JPH08223972A - ブラシレスモータの制御方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ブラシレスモータの回転子の位置を確実に検
出可能とする。 【構成】 ブラシレスモータを駆動するためのインバー
タ部４を有し、ブラシレスモータ３の回転子３ａの位置
検出タイミングを位置検出回路５で各相毎に検出し、こ
れら検出信号をマイクロコンピュータ１０ａに入力して
おり、このマイクロコンピュータ１０ａはそれら位置検
出タイミングをもとにしてインバータ部４のスイッチン
グ素子の駆動タイミングを算出し、この算出タイミング
で駆動信号をドライブ回路６ｂに出力し、かつ回転子の
回転数を制御するためにそのスイッチング素子の駆動期
間をチョッピングするチョッピング信号をドライブ回路
６ｂに出力する一方、その駆動パルスの幅がスイッチン
グ素子をオンするに可能な時間より小さくならないよう
に、チョッピング周波数を可変する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はセンサレス直流ブラシ
レスモータ（以下ブラシレスモータと記す）の回転制御
技術に係り、特に詳しくは回転子の位置検出が確実にで
きるようにするブラシレスモータの制御方法およびその
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種のブラシレスモータの制御方法に
おいては、ブラシレスモータの回転子の位置検出をもと
にして同ブラシレスモータの電機子巻線の通電を切り替
える一方、ブラシレスモータの回転数を制御するために
電機子巻線の通電電圧（印加電圧）をチョッピングする
チョッピング信号のデューティサイクルを可変する。

【０００３】ブラシレスモータの回転子の位置を検出す
るための位置検出回路としては、現在のところアナログ
方式やディジタル方式のものが提案されている。前者の
場合には、各相の端子電圧（誘起電圧）を積分し、この
積分された信号と基準電圧とを比較し、この比較結果を
ブラシレスモータの通電切り替えタイミングとする。後
者の場合には、誘起電圧と基準電圧とを比較し、この比
較結果をマイクロコンピュータに入力し、このマイクロ
コンピュータによって回転子の位置検出タイミング、ブ
ラシレスモータの通電切り替えタイミングを算出する。

【０００４】前者のアナログ方式と比較して後者のディ
ジタル方式のもの方が利点が大きいことから、ディジタ
ル方式を採用する傾向にある。このディジタル方式を採
用した制御装置は、例えば図３に示すように、商用電源
１を直流電源に変換するＡＣ／ＤＣ変換部２と、この変
換後の直流電源をスイッチングしてブラシレスモータ３
に供給するインバータ部４と、ブラシレスモータ３の電
機子巻線電圧（誘起電圧）と基準電圧（例えばブラシレ
スモータ３の印加電圧の１／２）とを比較して回転子３
ａの位置を検出する位置検出回路５と、ブラシレスモー
タ３を回転制御するためにその位置検出をもとにしてイ
ンバータ部４のスイッチング素子（トランジスタ）を駆
動し（通電を切り替え）、かつその駆動期間をチョッピ
ングする制御回路６とを備えている。

【０００５】位置検出回路５は、ブラシレスモータ３の
印加電圧を１／２に分圧する抵抗回路５ａと、この分圧
された電圧を基準電圧として電機子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗの端
子電圧（誘起電圧）とそれぞれ比較する比較回路５ｂ，
５ｃ，５ｄとからなっている。

【０００６】制御回路６はマイクロコンピュータ６ａお
よびドライブ回路６ｂからなり、マイクロコンピュータ
６ａは駆動信号およびチョッピング信号をドライブ回路
６ｂに出力し、ドライブ回路６ｂは例えば一方のトラン
ジスタの駆動期間をチョッピングしてインバータ部４に
出力する。

【０００７】上記ディジタル方式の制御装置において
は、位置比較回路５の比較結果（各相の誘起電圧と基準
電圧との交点）をマイクロコンピュータ６ａに入力して
おり、各相毎にその交点間の時間を計時し、この計時時
間をもとにして位置検出タイミング、電機子巻線の通電
切り替えタイミングを算出する。その通電切り替えタイ
ミングによりインバータ部４の上下アームの各１つのス
イッチング素子を駆動する一方、少なくとも一方のスイ
ッチング素子の駆動期間をチョッピングする。

