(57)【要約】【課題】本発明は１個の磁気検出器だけの簡単な構成で、多数の速度指令に対し高い効率で駆動できる多速度ＤＣブラシレスモータの駆動回路を得ることを目的とする。【解決手段】１個の磁気検出器を進み位相の位置に配置し、通電電流波形のピーク値に達する時間と通電区間の１／２の時間とを比較し、その差が無くなるように通電制御信号の位相シフト回路を制御することで、１個の磁極位置検出器だけで多速度に対応して高効率での駆動制御可能とするもの。【選択図】              図１
2004297899.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻線を巻装した固定子と、該固定子と空隙を介して対向し、永久磁石を備え回転自在に支承される回転子と、該永久磁石の磁極位置を検出するための磁気検出器と、該磁気検出器の出力を受け、前記巻線に所定順序で通電して前記回転子を所定方向に回転駆動するため、前記磁気検出器の出力から磁極切替点を検出する比較器と、該比較器の出力を受け、通電制御素子への相通電信号を発生させる分配回路と、外部からの速度指令を受けＰＷＭ速度制御を行なう速度制御回路と、を有する多速度ＤＣブラシレスモータの駆動回路において、前記磁気検出器を進み位相の位置に配置し、前記巻線の電流を検出する電流検出抵抗と、フイルタと、前記分配回路にマイコンを用い、該マイコンに形成されたＡ／Ｄコンバータと、該Ａ／Ｄコンバータによって前記電流を前記マイコンに電流波形情報として取り込む手段と、該手段により取り込まれた電流波形情報と前記比較器の出力により相通電開始時刻とピーク値に達する時刻と相通電終了時刻を検出する時刻検出処理手段と、前記相通電開始からピーク値に達するまでの時間（Ｔ１）と相通電開始から相通電終止までの時間（Ｔ２）を計測する手段と、前記時間（Ｔ２）の１／２を演算する処理手段と、該時間（Ｔ２）の１／２と前記時間（Ｔ１）とを比較し相通電信号出力の位相シフト量を設定する位相制御処理手段とを有し、前記時間（Ｔ２）の１／２より時間（Ｔ１）が短かければ相通電信号出力の位相シフト量を増加する処理を行ない、通電制御素子への相通電信号出力位相を遅らせ、前記時間（Ｔ１）と時間（Ｔ２）の１／２とが等しくなるように制御し、又は、前記時間（Ｔ２）の１／２より時間Ｔ１が長ければ相通電信号出力の位相シフト量を減少する処理を行ない、通電制御素子への相通電信号出力位相を進ませ、前記時間（Ｔ１）と時間（Ｔ２）の１／２が等しくなるように制御することで、モータの効率を高く保つように構成されていること、を特徴とする多速度ＤＣブラシレスモータの駆動回路。
【請求項２】
前記駆動回路において、外部からの速度指令値と負荷が一定の状態で、供給される電源電圧が所定の値より低くなった場合、ＰＷＭ速度制御により、回転速度は一定に保たれ、通電電流は増加し、巻線電流波形の位相は遅れ、位相制御処理手段により相通電信号出力の位相シフト量を減少するようにして巻線電流のピーク値を通電区間の１／２の位置となるように制御することで、モータの効率を高く保つように構成されていること、を特徴とする請求項１記載の多速度ＤＣブラシレスモータ駆動回路。
【請求項３】
前記駆動回路において、外部からの速度指令値と負荷が一定の状態で、供給される電源電圧が所定の値より高くなった場合、ＰＷＭ速度制御により、回転速度は一定に保たれ、通電電流は減少し、巻線電流波形の位相は進み、位相制御処理手段により相通電信号出力の位相シフト量を増加するようにして巻線電流のピーク値を通電区間の１／２の位置となるように制御することで、モータの効率を高く保つように構成されていること、を特徴とする請求項１記載の多速度ＤＣブラシレスモータ駆動回路。
【請求項４】
前記駆動回路において、供給される電源電圧と外部からの速度指令値とが一定の状態で、負荷が所定値より高くなった場合、ＰＷＭ速度制御により、回転速度は一定に保たれ、通電電流は増加し、巻線電流波形の位相は遅れ、位相制御処理手段により相通電信号出力の位相シフト量を減少するようにして巻線電流のピーク値を通電区間の１／２の位置となるように制御することで、モータの効率を高く保つように構成されていること、を特徴とする請求項１記載の多速度ＤＣブラシレスモータ駆動回路。
