JPS6328286A - ブラシレスモ−タ駆動回路 - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、３相ブラシレスモータの駆動回路に関する。

（ロ）従来の技術 ３相ブラシレスモータに供給する直流電圧を調節してそ
のモータの回転数を制御するブラシレスモータ駆動回路
においては、そのモータのロック時あるいは過負荷時に
過電流が流れて、電源回路やスイッチング素子が破損さ
れるのを防止するため、電流制御回路が配設される。

第５図にこのようなブラシレスモータ１駆動回路の従来
例を示す。同図において、３相マｌ−リクス制御回路１
は、３相ブラシレスモータ（以下、単にモータと略す）
２のロータの６Ｊ１極位置をホール素子２ａ　、　２ｂ
　、　２ｃにより検知し、それぞれ１２０°づつ位相の
異なる３つの駆動信号を出力する。スイッチング回路３
〜５はそれらの各駆動信号に従って巻線２１】。

２ｖ、２−に通電する。この通電のためにスイッチング
回路３〜５に供給する供給電圧ＶＭは、電源電圧Ｖｃｃ
　ｋ　Ｐｕ１ｌ制御回路６によりｐｗｘ変調し、平滑回
路７を通して得られる。ＰＷＭ制御回路６における変調
度は、速度設定信号ｖｂにより設定され、これにより、
上記供給電圧ＶＭの値が調節される。

抵抗Ｒｘにはスイッチング回路３〜５および巻線２ｕ。

２ν、２ｖに流れる電流■が通電される。コンパレータ
８はその抵抗Ｒｘに生じる電圧と基準電圧ｅ１とを比較
するものである。

この回路においてモータ２が運転され、駆動トルクであ
る負荷が除々に増大すると、第６図（ａ）に示すように
前記電流■がそれにつれて上昇する。

ところが、負荷Ｔｏにおいて抵抗Ｒｘに生じる電圧が基
準電圧１１４１以上になったとすると、コンパレータ８
は電流制限信号ＳＬを出力する。

３相マトリクス制御回路１は、この電流制限信号ＳＬを
入力すると、スイッチング回路３〜５への駆動信号の信
号レベルを低下させて出力する。これによりスイッチン
グ回路３〜５は、負荷が１０以上に増大しても電流■を
一定値に保持させるように動作する。

このため、モータ２の回転数Ｎは同図（ｂ）に示すよう
に、」１記負荷Ｔｏを越えると負荷の上昇につれて下降
し、この回転数Ｎに比例して巻線２ｕ、２ｖ、２νに発
生する逆起電圧Ｅも同図（ｃ）に示すように下降するよ
うになる。

ここで、供給電圧ＶＭと巻線２ｕ、２ν、２讐に印加さ
れる電圧との差電圧に電流■を乗じた値が電力損失Ｐと
なるが、前記電力損失Ｐは。

Ｐ＝　（Ｖｅｘ　−（Ｅ＋Ｉ−ｒｍ））　ＸＩ（ただし
、Ｅは逆起電圧、ｒＩｌｌは巻線抵抗）と表わすことが
できる。そして、負荷が増大し、回転数が低下し、逆起
電圧Ｅが低下すると、電力損失Ｐが増加するので、前記
電力損失Ｐは同図（ｄ）に示すようになり、これが発熱
となって放散されることになる。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 このため、従来のこのようなブラシレスモータ駆動回路
においては、スイッチング回路により電流制限するとき
に電力損失が生じる上に、トランジスタ等により構成さ
れるスイッチング回路３〜５を上記電力損失に伴う発熱
から保護するために、大きな放熱板を取り付けなければ
ならないという問題があった。

そこで本発明は、上記の問題を解決し、電力の損失を減
少させて放熱板を小形化できるブラシレスモータ駆動回
路を提供することを目的とする。

（ニ）問題点を解決するための手段 このため本発明は、３相ブラシレスモータへの通電電流
が設定された一定値を越えるとき一定電圧レベルになる
信号を出力する比較回路と、その信号の直流成分の電圧
レベルを検出するフィルタ回路を備え、検出したその電
圧レベルに応じてスイッチング回路への供給電圧を調節
するようにしたものである。

（ホ）作用 負荷が増大して上記通電電流が一定値を越えると、その
後の負荷の増大に応じて上記供給電圧が低下することに
より、上記スイッチング回路における電力損失の増加を
防止できる。

