JPH07241095A - ブラシレスモータの駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 モータの鉄損を減少させ、また、モータ電流
を小さくして銅損及びスイッチング素子の飽和損失を低
減させて、電力消費を少なくする。 【構成】 本発明のブラシレスモータの駆動装置は、永
久磁石を有するロータ４と、複数相の巻線２Ｕ、２Ｖ、
２Ｗを有するステータ３とを備えて成るブラシレスモー
タ１を駆動制御するものにおいて、各巻線２Ｕ、２Ｖ、
２Ｗをロータ４の位置に対応する通電タイミングで順次
通電するためのトランジスタ１０〜１５を設けると共
に、正弦波状のパルス幅変調波形の電圧を各巻線２Ｕ、
２Ｖ、２Ｗに与えるように上記トランジスタ１０〜１５
をオンオフ制御する制御回路３２を設けたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、永久磁石を有するロー
タ及び複数相の巻線を有するステータを備えて構成され
たブラシレスモータを駆動制御するブラシレスモータの
駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のブラシレスモータの駆動装置の
一例を、図９ないし図１１に従って説明する。まず、図
９において、ブラシレスモータ１は、３相の巻線２Ｕ、
２Ｖ、２Ｗを有するステータ３と、永久磁石を有するロ
ータ４とから構成されている。上記ブラシレスモータ１
には、ロータ４の回転位置を検出する位置検出手段とし
て例えばホールＩＣからなる３個の位置検出素子５Ｕ、
５Ｖ、５Ｗが設けられている。

【０００３】また、上記各巻線２Ｕ、２Ｖ、２Ｗを通電
駆動するための駆動回路６は、その入力端子７ａ、７ｂ
が直流電源８の正端子、負端子に接続されている。尚、
直流電源８の正端子、負端子間には、コンデンサ９が接
続されている。上記駆動回路６は、入力端子７ａ、７ｂ
間に６個のスイッチング素子である例えばＮＰＮ形のト
ランジスタ１０ないし１２及び１３ないし１５を３相ブ
リッジ接続して構成されている。尚、各トランジスタ１
０〜１５には、フリーホイールダイオード１６〜２１が
それぞれ並列に接続されている。また、トランジスタ１
０とトランジスタ１３との共通接続点が出力端子２２に
接続され、トランジスタ１１とトランジスタ１４との共
通接続点が出力端子２３に接続され、トランジスタ１２
とトランジスタ１５との共通接続点が出力端子２４に接
続されている。

【０００４】そして、出力端子２２がブラシレスモータ
１の巻線２Ｕの一端に接続され、出力端子２３が巻線２
Ｖの一端に接続され、出力端子２４が巻線２Ｗの一端に
接続されている。尚、３相の巻線２Ｕ、２Ｖ、２Ｗの各
他端は共通に接続されている。また、駆動回路６の６個
のトランジスタ１０〜１５は、各ベースが制御回路２５
に接続されており、該制御回路２５から制御信号Ｓｕ、
Ｓｖ、Ｓｗ、Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚを受けてオンオフ制御さ
れるように構成されている。上記制御回路２５は、前記
３個の位置検出素子５Ｕ、５Ｖ、５Ｗからの各検出信号
Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗを受けると共に、外部から速度指令信
号ＡＣを受ける構成となっている。

【０００５】この場合、制御回路２５は、速度指令信号
ＡＣを受けると、３個の位置検出素子５Ｕ、５Ｖ、５Ｗ
からの検出信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗ（図１０（ａ）〜
（ｃ）参照）に基づいて、図１０（ｄ）〜（ｉ）に示す
ような制御信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗ、Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚを
生成し、これら制御信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗ、Ｓｘ、Ｓ
ｙ、Ｓｚを駆動回路６の６個のトランジスタ１０〜１５
に与えて該トランジスタ１０〜１５をオンオフ制御す
る。これにより、駆動回路６の出力端子２２、２３、２
４には、図１０（ｊ）〜（ｌ）に示すような出力電圧Ｖ
ｕ、Ｖｖ、Ｖｗが出力され、これら出力電圧Ｖｕ、Ｖ
ｖ、Ｖｗがブラシレスモータ１の３相の巻線２Ｕ、２
Ｖ、２Ｗに供給されることにより、ブラシレスモータ１
のロータ４が回転駆動されるようになっている。尚、制
御回路２５は、速度指令信号ＡＣの指令する回転速度で
ブラシレスモータ１が回転するように、例えばパルス幅
変調（ＰＷＭ）制御によりブラシレスモータ１の回転速
度を可変制御する構成となっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、上記した
ブラシレスモータ１を電気自動車の走行用モータとして
使用することを考えた。この場合、電気自動車は積載し
ているバッテリの充電容量が決まっているため、走行距
離をできる限り長くするには、モータの損失を極力小さ
くすると共に、モータ及びその駆動装置を極力小形化す
ることが必要である。そこで、本発明者は、上記従来構
成のブラシレスモータ１において発生する損失を調べて
みた。