【０００８】上記チョッピング信号の周波数は一定値
（例えば３ｋＨｚ）であり、ブラシレスモータ３の回転
数制御においてはその周波数のデューティサイクルのオ
ン時間を可変する。例えば、そのデューティサイクルの
オン時間を長くしてブラシレスモータの回転数を上昇さ
せ、デューティサイクルのオン時間を短くしてブラシレ
スモータの回転数を下降させる。このように、デューテ
ィサイクルのオン時間を可変して、ブラシレスモータ３
の回転数を例えば目標回転数とする。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記ディジ
タル方式を採用したブラシレスモータの制御方法におい
ては、ブラシレスモータ３を駆動するためのチョッピン
グ信号の周波数が一定値であるが、回転数制御のために
その周波数のデューティサイクルのオン時間を可変する
必要がある。そのため、例えばそのデューティサイクル
のオン時間が短いと（駆動パルスの幅が狭いと）、ブラ
シレスモータ３の電機子巻線電圧波形のピーク値が下が
り、位置検出ができないという不具合がある。

【００１０】図４のタイムチャートを参照して説明す
る。例えば、同図（ａ），（ｃ）に示すように、インバ
ータ部４のトランジスタＷａ，Ｙを駆動し、かつ一方の
トランジスタＷａをチョッピング駆動する一方、電機子
巻線Ｕを位置検出コイルとする。

【００１１】この場合、そのチョッピングの信号周波数
が高いのに対して（周期ｔ１が小さいの対して）、回転
数を極めて低くしようとすると、そのデューテイサイク
ルのオン時間が短く、つまり図４（ａ）に示すように駆
動パルスの幅が極めて狭いものになる。すると、その駆
動パルスがドライブ回路６ｂでなまり（図４（ｂ）を参
照）、電機子巻線Ｕに発生する誘起電圧波形のピーク値
が基準電圧に達しないこともある（図４（ｄ）を参
照）。

【００１２】これにより、位置検出回路５における位置
検出が得られなくなり（図４（ｅ）を参照）、ひいては
適切な通電切り替えタイミングが得られなくなり、例え
ばブラシレスモータ３の脱調等が発生することになり、
また上記ディジタル方式を採用したブラシレスモータの
制御方法が実現できなくなる。

【００１３】この発明は上記課題に鑑みなされたもので
あり、その目的はブラシレスモータの回転子の位置を確
実に検出することができるようにしたブラシレスモータ
の制御方法およびその装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、ブラシレスモータを駆動するためのイ
ンバータ手段を有し、該インバータ手段の複数スイッチ
ング素子を駆動するとともに、該スイッチング素子の駆
動期間をチョッピングし、該チョッピングのオン時間を
可変して前記ブラシレスモータの回転数を可変可能とす
るブラシレスモータの制御方法であって、前記チョッピ
ングした駆動パルスにより前記スイッチング素子を駆動
する際、前記駆動パルスの幅が所定の時間より小さくな
らないように、前記チョッピングの周波数を可変するよ
うにしたことを要旨とする。

【００１５】また、この発明は、ブラシレスモータを駆
動するためのインバータ手段を有し、前記ブラシレスモ
ータの電機子巻線に発生する誘起電圧と基準電圧とを比
較し、該比較結果をマイクロコンピュータに入力し、該
マイクロコンピュータが前記比較結果をもとにして前記
インバータ手段の複数スイッチング素子を駆動し、かつ
該スイッチング素子の駆動期間をチョッピングする信号
をドライブ手段を介して前記インバータ手段に出力する
一方、前記チョッピングのオン時間を可変して前記ブラ
シレスモータの回転数を可変可能とするブラシレスモー
タの制御装置であって、前記マイクロコンピュータは前
記チョッピングした駆動パルスにより前記スイッチング
素子を駆動する際、前記駆動パルスの幅が所定の時間よ
り小さくならないように、前記チョッピングの周波数を
可変しており、前記ドライブ手段を介した駆動パルスの
なまりによる誤検出を抑えるようにしたものである。

【００１６】

【作用】上記手段によれば、上記ブラシレスモータを回
転制御する際、ブラシレスモータの電機子巻線に発生す
る誘起電圧と基準電圧とが位置検出手段で比較され、こ
の比較結果の交点間の時間がマイクロコンピュータで計
時される。

【００１７】マイクロコンピュータにおいては、その計
時時間をもとにしてブラシレスモータの位置検出タイミ
ング、電機子巻線の通電切り替えタイミングが算出され
る。また、その通電切り替えタイミングによりインバー
タ手段の複数のスイッチング素子を駆動する駆動信号が
得られる一方、ブラシレスモータの回転数制御に合わせ
てチョッピング信号の周波数のデューティサイクルのオ
ン時間が可変される。この駆動信号およびチョッピング
信号がドライブ手段に入力され、このドライブ手段を介
した駆動パルス（駆動信号を含む）によりインバータ手
段の上下アームの各１つのスイッチング素子が駆動され
る。

