JP2011205848A

JP2011205848A - 制動力制御機能を有するブラシレスｄｃモータ駆動装置

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Publication number: JP2011205848A
Application number: JP2010072821A
Authority: JP
Inventors: Makoto Yoneda; 真米田
Original assignee: Oriental Motor Co Ltd
Current assignee: Oriental Motor Co Ltd
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2010-03-26
Publication date: 2011-10-13
Anticipated expiration: 2030-03-26
Also published as: JP5571987B2

Abstract

【課題】力行動作と回生動作を実現することが可能であるとともに、制動力と発生トルクを自在に制御することが可能なブラシレスＤＣモータの駆動装置を提供する。
【解決手段】ブラシレスＤＣモータ１の位置情報を元に励磁シーケンスを作成する励磁シーケンス作成器２１と、指令電圧指示に比例したＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ信号発生器２３とを備え、前記励磁シーケンス作成器２１によって作成された励磁シーケンスと前記ＰＷＭ信号発生器２３からのＰＷＭ信号を合成して前記スイッチング素子群５〜１０のスイッチング素子をオン、オフして前記ブラシレスＤＣモータ１を駆動し、制動時に、直流電源３と前記スイッチング素子群５〜１０とを切り離し、前記ブラシレスＤＣモータ１の誘起電圧を、前記スイッチング素子群５〜１０を通じて前記ブラシレスＤＣモータ１で消費させることで制動力を発生させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、制動力制御機能を有するブラシレスＤＣモータ駆動装置に関する。

従来、ブラシレスＤＣモータの駆動装置と制動装置としては、例えば、スイッチング素子を直列に接続した複数のアームを電源に接続し、各アームのスイッチング素子間をモータの巻線に接続してモータ駆動回路を構成し、モータ駆動回路への電力供給を遮断手段によって遮断するようにした先行技術がある（特許文献１）。特許文献１では、誘導起電力が電源電圧を超えた場合、インバータの入力電圧を半導体スイッチにより切断し、上側アーム（あるいは下側アーム）をＰＷＭ制御にてオン、オフを繰り返すことで、制動力を制御するようにしている。

また、電源遮断時のブラシレスＤＣモータの回生制動をおこなうため、電源遮断検出装置を設け、電源遮断時に上側アーム（あるいは下側アーム）をすべてオンして回生制動を行った後、あらかじめタイマーで設定した時間が経過した後に機械式ブレーキ機構によりたるみのないテープの巻き取りを行う方法（特許文献２）が知られている。

一方、３相の電機子巻線に対応した３個の高電位側スイッチング素子と３個の低電位側スイッチング素子を有するインバータと、前記インバータの動作を制御する制御手段を設け、駆動時には、初期充電モード等を設け、スイッチングパターンを工夫することで回生制動を行う方法（特許文献３）が知られている。

また、ブラシレスＤＣモータの減速時において、停止指令が与えられたときに電源から電気子に駆動電流が与えられるのを阻止するようにスイッチ回路を制御し、回転方向指令を制動力に応じたデューティー比で切り替えながら減速する方法（特許文献４）が知られている。

さらに、ブラシレスＤＣモータによる交流発電電圧をダイオードブリッジで整流し直流に変換し、変換して得た直流電圧をチョッパ回路で電圧調整を行い、抵抗によりその電力を消費させることにより制動力を得る方法（特許文献５）が知られている。

特開２００６−１１５５５８号公報特開２００１−１５７４８３号公報特開平１１−２０６１７９号公報特開平０８−０６６０７４号公報特開２００１−１８６７４８号公報

しかしながら、このような従来のブラシレスＤＣモータの駆動装置あるいはブレーキ装置にあっては、次のような問題があった。
特許文献１の技術では、モータの誘起電圧が電源電圧より大きくなった場合、インバータを電源から切り離し回生制動を行うため、モータの誘起電圧が電源電圧より小さい場合に制動制御が不能となる。また、コンデンサがインバータの電源に接続されていないため、回生制動時に電流が連続しなくなり、大きな制動力を発生できない。
特許文献２の技術では、上側アーム（あるいは下側アーム）をすべてオンして回生制動を行うため、制動力を制御できない。
特許文献３の技術では、初期充電モード等を設け、スイッチングパターンを工夫することで回生制動を行う方法をとっているため、スイッチング素子の導通比率を所定のものとしなければならず、制動力を制御できない。
特許文献４の技術では、ブラシレスＤＣモータを減速するための発明であり、モータ出力軸が外部から回転させられた場合に制動力は得られない。
特許文献５の技術では、変換して得た直流電圧をチョッパ回路で電圧調整を行い、抵抗によりその電力を消費させることにより制動力を得る方法であるため、制動装置としての機能しかなく、同一の装置でブラシレスＤＣモータを駆動することができない。

