JPH07231694A

JPH07231694A - 直流ブラシレスモータの駆動装置

Info

Publication number: JPH07231694A
Application number: JP6018509A
Authority: JP
Inventors: Akira Akami; 晃赤見
Original assignee: Shibaura Engineering Works Co Ltd
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 1994-02-15
Filing date: 1994-02-15
Publication date: 1995-08-29
Anticipated expiration: 2018-01-27
Also published as: JP3371165B2

Abstract

(57)【要約】【目的】制動力が格段に向上した直流ブラシレスモー
タの駆動装置を提供することである。【構成】モータ２は３対のコイル３ａ，３ｂ；４ａ，
４ｂ；５ａ，５ｂを有する固定子２０備え、各対のコイ
ル３ａ，３ｂ；４ａ，４ｂ；５ａ，５ｂは、相互に対角
線上に配置され、駆動装置１からのＵ相、Ｖ相及びＷ相
の駆動信号で駆動される。コイル３ａ，４ｂ，５ｂに臨
んで、例としてホール素子などからなる３つの磁極検出
素子Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３が設けられる。駆動装置１は、コ
イル３ａ，３ｂ；４ａ，４ｂ；５ａ，５ｂにＵ相、Ｖ相
及びＷ相の駆動信号をそれぞれ供給するインバータ回路
６を備え、インバータ回路６には６つのトランジスタＱ
１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６が設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、直流ブラシレスモータ
の駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から自動ドアを駆動する分野などに
おいて、直流ブラシレスモータ（以下、モータと略す）
が用いられている。固定子として３ｎ個、例として６個
のコイルを備え、回転子として周方向にＮ極とＳ極とが
交互に着磁され、例として４つの磁極を有する永久磁石
が用いられている。前記コイルは、トランジスタを用い
るインバータ回路によって、対角線上のコイルが同一の
駆動信号で駆動され、励磁時には同一の磁極となるよう
に構成される。各コイルへの駆動信号の通電順序によっ
て、モータが正回転あるいは逆回転する。このようなモ
ータにおいて、モータを回転駆動する場合、Ｎ極あるい
はＳ極に励磁された２対のコイル以外の１対のコイルは
非励磁状態である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のモータを自動ド
アに用いる場合、ドアを開閉する動作に対応するモータ
の前記正回転及び逆回転は、前述したように各コイルへ
の通電順序の設定によって決定される。また、例として
ドアが開放状態から閉止状態になるとき、ドアを閉止動
作の途中で急速に停止し、再度開放動作を行う場合があ
る。このような場合、ドアを駆動するモータを一旦停止
して、モータの回転方向を逆転させる必要がある。この
ようなドアの停止は、自動ドアを通過する通行人の安全
のために可及的に急速である必要がある。

【０００４】従来では、このような急速なモータの停止
を行うためには、前記インバータ回路を構成する周知の
２群のトランジスタのうち、いずれか一方のトランジス
タ群のトランジスタを全てオフ状態に設定している。あ
るいはモータの回転モードを逆転モードに切り替えてい
る。

【０００５】しかし、このような従来の制動方式では、
ドアの急速な停止のための制動力が不十分であるという
課題を有している。図１３及び図１４は、従来の制動方
式によって、４０００ｒｐｍで正回転あるいは逆回転し
ているモータを停止させた場合の回転数の変化を測定し
たグラフである。モータの確実な停止までに約０．１秒
程度の時間を要していることが分かる。

【０００６】本発明の目的は、上述の技術的課題を解決
し、制動力が格段に向上した直流ブラシレスモータの駆
動装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、３ｎ個（ｎは
自然数）のコイルを有する固定子と、２ｎ個の磁極を有
する回転子とを備える直流ブラシレスモータを駆動し、
前記直流ブラシレスモータに駆動電力を供給するスイッ
チングレギュレータを備える直流ブラシレスモータの駆
動装置において、通常回転時及び通常逆回転時には、各
コイルへの通電を、各コイルへの通電期間が重複するこ
となく行い、回転制動時には、各コイルへスイッチング
レギュレータからの駆動電力を供給し、かつ各コイルへ
の通電を、各コイルへの通電期間が重複期間を有するよ
うに行うことを特徴とする直流ブラシレスモータの駆動
装置である。

