JPH1066375A - ブラシレスdcモータの駆動回路 - Google Patents

ブラシレスdcモータの駆動回路

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JPH1066375A
JPH1066375A JP8218201A JP21820196A JPH1066375A JP H1066375 A JPH1066375 A JP H1066375A JP 8218201 A JP8218201 A JP 8218201A JP 21820196 A JP21820196 A JP 21820196A JP H1066375 A JPH1066375 A JP H1066375A
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昭二 大岩
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Abstract

(57)【要約】 【課題】モータコイルの通電電流波形の高調波や急峻な
変化をなくし、振動による騒音を抑制して、低騒音のブ
ラシレスDCモータの駆動回路を実現することを目的と
する。 【解決手段】通電駆動区間のほぼ120度から180度
の間のタイミングを検出するタイミング回路10と、鋸
歯状波を発生する波形発生回路12と、波形発生回路1
2の電圧波形によりソフトPWM回路6aのオン・デュ
ーティを変化させて通電する通電指令発生回路13と、
上下トランジスタ群7a、7bと、パワートランジスタ
群8とを設け、上記通電駆動区間のほぼ120度から1
80度の間、ソフトPWM回路6aのオン・デューティ
を徐々に変えた信号を三相モータコイル群9の各相に加
えて、通電末期のオン・デューティを徐々に下げて通電
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、PWM( Puls Wi
dth Modurationn )回路により速度制御、トルク制御を
行うブラシレスDCモータの駆動回路に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】三相ブラシレスDCモータの低騒音化は
重要な課題となっている。モータコイルへの通電方法と
しては、電気角120度バイポーラ通電方式が安価で効
率が良いため現在主流となっている。また、小形で比較
的出力の小さなモータでは、モータコイルの電流を制御
し、三相の相切り替え毎にソフトスイッチングして低騒
音化を実現している。しかしながら、ある程度出力の大
きなモータを駆動する場合、特に速度やトルクの制御等
があると、電源電圧とモータコイル間印加電圧の差が大
きくなり、駆動回路の出力段でモータコイルを駆動する
パワートランジスタの電力損失が非常に大きくなるた
め、PWM回路による駆動制御を行うのが一般的であ
る。図3はこのようなPWM回路の一例である。図にお
いて、1はモータ内の多極着磁されたマグネットロー
タ、2はマグネットロータ1の位置を検出するホール素
子群、3はホール素子群2の信号を増幅する増幅器群、
4は増幅器群3の三相120度位相差の信号でパワート
ランジスタ群8を120度通電するための駆動信号を発
生するロジック回路、5は回転速度指令電圧発生回路、
6はDC電圧をある周波数のパルス波形幅に変換するP
WM回路、7はロジック回路4の出力信号をPWM回路
6の信号でスイッチングするトランジスタ群、8はモー
タコイル群9を駆動するNPNとPNPのパワートラン
ジスタ群である。モータコイル群9は固定子9aに巻装
されている。
【0003】図4は図3の各部の信号波形を示すタイム
チャートである。図に示すように、4−a、4−b、4
−cはロジック回路4の出力であり、4−dはモータコ
イル群9のある一相の駆動波形を示すもので、正方向側
でパワートランジスタ群8の上アームのPNPトランジ
スタがオン、負方向側でパワートランジスタ群8の下ア
ームのNPNトランジスタがオンであり、その他の状態
ではパワートランジスタ群8のトランジスタはオフ状態
となっている。4−eは4−dの一周期を拡大したも
の、4−fはPWM回路6の出力波形、4−gはモータ
コイル群9の一相の電流波形であり、波形中央部に他相
の相切り換えによる落ち込みと、末期部に急峻な立ち下
がりが生じている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、以上の様な従
来のブラシレスDCモータの駆動回路においては、相切
り換え毎のスイッチングによりモータコイル群9に高調
波を含む電流が通電され、モータコイル群9、固定子9
a、モータケース等を振動させ、その結果として振動が
空気を伝わって騒音となる。
【0005】本発明は上述の課題を解決するためになさ
れたもので、振動による騒音を抑制し、低騒音化された
ブラシレスDCモータの駆動回路を実現することを目的
とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、この発明においては、三相モータコイルを巻装した
固定子と、上記固定子と対向して回転自在に支持される
マグネットロータと、上記マグネットロータの位置を検
出するホール素子群と、上記ホール素子群の信号から作
られる互いに電気角120度の位相差となる三相の信号
によりそれぞれ180度通電駆動波形となる3つの駆動
信号を発生させる手段と、回転速度制御用の通常のPW
M回路とを持つブラシレスDCモータの駆動回路におい
て、上記ホール素子群の信号から通電駆動区間のほぼ1
20度から180度の間のタイミングを検出するタイミ
ング回路と、上記タイミング回路の信号により鋸歯状波
を発生する波形発生回路と、上記波形発生回路の電圧波
形によりのデューティのパルス幅を変化させるソフトP
WM回路と、通電末期電気角の間、上記ソフトPWM回
路のオン・デューティを徐々に変えた信号を上記三相モ
ータコイルの各相に加えて、上記通電末期のオン・デュ
ーティを徐々に下げて通電する通電手段とを設ける。
【0007】また、指令電圧によりオン・デューティの
パルス幅を変化させる上記PWM回路と、上記通電末期
のオン・デューティのパルス幅を変化させる上記ソフト
PWM回路とを有し、上記通電手段が各相通電毎に通常
通電角の間と上記通電末期通電角の間とで、上記PWM
回路と上記ソフトPWM回路を切り換える機能を持つ。
【0008】また、上記ソフトPWM回路において、上
記通電末期通電角の間の鋸歯状波の電圧を、上記通常通