【０００７】まず、上記ブラシレスモータ１のステータ
３の巻線２Ｕ、２Ｖ、２Ｗに流れる電流の波形を調べて
みたところ、矩形波状であることがわかった。具体的に
は、巻線２Ｕに流れる電流Ｉｕの電流波形を、図１１
（ｂ）に示す。尚、図１１（ａ）に、巻線２Ｕ、２Ｖ間
に供給される線間電圧Ｖｕｖの電圧波形を示す。そし
て、このような矩形波状の電流が巻線２Ｕ、２Ｖ、２Ｗ
に流れると、矩形波状の電流に含まれる高調波電流成分
により大きな鉄損が発生していることがわかった。ま
た、モータ電圧及び電流の総合力率が低くなって電流が
多く流れるため、モータで発生する銅損が大きくなると
共に、駆動回路６のトランジスタ１０〜１５（スイッチ
ング素子）の飽和損失も大きくなり、電力消費が大きく
なるということがわかった。このため、上記した構成の
ブラシレスモータ１及びその駆動装置を電気自動車に使
用すると、電気自動車の一充電当たりの走行距離が短く
なるという欠点があった。

【０００８】更に、上記従来構成では、駆動回路６のト
ランジスタ１０〜１５における発熱が大きくなるので、
大きな放熱器が必要になる。また、ブラシレスモータ１
で発生する損失が大きいので、放熱を良くするためにモ
ータの体積を大きくする必要がある。この場合も、モー
タ及びその駆動装置が大形化して重量が増すため、それ
だけ電気自動車の一充電当たりの走行距離が短くなると
いう欠点があった。

【０００９】そこで、本発明の目的は、鉄損を減少させ
ることができ、また、モータ電流を小さくして銅損及び
スイッチング素子の飽和損失を低減させることができる
ブラシレスモータの駆動装置を提供するにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のブラシレスモー
タの駆動装置は、永久磁石を有するロータと、複数相の
巻線を有するステータとを備えて成るブラシレスモータ
を駆動制御するブラシレスモータの駆動装置において、
前記各巻線を前記ロータの位置に対応する通電タイミン
グで順次通電するためのスイッチング素子を備えると共
に、正弦波状のパルス幅変調波形の電圧を前記各巻線に
与えるように前記スイッチング素子をオンオフ制御する
制御手段を備えたところに特徴を有する。

【００１１】この構成の場合、前記制御手段を、前記ロ
ータの位置を検出する位置検出手段と、三角波信号を発
生する三角波信号発生手段と、前記位置検出手段からの
検出信号に基づいてパルス幅変調のための変調信号を発
生する変調信号発生手段と、前記三角波信号発生手段か
らの三角波信号と前記変調信号発生手段からの変調信号
とを比較してパルス幅変調信号を発生する比較手段とを
備える構成とし、そして、制御手段によって前記比較手
段からのパルス幅変調信号に基づいて前記スイッチング
素子をオンオフ制御することにより、正弦波状のパルス
幅変調波形の電圧を前記各巻線に与えるように構成する
ことも好ましい。

【００１２】更に、この場合、変調信号発生手段から発
生される変調信号をｅ（θ）とした場合、 ｅ（θ）＝ｋ・ｓｉｎθ （但し、θは角度、ｋは０より大きく且つ１以下の定数
である）となるように設定することにより、正弦波状の
パルス幅変調波形の電圧を前記各巻線に与えるように構
成することが考えられる。

【００１３】また、変調信号発生手段から発生される変
調信号をｅ（θ）とした場合、 ｅ（θ）＝ｋ・ｓｉｎθ＋ｌ・ｓｉｎ３θ （但し、θは角度、ｋ，ｌは０より大きく且つ１以下の
定数である）となるように設定することにより、正弦波
状のパルス幅変調波形の電圧にモータ運転周波数の３倍
の高調波を含んだパルス幅変調波形の電圧を加えた電圧
を前記各巻線に与えるように構成することも好ましい。

