JPS63287390A - ブラシレスモ−タの駆動回路 - 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）ａ業上の利用分野 本発明は、トルクリップルを低減した、ブラシレスモー
タの駆動回路に関する。

（ロ）従来の技術 ホール素子により回転子位置を検出し、その検出信号で
トランジスタを駆動して、該トランジスタの出力側に接
続される電機子巻線への通電を制御するブラシレスモー
タの駆動回路においては、トルクリップルを減少、除去
する制御回路が種々提案されている。

第５図は、このようなブラシレスモータのトルクリップ
ルを減少させるための回路の一例として、特開昭５６−
１５１８５号公報（以下、先行技術という）により提案
されている制御回路である。

図において、平衡三相モータの電機子巻線（１）、（２
）、（３）はＰＵ、ＰＶ、ＰＷなφパワーアンプで半波
制御される。今このうちパワーアンプＰＵ−を例にその
動作を説明する。

ホール素子（１１）の出力は抵抗器（１６）。

（１７）によってアンプＡｕの逆相、正相入力端へ入力
される。Ａｕ出力は抵抗器（１９）を介してトランジス
タＱｕのベースへ接続され、このトランジスタＱｕのコ
レクタには電機子巻線（１）の一端が接続され、同時に
コレクタ電位は抵抗器（１８）を介してアンプＡｕの逆
相入力端へ帰還される。可変電圧源Ｅｓは図示しないサ
ーボ制御回路によってその出力電圧ｅ、が任意に制御さ
れるものであるが、この電圧ｅｓはトランジスタＱＵを
介して巻線（１）へ印加され、また抵抗器（２０）を介
してホール素子（１１）に入力電流を供給する。

ロータの回転により、ホール素子（１１）の出力端（１
１＋）からは磁束量に比例した出力が得られ、トランジ
スタＱｕから電機子巻線（１）に印加される電圧は磁束
量に比例した値となる。

ロータが電気角で４５°進んだときにトランジスタＱｕ
が飽和するように抵抗器（１６）。

（１８）の比を選定すると、その後電気角で９０１の間
（即ち、４５″″から１３５°まで）は、ｅ３よりもや
や低い一定電圧ＶｕがパワーアンプＰＵより得られる（
第６図）。ざらに次の電気角で４５＠　（１３５°から
１８０＠まで）の間は、０６〜４５＠の間と同様に磁束
に比例した電圧が得られる。

この間ロータは一定速度で回転するものとすれば電機子
巻線（１）には速度起電力が発生し、それはたとえば第
６図（ａ）中にｅｕにて示す如く正弦波状の電圧（巻線
が鎖交する磁束密度に比例する値の電圧）となる。この
電圧ｅ、を、先の印加電圧Ｖｕより差引いたものが電機
子巻線（１）の抵抗によるドロップ分電圧となる。つま
り差引かれた電圧値に比例する形状の電流が電機子巻線
（１）に流れる。この電流と正弦波状の磁束密度との積
を、ロータの各位置においてプロットしたものが第６図
（ｂ）中に曲線τＵで示したもので、これが電機子巻線
（１）における出力トルクである。

このように構成されたパワーアンプＰＵと全く同じ１回
路を他に２つ設け、それにはホール素子、　　　　の出
力を入力とし、出力を電機−子巻線（２）、（３）を接
続すると平衡三相半波制御回路となる。この回路をもっ
て、電機子巻線（２）、（３）に印加する電圧Ｖｖ、Ｖ
ｗを示したものが第６図（ａ）中の同符号で示した波形
である。出力トルクについては同図（ｂ）中にτＶ、τ
Ｗにて示ルたようになる。モータの出力トルクは３つの
トルク値τＵ、τＶ、τＷの和で、これは第６図（ｂ）
中に太線で示したでｔとなる。この出力トルクτｔはモ
ータの負荷の大きさ、速度の大小によって、各巻゛線に
印加される電圧が異な−る為に値が異なる。同時にトル
クリップルも変化する。例えば回転数が所望の値で一定
のとき、速度起電力のピーク値（ニ）と、電気角４５°
時点の印加電圧Ｖｕから速度起電力ｅｕつまり（ロ）の
値を差引いた値の巻線電圧降下（ハ）とがほぼ等しく、
また電気角９０°時点の印加電圧Ｖｕから前記（ニ）の
値を差引いた値の巻線電圧降下（イ）と、前記（ロ）の
値とがほぼ等しいときにトルクリップルは極めて小さく
なる。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 このように、上記公報にて開示された先行技術において
は、ホール素子から得られるｍ勤信号を所定利得で増幅
し、所定レベルで振幅制限して台形波とし、相切換部に
おけるクロス点Ｐを上昇させることにより、トルクリッ
プルの低減を図っているが、ホール素子の温度特性や感
度変化に応じて、またロータの磁束量の変化に応じてホ
ール素子の出力が変化し、クロス点Ｐを所定レベルに安
定に保つことが出来ない。その為、トルクリップルの補
正が一定とならないという問題があった。

