JP3252305B2

JP3252305B2 - ブラシレス直流モータの駆動装置

Info

Publication number: JP3252305B2
Application number: JP14732093A
Authority: JP
Inventors: 勝也米谷
Original assignee: 日本電産シバウラ株式会社
Priority date: 1993-06-18
Filing date: 1993-06-18
Publication date: 2002-02-04
Anticipated expiration: 2017-02-04
Also published as: JPH0723584A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ブラシレス直流モータ
の駆動装置に関し、更に詳しくは、直流モータの相電流
を検出して直流モータを駆動する駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から自動ドアやクーラを駆動する分
野などにおいて、例として３相の直流ブラシレスモータ
（以下、モータと略す）が用いられている。

【０００３】図４は、従来技術のブラシレス直流モータ
（以下、モータという）の駆動回路１のブロック図であ
る。このモータ２は３相であって、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相
の駆動信号Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが供給される３本のコイル
３，４，５を有する固定子を備える。また、モータ２
は、一対の磁極を有する永久磁石などからなる回転子６
を備える。また、モータ２には、回転子６の回転速度を
検出するためにホール素子などから構成され、各相毎の
磁極信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗを出力する磁極検出素子７を
備える。

【０００４】駆動回路１は、コイル３，４，５に前記Ｕ
相、Ｖ相及びＷ相の駆動信号Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをそれぞ
れ供給するインバータ回路８を備え、インバータ回路８
において、６つのトランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ
４，Ｑ５，Ｑ６が設けられる。各トランジスタＱ１〜Ｑ
６とそれぞれ並列にダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ
４，Ｄ５，Ｄ６が設けられる。各ダイオードＤ１〜Ｄ６
のアノードは、各トランジスタＱ１〜Ｑ６のソースに接
続され、トランジスタＱ１〜Ｑ６は直流電源８に接続さ
れる。トランジスタＱ１，Ｑ４；Ｑ２，Ｑ５；Ｑ３，Ｑ
６の各接続点から前記Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の駆動信号Ｉ
ｕ，Ｉｖ，Ｉｗがそれぞれ出力される。トランジスタＱ
４〜Ｑ６のソースは、電流検出用抵抗２５を介して直流
電源８の負極に接続される。

【０００５】前記磁極検出素子７は、周波数／電圧変換
回路（以下、変換回路）９と、通電ロジック回路１０と
に接続される。変換回路９の出力は、演算部１２におい
て、モータ２の所定の回転数に対応する指令データを入
力する速度指令入力部１１からの指令データと比較演算
され、バッファ１３を介してＰＷＭ回路１４に入力され
る。ＰＷＭ回路１４において、バッファ１３からの信号
は、三角波発生回路１５からの三角波と比較回路１６で
比較され、ＰＷＭ信号が出力される。前記ＰＷＭ回路１
４からのＰＷＭ信号は、ＡＮＤ回路１７，１８，１９に
共通に入力される。

【０００６】前記電流検出用抵抗２５の端子間電圧は、
比較回路２３に反転されて入力され、予め定める基準電
位を発生する電源２４からの基準電位と比較される。比
較回路２３の出力は、電流制限回路２２に入力される。
電流制限回路２２は、前記電流検出用抵抗２５の端子間
電圧が前記基準電位以上になると、ローレベルの電流制
限信号を出力する。前記電流検出用抵抗２５の端子間電
圧が前記基準電位未満であるとき、ハイレベルの電流許
可信号を出力する。このような電流制限回路２２の出力
は、前記ＡＮＤ回路１７〜１９に共通に入力される。

【０００７】前記通電ロジック回路１０は、前記トラン
ジスタＱ１〜Ｑ６のゲートに入力されて、トランジスタ
Ｑ１〜Ｑ６のオン／オフを切換える６種の駆動信号Ｕ，
ＥＵ，Ｖ，ＥＶ，Ｗ，ＥＷを出力する。該駆動信号Ｕ，
Ｖ，Ｗは、ゲートドライブ回路９に入力され、駆動信号
ＥＵ，ＥＶ，ＥＷは、前記ＡＮＤ回路１７〜１９にそれ
ぞれ入力され、各ＡＮＤ回路１７〜１９の出力は前記ゲ
ートドライブ回路９に入力される。ゲートドライブ回路
９は、前記駆動信号Ｕ，ＥＵ，Ｖ，ＥＶ，Ｗ，ＥＷを、
トランジスタＱ１〜Ｑ６に入力可能な信号レベルに変換
して、トランジスタＱ１〜Ｑ６にそれぞれ入力される。

【０００８】図５は、従来技術の駆動装置１の動作を説
明するタイムチャートである。

【０００９】図５（１）〜（３）は、磁極検出素子７か
らの各相毎の磁極信号を示す。

【００１０】図５（４）〜（９）は、駆動信号Ｕ，Ｅ
Ｕ，Ｖ，ＥＶ，Ｗ，ＥＷを示す。

【００１１】図５（１０）〜（１２）は、各コイル３，
４，５に流れるコイル電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗをそれぞれ
示す。