【００１４】更に、変調信号発生手段から発生される変
調信号をｅ（θ）とした場合、 ０≦θ＜２π／３のとき、ｅ（θ）＝ｋ・ｓｉｎθ ２π／３≦θ＜４π／３のとき、ｅ（θ）＝ｋ・ｓｉｎ
（θ−π／３） ４π／３≦θ＜２πのとき、ｅ（θ）＝０ （但し、θは角度、ｋは０より大きく且つ１以下の定数
である）となるように設定することにより、正弦波状の
パルス幅変調波形の電圧にモータ運転周波数の３倍の高
調波を含んだパルス幅変調波形の電圧を加えた電圧を前
記各巻線に与えるように構成することもより一層好まし
い。

【００１５】一方、モータ相電圧を検出するモータ電圧
検出手段を備えると共に、モータ電流を検出するモータ
電流検出手段を備え、変調信号のゼロクロス点での電流
値が零となるように変調信号発生手段からの変調信号の
出力位相を補正する位相補正手段を備え、そして、モー
タ相電圧がモータ電流の基本波位相に一致するようにパ
ルス幅変調信号の出力位相を調整することも考えられ
る。更に、この場合、各相のモータ相電圧の各ゼロクロ
ス点においてパルス幅変調信号の出力位相を調整するよ
うに構成することが好ましい。

【００１６】また、モータ相電圧がマイナスからプラス
に変化するゼロクロス点では、電流値がプラスのときは
パルス幅変調信号の出力位相を進ませ、マイナスのとき
は遅らせるように調整し、一方、モータ相電圧がプラス
からマイナスに変化するゼロクロス点では、電流値がマ
イナスのときはパルス幅変調信号の出力位相を進ませ、
プラスのときは遅らせるように調整することが考えられ
る。

【００１７】更にまた、前記三角波信号発生手段に代え
て、正弦波信号を発生する正弦波信号発生手段又は鋸歯
状波信号を発生する鋸歯状波信号発生手段を備える構成
とすることも一層好ましい構成である。

【００１８】

【作用】本発明者は、ブラシレスモータのロータを回転
させた場合に、ステータの各巻線に誘起される誘起電圧
の波形が正弦波であることを実験により確認した。従っ
て、上記誘起電圧の波形と同じ波形の電圧即ち正弦波状
の電圧をステータの各巻線に通電するようにすれば、モ
ータの鉄損を極めて少なくすることができることがわか
る。本発明は、この点に着目してなされたものである。

【００１９】即ち、上記手段によれば、制御手段により
スイッチング素子をオンオフ制御して正弦波状のパルス
幅変調波形の電圧をステータの各巻線に与えるように構
成したので、モータの鉄損を大幅に減少させることがで
きる。この場合、制御手段は、具体的には、ロータの位
置を検出する位置検出手段と、三角波信号を発生する三
角波信号発生手段と、位置検出手段からの検出信号に基
づいてパルス幅変調のための変調信号を発生する変調信
号発生手段と、三角波信号発生手段からの三角波信号と
変調信号発生手段からの変調信号とを比較してパルス幅
変調信号を発生する比較手段とを備える構成とし、比較
手段からのパルス幅変調信号に基づいてスイッチング素
子をオンオフ制御するようにすれば、正弦波状のパルス
幅変調波形の電圧を各巻線に与えることが可能である。

【００２０】また、正弦波状のパルス幅変調波形の電圧
にモータ運転周波数の３倍の高調波を含んだパルス幅変
調波形の電圧を加えた電圧を、ステータの各巻線に与え
るように構成すれば、基本波成分を高くすることがで
き、それだけパルス幅変調する際におけるスイッチング
素子のスイッチング回数を少なくすることができる。従
って、この構成の場合、スイッチング損失を低減するこ
とができる。

【００２１】一方、モータ相電圧を検出するモータ電圧
検出手段を備えると共に、モータ電流を検出するモータ
電流検出手段を備え、変調信号のゼロクロス点での電流
値が零となるように変調信号発生手段からの変調信号の
出力位相を補正する位相補正手段を備え、そして、モー
タ相電圧がモータ電流の基本波位相に一致するようにパ
ルス幅変調信号の出力位相を調整するように構成したの
で、モータ電流を小さくすることができ、銅損及びスイ
ッチング素子の飽和損失を低減することが可能になる。
この場合、各相のモータ相電圧の各ゼロクロス点におい
てパルス幅変調信号の出力位相を調整するように構成す
れば、より一層優れた効果を得ることができる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明を例えば電気自動車の走行用モ
ータとして使用されるブラシレスモータの駆動装置に適
用した一実施例について、図１ないし図６を参照して説
明する。尚、従来構成（図９参照）と同一部分には、同
一符号を付している。

