JPH10225167A - ブラシレスモータの駆動制御装置 - Google Patents

ブラシレスモータの駆動制御装置

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JPH10225167A
JPH10225167A JP9038437A JP3843797A JPH10225167A JP H10225167 A JPH10225167 A JP H10225167A JP 9038437 A JP9038437 A JP 9038437A JP 3843797 A JP3843797 A JP 3843797A JP H10225167 A JPH10225167 A JP H10225167A
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power supply
supply voltage
voltage
pulse
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JP9038437A
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Hiroshi Osawa
博 大澤
Shinichi Oi
伸一 大井
Kazuyoshi Horiuchi
和好 堀内
Koji Ando
宏司 安藤
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Bosch Corp
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Zexel Corp
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    • H02P29/00Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/024Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load
    • H02P29/026Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load the fault being a power fluctuation
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    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 ブラシレスモータに供給される電源電圧に変
動が生じた場合でも、全回転速度領域において安定した
回転を維持することができ、電源電圧の変動に起因する
ヒューズの溶断又はモータの破損を防止する。 【解決手段】 回転数を設定する設定信号に応じて駆動
パルスのパルス幅が変調され、ロータの位置を検出する
ホール素子7からの出力信号と駆動パルスとによって励
磁コイルへ供給する電流を切り換え制御するブラシレス
モータにあって、電源電圧が変動した場合でも、駆動パ
ルスのパルス幅を平均電圧が一定となるように補正す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、駆動パルスのパ
ルス幅を回転数の設定に応じて変調することでブラシレ
スモータをデューディー比制御するブラシレスモータの
駆動制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ブラシレスモータの速度制御方式として
は、例えば特開平5−34781号公報等に示されるよ
うに、ロータに回転磁界を与えるために励磁コイルに供
給される駆動パルスをパルス幅変調(PWM:Pulse-Wi
dth Modulation)することによってパルス幅を変え、こ
れによって速度制御を行うものが開示されている。この
パルス幅変調にあっては、所定周波数の三角波と設定回
転数に対応する閾値とを比較し、設定回転数が小さい場
合には、駆動パルスのパルス幅(ディーティー比)を小
さくしてロータの回転速度を小さくし、設定回転数が大
きい場合には、駆動パルスのパルス幅(ディーティー
比)を大きくしてロータの回転速度を大きくするように
している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
構成にあっては、ブラシレスモータがある設定回転数で
駆動している場合に、電源電圧が何らかの原因で変動す
ると、実際の回転数がこれに伴って変動してしまう不都
合がある。例えば、電源電圧が高く変動する場合には、
デューティー比に変化がなくても駆動パルスのピーク電
圧が大きくなるので、励磁コイルに供給される電流が増
