JPH0681541B2 - ブラシレスモータ - Google Patents

ブラシレスモータ

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JPH0681541B2
JPH0681541B2 JP58232141A JP23214183A JPH0681541B2 JP H0681541 B2 JPH0681541 B2 JP H0681541B2 JP 58232141 A JP58232141 A JP 58232141A JP 23214183 A JP23214183 A JP 23214183A JP H0681541 B2 JPH0681541 B2 JP H0681541B2
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators

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  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は回転数制御装置を備えたブラシレスモータに関
するものである。
近時、温風暖房機等のロータリーバーナー用のモータに
は完全燃焼効果を得るためにモータの回転数は変動の少
ないものが要求されており、又空気調和機のファン用モ
ータにおいても機器本体のきめこまかいシステム制御が
行なわれてきたことに伴なって的確な回転数制御が必要
となってきている。
これらモータの回転数制御手段としては従来より種々提
案されているが、例えば、交流電源にサイリスタやトラ
イアック等からなる位相制御器を介してインダクション
モータを接続し、このモータの回転数をタコジェネレー
タで検出し、この検出信号によりサイリスタやトラィア
ック等の位相角を制御して電圧制御によりモータの回転
数を制御するようにしたもの、あるいは直流電源に制御
トランジスタ等からなる電圧制御回路を介して直流モー
タを接続し、この直流モータの回転数をタコジェネレー
タで検出し、この検出信号により上記制御トランジスタ
の通電を制御して電圧制御により直流モーターの回転数
を制御するようにしたものがあるが、前者においてはモ
ータ単体が他のモータに比して安価となるが、タコジェ
ネレータが必要となって構成が大形化し、高価なものに
すると共に、インダクションモータは定格回転数に対す
る可変範囲が狭まく制御性が悪いという問題があり、後
者においては制御性が良くなるが、上述同様、タコジェ
ネレータが必要となって高価なものとし、制御も一般に
リニア制御となるため制御トランジスタの電力損失が発
生し、低効率となるという問題がある。又、直流モータ
の回転数をタコジェネレータで検出し、この検出信号を
発振器の出力信号と位相比較器によって比較し、この出
力によって制御トランジスタを開閉してモータの通電を
制御するいわゆるフェーズ・ロック・ループ制御（以下
PLL制御という）によって回転数を制御するように構成
したものもあるが、これによれば、回転数の制御精度が
向上するが、タコジェネレータが必要となって高価なも
のとなり、しかも直流電源とモータとの間に制御トラン
ジスタを直列に設ける必要があって、そのための電力損
失を発生し低効率となる問題がある。
本発明は上述した点を解決し、安価に構成することがで
き、高精度、高効率で回転数を制御することができるよ
うにしたブラシレスモータを提供することを目的とす
る。
以下、本発明の実施例を図によって説明する。第１図は
単相全波90°通電形のブラシレスモータ（以下単にモー
タという）の縦断側面図を示したもので、同図において
１回転軸２を挿着して外周を複数の磁極（本例では２
極）に永久着磁した円柱状のロータである。３は上記ロ
ータ１の外周と間隙を介して対向配置したステータで、
積層されたステータコア3aの図示しないスロットにU,V
相のステータコイル3bu,3bvが巻装されている。４は上
方を開口した有底筒状のケース兼用の下部ブラケット
で、底部中央に、上記ロータ１の回転軸２の一端を軸受
部材4aを介して回転自在に支承させ、内周にはステータ
３が嵌着されている。５は下方を開口した円形皿状の上
部ブラケットで、中央部には回転軸２の他端を軸受部材
5aを介して挿通させて回転自在に支承させ、上記下部ブ
ラケット４の上方開口端に着脱可能に被着するようにな