本発明は、上記従来技術の課題を解決し、ブラシレスＤＣモータをひとつの駆動装置で力行動作と回生動作を実現することが可能であるとともに、制動力と発生トルクを自在に制御でき、かつ、駆動回路に回生抵抗を有しないため、発熱する虞がない制動力制御機能を有するブラシレスＤＣモータ駆動装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、ブラシレスＤＣモータを駆動する直流電源と、インバータ回路を構成して、該直流電源から前記ブラシレスＤＣモータの巻線に流す電流をオン、オフするスイッチング素子群と、該スイッチング素子群と並列に接続されたコンデンサと、前記直流電源と前記スイッチング素子群とを切り離し、ブラシレスＤＣモータを力行動作（負荷に機械エネルギーを供給）させるか、回生動作（負荷から機械エネルギーを吸収）させるかを切り替えるスイッチと、スイッチング素子群が、直流電源から切り離されても駆動できるようにするために、前記スイッチング素子群を駆動するための駆動回路用電源と、前記ブラシレスＤＣモータの位置情報を元に励磁シーケンスを作成する励磁シーケンス作成器と、指令電圧指示に比例したＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ信号発生器と、を備えている。そして、前記励磁シーケンス作成器によって作成された励磁シーケンスと前記ＰＷＭ信号発生器からのＰＷＭ信号を合成してインバータ回路を構成する前記スイッチング素子群のスイッチング素子をオン、オフして前記ブラシレスＤＣモータを駆動し、制動時に、前記直流電源と前記スイッチング素子群とを切り離し、前記ブラシレスＤＣモータの誘起電圧を、前記スイッチング素子群を通じて前記ブラシレスＤＣモータで消費させることで制動力を発生させる駆動装置である。
また、本発明は、前記駆動回路用電源として、前記スイッチング素子群の上アーム側が相数個、下アーム側が１個である駆動装置である。
さらに、本発明は、力行、回生動作をブラシレスＤＣモータの励磁シーケンスとＰＷＭ信号により制御し、かつ前記スイッチング素子群の上下アームでＰＷＭ変調による制動力の制御をする駆動装置である。
またさらに、本発明は、前記ブラシレスＤＣモータの回転子位置情報から回転方向を判別する回転方向判別回路を設け、回転方向に見合う励磁シーケンスを前記励磁シーケンス作成器により作成する駆動装置である。
また、本発明は、前記直流電源と前記スイッチング素子群との間に電流検出器を介装し、この電流検出器で検出された電流と電流指示との偏差を演算し、電流偏差を前記電流制御器に入力して電圧指示を算出し、この算出した電圧指示を前記ＰＷＭ信号発生器に入力し、ＰＷＭ信号を作成する駆動装置である。

請求項１によれば、ブラシレスＤＣモータ１をひとつの駆動装置で力行動作と回生動作を実現することが可能である。ＰＷＭ信号のデューティー比により、制動力と発生トルクを自在に制御できる。駆動回路に回生抵抗を有しないため、駆動装置は発熱しない。
請求項２によれば、部品点数の削減を図ることができる。
請求項３によれば、上下のアームをＰＷＭ変調によりオン、オフし、ＰＷＭ信号のデューティー比を変えることにより充放電の比率を変更し、電流を制御し、制動力と発生トルクを自在に制御することができる。
請求項４によれば、回転方向判別回路により回転方向を判別することができるので、回転方向に見合う励磁シーケンスを作成することができる。
請求項５によれば、電流検出器で検出された電流と電流指示との偏差を演算して電流偏差を電流制御器に入力することができるので、電流制御器でＰＷＭ信号発生器に入力する電圧指示を算出することができる。よって、的確な電圧指示をＰＷＭ信号発生器に入力することができる。

本発明の一実施の形態における制動力制御機能を有するブラシレスＤＣモータ駆動装置のブロック回路図である。指示回転方向と回転子位置検出器（ホールＩＣ）による励磁シーケンスを示す要部電圧波形図で、（ａ）は時計回り（ＣＷ）の電圧波形図、（ｂ）は反時計回り（ＣＣＷ）の電圧波形図である。回転方向指示が正回転、回転子の回転方向が正転であるとき、回転子位置検出器（ホールＩＣ）による信号合成器が生成するＵＶＷ相上下アームのスイッチング指令とモータの誘起電圧の関係を示す波形図である。回転方向指示が正転、回転子の回転方向が逆転であるとき、回転子位置検出器（ホールＩＣ）による信号合成器が生成するＵＶＷ相上下アームのスイッチング指令とモータの誘起電圧の関係を示す波形図である。図１の動作説明を示す回路図である。図１の動作説明を示す回路図である。図１の動作説明を示す回路図である。図１の動作説明を示す回路図である。本発明の他の実施の形態における制動力制御機能を有するブラシレスＤＣモータ駆動装置のブロック回路図である。本発明の他の実施の形態における制動力制御機能を有するブラシレスＤＣモータ駆動装置のブロック回路図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に従って詳細に説明する。

