JP2000350485A

JP2000350485A - ブラシレスモータ駆動回路及びブラシレスモータ

Info

Publication number: JP2000350485A
Application number: JP11154047A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Takahashi; 久高橋; Hirokazu Yashiro; 洋和八代; Takehiro Higuchi; 剛広樋口
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1999-06-01
Filing date: 1999-06-01
Publication date: 2000-12-15
Also published as: WO2000074227A1

Abstract

(57)【要約】【課題】信号線の数を削減できると共にブラシレスモ
ータを幅広い回転域で駆動できる駆動回路を提案する。【解決手段】高速回転する際に、即ち、コイルの逆起
電圧のレベルが高くなると、各相のコイルの逆起電圧の
相関電圧により三相１２０°導通のタイミングを検出
し、方形波ＰＷＭ方式にて駆動する。一方、逆起電圧の
レベルが低い低速回転中は、少なくとも１個のホールセ
ンサ７０の検出信号に基づき、各相のコイルをそれぞれ
１２０°ずづ位相の異なる正弦波ＰＷＭ方式にて駆動す
る。このため、１個のホールセンサ７０の信号に基づ
き、ブラシレスモータを高速から低速まで適正に制御す
ることができる。

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、ブラシレスモー
タ及び該ブラシレスモータを制御する駆動回路に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】ブラシレスモータを可変速駆動する駆動
回路は、ブラシレスモータに取り付けられたホールＩＣ
により、各相コイルの励磁切り替えのタイミングを検出
している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ここで、三相モータ用
の３個のホールセンサを備えるホールＩＣへの配線は、
電源線、アース線及び各ホールセンサの信号線で、５本
の配線が必要となる。即ち、三相モータでは、３本の電
力線の他にホールＩＣ用の５本の配線が必要となった。
このため、ＤＣブラシレスモータを例えば歯科治療に用
いられる歯科用切削器（ハンドピース）のような手操作
の装置に用いる場合には、配線数が多いために、ハンド
ピース自体の操作性が悪くなるのに加えて、断線による
故障の頻度も高くなっていた。

【０００４】本発明は、上述した課題を解決するために
なされたものであり、その目的とするところは、信号線
の数を削減できると共にブラシレスモータを幅広い回転
域で駆動できる駆動回路及び該駆動回路を用いるブラシ
レスモータを提案することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため請求項１の発明では、界磁マグネットを有す
るロータと、該ロータを回転するための第１相、第２
相、第３相のコイルを有するステータと、前記ロータと
ステータとの相対位置を検出する少なくとも１個の位置
検出センサと、から成るブラシレスモータの駆動回路で
あって、前記ブラシレスモータを低速回転する際には、
前記少なくとも１個の位置検出センサの検出信号に基づ
き、前記第１相、第２相、第３相のコイルをそれぞれ１
２０°ずづ位相の異なる正弦波ＰＷＭ方式にて駆動し、
前記ブラシレスモータを高速回転する際には、前記第１
相、第２相、第３相のコイルの逆起電圧の相関電圧によ
り三相１２０°導通のタイミングを検出し、方形波ＰＷ
Ｍ方式にて駆動することを技術的特徴とする。

【０００６】また、請求項２の発明は、請求項１におい
て、前記低速回転域で駆動する際に、前記少なくとも１
個の位置検出センサの検出信号と、前記第１相、第２
相、第３相のコイルのいずれかに印加される正弦波駆動
信号との位相を比較し、位相差に基づいてトルク制御を
行うことを技術的特徴とする。

【０００７】また、請求項３の発明は、請求項１又は２
において、前記低速回転域での正弦波駆動と、前記高速
回転域での方形波駆動との切り替えを、前記第１相、第
２相、第３相のコイルの逆起電圧がゼロクロスするタイ
ミングに行うことを技術的特徴とする。

【０００８】請求項４の発明は、請求項３において、前
記第１相、第２相、第３相のコイルの逆起電圧がゼロク
ロスするタイミングを、各第１相、第２相、第３相の相
間に現れる電圧から、該コイル電流とコイルの抵抗とに
よる電圧分を減算処理して検出することを技術的特徴と
する。

【０００９】請求項５の発明は、請求項１〜４におい
て、前記高速回転時の方形波ＰＷＭ方式では、前記位置
検出センサの検出信号から速度を検出し、指令速度と検
出速度との差に応じて速度制御することを技術的特徴と
する。

