を
直流に変換し、モータドライブ回路（１１）、（１２）
に印加するとともに、このモータドライブ回路（１１）
、（１２）の駆動を直流の低電圧電源で作動する制御Ｉ
Ｃ（７５）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。

また、例えば、天井ファンのように用途によっては、モ
ータ（１）の回転方向を切換えて使用することがある。

この場合、この種のブラシレスモータの駆動装置では、
モータ（１）の回転方向を切換えるために、制御ＩＣ（
７５）に所定の外部信号を入力し、モータドライブ回路
（１１）。

（１２）の駆動状態を変更することにより実現している
。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、」二記のような従来のブラシレスモータの駆動
装置では、モータ（１）の回転方向を切換える際に、モ
ータドライブ回路（１１）、　　（１２）の駆動状態を
瞬時に切換えると、モータドライブ回路（１１）、（１
２）が貫通（アーム短絡）する虞れがあった。すなわち
、モータドライブ回路（１１）、　　（１２）がオフ状
態となっても、このモータドライブ回路（１１）、（１
２）のパワー素子が有する浮遊容量等の影響により切換
のタイミングに遅れが生じ、モータドライブ回路（１１
）（１２）の上段と下段が貫通（アーム短絡）して、パ
ワー素子が破壊する虞れがあった。

また、これを防止するために切換のタイミングを遅らせ
ることも考えられるが、これが余り長い間合になると、
回転方向の切換指令に対する応答性の点で好ましくなか
った。

そこで、この発明はモータの回転方向の切換をモータド
ライブ回路のパワー素子が破壊することなく安全にでき
、しかも回転方向の切換指令に対する応答性の高いブラ
シレスモータの駆動装置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］ この発明にかかるブラシレスモータの駆動装置は、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（１１）、　　（１２）と、前記モータドライ
ブ回路（１１）、　　（１２）の駆動を制御する制御手
段を内蔵し、前記制御手段中に回転方向切換指令が入力
されたときに所定の時間だけ前記モータドライブ回路（
１１）、（１２）をオフ状態にする正逆反転回路を組込
んだプリドライブ回路とを具備するものである。

［作用］ この発明のブラシレスモータの駆動装置においては、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（１１）、　　（１２）の駆動を適宜制御す
るプリドライブ回路の制御手段中に組込んだ正逆反転回
路が、回転方向切換指令が入力されたときに所定の時間
だけ前記モータドライブ回ｆＲ（１１＞、　　（１２）
をオフ状態にすることにより、モータドライブ回路（１
１）　、　　（１２）の各パワー素子が一時的に一旦完
全に不導通状態になった後に、モータドライブ回路（１
１）。

（１２）を駆動して、モータ（１）の回転方向を切換え
るから、モータドライブ回路（１１）。

（１２）の貫通（アーム短絡）を防止でき、モータドラ
イブ回路（１１）、　　（１２）のパワー素子の破壊を
防止できる。

［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例であるブラシレスモータの
駆動装置を含む直流ブラシレスモータ全体の回路構成を
示す回路図である。

図において、（１）は三相コイル構造のステータを有す
るブラシレス形のモータ、（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。

（３）はＡＣｌｏｏＶ　（或いはＡＣ２００Ｖ）の交流
電源、（４）は前記交流をＤＣ１４０Ｖ　（或いはＤＣ
２８０Ｖ）の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、（６）は前記直流高電
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、（７）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、（８）はエネルギー貯留用のコイル、（９）は貫
流用のダイオード、（１０）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（６）は」１記のス
イッチング回路（７）と、コイル（８）と、ダイオード
（９）と、及びコンデンサ（１０）とで構成されている
。（ｌｌａ）、　　（ｌｌｂ）。