図１において、１は３相ブラシレスＤＣモータ、２は前記３相ブラシレスＤＣモータ１に内蔵され、該ブラシレスＤＣモータ１の回転子位置を検出するロータリーエンコーダあるいはホールＩＣ等を使った回転子位置検出器である。３は前記３相ブラシレスＤＣモータ１を駆動するモータ駆動用直流電源で、このモータ駆動用直流電源３には、モータ駆動用電源用スイッチ４が直列接続されて、モータ駆動用電源３のオン（ＯＮ），オフ（ＯＦＦ）を行うものである。

５〜１０は、ＮｃｈパワーＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子であり、これらスイッチング素子５〜１０は、スイッチング素子５と８，スイッチング素子６と９，スイッチング素子７と１０がそれぞれ直列接続されて各アーム１〜３を構成し、これらアーム１〜３の直列回路が互いに並列接続されてモータ駆動回路Ｃを構成している。
前記モータ駆動回路Ｃのスイッチング素子５，６，７は3相モータ１の上アーム側主スイッチング素子を構成し、これら上アーム側主スイッチング素子５，６，７のゲートにはゲート駆動回路（駆動回路）１１，１２，１３がそれぞれ接続されて上アーム側主スイッチング素子５，６，７のオン（ＯＮ），オフ（ＯＦＦ）が行われる。
前記モータ駆動回路Ｃのスイッチング素子８，９，１０は3相モータの下アーム側主スイッチング素子を構成し、これら下アーム側主スイッチング素子８，９，１０のゲートにはゲート駆動回路（駆動回路）１４，１５，１６がそれぞれ接続されて下アーム側主スイッチング素子８，９，１０のオン（ＯＮ），オフ（ＯＦＦ）が行われる。

１７，１８，１９は3相モータの上アーム側主スイッチング素子５，６，７のゲート駆動回路用電源、２０は3相モータの下アーム側主スイッチング素子８，９，１０のゲート駆動回路用電源である。前記各アーム１〜３のスイッチング素子５と８間，スイッチング素子６と９間，スイッチング素子７と１０間がモータ１に接続される出力端子Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３となる。出力端子Ｐ１は、ブラシレスＤＣモータ１のモータ巻線のＵ相に接続され、出力端子Ｐ２は、モータ巻線のＶ相に接続され、出力端子Ｐ３はモータ巻線のＷ相に接続されている。
２１は励磁シーケンス作成器であり、これはブラシレスＤＣモータ１の回転子位置が回転子位置検出器２から入力され、この回転子位置から励磁シーケンスが作成される。２２は励磁シーケンス作成器２１から励磁シーケンスが入力される信号合成器であり、この信号合成器２２は、励磁シーケンスと、ＰＷＭ信号発生器２３から入力されるＰＷＭ信号によって、主スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ指令を作成する。
前記モータ駆動用電源３回路およびモータ駆動回路Ｃには、制動用に平滑コンデンサ（以下制動用コンデンサと略称する。）２４が並列接続されている。２５は励磁シーケンス作成器２１に回転方向の指示を与える回転方向指示である。

次に、上記の実施の形態の作用を説明する。
初めに、力行動作（負荷に機械エネルギーを供給）について説明する。
ブラシレスＤＣモータ１を１２０度通電方式により負荷を駆動する（力行動作）場合、ブラシレスＤＣモータ１に取り付けられた位置検出器２から出力される回転子位置情報をもとに、励磁シーケンス作成器２１により、励磁シーケンスを作成する。
前記回転子位置検出器２にホールＩＣを使用した場合、正回転と逆回転の方向指示に対する励磁シーケンスは図２に示すように正回転の場合と（ａ）逆回転の場合（ｂ）のようになる。各相Ａ，Ｂ，ＣごとのホールＩＣの回転子位置情報によるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の励磁シーケンスを示している。

指令電圧指示に比例したＰＷＭ信号をＰＷＭ信号発生器２３で作成し、励磁シーケンスとＰＷＭ信号を信号合成器２２で合成し、それぞれの主スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ指令を作成する。上アーム側主スイッチング素子駆動回路用電源１７，１８，１９と下アーム側主スイッチング素子駆動回路用電源２０から電源供給を受けた上アーム側主スイッチング素子駆動回路１１，１２，１３と下アーム側主スイッチング素子駆動回路１４，１５，１６は信号合成器２２で合成された主スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ指令により、上アーム側主スイッチング素子５、６、７と下アーム側主スイッチング素子８，９，１０のＯＮ／ＯＦＦをおこない、ブラシレスＤＣモータ１を駆動する。