【００１２】図５（１３）は、モータ２の電気角を示
す。この従来例では、１２０度通電が行われる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】前記従来技術に於い
て、駆動信号Ｕ，ＥＵ，Ｖ，ＥＶ，Ｗ，ＥＷの立ち上が
りタイミング及び立ち下がりタイミングにおいて、各コ
イル３〜５に流れるコイル電流が減少し、或いは増大す
るとき、図５（１０）〜（１２）に示されるように、各
コイル３〜５の自己インダクタンスによって、コイル電
流Ｉｕ，Ｉｖ，ｌｗに遅延が生じる。これにより、モー
タの発生トルクが不連続となりモータ２におけるトルク
リップルが増大する。このトルクリップルにより、モー
タ２の振動が増大する。したがって、モータ２、モータ
２の周囲への取り付け部、或いはモータ２がファンモー
タとして用いられている場合のファンなどが共振を発生
し、騒音が増大するという問題点がある。

【００１４】本発明の目的は、上述の技術的課題を解決
し、静粛性を増大したブラシレス直流モータの駆動装置
を提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明のブラシレス直流
モータの駆動装置は、複数相のコイルを有するブラシレ
ス直流モータの各相毎のコイルに駆動電力をそれぞれ供
給する複数のスイッチ素子と、該複数のスイッチ素子の
少なくとも一部にそれぞれ接続された複数の電流検出用
抵抗と、前記モータの回転子の回転速度を検出する前記
磁極検出素子と、前記スイッチ素子のスイッチング動作
に同期して、前記複数の電流検出用抵抗の端子間電圧を
それぞれサンプルホールドすることによって、前記モー
タの各相毎のコイル電流を近似的に求め、また、前記磁
極検出素子からの検出信号によって電気角６０度毎に変
化する矩形波状の駆動信号を発生し、この駆動信号と前
記近似的に求められたコイル電流とを比較し、この比較
結果に基づいて、前記モータの定電流駆動を行うよう
に、前記複数のスイッチ素子を個別にオン／オフ駆動す
る駆動部と、を有するものである。

【００１６】

【作用】本発明に従えば、ブラシレス直流モータの複
数相のコイルに、複数のスイッチ素子によってそれぞれ
駆動電力が供給される。この複数のスイッチ素子は、駆
動部によって個別にオン／オフ駆動される。該複数のス
イッチ素子に、それぞれ直列に電流検出用抵抗が接続さ
れている。駆動部は、前記スイッチ素子のスイッチング
動作に同期して、前記複数の電流検出用抵抗の端子間電
圧をそれぞれサンプルホールドすることによって、前記
モータの各相毎のコイル電流を近似的に求め、また、前
記磁極検出素子からの検出信号によって電気角６０度毎
に変化する矩形波状の駆動信号を発生し、この駆動信号
と前記近似的に求められたコイル電流とを比較し、この
比較結果に基づいて、前記モータの定電流駆動を行うよ
うに、前記複数のスイッチ素子を個別にオン／オフ駆動
する。

【００１７】

【実施例】図１は本発明の一実施例のモータの駆動装置
３１の電気的構成を示す回路図である。

【００１８】モータ３２は３相であって、３本のコイル
３３，３４，３５を有する固定子を備え、各相のコイル
３３，３４，３５は、駆動装置３１からのＵ相、Ｖ相及
びＷ相の駆動信号Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗで励磁される。モー
タ３２は、一対の磁極を有する永久磁石などからなる回
転子３６を備える。モータ３２は、回転子３６の回転速
度を検出するためにホール素子などから構成され、各相
毎の磁極信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗを出力する磁極検出素子
３７を備える。

【００１９】駆動回路３１は、コイル３３，３４，３５
に前記Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の駆動信号Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ
をそれぞれ供給するインバータ回路６７を備え、インバ
ータ回路６７において、６つのトランジスタＱ１，Ｑ
２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６が設けられる。各トランジ
スタＱ１〜Ｑ６とそれぞれ並列にダイオードＤ１，Ｄ
２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６が設けられる。各ダイオー
ドＤ１〜Ｄ６のアノードは、各トランジスタＱ１〜Ｑ６
のソースに接続され、トランジスタＱ１〜Ｑ３のドレイ
ンは直流電源３８の正極に接続される。トランジスタＱ
１〜Ｑ３のソースは、トランジスタＱ４〜Ｑ６のドレイ
ンに接続される。