加して回転が速くなり、逆に電源電圧が低く変動する場
合には、駆動パルスのピーク電圧が低くなるので、励磁
コイルに供給される電流が減少して回転が遅くなる。
【0004】このような変動は、低速回転域や中速回転
域ではモータの安定駆動を損なうだけで済むが、モータ
が高速回転で回転している場合には、電源電圧が高く変
動すると、過電圧が印加されてヒューズの溶断又はモー
タの破損を招く虞がある。
【0005】そこで、この発明においては、ブラシレス
モータに供給される電源電圧に変動が生じた場合にあっ
ても、全回転速度領域において安定した回転を維持する
ことができると共に、電源電圧の変動に起因するヒュー
ズの溶断又はモータの破損を防止することができるブラ
シレスモータの駆動制御装置を提供することを課題とし
ている。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に、この発明にかかるブラシレスモータの駆動制御装置
は、永久磁石を有するロータと、このロータを回転させ
る回転磁界を発生する励磁コイルが巻設されたステータ
と、前記ロータの位置を検出するホール素子と、前記励
磁コイルに供給される電流の方向を切り換える切換手段
と、前記ホール素子からの出力信号によって前記切換手
段をスイッチング制御し、前記励磁コイルに供給される
電流量を駆動パルスによって制御する駆動制御手段と、
前記ロータの回転数を設定する設定信号によって前記駆
動パルスのパルス幅を決定し、前記設定信号を変更する
ことで前記パルス幅を変調するパルス幅変調手段と、電
源電圧が変動した場合に、前記駆動パルスの平均電圧を
一定に保つように前記駆動パルスのパルス幅を補正する
パルス幅補正手段とを具備することを特徴としている
(請求項1)。
【0007】ここで、単位サイクル当たりの平均電圧を
一定に保つには、駆動パルスのパルス幅を設定信号に対
応するパルス幅に対して電源電圧の変動割合の逆数を乗
じた幅に補正する構成が考えられる(請求項2)。
【0008】したがって、電源電圧が高く変動した場合
には、これに伴って駆動パルスの振幅は大きくなるが、
パルス幅補正手段によって駆動パルスのパルス幅が絞ら
れ、逆に、電源電圧が低く変動した場合には、駆動パル
スの振幅は小さくなるが、パルス幅補正手段によって駆
動パルスのパルス幅が広がり、電源電圧の変動にかかわ
らずパルス幅と振幅との積が一定となり、平均電圧がい
つも一定に保たれて安定した回転が維持される。
【0009】上述の構成を実現するより具体的な構成と
しては、パルス幅変調手段を、所定周波数の三角波と前
記設定信号に対応する閾値とを比較し、閾値より大きい
三角波の区間をパルス幅とし、閾値を変動させることで
駆動パルスのパルス幅を変調できる構成とし、パルス幅
変更手段を、電源電圧の変動を検出してその変動量に応
じた補正量を形成し、この補正量をもって前記閾値に補
正を加えてパルス幅を変更する構成とすればよい(請求
項3)。
【0010】これによれば、電圧降下時にあっては、駆
動パルスのピーク電圧が低下するので、それに見合った
量だけ閾値を低く補正することで三角波の閾値より大き
くなる区間を広げ、もって、駆動パルスのパルス幅を大
きくして平均電圧を電圧変動前の平均電圧と等しくす
る。また、電圧上昇時にあっては、駆動パルスのピーク
電圧が上昇するので、それに見合った量だけ閾値を高く
補正することで三角波の閾値より大きくなる区間を狭
め、もって、駆動パルスのパルス幅を小さくして平均電
圧を電圧変動前の平均電圧と等しくする。
【0011】ここで、電源電圧の変動の検出は、定電圧
を発生させる回路を設け、電源電圧を既知の比で分割し
た電圧と前記定電圧とを比較することによって行うもの
が考えられる(請求項4)。
【0012】尚、上述した構成は、マイクロコンピュー
タに与えられたプログラムに基づき、電源電圧の変動を
検出し、変動量に応じて閾値の補正量を演算することで
実現するのであっても、マイクロコンピュータを用いず
に電気回路だけで構成するものであってもよい。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面により説明する。
【0014】図1は、本願発明に係るブラシレスモータ
の制御装置によって制御される三相のブラシレスモータ
1である。このブラシレスモータ1は、ロータ3とステ
ータ4からなり、永久磁石2が配されたロータ3に対し
てステータ4に回転磁界を発生させることで前記ロータ
3を回転させるもので、前記永久磁石2は前記ステータ
4の外周面と対峙する内周面に該ロータ3の回転方向に
沿ってN極とS極が交互になるように配置される。ま
た、前記ロータ3に固着される回転軸5の一端には前記
ロータ3の位置を検出するためのロータマグネット6が
固着され、該ロータマグネット6の近傍には該ロータマ