っている。又、この上部ブラケット５内には、絶縁板材
からなる基板６が回転軸２を貫通させて装着し、この基
板６には、上記ロータ１の外周と対向配置した２個の２
出力形ホール素子等からなる位置検知素子7u,7vを支持
具を介して取付け、この位置検知素子7u,7vと上記ステ
ータコイル3bu,3bvから導出したリードを板面に接続端
子と印刷配線した接続導体と接続し、上記接続端子を接
続リード線を介して後述の回転数制御装置８と接続する
ようになっている。
次に上記回転数制御装置８を第２図乃至第５図によって
説明する。回転数制御装置８は、上記位置検知素子7u,7
vの出力信号を論理的に組合せて所定の通電形（本例で
は90°通電形）の出力信号を送出するようにした通電分
配回路8aと、位置検知素子7u,7vの出力周波数を逓倍
（本例では２逓倍）した周波数信号と基準周波数信号と
の周波数が一致しているとき、両者の位相差に対応した
デュサイクルのパルスを出力するようにした同期回路8b
と、これの出力信号により通電分配回路8aの出力信号を
制御（通電期間を制御）して出力するようにした通電制
御回路8cと、これの出力信号により上記ステータコイル
3bu,3bvにそれぞれ通電するようにしたドライブ回路8d
u,8dvとから形成されている。そして、上記通電分配回
路8aは、90°通電形の出力信号を得るため、４個のアン
ド回路AND1,AND2,AND3,AND4からなり、図示しない直流
電源Vcと回路接地間に挿入した上記位置検知素子7uの出
力端Huに、アンド回路AND1とAND4の入力端の一方を、ま
た出力端HxにAND2とAND3の入力端の一方をそれぞれ接続
し、図示しない直流電源VCと回路接地間に挿入した位置
検知素子7vの出力端Hvにアンド回路AND1とAND3の入力端
の他方を、また出力端HyにAND2とAND4の入力端の他方を
それぞれ接続して、アンド回路AND1〜AND4の出力端から
ステータコイル3bu,3bvを90°通電するための出力信号
を順次送出するようになっている。同期回路8bは、上記
通電分配回路8aのアンド回路AND1とAND2の出力端から接
続されて入力周波数を逓倍しこれを出力信号finとして
送出するようにしたオアー回路OR1と、可変抵抗VRの可
変設定により所定周波数を発振しこれを基準周波数信号
frefとして送出するようにした発振器OSCと、この発振
器OSCとオアー回路OR1とから接続された位相比較器PDと
から形成されている。そして、上記位相比較器PDは、第
３図に示すように、排他オアー回路EXORの入力端に上記
発振器OSCとオアー回路OR1の出力端をそれぞれ接続し、
この排他オアー回路EXORの出力端をアンド回路AND9の入
力端の一方に接続し、このアンド回路AND9の入力端の他
方には、発振器OSCとオアー回路OR1の出力端から接続さ
れて、両入力finとfrefの周波数がfin＞frefの関係とな
ったとき、あるいは入力frefに対して入力finの位相が
同じか進み側（第４図で示す両入力finとfrefの位相差
Δθが、Δθ０）となったとき、“L"レベルの出力信
号を送出するようにした周波数弁別器FHの出力端を接続
し、上記アンド回路AND9の出力端をオアー回路OR2の出
力端の一方に接続し、このオアー回路OR2の入力端の他
方には、発振器OSCとオアー回路OR1の出力端から接続さ
れて、両入力finとfrefの周波数がfin＜frefの関係とな
ったとき、あるいは、入力frefに対し入力finの位相が
πよりも遅れ側（第４図で示す両入力finとfrefの位相
差Δθが、Δθπ）となったとき“H"レベルの入力信
号を送出するようにした周波数弁別器FLの出力端を接続
して、上記オアー回路OR2の出力端から、両入力finとfr
efの周波数が一致（fin＝fref）しているとき、両入力f
inとfrefの位相差Δθが、第４図に示すように、０〜π
の範囲においては、位相差Δθと比例したデュティサイ
クルのパルスを出力し、両入力finとfrefの周波数がfin
＜frefの関係にあるとき、あるいは両入力finとfrefの
周波数が一致（fin＝fref）していて上記位相差Δθが
Δθ≧πの関係にあるときは出力の低下を阻止してデュ
ティサイクル1.0（即ち、上限のデュティサイクル）に
固定したパルスを出力し、上記両入力finとfrefの周波
数がfin＞frefの関係にあるとき、あるいは両入力finと
