JP2756588B2 - 自動ドア用ブラシレスモータ回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、自動ドア用のブラシレスモータ回路に関す
る。

［従来の技術］ 第２図は、従来の自動ドア用ブラシレスモータ回路の
ブロック図であって、いわゆるスイッチングレギュレー
タ方式を採用したものである。

整流・平滑回路10は、例えば100VACの交流入力を直流
化して、直流高電圧をチョッパ回路20に与える。チョッ
パ回路20は、チョッピングのためのオン・オフ回路（ト
ランジスタ等のスイッチング素子）と平滑回路とからな
り、直流高電圧入力を直流低電圧に変換してこれを出力
する。このチョッパ回路20の出力電圧V_Mは、例えば３〜
36VDCの範囲で可変である。定電圧V_Mは、インバータ40
を介してブラシレスモータ50の固定子巻線に与えられて
回転磁界をつくる。三相ブラシレスモータを使用する場
合、インバータ回路40は、例えば上アームを構成する３
つのトランジスタと下アームを構成する３つのトランジ
スタとからなる。

ブラシレスモータ50の永久磁石からなる回転子の近傍
にはホール素子からなる位置検出器が配され、この検出
器を含む論理回路で構成される回転子位置検出回路60
が、ブラシレスモータ50の回転子の位置を検出してイン
バータ回路40へのオン・オフ指令を発して規定の固定子
巻線に順次電流を供給させるとともに、モータ速度に応
じた繰返し周波数の速度パルスP_Rを出力する。回転子の
位置検出にホール素子を使用する場合、モータ１回転あ
たり12パルスを越える速度パルスを得るのは困難であ
る。したがって、速度パルスP_Rの数は、モータ１回転あ
たり例えば１〜12パルスである。

F/V変換回路70は、この速度パルスP_Rの繰返し周波数
を直流電圧に比例変換してこれを出力する。このF/V変
換回路70としては、微分回路71、ワンショットマルチバ
イブレータ72及び平滑回路73を順次縦続接続したものが
使用される。差動増幅器75は、F/V変換回路70の出力電
圧V_Rの速度指令電圧V_Sに対する偏差を演算する。パルス
幅変調回路90は、差動増幅器75の出力電圧φ_Rをパルス
幅に比例変換して、チョッパ回路20の出力電圧V_Mを設定
する。この際、パルス幅変調回路90からチョッパ回路20
に与えられるチョッパ信号P_Cのパルス幅は、電圧φ_Rと
例えば20kHzの三角波信号との大小比較によって決定さ
れる。

以上に説明した従来の自動ドア用ブラシレスモータ回
路では、低速時のトルクアップをはかるためにブラシレ
スモータ50の速度帰還を実行してチョッパ回路20の出力
電圧V_Mを調整することによって、速度指令電圧V_Sの大き
さに応じた定速制御を行なっていた。この際、F/V変換
回路70において、微分回路71が速度パルスP_Rの各エッジ
を検出し、ワンショットマルチバイブレータ72が各エッ
ジから始まる一定幅のパルスを生成し、平滑回路73がこ
のパルスを平滑して直流電圧とする。ワンショットマル
チバイブレータ72の出力パルス幅は、これに接続される
時定数回路で設定される。

［発明が解決しようとする課題］ 通常、自動ドアの開閉を駆動するブラシレスモータで
は、例えば2000〜4000rpmの範囲の高速モードと例えば2
00〜500rpmの範囲の低速モードとの２モードが要求され
るのみである。

ところが、前記従来の自動ドア用ブラシレスモータ回
路では、回転子位置検出回路60から出力される速度パル
スPRの数がモータ１回転あたり１〜12パルスと少ないに
もかかわらず、不要範囲を含む200〜4000rpmの速度範囲
を１つの速度帰還制御でカバーしようとしていたため
に、次の問題があった。