グネット6の磁極の変動を検出するホール素子7が配さ
れるものである。そして前記ステータ4の各々のアーム
に巻回される励磁コイル8は3つの励磁コイルU,V,
Wからなり、この実施に形態においては該3つの励磁コ
イルU,V,Wはデルダ結線されている。尚、励磁コイ
ルU,V,Wはスター結線でも良いものである。
【0015】以上の構成のブラシレスモータ1を制御す
る制御装置は、例えば図2に示されるもので、前記ホー
ル素子7からの信号を検出するホール検出回路10と、
このホール検出回路10からの信号に基づいて前記各励
磁コイルU,V,Wへの通電順位を設定する三相ロジッ
ク回路11と、該三相ロジック回路11からの通電タイ
ミング信号及び下記する出力デューティ設定回路13か
らの出力デューティ信号Pdによって前記励磁コイル
U,V,Wへの通電方向を切換えるスイッチング手段を
制御する出力信号回路12とによって構成される。前記
スイッチング手段は、バッテリー等の電力供給手段と接
続される電源ライン30と接地の間に直列に接続される
2つの電界効果トランジスタをそれぞれ1組として、前
記電源ライン30と接地の間に3組を並列に配して構成
したもので、前記デルタ結線された励磁コイルU,V,
Wの各々の端子が前記直列に接続された2つの電界効果
トランジスタ(FET1,2、FET3,4、FET
5,6)の間にそれぞれ接続される。
【0016】前記出力デューティ設定回路13は、例え
ば図3に示すもので、バッテリー電源と接続される電源
ライン30には電源電圧VB(定格電圧12V)が供給
される。また、この電源ライン30には定電圧回路14
が接続され、電源電圧VBが変動しても一定の値の定電
圧Vs(通常、5V程度が望ましい)を定電圧ライン3
1に出力するようになっている。
【0017】前記ブラシレスモータの回転数を設定する
回転数設定手段としての摺動抵抗器等によって設定され
た設定回転数Nに比例する出力設定電圧VNは、オペア
ンプOP2の非反転入力端子に入力され、バッファとし
て働くこのオペアンプOP2の出力はオペアンプOP3
の非反転入力端子に入力される。
【0018】オペアンプOP3は反転入力端子に抵抗R
3及びR4が接続された非反転増幅回路を構成し、その
反転増幅された出力は抵抗R5及びR6が接続されて非
反転増幅器を構成するオペアンプOP4の反転入力端子
に入力される。さらに、オペアンプOP4の非反転入力
端子には、電源電圧補正回路16から出力される電源電
圧補正信号VCが入力される。
【0019】この電源電圧補正回路16において、電源
電圧VBを抵抗R1及びR2で分圧した電圧Vcaはバ
ッファとしてのオペアンプOP1に入力され、このオペ
アンプOP1の出力はトランジスタTR1,TR2, T
R3,TR4及び抵抗R7〜R12によって構成される
充放電回路に出力される。この充放電回路が下記する出
力デューティ信号Pdによってオンオフされ、このトラ
ンジスタTR1〜TR4のオンオフによって抵抗R13
及びコンデンサCにて構成される積分回路のコンデンサ
Cが充放電させ、このコンデンサCに前記電源補正信号
VCが発生する。
【0020】具体的には、オペアンプOP5から出力さ
れる出力デューティ信号PdがONである場合、トラン
ジスタTR1及びTR2のコレクタ−エミッタ間が導通
状態となる。これによって、トランジスタTR3が導通
状態となるが、トランジスタTR4は非導通となり、電
源電圧VBに比例する電圧VcaによりコンデンサCが
充電され、コンデンサCの電圧は、0[V]からVca
[V]まで抵抗R13及びコンデンサCで決定される時
定数により漸次上昇していく。また、出力デューティ信
号PdがOFFである場合には、トランジスタTR1及
びTR2が非導通状態となり、これよって、トランジス
タTR3が非導通状態となり、トランジスタTR4は導
通状態となるため、コンデンサCに充電された電荷はト
ランジスタTR4を介して接地側に放電され、コンデン
サCの電圧(電源電圧補正電圧VC)は抵抗13及びコ
ンデンサCの容量によって決定される時定数によって漸
次下降する。この電源電圧補正電圧VCは、出力デュー
ティ信号のPdのオンオフに対応してオンオフされる
が、電源電圧VBの変動に比例して分圧Vcaが変動す
るため、オペアンプOP1から出力される電圧は、電源
電圧VBが高くなると高く、低くなると低く変動するも
のである。
【0021】前記反転増幅回路としてのオペアンプOP
4は、非反転入力端子に入力された出力設定信号VNと
反転入力端子に入力された電源電圧補正電圧VCとによ
って、反転増幅された出力デューティ基準電圧Vdを出
力する。この出力デューティ基準電圧Vdは、コンパレ
ータとしてのオペアンプOP5に入力され、非反転入力
端子に入力される発振回路20から出力された三角波信