【００２３】即ち、図１において、ブラシレスモータ１
のステータ３の各巻線２Ｕ、２Ｖ、２Ｗを通電駆動する
ための駆動回路６は、６個のＮＰＮ形のトランジスタ１
０ないし１２及び１３ないし１５を３相ブリッジ接続し
て構成されている。駆動回路６の入力端子７ａ、７ｂは
直流電源８の正端子、負端子に接続されている。直流電
源８の正端子、負端子間には、コンデンサ９が接続され
ている。この場合、直流電源８は、電気自動車に搭載さ
れたバッテリである。また、上記駆動回路５の各トラン
ジスタ１０〜１５には、フリーホイールダイオード１６
〜２１がそれぞれ並列に接続されている。

【００２４】そして、トランジスタ１０とトランジスタ
１３との共通接続点、トランジスタ１１とトランジスタ
１４との共通接続点、トランジスタ１２とトランジスタ
１５との共通接続点が、それぞれ出力端子２２、出力端
子２３、出力端子２４に接続されている。また、上記出
力端子２２、２３、２４が、ブラシレスモータ１の巻線
２Ｕの一端、巻線２Ｖの一端、巻線２Ｗの一端にそれぞ
れ接続されている。上記３相の巻線２Ｕ、２Ｖ、２Ｗの
各他端は共通に接続されている。

【００２５】ここで、ブラシレスモータ１には、３個の
位置検出素子５Ｕ、５Ｖ、５Ｗに代えて、ロータ４の回
転位置を検出する位置検出手段として例えばエンコーダ
３１が配設されている。このエンコーダ３１は、ロータ
４の回転位置を検出して、検出信号Ｈａ及びＨｂ（図２
（ａ）及び（ｂ）参照）を出力するように構成されてい
る。

【００２６】一方、駆動回路６の６個のトランジスタ１
０〜１５は、制御回路２５に代わる制御回路３２により
オンオフ制御されるように構成されている。この制御回
路３２が制御手段を構成しており、以下制御回路３２に
ついて説明する。上記制御回路３２は、カウンタ回路３
３、メモリ回路３４、三角波信号発生手段である例えば
三角波信号発生回路３５、比較手段である例えば比較回
路３６Ｕ、３６Ｖ、３６Ｗ及び力率補正回路３７から構
成されている。上記カウンタ回路３３は、エンコーダ３
１からの検出信号Ｈａ、Ｈｂを受けて、図２（ｃ）に示
すように、各検出信号Ｈａ、Ｈｂの立ち上がりでカウン
ト値ＣＮをカウントアップするように構成されている。
尚、カウンタ回路３３は、力率補正回路３７からのリセ
ット信号Ｒｓを受けたときに、カウント値ＣＮをゼロに
リセットするように構成されている。

【００２７】また、メモリ回路３４は、カウンタ回路３
３からのカウント値ＣＮ、並びに、電気自動車のアクセ
ル（図示しない）から出力されるアクセル信号（この場
合、速度指令信号ＡＣ）を受けて、例えば正弦波状の変
調信号Ｍｕ、Ｍｖ、Ｍｗ（図３（ｄ）に変調信号Ｍｕを
示す）を比較回路３６Ｕ、３６Ｖ、３６Ｗへ与えると共
に、ゼロクロス信号Ｍｚを力率補正回路３７へ与えるよ
うに構成されている。この力率補正回路３７は、上記ゼ
ロクロス信号Ｍｚの他に、駆動回路６の出力端子２２と
ステータ３の巻線２Ｕとを接続する接続線に設けられた
電流検出器３８からの電流検出信号Ｉｕを受けて、前記
リセット信号Ｒｓを出力するように構成されている。こ
の電流検出器３８がモータ電流検出手段を構成し、力率
補正回路３７が位相補正手段を構成している。

【００２８】更に、上記三角波信号発生回路３５は、予
め決められた一定周期の三角波信号Ｂｓ（図３（ｄ）及
び図４（ａ）参照）を発生して、この信号Ｂｓを比較回
路３６Ｕ、３６Ｖ、３６Ｗへ与える構成となっている。
そして、上記比較回路３６Ｕ、３６Ｖ、３６Ｗは、メモ
リ回路３４からの変調信号Ｍｕ、Ｍｖ、Ｍｗと三角波信
号発生回路３５からの三角波信号Ｂｓとを比較して、制
御信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗ、Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚ（図３
（ｅ）、（ｆ）に制御信号Ｓｕ、Ｓｘを示す）を生成
し、これら制御信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗ、Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓ
ｚを駆動回路６のトランジスタ１０〜１５のベースに与
えるように構成されている。