すなわち、速度パルスP_Rの周期が最も短くなるモータ
最高速度4000rpmにおいてワンショットマルチバイブレ
ータ72の出力パルスどおしが互いにつながってしまうこ
とのないようにこのワンショットマルチバイブレータ72
の出力パルス幅設定を小さくすると、低速回転時に幅の
狭いパルスが長い間隔をおいて平滑回路73に与えられる
ことになる。したがって、低速回転時に平滑回路73の出
力電圧すなわちF/V変換回路70の出力電圧V_Rに含まれる
リップルが非常に大きくなる。この脈動が差動増幅器75
の出力電圧φ_Rにも現れてパルス幅変調回路90から出力
されるチョッパ信号P_Cのパルス幅が不規則に変動し、チ
ョッパ回路20の出力電圧V_Mが変動する。したがって、従
来はモータ速度が約300rpmを下回るとブラシレスモータ
50がハンチングを生じやすくなるのが実情であって、特
に軽量ドアの場合に振動やトルクむらが生じる問題があ
った。

この低速時のハンチング問題を解決するために例えば
１回転あたり100パルスを出力するロータリエンコーダ
をブラシレスモータ50の回転軸に接続して回転子の位置
を検出することが考えられるが、ロータリエンコーダが
高価であることが問題となる。

本発明は、高速及び低速の２段階モードのみが要求さ
れるという自動ドア用ブラシレスモータ回路の場合の特
殊事情に鑑みてなされたものであって、高速モードと低
速モードとでブラシレスモータの制御方式を切換えるこ
とによって、モータ１回転あたりの速度パルス数が少な
い場合であっても両モードにおいてともに円滑な速度制
御を実現することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る自動ドア用ブラシレスモータ回路は、チ
ョッパ回路の出力をインバータ回路を介してブラシレス
モータの固定子巻線に供給するモータ回路であって、ブ
ラシレスモータの回転子の位置を検出してインバータ回
路へのオン・オフ指令を発するとともにモータ速度に応
じた繰返し周波数の速度パルスを出力する回転子位置検
出回路と、微分回路、ワンショットマルチバイブレータ
及び平滑回路の縦続接続で構成され、速度パルスの繰返
し周波数を直流電圧に比例変換してこれを出力するF/V
変換回路と、このF/V変換回路の出力電圧の速度指令電
圧に対する偏差を演算する第１の差動増幅器と、チョッ
パ回路の出力電圧の速度指令電圧に対する偏差を演算す
る第２の差動増幅器と、低速回転をすべき指令を受けた
ときに第１の差動増幅器の出力電圧を、高速回転をすべ
き指令を受けたときに第２の差動増幅器の出力電圧をそ
れぞれ切換え出力する切換回路と、この切換回路の切換
出力電圧をパルス幅に比例変換してチョッパ回路の出力
電圧を設定するパルス幅変調回路とを有することを特徴
とする。

［作用］ 高速回転をすべき指令が切換回路に与えられると、チ
ョッパ回路の出力電圧の速度指令電圧に対する偏差であ
る第２の差動増幅器の出力電圧がパルス幅変調回路に与
えられて、チョッパ回路の出力電圧が調整される。すな
わち、インバータ回路の入力電圧の帰還が実行される。
したがって、ブラシレスモータは、速度指令電圧の大き
さに応じた定電圧制御がなされる。この際、モータ速度
の帰還は実行されない。