（１１ｃ）はモータ（１）の駆動を直接制御するモータ
ドライブ上側回路、（１２ａ）、　　（１２ｂ）、　　
（１２ｃ）も同じくモータ（１）の駆動を直接制御する
モータドライブ下側回路、（１３）はモータ（１）のコ
イルに流れる電流を検出するためのシャント抵抗である
。（２０）はモータドライブ回路（１１）、　　（１２
）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）は過電圧保護回路であり、ＩＣ（２０）の
印加電圧であるＶｃｃが所定の電圧以上になったときに
、スイッチング回路（７）へ非同期でオフ指令を出す。

（２２）は起動基準電圧回路であり、ＩＣ（２０）の印
加電圧であるＶｃｃより安定した定電圧を生成する。（
２３）はのこぎり波発生回路であり、ＩＣ（２０）の外
部に位置する抵抗及びコンデンサを低電圧のＶｃｃで充
電し、これをスイッチングにより放電させることにより
、所定周期ののこぎり波を発生する。こののこぎり波が
後述するＰＷＭ制御信号のキャリアとなる。（２４）は
Ｆ／Ｖパルス発生回路であり、三相全波ロジック回路（
３６）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。（２５）は不足電圧保護回路で
あり、ＩＣ（２０）の印加電圧であるＶｃｃが所定の電
圧よりも低いときに、チョッパ回路（６）のスイッチン
グ回路（７）Ｉにオン指令を出す。（２６）は方形波生
成回路であり、のこぎり波から方形波を生成する。（２
７）は反転レベルシフト回路であり、のこぎり波を反転
するとともに、一定電圧のオフセットを与える。（２８
）は制御アンプ回路であり、−膜内なオペアンプで構成
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（２４）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。（２９）は
エラーアンプ回路であり、ＩＣ（２０）の印加電圧であ
るＶｃｃの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（３３）用の比較電圧とする。（３０
）は台形波生成回路であり、方形波から台形波を生成す
る。（３１）は速度調整用ＰＷＭ回路であり、反転レベ
ルシフトしたのこぎり波と速度指令である制御アンプ回
路（２８）の出力を各々比較してＰＷＭ制御信号を生成
し、プリドライブ下側出力回路（３８）をＰＷＭ制御を
する。（３２）は正逆転切換入力回路であり、外部から
正逆転切換信号を入力し、一定電圧スレッジヨードに対
して正転成いは逆転信号のいずれかを判断し、三相全波
ロジック回路（３６）で正逆回転ロジックを発生させる
。（３３）はチョッパ用ＰＷＭ回路であり、台形波とエ
ラーアンプ回路（２９）の出力を各々比較して、チョッ
パ回路（６）のスイッチング回路（７）用のオン／オフ
指令を生成する。（３４）は正逆転切換時出力保護回路
であり、正転と逆転との切換りを検出し、一定期間モー
タドライブ上側回路（ｌｌａ）、（ｌｌｂ）、（ｌｌｃ
）及びモータドライブ下側回路（１２ａ）、　　（１２
ｂ）。

（１２ｃ）を共にオフ状態にした後に、三相全波ロジッ
ク回路（３６）を作動させる。（３５）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。（３６）は三相全波ロジック回路であり、
三相のホール入力回路（３５）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（３７）及
びプリドライブ下側出力回路（３８）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。（３７）はプリドライブ上側出力
回路であり、各モータドライブ上側回路（１１ａ）　。

（ｌｌｂ）、　　（ｌｉｅ）を駆動する。（３８）はプ
リドライブ下側出力回路であり、各モータドライブ下側
回路（１２ａ）、（１２ｂ）、　　（１２ｃ）を駆動す
る。（３９）は電流制限回路であり、シャント抵抗（１
３）によりモータ（１）のコイルに流れる電流を検出し
て、一定電流以上のときにはプリドライブ下側出力回路
（３８）をオフ（ロー電位）させて、モータドライブ下
側回路（１２ａ）、　　（１２ｂ）、　　（１２ｃ）を
オフ状態にして電流をカットする。（４０）はロック保
護回路であり、モータ（１）が回転状態にないことを検
出して、モータドライブ上側回路（ｌｌａ）、　　（１
１ｂ）、　　（ｌｌｃ）及びモータドライブ下側回路（
１２ａ）、（１２ｂ）、（１２ｃ）を共にオフ状態にし
てトランジスタの焼損等を防止する。