このときモータ駆動用電源用スイッチ４をＯＮとして、モータ駆動用電源３からブラシレスＤＣモータ１に上アーム側主スイッチング素子５、６、７と下アーム側主スイッチング素子８，９，１０を通じて電力供給を行う。

次に、回生動作（負荷から機械エネルギーを吸収）について説明する。
ブラシレスＤＣモータを１２０度通電方式により負荷を制動する（回生動作）場合、ブラシレスＤＣモータ１に取り付けられた位置検出器２から出力される回転子位置情報をもとに、励磁シーケンス作成器２１により、励磁シーケンスを作成する。励磁シーケンスは負荷を駆動する場合と同一である（図２参照）。
制動を行う場合には回転子の回転方向と逆方向の回転指示を与える。制動力指示に比例したＰＷＭ信号をＰＷＭ信号発生器２３で作成し、励磁シーケンスとＰＷＭ信号を信号合成器２２で合成し、それぞれの主スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ指令を作成する。上アーム側主スイッチング素子駆動回路用電源１７，１８，１９と下アーム側主スイッチング素子駆動回路用電源２０から電源供給を受けた上アーム側主スイッチング素子駆動回路１１，１２，１３と下アーム側主スイッチング素子駆動回路１４，１５，１６は信号合成器２２で合成された主スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ指令により、上アーム側主スイッチング素子５、６、７と下アーム側主スイッチング素子８，９，１０のＯＮ／ＯＦＦをおこない、ブラシレスＤＣモータ１を駆動する。
このときモータ駆動用電源スイッチ４をＯＦＦとして、モータ駆動用電源３を切り離す。ブラシレスＤＣモータ１の誘起電圧を上アーム側主スイッチング素子５、６、７と下アーム側主スイッチング素子８，９，１０を通じてブラシレスＤＣモータ１で消費し制動力を発生させる。

次に、モータ駆動用電源用スイッチの動作について説明する。
モータ駆動用電源スイッチ４によりモータ駆動用電源３を切り離すことなく制動を行おうとすると、前記した［特許文献５］で提案されているようなチョッパ回路を別に付加しなければならない。
本願発明では、回路構成を簡単にし、かつ回生抵抗を不要とするため、制動時にはモータ駆動用電源スイッチ４によりモータ駆動用電源３を切り離すこととしている。

次に、主スイッチング素子駆動回路電源の動作について説明する。
一般に回路構成を簡単にするために、低電圧でのインバータ主スイッチング素子の駆動回路には［特許文献３］で提案されているようなチャージポンプ方式、上アームにＰｃｈのＦＥＴを使用する。
しかしながら、モータ駆動用電源スイッチ４によりインバータの入力電圧がブラシレスＤＣモータの誘起電圧とスイッチングに左右され確定しない。
そこで、本願発明では、上アーム側主スイッチング素子駆動回路用電源１７，１８，１９と下アーム側主スイッチング素子駆動回路用電源２０を設けている。

次に、制動力の発生と制動用コンデンサの動作について説明する。
説明の順序として、まず制動用コンデンサ２４が無い場合の動作について図５および図６を参照して説明する。
ブラシレスＤＣモータ１は誘起電圧と同位相で電流を流せば力行動作のトルクを発生することができる。制動力は逆位相の電流を流すことで制動力が発生する。ホールＩＣの出力信号と誘起電圧と各アームのスイッチング信号の関係を表したものが図３となる。
図３において各アームのオン指令は灰色の部分である。この信号は指令電圧指示に比例したＰＷＭ信号をＰＷＭ信号発生器２３で作成し、励磁シーケンスとＰＷＭ信号を信号合成器２２で合成した波形となる。

制動用コンデンサ２４なしで、モータ駆動用電源用スイッチ４をＯＦＦとする。回転指示方向は正転、回転子の回転方向は正転であり、回転子位置検出器（ホールＩＣ）による信号合成器２２が生成するＵＶＷ相上下アームのスイッチング指令とモータの誘起電圧の関係が図３における状態６であったとき、ＵＶ相の主スイッチング素子と誘起電圧の関係は図５となる。
図５は図１に示すブロック図中の制動用コンデンサ２４が接続されておらず、モータ駆動用電源用スイッチ４を切り、回転方向指示を正転方向、回転子の回転方向を正回転とし、Ｕ相上アーム素子５とＶ相下アーム素子９がＯＮ、Ｕ相下アーム素子８とＶ相上アーム素子６がＯＦＦで、Ｕ相の誘起電圧が正、Ｖ相誘起電圧が負である場合のＵＶ相のみのスイッチング素子に流れる電流を示す図である。
図５に示すように、主スイッチング素子５，９がＯＮであっても電流経路はなく、電流は流れることができないため制動力は発生することができない。