一方、低速回転をすべき指令が切換回路に与えられる
と、第１の差動増幅器の出力電圧がパルス幅変調回路に
与えられて、チョッパ回路の出力電圧が調整される。第
１の差動増幅器の出力電圧は、回転子位置検出回路から
出力される速度パルスの繰返し周波数を比例変換して得
られるF/V変換回路の直流出力電圧の速度指令電圧に対
する偏差である。すなわち、モータ速度の帰還が実行さ
れる。したがって、ブラシレスモータは、速度指令電圧
の大きさに応じた定速度制御がなされ、低速時のトルク
アップがはかれる。しかも、速度帰還のためのF/V変換
回路中のワンショットマルチバイブレータの出力パルス
幅を例えば200〜500rpmの範囲の低速モードだけで設定
することができるから、低速モードの全範囲においてこ
の出力パルス幅設定を大きくすることができる。したが
って、回転子位置検出回路から出力される速度パルスの
数がモータ１回転あたり１〜12パルスと少ない場合であ
っても、このワンショットマルチバイブレータに接続さ
れる平滑回路の出力リップルが小さくなる。

［実施例］ 第１図は、本発明の実施例に係る自動ドア用ブラシレ
スモータ回路の回路図である。

例えば100VACの交流電源２が整流・平滑回路10に接続
される。この整流・平滑回路10は、交流入力を直流化し
て、直流高電圧をチョッパ回路20に与える。このチョッ
パ回路20において、整流・平滑回路10の出力電圧は、パ
ルストランス21の１次巻線と主スイッチング素子である
NPNトランジスタ22と直列回路に印加される。この主ト
ランジスタ22のベース回路は、他のパルストランス23で
絶縁された他のNPNトランジスタ24（副トランジスタ）
のコレクタ回路に接続される。主トランジスタ22が１次
巻線に接続されるパルストランス21の２次側は、ダイオ
ード、コイル及び出力コンデンサで構成される平滑回路
25を介してインバータ回路40に接続される。なお、整流
・平滑回路10とチョッパ回路20とは、スイッチングレギ
ュレータ28を構成する。

チョッパ回路20の出力コンデンサの両端電圧は、イン
バータ回路40ばかりでなく、２本の抵抗器31,32を直列
接続してなる分圧回路にも与えられる。両抵抗器31,32
の接続点電圧V_Mは、チョッパ回路20の出力電圧を監視す
るために利用される。すなわち、この電圧V_Mが差動増幅
器33に反転入力として与えられ、ここに電圧帰還回路30
が形成される。

チョッパ回路20の出力電圧は、インバータ回路40を介
してブラシレスモータ50の固定子巻線に与えられて回転
磁界をつくる。三相ブラシレスモータを使用する場合、
インバータ回路40は、３つのPNPトランジスタ（上アー
ム）と３つのNPNトランジスタ（下アーム）とで構成さ
れる。各トランジスタにはフライホイール・ダイオード
が接続されている。

ブラシレスモータ50は、例えば２極の永久磁石からな
る回転子を有し、この周囲に三相固定子巻線が120度等
配されている。更に、ホール素子からなる３つの位置検
出器61が回転子近傍に120度等配され、これらの検出器
がブラシレスモータ50の回転子位置に対応する速度信号
A,B,Cをそれぞれ出力する。これらの速度信号A,B,Cは、
駆動論理回路62に入力されて、インバータ回路40の上ア
ームのためのオン・オフ指令U,V,Wと、下アームのため
のオン・オフ指令X,Y,Zとに変換される。また、駆動論
理回路62は、速度信号A,B,Cをもとにして速度パルスP_R
を生成する。この速度パルスP_Rのレートは、ブラシレス
モータ50の１回転あたり例えば12パルスである。ただ
し、駆動論理回路62の回路構成は周知であるので、その
詳細な説明は省略する。なお、位置検出器61と駆動論理
回路62とは、前記回転子位置検出回路60を構成する。

速度パルスP_Rは、F/V変換回路70に入力される。F/V変
換回路70は、微分回路71、ワンショットマルチバイブレ
ータ72及び平滑回路73を順次縦続接続したものであっ
て、速度パルスP_Rの繰返し周波数にこれに比例した直流
電圧V_Rに変換する。このF/V変換回路70の出力電圧V
_Rは、差動増幅器75の反転入力端子に入力される。この
差動増幅器75は、抵抗分圧回路である直流電圧設定回路
78から速度指令電圧V_Sが非反転入力端子に入力されて、
F/V変換回路70の出力電圧V_Rの速度指令電圧V_Sに対する
偏差を演算する。なお、F/V変換回路70と差動増幅器75
とは、速度帰還回路76を構成する。

