JP4136368B2 - Dcブラシレスモータの並列駆動回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数台のファンやポンプ等を同一速度で運転するために互いに並列接続された複数台のDCブラシレスモータを駆動するための並列駆動回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
周知のように、DCブラシレスモータは、永久磁石形直流モータの長所を備え、機械的な騒音や電気的ノイズを発生せず、長寿命である等の利点があるため、小形の直流電動機として各種用途に利用されている。
ここで、図12は、この種のDCブラシレスモータを駆動する従来の駆動回路を示している。
【0003】
図12において、Eは直流電源、T1〜T6は三相ブリッジ接続されたトランジスタ等の半導体スイッチング素子、U,V,Wは三相ブリッジ回路の出力端子、MはDCブラシレスモータ、11はステータ、12は永久磁石からなるロータ、CU,CV,CWはステータ11に配置されたU,V,W各相のコイル、HU,HV,HWはロータ12の磁極位置(ロータ位置)を検出するロータ位置センサとしてのホール素子、20はホール素子HU,HV,HWに接続されたロータ位置検出回路、30はロータ位置検出信号(以下では、必要に応じて単に位置検出信号という)を用いて各相のスイッチング素子T1〜T6に対するスイッチング信号を作成して出力するスイッチング信号発生回路である。
【0004】
この駆動回路では、図13に示すように、ホール素子HU,HV,HWにより検出した位置検出信号に従い、スイッチング信号発生回路30によって最適なスイッチング素子を120°ずつオンさせ、これにより各相のコイルCU,CV,CWに正または負の電圧VU,VV,VWを印加してステータ11とロータ12との間の磁気的吸引力または反発力により、ロータ12を回転させている。
なお、この駆動方式は120°通電方形波駆動方式と呼ばれている。
【0005】
しかし、図12に示した構成は基本的に1台のモータMを駆動するためのものであり、例えば2台のモータを駆動するには2つの駆動回路が必要になって回路構成の複雑化や価格の上昇を避けることができない。
このような点に鑑み、1つの駆動回路によって複数台のモータを駆動する従来技術として、特開2000−262082号公報に記載されたブラシレスモータの駆動回路が知られている。
【0006】
上記特開2000−262082号公報に記載された駆動回路は、図14に示すように、並列接続された2台のブラシレスモータM1,M2の各ロータ位置を検出するロータ位置検出センサ50,60と、これらの出力信号及び発振器80からの発振信号Pが加えられるセンサ信号切換回路70と、その出力信号がモータ駆動指令と共に加えられる駆動ドライバ90とを備えている。なお、U1,V1,W1,U2,V2,W2はモータM1,M2の各相コイル、50u,50v,50w,60u,60v,60wはロータ位置検出素子である。
【0007】
この駆動回路の動作を図15を参照しつつ簡単に説明すると、まず、ブラシレスモータの数に応じて分周された発振信号P(例えば2台のモータM1,M2を駆動する場合には元の信号の1周期を2分割した半周期信号)を基準信号とし、この発振信号Pは周期Tでデューティ比が50%(T1=T2)であるとする。センサ信号切換回路70は、上記発振信号Pを用いて、2台のモータM1,M2の同一相のロータ位置検出信号(例えば50u,60u)を発振信号Pの半周期ごとに切り替えて駆動ドライバ90に出力すると共に、駆動ドライバ90では、ロータ位置検出信号に応じた駆動信号をモータM1,M2のU相コイルU1,U2に供給してモータM1,M2を運転するものである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開2000−262082号公報の駆動回路では、図15に示したように、発振信号Pによりロータ位置検出信号を切り替えるタイミングがロータ位置検出信号と完全には同期していないため、このロータ位置検出信号に基づいて駆動信号を切り替えた直後にコイルに印加される電圧の位相が急変して動作が不安定になり易い。
