JP2002272165A - モータの駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 モータの回転数が変化しても安定した最適出
力トルクが得られるようにする。 【解決手段】 位置検出回路５はロータの位置を検出し
た位置検出信号を出力する。回転数検出回路１３はロー
タの回転周波数に応じた電圧レベルの周波数検出信号を
出力する。位相制御回路９は、位置検出信号の各周期を
計測する一方、周波数検出信号の出力最大値に対する実
際の周波数検出信号の比を係数（１〜０）として、その
計測周期を係数で乗じたタイミングで立上げを早めたパ
ルス信号を切換制御信号として出力する。駆動回路７は
その切換制御信号に基づき駆動コイルＬａ、Ｌｂ、Ｌｃ
へ駆動電圧を切換え印加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はモータの駆動制御装
置に係り、例えばブラシレスモータを安定した出力トル
クで回転駆動させる駆動制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ブラシレスモータを回転駆動させる駆動
制御装置としては、図６に示すように、ステータ側の駆
動コイル１近傍にホール素子などの位置検出素子３を配
置し、この位置検出素子３から図示しないロータの位置
を位置検出回路５で電気的に検出し、この検出信号に基
づき駆動コイル１への駆動電圧を駆動回路７で切換え印
加する構成が良く知られている。

【０００３】図６中の駆動コイル１は、一例として３相
の駆動コイルＬａ、Ｌｂ、ＬｃをＹ結線した状態で示さ
れている（図７参照）。

【０００４】このような駆動制御装置では、駆動コイル
Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃに対して駆動回路７が電気角１２０°
の間隔でＵ相、Ｖ相及びＷ相の駆動電圧を切換え印加
し、それら駆動コイルＬａ、Ｌｂ、Ｌｃに駆動電流を切
換え通電することにより、ロータに出力トルクを生じさ
せる一方、駆動回路７へ入力した速度制御信号Ｓに応じ
て駆動電圧を可変し、コイル電流量を調整することによ
り出力トルクを制御し、ロータの回転数を可変させてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般的
にブラシレスモータでは、駆動コイルＬａ、Ｌｂ、Ｌｃ
のインダクタンスによる影響に起因して、駆動電圧を印
加してもすぐには駆動電流が流れずに遅れ、駆動電圧の
切換え周波数が高くなると、駆動電流の遅れも大きくな
ってモータの出力トルクが低下し易い。

【０００６】すなわち、ブラシレスモータの個々の駆動
コイルＬａ、Ｌｂ、Ｌｃは、図７に示すように、主にイ
ンダクタンスＬ及び抵抗Ｒの直列回路からなり、印加す
る駆動電圧の切換え周波数が高いほど、そのインダクタ
ンスＬの影響が大きくなって駆動電流が遅れる。

【０００７】他方、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の駆動電流が流
れて個々の駆動コイルＬａ、Ｌｂ、Ｌｃから得られるト
ルクの合計である出力トルクは、次のような式で表せ
る。

【０００８】［駆動電圧に対して駆動電流の遅れがない
場合］ 出力トルク（Ｎ・ｍ）＝［ＫＴ・ｓｉｎθ・ｌｍ・ｓｉ
ｎθ］＋［ＫＴ・ｓｉｎ（θ−１２０）・ｌｍ・ｓｉｎ
（θ−１２０）］＋［ＫＴ・ｓｉｎ（θ−２４０）・ｌ
ｍ・ｓｉｎ（θ−２４０）］ ＝ＫＴ・ｌｍ・１．５

【０００９】［駆動電圧に対して駆動電流の遅れがある
場合］ 出力トルク（Ｎ・ｍ）＝［ＫＴ・ｓｉｎθ・ｌｍ・ｓｉ
ｎ（θ＋α）］＋［ＫＴ・ｓｉｎ（θ−１２０）・ｌｍ
・ｓｉｎ（θ＋α−１２０）］＋［ＫＴ・ｓｉｎ（θ−
２４０）・ｌｍ・ｓｉｎ（θ＋α−２４０）］ ＝ＫＴ・ｌｍ・１．５・［ｓｉｎθ・ｓｉｎ（θ＋α）
＋ｃｏｓθ・ｃｏｓ（θ＋α）］

【００１０】ここで、 ＫＴ：トルク定数最大値（Ｎ・ｍ／Ａ） ｌｍ：駆動コイルのピーク電流（Ａ） θ：駆動コイルの逆起電圧電気角（θ） α：駆動電流の位相遅れ角（α）

