JPH06103997B2 - ブラシレスモータの速度制御装置 - Google Patents

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モータの速度制御装置に関するもの
である。

従来の技術 近年、FA・OA分野の発展に伴い、その周辺機器に用いら
れる駆動用モータはその長寿命化、高信頼性あるいは形
状の薄形化などのため、刷子、整流子という機械的なス
イッチング機構を備えた従来の直流モータに代わってト
ランジスタを使った電子的スイッチを備えた所謂ブラシ
レスモータが用いられることが多くなってきた。それに
伴い前記ブラシレスモータの速度制御方式も様々な方式
が用いられている。また、速度制御に必要なモータの速
度に応じた信号を得る速度検出方法も様々である。いく
つか例をあげると、モータのステータ基板に設置したFG
コイルを有する周波数発電機を用いる方法、モータの可
動子の位置を検出する位置検出器の出力信号を用いる方
法、モータの駆動コイルに発生する逆起電圧を用いる方
法などがある。

以下図面を参照しながら、モータの速度検出に上記した
周波数発電機を用いる方法と、位置検出器の出力信号を
用いる方法のモータの速度制御装置について説明する。

第２図は前記周波数発電機（以下FGと称す。）の出力に
より、モータの速度を検出する方式のモータの速度制御
装置の回路ブロック構成図の１例である。第２図におい
て、84は被制御モータ部であり、85は駆動トランジスタ
を含む駆動回路である。モータ部84と、駆動回路85はそ
れぞれ対応する３相が接続されている。前記駆動回路85
の入力端子は通電切換回路17の出力端子と接続され、前
記通電切換回路17の入力端子はホールアンプ86の出力端
子および、誤差増幅器87の出力端子と接続されている。
18,19および20は例えばホール素子等で構成され、モー
タの可動子たとえば永久磁石回転子（図示せず）の位置
を検出するための位置検出器であり、その入力端子はそ
れぞれ給電端子88と接地間に並列に接続され、その出力
端子はそれぞれ前記ホールアンプ86の入力端子に接続さ
れている。前記誤差増幅器87の非反転入力端子は定電圧
源89を介して接地され、反転入力端子は平滑回路90の出
力端子に接続され、前記平滑回路90の入力端子は位相比
較器91の出力端子に接続されている。前記位相比較器91
の入力端子の一方は分周器92を介して発振器93の出力端
子に接続され、他方は、波形整形器98の出力端子に接続
されている。前記発振器93の入力端子の一方はコンデン
サ94,水晶発振器95を介して他方に接続されている。前
記波形整形器98の入力端子の一方は差動増幅器96の出力
端子と接続され、他方は前記差動増幅器96の非反転入力
端子と共通接続され定電圧源89を介して接地されてい
る。前記差動増幅器96の反転入力端子はモータに設置さ
れたFGコイル（図示せず）の出力信号が印加されるFG信
号入力端子97に接続されている。

以上のように構成されたモータの速度制御装置につい
て、以下その動作について説明する。

まず、FG信号入力端子97にモータの速度に比例した正弦
波状のFG信号が印加されると定電圧源89の電圧V₁を中心
に増幅されたFG信号が差動増幅器96から出力される。前
記出力は波形整形器98により方形波状に波形整形され、
モータの速度信号として位相比較器91に入力される。ま
た、前記位相比較器91には水晶発振器95,コンデンサ94,
発振器93および分周器92により出力される基準信号が入
力される。ここで前記モータの速度信号と前記基準信号
が比較され、その誤差信号が前記位相比較器91より出力
される。前記誤差信号は平滑回路90により直流電圧に変
換され、誤差増幅器87により増幅されトルク指令信号と
して通電切換回路17に入力される。前記通電切換回路17
の出力により前記トルク指令信号に基づいた電流が駆動
回路85を介してモータ駆動コイルに流され、モータは速
度制御される。なお、モータ駆動コイルには18〜20の位
置検出器の出力信号に基づいた順序で通電される。