【００１０】請求項６の発明は、請求項１〜５におい
て、前記位置検出センサは、ホールセンサであることを
技術的特徴とする。

【００１１】請求項７の発明は、請求項１〜６におい
て、前記駆動回路を用いることを技術的特徴とする。

【００１２】請求項１では、ブラシレスモータを高速回
転する際に、即ち、コイルの逆起電圧のレベルが高くな
ると、当該第１相、第２相、第３相のコイルの逆起電圧
の相関電圧により三相１２０°導通のタイミングを検出
し、方形波ＰＷＭ方式にて駆動する。一方、逆起電圧の
レベルが低い、低速回転中は、１個の位置検出センサの
検出信号に基づき、第１相、第２相、第３相のコイルを
それぞれ１２０°ずづ位相の異なる正弦波ＰＷＭ方式に
て駆動する。このため、ブラシレスモータを高速から低
速まで適正に制御することができる。また、１個の位置
検出センサに基づき制御するために、信号線の数を削減
することができる。更に、ブラシレスモータを低速（所
定回転数未満）で回転する際には、正弦波ＰＷＭ方式に
て駆動し、ブラシレスモータを高速（所定回転数以上）
で回転する際には、方形波ＰＷＭ方式にて駆動するた
め、低速（０）から高速（数万回転）にわたる全回転領
域において、トルク脈流が少なく滑らかにブラシレスモ
ータを駆動することができる。

【００１３】請求項２では、低速回転域する際に、少な
くとも１個の位置検出センサの検出信号と、第１相、第
２相、第３相のコイルのいずれかに印加される正弦波駆
動信号との位相を比較し、位相差に基づいてトルク制御
を行うため、負荷変動があっても脱調することなく適切
に制御することができる。

【００１４】請求項３では、低速回転域での正弦波駆動
と、高速回転域での方形波駆動との切り替えを、第１
相、第２相、第３相のコイルの逆起電圧がゼロクロスす
るタイミングに行うため、切り替えを滑らかに進めるこ
とができる。

【００１５】請求項４では、第１相、第２相、第３相の
コイルの逆起電圧がゼロクロスするタイミングを、各第
１相、第２相、第３相の相間に現れる電圧から、該コイ
ル電流とコイルの抵抗とによる電圧分を減算処理して検
出するため、係るゼロクロスタイミングを適正に検出す
ることができる。

【００１６】請求項５では、高速回転時には、位置検出
センサの検出信号から速度を検出し、指令速度と検出速
度との差に応じて速度制御するため、正確に速度制御す
ることができる。

【００１７】請求項６では、位置検出センサとしてホー
ルセンサを用いるため、廉価に構成することができる。

【００１８】請求項７では、ブラシレスモータが駆動回
路を備えるため、信号線の数を削減できると共にブラシ
レスモータを幅広い回転域で駆動できる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の駆動回路を用いる
３相ブラシレスモータの実施形態について図を参照して
説明する。先ず、第１実施態様の歯科治療用ハンドピー
スに内蔵される３相ブラシレスモータについて機械的構
成を示す図１、及び、駆動回路の構成を示す図２を参照
して説明する。該ブラシレスモータ４０は、歯の研削時
に４万回転／分で駆動されると共に、歯根治療時には、
１００回転／分の超低速にて駆動される。

【００２０】図１に示すようにブラシレスモータ４０
は、セラミックスリーブから成るロータ５０の外周にセ
ラミックスリーブから成るステータ６０が配設されてお
り、該ステータ６０にはエアーが供給されて、通孔６６
から排出されることでラジアル静圧軸受けを形成してい
る。該ロータ５０の外周には、４個の界磁マグネット５
２が配設されることで、当該ブラシレスモータ４０は、
４極に構成されている。ステータ６０の外周には、Ｕ
相、Ｖ相、Ｗ相のコイル６２（図２参照）が取り付けら
れている。更に、コイル６２の外側には、ヨーク６９が
配設されている。このロータ５０の図中右端部及び左端
部には、マグネット５４Ａ、５４Ｂが配設され、ステー
タ６０側に取り付けられたマグネット６４Ａ、６４Ｂと
の反発力によりロータ５０のスラスト方向への移動が規
制される。なお、該ブラシレスモータには、界磁マグネ
ット５２の極性を検出するためのホールセンサ７０（図
２参照）が取り付けられている。該ホールセンサ７０に
て検出されたＵ相の検出信号は、１本の信号線７８を介
して駆動回路１０へ送られる。