【０００８】また、本発明は、３ｎ個（ｎは自然数）の
コイルを有する固定子と、２ｎ個の磁極を有する回転子
とを備える直流ブラシレスモータを駆動し、前記直流ブ
ラシレスモータに駆動電力を供給するスイッチングレギ
ュレータを備える直流ブラシレスモータの駆動装置にお
いて、通常回転時及び通常逆回転時には、各コイルへの
通電を、各コイルへの通電期間が重複することなく行
い、回転制動時には、スイッチングレギュレータの動作
を停止して駆動電力の供給を停止すると共に、各コイル
への通電を、各コイルへの通電期間が重複期間を有する
ように行うことを特徴とする直流ブラシレスモータの駆
動装置である。

【０００９】

【作用】本発明に従うブラシレスモータは、３ｎ個（ｎ
は自然数）のコイルを有する固定子と、２ｎ個の磁極を
有する回転子とを備える。直流ブラシレスモータの駆動
装置は、前記直流ブラシレスモータに駆動電力を供給す
るスイッチングレギュレータを備える。本発明の駆動装
置は、通常回転時及び通常逆回転時には、各コイルへの
通電を、各コイルへの通電期間が重複することなく行
い、回転制動時には、各コイルへスイッチングレギュレ
ータからの駆動電力を供給し、かつ各コイルへの通電
を、各コイルへの通電期間が重複期間を有するように行
う。

【００１０】従って、モータを急速に制動する場合に
は、前述したような各コイルへの通電を行うことによ
り、３ｎ個のコイルのいずれにも磁極を発生させること
ができる。これにより、モータの制動速度を向上するこ
とができる。

【００１１】また、本発明によれば、駆動装置は、通常
回転時及び通常逆回転時には、各コイルへの通電を、各
コイルへの通電期間が重複することなく行い、回転制動
時には、スイッチングレギュレータの動作を停止して駆
動電力の供給を停止すると共に、各コイルへの通電を、
各コイルへの通電期間が重複期間を有するように行う。
このような制動動作によっても、上記の効果を得ること
ができる。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の一実施例のモータの駆動装置
１の電気的構成を示すブロック図である。本実施例は、
一例として自動ドアを走行駆動するモータについて説明
するが、本発明のモータの駆動回路はこの例に限られる
ものではない。本実施例の駆動装置１は、交流電源２２
からの交流電力のノイズを遮断するノイズフィルタ２３
と、ノイズフィルタ２３からの交流電力を、後述するよ
うなインバータ回路６に供給するスイッチングレギュレ
ータ２４と、前記インバータ回路６と、インバータ回路
６に設けられる各トランジスタを駆動する信号を出力す
る駆動回路７とを備える。

【００１３】図２は本一実施例のモータの駆動装置１の
電気的構成を示す回路図であり、図３は本実施例に従う
モータ２に関連する電気的構成を示す配線図である。本
実施例のモータ２は３対のコイル３ａ，３ｂ；４ａ，４
ｂ；５ａ，５ｂを有する固定子２０備え、各対のコイル
３ａ，３ｂ；４ａ，４ｂ；５ａ，５ｂは、相互に対角線
上に配置され、駆動装置１からのＵ相、Ｖ相及びＷ相の
駆動信号で駆動される。従って、前記対角線上の各コイ
ル３ａ，３ｂ；４ａ，４ｂ；５ａ，５ｂは、それぞれ同
一磁極に励磁される。本実施例では、コイル３ａ，４
ｂ，５ｂに臨んで、例としてホール素子などからなる３
つの磁極検出素子Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３が設けられ、それぞ
れ２つずつの検出出力Ｈ１ａ，Ｈ１ｂ；Ｈ２ａ，Ｈ２
ｂ；Ｈ３ａ，Ｈ３ｂが得られる。