この速度指令電圧V_Sは、前記電圧帰還回路30の差動増
幅器33にも非反転入力として与えられる。つまり、差動
増幅器33は、チョッパ回路20の出力電圧V_Mの速度指令電
圧V_Sに対する偏差を演算する。

電圧帰還回路30を構成する差動増幅器33の出力電圧φ
_Mは、アナログスイッチ81及び抵抗器８子を順次介して
コンパレータ91の非反転入力端子に入力される。一方、
速度帰還回路76を構成する差動増幅器75の出力電圧φ_R
は、アナログスイッチ82及び抵抗器85を順次介して同様
にコンパレータ91の非反転入力端子に入力される。一方
のアナログスイッチ81には、速度切換信号S_WがNOT回路8
3を介して与えられ、他方のアナログスイッチ82には、
速度切換信号S_Wが直接与えられる。切換回路80は、両ア
ナログスイッチ81,82とNOT回路83とで構成される。つま
り、Ｈレベルの速度切換信号S_Wすなわち低速指令が切換
回路80に与えられると、アナログスイッチ82がオンし
て、差動増幅器75の出力電圧φ_Rがコンパレータ91に与
えられる。一方、Ｌレベルの速度切換信号S_Wすなわち高
速指令が切換回路80に与えられると、アナログスイッチ
81がオンして、差動増幅器33の出力電圧φ_Mが同コンパ
レータ91に与えられる。

切換回路80の出力電圧φ、すなわちφ_R又はφ_Mは、パ
ルス幅変調回路90において、コンパレータ91で三角波発
振回路92の出力信号Ｔと大小比較されてチョッパ信号P_C
となる。このチョッパ信号P_Cは、前記チョッパ回路20の
副トランジスタ24のベースに印加され、パルストランス
23を介して主トランジスタ22をオン・オフさせる。つま
り、パルス幅変調回路90は、切換回路80の出力電圧φを
パルス幅に比例変換して、チョッパ回路20の出力電圧V_M
を設定すく。なお、三角波信号Ｔの周波数は、例えば20
kHzである。

整流・平滑回路10は、交流電源２から供給される例え
ば100VACの交流入力を直流化して、直流高電圧をチョッ
パ回路20に与える。チョッパ回路20は、この直流高電圧
入力を直流低電圧に変換して、これをインバータ回路40
に与える。

一方、位置検出回路60において、位置検出器61は、ブ
ラシレスモータ50の回転子位置変化に応じた速度信号A,
B,Cをそれぞれ出力する。これらの速度信号A,B,Cは、駆
動論理回路62によってインバータ回路40に対するオン・
オフ指令U,V,W,X,Y,Zに変換される。この際、インバー
タ回路40の上アームトランジスタと下アームトランジス
タとがそれぞれ１つ選択され、ブラシレスモータ50の回
転子位置に応じた規定の固定子巻線に電流が流れて回転
磁界が生成し、回転子が回転する。

さて、Ｌレベルの速度切換信号S_Wすなわち高速指令が
切換回路80に与えられると、電圧帰還回路30の出力電圧
φ_Mがパルス幅変調回路90に与えられる。したがって、
インバータ回路子０の入力電圧すなわちモータ電圧の帰
還が実行される。したがって、ブラシレスモータ50は、
速度指令電圧V_Sの大きさに応じた定電圧制御がなされ
る。ただし、速度切換信号S_WがＬレベルである間は、速
度帰還回路70によるモータ速度の帰還は実行されない。