【００２１】図２に示すように、駆動回路１０は、ブラ
シレスモータ４０の駆動用及び制御回路用の電力を供給
するための電源回路１２と、速度制御回路から与えられ
る制御信号に基づいてＰＷＭ制御により３相ブリッジ回
路１６へ供給する電圧を制御するためのＰＷＭ電圧制御
回路１４と、該ＰＷＭ電圧制御回路１４からの制御信号
により、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルへの通電を切り替え
る３相ブリッジ回路１６と、低速時から高速時への制御
方式を切り替えるための励磁信号発生回路１８と、ホー
ルセンサ７０からの信号により低速時に電流（トルク）
制御を行い、高速時に速度制御を行うための速度制御回
路２０とを備える。３相ブリッジ回路１６は、Ｕ相、Ｖ
相、Ｗ相の３本の電力線７４を介してコイル６２への給
電が行われる。一方、電源回路１２から、電源線及びア
ース線７６を介してホールセンサ７０への電力が供給さ
れる。

【００２２】本実施形態のブラシレスモータの駆動回路
では、ホールセンサ７０からのＵ相の信号のみが１本の
信号線７８で伝送されるため、ブラシレスモータ（歯科
治療用ハンドピース）４０−駆動回路１０間の信号線を
２本減らすことができる。このため、歯科治療用ハンド
ピースの取り扱いを容易にするのに加えて、断線による
故障の発生率を低減することができる。

【００２３】本実施形態のブラシレスモータの駆動回路
では、ブラシレスモータを高速回転する際に、即ち、コ
イルの逆起電圧のレベルが高くなると、当該Ｕ相、Ｖ
相、Ｗ相のコイルの逆起電圧の相関電圧により三相１２
０°導通のタイミングを検出し、方形波ＰＷＭ方式にて
駆動する。一方、逆起電圧のレベルが低い、低速回転中
は、１個のホールセンサ７０のＵ相の検出信号に基づ
き、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルをそれぞれ１２０°ずづ
位相の異なる正弦波ＰＷＭ方式にて駆動する。このた
め、１個のホールセンサ７０にて、ブラシレスモータを
高速から低速まで適正に制御することができる。更に、
ブラシレスモータを低速（所定回転数未満）で回転する
際には、正弦波ＰＷＭ方式にて駆動し、ブラシレスモー
タを高速（所定回転数以上）で回転する際には、方形波
ＰＷＭ方式にて駆動するため、低速（０）から高速（数
万回転）にわたる全回転領域において、トルク脈流が少
なく滑らかにブラシレスモータを駆動することができ
る。

【００２４】図２に示すＰＷＭ電圧制御回路１４、３相
ブリッジ回路１６、励磁信号発生回路１８について、以
下更に詳細に説明する。ここでは、先ず、３相ブリッジ
回路１６の回路構成について、図３を参照して説明す
る。３相ブリッジ回路１６は、電源Ｖｃｃ側へ接続され
た３個の上段側ＦＥＴ１、ＦＥＴ３、ＦＥＴ５と、アー
ス側へ接続された下段側ＦＥＴ２、ＦＥＴ４、ＦＥＴ６
とから成るブリッジ回路として構成されている。該上段
側及び下段側ＦＥＴ１〜ＦＥＴ６には、それぞれをオン
・オフするための６個のフォトカプラＦＣ１〜ＦＣ６が
接続されている。

【００２５】上段側ＦＥＴ１をオン・オフするフォトカ
プラＦＣ１の入力は、ダイオードＤ１を介して＋１５Ｖ
のＦＥＴ制御電圧ラインに接続され、また、該フォトカ
プラＦＣ１の出力側はＦＥＴ１のゲート側へ接続されて
いる。該フォトカプラＦＣ１へ直列に、抵抗器Ｒ１が接
続されている。このフォトカプラＦＣ１及び抵抗器Ｒ１
と該コンデンサＣ１と直列に、下段側ＦＥＴ２が接続さ
れている。

【００２６】下段側ＦＥＴ２をオン・オフするフォトカ
プラＦＣ２の入力は、ダイオードＤ２を介して＋１５Ｖ
のＦＥＴ制御電圧ラインに接続され、また、該フォトカ
プラＦＣ２の出力側はＦＥＴ２のゲート側へ接続される
と共に、抵抗器Ｒ２を介してアースに接続されている。
なお、上段のＦＥＴ１と下段のＦＥＴ２とは直列に接続
されており、該ＦＥＴ１とＦＥＴ２との接続点からブラ
シレスモータのコイル６２のＵ相に電流が印加されるよ
うに構成されている。