【請求項５】
前記駆動回路において、供給される電源電圧と外部からの速度指令値とが一定の状態で、負荷が所定値より低くなった場合、ＰＷＭ速度制御により、回転速度は一定に保たれ、通電電流は減少し、巻線電流波形の位相は進み、位相制御処理手段により相通電信号出力の位相シフト量を増加するようにして巻線電流のピーク値を通電区間の１／２の位置となるように制御することで、モータの効率を高く保つように構成されていること、を特徴とする請求項１記載の多速度ＤＣブラシレスモータ駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＤＣブラシレスモータの駆動回路に係り、特に１個の磁気検出器だけで多速度に対応し、しかも高効率を保つことの出来る駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から実施されているＤＣブラシレスモータの駆動回路で小形フアンの駆動等に使用される簡単な構成のものは、図３に示すように巻線Ｃを巻装した固定子２４と、該固定子と空隙を介して対向し、永久磁石Ｍを備え回転自在に支承される回転子と、該回転子の永久磁石Ｍの磁極位置を検出するための磁気検出器２０と、該磁気検出器２０の出力から磁極切替点を検出する比較器２１と、該比較器２１の出力を受け分配回路２２により通電制御素子２３への相通電信号を出力し、前記巻線Ｃに電流を流して前記回転子を所定方向に回転駆動する回路と、外部からの速度指令を受けＰＷＭ速度制御を行なう速度制御回路２５により構成されている。
【０００３】
図３に示すＤＣブラシレスモータの駆動回路は、回転子の永久磁石の磁極切替点を検出して巻線の通電相を切り替え、同じ方向の回転力を連続して得るようになっているので、磁気検出器２０の取り付け位置は、巻線の位置との相関関係において重要で、一般に巻線の誘起電圧波形の中性点に対し、回転子の永久磁石の磁極切替点が同じ位相になる位置が基本位置であり、モータの仕様により取り付け位置を調整している。
【０００４】
そして、磁気検出器２０の取り付け位置は、供給される電圧、目標回転数、負荷等の条件により、変わってくる。
【０００５】
【発明が解決しょうとする課題】
従って、磁気検出器２０が供給される電圧、回転数（速度）、負荷等のある条件下において、モータ効率が最大の位置に設定されている場合、それ以外の条件では効率が低下するという問題があり、例えば目標回転数が変更されれば、モータ効率が低下する。
この条件の変動を見越してアナログ回路による構成でモータ効率の向上に対応することもできるが、回路構成が大きくなり小形の製品には適さない。
そのため、複数の回転速度を有するものは複数の磁気検出器を設けることで夫々最適な位置に配置して切り替えて使用する手段もあるが、２速度程度であれば実施可能であるものの５速度、１０速度、またはそれ以上の速度指令の場合、夫々の回転数に対応し磁気検出器を増加して設けることは現実的ではない。
【０００６】
【特許文献】２速度の例が特開２０００−３４１９２５号公報に開示されている。
【０００７】
本発明は１個の磁気検出器だけの簡単な構成で、多数の速度指令に対し高い効率で駆動できる多速度ＤＣブラシレスモータの駆動回路を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、１個の磁気検出器を進み位相の位置に配置し、電流検出抵抗の出力により巻線電流を検出し、Ａ／Ｄコンバータを介してマイコンに電流波形として取り込み、電流波形の相通電開始よりピーク値に達する時間Ｔ１と、相通電開始より終止までの時間Ｔ２の１／２の時間とを位相制御処理手段により比較し、前記相通電信号の出力位相を制御して電流波形のピークとなる位置が通電期間の１／２の位置となるように制御しモータの効率を高くする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面により説明する。
【００１０】