つぎに、制動用コンデンサ２４なしで、モータ駆動用電源用スイッチ４をＯＦＦとする。回転指示方向は正転、回転子の回転方向は逆転であり、回転子位置検出器（ホールＩＣ）による信号合成器２２が生成するＵＶＷ相上下アームのスイッチング指令とモータの誘起電圧の関係が図４における状態３であったとき、ＵＶ相の主スイッチング素子と誘起電圧の関係は図６となる。
図６は図１に示すブロック図中の制動用コンデンサ２４が接続されておらず、モータ駆動用電源スイッチ４を切り、回転方向指示を正転方向、回転子の回転方向を逆回転とし、Ｕ相上アーム素子５とＶ相下アーム素子９がＯＦＦ、Ｕ相下アーム素子８とＶ相上アーム素子６がＯＮで、Ｕ相の誘起電圧が正、Ｖ相誘起電圧が負である場合のＵＶ相のみのスイッチング素子に流れる電流を示す図である。

図６に示すように、電流経路はブラシレスＤＣモータ１の誘起電圧がプラスとなるところから主スイッチング素子５の寄生ダイオードｋと主スイッチング素子６を通じる経路と、ブラシレスＤＣモータ１の誘起電圧がプラスとなるところから主スイッチング素子８を通じて主スイッチング素子９の寄生ダイオードｋを通じて流れる電流経路の２通りが考えられる。電流経路を矢印で示す。この電流により制動力が発生する。したがって、制動力を得るためには回転子の回転方向と逆の回転指示となる励磁シーケンスを与えればよい。しかしながらＰＷＭ信号がＯＦＦとなったときに全アームの主スイッチング素子はＯＦＦとなり、電流が流れることができなくなり制動トルクはゼロとなる。このため、制動トルクはオン、オフを繰り返すこととなり、大きな制動力を得ることができない。

そこで、本願発明では制動用コンデンサ２４を付加し、モータ駆動用電源スイッチ４をＯＦＦとする。回転指示方向は正転、回転子の回転方向は逆転であり、回転子位置検出器（ホールＩＣ）２による信号合成器２２が生成するＵＶＷ相上下アームのスイッチング指令とモータの誘起電圧の関係が図４における状態３であったとき、ＵＶ相の主スイッチング素子と誘起電圧の関係は図７となる。
図７は図１に示すモータ駆動用電源用スイッチ４を切り、回転方向指示を正転方向、回転子の回転方向を逆回転とし、Ｕ相上アーム素子５とＶ相下アーム素子９がＯＦＦ、Ｕ相下アーム素子８とＶ相上アーム素子６がＯＮで、Ｕ相の誘起電圧が正、Ｖ相誘起電圧が負である場合のＵＶ相のみのスイッチング素子に流れる電流を示す図である。
電流経路はブラシレスＤＣモータ１の誘起電圧がプラスとなるところから主スイッチング素子８を通じて主スイッチング素子９の寄生ダイオードを通じる経路により電流が流れ、制動用コンデンサ２４に蓄えられた電荷は主スイッチング素子６を通じて放電される。この電流により制動力が発生する。

さらに、ＰＷＭ信号がＯＦＦとなったときに全アームの主スイッチング素子はＯＦＦとなる。このとき図８に示す状態となる。
図８は図１に示すモータ駆動用電源スイッチ４を切り、回転方向指示を正転方向、回転子の回転方向を逆回転とし、Ｕ相上下アーム素子５、８とＶ相上下アーム素子６、９すべてＯＦＦで、Ｕ相の誘起電圧が正、Ｖ相誘起電圧が負である場合のＵＶ相のみのスイッチング素子に流れる電流を示す図である。
図８で、主スイッチング素子５，６，８，９はＯＦＦであるが、主スイッチング素子５，９の寄生ダイオードｋがＯＮしブラシレスＤＣモータ１の発生する誘起電圧で制動用コンデンサ２４が充電されるため電流は連続し、制動トルクを発生することができる。

次に、ＰＷＭ変調の方法について説明する。
ブラシレスＤＣモータ１の駆動では、ＰＷＭ信号による変調は上アームあるいは下アームのみ行う方法が一般である。
しかし、本願発明の手法で上アームあるいは下アームのみＰＷＭ変調を行うと、図８に示す全アームＯＦＦの期間が存在しなくなり、制動用コンデンサ２４を充電できなくなる。さらにＯＮしている主スイッチング素子と寄生ダイオードにより電流が流れ、制動力を制御することができない。したがって、常に上下のアームをＰＷＭ変調によりＯＮ／ＯＦＦし、ＰＷＭ信号のデューティー比を変えることにより充放電の比率を変更し、電流を制御し、制動力を制御する。