また、この従来技術では、一般にロータ位置検出信号の周期よりも長い周期の発振信号Pを基準信号としてロータ位置検出信号を切り替えているため、ロータ位置検出信号が選択されていないモータは、その間、自己のロータ位置検出信号に関係なく運転されるので、動作が不安定になり易いという問題がある。
つまり、図15において、駆動信号がモータM1のロータ位置検出信号50uに基づいて決定されている期間は、モータM2のロータ位置検出信号60uは考慮されていないため、モータM2にとって正規の通電角度でU相コイルに通電されず、これがモータM2の回転を不安定にするおそれがある。
【0009】
そこで本発明は、1台の駆動回路により2台のモータを安定して並列駆動できるようにしたDCブラシレスモータの並列駆動回路を提供しようとするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項1に記載した発明は、互いに並列接続された2台のDCブラシレスモータを、複数の半導体スイッチング素子を有する駆動回路により同一速度で駆動する並列駆動回路であって、スイッチング信号発生手段が、各モータのロータ位置検出信号から作成した制御信号を用いて前記スイッチング素子のスイッチング信号を作成するDCブラシレスモータの並列駆動回路において、
各相ごとに2台のモータの前記ロータ位置検出信号を用いて作成した制御信号を、前記スイッチング信号発生手段に出力する信号選択手段を備え、
この信号選択手段は、一方のモータのロータ位置検出信号の論理レベルが第1のレベル(例えばLowレベル)から第2のレベル(Highレベル)に変化するタイミングと、他方のモータのロータ位置検出信号の論理レベルが第2のレベル(Highレベル)から第1のレベル(Lowレベル)に変化するタイミングとの間に、論理レベルが反転してHighレベルとなるような制御信号を出力するものである。
【0011】
請求項2に記載した発明は、互いに並列接続された2台のDCブラシレスモータを、複数の半導体スイッチング素子を有する駆動回路により同一速度で駆動する並列駆動回路であって、スイッチング信号発生手段が、各モータのロータ位置検出信号から作成した制御信号を用いて前記スイッチング素子のスイッチング信号を作成するDCブラシレスモータの並列駆動回路において、
各相ごとに2台のモータの前記ロータ位置検出信号を用いて作成した制御信号を前記スイッチング信号発生手段に出力する信号選択手段を備え、
この信号選択手段を、2台のモータの前記ロータ位置検出信号の論理積を前記制御信号として出力する論理積手段により構成したものである。
【0012】
請求項3に記載した発明は、互いに並列接続された2台のDCブラシレスモータを、複数の半導体スイッチング素子を有する駆動回路により同一速度で駆動する並列駆動回路であって、スイッチング信号発生手段が、各モータのロータ位置検出信号を用いて前記スイッチング素子のスイッチング信号を作成するDCブラシレスモータの並列駆動回路において、
各相ごとに2台のモータの前記ロータ位置検出信号を用いて作成した制御信号を前記スイッチング信号発生手段に出力する信号選択手段を備え、
この信号選択手段を、2台のモータの前記ロータ位置検出信号の論理和を前記制御信号として出力する論理和手段により構成したものである。
【0013】
また、請求項4に記載した発明は、請求項1〜3の何れか1項に記載したDCブラシレスモータの並列駆動回路において、
前記スイッチング信号発生手段が、スイッチング信号として正弦波PWM制御方式によるPWMパルスを出力するものである。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図1はこの実施形態に係る駆動回路の全体構成を示しており、2台のDCブラシレスモータMA,MBを1台の駆動回路によって駆動する場合のものである。なお、図12と同一の構成要素には同一の参照符号を付してある。
【0015】
図1において、半導体スイッチング素子T1〜T6を有する三相ブリッジ回路の各相出力端子U,V,Wには、同一構成のDCブラスレスモータMA,MBが並列に接続されており、それぞれに設けられたホール素子HU,HV,HWはロータ位置検出回路21,22に接続されている。