【００１４】駆動装置１は、コイル３ａ，３ｂ；４ａ，
４ｂ；５ａ，５ｂに前記Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の駆動信号
をそれぞれ供給するインバータ回路６を備え、インバー
タ回路６には６つのトランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ
４，Ｑ５，Ｑ６が設けられる。トランジスタＱ１，Ｑ４
は電源Ｖ１と接地電位との間で直列に接続され、トラン
ジスタＱ２，Ｑ５及びトランジスタＱ３，Ｑ６も、電源
Ｖ１と接地電位との間で直列に接続される。トランジス
タＱ１，Ｑ４；Ｑ２，Ｑ５；Ｑ３，Ｑ６の各接続点から
前記Ｕ相、Ｗ相及びＶ相の駆動信号が取出される。

【００１５】前記トランジスタＱ１，Ｑ２及びＱ３のベ
ースに、トランジスタＱ７，Ｑ８及びＱ９を介して駆動
制御信号を入力する駆動回路７が設けられる。駆動回路
７は、集積回路素子として構成され、前記トランジスタ
Ｑ７，Ｑ８，Ｑ９，Ｑ４，Ｑ５及びＱ６に、これらのト
ランジスタのオン／オフ状態を制御する駆動制御信号
を、複数の出力端子Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３，Ｏ４，Ｏ５及び
Ｏ６から出力する。また、駆動回路７には、前記磁極検
出素子Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３から出力される磁極検出信号が
波形整形などの信号処理を施されて得られる検出信号ｈ
１，ｈ２，ｈ３が入力される入力端子Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３
が設けられる。

【００１６】駆動装置１は、前記駆動回路７の入力端子
Ｉ４，Ｉ５，Ｉ６に制御信号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３を作成し
て入力する信号発生回路８を備える。本実施例の駆動回
路７は、前記制御信号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３のハイレベル
（以下、Ｈレベルと記す）あるいはローレベル（以下、
Ｌレベルと記す）の組み合わせによって、後述するよう
な複数の動作モードのいずれか一つを選択する。信号発
生回路８は、ＨレベルまたはＬレベルの信号をそれぞれ
出力するスイッチ９，１０，１１を備える。スイッチ９
の出力は、ＯＲ回路１２に入力されると共に、反転回路
１３を介してＡＮＤ回路１４に入力され、ＡＮＤ回路１
４の出力は前記ＯＡ回路１２に入力される。また、スイ
ッチ９の出力はＡＮＤ回路１５に入力される。スイッチ
１０の出力は前記ＡＮＤ回路１４に入力されると共に、
反転回路１６を介してＡＮＤ回路１８に入力される。ス
イッチ１１の出力は、前記ＡＮＤ回路１５に入力される
と共に、反転回路１７を介して前記ＡＮＤ回路１８に入
力される。

【００１７】図４〜図１０は本実施例の動作を説明する
図である。これらの図面を参照して、本実施例の動作に
ついて説明する。

【００１８】（１）通常正回転動作図４および図５を参照する。本実施例のモータ２におい
て、例としてＳ極とＮ極とが周方向に交互に４極着磁さ
れた永久磁石片からなる回転子２１を備える。本実施例
のモータ２を通常正回転する場合、すなわち例として自
動ドアを開放する場合、駆動回路７には、前記制御信号
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３が例としてＨ，Ｌ，Ｈの組み合わせで
入力され、駆動回路７は、以下の動作を行う正回転動作
モードに設定される。即ち、前記インバータ回路６のト
ランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６は、図
４（４）〜同図（９）に示されるタイミングで駆動され
る。このとき、各磁極検出素子Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３から
は、図４（１）〜同図（３）に示す波形の出力が得られ
る。