【００２９】次に、上記構成の作用を、図２ないし図６
も参照して説明する。ブラシレスモータ１が回転駆動さ
れているときには、カウンタ回路３３は、エンコーダ３
１からの検出信号Ｈａ、Ｈｂ（図２（ａ）、（ｂ）参
照）を受けて、図２（ｃ）に示すように、カウント値Ｃ
Ｎをカウントアップしている。この場合、カウンタ回路
３３は、力率補正回路３７からリセット信号Ｒｓを受け
たとき、具体的には、図３（ｃ）に示す時刻ｔａ及びｔ
ｂおいて、カウント値ＣＮをゼロにリセットしている。
そして、メモリ回路３４は、カウンタ回路３３からのカ
ウント値ＣＮに従って、図３（ｄ）に示すような変調信
号Ｍｕ、Ｍｖ、Ｍｗを出力する。尚、変調信号Ｍｖ及び
Ｍｗは、図示していないが、上記変調信号Ｍｕと位相が
それぞれ１２０度及び２４０度ずれた信号である。ここ
で、メモリ回路３４は、変調信号Ｍｕ、Ｍｖ、Ｍｗの振
幅を速度指令信号（アクセル指令信号）ＡＣに従って変
化させるように構成されている。

【００３０】さて、３個の比較回路３６Ｕ、３６Ｖ、３
６Ｗのうちの一つの比較回路３６Ｕは、メモリ回路３４
からの変調信号Ｍｕと三角波信号発生回路３５からの三
角波信号Ｂｓとを比較して、図３（ｅ）及び（ｆ）に示
すような制御信号Ｓｕ及びＳｘを生成し（この場合、制
御信号Ｓｘは制御信号Ｓｘの反転信号である）、これら
制御信号Ｓｕ及びＳｘを駆動回路６のトランジスタ１０
及び１３のベースに与えている。これにより、トランジ
スタ１０及び１３は、制御信号Ｓｕ及びＳｘがハイレベ
ルの期間オンされ、ロウレベルの期間オフされる。

【００３１】また、残りの２個の比較回路３６Ｖ、３６
Ｗも、同様にして、メモリ回路３４からの変調信号Ｍ
ｖ、Ｍｗと三角波信号発生回路３５からの三角波信号Ｂ
ｓとを比較して、制御信号Ｓｖ、Ｓｗ及びＳｙ、Ｓｚを
生成し、これら制御信号Ｓｖ、Ｓｗ及びＳｙ、Ｓｚを駆
動回路６のトランジスタ１１、１２及び１４、１５のベ
ースに与えている。これにより、トランジスタ１１、１
２及び１４、１５は、制御信号Ｓｖ、Ｓｗ及びＳｙ、Ｓ
ｚがハイレベルの期間オンされ、ロウレベルの期間オフ
される。

【００３２】そして、上記したように、トランジスタ１
０〜１５がオンオフ制御されることにより、駆動回路６
の出力端子２２〜２３には、図４（ｂ）、（ｃ）、
（ｄ）に示すような出力電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗが出力さ
れ、これら出力電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗがステータ３の巻
線２Ｕ、２Ｖ、２Ｗにそれぞれ供給される。これによ
り、ブラシレスモータ１のロータ４が回転駆動される。

【００３３】この場合、巻線２Ｕ、２Ｖ、２Ｗに供給さ
れる電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗは、それぞれ正弦波状のパル
ス幅変調波形の電圧である。また、このとき、ブラシレ
スモータ１の線間電圧Ｖｕｖは、図４（ｅ）に示すよう
になり、正弦波状のパルス幅変調波形の電圧である。そ
して、このとき、巻線２Ｕに流れる電流Ｉｕの波形は、
図４（ｆ）に示すようになり、正弦波状の波形となる。
この結果、ブラシレスモータ１の鉄損を、従来構成（図
９ないし図１１参照）に比べて、大幅に減少させること
ができる。