号Ptと比較され、前記出力デューティ基準電圧Vdよ
りも三角波信号Ptの値が大きい場合にのみ出力信号
(出力デューティ信号Pd)を出力する。
【0022】これによって、電源電圧VBが高く変動し
た場合には、図4(b)で示すように、出力デューティ
基準電圧Vdは電源電圧補正電圧VCによる補正量M分
高くなることから、出力デューティ信号Pdのパルス幅
thは短くなり、電源電圧VBが低く変動した場合に
は、図4(c)で示すように、出力デューティ基準電圧
Vdは電源電圧補正電圧VCによる補正量M分低くなる
ことから、出力デューティ信号Pdのパルス幅tLは長
く設定できるものである。
【0023】したがって、前記各コイルU,V,W若し
くは電界効果トランジスタFET1〜6の各々にかかる
電圧VFは、前記電源電圧VBで決定される出力電圧
(Vm,Vh,VL)と前記出力デューティ信号Pdに
よって決定されるパルス幅(tm,th,tL)を有す
るようになる。この出力電圧(Vm,Vh,VL)と前
記出力デューティ信号Pdによって決定されるパルス幅
(tm,th,tL)の関係は、前記出力電圧(Vm,
Vh,VL)とパルス幅(tm,th,tL)の積が常
に一定となるように(Vm・ta=Vh・th=VL・
tL=一定)、電源電圧VBの変動に対応して前記パル
ス幅が変更される。この結果、各コイルU,V,W若し
くは各電界効果トランジスタFET1〜6の平均電圧を
常に一定に保つことができるので、ロータ3の安定した
回転を得ることができるものである。尚、図4(a)に
示されるものは、電源電圧VBが定格電圧(12V)で
ある場合を示したもので、前記電源電圧VBの変動によ
って変動する前記電圧VFの出力電圧(Vm,Vh,V
L)には、Vh>Vm>VLの関係があるものである。
【0024】この電源電圧補正回路16と同様の働きを
マイクロコンピュ−タによって動作させる場合、例えば
図5のフローチャートに示すような電源電圧補正制御を
一例としてあげることができる。この電源電圧補正制御
は、先ずステップ110において電源電圧VBを読込
み、ステップ120において定格電圧VR(12V)と
の間に電圧差(変動量)ΔVを求める。そしてステップ
130において、この変動量ΔVに所定の変換定数Kを
乗じることによって補正量(補正電圧)Mを演算する。
尚、前記変換定数Kは、前記出力電圧(Vm,Vh,V
L)とパルス幅(tm,th,tL)の積が常に一定と
なるように(Vm・ta=Vh・th=VL・tL=一
定)演算されたものである。
【0025】そしてステップ140において前記出力デ
ューティ基準電圧Vdの前記補正量を加算することによ
って出力デューティ信号Pdのパルス幅を、電源電圧V
Bが高い方向へ変動した場合には狭く、電源電圧VBが
低い方向へ変動した場合には広く補正することができる
ので、上記回路と同様の制御を行うことができる。
【0026】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
電源電圧の変動に伴って駆動パルスの単位サイクル当た
りの平均電圧が一定となるようにパルス幅が補正される
ので、電源電圧の変動によって駆動パルスの振幅が変動
するにかかわらず、全回転速度領域においてモータの回
転速度を設定された速度で一定に保つことができる。
【0027】また、モータが高速回転で回転していると
きに電源電圧が高く変動しても、過電圧が印加されるこ
とがなくなり、電圧変動に起因するヒューズの溶断やモ
ータ破損の虞もなく、信頼性の高いブラシレスモータを
提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願発明の実施の形態に係るブラシレスモータ
の略構成図である。
【図2】本願発明の実施の形態に係るブラシレスモータ
制御装置の一部を示した電気回路図である。
【図3】電源電圧補正回路を示した電気回路図である。
【図4】(a)は電源電圧が定格電圧である場合、
(b)は電源電圧が高く変動した場合、(c)は電源電
圧が低く変動した場合の出力デューティ基準電圧Vd、
三角波信号Pt、出力デューティ信号Pd、及び格コイ
ル若しくは格電界効果トランジスタに印加される電圧V
Fとの関係を示したものタイミングチャート図である。
【図5】電源電圧補正制御を示したフローチャート図で
ある。
【符号の説明】
1 ブラシレスモータ 2 永久磁石 3 ロータ 4 ステータ 7 ホール素子 8(U,V,W) 励磁コイル 16 電源電圧補正回路
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成10年1月22日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0023
【補正方法】変更
【補正内容】