【００１９】前記トランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ
４，Ｑ５，Ｑ６の図４（４）〜同図（９）に示される駆
動に対応する各コイル３ａ，３ｂ；４ａ，４ｂ；５ａ，
５ｂの励磁状態は、図５（１）〜同図（６）に示され
る。即ち、図５（１）において、コイル３ａ，３ｂがＳ
極に励磁され、コイル５ａ，５ｂがＮ極に励磁される。
コイル４ａ，４ｂは非励磁状態である。図５（２）にお
いて、コイル５ａ，５ｂはＮ極に励磁された状態であ
り、コイル４ａ，４ｂがＳ極に励磁される。コイル３
ａ，３ｂは非励磁状態である。各コイルの図５（１）の
励磁状態から図５（２）の励磁状態への変換によって、
回転子２１は３０度回転する。以下、図４（３）〜同図
（６）に示すような、各コイルの励磁を行うことによ
り、回転子２１は図５の矢符ＣＷ方向に回転する。

【００２０】（２）通常逆回転動作図６および図７を参照する。本実施例のモータ２を通常
逆回転する場合、即ち例として自動ドアを閉止する場
合、駆動回路７には、前記制御信号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３が
例としてＬ，Ｌ，Ｈの組み合わせで入力され、駆動回路
７は、以下の動作を行う通常逆回転動作モードに設定さ
れる。即ち、前記インバータ回路６のトランジスタＱ
１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６は、図６（４）〜同
図（９）に示されるタイミングで駆動される。このと
き、各磁極検出素子Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３からは、図６
（１）〜同図（３）に示す波形の出力が得られる。

【００２１】前記トランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ
４，Ｑ５，Ｑ６の図６（４）〜同図（９）に示される駆
動に対応する各コイル３ａ，３ｂ；４ａ，４ｂ；５ａ，
５ｂの励磁状態は、図７（１）〜同図（６）に示され
る。即ち、図７（１）において、コイル３ａ，３ｂがＳ
極に励磁され、コイル４ａ，４ｂがＮ極に励磁される。
コイル５ａ，５ｂは非励磁状態である。図７（２）にお
いて、コイル４ａ，４ｂはＮ極に励磁された状態であ
り、コイル５ａ，５ｂがＳ極に励磁される。コイル３
ａ，３ｂは非励磁状態である。各コイルの図７（１）の
励磁状態から図７（２）の励磁状態への変換によって、
回転子２１は３０度回転する。以下、図７（３）〜同図
（６）に示すような、各コイルの励磁を行うことによ
り、回転子２１は図７の矢符ＣＣＷ方向に回転する。

【００２２】（３）正回転からの制動動作図８および図９を参照する。本実施例のモータ２を制動
するとは、例としてドアが開放状態から閉止状態になる
とき、ドアを閉止動作の途中で急速に停止し、再度開放
動作を行う場合などである。このような場合、ドアを駆
動するモータを一旦停止して、モータの回転方向を逆転
させる必要がある。このようなドアの停止は、自動ドア
を通過する通行人の安全のために可及的に急速である必
要がある。この場合、駆動回路７には、前記制御信号Ｃ
１，Ｃ２，Ｃ３が例としてＨ，Ｌ，Ｈの組み合わせで入
力され、駆動回路７は、以下の動作を行う制動動作モー
ドに設定される。即ち、前記インバータ回路６のトラン
ジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６は、図８
（４）〜同図（９）に示されるように、１８０度通電の
タイミングで駆動される。このとき、各磁極検出素子Ｈ
１，Ｈ２，Ｈ３からは、図８（１）〜同図（３）に示す
波形の出力が得られる。