図９および図１０は本発明の他の実施の形態で、図１と同一部分は同符号を付してその説明を省略して説明する。
図９は、位置検出器２から回転方向を判別し制動力を発生する方法のブロック図である。
構成を説明すると、１は３相ブラシレスＤＣモータ（以下、３相モータと略称する。）、２はロータリーエンコーダやホールＩＣ等を使った回転子位置検出器、３はモータ駆動用電源、４はモータ駆動用電源スイッチ、５，６，７は3相モータ１の上アーム側主スイッチング素子（Nch パワーMOSFET）、８，９，１０は3相モータ１の下アーム側主スイッチング素子（Nch パワーMOSFET）、１１，１２，１３は3相モータ１の上アーム側主スイッチング素子駆動回路、１４，１５，１６は3相モータ１の下アーム側主スイッチング素子駆動回路、１７，１８，１９は3相モータ１の上アーム側主スイッチング素子駆動回路用電源、２０は3相モータ１の下アーム側主スイッチング素子駆動回路用電源、２１は励磁シーケンス作成器、２２は信号合成器、２３はＰＷＭ信号発生器、２４は制動用コンデンサ、２５は回転方向指示、２６は回転子位置検出器２と励磁シーケンス作成器２１の間に接続された回転方向判別回路で、この回転方向判別回路２６は、回転子位置検出器２の回転子位置情報から、回転方向を判別して、励磁シーケンス作成器２１に回転方向を指示するものである。

図９において、ブラシレスＤＣモータ１を１２０度通電方式により負荷を駆動する（力行動作）場合、ブラシレスＤＣモータ１に取り付けられた位置検出器２から出力される回転子位置情報をもとに、励磁シーケンス作成器２１により、励磁シーケンスを作成する。指令電圧指示に比例したＰＷＭ信号をＰＷＭ信号発生器２３で作成し、励磁シーケンスとＰＷＭ信号を信号合成器２２で合成し、それぞれの主スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ指令を作成する。上アーム側主スイッチング素子駆動回路用電源１７，１８，１９と下アーム側主スイッチング素子駆動回路用電源２０から電源供給を受けた上アーム側主スイッチング素子駆動回路１１，１２，１３と下アーム側主スイッチング素子駆動回路１４，１５，１６は信号合成器２２で合成された主スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ指令により、上アーム側主スイッチング素子５，６，７と下アーム側主スイッチング素子８，９，１０のＯＮ／ＯＦＦをおこない、ブラシレスＤＣモータ１を駆動する。このときモータ駆動用電源スイッチ４をＯＮとして、モータ駆動用電源３からブラシレスＤＣモータ１に上アーム側主スイッチング素子５，６，７と下アーム側主スイッチング素子８，９，１０を通じて電力供給を行う。

続いて、図９において、ブラシレスＤＣCモータ１を１２０度通電方式により負荷を制動する（回生動作）場合、ブラシレスＤＣモータ１に取り付けられた位置検出器２から出力される回転子位置情報から、回転方向判別回路２６により回転方向を判別し、回転方向に見合う励磁シーケンスを励磁シーケンス作成器２１により作成する。制動力指示に比例したＰＷＭ信号をＰＷＭ信号発生器２３で作成し、励磁シーケンスとＰＷＭ信号を信号合成器２２で合成し、それぞれの主スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ指令を作成する。上アーム側主スイッチング素子駆動回路用電源１７，１８，１９と下アーム側主スイッチング素子駆動回路用電源２０から電源供給を受けた上アーム側主スイッチング素子駆動回路１１，１２，１３と下アーム側主スイッチング素子駆動回路１４，１５，１６は信号合成器２２で合成された主スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ指令により、上アーム側主スイッチング素子５，６，７と下アーム側主スイッチング素子８，９，１０のＯＮ／ＯＦＦをおこない、ブラシレスＤＣモータ１を駆動する。このときモータ駆動用電源スイッチ４をＯＦＦとして、モータ駆動用電源３を切り離す。ブラシレスＤＣモータ１の誘起電圧を上アーム側主スイッチング素子５，６，７と下アーム側主スイッチング素子８，９，１０を通じて、ブラシレスＤＣモータ１で消費し制動力を発生させる。

図１０は、電流制御を行い所望の制動力を発生する方法のブロック図である。
構成を説明すると、１は３相ブラシレスＤＣモータ（以下、３相モータと略称する。）、２はロータリーエンコーダやホールＩＣ等を使った回転子位置検出器、３はモータ駆動用電源、４はモータ駆動用電源用スイッチ、５，６，７は3相モータ１の上アーム側主スイッチング素子（Nch パワーMOSFET）、８，９，１０は3相モータ１の下アーム側主スイッチング素子（Nch パワーMOSFET）、１１，１２，１３は3相モータ１の上アーム側主スイッチング素子駆動回路、１４，１５，１６は3相モータ１の下アーム側主スイッチング素子駆動回路、１７，１８，１９は3相モータ１の上アーム側主スイッチング素子駆動回路用電源、２０は3相モータ１の下アーム側主スイッチング素子駆動回路用電源、２１は励磁シーケンス作成器、２２は信号合成器、２３はＰＷＭ信号発生器、２４は制動用コンデンサ、２５は回転方向指示、２７は電流検出器、２９は電流制御器、３０は電流指示である。