これらの検出回路21,22から出力される各モータMA,MBのロータ位置検出信号は各相ごとに信号選択回路40に入力され、どちらのモータMA,MBの位置検出信号を使用するかを切り替えて選択可能となっている。そして、この信号選択回路40からは、選択したモータのロータ位置検出信号に応じてスイッチング素子T1〜T6をオン・オフさせるために、スイッチング信号発生回路30に対する制御信号が出力される。
【0016】
前記信号選択回路40は、例えば図2に示す第1実施形態のように構成されている。なお、図2はモータMA,MBの一相(例えばU相)分のロータ位置検出信号の処理回路であり、実際の信号選択回路は図2の構成が他のV相、W相についても設けられる。
【0017】
図2において、モータMAのロータ位置検出信号はコンデンサC1を介してRSフリップフロップIC1のセット入力端子Sに入力され、モータMBのロータ位置検出信号は反転回路(NOT)IC2及びコンデンサC2を介してRSフリップフロップIC1のリセット入力端子Rに入力されている。
また、前記入力端子Sと共通線との間には、ダイオードD1及び抵抗R1が互いに並列に接続されていると共に、前記入力端子Rと共通線との間には、ダイオードD2及び抵抗R2が互いに並列に接続されている。
RSフリップフロップIC1の出力端子Qからは、U相分の制御信号(モータMAまたはモータMBのロータ位置検出信号)がスイッチング信号発生回路30に向けて出力される。
【0018】
以下、図1、図2の実施形態の動作を、図3〜図5を参照しつつ説明する。
いま、モータMA,MBが同期して同一速度で運転されているとすると、それぞれのロータ位置検出信号は各相ともに図3のように同期して出力されている。なお、図3では、モータMAに関する信号をA、モータMBに関する信号をBで示している。
ここで、図3に示した各モータMA,MBのロータ位置検出信号は、実質的に従来技術の図13に示したホール素子HU,HV,HWの出力信号と同様である。
【0019】
両方のモータMA,MBをロータ位置検出信号に同期させて運転するためには、三相全体では、図3のロータ回転角(空間角)が0°、60°、120°、180°、240°、300°のタイミングでロータ位置検出信号が変化するのに合わせて、スイッチング信号発生回路30からのスイッチング信号を変化させる必要がある。
ここで三相のうちU相のみに着目すると、図3における180°ごとの0°及び180°のタイミングでロータ位置検出信号が変化するのに合わせて、スイッチング信号を変化させる必要がある。
【0020】
2台のモータMA,MBを1台の駆動回路によって安定して並列運転するためには、モータMA,MBのロータ位置検出信号をできるだけきめ細かく切り替え、その切り替えた信号に基づいてスイッチング信号を発生させる必要がある。
そこで本実施形態では、各相ごとに、2台のモータMA,MBのロータ位置検出信号を180°ごとに交互に選択し、これを制御信号としてスイッチング信号発生回路30に取り込み、この制御信号に基づいてスイッチング信号を生成するようにした。図1,図2に示した信号選択回路40は、上記180°ごとのロータ位置検出信号の切り替え、選択を行うためのものである。
【0021】
図4は、モータMA,MBが同期して運転されている場合の図2における各部の信号を示すタイミングチャートである。
この場合、モータMA,MBのロータ位置検出信号は同期しており、信号の論理レベルがLowレベルからHighレベルに変化するタイミングをロータ回転角の0°とし、HighレベルからLowレベルに変化するタイミングをロータ回転角の180°とする。
【0022】
モータMAのロータ位置検出信号は図2のコンデンサC1及び抵抗R1により微分されるので、図4に示す如く、この微分波形の信号が回転角0°付近でRSフリップフロップIC1の入力端子Sに入力される。また、モータMBのロータ位置検出信号は図2の反転回路IC2により反転した上でコンデンサC2及び抵抗R2により微分されるので、この微分波形の信号が回転角180°付近でRSフリップフロップIC1の入力端子Rに入力される。
【0023】