【００３４】また、力率補正回路３７は、変調信号Ｍ
ｕ、Ｍｖ、Ｍｗのゼロクロス信号Ｍｚを受けたときの、
電流検出器３８からの電流検知信号Ｉｕの状態に応じて
リセット信号Ｒｓの出力タイミングを決定するように構
成されている。具体的には、図５（ｂ）及び（ｅ）に示
すように、メモリ回路３４からゼロクロス信号Ｍｚを受
けたときに電流検出器３８からの電流検知信号Ｉｕが負
の場合は、図５（ｃ）に示すように、１周期後にカウン
ト値ＣＮがゼロに変化する前にリセット信号Ｒｓを出力
し、また、図６（ｂ）及び（ｅ）に示すように、ゼロク
ロス信号Ｍｚを受けたときに電流検知信号Ｉｕが正の場
合は、図６（ｃ）に示すように、カウント値ＣＮがゼロ
に変化した後にリセット信号Ｒｓを出力することを繰り
返すようになっている。これにより、モータ電圧及び電
流の位相が同じになるから、力率が改善され、モータ電
流を小さくすることができる。従って、ブラシレスモー
タ１の銅損を低減できると共に、駆動回路６のトランジ
スタ１０〜１５の飽和損失を低減することができる。

【００３５】尚、上記実施例では、変調信号Ｍｕ、Ｍ
ｖ、Ｍｗとして正弦波を用いたが、これに限られるもの
ではなく、例えば図７（ｂ）や（ｃ）に示すような波形
の変調信号を用いても良い。この場合、特に、図７
（ｃ）に示す変調信号を使用した場合には、制御信号、
出力電圧、モータ電流の各波形が図８（ａ）〜（ｈ）に
示すようになり、基本波電圧が高くなって、トランジス
タ１０〜１５のスイッチング回数を大幅に低減すること
ができ、従って、スイッチング損失を少なくすることが
できる。

【００３６】また、上記実施例では、キャリア信号とし
て三角波信号Ｂｓを発生させる三角波信号発生回路３５
を用いる構成としたが、これに代えて、正弦波信号を発
生する正弦波信号発生回路（手段）又は鋸歯状波信号を
発生する鋸歯状波信号発生回路（手段）を用いる構成と
しても良い。更に、上記実施例では、比較回路３６Ｕ、
３６Ｖ、３６Ｗにより変調信号Ｍｕ、Ｍｖ、Ｍｗと三角
波信号Ｂｓとを比較して制御信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｗ、Ｓ
ｘ、Ｓｙ、Ｓｚを出力させるように構成したが、メモリ
回路３４から直接的に制御信号をＳｕ、Ｓｖ、Ｓｗ、Ｓ
ｘ、Ｓｙ、Ｓｚを出力させるように構成することも好ま
しい構成である。

【００３７】一方、上記実施例では、電圧、電流の力率
補正を１回／周期行う構成としたが、これに限られるも
のではなく、例えば駆動回路６の全て（３個）の出力に
電流検出器を取付けて、各相の変調信号のゼロクロス点
で力率補正を行う構成、即ち、力率補正を６回／周期行
う構成としても良い。尚、この場合には、電流検出器を
３個使用せずに２個使用するだけとして、２つの電流検
出値の差から残りの電流値を求めるように構成しても良
い。

【００３８】尚、上記実施例の場合、モータ相電圧のゼ
ロクロス点を、変調信号Ｍｕ、Ｍｖ、Ｍｗのゼロクロス
点から判断（検出）しており、結果的に、モータ相電圧
のゼロクロス点で力率補正を行っている。そして、モー
タ相電圧がマイナスからプラスに変化するゼロクロス点
では、上記実施例で説明したように、電流値がプラスの
ときはパルス幅変調信号の出力位相を進ませ、マイナス
のときは遅らせるように調整した。これに対して、モー
タ相電圧がプラスからマイナスに変化するゼロクロス点
では、電流値がマイナスのときはパルス幅変調信号の出
力位相を進ませ、プラスのときは遅らせるように調整す
るように制御することが好ましい。

【００３９】また、上記実施例では、ロータ４の位置を
検出する位置検出手段としてエンコーダ３１を設ける構
成としたが、これに限られるものではなく、例えばホー
ル素子からなる３個の位置検出素子を設けても良いし、
また、ステータの巻線に生じる誘起電圧を検出して位置
検出信号を発生させる構成としても良い。