図１は、本発明の実施の形態を示す回路図で、図３に示した従来技術の例に、本発明に成る回路部分Ｐを追加したもので、本発明に成る回路部分Ｐにおいて、４０は巻線の電流を検出する電流検出抵抗、４１はフイルタ、４２はＡ／Ｄコンバータ、４３は電流波形サンプリング処理手段、４４は前記電流波形の通電開始時刻とピーク値に達する時刻および通電終止時刻の検出を行なう時刻検出処理手段、４５は相通電開始からピーク値に達するまでの時間Ｔ１と、相通電開始から終止までの時間Ｔ２と、該時間Ｔ２の１／２を演算する時間演算処理手段、４６は位相制御処理手段で、前記時間演算処理４５の出力情報を基に前記通電制御素子２３への相通電信号の位相シフト量を決定し出力する。また、Ａ／Ｄコンバータ４１、時間比較回路４２、電流波形サンプリング処理手段４３、時刻検出処理手段４４、時間演算処理手段４５、位相制御処理手段４６はマイコン（分配回路）２２に含まれる。
【００１１】
本発明の駆動回路の動作は、まずモータを駆動させると、巻線に電流が流れ、電流検出抵抗４０を通り、モータ電流検出電圧が発生し、フィルタ４１を介してモータ電流検出電圧より雑音およびＰＷＭ速度制御でのチョッピング成分を消去する。前記フイルタ４１の出力はＡ／Ｄコンバータ４２を介して適当な周期でサンプリングして電流波形サンプリング処理手段４３により電流波形情報としてマイコン２２に取り込まれる。
【００１２】
前記電流波形情報と前記比較器２１の出力より、時刻検出処理手段４４により、図２に示すように電流値の通電開始時刻ｔ１、ピーク値となる時刻ｔｐ、終止時刻ｔ２を夫々検出し、通電開始からピーク値に達する時間Ｔ１と、通電開始から終止までの通電期間の時間Ｔ２と、該時間Ｔ２の１／２とを時間演算処理４５により演算し、位相制御処理手段４６において、前記通電開始からピーク値に達する時間Ｔ１と、通電開始から終止までの通電期間の時間Ｔ２の１／２とを比較し、時間Ｔ１が時間Ｔ２の１／２より短ければ進み位相と判定し、前記位相制御処理手段４６により、相通電信号出力位相の位相シフト量を増加する処理を行ない、通電制御素子２３への相通電信号の出力の位相を遅らせ、通電電流の進み位相量を減少させて、通電電流のピーク値を通電期間Ｔ２の中央部に来るように制御し、モータ効率を高めるようにする。
【００１３】
同様に、時間Ｔ１が時間Ｔ２の１／２より長ければ遅れ位相と判定し、前記位相制御処理手段４６より、相通電信号出力位相の位相シフト量を減少する処理を行ない、通電制御素子２３への相通電信号の出力の位相を進ませ、通電電流の遅れ位相量を減少させて、通電電流のピーク値を通電期間Ｔ２の中央部に来るように制御し、モータ効率を高めるようにする。
【００１４】
電流波形のピーク値となる時間Ｔ１と、通電期間の時間Ｔ２の１／２を、位相制御処理手段４６で比較し、両方の時間が同じであれば位相制御処理手段４６からの出力の位相シフト量は変化しないためモータの効率は高い状態に保持される。
【００１５】
図１に示す本発明に成る駆動回路によると、供給される電源電圧と回転速度の指令値と負荷等の運転条件が与えられると、自動的にその条件に適合した運転条件で高効率を保ちつつ駆動される。
【００１６】
図１に示す本発明に成る駆動回路により、ある運転条件で駆動されているときに、回転速度を高くする指令が速度制御回路２５に入力されると、速度制御により、巻線電流が増加して回転子の速度が上昇する。
【００１７】
現在の回転速度より高い目標速度を与え回転速度を上昇させた場合、巻線電流は増加し、回転速度の上昇により周波数が上昇することにより、電流検出抵抗４０で検出した電流波形は、電流位相が遅れ位相となるので、電流波形のピーク値が通電期間の中点より遅れ位相であると判断され、位相制御処理手段４６により相通電信号出力の位相シフト量を減少し、電流波形のピーク値の位置が通電期間の中点の位置に来るように補正され高効率が保持される。
【００１８】
同様に、図１に示す駆動回路により、ある運転状態で駆動されているときに、回転速度を低くする指令が速度制御回路２５に入力されると、速度制御により、巻線電流が減少して回転子の速度が減少する。
【００１９】