従って、RSフリップフロップIC1の端子Q(すなわち信号選択回路40)から出力される信号は、結果的にモータMA,MBのロータ位置検出信号と同一になるが、回転角0°〜180°の期間は、HighレベルであるモータMAのロータ位置検出信号が選択され、回転角180°〜0°の期間は、LowレベルであるモータMBのロータ位置検出信号が選択されて出力されると考えることができる。
前述した図3における信号選択回路出力のうちU相の信号は、実質的に図4のIC1の端子Qの信号と同一であり、図3では、例えば回転角180°〜0°の期間におけるLowレベルのモータMBのロータ位置検出信号を「b」として表してある。
【0024】
次に、図5はモータMA,MBのロータ位置検出信号の間に若干の時間的なずれ、すなわち角度のずれが生じている場合である。
モータMAのロータ位置検出信号は、図4と同じタイミングで論理レベルが変化しているのに対し、モータMBのロータ位置検出信号は、回転角がF°(F>0°)でLowレベルからHighレベルに、回転角がG°(G>180°)でHighレベルからLowレベルに変化している。
【0025】
この場合には、モータMAのロータ位置検出信号の立ち上がりによって回転角0°付近でRSフリップフロップIC1の入力端子Sに微分波形の信号が入力され、モータMBのロータ位置検出信号の立ち下がりによって回転角G°付近で入力端子Rに微分波形の信号が入力されることになる。
従って、RSフリップフロップIC1の端子Q(すなわち信号選択回路40)から出力される信号は、図5に示す如く回転角0°〜G°の期間はHighレベル、それ以外の期間はLowレベルとなる。
【0026】
この例においても、信号選択回路40からは、回転角0°〜180°の期間はモータMAのロータ位置検出信号が選択され、回転角180°〜0°の期間はモータMBのロータ位置検出信号が選択されて出力されると考えることができる。なお、図5に示したように2台のモータのロータ位置検出信号が若干ずれている場合には、結果として一方のモータのロータ位置検出信号を選択する期間が他方のモータのロータ位置検出信号を選択する期間よりも長くなるが、実用上、支障なく2台のモータを並列運転できることが確認されている。
【0027】
ここで、図4及び図5に示した信号選択回路40の動作は請求項1の発明に相当しており、信号選択回路40は、一方のモータ(例えばモータMA)のロータ位置検出信号の論理レベルが第1のレベル(例えばLowレベル)から第2のレベル(Highレベル)に変化するタイミングと、他方のモータ(モータMB)のロータ位置検出信号の論理レベルが第2のレベル(Highレベル)から第1のレベル(Lowレベル)に変化するタイミングとの間に、論理レベルが反転する(図4の例では回転角0°〜180°の期間だけ、図5の例では回転角0°〜G°の期間だけ、Highレベルとなり、他の期間はLowレベルとなる)ような制御信号を出力する。
また、ロータ位置を検出するホール素子HU,HV,HWやロータ位置検出回路21,22、信号選択回路40の特性に応じて制御信号の論理レベルを逆転させても良く、図4の例では回転角0°〜180°の期間だけ、図5の例では回転角0°〜G°の期間だけ、制御信号をLowレベルにしても良い。
【0028】
上記のように、図2に示した信号選択回路40を用いれば、ロータ回転角の180°ごとにモータMA,MBのロータ位置検出信号の選択、切り替えを行うことができる。このような機能は、マイコン等を用いても容易に実現可能である。
【0029】
この実施形態によれば、2台のモータMA,MBのロータ位置検出信号に完全に同期するか、あるいはロータ位置検出信号の立ち上がりまたは立ち下がりに同期した制御信号に基づいてスイッチング信号を作成することができるので、従来技術である特開2000−262082号公報のようにロータ位置検出信号と無関係な基準信号(発振信号P)によってロータ位置検出信号を切り替える動作がなく、切り替え直後にコイルに印加される電圧の位相が急変して運転が不安定になるおそれが少ない。
【0030】
次いで、図6は図1における信号選択回路40の第2実施形態を示しており、請求項2の発明に相当する。
この実施形態では、信号選択回路40が三相分のアンド回路から構成されており、図6に示すように、例えばU相のアンド回路ANDにはモータMA,MBのU相のロータ位置検出信号が入力されている。ここで、アンド回路ANDは、二つのロータ位置検出信号からその論理積を選択して出力する意味で、信号選択回路40を構成するものとする。