次に第３図はモータの速度を位置検出器の出力信号を用
いて得る方式のモータの速度制御装置の回路ブロック構
成図の１例であり、第２図のFGコイルの出力でモータの
速度を検出する方式のモータの速度制御装置と同一部分
は同一の番号を付与して示してある。第３図において位
置検出器18の出力はホールアンプ86の入力端子に接続さ
れるとともに波形整形器98の入力端子にそれぞれ接続さ
れている。前記波形整形器98の出力は位相比較器91の一
方の入力端子に接続されている。また、その他の部分は
第２図の従来例のモータの速度制御装置と同様な構成で
ある。

以上のように構成された従来のブラシレスモータの速度
制御装置について、以下その動作について説明する。

位置検出器18の出力信号はモータの可動子の位置信号で
あるとともにモータの速度信号でもある。従って、前記
出力を波形整形器98により方形波状のモータの速度信号
に変換し位相比較器91に入力することにより、第２図に
示した構成と同様に基準信号と前記モータの速度信号と
を比較してその誤差信号により回転速度を一定に保つよ
うモータを速度制御する。

発明が解決しようとする課題 上記した従来技術の２例は、位相比較器91以後の回路構
成および回路動作は全く等しいにもかかわらず、モータ
の速度検出方法が違うためそれぞれ別な速度制御装置と
なっている。従って前記２つの速度制御装置を使い分け
しなくてはならなかった。

本発明は上記課題に鑑み、モータの速度検出方法を異に
するものにも共用できるブラシレスモータの速度制御装
置を提供するものである。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するために本発明のブラシレスモータの
速度制御装置は、複数相のモータ駆動コイルと、前記駆
動コイルに接続された複数の駆動トランジスタと、モー
タの可動子の位置を検出する複数の位置検出器と、前記
位置検出器の出力に応じて前記駆動トランジスタを順次
通電する通電切換回路と、モータの速度に応じた周波数
を有する信号を増幅する速度信号増幅器と、前記速度信
号増幅器の出力に応じてモータに発生するトルクを増減
させる信号を出力するトルク指令信号発生器と、前記速
度信号増幅器の入力信号レベルを判別するレベル判別回
路と、前記位置検出器の出力に応じた周波数を有する信
号を出力する位置検出信号処理回路と、前記レベル判別
回路の出力に応じて前記位置検出信号処理回路の出力を
前記速度信号増幅器の出力に伝達する速度信号切換回路
とにより構成したものである。

作用 本発明は上記した構成によって、周波数発電機を用いて
モータの速度信号を検出できると共に、周波数発電機の
速度信号が入力される速度信号増幅器の入力端子を“H"
状態又は“L"状態にすることにより、位置検出器の信号
を速度検出信号として用いることができる。

実施例 以下本発明の一実施例のブラシレスモータの速度制御装
置について、図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の実施例におけるブラシレスモータの速
度制御装置を示すものである。第１図において、第２
図，第３図の従来のブラシレスモータの速度制御装置と
同一機能を有する部分は同一記号を付し、その説明を省
略する。

第１図において、駆動トランジスタ10〜15の各ベースは
通電切換回路17の出力にそれぞれ接続され、前記通電切
換回路17の入力はホールアンプ23〜25の出力及びトルク
指令信号発生器83の出力と接続されている。抵抗21,22
にそれぞれ接続された位置検出素子18〜20は前記ホール
アンプ23〜25にそれぞれ接続している。位置検出処理回
路36は波形整形器26〜28と位置検出出力合成回路35とか
ら成り、前記位置検出出力合成回路35は反転ゲート29〜
34から成る。前記ホールアンプ23〜25の各出力は前記位
置検出信号処理回路36に入力される。前記位置検出信号
処理回路36は速度信号切換回路72に接続されている。