【００２７】この３相ブリッジ回路１６の動作について
説明する。ここで、固定子コイルのＷ相−Ｕ相に電流を
流す際には、図２に示すＰＷＭ電圧制御回路１４（低速
時）又は励磁信号発生回路１８（高速時）からの信号に
より、図２に示すフォトカプラＦＣ５、ＦＣ２がオンさ
れ、該フォトカプラＦＣ５により上段のＦＥＴ５がオン
されると共に、該フォトカプラＦＣ２により下段のＦＥ
Ｔ２がオンされ、電源電圧Ｖｃｃが固定子コイルのＷ相
−Ｕ相へ印加される。即ち、Ｖｃｃ−ＦＥＴ５−コイル
のＷ相−Ｕ相（図示せず）−ＦＥＴ２−抵抗器Ｒ７−ア
ースの順に電流が流れる。この際に、＋１５ＶのＦＥＴ
制御電圧ラインからの電流が、ダイオードＤ１、コンデ
ンサＣ１を介して該ＦＥＴ２側へ流れ、コンデンサＣ１
に図中で示す極性の電荷を蓄える。

【００２８】次に、固定子コイルのＵ相−Ｖ相に電流を
流す際には、ＰＷＭ電圧制御回路１４又は励磁信号発生
回路１８からの信号によりフォトカプラＦＣ１、ＦＣ４
がオンされる。ここで、フォトカプラＦＣ１がオンする
と、上記ＦＥＴ２がオンされた際にコンデンサＣ１へ充
電された電荷が、フォトカプラＦＣ１を通ってＦＥＴ１
のゲートに印加され、該ＦＥＴ１をオンする。他方、フ
ォトカプラＦＣ４のオンにより、＋１５ＶのＦＥＴ制御
電圧ラインからの電流がダイオードＤ４、該フォトカプ
ラＦＣ４、抵抗器Ｒ４を介してアース側へ流れ、抵抗器
Ｒ４で分圧された電位がＦＥＴ４のゲート側へ加わり、
該ＦＥＴ４をオンにする。ＦＥＴ１、ＦＥＴ４のオンに
よりＵ相−Ｖ相のコイルに電源電圧Ｖｃｃが印加され
る。また、ＦＥＴ４のオンによって、コンデンサＣ３が
図中の極性に充電される。

【００２９】固定子コイルのＶ相−Ｕ相に電流を流す際
には、フォトカプラＦＣ３、ＦＣ６がオンされる。ここ
で、フォトカプラＦＣ３がオンすると、コンデンサＣ３
に充電された電荷によりＦＥＴ３をオンする。他方、フ
ォトカプラＦＣ６のオンにより、ＦＥＴ６がオンする。
ＦＥＴ３、ＦＥＴ６のオンによりＵ相−Ｗ相のコイルに
電源電圧Ｖｃｃが印加される。また、ＦＥＴ６のオンに
よって、コンデンサＣ５が図中の極性に充電される。こ
の電荷によって、上述したＷ相が励磁される際に、上段
側ＦＥＴ５がオンされる。

【００３０】以上説明したように、下段側のフォトカプ
ラＦＣ２、ＦＣ４、ＦＣ６により下段ＦＥＴ２、ＦＥＴ
４、ＦＥＴ６をオンした際に、下段のＦＥＴ、ＦＥＴ
４、ＦＥＴ６へ直列に接続されたコンデンサＣ１、Ｃ
３、Ｃ５をそれぞれ充電し、充電された電荷を用いて、
上段のフォトカプラＦＣ１、ＦＣ３、ＦＣ５によって上
段ＦＥＴ１、ＦＥＴ３、ＦＥＴ５を順次オンする。この
ため、本実施形態では、三相の電力変換回路の上段側及
び下段側ＦＥＴ１〜ＦＥＴ６を単一の電源（＋１５Ｖの
ＦＥＴ制御電圧）で制御することができる。

【００３１】引き続き、該ブラシレスモータを停止した
際の動作について説明する。図２に示すＰＷＭ電圧制御
回路１４は、ホールセンサ７０からの信号を監視してい
る。ここで、該ＰＷＭ電圧制御回路１４は、ホールセン
サ７０からの信号が所定時間以上変化しないと、即ち、
ブラシレスモータの回転の停止を検出すると、図２に示
すホトカプラ３相ブリッジ回路１６の上段側フォトカプ
ラＦＣ１、ＦＣ３、ＦＣ５を全てオフし、下段側フォト
カプラＦＣ２、ＦＣ４、ＦＣ６をオンして、モータを短
絡制動する。即ち、充電シーケンスに切り替える。これ
により、該ＦＥＴ２、ＦＥＴ４、ＦＥＴ６へ直列に接続
されたコンデンサＣ１、Ｃ３、Ｃ５を全て充電してお
く。