【００１１】各相の出力トルクは、逆起電圧（トルク定
数）と駆動電流の積に比例するから、逆起電圧に対して
駆動電流の位相遅れが生じると、このずれの大きさに応
じて各相の出力トルクが減速側の方向に移動し、Ｕ相、
Ｖ相及びＷ相の合成トルクは位相ずれのない場合に比
べ、位相ずれの大きさに応じて低下する。

【００１２】しかも、印加する駆動電圧の切換え周波数
が高いほど低下してゆき、位相ずれが±９０度ごとに出
力トルクが反転する。

【００１３】図８は、これら逆起電圧（トルク定数）に
対する駆動電流の位相遅れ角（α）と出力トルクとの関
係を示したものである。

【００１４】そして、図９に示すように、例えば低速時
に駆動電圧と駆動電流の位相が揃っていても、中速度で
は駆動電圧よりも駆動電流の位相が遅れ、高速時には駆
動電流が駆動電圧に対して更に大きく位相遅れが発生
し、出力トルクが低下し、９０°遅れると出力トルクが
「０」となる。図９において実線は駆動電圧を破線は駆
動電流を示している。

【００１５】ところで、従来からある回転数を想定し、
その回転数における駆動電流の遅れ分を見越し、位置検
出素子３によるロータの検出位置よりもその遅れ分だけ
進ませたタイミングで、駆動電圧を切換え印加する提案
もある。

【００１６】しかし、モータの回転速度が変化すると、
駆動電圧に対する駆動電流の遅れが変化して出力トルク
が変動し、安定した出力トルクを得ることが困難であ
り、解決にはならなかった。

【００１７】特に、複写機に使用する比較的大電力のモ
ータにおいては、使用する紙質に応じて負荷のかかり方
が変化し易く、モータから安定した出力トルクを引出し
て円滑かつ素速い複写動作をさせる要望が強かった。

【００１８】本発明はこのような従来の欠点を解決する
ためになされたもので、モータの回転数が変化しても、
安定かつ最適な出力トルクの得られるモータの駆動制御
装置の提供を目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】そのような課題を解決す
るために本発明は、モータのロータ位置を電気的に検出
する位置検出回路と、そのモータの回転周波数に応じた
レベルの電気信号を検出する回転数検出回路と、この位
置検出回路で検出した位置検出信号に基づきそのモータ
の駆動コイルへ印加する駆動電圧を切換える切換制御信
号を出力する位相制御回路と、この位相制御回路からの
切換制御信号に基づき駆動電圧への印加を切換えて駆動
コイルへ駆動電流を切換え通電する駆動回路とを有して
おり、特に、その位相制御回路はその回転数検出回路か
らの検出信号レベルに応じてその位置検出信号の周期を
進角させた信号をその切換制御信号として出力するよう
形成されている。

【００２０】また、本発明では、上記位置検出回路から
の位置検出信号の周期を計測し、上記回転数検出回路か
らの最大検出信号に対する実際の検出信号の比を係数
（１〜０）とし、上記計測値にその係数を乗じた周期で
その位置検出信号の周期を進角させた切換制御信号を出
力するよう上記位相制御回路を形成することが可能であ
る。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。なお、従来の構成と共通する部分は
同一の符号を付す。

【００２２】図１は本発明に係る駆動制御装置の実施の
形態を３相のブラシレスモータを例にして示すブロック
図である。

【００２３】図１において、位置検出素子３はステータ
（図示せず。）に例えば６０°の間隔で３個配置され
（図では１個のみ示す。）、ロータ（図示せず。）に配
置されたマグネット（図示せず。）の磁極変化点に対応
した１２０゜毎の信号を出力する例えばホール素子など
のセンサであり、位置検出回路５に接続されている。

【００２４】位置検出回路５は、位置検出素子３からの
パルス信号からロータの回転位置を検出し、例えば図２
Ａに示すように、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相についてデューテ
ィー５０％のパルス信号を位置検出信号として出力する
ものであり、位相制御回路９に接続されている。それら
Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の位置検出信号は順次１２０°ずつ
位相がずれている。

【００２５】周波数発電器１１は、ロータに向けてステ
ータに配置されロータの回転数に応じた周波数の周波数
信号を出力する公知のもので、回転数検出回路１３に接
続されている。

【００２６】回転数検出回路１３は、図３に示すよう
に、周波数発電器１１からの周波数信号に対し、この周
波数に応じたレベルの直流電圧信号を周波数検出信号と
して変換出力する公知のものであり、位相制御回路９に
接続されている。

【００２７】図１の位相制御回路９は、位置検出回路５
からの位置検出信号に対し、回転数検出回路１３からの
周波数検出信号レベルに応じて周期を進角させた信号を
切換制御信号（図２Ｃ参照）として出力するものであ
り、図４に示すように、位置検出周期計測回路９ａ、位
相可変制御回路９ｂ及び進角位相係数算出回路９ｃを有
して形成されており、駆動回路７に接続されている。