一方、Ｈレベルの速度切換信号S_Wすなわち低速指令が
切換回路80に与えられると、速度帰還回路70の出力電圧
φ_Rがパルス幅変調回路90に与えられる。したがって、
第２図において説明した従来の場合と同様にブラシレス
モータ50の速度帰還によってチョッパ回路20の出力電圧
V_Mが調整され、速度指令電圧V_Sの大きさに応じた定速度
制御が実行される。ただし、F/V変換回路70において、
ワンショットマルチバイブレータ72の出力パルス幅を、
高速モードにかかわりなく例えば200〜500rpmの範囲の
低速モードだけで設定することができるから、この出力
パルス幅設定を大きくすることができる。したがって、
速度パルスP_Rの数が少なくとも、ワンショットマルチバ
イブレータ72に接続される平滑回路73の出力リップルが
小さくなる。

以上のことから、本発明の実施例に係る自動ドア用ブ
ラシレスモータ回路では、例えば2000〜4000rpmの範囲
の高速モード時にＬレベルの速度切換信号S_Wを切換回路
80に与えて電圧帰還方式に切換える一方、例えば200〜5
00rpmの範囲の低速モード時にＨレベルの速度切換信号S
_Wを切換回路80に与えて速度帰還方式に切換えることに
よって、モータ１回転あたりの速度パルス数が少ない場
合であっても両モードにおいてともに円滑な速度制御が
実現できる。

［発明の効果］ 以上に説明したように、本発明に係る自動ドア用ブラ
シレスモータ回路は、高速モードではインバータ回路の
入力電圧を帰還する一方、低速モードではブラシレスモ
ータの速度帰還を実行するようにモータ制御方式を切換
えるから、本発明によれば、モータ１回転あたりの速度
パルス数が少ない場合であっても、両モードにおいてと
もに円滑な速度制御を実現することができる。つまり、
高速回転時に滑かに速度制御を実行できることはもちろ
ん、従来とは違って低速域でのハンチングを防止でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例に係る自動ドア用ブラシレス
モータ回路の回路図、 第２図は、従来の自動ドア用ブラシレスモータ回路のブ
ロック図である。 符号の説明 10…整流・平滑回路、20…チョッパ回路、30…電圧帰還
回路、33…差動増幅器、40…インバータ回路、50…ブラ
シレスモータ、60…回転子位置検出回路、61…位置検出
器、62…駆動論理回路、70…F/V変換回路、71…微分回
路、72…ワンショットマルチバイブレータ、73…平滑回
路、75…差動増幅器、76…速度帰還回路、78…直流電圧
設定回路、80…切換回路、90…パルス幅変調回路、P_C…
チョッパ信号、P_R…速度パルス、S_W…速度切換信号、V_S
…速度指令電圧。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】チョッパ回路の出力をインバータ回路を介
   してブラシレスモータの固定子巻線に供給するモータ回
   路であって、ブラシレスモータの回転子の位置を検出し
   てインバータ回路へのオン・オフ指令を発するとともに
   モータ速度に応じた繰返し周波数の速度パルスを出力す
   る回転子位置検出回路と、微分回路、ワンショットマル
   チバイブレータ及び平滑回路の縦続接続で構成され、速
   度パルスの繰返し周波数を直流電圧に比例変換してこれ
   を出力するF/V変換回路と、このF/V変換回路の出力電圧
   の速度指令電圧に対する偏差を演算する第１の差動増幅
   器と、チョッパ回路の出力電圧の速度指令電圧に対する
   偏差を演算する第２の差動増幅器と、低速回転をすべき
   指令を受けたときに第１の差動増幅器の出力電圧を、高
   速回転をすべき指令を受けたときに第２の差動増幅器の
   出力電圧をそれぞれ切換え出力する切換回路と、この切
   換回路の切換出力電圧をパルス幅に比例変換してチョッ
   パ回路の出力電圧を設定するパルス幅変調回路とを有す
   ることを特徴とする自動ドア用ブラシレスモータ回路。