電角の間の上記指令電圧に重畳することを特徴とした請
求項1または請求項2に記載のブラシレスDCモータの
駆動回路。
【0009】
【発明の実施の形態】図1は、本発明に係るブラシレス
DCモータの駆動回路の実施の形態を示す回路構成図で
ある。図に示すように、図3の構成図に加えて、11は
三相の位置信号を合成する合成回路、10は合成回路1
1の信号とロジック回路4aで発生した6個の駆動信号
から、通電駆動区間120〜180度の電気角タイミン
グを検出するタイミング回路、(またパワートランジス
タ群8の上下アーム短絡を防止するデッドタイムはロジ
ック回路4a内に含まれている。)12はタイミング回
路10の信号で鋸歯状波の電圧波形を発生する波形発生
回路、6aは波形発生回路12の出力によりデューティ
のパルス幅を変化させるソフトPWM回路、13はロジ
ック回路4aの信号に応じて、PWM回路6の信号、ソ
フトPWM回路6aの信号のいずれか一方を選択する通
電指令発生回路、7aはパワートランジスタ群8の上ア
ームトランジスタをPWM回路6またはソフトPWM回
路6aでスイッチングする上トランジスタ群であリ、7
bはパワートランジスタ群8の下アームトランジスタを
PWM回路6またはソフトPWM回路6aでスイッチン
グする下トランジスタ群である。通電末期のオン・デュ
ーティを徐々に下げて通電する通電手段は、通電指令発
生回路13、上トランジスタ群7a、下トランジスタ群
7b、パワートランジスタ群8で構成される。なお、P
WM回路6とソフトPWM回路6aとの切換え機能は通
電指令発生回路13内に組み込まれる。
【0010】次に図2のタイミングチャートにより図1
の回路の動作を説明する。図に示すように、2−a、2
−b、2−cはロジック回路4aの出力信号で120度
位相差の三相信号であり、2−d、2−e、2−fは合
成回路11の出力であり、ある一相2−a波形の通電角
150度の位置で2−d波形が立ち上がる位置関係にあ
り、他の二相についても同様な関係にある。2−jは2
−a、2−b、2−cと2−d、2−e、2−fから合
成されたタイミング回路10の出力であり、2−kは波
形発生回路12の出力である。またPWM回路6、6a
は入力のDC電圧が上がるとオン・デューティが狭くな
る特性を持つ。
【0011】2−lは2−kの時間スケールを拡大した
もので、通電角0〜150度の区間をθ1、通電角15
0〜180度の区間をθ2とすると、θ2の区間でPW
M回路6の入力電圧が上昇してオン・デューティは2−
mのように徐々に狭くなる。通電角θ1の区間はPWM
回路6の出力を、θ2の区間ではソフトPWM回路6a
の出力を、通電指令発生回路13内の切換え機能により
選択して出力し、上トランジスタ群7a、下トランジス
タ群7bで作られるスイッチ信号により、トランジスタ
群8を介して、モータコイル群9に通電する。
【0012】2−g、2−h、2−jはモータコイル群
9の代わりに抵抗を接続し、ソフトPWM回路6aの無
い場合の、ある一相の電流波形であり、図中の通電角θ
2の網目部は上述のオン・デューティが徐々に狭くなる
部分であり、この区間の電流は滑らかに徐々に低下す
る。また実際のモータコイル群9の負荷では、通電開始
初期モータコイル群9のインダクタンスのため電流波形
は2−g、2−h、2−jの破線のように立ち上がる。
2−nが実際のモータコイル群9の電流波形であり、電
流波形の歪みや急峻な変化は見られない。
【0013】また、波形発生回路12のNPNトランジ
スタのエミッタは回転速度指令電圧と同電位となってい
るため、2−lに示すように回転速度指令電圧がV1か
らV2に上昇した場合でも、通電角θ2の区間ではその
状態から滑らかにオン・デューティを狭く出来る。これ
はモータを速度制御して使用する際、フィードバック信
号により回転速度指令電圧は自動的に変化するが、それ
に応じて滑らかに動作することを意味している。
【0014】また、モータコイル群9の通電電流波形は
モータ全体に流れる電流やスター結線のモータコイル中
点電圧を検出してフィードバックすることで更に改善さ
れることは周知のことである。
【0015】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るブラ
シレスDCモータの駆動回路においては、モータコイル
の通電相切り替え時の通電末期部をソフトPWM回路を
駆動しながら滑らかに低下させることが可能となり、モ
ータコイルの通電電流波形に高調波を含む歪みや急峻な
変化が無くなるので、モータの騒音を著しく低減するこ
とが出来る。
【0016】また、通常通電角のPWM回路と、通電末
期部をソフトPWM回路とを切り換えることにより、騒
音は更に低減される。
【0017】また、通常の指令電圧に通電末期部の鋸歯
状波電圧を重畳してモータを速度制御する場合でも、通
電末期のモータコイル電流を滑らかに低下させることが
できるので、騒音を一層低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るブラシレスDCモータの駆動回路
の実施の形態を示す回路構成図である。
【図2】本発明に係るブラシレスDCモータの駆動回路
の動作タイミングチャートと各部の波形を示す図であ
る。
【図3】従来の技術による回路構成図である。
【図4】図3の回路の動作タイミングチャートと各部の
波形を示す図である。
【符号の説明】
1……マグネットロータ 2……ホール素子群 3……増幅器群 4……ロジック回路 4a…180度通電のロジック回路 5……回転速度指令電圧発生回路 6……PWM回路 6a…ソフトPWM回路 7……トランジスタ群 7a…上トランジスタ群 7b…下トランジスタ群 8……パワートランジスタ群 9……モータコイル群 9a…固定子 10…タイミング回路 11…合成回路 12…波形発生回路 13…通電指令発生回路 2−a…4の出力信号 2−b…4の出力信号 2−c…4の出力信号 2−d…11の出力信号 2−e…11の出力信号 2−f…11の出力信号 2−g…抵抗負荷の場合のある一相電流波形 2−h…抵抗負荷の場合のある一相電流波形 2−i…抵抗負荷の場合のある一相電流波形 2−j…10の出力信号 2−k…12の出力信号 2−l…2−kの時間スケール拡大図 2−m…6aの出力信号 2−n…ある一相のモー
タコイル電流波形 4−a…4の出力信号 4−b…4の出力信号 4−c…4の出力信号 4−d…抵抗負荷の場合のある一相電流波形 4−e…4−dの時間スケール拡大図 4−f…6の出力信号 4−g…ある一相のモータコイル電流波形