（へ）実施例 以下、本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係るブラシレスモータ駆
動回路を示す回路構成図である。図において、３相マト
リクス制御回路ｌは３相ブラシレスモータ（以下、単に
モータという）２に取付けられたホール素子２ａ、２ｂ
、２ｃの検知信号を入力し、ロータ２ｒの磁極位置を検
知し、それぞれ１２０°づつ位相の異なる３つの駆動信
号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｖを出力する。

一方、ＰＷＭ制御回路６は電源電圧ＶｃｃをｐＨ１Ｍ変
調し。

チョークコイルしとコンデンサＣｍより成る平滑回路７
はその変調された電圧を安定した直流に平滑する。この
平滑された直流電圧は、スイッチング回路３〜５に供給
される供給電圧ＶＭとなる。

スイッチング回路３〜５は、上記駆動信号Ｓｕ、Ｓｖ。

Ｓｖに従ってモータ２の巻線２ｕ、２ν、２ｗに通電す
る。

各スイッチング回路３〜５の接地側端子は抵抗Ｒｘを介
して接地されており、上記通電による電流■はこの抵抗
Ｒｘを流れることになる。

コンパレータ８は、上記抵抗Ｒｘの一端に生じる電圧Ｖ
＋と基準電圧ｅ２とを入力し、電圧Ｖ＋＞ｅ２のとき電
流制限信号ＳＬを出力する。また、コンパレータ９は上
記電圧ｖ里と基準電圧ｅ３とを入力し、電圧Ｖ＋＞ｅ３
のとき一定電圧になる信号ｖ２を出力する。ここで、基
準電圧ｅ２〉基準電圧ｅ３に設定されている。

フィルタ回路１０は抵抗ＲｆとコンデンサＣｆより成り
、オンオフ信号で出力される上記信号ｖ２から直流成分
の電圧を取り出して、その電圧を示す信号ｖ３を出力す
る。ＰＷＭ制御回路６はこの信号ｖ３に従ってＰＷＭ変
調における変調度を変えるように動作することになる。

第２図（ａ）はモータ２の負荷が一定値以下で定常運転
しているときの各電圧波形を示したものである。前記電
流■により抵抗Ｒｘの一端に生じる電圧Ｖ＋は同図（イ
）に示すように出力され、定常運転では基準電圧ｅ２と
０３は上記電圧Ｖ＋より高く設定されている。従って、
コンパレータ８の出力である電流制限信号ＳＬはオフし
ていると共に、コンパレータ９の出力信号ｖ２もゼロレ
ベルになっている。このため、フィルタ回路１０の出力
信号ｖ３は同図（ロ）に示すようにＯｖになる。

ＰＷＭ制御回路６のバイアス回路６ａに入力される速度
設定信号νｂはモータ２の回転速度を設定するための電
圧である。バイアス回路６ａは入力される−」二記信号
■３と信号νｂとの電圧レベルを加算するもので、いま
信号■３は０■なので、このときの出力信号ｖ４はＶ４
＝νｂになる。

三角波発生回路６ｂは、同図（ハ）に示すような三角波
信号Ｖｓを出力する。コンパレータ６ｃはこの信号Ｖｓ
と上記信号ｖ４との電圧レベルを比較し、同図（ニ）に
示すようにνｓ＞Ｖ４のとき（ｒｉ号ｖ５を出力する。

トランジスタ６ｄはこの信号ｖ５に従って電源電圧Ｖｃ
ｃをオンオフする。オンオフされた電圧は同図（ホ）に
示すように平滑回路７に入力されて平滑され、スイッチ
ング回路３〜５への供給電圧ＶＭとなる。

従って、上記速度設定信号ｖｂの電圧レベルを変えるこ
とにより、電源電圧ＶｃｃのＰＷＨ変調にお（づる変調
度を任意に可変でき、これにより、上記供給電圧ＶＭの
値を調節してモータ２の回転速度を制御できるようにな
る。