前記速度信号切換回路72は反転ゲート58〜70とダイオー
ド52,53とトランジスタ55,57と定電流源54,56とから成
る。一方の端子が接地された周波数発電機を構成するFG
コイル37の他方の端子はコンデンサ38,抵抗39を介して
端子42に接続されている。また、前記端子42と速度信号
増幅器71の出力端子との間には抵抗40とコンデンサ41の
並列回路が接続されている。前記信号増幅器71は、ダイ
オード47,48,50と抵抗45,46,49とダーリントントランジ
スタ51とアンプ44から成り、前記速度信号切換回路72と
前記トルク指令信号発生器83に接続されている。前記ト
ルク指令信号発生器83は、波形整形器79と位相差検出器
80とアンプ81と基準信号発生器82とから成る。前記端子
42はレベル判別回路78に接続される。前記レベル判別回
路78は抵抗75〜77とコンパレータ73,74とから成り出力
は前記速度信号切換回路72と接続されている。

前記駆動トランジスタ13〜15のエミッタは電流検出抵抗
16に接続されている。駆動コイル１〜３の一端は共通に
結線され他の端は、それぞれ前記駆動トランジスタ10〜
15のコレクタと接続されコンデンサ４〜６と抵抗７〜９
を介してそれぞれグランドへ接続されている。なお反転
ゲートは、オープンコレクタ形式のロジック素子であ
る。

以上のように構成されたブラシレスモータの速度制御装
置について、以下その動作を説明する。

可動子（図示せず）の位置を検出する位置検出器18〜20
の出力は、ホールアンプ23〜25により増幅される。増幅
された位置検出信号は通電切換回路17及び位置検出信号
処理回路36へ入力される。前記通電切換回路17は前記可
動子を所定方向に運動させる所定のタイミングで駆動ト
ランジスタ10〜15の通電切換を行う。前記トランジスタ
10〜15の通電切換により駆動コイル１〜３は順次電流が
供給される。ブラシレスモータの回転速度に応じたFGコ
イル37の出力信号は速度信号増幅器71で増幅され、その
増幅された出力は、トルク指令信号発生器83の中の波形
整形器79に入力される。前記位置検出信号処理回路36に
入力された前記ホールアンプ23〜25の各出力は、波形整
形器26〜28を介して位置検出出力回路35に入力される。
前記位置検出出力回路35からは、前記波形整形器26の出
力を反転ゲート29を介した前記位置検出器18と同一の周
波数を有する第１出力信号Ａと、前記波形整形器26〜28
の出力を前記反転ゲート29〜34を介し合成された前記位
置検出器18の３倍の周波数を有する第２出力信号Ｂとが
出力される。前記第１出力信号A,第２出力信号Ｂは速度
信号切換回路72の中の反転ゲート58,59に入力される。
前記反転ゲート58,59の出力は結合されて反転ゲート65
〜67を介してトランジスタ55のベースへ入力される。

端子42に前記FGコイル37の信号が入力されている時に
は、アンプ44の非反転入力端子は反転入力端子の電位と
ほぼ一致する。抵抗45,46を同一抵抗値とした時、前記
端子42の電位はVreg/2となる。レベル判別回路78は、前
記端子42の電位が“H"電位の時（通常Vreg）コンパレー
タ73の出力が“H"状態，コンパレータ74の出力が“L"状
態となる。又前記端子42の電位が“L"電位の時（通常O
V）前記コンパレータ73の出力が“L"状態、前記コンパ
レータ74の出力が“H"状態となる。又前記端子42の電位
が“M"電位の時（通常Vreg/2）前記コンパレータ73の出
力が“L"状態となる。前記レベル判別回路78が上記の動
作をするように抵抗75〜77は設定されている。