frefの周波数が一致（fin＝fref）していて上記位相差
ΔθがΔθ≦０の関係にあるときは入力の上昇を阻止し
てデュティサイクル０（即ち、下限のデュティサイク
ル）に固定したパルスを出力するようになっており、こ
の位相比較器PDの出力を同期回路8bの出力信号として送
出するようになっている。又、上記発振器OSCの出力fre
fは、今モータの回転数をＮ（ｒ・ｐ・ｍ）とすると、
１秒当りの回転数はN/60（ｒ・ｐ・ｓ）であり、位置検
知素子7u,7vの出力信号fHの周波数は、モータの極数を
Ｐとすると、 で示され、オアー回路OR1の出力信号finの周波数は上記
fHの周波数を２逓倍しているので、上記(1)式から となり、このオアー回路のOR1の出力finと発振器OSCの
出力frefとの周波数が一致させる、即ち、 の関係となるように、可変抵抗VRを可変設定して同期せ
しめるようになっている。換言すれば、モータの回転数
Ｎは上記(3)式から で示されるように発振器OSCの出力frefの周波数に比例
して定まることになる。通電制御回路8cは４個のアンド
回路AND5,AND6,AND7,AND8の入力端の一方を上記通電分
配回路8aのアンド回路AND1〜AND4の出力端にそれぞれ接
続し、AND5〜AND8の入力端の他方には上記同期回路8bの
位相比較器PDの出力端を接続し、上記アンド回路AND5と
AND6の出力端をドライブ回路8duの入力端u1とu2にそれ
ぞれ接続すると共に、アンド回路AND7とAND8の出力端を
ドライブ回路8dvの入力端v1とv2にそれぞれ接続して、
アンド回路AND5〜AND8の出力端から両入力の論理積によ
る出力信号をそれぞれ送出するようになっている。換言
すれば通電制御回路8cは同期回路8bの出力信号のデュテ
ィサイクルにより通電分配回路8aが送出する出力信号の
90°の通電期間を０〜100％の範囲で制御して、出力信
号を送出するようになっている。そして上記ドライブ回
路8duと8dvは、第５図に示すように同一構成となってお
るので8duについて説明すると、図示しない直流電源Vc
と回路接地間に、トランジスタQ1とQ2を直列に接続した
アームと、トランジスタQ3とQ4を直列に接続したアーム
とを並列に挿入し、上記トランジスタQ1〜Q4のコレクタ
・エミッタ間には、フライホイールダイオードD1〜D4を
逆並列にそれぞれ挿入し、このトランジスタQ1〜Q4のベ
ースに、入力端u1，u2に接続して入力信号の組合せによ
り４つの出力端からベースドライブ出力をそれぞれ送出
するようにしたベースドライバーBDの上記出力端をそれ
ぞれ接続し、トランジスタQ1とQ2の接続点を出力端u
0に、またトランジスタQ3とQ4の接続点を出力端x0にそ
れぞれ接続し、入力信号に応じて送出するベースドライ
バーBDのベースドライブ出力によりトランジスタQ1〜Q4
をオン・オフ制御して、出力端u0,x0から入力端u1,u2の
入力信号によって下記真理値表で示すような出力信号を
送出するようになっている。
そして、上記ドライブ回路8duの出力端u0,x0はＵ相のス
テータコイル3buの両端に、またドライブ回路8dvの出力
端v0,y0はＶ相のステータコイル3dvの両端にそれぞれ接
続して、ドライブ回路8du,8dvの出力によりステータコ
イル3bu.3bvをそれぞれ通電するようになっている。
このように構成された回転数制御装置８は例えば樹脂モ
ールド成形により全体を被覆してモータ本体から導出さ
れた口出線のコネクタと挿脱可能に接続される。
次にモータの回転数制御動作を第６図及び第７図と共に
説明する。発振器OSCの可変抵抗VRを可変してモータの
回転数を所定の回転数（例えば第７図に示すN1）に設定
し、図示しない電源を印加することにより直流電源Vcが
各回路に供給され、上記発振器OSCは所定の回転数、例
えばN1に対応して設定した周波数で発振して基準周波数
信号frefを送出する。
この電源印加時、ロータ１は回転していないので、同期
回路8bの位相比較器PDの両入力fin,frefの周波数はfin
＜frefの関係にあるので、周波数弁別器FLが“H"レベル
の出力信号を送出することになり、この出力信号がオア
ー回路OR2を介して位相比較器PDの出力信号即ち同期回
路8bの出力信号として通電制御回路8cのアンド回路AND5
〜AND8に送出する。このときのデューティサイクルは1.