【００３２】そして、ブラシレスモータを再起動する際
には、上記Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれかのコイルを励磁
するため、上段側及び下段側のいずれかのフォトカプラ
をオンする。ここで、本実施態様では、上段側のＦＥＴ
１、ＦＥＴ３、ＦＥＴ５をオンにするためのコンデンサ
Ｃ１、Ｃ３、Ｃ５が停止中に全て充電状態に保たれてい
るため、該フォトカプラのオンによって、上段側のＦＥ
Ｔ１、ＦＥＴ３、ＦＥＴ５を直ちに導通状態にできる。

【００３３】即ち、図２に示す構成において、ブラシレ
スモータ停止時に下段側ＦＥＴ２、ＦＥＴ４、ＦＥＴ６
を導通状態に切り換えて置かないと、コンデンサＣ１、
Ｃ３、Ｃ５に蓄えられた電荷は徐々に放電される。ブラ
シレスモータを長期間停止した後に、アースから浮いた
状態にあるフォトカプラＦＣ１、ＦＣ３、ＦＣ５をオン
しても、コンデンサＣ１、Ｃ３、Ｃ５からの電位の印加
のない限り、ＦＥＴ１、ＦＥＴ３、ＦＥＴ５をオンでき
ない。これに対して、第１実施態様の電力変換回路で
は、ブラシレスモータの停止中に、コンデンサＣ１、Ｃ
３、Ｃ５を全て充電しておくことにより、該コンデンサ
に蓄えられた電荷によって上段ＦＥＴ１、ＦＥＴ３、Ｆ
ＥＴ５をオンし得るため、ブラシレスモータを長期間停
止した後にも、速やかに再起動できる。

【００３４】引き続き、励磁信号発生回路１８の構成に
ついて説明する。励磁信号発生回路１８では、ブラシレ
スモータの高速回転時は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルの
逆起電圧の相関電圧により三相１２０°導通のタイミン
グを検出する。即ち、一般的な駆動回路においては、ホ
ールＩＣによりＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルの通電切り替
えのタイミングを検出していたのに対して、本実施形態
では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルの逆起電圧から通電切
り替えのタイミングを検出する。また、励磁信号発生回
路１８は、低速回転域での正弦波駆動と、高速回転域で
の方形波駆動との切り替えを行う。この切り替えは、コ
イルの逆起電圧がゼロクロスするタイミングに行い、こ
の逆起電圧がゼロクロスするタイミングを、各Ｕ相、Ｖ
相、Ｗ相のコイル間に現れる電圧から、該コイル電流と
コイルの抵抗とによる電圧分を減算処理して検出する。

【００３５】コイルに現れる電圧から、該コイル電流と
コイルの抵抗とによる電圧分を減算処理する理由につい
て、以下説明を行う。各コイルの逆電圧をｅｕ、ｅｖ、
ｅｗとし、線間のインダクタンスをＬ、線間抵抗をＲ、
コイル供給電圧をＶｕ、Ｖｖ、Ｖｗ、コイル電流をｉ
ｕ、ｉｖ、ｉｗとすれば、次の数１〜数３が成立する。

【数１】Ｖu−Ｖv＝Ｌ（ｄ（ｉu−ｉv）／ｄｔ）＋Ｒ
（ｉu−ｉv）＋ｅu−ｅv

【数２】Ｖv−Ｖw＝Ｌ（ｄ（ｉv−ｉw）／ｄｔ）＋Ｒ
（ｉv−ｉw）＋ｅv−ｅw

【数３】Ｖw−Ｖu＝Ｌ（ｄ（ｉw−ｉu）／ｄｔ）＋Ｒ
（ｉw−ｉu）＋ｅw−ｅu

【００３６】図３を参照して上述したＨ型ブリッジ回路
で、モータを駆動した際の線間電圧及び逆電圧を図４に
示す。ここで、上述したように低速回転域での正弦波駆
動と、高速回転域での方形波駆動との切り替えは、コイ
ルの逆起電圧がゼロクロスするタイミングに行う。これ
により切り替え時にブラシレスモータに振動等を発生さ
せないようにする。即ち、方形波駆動（６ステップ駆
動）では、回転磁界は電気角６０゜でステップ回転す
る。一方、正弦波駆動では、電界は駆動電圧に基づいて
滑らかに回転し、ロータはそれに同期して回転してい
る。従って、駆動電圧とコイル電流の位相差がほとんど
ないような回転速度で、駆動法を切り替えるためには、
回転磁界が方形波駆動のときに作られる位置であるとき
に切り替えるのがよい。これにより、トルクに脈動がな
く駆動法が切り替えられる。本実施形態では、ブラシレ
スモータの回転数が所定回転（２０００〜３０００rp
m）で、ロータに位置が係る位置（逆起電圧のゼロクロ
スポイント）の際に、駆動法を切り替える。