一方、一定速度で運転中にモータ２の負荷が除々に増大
すると、前記電流■は第３図（ａ）に示すようにその負
荷に応じて増加する。これにより、抵抗Ｒｘの前記電圧
ｖ重が上昇する。いま、第２図（ｂ）の（イ）に示すよ
うに、この電圧ｖ１が上昇したとすると、コンパレータ
９は電圧Ｖ＋＞基準電圧ｅ３になる期間一定電圧となる
信号ｖ２を出力する。フィルタ回路１０は同図（ロ）に
示すように、その信号Ｖ２の直流成分を取り出し信号ｖ
３を出力する。

バイアス回路６ａはその信号ｖ３と速度設定信号νｂど
の電圧レベルを加算して同図（ハ）に示すようなレベル
の信号ｖ４を出力する。コンパレータ６ｃは前記と同様
に三角波信号Ｖｓと上記信号ｖ４とを比較し、同図（ニ
）に示すように信号ｖ５を出力する。この信号■５によ
りトランジスタ６ｄがオンオフされるので、前記供給電
圧ＶＭは同図（ホ）に示すように第２図（ａ）で示した
場合に比べ低下するようになる。この電圧の低下は前記
電圧Ｖ＋＞基準電圧ｅ３となる期間に比例することにな
る。

つまり、第３図においてモータ２の負荷が一定負荷Ｔ１
を越えたとき、」二記のように電圧Ｖ＋＞基準電圧ｅ３
にたったとすると、その後負荷の増大に応じて供給電圧
ＶＩＪは同図（ｃ）に示すように低下するようになる。

これにより、モータ２の巻ｉ２ｕ、２ｖ。

２ｖへの通電量である電流■は第３図（ａ）に示すよう
に上記負荷Ｔ１を越えると増加しなくなる。このように
通電量が制限されると、同図（ｂ）、（Ｃ）に示すよう
に、モータ２の回転数が負荷の増大に伴って低下し、こ
のため逆起電圧１ヱも同様に低下するようになる。

スイッチング回路３〜５内部で生じる電力損失Ｐは、巻
線２ｕ、２ν、２νの抵抗分および抵抗Ｒｘによる損失
分を無視すれば、供給電圧Ｌ＋ｘ、ｉφ起電圧Ｅおよび
電流Ｉより次式で示される。

Ｐ＝　（Ｖ　Ｍ　−Ｅ）　Ｘ　Ｉ ところが、この場合第３図（ｃ）に示すように一定負荷
Ｔ１を起えると、ト記電圧の差（ＶＭ　−Ｅ）お上び電
流工は殆ど一定になるため、電力損失Ｐは同図（ｄ）に
示すように殆ど増加しなくなる。

従って、この電力損失に応じた発熱も減少するため、ス
イッチング回路３〜５を構成するトランジスタ等のスイ
ッチング素子に取付ける放熱板は小形なもので済むよう
になる。なお、モータ２の起動時や負荷の障害などのロ
ック時には、前記電流■が最大になるので、以上のよう
に供給電源Ｖｅｘを低下させるように動作する。ところ
が、上記電流■が流れてから供給電源ＶＭが低下するま
でに遅延時間が生じる。そこで、この時間内に過大な電
流■が流れるのを防止するため、コンパレータ８は抵抗
Ｒｘの前記電圧Ｖ＋と基′Ｐ！電圧ｅ２とを比較し、Ｖ
ｌ＞１３２になると電流制限信号ＳＬを出力する。

このとき、３相マトリクス回路１およびスイッチング回
路３〜５は第５図で説明した動作と同様に、−定量以上
の電流■を流さないように動作する。

本実施例ではロック状態などの特殊な場合にのみ」１記
のように電流制限を行なえばよいので、基準電圧ｅ２は
第５図の基準電圧ｅ１に対して、ｅ＝＞ｅ＋に設定でき
る。

また、前記動作において、コンパレータ９により取り出
した信号ｖ２をフィルタ回路１０を介してＰＩＩＭ制御
回路６に入力するようにしたので、安定した運転が行な
えるようになる。すなわち、第４図は」二記フィルタ回
路ｌＯを設けないで、信号ｖ２を直接バイアス回路６８
に入力した場合の動作を示すものである。

モータ２の負荷が一定値を越えると、第２図（ｂ）と同
様にコンパレータ９より第４図（ロ）に示すように信号
ｖ２が出力される。この信号ｖ２がバイアス回路に入力
されると、バイアス回路６ａはその信号ｖ２と速度設定
信号ｖｂとの電圧レベルを加算して信号ｖ４を出力する
。