図１０において、ブラシレスＤＣモータ１を120度通電方式により負荷を駆動する（力行動作）場合、ブラシレスＤＣモータ１に取り付けられた位置検出器２から出力される回転子位置情報をもとに、励磁シーケンス作成器２１により、励磁シーケンスを作成する。指令電流指示３０と電流検出器２７で検出した電流の偏差を演算する。電流偏差を電流制御器２９に入力し電圧指示を算出する。算出した電圧指示に比例したＰＷＭ信号をＰＷＭ信号発生器２３で作成し、励磁シーケンスとＰＷＭ信号を信号合成器２２で合成し、それぞれの主スイッチング素子５，６，７，８，９，１０のＯＮ／ＯＦＦ指令を作成する。

上アーム側主スイッチング素子駆動回路用電源１７，１８，１９と下アーム側主スイッチング素子駆動回路用電源２０から電源供給を受けた上アーム側主スイッチング素子駆動回路１１，１２，１３と下アーム側主スイッチング素子駆動回路１４，１５，１６は信号合成器２２で合成された主スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ指令により、上アーム側主スイッチング素子５、６、７と下アーム側主スイッチング素子８，９，１０のＯＮ／ＯＦＦをおこない、ブラシレスＤＣモータ１を駆動する。このときモータ駆動用電源スイッチ４をＯＮとして、モータ駆動用電源３からブラシレスＤＣモータ１に上アーム側主スイッチング素子５、６、７と下アーム側主スイッチング素子８，９，１０を通じて電力供給を行う。

続いて図１０において、ブラシレスＤＣモータを１２０度通電方式により負荷を制動する（回生動作）場合、ブラシレスＤＣモータ１に取り付けられた位置検出器２から出力される回転子位置情報から、回転方向判別回路２６により回転方向を判別し、回転方向に見合う励磁シーケンスを励磁シーケンス作成器２１により作成する。指令電流指示３０と電流検出器２７で検出した電流の偏差を演算する。電流偏差を電流制御器２９に入力し電圧指示を算出する。算出した電圧指示に比例したＰＷＭ信号をＰＷＭ信号発生器２３で作成し、励磁シーケンスとＰＷＭ信号を信号合成器２２で合成し、それぞれの主スイッチング素子５，６，７，８，９，１０のＯＮ／ＯＦＦ指令を作成する。

上アーム側主スイッチング素子駆動回路用電源１７，１８，１９と下アーム側主スイッチング素子駆動回路用電源２０から電源供給を受けた上アーム側主スイッチング素子駆動回路１１，１２，１３と下アーム側主スイッチング素子駆動回路１４，１５，１６は信号合成器２２で合成された主スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ指令により、上アーム側主スイッチング素子５、６、７と下アーム側主スイッチング素子８，９，１０のＯＮ／ＯＦＦをおこない、ブラシレスＤＣモータ１を駆動する。このときモータ駆動用電源スイッチ４をＯＦＦとして、モータ駆動用電源３を切り離す。ブラシレスＤＣモータ１の誘起電圧を上アーム側主スイッチング素子５、６、７と下アーム側主スイッチング素子８，９，１０を通じて、ブラシレスＤＣモータ１で消費し、制動力を発生させる。

以上説明してきたように、上記実施の形態による制動力制御機能を有するブラシレスＤＣモータ駆動装置によれば、以下に列挙する効果が得られる。
励磁シーケンス作成器２１によって作成された励磁シーケンスと前記ＰＷＭ信号発生器２３からのＰＷＭ信号を合成してインバータ回路Ｃを構成する前記スイッチング素子群５〜１０のスイッチング素子をオン、オフして前記ブラシレスＤＣモータを駆動し、制動時に、前記直流電源と前記スイッチング素子群とを切り離し、前記ブラシレスＤＣモータ１の誘起電圧を、前記スイッチング素子群５〜１０を通じて前記ブラシレスＤＣモータ１で消費させることで制動力を発生させるので、ブラシレスＤＣモータ１をひとつの駆動装置で力行動作と回生動作を実現することが可能であるとともに、ＰＷＭ信号のデューティー比により、制動力と発生トルクを自在に制御できる。また、駆動回路に回生抵抗を有しないため、駆動装置は発熱しない。
また、駆動回路用電源１７〜２０として、前記スイッチング素子群５〜１０の上アーム側が相数個、下アーム側が１個であるので、部品点数の削減を図ることができる。
さらに、力行、回生動作をブラシレスＤＣモータ１の励磁シーケンスとＰＷＭ信号により制御し、かつ前記スイッチング素子群５〜１０の上下アームでＰＷＭ変調による制動力の制御をするので、上下のアームをＰＷＭ変調によりオン、オフし、ＰＷＭ信号のデューティー比を変えることにより充放電の比率を変更し、電流を制御し、制動力と発生トルクを自在に制御することができる。
またさらに、ブラシレスＤＣモータ１の回転子位置情報から回転方向を判別する回転方向判別回路２６を設け、回転方向に見合う励磁シーケンスを前記励磁シーケンス作成器２１により作成するので、回転方向に見合う励磁シーケンスを作成することができる。
また、直流電源３と前記スイッチング素子群５〜１０との間に電流検出器２７を介装し、この電流検出器２７で検出された電流と電流指示との偏差を演算し、電流偏差を電流制御器２９に入力して電圧指示を算出し、この算出した電圧指示をＰＷＭ信号発生器２３に入力し、ＰＷＭ信号を作成するので、電流制御器２９でＰＷＭ信号発生器２３に入力する電圧指示を算出することができる。よって、的確な電圧指示をＰＷＭ信号発生器２３に入力することができる。