【００１８】例えば、ブラシレスモータの回転数を極め
て低くするような場合であっても、その駆動パルスの幅
が所定の時間より小さくならないように、チョッピング
周波数のデューティサイクルのオン時間が可変される。

【００１９】これにより、上記通電を切り替えるために
上記インバータ手段を駆動する駆動パルスの幅が大きく
なり、位置検出コイルの電機子巻線に発生する誘起電圧
のピーク値が本来のレベルになり、つまり誘起電圧のピ
ーク値が下がることもなくなり、ブラシレスモータの回
転子の位置検出を確実に行うことができる。

【００２０】

【実施例】この発明は、センサレス直流ブラシレスモー
タ（以下ブラシレスモータと記す）のインバータ手段を
駆動するためのチョッピング周波数を可変すれば、電機
子巻線に適切な電圧を印加したままで、位置検出コイル
の電機子巻線に適切な誘起電圧を発生させることができ
ることに着目したものである。

【００２１】そのため、この発明のブラシレスモータの
制御方法を適用した制御装置は図１に示す構成をしてい
る。なお、図中、図３と同一部分には同一符号を付し重
複説明を省略する。

【００２２】図１において、この制御装置の制御回路１
０は、図４に示す制御回路６の機能の他に、インバータ
部（インバータ手段）４のスイッチング素子の駆動期間
をチョッピングする際、ドライブ回路（ドライブ手段）
６ｂを介した駆動パルスの幅（チョッピングのオン時
間）が最低でも所定の時間より小さくならないように、
チョッピング周波数を可変可能とする機能を有するマイ
クロコンピュータ１０ａを備えている。

【００２３】次に、上記制御装置の動作を図２のタイム
チャート図を参照して詳しく説明する。なお、ブラシレ
スモータ３は回転子３ａが所定位置に位置決めされ、つ
まりロック状態にされているものとする。

【００２４】まず、制御回路１０のマイクロコンピュー
タ１０ａはブラシレスモータ３を回転制御するためにイ
ンバータ部４の駆動信号をおよびチョッピング信号をド
ライブ回路６ｂに出力する。

【００２５】このとき、ブラシレスモータ３の制御にお
ける回転数を低く、チョッピング周波数のデューティサ
イクルのオン時間（インバータ部４のスイッチング素子
のオン時間）が所定値以下であると、例えば３ｋＨｚの
チョッピング周波数を用いている場合であればそのチョ
ッピング周波数を１ｋＨｚに設定する。なお、所定値と
はドライブ回路６ｂを介した駆動パルスの幅（チョッピ
ングのオン時間）が最低でもスイッチング素子をオンす
るに可能な時間より小さい値である。

【００２６】これにより、インバータ部４の駆動信号の
オン期間をチョッピングするためのチョッピング信号の
周期が従来よりも大きくなり、ドライブ回路６ｂを介し
てインバータ部４を駆動する駆動パルスが同ドライブ回
路６ｂでなまっても、位置検出が可能となる。

【００２７】図２を参照して具体的に説明すると、まず
電機子巻線Ｕが位置検出コイルであり、インバータ部４
のトランジスタＷａ，Ｙを駆動するとともに、一方のト
ランジシタＷａの駆動期間をチョッピングするものとす
る（同図（ａ），（ｂ）に示す）。

【００２８】このとき、チョッピング周波数のデューテ
ィサイクルのオン時間が所定値以下であると、チョピン
グ信号の周期ｔ２（＞ｔ１）が大きく、つまりトランジ
スタＷａの駆動パルス幅が大きくなる。

【００２９】これにより、電機子巻線Ｗ，Ｙには適切な
電圧を印加することができ、つまり適切な電流を流すこ
とができ、これによって回転子３ａが回転し、位置検出
コイルの電機子巻線Ｕには最適な誘起電圧が発生する。
図３（ｃ）に示すように、電機子巻線Ｕに発生する誘起
電圧波形のピーク値が低下するといったこともなく、位
置検出回路４においては位置検出信号が確実に得られる
（同図（ｄ）を参照）。

【００３０】また、上述同様にして、位置検出回路４に
おいては、電機子巻線Ｖ，Ｗに発生する誘起電圧と基準
電圧とをそれぞれ比較して位置検出信号を出力する。各
位置検出信号がマイクロコンピュータ１０ａに入力し、
このマイクロコンピュータ１０ａはその位置検出信号の
タイミングをもとにして各相の通電切り替えタイミング
を算出する。さらに、その通電切り替えタイミングでイ
ンバータ部４を駆動するための駆動信号をドライブ回路
６ｂに出力する一方、チョッピング信号をドライブ回路
６ｂに出力する。