現在の回転速度より低い目標速度を与え回転速度を減少させた場合、巻線電流は減少して、回転速度が減少して周波数が減少することにより、電流検出抵抗４０で検出した電流波形は、電流位相が進み位相となるので、電流波形のピーク値が通電期間の中点より進み位相であると判断され、位相制御処理手段４６により相通電信号出力の位相シフト量を増加し、電流波形のピーク値の位置が通電期間の中点の位置に来るように補正され高効率が保持される。
【００２０】
図１に示す本発明に成る駆動回路において、外部の速度指令値と負荷が一定の条件で、電源電圧が変化すると、巻線電流が変化することになる。電源電圧が現在値より低くなると、回転子の速度はＰＷＭ速度制御により、一定に保たれ、通電電流は増加し、巻線電流波形の位相が遅れることにより、電流検出抵抗４０で検出した電流波形は、電流位相が遅れ位相となるので、電流波形のピーク値が通電期間の中点より遅れ位相であると判断され、位相制御処理手段４６により相通電信号出力の位相シフト量を減少し、電流波形のピーク値の位置が通電期間の中点の位置に来るように補正され高効率が保持される。
【００２１】
又、前記の条件において電源電圧が現在値より高くなると、ＰＷＭ速度制御により、回転速度は一定に保たれ、通電電流は減少し、巻線電流波形の位相が進むことにより、電流検出抵抗４０で検出した電流波形は、電流位相が進み位相となるので、電流波形のピーク値が通電期間の中点より進み位相であると判断され、位相制御処理手段４６により相通電信号出力の位相シフト量を増加し、電流波形のピーク値の位置が通電期間の中点の位置に来るように補正され高効率が保持される。
【００２２】
又、図１に示す本発明になる駆動回路において、電源電圧と外部の速度指令値とを変えずに負荷条件が変化すると、巻線電流が変化することになる。前記の条件において負荷が増加すると、負荷に対抗するトルクを発生させるための電流が増加し、電流位相が遅れ位相となるので、電流波形のピーク値が通電期間の中点より遅れ位相であると判断され、位相制御処理手段４６により相通電信号出力の位相シフト量を減少し、電流波形のピーク値の位置が通電期間の中点の位置に来るように補正され高効率が保持される。
【００２３】
又前記の条件において負荷が減少すると、負荷に対抗するトルクを発生させるための電流が減少し、電流位相が進み位相となるので、電流波形のピーク値が通電期間の中点より進み位相であると判断され、位相制御処理手段４６により相通電信号出力の位相シフト量を増加し、電流波形のピーク値の位置が通電期間の中点の位置に来るように補正され高効率が保持される。
【００２４】
本発明に成る多速度ＤＣブラシレスモータの駆動回路は、前記のように、１個の磁極検出器を設け、電流波形検出回路より検出された電流波形のピーク値となる時間と、通電期間の中点の時間を比較し、この時間差を無くすように、相通電信号出力の位相シフト量を制御する構成であるので、供給電圧、回転速度指令値、負荷等の条件が変化しても常に効率が高い状態で駆動できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に成る多速度ＤＣブラシレスモータの駆動回路の実施形態を示す回路図である。
【図２】本発明に成る多速度ＤＣブラシレスモータの駆動回路による電流波形の説明図である。
【図３】従来技術に成るＤＣブラシレスモータの駆動回路の例を示す回路図である。
【符号の説明】
２０          磁気検出器
２１          比較器
２２          分配回路
２３          通電制御素子
２４          固定子
２５          速度制御回路
４０          電流検出抵抗
４１          フイルタ
４２          Ａ／Ｄコンバータ
４３          電流波形サンプリング処理手段
４４          時刻検出処理手段
４５          時間演算処理手段
４６          位相制御処理手段
Ｃ            巻線
Ｍ            回転子の永久磁石
Ｐ            本発明による追加回路
【図１】
2004297899.tif 000003
【図２】
2004297899.tif 000004
【図３】
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