0であるので通電制御回路8cのアンド回路AND5〜AND8は
いわゆる素通し状態となり位置検知素子7u,7vの出力信
号により通電分配回路8aのアンド回路AND1〜AND4のいず
れかの出力端から90°通電の出力信号が対応する通電制
御回路8cのアンド回路AND5〜AND8のいずれかを介してド
ライブ回路8du,8dvのいずれか一方に送出され、ステー
タコイル3du,3dvのいずれか一方が100％の90°通電期間
で通電される。これによりロータ１が回転し、この回転
により位置検知素子7u,7vの出力信号を（第６図7u,7v）
うけた通電分配回路8aから90°通電の出力信号がアンド
回路AND1〜AND4の出力端から順次送出され（第６図AND1
〜AND4）、ロータ１の回転数が上昇する。この上昇によ
り回転数が所定の回転数（例えば第７図のN1）に達する
と、位相比較器PDの両入力finとfrefの周波数はfin＝fr
efとなるので、周波数弁別器FLの出力信号が“H"から
“L"レベルに反転し、これにより位相比較器PDの出力
は、上記両入力fin,frefの位相差を出力する排他オアー
回路EXORの出力信号（即ち、▲▼・fref＋fin・
▲▼）に規制されることになるので、そのデュ
ティサイクルは1.0以下となり、このため通電分配回路8
aから送出される90°通電の出力信号は通電期間が90°
より減少し（即ちステータコイル3du,3dvの通電電圧が
等価的に低くなる）、finとfrefの位相差Δθがｏ〜π
の範囲で平衡的に達してモータの回転数が一定となる。
たとえば、位相比較器PDの両入力fin,frefの位相差Δθ
が第６図（イ）に示すように、Δθ１の場合、排他オア
ー回路EXORの出力信号は第６図（イ）のPDで示すように
そのデュティサイクルは１以下となり、これが同期回路
8bの出力信号として通電制御回路8cのアンド回路AND5〜
AND8に送出される。これをうけた上記アンド回路AND5〜
AND8は入力端の他方に通電分配回路8aのアンド回路AND1
〜AND4から90°通電の出力信号をうけているので、両入
力の論理積をとって出力するため、出力信号の通電期間
は90°より狭巾に制御され（第６図（イ）AND5〜AN
D8）、ドライブ回路8du,8dvを介してステータコイル3b
u,3bvの通電が第６図（イ）Iu,Ivで示すように、制御さ
れる。
そして、モータの回転中において、モータの負荷が重く
なったり、あるいは電源電圧の低下等により回転数が下
がろうとすると、Δθは遅れ方向になるため、位相比較
器PDの出力信号のデュティサイクルは、第４図に示すよ
うに、大きくなり、これにともなって通電制御回路8cの
出力信号はその通電期間を増大するよう制御してドライ
ブ回路8du,8dvから出力せしめることになるので、モー
タは回転数を上昇させるように制御され、上記平衡点に
達した一定の回転数を維持する。
このように、位相比較器PDの出力信号のデュティサイク
ルは、入力位相差Δθがｏ〜πの範囲において、位相差
Δθに比例して０〜1.0まで変化するため、これに応じ
てステータコイル3bu,bvの通電期間も０〜100％制御さ
れることになり、モータの裸特性（即ちモータがフィー
ドバック制御等の制御が行なわれないときの特性、第７
図Ａ）の範囲内であれば、位相差Δθがｏ〜πの範囲で
同期することになる。このことは位相比較器PDの両入力
finとfrefとが全く同じ周波数となることを意味してい
る。
又、モータの負荷が極端に重くなって、位相比較器PDの
出力のデュティサイクルが１となってもなお、所定の回
転数が得られない場合は上記両入力finとfrefの周波数
がfin＜frefの関係となるので、周波数弁別器FLの出力
は“H"レベルとなって、初期状態と同様、デュティサイ
クルは１（即ち、上限）に固定されてモータの回転を上
昇するよう制御する。反対にモータの負荷が極端に軽く
なって上記両入力finとfrefの周波数がfin＞frefの関係
となった場合は、周波数弁別器FHの出力が“L"レベルに
反転し（このとき上記周波数弁別器FLの出力は“L"レベ
ルにある）、位相比較器PDの出力のデュティサイクルは
０（即ち、下限）に固定されてドライブ回路8du,8dvの
出力はOFF状態となってモータの回転を下降させ、上記
両入力finとfrefの周波数が一致するよう動作し、fin＝
frefの関係になったとき、周波数弁別器FHの出力を“H"
レベルに反転（このとき周波数弁別器FLの出力は“L"レ
ベルにある）させて、以降位相比較器PDの出力は両入力
finとfrefの位相差と比例したデュティサイクルのパル
スで送出して回転数を制御する。
又、モータの所定回転数Ｎを第７図に示すN2（N1＞N2）
になるように発振器器OSCの出力frefの周波数を設定
し、これにモータの回転数が達して平衡したとき、第６
図（ロ）で示すように、位相比較器PDの両入力finとfre
fの位相差ΔθがΔθ２になったとすれば、位相比較器P
Dの出力信号は第６図（ロ）PDで示すようになり、その
通電期間は上述したΔθ１の場合（第６図（イ））より
きらに狭巾に制御されて通電制御回路8cのアンド回路AN
D5〜AND8から出力され、これによりステータコイル3bu,
3bvがドライブ回路8du.8dvを介して通電制御される（第