そこで、本発明はこのような従来技術の問題点の解消を
目的とし、かつ三相バイポーラ型モータの駆動を行なう
に適したブラシレスモータの駆動回路を提供するもので
ある。

（ニ）問題点を解決するための手段 本発明のブラシレスモータの駆動回路は、次のように構
成される。即ち、三相の電機子巻線を有するブラシレス
モータを駆動する回路において、回転子位置を検出する
ホール素子の出力信号に応じて互いに１２０度の位相差
となり、それぞれ１２０度駆動波形となる３つの駆動信
号を発生するマトリクス回路と、該マトリクス回路の前
段又は後段に配置された増幅回路と、前記駆動信号の振
幅が第１の所定値になる様、モータの回転速度を定める
基準電圧に応じた制御信号を前記増幅回路に印加する制
御回路と、前記駆動信号の振幅を前記第１の所定値より
も小なる第２の所定値に制限するリミッタとを備え、該
リミッタの出力信号を前記電機子巻線に印加してモータ
の駆動を行なう様にしたことを特徴とするものである。

（ホ）作用 本発明のブラシレスモータの駆動回路は、上記構成を有
することにより、何らの調整を行なうこと無く、ホール
素子の出力に対して、クロス点を安定に定めることが出
来るので、トルクリップルのレベルを一定とし、ブラシ
レスモータを安定に制御することができる。

（へ）実施例 以下、図により本発明の実施例について説明する。

第１図は、本発明の概略構成を示すブロック図である。

図において、ａｌ””ａ３は、それぞれモータの回転に
応じて出力を発生するホール素子、ｂ、は詳細を第２図
により説明する第１制御部、Ｃは第１制御部す、の信号
によりホール素子ａ１〜ａ３で得られた信号を増幅する
増幅回路、ｄは増幅回路Ｃの出力信号をマトリクスし、
互いに１２０度の位相差でそれぞれ１２０度駆動波形と
なる信号を発生するマトリクス回路、Ｓｕはレベルシフ
ト回路ｅ１第２制御部ｂ２、リミッタｆ、増幅器ｇで構
成される制御装置で、１相分の出力信号Ｖｕを形成する
。同様に、マトリクス回路ｄには、制御装置Ｓｖ、Ｓｗ
を接続し、それぞれ他の２相分の出力信号Ｖｖ、Ｖｗを
得ている。

また、Ｖｓはモータの回転速度を定める基準電圧で、第
１制御部ｂＩ、第２制御部ｂ２、増幅器ｇに印加される
。　　　　′ 第２図は、第１制御部す、の詳細を示す回路図である０
本発明によるトルクリップル除去の具体例について、第
２図の回路図と第３図の特性図により説明する。

（１）正負両波を使用するバイポーラ型のモータドライ
バにおいては、ドライバの出力増幅器が上下の残り電圧
を有し、そのアンバランスがトルクリップルに関係して
くるので、強制的に零電位■に対してリミッタレベル■
となる残り電圧Ｖｘを設定し、それが第１演算増幅器の
反転入力端子に入力抵抗「４を介して供給される。

（２）第２図において、ｒ、＝３Ｒ，ｒ２＝Ｒとすれば
、第１演算増ＩＩ器の非反転入力端子の入力電圧Ｖ、は
、 Ｖ＋　＝　（１／・４）ｖＳ　　　　　　・・・（イ）
で表わされる。但し、Ｖｓは■の基準電圧とする。

また、フィードバック抵抗ｒ３＝Ｒ，反転入力端子の入
力抵抗ｒ４＝Ｒとすると、第１演算増幅器の出力電圧ｖ
０は、 Ｖｏ　”　［（（ｒｓ＋ｒ＜）／ｒ４）　ＸＶ＋］　−
Ｖｘ＝２　（１／４）Ｖｓ−Ｖｘ ＝　（１／２）Ｖｓ−Ｖｘ　　　　−（ｏ）となり、■
で示した（１／２）Ｖｓ−Ｖｘの出力電圧が、第２演算
増幅器に入力される。