なお、本発明は、上記実施の形態のみに限定されるものではなく、例えば、モータは３相ブラシレスＤＣモータ１を用いたが、３相以外でも良く、単相あるいは３相以上でも良い。また、インバータ回路Ｃを構成するスイッチング素子５〜１０としては、ＮｃｈパワーＭＯＳＦＥＴに限らず、トランジスタ、サイリスタなど他の半導体素子を用いることもできる。さらに、ゲート駆動回路１１〜１６としては、スイッチング素子５〜１０をＯＮ／ＯＦＦさせることができる回路であれば、どのような回路でも用いることができるなど、その他、本発明の要旨を変更しない範囲内で適宜、変更して実施し得ることは言うまでもない。

１３相ブラシレスＤＣモータ
２回転子位置検出器
３モータ駆動用（直流）電源
４モータ駆動用電源スイッチ
５〜１０スイッチング素子
１１〜１６ゲート駆動回路（駆動回路）
１７〜２０ゲート駆動回路用電源
２１励磁シーケンス作成器
２２信号作成器
２３ＰＷＭ信号発生器
２４制動コンデンサ
２５回転方向指示
２６回転方向判別回路
２７電流検出器
２９電流制御器

Claims

ブラシレスＤＣモータを駆動する直流電源と、
該直流電源から前記ブラシレスＤＣモータの巻線に流す電流をオン、オフするスイッチング素子群と、
該スイッチング素子群と並列に接続されたコンデンサと、
前記直流電源と前記スイッチング素子群とを切り離すスイッチと、
前記スイッチング素子群を駆動するための駆動回路用電源と、
前記ブラシレスＤＣモータの位置情報を元に励磁シーケンスを作成する励磁シーケンス作成器と、
指令電圧指示に比例したＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ信号発生器と、
を備え、
前記励磁シーケンス作成器によって作成された励磁シーケンスと前記ＰＷＭ信号発生器からのＰＷＭ信号を合成して前記スイッチング素子群のスイッチング素子をオン、オフして前記ブラシレスＤＣモータを駆動し、
制動時に、前記直流電源と前記スイッチング素子群とを切り離し、前記ブラシレスＤＣモータの誘起電圧を、前記スイッチング素子群を通じて前記ブラシレスＤＣモータで消費させることで制動力を発生させることを特徴とする
制動力制御機能を有するブラシレスＤＣモータ駆動装置。
前記駆動回路用電源は、前記スイッチング素子群の上アーム側が相数個、下アーム側が１個であることを特徴とする請求項１に記載の制動力制御機能を有するブラシレスＤＣモータ駆動装置。
力行、回生動作をブラシレスＤＣモータの励磁シーケンスとＰＷＭ信号により制御し、かつ前記スイッチング素子群の上下アームでＰＷＭ変調による制動力の制御をすることを特徴とする請求項２に記載の制動力制御機能を有するブラシレスＤＣモータ駆動装置。
前記ブラシレスＤＣモータの回転子位置情報から回転方向を判別する回転方向判別回路を設け、回転方向に見合う励磁シーケンスを前記励磁シーケンス作成器により作成することを特徴とする請求項１に記載の制動力制御機能を有するブラシレスＤＣモータ駆動装置。
前記直流電源と前記スイッチング素子群との間に電流検出器を介装し、この電流検出器で検出された電流と電流指示との偏差を演算し、電流偏差を前記電流制御器に入力して電圧指示を算出し、この算出した電圧指示を前記ＰＷＭ信号発生器に入力し、ＰＷＭ信号を作成することを特徴とする請求項４に記載の制動力制御機能を有するブラシレスＤＣモータ駆動装置。