【００３７】本実施形態では、ゼロクロスポイントを検
出するために下記の演算を行う。逆電圧は、上記数１〜
数３を変形した数４，数５、数６より求められる。

【数４】ｅu−ｅv＝Ｖu−Ｖv−Ｌ（ｄ（ｉu−ｉv）／ｄ
ｔ）−Ｒ（ｉu−ｉv）

【数５】ｅv−ｅw＝Ｖv−Ｖw−Ｌ（ｄ（ｉv−ｉw）／ｄ
ｔ）−Ｒ（ｉv−ｉw）

【数６】ｅw−ｅu＝Ｖw−Ｖu−（ｄ（ｉw−ｉu）／ｄ
ｔ）−Ｒ（ｉw−ｉu）

【００３８】逆起電圧は、数４〜数６に示されるように
線間電圧から、インダクタンスに発生する電圧及び捲線
抵抗に発生する電圧を差し引いたものである。本実施形
態のブラシレスモータは、インダクタンスが小さく、コ
イル抵抗が大きいため、インダクタンスの値を無視す
る。

【００３９】この逆起電圧に基づくコイル通電の切り替
えタイミングの検出、及び、逆起電圧のゼロクロスする
タイミングを検出して、上記低速回転域での正弦波駆動
と、高速回転域での方形波駆動との切り替えは図２中の
励磁信号発生回路１８にて行う。この励磁信号発生回路
１８の構成について、図５を参照して説明する。

【００４０】励磁信号発生回路１８は、電流検出値（Ｒ
・ｉとなるように調整してある）からコイルに発生する
電圧ｄｖを検出する２段構成の反転増幅回路ＯＰ１、Ｏ
Ｐ２と、Ｖｖ−Ｖｗの電圧を検出するオペアンプＯＰ３
と、Ｖｕ−Ｖｖの電圧を検出するオペアンプＯＰ４と、
Ｖｗ−Ｖｕの電圧を検出するオペアンプＯＰ５と、該オ
ペアンプＯＰ３の出力（Ｖｖ−Ｖｗ）から反転増幅回路
ＯＰ１の出力（−ｄｖ）を減算するコンパレータＣＰ１
と、該オペアンプＯＰ４の反転出力−（Ｖｕ−Ｖｖ）か
ら反転増幅回路ＯＰ２の出力（＋ｄｖ）を加算するコン
パレータＣＰ２と、該オペアンプＯＰ５の出力（Ｖｗ−
Ｖｕ）から反転増幅回路ＯＰ１の出力（−ｄｖ）を減算
するコンパレータＣＰ３と、該オペアンプＯＰ３の反転
出力−（Ｖｖ−Ｖｗ）から反転増幅回路ＯＰ２の出力
（＋ｄｖ）を加算するコンパレータＣＰ４と、該オペア
ンプＯＰ４の出力（Ｖｕ−Ｖｖ）から反転増幅回路ＯＰ
１の出力（−ｄｖ）を減算するコンパレータＣＰ５と、
該オペアンプＯＰ５の反転出力−（Ｖｗ−Ｖｖ）から反
転増幅回路ＯＰ２の出力（＋ｄｖ）を加算するコンパレ
ータＣＰ６と、ＣＰＬＤ（コンプレックスプログラマブ
ルロジックデバイス）とから成る。