【００２０】トランジスタＱ４，Ｑ５のソースの間に相
電流検出用抵抗（以下、抵抗という）Ｒｕが接続され、
トランジスタＱ５，Ｑ６のソースの間に抵抗Ｒｗが接続
される。トランジスタＱ４，Ｑ６の各ソースはサンプル
ホールド回路４７，４８にそれぞれ接続される。トラン
ジスタＱ５のソースは、抵抗Ｒｕ，Ｒｗの間に接続され
ると共に、電流検出用抵抗６５を介して、前記直流電源
３８の負極に接続される。トランジスタＱ１，Ｑ４；Ｑ
２，Ｑ５；Ｑ３，Ｑ６の各接続点から前記Ｕ相、Ｖ相及
びＷ相の駆動信号Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗがそれぞれ出力され
る。

【００２１】前記磁極検出素子３７は、駆動波形パター
ン発生回路（以下、パターン発生回路）３９と周波数／
電圧変換回路（以下、変換回路という）４０とに入力さ
れる。変換回路４０の出力は、演算部４３において、モ
ータ３２の所定の回転数に対応する指令データを入力す
る速度指令入力部６６からの指令データと比較演算さ
れ、バッファ４４を介して乗算器４１，４２にそれぞれ
入力される。パターン発生回路３９は、前記磁極検出素
子３７からの出力に基づいて、Ｕ相及びＷ相の駆動信号
Ｖｕ，Ｖｗを、前記乗算器４１，４２にそれぞれ出力す
る。

【００２２】乗算器４１，４２の出力は、それぞれ反転
されて加算器４６で加算されると共に、比較器６８，７
０に入力され、加算器４６の出力は比較器６９に入力さ
れる。各比較器６８〜７０の出力は、それぞれバッファ
４９，５０，５１を介して、ＰＷＭ回路５２，５３，５
４にそれぞれ入力される。ＰＷＭ回路５２〜５４の出力
は、後述するデッドタイムを発生するデッドタイム回路
５５，５６，５７にそれぞれ入力される。各デッドタイ
ム回路５５〜５７の出力が、各トランジスタＱ１，Ｑ
２，Ｑ３のゲートに入力される駆動信号Ｕ，Ｖ，Ｗとな
る。各デッドタイム回路５５〜５７の出力は、反転され
てＡＮＤ回路５８，５９，６０にそれぞれ入力され、各
ＡＮＤ回路５８〜６０の出力が、各トランジスタＱ４，
Ｑ５，Ｑ６のゲートに入力される駆動信号ＥＵ，ＥＶ，
ＥＷとなる。

【００２３】前記サンプルホールド回路４７，４８の出
力は、前記比較器６８，７０に入力されると共に、それ
ぞれ反転されて加算器４５で加算される。加算器４５の
出力は前記比較器６９に入力される。

【００２４】前記電流検出用抵抗６５の端子間電圧は、
電流制御回路６１に入力される。電流制御回路６１にお
いて、前記端子間電圧は反転されて比較器６４に入力さ
れ、予め定める基準電位を発生する電源６３からの基準
電位と比較される。比較器６４の出力は、電流制限回路
６２に入力される。電流制限回路６２は前記端子間電圧
が前記基準電位を超えると、ローレベルの電流制限信号
を出力する。前記端子間電圧が前記基準電位未満である
と、ハイレベルの電流許可信号を出力する。このような
電流制限回路６２の出力は、前記ＡＮＤ回路５８，５
９，６０に入力される。前記ＡＮＤ回路５８，６０の出
力は、前記サンプルホールド回路４７，４８にサンプル
／ホールド動作のコントロール信号として入力される。

【００２５】図２は、本実施例に於けるモータ３２の正
転時の相電流検出動作を説明する波形図である。

【００２６】図２（１）〜（３）は、磁極検出素子３７
からの各相毎の検出信号を示す。

【００２７】図２（４），（５）は、パターン発生回路
３９からの駆動信号を示す。

【００２８】図２（６）〜（８）は、モータ３２の各相
毎のコイル電流を示す。

【００２９】本実施例の駆動方式は、前記各トランジス
タＱ１〜Ｑ６のスイッチング動作に同期して、前記抵抗
Ｒｕ，Ｒｗの端子間電圧をサンプルホールドすることに
よって、モータ３２の各相毎のコイル電流を近似的に求
める。また、前記磁極検出素子３７からの検出信号によ
って電気角６０度毎に変化する矩形波状の駆動信号を発
生する。この駆動信号と前記近似的に求められたコイル
電流とを比較し、比較結果に基づいて、モータ３２の定
電流駆動を行う。本実施例は、このような駆動方式によ
り、コイルのインダクタンスに基づくトルクリップルを
抑制しようとするものである。