この実施例のＩＣ（２０）には、上記の（２１）から（
４０）の各回路が内蔵されており、ロジック部はＩ　Ｉ
　Ｌ　（Ｉｎｔｅｇｌａｔｉｏｎ　Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ
　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。また、これらの各回路を更に
組合わせて、回路の集合となって速度制御回路、正逆反
転回路、及びＰＷＭ制御回路を構成している。

すなわち、上記の速度調整用ＰＷＭ回路（３１）、Ｆ／
ｖパルス発生回路（２４）、制御アンプ回路（２８）　
、及びＩＣ（２０）の外部に位置する抵抗及びコンデン
サにより速度制御回路を構成している。この速度制御回
路によりモータ（１）の回転数を一定に制御する。また
、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。

したがって、マイクロコンピュータと組合わせれば簡易
サーボ機構により、簡単にモータ（１）の回転速度の制
御ができる。

また、上記の正逆転切換入力回路（３２）及び正逆転切
換時出力保護回路（３４）により正逆反転回路を構成し
、外部からの回転方向指令に応じてモータ（１）の回転
方向を切換える。さらに、ＩＣ（２０）の外部に位置す
る抵抗及びコンデンサとのこぎり波発生回路（２３）、
反転レベルシフト回路（２７）、及び速度調整用ＰＷＭ
回路（３１）によりＰＷＭ制御回路を構成し、速度調整
用のＰＷＭ制御信号を生成する。

このように、このＩＣ（２０）には、速度制御回路、電
流制限回路（３９）、正逆反転回路、ロック保護回路（
４０）　、ＰＷＭ制御回路、不足電圧保護回路（２５）
、及び過電圧保護回路（２１）が各々内蔵されている。

そして、これらの各回路はＩＣ（２０）内でモータドラ
イブ回路（１１）。

（１２）の駆動を制御する制御手段として機能し、この
ＩＣ（２０）全体でプリドライブ回路を構成している。

なお、このＩＣ（２０）のロック保護回路（４０）、電
流制限回路（３９）、不足電圧保護回路（２５）が各々
安全機能を果す。したがって、特別の保護回路を別個独
立してＩＣ（２０）の外部に設ける必要がない。

上記のように、この実施例のブラシレスモータの駆動装
置は、モータ（１）を可変速制御するモータドライブ回
路（１１）、　　（１２）と直流高電圧を直流低電圧に
変換するチョッパ回路（６）とを高耐電圧回路で構成し
、チョッパ回路（６）及びモータドライブ回路（１１）
、　　（１２）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。

第２図はこの発明の一実施例であるブラシレスモータの
駆動装置の正逆反転回路の要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、（５１）、（５２）及び（５３）は各々遅
延フリップフロップとして機能するＤフリップフロップ
ＦＦＩ、ＤフリップフロップＦＦ２、及びＤフリップフ
ロップＦＦ３である。（５４）から（５７）は各々論理
回路を示し、（５４）及び（５５）は共にＡＮＤゲート
、（５６）はＮＯＲゲート、（５７）はＡＮＤゲートで
ある。

この構成の正逆反転回路は、モータドライブ回路（１１
）、　　（１２）の駆動を制御する制御手段中に組込ま
れている。そして、この回路には、次の各信号が各々入
力される。すなわち、ＩＣ（２０）の外部から入力され
た正逆転切換信号は、正逆転切換入力回路（３２）でハ
イまたはローのディジタル信号（以下、この信号をＦ／
Ｒ信号という）に変換されて（第１図参照）、Ｄフリッ
プフロップＦＦＩ　（５１）のデータ入力端子りに入力
される。このＤフリップフロップＦＦＩ　　（５１）の
クロック入力端子Ｔには所定のクロックパルス信号が入
力される。また、ホール入力回路（３５）には検出器（
２）からホール素子出力が入力される。そして、この回
路の各構成要素の入力或いは出力の各状態は第３図のよ
うになる。第３図は第２図の回路の各構成要素の入力或
いは出力の各状態を示すタイミングチャートである。