【0031】
図7は、モータMA,MBが同期して運転されている場合、つまりモータMA,MBのロータ位置検出信号が同期しているときのタイミングチャートである。この場合、ロータ位置検出信号は何れも回転角が0°でLowレベルからHighレベルに変化し、回転角が180°でHighレベルからLowレベルに変化する。従って、アンド回路AND(すなわち信号選択回路40)から出力される制御信号は、モータMA,MBのロータ位置検出信号と同一になる。
このときの動作は、実質的に図4の場合と同様になる。
【0032】
図8はモータMA,MBのロータ位置検出信号の間に若干の時間的なずれ、すなわち角度のずれが生じている場合である。
モータMAのロータ位置検出信号は、図7と同様に回転角が0°でLowレベルからHighレベルに変化し、回転角が180°でHighレベルからLowレベルに変化している。一方、モータMBのロータ位置検出信号は、回転角がF°(F>0°)でLowレベルからHighレベルに変化し、回転角がG°(G>180°)でHighレベルからLowレベルに変化している。
【0033】
このため、アンド回路AND(すなわち信号選択回路40)から出力される制御信号は、回転角がF°〜180°の期間がHighレベルであり、それ以外の期間はLowレベルとなる。このアンド回路ANDの出力は、モータMA,MBのロータ位置検出信号とはそれぞれ若干異なるが、実用上、支障なく2台のモータを並列運転できることが確認されている。
【0034】
次に、図9は図1における信号選択回路40の第3実施形態を示しており、請求項3の発明に相当する。
この実施形態では、信号選択回路40が三相分のオア回路から構成されており、図9に示すように、例えばU相のオア回路ORにはモータMA,MBのU相のロータ位置検出信号が入力されている。ここで、オア回路ORは、二つのロータ位置検出信号からその論理和を選択して出力する意味で、信号選択回路40を構成するものとする。
【0035】
図10は、モータMA,MBが同期して運転され、つまりモータMA,MBのロータ位置検出信号が同期しているときのタイミングチャートである。
この時のオア回路OR(すなわち信号選択回路40)から出力される制御信号は図7及び図4と実質的に同様であり、動作も変わりがない。
【0036】
図11はモータMA,MBのロータ位置検出信号の間に若干の時間的なずれ、すなわち角度のずれが生じている場合である。
モータMAのロータ位置検出信号は、図8や図10と同様に回転角が0°でLowレベルからHighレベルに変化し、回転角が180°でHighレベルからLowレベルに変化している。一方、モータMBのロータ位置検出信号は、図8と同様に回転角がF°(F>0°)でLowレベルからHighレベルに変化し、回転角がG°(G>180°)でHighレベルからLowレベルに変化している。
【0037】
このため、オア回路OR(すなわち信号選択回路40)の出力は、回転角が0°〜G°の期間がHighレベルであり、それ以外の期間はLowレベルとなる。このオア回路ORの出力は、モータMA,MBのロータ位置検出信号とはそれぞれ若干異なっているが、実用上、支障なく2台のモータを並列運転できることが確認されている。
【0038】
なお、モータMA,MBへの印加電圧が等価的に正弦波となるようにスイッチング素子をPWM(パルス幅変調)制御する正弦波PWM制御方式が良く知られている。
請求項4に記載したように、上記正弦波PWM制御方式を各実施形態のスイッチング信号発生回路30に適用してPWMパルスによりスイッチング素子を駆動することにより、モータを一層安定して動作させることが可能である。
【0039】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、従来技術である特開2000−262082号公報の駆動回路に比べて、2台のDCブラシレスモータを1台の駆動回路によって安定して駆動することが可能であり、各モータ毎に駆動回路を設ける場合に比べて安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態を示す回路図である。