【００３０】前記磁極検出素子３７からの検出信号Ｈ
ｕ，Ｈｖ，Ｈｗに基づいて、前記駆動信号Ｖｕ，Ｖｗが
パターン発生回路３９によって作成されれる。速度指令
入力部６６からのモータ３２の所定の回転数に対応する
速度指令信号は、比較器４３で比較され、乗算器４１，
４２によって前記駆動信号Ｖｕ，Ｖｗと演算される。乗
算器４１，４２による演算結果は、比較器６８〜７０に
よって、サンプルホールド回路４７，４８からの抵抗Ｒ
ｕ，Ｒｗの端子間電圧と比較演算される。比較器６８〜
７０の出力は、ＰＷＭ回路５２〜５４によってＰＷＭ信
号に変換され、デッドタイム回路５５〜５７によって、
デッドタイムを付加される。デッドタイム回路５５〜５
７の出力は、各トランジスタＱ１〜Ｑ３の駆動信号Ｕ，
Ｖ，Ｗとなり、あるいは、反転されてＡＮＤ回路５８〜
６０を経て、各トランジスタＱ４〜Ｑ６を駆動する駆動
信号ＥＵ，ＥＶ，ＥＷとなる。前記ＡＮＤ回路５８〜６
０の出力は、前記サンプルホールド回路４７，４８に、
各サンプルホールド回路４７，４８のサンプリング動作
及びホールド動作のタイミングを規定する制御信号ＣＴ
ｕ，ＣＴｗとして入力される。

【００３１】即ち、本実施例において、前記相電流検出
用の抵抗Ｒｕ，Ｒｗの端子間電圧をサンプルホールド回
路４７，４８によってサンプリングしホールドし、サン
プルホールド回路４７，４８の出力によって、各トラン
ジスタＱ１〜Ｑ６の駆動信号を作成するようにしてい
る。また、サンプルホールド回路４７，４８の動作タイ
ミングを、前記各トランジスタＱ４，Ｑ６のスイッチン
グ動作を規定する駆動信号ＥＵ，ＥＷによって、規定す
るようにしている。

【００３２】図３（１）〜（５）は、本実施例のモータ
３２の駆動方式によるモータ３２の逆転時のタイムチャ
ートである。

【００３３】モータ３２の逆転時においても、前記正転
時におけるインバータ回路６７の駆動方式と同様な駆動
が行われる。従って、モータ３２の逆転時においても、
前記正転時に述べた効果と同様な効果を達成できる。

【００３４】図２（９）〜（１３）は、パターン発生回
路３９によって、電気角６０度毎にレベルが階段状に変
化する略正弦波状の駆動信号Ｖｕ，Ｖｗを作成する駆動
方式におけるモータ３２の正転時のタイムチャートであ
る。

【００３５】図３（６），（７）は、この駆動方式にお
けるモータ３２の逆転時のタイムチャートである。

【００３６】図２（９），（１０）のような駆動信号Ｖ
ｕ，Ｖｗによると、モータ３２のコイル電流Ｉｕ，Ｉ
ｖ，Ｉｗは、モータ３２の正転時及び逆転時に関わら
ず、電気角６０度毎にレベルが階段状に変化する波形と
なる。このような略正弦波状の駆動信号によっても、前
記実施例と同様な効果を達成することができる。

【００３７】

【発明の効果】以上のように本発明に従えば、モータの
トルクリップルが増大する事態を防止でき、モータの静
粛性を格段に向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のモータの駆動装置３１の回
路図である。

【図２】本実施例の動作を説明するモータ３２の正転時
のタイムチャートである。

【図３】本実施例の動作を説明するモータ３２の逆転時
のタイムチャートである。

【図４】従来技術の駆動装置１の回路図である。

【図５】従来技術の動作を説明するタイムチャートであ
る。

【符号の説明】

３１駆動装置３２モータ３３，３４，３５コイル３８直流電源３９パターン発生回路４７，４８サンプルホールド回路６７インバータ回路６８，６９，７０比較器Ｒｕ，Ｒｗ相電流検出用抵抗

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数相のコイルを有するブラシレス直流モ
ータの各相毎のコイルに駆動電力をそれぞれ供給する複
数のスイッチ素子と、該複数のスイッチ素子の少なくとも一部にそれぞれ接続
された複数の電流検出用抵抗と、前記モータの回転子の回転速度を検出する前記磁極検出
素子と、前記スイッチ素子のスイッチング動作に同期して、前記
複数の電流検出用抵抗の端子間電圧をそれぞれサンプル
ホールドすることによって、前記モータの各相毎のコイ
ル電流を近似的に求め、また、前記磁極検出素子からの
検出信号によって電気角６０度毎に変化する矩形波状の
駆動信号を発生し、この駆動信号と前記近似的に求めら
れたコイル電流とを比較し、この比較結果に基づいて、
前記モータの定電流駆動を行うように、前記複数のスイ
ッチ素子を個別にオン／オフ駆動する駆動部と、を有することを特徴とするブラシレス直流モータの駆動
装置。