コンパレータ６ｃは同図（ハ）、（ニ）に示すように。

上記信号■４と二角波信号Ｖｓとを比較し、その電圧が
ＶＳ＞Ｖ４のときに一定電圧となる信号Ｖ５を出力する
。すると、この信号ｖ５は図のように不安定なパース１
〜状の信号になってしまう。そして、この信号■５でト
ランジスタｆ）ｄをオンオンさ仕ると、平滑回路７は電
圧の安定化を行なえず、同図（ホ）に示すようにリップ
ル成分の大きい供給電圧Ｖ　ＩＪを出力するようになる
。このような現象は、上記のように負荷の過大な場合だ
けでなく、起動時や負荷のロック時にも同様に発生する
。

このようなリップル成分の大きい供給電圧ＶＭでモータ
２を運転すると、モータ２の筐体が振動を起こしたり、
異音を発生したりして、安定した運転が行なえない。こ
の問題を解決するために、フィルタ回路１０を設け、前
記信号ｖ２からその直流成分の信号ｖ３を取り出すよう
にしている。

以上のように、本実施例ではモータ２の負荷が増大し、
通電電流■が一定値を越えると、スイッチング回路３〜
５への供給電圧ＶＭを電流■の増大に応じて低下させる
ようにしたので、スイッチング回路３〜５内部で生じる
電力損失が減少する。これにより、スイッチング回路３
〜５を構成するトランジスタ等の半導体素子内での発熱
量が減少するため、その素子に取り付ける放熱板は小形
化できる。

また、このようなブラシレスモータ駆動回路がＩＣ回路
でパッケージ化される場合には、放熱のための処置が簡
略化でき、製造コストが低下する。

（ト）発明の効果 以上のように本発明によれば、モータの負荷が一定値を
越えると、その負荷の増大に応じてスイッチング回路へ
の供給電圧を低下させるようにしたので、スイッチング
回路における電力損失が減少し、スイッチング回路を構
成する半導体内部の発熱は減少するため、その素子に取
り付ける放熱板が小形化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の−・実施例に係るブラシレスモータ駆
動回路の回路構成図、第２図（ａ）　、　（ｂ）はその
回路各部の電圧と波形を示す波形図、第３図は−に記実
施例における３相ブラシレスモータの運転特性を示す説
明図、第４図はフィルタ回路を配設しない場合の上記回
路各部の電圧と（Ｉ９号を示す波形図、第５図は従来の
ブラシレスモータ駆動回路の回路構成図、第６図は従来
の３相ブラシレスモータの運転特性を示す説明図である
。 １・・・３相マトリクス制御回路、２・・・３相ブラシ
レスモータ、３〜５・・・スイッチング回路、６・・・
ＰＷＭ制御回路、６ａ・・・バイアス回路、６ｂ・・・
三角波発生回路、６ｃ、８．９・・　コンパレータ、６
ｄ・・・　］・ランジスタ、７・・・平滑回路、ｌｏ・
・・　フィルタ回路、Ｒｘ、Ｒｆ−抵抗、ｅｌ、８２，
１３３　　”’基準電圧。 （ａ） 第３図 窮２図 （ｂ） □負　荷 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　３相ブラシレスモータに配設されたロータ位置検知素
   子からの検知信号に基づいて上記ブラシレスモータの各
   相の巻線に通電するスイッチング回路と、このスイッチ
   ング回路への供給電圧を調節する電圧調節回路とを備え
   、その供給電圧を調節することにより上記ブラシレスモ
   ータの回転速度を制御するブラシレスモータ駆動回路に
   おいて、上記ブラシレスモータの各相の巻線に通電する
   電流が予め設定された所定値を越えるとき所定電圧レベ
   ルの信号を出力する比較回路と、この比較回路から出力
   される信号の直流成分を取り出すフィルタ回路とを設け
   、このフィルタ回路から得られる上記信号の直流成分に
   応じて上記供給電圧を調節し、上記ブラシレスモータの
   負荷が一定量を越えると、その負荷の増大に応じて上記
   供給電圧を低下させ、上記スイッチング回路における電
   力損失の増加を防止するようにしたことを特徴とするブ
   ラシレスモータ駆動回路。