図において、（ａ）はプリドライブ」二側出力回路（３
７）から出力されるＵＵ比出力（ｂ）はプリドライブ下
側出力回路（３８）から出力されるＵＤ比出力（Ｃ）は
Ｆ／Ｒ入力、（ｄ）はクロックパルス入力、（ｅ）はＤ
フリップフロップＦＦ１（５１）の出力Ｑ、（ｆ）はＤ
フリップフロップＦＦ２　（５２）の出力Ｑ、（ｇ）は
ＤフリップフロップＦＦ３　（５３）の出力Ｑ、そして
、（ｈ）はＮＯＲゲート（５６）の出力を各々示す。

つぎに、この回路の動作について説明する。

ＤフリップフロップＦＦＩ　（５１）は、データ入力端
子りに入力されるＦ／Ｒ信号の変化をクロック入力端子
に入力される所定のクロック信号に同期したタイミング
で、ハイまたはローでラッチする。このＤフリップフロ
ップＦＦＩ　（５１）の後に連結したＤフリップフロッ
プＦＦ２　（５２）では、ＤフリップフロップＦＦＩ　
（５１）の出力Ｑを１クロツク周期だけ遅延させる。さ
らに、このＤフリップフロップＦＦ２　（５２）の後に
連結したＤフリップフロップＦＦ３　（５３）もＤフリ
ップフロップＦＦ２　（５２）の出力Ｑを１クロツク周
期だけ遅延させる。また、三相全波ロジック回路（３６
）にはＤフリップフロップＦＦ２（５２）の出力０がＦ
／Ｒ切換信号として入力される。

この入力がハイからロー、或いはローからハイに変化す
るときに、始めて三相全波ロジック回路（３６）は回転
方向を切換えるようにプリドライブ上側出力回路（３７
）及びプリドライブ下側出力回路（３８）のトランジス
タのオン／オフの順序を変更するために、６本の出力を
各ＡＮＤゲート（５７）に各々出力する。したがって、
正転と逆転の切換は所定の時間だけ遅延する。すなわち
、Ｆ／Ｒ入力がＩＣ（２０）の外部から入力された正逆
転切換信号から確実に１クロツク分は遅れるからである
。

一方、ＤフリップフロップＦＦＩ　（５１）、Ｄフリッ
プフロップＦＦ２　（５２）　、及びＤフリップフロッ
プＦＦ３　（５３）からの各出力Ｑ、ＤをＡＮＤゲート
（５４）　、ＡＮＤゲート（５５）、及びＮＯＲゲート
（５６）の各論理ゲートで演算した結果（第３図の（ｇ
））も、プリドライブ上側出力回路（３７）及びプリド
ライブ下側出力回路（３８）のゲート回路として機能す
る各ＡＮＤゲート（５７）に出力される。そして各ＡＮ
Ｄゲート（５７）で三相全波ロジック回路（３６）の出
力との論理和がプリドライブ上側出力回路（３７）及び
プリドライブ下側出力回路（３８）に出力される。

この結果、三相余波ロジック回路（３６）が正転と逆転
の切換えを行なう前後で、各々１クロツク（前後台せて
２クロツク）だけモータドライブ回路（１１）、　　（
１２）はオフすることになる。

すなわち、第３図の（ａ）及び（ｂ）で示したように、
プリドライブ上側出力回路（３７）から出力されるＵＵ
比出力びプリドライブ下側出力回路（３８）から出力さ
れるＵＤ比出力、Ｆ／Ｒ入力の切換により必ず２クロツ
クはオフ状態となる。