【００２８】位置検出周期計測回路９ａは、図２Ｂに示
すように、同図Ａの各相の位置検出信号についてパルス
の立上がり点及び立下がり点間の周期をカウントしてそ
の周期を計測するものであり、計測周期として位置検出
信号のエッジパルスを位置検出信号とともに位相可変制
御回路９ｂへ出力するものである。

【００２９】進角位相係数算出回路９ｃは、回転数検出
回路１３から得られる最大の周波数検出信号レベルに対
する実際の周波数検出信号レベルの比から減少率（係
数）を算出し、位相可変制御回路９ｂへ出力する機能を
有している。最大の周波数検出信号レベルは予め測定又
は計算上求めて設定されるものである。

【００３０】その係数は「１」〜「０」の範囲に設定さ
れており、駆動電流の位相遅れがないか又は小さい場合
には「１」又は「１」に近い係数が、位相遅れが大きい
場合には小さくなって「０」に近い係数が出力されるよ
うになっている。

【００３１】すなわち、進角位相係数算出回路９ｃは、
周波数検出信号レベルに基づき駆動電流の位相遅れに対
応する係数を、位相可変制御回路９ｂへ出力するもので
ある。

【００３２】位相可変制御回路９ｂは、位相検出周期計
測回路９ａからの計測周期（位置検出信号のエッジパル
ス）に進角位相係数算出回路９ｃからの係数を乗じ、図
２Ｂのような位相制御信号を作成し、図２Ｃに示すよう
に、周期計測した後の各相の位置検出信号に対し、その
位相制御信号で進角させたタイミングで立上げた各相の
切換制御信号を駆動回路７へ出力するものである。

【００３３】各相の切換制御信号は、周期計測値又は係
数が変化しない限りその進角値が保持される。

【００３４】そのため、例えば進角位相係数算出回路９
ｃから駆動電流の位相遅れに対応して係数「０．８」が
位相可変制御回路９ｂへ出力されると、位相可変制御回
路９ｂでは、図２Ｂ及びＣに示すように、計測周期（位
置検出信号のエッジパルス）の「０．８」倍のタイミン
グで立上げを早めた位相制御信号を作成し、位置検出信
号のエッジパルスに対し、係数にして「０．２」だけ早
めた各相のパルス信号を切換制御信号として駆動回路７
へ出力する。

【００３５】駆動回路７は、Ｙ結線されたＵ相の駆動コ
イルＬａ、Ｖ相の駆動コイルＬｂ及びＷ相の駆動コイル
Ｌｃの巻き始め（図中ドットで示す。）に各々接続され
ており、切換制御信号に基づきそれらＵ相、Ｖ相及びＷ
相の駆動コイルＬａ、Ｌｂ、Ｌｃへ駆動電圧を切換え印
加する従来公知のものであり、速度制御信号Ｓによって
その駆動電圧を可変する機能も有している。

【００３６】次に、本発明に係るモータの駆動制御装置
の動作を簡単に説明する。モータが回転している状態に
おいて、位置検出回路５は位置検出素子３からのパルス
信号に基づき、図２ＡのようなＵ相、Ｖ相及びＷ相の位
置検出信号を位相制御回路９の位置検出周期計測回路９
ａへ出力する。

【００３７】他方、周波数発電器１１からもモータの回
転数に応じた周波数信号が回転数検出回路１３へ加えら
れ、回転数検出回路１３からその周波数に応じた直流電
圧レベルの周波数検出信号が、位相制御回路９の進角位
相係数算出回路９ｃへ加えられる。

【００３８】位置検出周期計測回路９ａでは、図２Ｂの
ように各相の位置検出信号における立ち上がりと立ち下
がり周期が計測され、この計測値が位置検出信号ととも
に位相可変制御回路９ｂへ出力される。

【００３９】進角位相係数算出回路９ｃでは、予め設定
されている最大の周波数検出信号レベルと周波数検出レ
ベルの比に対応する例えば係数「０．８」が算出されて
位相可変制御回路９ｂへ出力される。

【００４０】位相可変制御回路９ｂでは、図２Ｂ及びＣ
のように、計測周期の「０．８」倍のタイミングで次の
位置検出信号のエッジパルスを「０．２」だけ早めに立
上げた位相制御信号を作成し、これに基づく切換制御信
号として駆動回路７へ出力保持し、駆動回路７ではその
切換制御信号に基づきＵ相、Ｖ相及びＷ相の駆動コイル
Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃへ駆動電圧を切換え印加し、Ｕ相、Ｖ
相及びＷ相の駆動コイルＬａ、Ｌｂ、Ｌｃには駆動電流
が切換え通電される。