【００４１】ＣＰＬＤは、マイクロプロセッサからの指
令に基づいて同期運転とセンサレス駆動とを切り替え
る。また、切り替えは第１相、第２相、第３相の各相間
電圧から抵抗と電流による電圧降下を差し引いて求めた
電圧がゼロクロスするタイミングとする。本実施形態で
は、ブラシレスモータの回転数が２０００〜３０００ｒ
ｐｍ以下の時は正弦波ＰＷＭ信号による同期運転を行
う。一方、回転数が２０００〜３０００ｒｐｍ以上にな
ると、励磁信号発生回路１６の出力に切り替え、センサ
レス駆動を行う。切り替えが行われると、図７に基づき
ＣＰＬＤは次の動作を行なう。（１）ＣＰ１がＨになるのを待ち、ＨになったときにSe
ction2の励磁信号を出力して、次の（２）へ進む。（２）ＣＰ２がＨになるのを待ち、ＨになったときにSe
ction3の励磁信号を出力して、次の（３）へ進む。（３）ＣＰ３がＨになるのを待ち、ＨになったときにSe
ction4の励磁信号を出力して、次の（４）へ進む。（４）ＣＰ４がＨになるのを待ち、ＨになったときにSe
ction5の励磁信号を出力して、次の（５）へ進む。（５）ＣＰ５がＨになるのを待ち、ＨになったときにSe
ction6の励磁信号を出力して、次の（６）へ進む。（６）ＣＰ６がＨになるのを待ち、ＨになったときにSe
ction1の励磁信号を出力して、最初の（１）へ戻る。転流ポイントを決定するための逆起電圧の計算は、一つ
のSection において図７に示す関係にある。図７中に示
される励磁データは、Ｔｒ６，Ｔｒ５，Ｔｒ４，Ｔｒ
３，Ｔｒ２，Ｔｒ１のＯＮ／ＯＦＦをあらわしている。
１がＯＮ、０がＯＦＦである。［］内の数値は１６進数
で表したデータである。

【００４２】引き続き、ＰＷＭ電圧制御回路１４の動作
について更に説明する。該ＰＷＭ電圧制御回路１４は、
高速時の方形波ＰＷＭ方式及び低速時の正弦波ＰＷＭ方
式の制御信号を成形する。この動作について、図６の波
形図を参照して説明する。先ず、駆動回路のブラシレス
モータ高速回転時の制御動作について説明する。ブラシ
レスモータ駆動回路は、３０００回転／分を越える高速
回転時において、回転数をホールセンサ７０からの信号
により回転数を検出して速度フィードバック制御を実施
する。この際に、三相１２０°導通型に基づいた方形波
ＰＷＭ方式を用いてコイルへ電流を印加する。

【００４３】即ち、ＰＷＭ電圧制御回路１４は、ホール
センサ７０が界磁マグネット５２の極性を検出した信号
（ブラシレスモータの回転数）及び速度指令値を速度制
御回路２０を介して入力し、回転数の信号を平滑化して
ブラシレスモータの回転速度を電圧値に変換したＤＡ信
号を生成する。そして、該ＤＡ信号と、三角波発生回路
（図示せず）からの三角波とを比較して、図６（イ）、
（ロ）に示すような方形波ＰＷＭ信号を生成する。該方
形波ＰＷＭ信号は、一定の周期Ｔ（２０KHz）で、目標
速度に対して実測速度が等しいときには、図４（イ）に
示すように波幅ｔ１の短い矩形波が出力され、目標速度
に対して実測速度が低いときには、図４（ロ）に示すよ
うに波幅ｔ１’の長い矩形波が出力される。

【００４４】励磁信号発生回路１８は、上述した逆起電
圧に基づきコイル６２に導通するタイミングを１２０°
導通型に基づき生成すると共に、図６（イ）、（ロ）に
示すＰＷＭ電圧制御回路１４からのＰＷＭ出力に基づ
き、３相ブリッジ回路１６の駆動信号を生成する。高回
転時には、回転数を直接検出してフィードバックを行う
ため高い回転精度を実現できる。

【００４５】次に、該ＰＷＭ電圧制御回路１４のブラシ
レスモータ超低速回転時（数回転／分）の動作につい説
明する。ブラシレスモータ駆動回路は、２０００〜３０
００回転／分未満の低速回転時に、上述した高速回転時
の速度フィードバック制御の方形波ＰＷＭ方式から、ト
ルクフィードバック制御の正弦波ＰＷＭ方式に切り換え
てブラシレスモータを制御する。即ち、磁極位置とコイ
ル励磁電圧波形（Ｕ相分）との位相差により負荷を検出
し、位相差が６０°を越えないよう位相差（負荷）に応
じてＰＷＭのデューティ比を調整する。

【００４６】ここで、ＰＷＭ電圧制御回路１４は、低速
回転において、磁極位置とコイル励磁電圧波形との位相
差により負荷を検出し、位相差が６０°を越えないよう
にブラシレスモータのコイルを励磁する。この際に、該
ＰＷＭ電圧制御回路１４は、図４の（ハ）に示すように
２つの正弦波と三角波とを組み合わせることにより、
（へ）に示す正弦波ＰＷＭ信号を生成する。この正弦波
ＰＷＭ信号は三相で１２０°ずつ位相の異なる。かかる
ＰＷＭ信号にて、直接３相ブリッジ回路１６の制御を制
御する。第１実施態様では、負荷を検出し、負荷に応じ
た電流を流してトルク制御するようにフィードバックを
行うため、低回転で発生し易い脱調を未然に防ぐことが
できる。本実施態様では正弦波ＰＷＭ信号を印加してい
るため、円滑に回転させることができ、脱調を発生させ
ることがない。