このため、モータドライブ上側回路（ｌｌａ）。

（ｌｌｂ）、（ｌｌｃ）及びモータドライブ下側回路（
１２ａ）、（１２ｂ）、（１２ｃ）の同一相において、
還流電流（ＵＵ及びＵＤが共にオンのときに流れる電流
）は流れない。

上記のように、この実施例のブラシレスモータの駆動装
置は、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（１１）。

（１２）と、このモータドライブ回路（１１）。

（１２）の駆動を制御する制御手段を内蔵し、前記制御
手段中に正逆転切換入力回路（３２）及び正逆転切換時
出力保護回路（３４）からなる正逆反転回路を組込んだ
プリドライブ回路とを具備する。

そして、この正逆反転回路が、回転方向切換指令が入力
されたときに所定の時間だけ前記モータドライブ回路（
１１）、　　（１２）をオフ状態にすることにより、モ
ータドライブ回路（１１）　。

（１２）の各パワー素子が一時的に一旦完全に不導通状
態になった後に、モータドライブ回路（１１）、　　（
１２）を駆動して、モータ（１）の回転方向を切換える
。

したがって、モータドライブ回路（１１）　。

（１２）の貫通（アーム短絡）を防止でき、モータドラ
イブ回路（１１）、　　（１２）のパワー素子の破壊を
防止できるので、安全性の高いラシレスモータの駆動装
置となる。しかも、この回転方向の切換えのタイミング
の遅れは２クロック分だけであり、ＩＣ（２０）の外部
からの回転方向の切換指令に対する応答性も極端に低下
しない。

また、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正逆反転回路を組込めば、
部品点数も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３個のＤフリップフロップを
用いた正逆反転回路について説明をしたが、この遅延時
間を長くするには、Ｄフリップフロップの数を増大させ
て、ＤフリップフロップＦＦ２　（５２）とＤフリップ
フロップＦＦ３　（５３）との間に更にＤフリップフロ
ップＦＦを数多く抑大することで対処できる。この結果
、切換時にモータドライブ回路（１１）、　　（１２）
の出力段が更に長い時間オフ状態となる。

また、この遅延時間を変更するには、各Ｄフリップフロ
ップ（５１）、　　（５２）、　　（５３）のクロック
パルスの幅を変更することによっても対処することがで
きる。

［発明の効果］ 以上説明したとおり、この発明のブラシレスモータの駆
動装置は、モータドライブ回路と、このモータドライブ
回路の駆動を制御するプリドライブ回路を有し、このプ
リドライブ回路の制御手段中に組込んだ正逆反転回路が
、回転方向切換指令が入力されたときに所定の時間だけ
前記モータドライブ回路をオフ状態にして、モータドラ
イブ回路の各パワー素子が一時的に一旦完全に不導通状
態になった後に、モータドライブ回路を駆動して、モー
タの回転方向を切換えるから、モータドライブ回路の貫
通（アーム短絡）を防止でき、モータドライブ回路のパ
ワー素子の破壊を防止できるので、安全性の高いラシレ
スモータの駆動装置となる。しかも、外部からの回転方
向の切換指令に対する応答性も極端に低下しない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例であるブラシレスモータの
駆動装置を含む直流ブラシレスモータ全体の回路構成を
示す回路図、第２図はこの発明の一実施例であるブラシ
レスモータの駆動装置の正逆反転回路の要部の回路構成
を示す回路図、第３図は第２図の回路の各構成要素の出
力状態を示すタイミングチャート、第４図は従来のブラ
シレスモータの駆動装置の回路構成を示す回路図である
。 図において、 １：モータ １１．１２：モータドライブ回路 ３２：正逆転切換入力回路 ３７：プリドライブ上側出力回路 ３８ニブリドライブ下側出力回路 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、 前記モータドライブ回路の駆動を制御する制御手段を内
   蔵し、前記制御手段中に回転方向切換指令が入力された
   ときに所定の時間だけ前記モータドライブ回路をオフ状
   態にする正逆反転回路を組込んだプリドライブ回路と を具備することを特徴とするブラシレスモータの駆動装
   置。