【００２３】前記トランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ
４，Ｑ５，Ｑ６の図８（４）〜同図（９）に示される駆
動に対応する各コイル３ａ，３ｂ；４ａ，４ｂ；５ａ，
５ｂの励磁状態は、図９（１）〜同図（６）に示され
る。即ち、図９（１）において、コイル３ａ，３ｂ；５
ａ，５ｂがＳ極に励磁され、コイル４ａ，４ｂがＮ極に
励磁される。図９（２）において、コイル３ａ，３ｂは
Ｓ極に励磁された状態、コイル４ａ，４ｂはＮ極に励磁
された状態である。このとき、コイル５ａ，５ｂがＮ極
に励磁される。図９（３）において、コイル３ａ，３ｂ
はＳ極に励磁された状態、コイル５ａ，５ｂはＮ極に励
磁された状態である。このとき、コイル４ａ，４ｂがＳ
極に励磁される。図９（４）において、コイル４ａ，４
ｂはＳ極に励磁された状態、コイル５ａ，５ｂはＮ極に
励磁された状態である。このとき、コイル３ａ，３ｂが
Ｎ極に励磁される。図９（５）において、コイル３ａ，
３ｂはＮ極に励磁された状態、コイル４ａ，４ｂはＳ極
に励磁された状態である。このとき、コイル５ａ，５ｂ
がＳ極に励磁される。図９（６）において、コイル３
ａ，３ｂはＮ極に励磁された状態、コイル５ａ，５ｂは
Ｓ極に励磁された状態である。このとき、コイル４ａ，
４ｂがＮ極に励磁される。

【００２４】各コイルの図９（１）〜同図（６）に示さ
れる励磁状態の変換周期を、急速に減速し停止させるこ
とによって、回転子２１は各タイミングでそれぞれ３０
度回転しつつ、停止する。本実施例の制動動作では、３
対のコイル３ａ，３ｂ；４ａ，４ｂ；５ａ，５ｂのいず
れも必ず励磁状態にある。従って、モータ２を、図８及
び図９に示す制動方式で制動制御すると、回転子２１に
十分な制動力を与えることができる。また、回転子２１
を十分な保持力で拘束することができる。従って、モー
タ２によって駆動される自動ドアの格段に急速な制動を
実現することができる。

【００２５】（４）逆回転からの制動動作図９および図１０を参照する。本実施例のモータ２を逆
回転から制動するとは、例として自動ドアを全閉状態か
ら開放する際に、開放動作の途中でドアを停止すること
である。この場合、駆動回路７は、各コイルに対し図１
０で示される通電制御を行う。各コイル３ａ，３ｂ；４
ａ，４ｂ；５ａ，５ｂの磁極の変化は、図９の例とは、
固定子２０の周方向に関して逆方向に進行するのみで、
制動の原理は同一である。従って、逆回転からの制動に
おいても、前記効果と同様な効果を達成することができ
る。

【００２６】図１１は本発明の発明者が、本実施例の駆
動装置１にを用いてモータ２の制動性能を計測したグラ
フである。モータ２が４０００ｒｐｍから停止するまで
の時間が、従来と比較して格段に短縮されていることが
分かる。

【００２７】本発明の他の実施例として、モータ２の制
動時に、図１に示すスイッチングレギュレータ２４を停
止し、モータ２へ駆動電力を供給しないようにしてもよ
い。本件発明者は、図８〜図１０に示されたモータ２の
駆動装置１の動作、即ちインバータ回路６の動作は、前
記図８及び図１０に示される動作であり、前記スイッチ
ングレギュレータ２４を遮断しても、各コイル３ａ，３
ｂ；４ａ，４ｂ；５ａ，５ｂの自己発電作用によって、
スイッチングレギュレータ２４の動作時の前記制動動作
とほぼ同一の制動動作が達成されることを確認した。そ
の実験結果は、図１２のグラフに示される。このグラフ
では、回転速度４０００ｒｐｍのモータ２が停止するま
での時間が、従来の制動方式よりも格段に短縮されてい
ることが確認された。