【００３１】ところで、そのチョッピング周波数（チョ
ッピング信号の周波数）のデューティサイクルのオン時
間がブラシレスモータ３の回転数制御に応じた値に設定
される。そのオン時間が上述した所定値以下でない場合
には、チョッピング周波数を１ｋＨｚと低くしなくと
も、回転子３ａの位置を確実に検出することができるた
め、チョッピング周波数を例えば元の３ｋＨｚに戻して
回転制御の効率向上を図る。

【００３２】このように、チョッピング周波数を可変可
能としたので、ブラシレスモータ３の回転子３ａの位置
を確実に検出することができるようになり、各相の位置
検出をもとにしてブラシレスモータ３の電機子巻線の通
電切り替えタイミングを算出ることができる。また、デ
ィジタル方式を採用したブラシレスモータの制御方法を
実現することが可能となる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、ブラシレスモータを駆動するためのインバータ手段
を有し、ブラシレスモータの回転子の位置検出タイミン
グをマイクロコンピュータに入力しており、このマイク
ロコンピュータはその位置検出タイミングをもとにして
インバータ手段のスイッチング素子の駆動タイミングを
算出し、かつ回転子の回転数を制御するためにそのスイ
ッチング素子の駆動期間をチョッピングするチョッピン
グ信号を出力するブラシレスモータの制御方法であっ
て、そのチョッピングした駆動パルスによりスイッチン
グ素子を駆動する際、少なくともその駆動パルスの幅が
スイッチング素子をオンとするに可能な時間となるよう
にチョッピング周波数を可変するようにしたので、イン
バータ手段のスイッチング素子の駆動パルスがドライブ
手段によってなまることもなく、かつなまったとして
も、位置検出コイルの電機子巻線に発生する誘起電圧の
ピーク値が低下することもないため、ブラシレスモータ
の回転子の位置を確実に検出することができるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示し、ブラシレスモータ
の制御方法が適用される制御装置の概略的ブロック線
図。

【図２】図１に示す制御装置の動作を説明するための概
略的タイムチャート図。

【図３】従来のブラシレスモータの制御装置の概略的ブ
ロック線図。

【図４】図３に示す制御装置の動作を説明するための概
略的タイムチャート図。

【符号の説明】

１ 交流電源 ２ ＡＣ／ＤＣ変換部 ３ ブラシレスモータ（センサレス直流ブラシレスモー
タ） ３ａ 回転子 ４ インバータ部（インバータ手段） ５ 位置検出回路（位置検出手段） ５ａ 抵抗回路 ５ｂ，５ｃ，５ｄ 比較回路 ６，１０ 制御回路 ６ｂ ドライブ回路（ドライブ手段） １０ａ マイクロコンピュータ Ｕ，Ｖ，Ｗ 電機子巻線（ブラシレスモータ３の） Ｕａ，Ｖａ，Ｗａ，Ｘ，Ｙ，Ｚ トランジスタ（スイッ
チング素子）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ブラシレスモータを駆動するためのイン
   バータ手段を有し、該インバータ手段の複数スイッチン
   グ素子を駆動するとともに、該スイッチング素子の駆動
   期間をチョッピングし、該チョッピングのオン時間を可
   変して前記ブラシレスモータの回転数を可変可能とする
   ブラシレスモータの制御方法であって、 前記チョッピングした駆動パルスにより前記スイッチン
   グ素子を駆動する際、前記駆動パルスの幅が所定の時間
   より小さくならないように、前記チョッピングの周波数
   を可変するようにしたことを特徴とするブラシレスモー
   タの制御方法。
2. 【請求項２】 ブラシレスモータを駆動するためのイン
   バータ手段を有し、前記ブラシレスモータの電機子巻線
   に発生する誘起電圧と基準電圧とを比較し、該比較結果
   をマイクロコンピュータに入力し、該マイクロコンピュ
   ータが前記比較結果をもとにして前記インバータ手段の
   複数スイッチング素子を駆動し、かつ該スイッチング素
   子の駆動期間をチョッピングする信号をドライブ手段を
   介して前記インバータ手段に出力する一方、前記チョッ
   ピングのオン時間を可変して前記ブラシレスモータの回
   転数を可変可能とするブラシレスモータの制御装置であ
   って、 前記マイクロコンピュータは前記チョッピングした駆動
   パルスにより前記スイッチング素子を駆動する際、前記
   駆動パルスの幅が所定の時間より小さくならないよう
   に、前記チョッピングの周波数を可変したことを特徴と
   するブラシレスモータの制御装置。