以上のように前記レベル判別回路78が構成されている
時、前記端子42に入力する電位の差による動作を以下説
明する。

まず、前記端子42に前記FGコイル37からの信号が前記コ
ンデンサ38と前記抵抗39を介して入力された時、前記レ
ベル判別回路78の前記コンパレータ73,74の出力は共に
“L"状態となり、前記速度信号切換回路72の反転ゲート
60,61に入力される。前記反転ゲート60の出力は反転ゲ
ート62,63に接続される。前記反転ゲート61の出力は前
記反転ゲート63,64に接続されている。

この時、前記反転ゲート62〜64の出力はすべて“L"状態
となる。前記反転ゲート64は前記第１出力信号Ａと、前
記反転ゲート62は前記第２出力信号Ｂと接続されている
ために前記第１出力信号A,第２出力信号Ｂは“L"状態と
なり、無効となる。また前記反転ゲート63,64の出力で
ある“L"電位により、前記トランジスタ55,57は非導通
となる。

一方、前記FGコイル37の出力信号は前記速度信号増幅器
71により増幅され、前記トルク指令信号発生器83の前記
波形整形器79に入力される。前記波形整形器79の出力
は、位相差検出器80に、モータの設定速度に応じた信号
を出力する基準信号発生器82と共に接続される。前記波
形整形器79と前記基準信号発生器82の２つの信号の位相
差に応じた信号が前記位相差検出器80により出力されア
ンプ81を介して前記通電切換回路17に入力する。

以上のように前記端子42に前記FGコイル37の信号が入力
された時、前記FGコイル37の信号を用いてブラシレスモ
ータの速度制御を行うことができる。

次に前記端子42に“H"状態の信号を入力した時について
動作を以下に説明する。

前記端子42に“H"状態の信号を入力した時、前記レベル
判別回路78の前記コンパレータ73は“H"信号を出力し前
記コンパレータ74は“L"信号を出力する。

この時前記反転ゲート62は“H"状態，前記反転ゲート63
は“H"状態，前記反転ゲート64は“L"状態となる。前記
第１出力信号Ａは前記反転ゲート64により、“L"状態と
なり、無効となる。前記第２出力信号Ｂは信号状態を維
持し前記反転ゲート65〜67を介して前記トランジスタ55
のベースに入力される。又前記反転ゲート63の“H"状態
の信号は前記反転ゲート68〜70を介して前記トランジス
タ57のベースに至り前記トランジスタ57を導通させる。
前記トランジスタ57が導通することにより、ダーリント
ランジスタ51は非導通となる。前記トランジスタ55のベ
ースに第２出力信号Ｂが入力されているので、前記トル
ク指令発生器83の前記波形整形器79には、前記位置検出
器18の出力信号の３倍の周波数である前記第２出力信号
Ｂが入力されることになる。

前記波形整形器79の出力は前記位相差検出器80にモータ
設定速度に応じた信号を出力する前記基準信号発生器82
と共に接続される。前記波形整形器79と前記基準信号発
生器82の２つの信号の位相差に応じた信号が前記位相差
検出器80により出力されアンプ81を介して前記通電切換
回路17に入力される。以上のように前記端子42“H"状態
の信号を入力した時、前記位置検出器18の３倍の周波数
を有する信号を速度検出信号として用いることのできる
ブラシレスモータの速度制御装置を行うことができる。

次に前記端子42に“L"状態の信号を入力した時について
動作を以下に説明する。

前記端子42に“L"状態の信号を入力した時前記レベル判
別回路78の前記コンパレータ73は“L"信号を出力し前記
コンパレータ74は“H"信号を出力する。

この時前記反転ゲート62は“L"状態，前記反転ゲート63
は“H"状態，前記反転ゲート64は“H"状態となる。前記
第２出力信号Ｂは前記反転ゲート62により“L"状態とな
り、無効となる。一方、前記第１出力信号Ａは信号状態
を維持し前記反転ゲート65〜67を介して前記トランジス
タ55のベースに入力される。又前記反転ゲート63の“H"
状態の信号は前記反転ゲート68〜70を介して前記トラン
ジスタ57のベースに至り前記トランジスタ57を導通させ
る。前記トランジスタ57が導通することにより、ダーリ
ントントランジスタ51は非導通となる。前記トランジス
タ55のベースに第１出力信号Ａが入力されているので、
前記トルク指令発生器83の前記波形整形器79には、前記
位置検出器18の周波数を有する前記第１出力信号Ａが入
力されることになる。