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】三相モータコイルを巻装した固定子と、上
    記固定子と対向して回転自在に支持されるマグネットロ
    ータと、上記マグネットロータの位置を検出するホール
    素子群と、上記ホール素子群の信号から作られる互いに
    電気角120度の位相差となる三相の信号により、それ
    ぞれ180度通電駆動波形となる6個の駆動信号を発生
    させる手段と、回転速度制御用の通常のPWM回路とを
    持つブラシレスDCモータの駆動回路において、上記ホ
    ール素子群の信号から通電駆動区間のほぼ120度から
    180度の通電末期区間の電気角タイミングを検出する
    タイミング回路と、上記タイミング回路の信号により鋸
    歯状波を発生する波形発生回路と、上記波形発生回路の
    電圧波形によりデューティのパルス幅を変化させるソフ
    トPWM回路と、通電末期電気角の間、上記ソフトPW
    M回路のオン・デューティを徐々に変えた信号を上記三
    相モータコイル駆動用のトランジスタ群に加えて、上記
    通電末期のオン・デューティを徐々に下げて通電する通
    電手段とを備えたことを特徴とするブラシレスDCモー
    タの駆動回路。
  2. 【請求項2】指令電圧によりオン・デューティのパルス
    幅を変化させる上記PWM回路と、上記通電末期のオン
    ・デューティのパルス幅を変化させる上記ソフトPWM
    回路とを有し、上記通電手段が各相通電毎に通常通電角
    の間と上記通電末期通電角の間とで、上記PWM回路と
    上記ソフトPWM回路を切り換える機能を有することを
    特徴とした請求項1に記載のブラシレスDCモータの駆
    動回路。
  3. 【請求項3】上記ソフトPWM回路において、上記通電
    末期通電角の間の鋸歯状波の電圧を、上記通常通電角の
    間の上記指令電圧に重畳することを特徴とした請求項1
    または請求項2に記載のブラシレスDCモータの駆動回
    路。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003018878A (ja) * 2001-06-28 2003-01-17 Mitsubishi Electric Corp モータ駆動装置及び送風機
CN112928845A (zh) * 2019-11-21 2021-06-08 彭明 精确驱动无刷电机和驱动器电路

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JP2003018878A (ja) * 2001-06-28 2003-01-17 Mitsubishi Electric Corp モータ駆動装置及び送風機
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