(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多相巻線を巻装した固定子と、該固定子と対向して回転自在に支持されるマグネツトロータと、該マグネットロータの位置を検出する位置検出素子と、該位置検出の出力信号によるバイポーラ通電での前記多相巻線に順次通電する通電角１２０度の通電制御回路より成り、該通電制御回路の電源受給部と電源の間に挿入されたＤＣ−ＤＣコンバータに加えた速度指令電圧によりモータ供給電圧を可変してモータ速度を変化させる構成のブラシレスモータの駆動装置において、前記マグネットロータの位置検出信号を全波整流して合成する回路と、該合成回路の出力と前記速度指令電圧とを加算する回路とを備え、かつ前記ＤＣ−ＤＣコンバータを構成する、直列チョークコイルと並列コンデンサとより成る低域フィルタを持つ出力平滑回路の定数が、モータの相数をｎ、マグネツトロータの磁極数をＰ、モータ最高回転数をＮ（ｒｐｍ）、直列チョークコイルのインダクタンスをＬ（Ｈ）、並列コンデンサの静電容量をＣ（Ｆ）、スイッチング周波数をｆｃ（Ｈｚ）としたとき、
５（２ｎＰＮ／１２０）＜（１／２π√ＬＣ）で、且つ
５（１／２π√ＬＣ）＜ｆｃという関係を満たしていること、を特徴とするブラシレスモータの駆動装置。
【請求項２】
多相巻線を巻装した固定子と、該固定子と対向して回転自在に支持されるマグネツトロータと、該マグネットロータの位置を検出する位置検出素子と、該位置検出の出力信号によるユニポーラ通電での前記多相巻線に順次通電する通電角１２０度の通電制御回路より成り、該通電制御回路の電源受給部と電源の間に挿入されたＤＣ−ＤＣコンバータに加えた速度指令電圧によりモータ供給電圧を可変してモータ速度を変化させる構成のブラシレスモータの駆動装置において、前記マグネットロータの位置検出信号を全波整流して合成する回路と、該合成回路の出力と前記速度指令電圧とを加算する回路とを備え、かつ前記ＤＣ−ＤＣコンバータを構成する、直列チョークコイルと並列コンデンサとより成る低域フィルタを持つ出力平滑回路の定数が、モータの相数をｎ、マグネツトロータの磁極数をＰ、モータ最高回転数をＮ（ｒｐｍ）、直列チョークコイルのインダクタンスをＬ（Ｈ）、並列コンデンサの静電容量をＣ（Ｆ）、スイッチング周波数をｆｃ（Ｈｚ）としたとき、
５（ｎＰＮ／１２０）＜（１／２π√ＬＣ）で、且つ
５（１／２π√ＬＣ）＜ｆｃという関係を満たしていること、を特徴とするブラシレスモータの駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、多相ブラシレスＤＣモータの特に低速時における騒音と効率を改善するためのモータ駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３は従来技術に成る３相ブラシレスＤＣモータの駆動装置の回路図で、該モータの回転数を速度指令電圧の変化により可変する回路構成図であり、図において１はモータ内蔵の多極着磁されたロータマグネット、２はモータ内蔵の磁極位置センサ群、３は２の信号を増幅する増幅器群、４は３の３相１２０度位相差の信号を３相１２０度通電するためのロジック回路、５は４の信号によりモータコイルに通電するためのトランジスタ群、６はモータコイル群、７は速度指令電圧、８は鋸波発生回路、９はコンパレータ、１０はスイッチング用トランジスタ、１１は１０のプリドライバ、１２、１３、１４はそれぞれチョークコイル、コンデンサ、ダイオードであり、この１０、１１、１２、１３、１４によりＤＣ−ＤＣコンバータ１５を構成して、１６の電源電圧Ｖｃｃを指令電圧に応じて１７のモータコイル供給電圧Ｖｍに降圧している。そして鋸波発生回路８の周波数はモータコイルに通電する切り替え周波数より十分高く設定され、チョークコイル１２とコンデンサ１３の定数は出力が平滑となるように選定されている。
【０００３】
図４は図３の回路の各部の信号波形を示すタイムチャートである。次に図４により動作について説明する。図４において１８は増幅器群３の出力であり電気角で１２０度毎に位相のずれた３相の正弦波状の信号となつている。１９はロジック回路内部の信号、２０、２１はロジック回路４の出力で電気角１２０度通電となつている。２２は速度指令の電圧で、２３はコンパレータ出力でＰＷＭ出力となつている。１７はＤＣ−ＤＣコンバータの出力で破線はＶｃｃレベル、実線が速度指令値による電圧レベルである。２４はモータコイル群６のある１相の電流波形を示し、電気角１２０度ごとに相切り替えの際の立ち上がり、立ち下がりが鋭いスイツチング波形を生じている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような従来の回路構成では、相切り替え毎のスイッチングノイズが大きく、騒音や振動の発生を伴なっている。特に低速時にはモータ内の機械的な原因による騒音が低下し、相切り替え毎のスイッチングノイズは目立つようになる。本発明は上記のような問題点を原理的に解消することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ＤＣ−ＤＣコンバータにより供給されるモータ電圧をモータの通電周期に同期させ正弦波状の波形を重畳させて、モータコイルの相切り替え時の波形を滑らかにしてスイッチングノイズを低減させる。そのためにモータ内蔵の磁極位置センサ群の正弦波状出力を全波合成しＰＷＭ変換するが、合成されたセンサ出力の周波数成分については位相ずれがないように、且つＰＷＭキャリア周波数については十分にフィルタ効果がとれるようなＤＣ−ＤＣコンバータが必要であり、これをチョークコイル、コンデンサ、ＰＷＭキャリア周波数を適度に設定することで実現する。