前記波形整形器79の出力は前記位相差検出器80に、モー
タ設定速度に応じた信号を出力する前記基準信号発生器
82と共に接続される。前記波形整形器79と前記基準信号
発生器82の２つの信号の位相差に応じた信号が前記位相
差検出器80により出力されアンプ81を介して前記通電切
換回路17に入力される。以上のように前記端子42に“L"
状態の信号を入力した時、前記位置検出器18の周波数を
有する信号を速度検出信号として用いることのできるブ
ラシレスモータの速度制御を行うことができる。

発明の効果 以上のように本発明は、周波数発電機から任意の周波数
をブラシレスモータの速度の信号として検出することが
できる他、周波数発電機の速度信号が入力される端子を
“H"状態又は“L"状態にすることにより、位置検出器の
信号を、速度信号に用いることができるという特徴を有
しており、特にIC化に際しては、端子数を増加させるこ
となく速度信号源の選択自由度を増大させることがで
き、従って、設計自由度の大なるブラシレスモータの速
度制御装置を安価に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例における速度信号を切換える機
能を有するブラシレスモータの速度制御装置の構成図、
第２図，第３図は従来のブラシレスモータの速度制御装
置の構成図である。 １〜３……駆動コイル、10〜15……駆動トランジスタ、
17……通電切換回路、18〜20……位置検出器、36……位
置検出信号処理回路、71……速度信号増幅器、72……速
度信号切換回路、78……レベル判別回路、83……トルク
指令信号発生器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中野 博充 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 野本 聡 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三洋 電機株式会社内 (72)発明者 水本 正夫 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三洋 電機株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数相のモータ駆動コイルと、前記駆動コ
   イルに接続された複数の駆動トランジスタと、モータの
   可動子の位置を検出する複数の位置検出器と、前記位置
   検出器の出力に応じて前記駆動トランジスタを順次通電
   する通電切換回路と、モータの速度に応じた周波数を有
   する信号を増幅する速度信号増幅器と、前記速度信号増
   幅器の出力に応じてモータに発生するトルクを増減させ
   る信号を出力するトルク指令信号発生器と、前記速度信
   号増幅器の入力信号レベルを判別するレベル判別回路
   と、前記位置検出器の出力に応じた周波数を有する信号
   を出力する位置検出信号処理回路と、前記レベル判別回
   路の出力に応じて前記位置検出信号処理回路の出力を前
   記速度信号増幅器の出力に伝達する速度信号切換回路と
   により構成したブラシレスモータの速度制御装置。
2. 【請求項２】位置検出信号処理回路は、複数の位置検出
   器の出力を各々波形整形する複数の比較器と、前記比較
   器の各出力を合成し、前記位置検出器の１個の出力と同
   一周波数を有する第１出力信号と、前記位置検出器の複
   数個の出力を組み合わせ前記第１出力信号の整数倍の周
   波数を有する第２出力信号とを出力する位置検出出力合
   成回路により構成された特許請求の範囲第１項記載のブ
   ラシレスモータの速度制御装置。
3. 【請求項３】速度信号切換回路は、レベル判別回路の出
   力により速度信号増幅器の動作を機能あるいは停止させ
   る手段と、前記速度信号増幅器の動作が停止状態にある
   とき位置検出信号処理回路の第１あるいは第２出力信号
   のうち一方の出力を前記レベル判別回路の出力により選
   択し前記速度信号増幅器の出力に伝達する手段により構
   成された特許請求の範囲第１項記載のブラシレスモータ
   の速度制御装置。