【００４７】なお、この実施形態では、ホールセンサ７
０を用いて、Ｕ相を検出したが、Ｖ相、又はＷ相を検出
することでも上記動作を実現できる。更に、本実施形態
では、ステータとロータとの相対位置を検出するために
ホールセンサを用いたが、この代わりに、位置検出の可
能な種々のセンサを用いることもできる。

【００４８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、少なくと
も１個の位置検出センサに基づき制御するために、信号
線の数を削減することができる。更に、ブラシレスモー
タを低速（所定回転数未満）で回転する際には、正弦波
ＰＷＭ方式にて駆動し、ブラシレスモータを高速（所定
回転数以上）で回転する際には、方形波ＰＷＭ方式にて
駆動するため、低速（０）から高速（数万回転）にわた
る全回転領域において、トルク脈流が少なく滑らかにブ
ラシレスモータを駆動することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施態様に係るブラシレスモータの構成を
示す断面図である。

【図２】本発明の第１実施態様に係るブラシレスモータ
駆動回路のブロック図である。

【図３】図２に示す３相ブリッジ回路の回路図である。

【図４】線間電圧及び逆起電圧の波形図である。

【図５】図２に示す励磁信号発生回路のブロック図であ
る。

【図６】図２に示すＰＷＭ電圧制御回路にて成形される
正弦波ＰＷＭ制御用の信号及び方形波ＰＷＭ制御用の信
号を示す波形図である。

【図７】転流ポイントの決定ルールを示す図表である。

【符号の説明】

１０ブラシレスモータ駆動回路１２電源回路１４ＰＷＭ電圧制御回路１６３相ブリッジ回路１８励磁信号発生回路２０速度制御回路４０ブラシレスモータ６２コイル７０ホールセンサ７８信号線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者樋口剛広岐阜県揖斐郡揖斐川町北方１−１イビデン株式会社北工場内Ｆターム(参考） 5H560 BB04 BB08 DA02 DA13 DA17 EB01 EC01 EC07 UA02 XA03 XA05 XA12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】界磁マグネットを有するロータと、該ロ
ータを回転するための第１相、第２相、第３相のコイル
を有するステータと、前記ロータとステータとの相対位
置を検出する少なくとも１個の位置検出センサと、から
成るブラシレスモータの駆動回路であって、前記ブラシレスモータを低速回転する際には、前記少な
くとも１個の位置検出センサの検出信号に基づき、前記
第１相、第２相、第３相のコイルをそれぞれ１２０°ず
づ位相の異なる正弦波ＰＷＭ方式にて駆動し、前記ブラシレスモータを高速回転する際には、前記第１
相、第２相、第３相のコイルの逆起電圧の相関電圧によ
り三相１２０°導通のタイミングを検出し、方形波ＰＷ
Ｍ方式にて駆動することを特徴とするブラシレスモータ
駆動回路。
【請求項２】前記低速回転域で駆動する際に、前記少
なくとも１個の位置検出センサの検出信号と、前記第１
相、第２相、第３相のコイルのいずれかに印加される正
弦波駆動信号との位相を比較し、位相差に基づいてトル
ク制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のブラシ
レスモータ駆動回路。
【請求項３】前記低速回転域での正弦波駆動と、前記
高速回転域での方形波駆動との切り替えを、前記第１
相、第２相、第３相のコイルの逆起電圧がゼロクロスす
るタイミングに行うことを特徴とする請求項１又は２に
記載のブラシレスモータの駆動回路。
【請求項４】前記第１相、第２相、第３相のコイルの
逆起電圧がゼロクロスするタイミングを、各第１相、第
２相、第３相の相間に現れる電圧から、該コイル電流と
コイルの抵抗とによる電圧分を減算処理して検出するこ
とを特徴とする請求項３に記載のブラシレスモータの駆
動回路。
【請求項５】前記高速回転時の方形波ＰＷＭ方式で
は、前記位置検出センサの検出信号から速度を検出し、
指令速度と検出速度との差に応じて速度制御することを
特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載のブラシレ
スモータの駆動回路。
【請求項６】前記位置検出センサは、ホールセンサで
あることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１に記載
のブラシレスモータの駆動回路。
【請求項７】前記駆動回路を用いることを特徴とする
請求項１〜６のいずれか１に記載のブラシレスモータ。