【０００６】
【実施例】
以下図面によって本発明の実施例を説明する。図１は本発明に成る３相ブラシレスモータの駆動装置の一実施例を示す回路構成図である。図１において３０は磁極位置センサ群の正弦波状出力の全波合成回路で、３３は該全波合成回路の出力と速度指令電圧７との加算回路、３４は三角波発生回路でその他は図２の従来の回路構成と同様であるが、三角波発生回路３４の周波数と、ＤＣーＤＣコンバータ１５のチョークコイル１２のインダクタンスとコンデンサ１３の容量を下記の条件に合わせるように変更する。
磁極位置センサ群２の正弦波状出力の全波合成波形周波数ｆｍは、
ロータマグネットの磁極数Ｐ、モータ回転数Ｎ（ｒｐｍ）、モータコイルの相数ｎとすると、ｆｍ＝（２ｎｐＮ）／１２０（Ｈｚ）となる。
相数が多く、回転数が高くなると、ｆｍも高くなり、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ１５のチョークコイル１２、コンデンサ１３による共振周波数ｆｃに近ずくことになり前記全波合成波形の位相遅れ、波形歪みが大きくなる。ここで共振周波数ｆｒはチョークコイル１２のインダクタンスをＬ，コンデンサ１３の容量をＣとすれば、
ｆｒ＝１／２π√ＬＣ  と計算される。
またＰＷＭのキャリア周波数ｆｃは三角波発生回路３４の周波数により定められ、ｆｒに対して十分大きくとり、モータコイル電圧ＶｍへのＰＷＭによるリップル電圧の影響を極力下げる必要がある。
以上のことから、ｆｍに対しては５倍マージンを見込み
５ｆｍ〈ｆｒ  即ち    ５（２ｎｐＮ）／１２０〈  １／２π√ＬＣ  であり、  ｆｃに対しては５倍のマージンを見込み
５ｆｒ〈ｆｃ  即ち  ５（１／２π√ＬＣ）〈ｆｃ
とすることで、波形歪みの無いモータ電圧を供給できる。
なお、これとは別にＰＷＭのデューティによりチョークコイルのインダクタンスは制限を受けることは周知である。
また、上述の内容は通電制御回路がユニポーラ通電の場合には、磁極位置センサ群の正弦波状出力の半波合成波形となるため、ｆｍは１／２となり
５（ｎｐＮ）／１２０〈  １／２π√ＬＣ
且つ  ５（１／２π√ＬＣ）〈ｆｃ  となる。
【０００７】
図２は、上記図１の回路図での動作タイミングチャートである。３１は全波合成回路３０の出力、３２は加算回路３３の出力、３５はモータコイル電圧で、３相の電気角１２０度通電に同期して、磁極位置センサ群の正弦波状出力の全波合成波形がＤＣ電圧に重畳されている。その結果３６はモータコイルのある１相の電流波形であり、相切り替え時、電流の立ち上がり、立ち下がりの波形が滑らかになりスイッチングノイズが生じなくなつている。
【０００８】
図５は本実施例のチョークコイル１２とコンデンサ１３による、低域フィルターの周波数特性を示すもので、４０はゲイン、４１は位相であり、４２はｆｍの最大値、４３はｆｒ、４４はｆｃの周波数である。
【０００９】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、ＤＣーＤＣコンバータを構成する低域フィルタの周波数特性とＰＷＭ周波数をモータ特性にマッチングするように選定することで、多相ブラシレスＤＣモータの供給電圧を通電の相切り替え毎に変化させて、モータコイル電流の立ち上がり、立ち下がりが滑らかなスイッチング波形とすることにより、振動、騒音が大幅に低減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に成るブラシレスモータの駆動装置の一実施例である回路構成図である。
【図２】図１によるブラシレスモータの駆動装置の動作タイミングチャートと各部の波形図である。
【図３】従来技術に成るブラシレスモータの駆動装置の回路構成図である。
【図４】図３によるブラシレスモータの駆動装置の動作タイミングチャートと各部の波形図である。
【図５】本発明の一実施例に使用されるチョークコイル、コンデンサによるフィルタの特性図である。
【符号の説明】
１    ロータマグネット
２    磁極位置サンサ群
３    増幅器群
４    ロジック回路
５    トランジスタ群
６    モータコイル群
７    速度指令電圧
８    鋸波発生回路
９    コンパレータ
１０  トランジスタ
１１  プリドライバ
１２  チョークコイル
１３  コンデンサ
１４  ダイオード
１５  ＤＣ−ＤＣコンバータ
１６  電源電圧
１７  従来方式のモータコイル電圧波形
１８  増幅器群３の出力波形
１９  ロジック回路４の内部信号
２０  ロジック回路４の出力波形
２１  ロジック回路４の出力波形
２２  速度指令電圧７の電圧波形
２３  コンパレータ９の出力波形
２４  モータコイル６の１相の電流波形
３０  全波合成回路
３１  全波合成回路３０の出力波形
３３  加算回路
３２  加算回路３３の出力波形
３４  三角波発生回路
３５  本発明のモータコイル電圧波形
３６  本発明によるモータコイルのある１相の電流波形
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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