【００２８】

【発明の効果】以上のように本発明に従う直流ブラシレ
スモータは、３ｎ個（ｎは自然数）のコイルを有する固
定子と、２ｎ個の磁極を有する回転子とを備える。ま
た、直流ブラシレスモータの駆動装置は、前記直流ブラ
シレスモータに駆動電力を供給するスイッチングレギュ
レータを備える。本発明の駆動装置は、通常回転時及び
通常逆回転時には、各コイルへの通電を、各コイルへの
通電期間が重複することなく行い、回転制動時には、各
コイルへスイッチングレギュレータからの駆動電力を供
給し、かつ各コイルへの通電を、各コイルへの通電期間
が重複期間を有するように行う。

【００２９】従って、モータを急速に制動する場合に
は、前述したような各コイルへの通電を行うことによ
り、３ｎ個のコイルのいずれにも磁極を発生させること
ができる。これにより、モータの制動速度を向上するこ
とができる。

【００３０】また、本発明によれば、駆動装置は、通常
回転時及び通常逆回転時には、各コイルへの通電を、各
コイルへの通電期間が重複することなく行い、回転制動
時には、スイッチングレギュレータの動作を停止して駆
動電力の供給を停止すると共に、各コイルへの通電を、
各コイルへの通電期間が重複期間を有するように行う。
このような制動動作によっても、上記の効果を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の直流モータ２の駆動装置１
の電気的構成を示すブロック図である。

【図２】本実施例のモータの駆動装置１の電気的構成を
示す回路図である。

【図３】本実施例に従うモータ２に関連する電気的構成
を示す配線図である。

【図４】本実施例の通常正回転動作を説明するタイミン
グチャートである。

【図５】本実施例の各コイルの励磁状態を説明する配線
図である。

【図６】本実施例の通常逆回転動作を説明するタイミン
グチャートである。

【図７】本実施例の各コイルの励磁状態を説明する配線
図である。

【図８】本実施例の正回転からの制動動作を説明するタ
イミングチャートである。

【図９】本実施例の各コイルの励磁状態を説明する配線
図である。

【図１０】本実施例の逆回転からの制動動作を説明する
タイミングチャートである。

【図１１】本実施例の効果を説明するグラフである。

【図１２】本実施例の効果を説明するグラフである。

【図１３】従来例の問題点を説明するグラフである。

【図１４】従来例の問題点を説明するグラフである。

【符号の説明】

１駆動装置２モータ３ａ，３ｂ；４ａ，４ｂ；５ａ，５ｂコイル６インバータ回路７駆動回路２０固定子２１回転子Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３磁極検出素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６トランジスタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】３ｎ個（ｎは自然数）のコイルを有する固
定子と、２ｎ個の磁極を有する回転子とを備える直流ブ
ラシレスモータを駆動し、前記直流ブラシレスモータに
駆動電力を供給するスイッチングレギュレータを備える
直流ブラシレスモータの駆動装置において、通常回転時及び通常逆回転時には、各コイルへの通電
を、各コイルへの通電期間が重複することなく行い、回
転制動時には、各コイルへスイッチングレギュレータか
らの駆動電力を供給し、かつ各コイルへの通電を、各コ
イルへの通電期間が重複期間を有するように行うことを
特徴とする直流ブラシレスモータの駆動装置。
【請求項２】３ｎ個（ｎは自然数）のコイルを有する固
定子と、２ｎ個の磁極を有する回転子とを備える直流ブ
ラシレスモータを駆動し、前記直流ブラシレスモータに
駆動電力を供給するスイッチングレギュレータを備える
直流ブラシレスモータの駆動装置において、通常回転時及び通常逆回転時には、各コイルへの通電
を、各コイルへの通電期間が重複することなく行い、回
転制動時には、スイッチングレギュレータの動作を停止
して駆動電力の供給を停止すると共に、各コイルへの通
電を、各コイルへの通電期間が重複期間を有するように
行うことを特徴とする直流ブラシレスモータの駆動装
置。