（３）第２演算増幅器においては、入力されたｖｏに対
して電圧−電流変換を行ない、トランジスタＴｒｏの出
力端に！。の出力電流が発生する。

（４）この出力電流１０に応じて、第１図の増幅回路Ｃ
の出力信号の振幅が定められ、前記出力信号はマトリク
ス回路ｄでマトリクスされ、レベルシフト回路ｅでレベ
ルシフトされる。そのときのレベルシフト回路ｅの出力
信号の振幅、すなわち前記増幅回路Ｃの出力信号の振幅
は、 Ｋ　（（１／２）Ｖｓ−Ｖｘ）　　　　−（Ａ）となる
。ここに、Ｋは、分圧抵抗ｒｓ＋ｒ６の値に応じて１〜
２の間に設定される任意の数値であり、Ｋ＝２とした場
合には、レベルシフト回路ｅの出力端に発生する出力信
号の振幅は、Ｖｓ−２Ｖｘとなり、Ｋ＝１とした場合、
前□記撮幅は（１／　２　）　Ｖ　ｓ　−Ｖ　ｘとなる
。Ｋ＝１とした場合、クロス点はＰとなり、Ｋ＝２とし
た場合、りロス点はＰ′となり、前記にの値に応じてク
ロス点をＰとＰ′との間の任意の点に設定することが出
来る。しかも、前記クロス点は、基準電圧Ｖｓと残り電
圧Ｖｘとにより定まり、ホール素子の出力レベルと無関
係となるので、前記ホール素子の出力変動が生じてもク
ロス点が変化することは無い。

（５）レベルシフト回路ｅの出力は、リミッタｆに印加
され、第２制御部ｂ２の出力信号により定まるリミッタ
レベル（Ｖｓ−Ｖｘ）に振幅制限される。その為、Ｋを
１より大に設定した場合、クロス点Ｐが相対的に上昇す
ることになり、トルクリップルの改善が計れる０例えば
、Ｋ＝２とした場合、リミッタレベル（Ｖｓ−Ｖｘ）と
クロス点Ｐ′のレベルとが等しくなる。

（６）リミッタｔの出力信号は、増幅器ｇにより電力増
幅され、電機子巻線に印加される。他の制御装置Ｓｖ、
Ｓｗの出力端子にも全く同様にして出力信号Ｅｖ＊　Ｅ
ｗが得られ、それぞれの電機子巻線に印加される。各制
御装置Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗに設けられた増幅器ｇと三相の
電機子巻線１゜２．３とは、例えば、第４図のように接
続することが出来る。即ち、ＮＰＮ型のパワートランジ
スタＴａｇ−Ｔａ３及びＰＮＰ型のパワートランジスタ
ＴｂＩ〜Ｔｂ、を出力Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに対してプッシ
ュプル接続し、それぞれのエミッタ接続点に電機子巻線
１〜３の一端を接続すれば、前記出力Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ
により前記電機子巻線１〜３を三相バイポーラ駆動する
ことが出来る。

以上、本発明の一実施例について説明したが、本拠明が
図示した実施例の構成や構造の詳細について、それに限
定されるものでないことはいうまでもなく、本発明を他
の実施例により、あるいは種々の実施態様により実現す
ることが可能である。更に、ここでの表現と用語とは、
限定するためのものとしてでなく、発明を開示するため
のものとして理解すべ籾である。

（ト）発明の詳細 な説明したように、本発明によれば、電機子巻線に印加
される駆動信号のクロス点を上昇させることが出来るの
で、トルクリップルの低減を計ることが出来る。また、
駆動信号の振幅を基準電圧に応じて設定しているので、
ホール素子の出力に無関係に前記振幅を設定出来、クロ
ス点の安定化が計れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概略構成を示すブロック図、第２図は
第１図の第１制御部の詳細を示す回路図、第３図は特性
図、第４図は電機子巻線への通電制御を行なう回路図、
第５図は従来例の回路図、第６図は従来例の波形図であ
る。 ８１〜ａ、・・・ホール素子、ｂｌ・・・第１制御部、
ｂ２・・・第２制御部、Ｃ・・・増幅回路、ｄ・・・マ
トリクス回路、ｅ・・・レベルシフト回路、ｆ・・・リ
ミッタ、ｇ・・・増幅器、Ｓ　ｕ　ＮＳ　ｗ・・・制御
装置、１〜３・・・電機子巻線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 三相の電機子巻線を有するブラシレスモータを駆動する
   回路において、回転子位置を検出するホール素子の出力
   信号に応じて互いに１２０度の位相差となり、それぞれ
   １２０度駆動波形となる３つの駆動信号を発生するマト
   リクス回路と、該マトリクス回路の前段又は後段に配置
   された増幅回路と、前記駆動信号の振幅が第１の所定値
   になる様、モータの回転速度を定める基準電圧に応じた
   制御信号を前記増幅回路に印加する制御回路と、前記駆
   動信号の振幅を前記第１の所定値よりも小なる第２の所
   定値に制限するリミッタとを備え、該リミッタの出力信
   号を前記電機子巻線に印加してモータの駆動を行なう様
   にしたことを特徴とするブラシレスモータの駆動回路。