【図2】図1における信号選択回路の第1実施形態を示す回路図である。
【図3】図1の動作を示すタイミングチャートである。
【図4】図2の動作を示すタイミングチャートである。
【図5】図2の動作を示すタイミングチャートである。
【図6】図1における信号選択回路の第2実施形態を示す回路図である。
【図7】図6の動作を示すタイミングチャートである。
【図8】図6の動作を示すタイミングチャートである。
【図9】図1における信号選択回路の第3実施形態を示す回路図である。
【図10】図9の動作を示すタイミングチャートである。
【図11】図9の動作を示すタイミングチャートである。
【図12】1台のDCブラシレスモータを駆動する従来の駆動回路の説明図である。
【図13】図12の動作を示すタイミングチャートである。
【図14】2台のブラシレスモータを駆動する従来の駆動回路の説明図である。
【図15】図14の動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
E 直流電源
T1〜T6 スイッチング素子
U,V,W 出力端子
MA,MB DCブラシレスモータ
CU,CV,CW コイル
HU,HV,HW ホール素子
IC1 RSフリップフロップ
IC2 反転回路(NOT)
C1,C2 コンデンサ
R1,R2 抵抗
D1,D2 ダイオード
AND アンド回路
OR オア回路
11 ステータ
12 ロータ
21,22 ロータ位置検出回路
30 スイッチング信号発生回路
40 信号選択回路
Claims (4)
- 互いに並列接続された2台のDCブラシレスモータを、複数の半導体スイッチング素子を有する駆動回路により同一速度で駆動する並列駆動回路であって、スイッチング信号発生手段が、各モータのロータ位置検出信号から作成した制御信号を用いて前記スイッチング素子のスイッチング信号を作成するDCブラシレスモータの並列駆動回路において、
各相ごとに2台のモータの前記ロータ位置検出信号を用いて作成した制御信号を、前記スイッチング信号発生手段に出力する信号選択手段を備え、
この信号選択手段は、一方のモータのロータ位置検出信号の論理レベルが第1のレベルから第2のレベルに変化するタイミングと、他方のモータのロータ位置検出信号の論理レベルが第2のレベルから第1のレベルに変化するタイミングとの間に、論理レベルが反転するような制御信号を出力することを特徴とするDCブラシレスモータの並列駆動回路。 - 互いに並列接続された2台のDCブラシレスモータを、複数の半導体スイッチング素子を有する駆動回路により同一速度で駆動する並列駆動回路であって、スイッチング信号発生手段が、各モータのロータ位置検出信号から作成した制御信号を用いて前記スイッチング素子のスイッチング信号を作成するDCブラシレスモータの並列駆動回路において、
各相ごとに2台のモータの前記ロータ位置検出信号を用いて作成した制御信号を前記スイッチング信号発生手段に出力する信号選択手段を備え、
この信号選択手段を、2台のモータの前記ロータ位置検出信号の論理積を前記制御信号として出力する論理積手段により構成したことを特徴とするDCブラシレスモータの並列駆動回路。 - 互いに並列接続された2台のDCブラシレスモータを、複数の半導体スイッチング素子を有する駆動回路により同一速度で駆動する並列駆動回路であって、スイッチング信号発生手段が、各モータのロータ位置検出信号を用いて前記スイッチング素子のスイッチング信号を作成するDCブラシレスモータの並列駆動回路において、
各相ごとに2台のモータの前記ロータ位置検出信号を用いて作成した制御信号を前記スイッチング信号発生手段に出力する信号選択手段を備え、
この信号選択手段を、2台のモータの前記ロータ位置検出信号の論理和を前記制御信号として出力する論理和手段により構成したことを特徴とするDCブラシレスモータの並列駆動回路。 - 請求項1〜3の何れか1項に記載したDCブラシレスモータの並列駆動回路において、
前記スイッチング信号発生手段が、スイッチング信号として正弦波PWM制御方式によるPWMパルスを出力することを特徴とするDCブラシレスモータの並列駆動回路。
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