【００４０】

【発明の効果】本発明は、以上の説明から明らかなよう
に、制御手段によりスイッチング素子をオンオフ制御し
て正弦波状のパルス幅変調波形の電圧をステータの各巻
線に与えるように構成したので、ブラシレスモータの鉄
損を大幅に減少させることができるという優れた効果を
奏する。そして、この場合、制御手段は、ロータの位置
を検出する位置検出手段と、三角波信号を発生する三角
波信号発生手段と、位置検出手段からの検出信号に基づ
いてパルス幅変調のための変調信号を発生する変調信号
発生手段と、三角波信号発生手段からの三角波信号と変
調信号発生手段からの変調信号とを比較してパルス幅変
調信号を発生する比較手段とを備える構成とし、比較手
段からのパルス幅変調信号に基づいてスイッチング素子
をオンオフ制御するようにすれば、正弦波状のパルス幅
変調波形の電圧を各巻線に与えることが可能である。

【００４１】また、正弦波状のパルス幅変調波形の電圧
にモータ運転周波数の３倍の高調波を含んだパルス幅変
調波形の電圧を加えた電圧を、ステータの各巻線に与え
るように構成すれば、基本波成分を高くすることがで
き、それだけパルス幅変調する際におけるスイッチング
素子のスイッチング回数を少なくすることができる。こ
の結果、スイッチング損失を低減することができる。

【００４２】一方、変調信号のゼロクロス点での電流値
が零となるように変調信号発生手段からの変調信号の出
力位相を補正する位相補正手段を備え、モータ相電圧が
モータ電流の基本波位相に一致するようにパルス幅変調
信号の出力位相を調整するように構成したので、モータ
電流を小さくすることができ、銅損及びスイッチング素
子の飽和損失を低減することができる。この場合、各相
のモータ相電圧（変調信号）の各ゼロクロス点において
パルス幅変調信号の出力位相を調整するように構成すれ
ば、より一層優れた効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す電気回路図

【図２】エンコーダからの検出信号Ｈａ、Ｈｂ及びカウ
ンタ回路のカウント値ＣＮのタイムチャート

【図３】検出信号Ｈａ、Ｈｂ、カウント値ＣＮ、変調信
号Ｍｕ、三角波信号Ｂｓ、制御信号Ｓｕ、Ｓｘのタイム
チャート

【図４】変調信号Ｍｕ、三角波信号Ｂｓ、出力電圧Ｖ
ｕ、Ｖｖ、Ｖｗ、線間電圧Ｖｕｖ、電流Ｉｕのタイムチ
ャート

【図５】力率補正時のカウント値ＣＮ、ゼルクロス信号
Ｍｚ、リセット信号Ｒｓ、変調信号Ｍｕ、電流Ｉｕのタ
イムチャート

【図６】異なる状態の力率補正時のカウント値ＣＮ、ゼ
ルクロス信号Ｍｚ、リセット信号Ｒｓ、変調信号Ｍｕ、
電流Ｉｕのタイムチャート

【図７】変形例の変調信号を示す波形図

【図８】変形例の変調信号Ｍｕ、三角波信号Ｂｓ、制御
信号Ｓｕ、Ｓｘ、出力電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ、線間電圧
Ｖｕｖ、電流Ｉｕのタイムチャート

【図９】従来構成を示す図１相当図

【図１０】位置検出信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗ、制御信号Ｓ
ｕ、Ｓｖ、Ｓｗ、Ｓｘ、Ｓｙ、Ｓｚ、出力電圧Ｖｕ、Ｖ
ｖ、Ｖｗのタイムチャート

【図１１】線間電圧Ｖｕｖ、電流Ｉｕのタイムチャート

【符号の説明】

１はブラシレスモータ、２Ｕ、２Ｖ、２Ｗは巻線、３は
ステータ、４はロータ、５Ｕ、５Ｖ、５Ｗは位置検出素
子（位置検出手段）、６は駆動回路、７ａ、７ｂは入力
端子、８は直流電源、１０、１１、１２、１３、１４、
１５はトランジスタ（スイッチング素子）、２２、２
３、２４は出力端子、３１はエンコーダ（位置検出手
段）、３２は制御回路（制御手段）、３３はカウンタ回
路、３４はメモリ回路、３５は三角波信号発生回路（三
角波信号発生手段）、３６Ｕ、３６Ｖ、３６Ｗは比較回
路（比較手段）、３７は力率補正回路（位相補正手
段）、３８は電流検出器（モータ電流検出手段）を示
す。