６図（ロ）Iu,Iv）。
尚、上記実施例においてモータはいわゆる周対向形に形
成されたものとして説明したが、いわゆる面対向形に形
成されたモータに適用できることは云うまでもない。
又、実施例にあって回転数制御装置８は単相90°通電形
のモータに適用したものについても説明したが、要旨を
変更しない範囲で３相モータに適用し得ることは云うま
でもない。
本発明によれば、位置検知素子の出力信号を論理的に組
合せて所定の通電期間を有する信号を送出するようにし
た通電分配回路の出力を、この出力の周波数を逓倍した
出力と基準周波数の出力との周波数が一致していると
き、両出力の位相差と比例したデュティサイクルのパル
スで送出するようにした同期回路の出力によって制御す
ることによりドライブ回路のトランジスタの通電期間を
制御して回転数を制御するようにしてあるので、電流制
御トランジスタを別に設けてこれのオンタイムを制御す
るものに比して電力損失の増加を防止することができ、
効率を高めることができる。しかも、タコジエネレータ
等の回転数検出手段を設けることなく、回転数を制御す
ることができるので構成を簡略化して安価に製すること
ができ、同期回路は通電分配回路の出力周波数を逓倍し
て基準周波数との周波数が一致していないときは、上限
又は下限のデュティサイクルに固定したパルスを出力し
て周波数を一致させ、周波数が一致したときは、位相差
が所定の範囲において、該位相差と比例したデュティサ
イクルのパルスを出力するようにしてあるので、ドライ
ブ回路の最大能力で周波数を一致させるフィードバック
ループを働かせることができ、応答性が向上することは
勿論、ステータコイルの通電を正負対称に制御すること
ができ、モータの異常振動、騒音を防止して円滑な回転
数制御を行うことができる。又、モータの所定回転数の
設定は発振器の可変抵抗を可変設定するだけで行うこと
ができ、簡単な操作で容易に可変設定することができ、
しかも、モータは電圧と回転数が比例し、ロータの慣性
モーメントによりフイルタ効果が得られるため、PLL制
御を形成しているので回転数の制御精度を一段と向上せ
しめることができる。更に、同期回路の位相比較器には
周波数の弁別機能を具備せしめてあるので、同期引込み
に速度ループ等の手段を設けることなく同期せしめるこ
とができ、構成を簡略化してモータの脱調を防止するこ
おとができる等著しい効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明を適用したブラシレスモータの縦断側面
図、第２図は第１図の回転数制御装置のブロック図、第
３図は第２図の位相比較器のブロック図、第４図は第３
図の出力特性図、第５図は第２図のドライブ回路のブロ
ック図、第６図はΔθを異にした動作のタイムチヤート
図、第７図は第１図の回転数−トルク曲線図である。 1:ロータ、3:ステータ 3bu,3bv:ステータコイル、7u,7v:位置検知素子、 8:回転数制御装置、8a:通電分配回路、 8b:同期回路、8c:通電制御回路、 8du,8dv:ドライブ回路、PD:位相比較器、 OSC:発振器、FL,FH:周波数弁別器、 Q1〜Q4：トランジスタ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】永久磁石形のロータと、ステータコイルを
    有して上記ロータと対向配置したステータと、上記ロー
    タと対向して回転位置を検出する位置検知素子と、上記
    ステータコイルに出力を送出する複数のトランジスタか
    らなるドライブ回路とを備え、上記位置検出素子の出力
    信号によりトランジスタを通電制御して回転するブラシ
    レスモータにおいて、上記位置検出素子の出力信号を論
    理的に組合せて所定通電期間の出力信号を送出するよう
    にした通電分配回路と、これの出力周波数を逓倍した出
    力と所定周波数を基準周波数として発振する発振器の出
    力との周波数が一致しているときには、上記両出力の位
    相差が所定の範囲において、該位相差と比例したデュテ
    ィサイクルのパルスを出力し、上記両出力の周波数が一
    致していないときには、上限又は下限のデュティサイク
    ルに固定したパルスを出力するようにした同期回路とを
    備え、この同期回路の出力信号により上記通電分配回路
    の出力信号を制御してドライブ回路のトランジスタの通
    電期間を制御することによって、上記基準周波数と同期
    してモータを回転せしめるようにしたことを特徴とする
    ブラシレスモータ。
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JPS56129587A (en) * 1980-03-13 1981-10-09 Olympus Optical Co Ltd Controlling device for brushless motor

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JPS60125192A (ja) 1985-07-04

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