【0023】したがって、前記各コイルU,V,W若し
くは電界効果トランジスタFET1〜6の各々にかかる
電圧VFは、前記電源電圧VBで決定される出力電圧
(Vm,Vh,VL)と前記出力デューティ信号Pdに
よって決定されるパルス幅(tm,th,tL)を有す
るようになる。この出力電圧(Vm,Vh,VL)と前
記出力デューティ信号Pdによって決定されるパルス幅
(tm,th,tL)の関係は、前記出力電圧(Vm,
Vh,VL)とパルス幅(tm,th,tL)の積が常
に一定となるように(Vm・tm=Vh・th=VL・
tL=一定)、電源電圧VBの変動に対応して前記パル
ス幅が変更される。この結果、各コイルU,V,W若し
くは各電界効果トランジスタFET1〜6の平均電圧を
常に一定に保つことができるので、ロータ3の安定した
回転を得ることができるものである。尚、図4(a)に
示されるものは、電源電圧VBが定格電圧(12V)で
ある場合を示したもので、前記電源電圧VBの変動によ
って変動する前記電圧VFの出力電圧(Vm,Vh,V
L)には、Vh>Vm>VLの関係があるものである。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0024
【補正方法】変更
【補正内容】
【0024】この電源電圧補正回路16と同様の働きを
マイクロコンピュータによって動作させる場合、例えば
図5のフローチャートに示すような電源電圧補正制御を
一例としてあげることができる。この電源電圧補正制御
は、先ずステップ110において電源電圧VBを読込
み、ステップ120において定格電圧VR(12V)と
の間に電圧差(変動量)ΔVを求める。そしてステップ
130において、この変動量ΔVに所定の変換定数Kを
乗じることによって補正量(補正電圧)Mを演算する。
尚、前記変換定数Kは、前記出力電圧(Vm,Vh,V
L)とパルス幅(tm,th,tL)の積が常に一定と
なるように(Vm・tm=Vh・th=VL・tL=一
定)演算されたものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安藤 宏司 埼玉県大里郡江南町大字千代字東原39番地 株式会社ゼクセル江南工場内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 永久磁石を有するロータと、 このロータを回転させる回転磁界を発生する励磁コイル
    が巻設されたステータと、 前記ロータの位置を検出するホール素子と、 前記励磁コイルに供給される電流の方向を切り換える切
    換手段と、 前記ホール素子からの出力信号によって前記切換手段を
    スイッチング制御し、前記励磁コイルに供給される電流
    量を駆動パルスによって制御する駆動制御手段と、 前記ロータの回転数を設定する設定信号によって前記駆
    動パルスのパルス幅を決定し、前記設定信号を変更する
    ことで前記パルス幅を変調するパルス幅変調手段と、 電源電圧が変動した場合に、前記駆動パルスの平均電圧
    を一定に保つように前記駆動パルスのパルス幅を補正す
    るパルス幅補正手段とを具備することを特徴とするブラ
    シレスモータの駆動制御装置。
  2. 【請求項2】 前記パルス幅補正手段は、電源電圧が変
    動した場合に、前記駆動パルスのパルス幅を前記設定信
    号に対応するパルス幅に対して前記電源電圧の変動割合
    の逆数を乗じた幅に補正す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制御装置。
  3. 【請求項3】 前記パルス幅変調手段は、所定周波数の
    三角波と前記設定信号に対応する閾値とを比較し、前記
    閾値より大きい前記三角波の区間をパルス幅とし、前記
    閾値を変動させることで前記駆動パルスのパルス幅が変
    調されるようになっており、 前記パルス幅補正手段は、電源電圧の変動を検出してそ
    の変動量に応じた補正量を形成し、この補正量をもって
    前記閾値に補正を加えてパルス幅を変更するものである
    請求項1又は2記載のブラシレスモータの駆動制御装
    置。
  4. 【請求項4】 電源電圧の変動の検出は、定電圧を発生
    させる回路を設け、既知の比で前記電源電圧を分割した
    電圧と前記定電圧とを比較することで行われる請求項3
    記載のブラシレスモータの駆動制御装置。
JP9038437A 1997-02-06 1997-02-06 ブラシレスモータの駆動制御装置 Pending JPH10225167A (ja)

Priority Applications (5)

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