フロントページの続き (72)発明者 城ノ口 秀樹 愛知県瀬戸市穴田町991番地 株式会社東 芝愛知工場内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 永久磁石を有するロータと、複数相の巻
   線を有するステータとを備えて成るブラシレスモータを
   駆動制御するブラシレスモータの駆動装置において、 前記各巻線を前記ロータの位置に対応する通電タイミン
   グで順次通電するためのスイッチング素子と、 正弦波状のパルス幅変調波形の電圧を前記各巻線に与え
   るように前記スイッチング素子をオンオフ制御する制御
   手段とを備えたことを特徴とするブラシレスモータの駆
   動装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、 前記ロータの位置を検出する位置検出手段と、 三角波信号を発生する三角波信号発生手段と、 前記位置検出手段からの検出信号に基づいてパルス幅変
   調のための変調信号を発生する変調信号発生手段と、 前記三角波信号発生手段からの三角波信号と前記変調信
   号発生手段からの変調信号とを比較してパルス幅変調信
   号を発生する比較手段とを備え、 前記比較手段からのパルス幅変調信号に基づいて前記ス
   イッチング素子をオンオフ制御することにより、正弦波
   状のパルス幅変調波形の電圧を前記各巻線に与えるよう
   に構成されていることを特徴とする請求項１記載のブラ
   シレスモータの駆動装置。
3. 【請求項３】 前記変調信号発生手段から発生される変
   調信号をｅ（θ）とした場合、 ｅ（θ）＝ｋ・ｓｉｎθ （但し、θは角度、ｋは０より大きく且つ１以下の定数
   である）となるように設定することにより、正弦波状の
   パルス幅変調波形の電圧を前記各巻線に与えるように構
   成したことを特徴とする請求項２記載のブラシレスモー
   タの駆動装置。
4. 【請求項４】 前記変調信号発生手段から発生される変
   調信号をｅ（θ）とした場合、 ｅ（θ）＝ｋ・ｓｉｎθ＋ｌ・ｓｉｎ３θ （但し、θは角度、ｋ，ｌは０より大きく且つ１以下の
   定数である）となるように設定することにより、正弦波
   状のパルス幅変調波形の電圧にモータ運転周波数の３倍
   の高調波を含んだパルス幅変調波形の電圧を加えた電圧
   を前記各巻線に与えるように構成したことを特徴とする
   請求項２記載のブラシレスモータの駆動装置。
5. 【請求項５】 前記変調信号発生手段から発生される変
   調信号をｅ（θ）とした場合、 ０≦θ＜２π／３のとき、ｅ（θ）＝ｋ・ｓｉｎθ ２π／３≦θ＜４π／３のとき、ｅ（θ）＝ｋ・ｓｉｎ
   （θ−π／３） ４π／３≦θ＜２πのとき、ｅ（θ）＝０ （但し、θは角度、ｋは０より大きく且つ１以下の定数
   である）となるように設定することにより、正弦波状の
   パルス幅変調波形の電圧にモータ運転周波数の３倍の高
   調波を含んだパルス幅変調波形の電圧を加えた電圧を前
   記各巻線に与えるように構成したことを特徴とする請求
   項２記載のブラシレスモータの駆動装置。
6. 【請求項６】 モータ相電圧を検出するモータ電圧検出
   手段と、 モータ電流を検出するモータ電流検出手段と、 変調信号のゼロクロス点での電流値が零となるように変
   調信号発生手段からの変調信号の出力位相を補正する位
   相補正手段とを備え、 モータ相電圧がモータ電流の基本波位相に一致するよう
   にパルス幅変調信号の出力位相を調整することを特徴と
   する請求項２記載のブラシレスモータの駆動装置。
7. 【請求項７】 各相のモータ相電圧の各ゼロクロス点に
   おいてパルス幅変調信号の出力位相を調整することを特
   徴とする請求項６記載のブラシレスモータの駆動装置。
8. 【請求項８】 モータ相電圧がマイナスからプラスに変
   化するゼロクロス点では、電流値がプラスのときはパル
   ス幅変調信号の出力位相を進ませ、マイナスのときは遅
   らせるように調整し、 一方、モータ相電圧がプラスからマイナスに変化するゼ
   ロクロス点では、電流値がマイナスのときはパルス幅変
   調信号の出力位相を進ませ、プラスのときは遅らせるよ
   うに調整することを特徴とする請求項６記載のブラシレ
   スモータの駆動装置。
9. 【請求項９】 前記三角波信号発生手段に代えて、正弦
   波信号を発生する正弦波信号発生手段又は鋸歯状波信号
   を発生する鋸歯状波信号発生手段を備えたことを特徴と
   する請求項２記載のブラシレスモータの駆動装置。