【００４１】この場合、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の駆動コイ
ルＬａ、Ｌｂ、Ｌｃに流れる駆動電流は、位相可変制御
回路９ｂすなわち位相制御回路９からの切換制御信号に
対しては位相遅れが生じるものの、位置検出素子３から
のパルス信号、換言すれば位置検出信号に対しては位相
遅れが生じない。

【００４２】駆動回路７に加える速度制御信号Ｓを変化
させ、例えばモータを高速回転制御すると、位置検出回
路５から出力される位置検出信号の周期も短くなり、そ
の周期が位置検出周期計測回路９ａで計測されて位相可
変制御回路９ｂへ出力される。

【００４３】他方、回転数検出回路１３から出力される
周波数検出信号レベルも上昇し、最大の周波数検出信号
レベルに対する比が小さくなり、進角位相係数算出回路
９ｃから例えば「０．５」とか「０．３」といったよう
に「０」方向に近づいた係数が位相可変制御回路９ｂへ
出力される。

【００４４】そして、位相可変制御回路９ｂでは、計測
周期の「０．５」倍とか「０．３」倍のタイミングで早
めに立上げた信号を切換制御信号として駆動回路７へ出
力し、駆動回路７ではその切換制御信号に基づきＵ相、
Ｖ相及びＷ相の駆動コイルＬａ、Ｌｂ、Ｌｃへ駆動電圧
を更に早いタイミングで切換え印加する。

【００４５】その結果、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の駆動コイ
ルＬａ、Ｌｂ、Ｌｃに流れる駆動電流は、位置検出信号
にタイミングを揃えて切換え通電可能となる。

【００４６】図５は、低速時、中速時及び高速時におけ
る駆動電圧と駆動電流の位相関係を示すものであり、回
転数が変化しても駆動電圧と駆動電流の位相が一致して
いる。

【００４７】このように本発明の駆動制御装置では、位
置検出回路５がロータ位置を検出した位置検出信号を出
力し、回転数検出回路１３がロータの回転周波数に応じ
たレベルの周波数検出信号を出力し、位相制御回路９の
位置検出周期計測回路９ａがその位置検出信号の各周期
における周期を計測し、進角位相係数算出回路９ｃが回
転数検出回路１３からの最大周波数検出信号レベルに対
する実際の周波数検出信号レベルの比を係数として出力
し、位相可変制御回路９ｂが計測周期を係数で乗じたタ
イミングで立上げを早めた切換制御信号を出力し、この
切換制御信号に基づき駆動回路７がＵ相、Ｖ相及びＷ相
の駆動コイルＬａ、Ｌｂ、Ｌｃへ駆動電圧を切換え印加
する構成とした。

【００４８】そのため、駆動コイルＬａ、Ｌｂ、Ｌｃに
印加する駆動電圧が変化しても、その変化に応じて駆動
電圧の切換えタイミング位相を進角させることが可能と
なり、ロータの位置検出信号に対する切換制御信号の位
相を、モータの回転数変化に応じて適当に進角制御すれ
ば、常に、駆動電圧に対する駆動電流の位相遅れがなく
なり、回転数が変化しても出力トルクを一定に保つこと
が可能となる。

【００４９】しかも、位相制御回路９において、予め最
大の周波数検出信号レベルに対する実際の周波数検出信
号レベルの比に応じた係数をテーブル（対応表）として
設定しておけば、入力された実際の周波数検出信号レベ
ルに対応した係数を速やかに算出して切換制御信号の位
相進角制御ができるから、回転数の変化に対する出力ト
ルクの追随性も良好となる。

【００５０】なお、最大の周波数検出信号レベルに対す
る実際の周波数検出信号レベルの比に応じた係数テーブ
ル（対応表）は、モータに応じて任意に設定可能であ
る。

【００５１】上述した実施の形態においては、位置検出
素子３と位置検出回路５を分けて図示説明したが、本発
明において位置検出回路５は位置検出素子３を含めた機
能を有すると考えることが可能である。

【００５２】本発明に係るモータの駆動制御装置は面対
向型又は周対向型のブラシレスモータに限らず、広く一
般的なモータに応用可能である。

【００５３】

【発明の効果】以上、説明したように本発明に係る駆動
制御装置、ロータ位置を電気的に位置検出回路で検出
し、そのモータの回転周波数に応じた信号を回転数検出
回路で検出し、その位置検出回路で検出した位置検出信
号に基づき駆動コイルへ印加する駆動電圧を切換える切
換制御信号で、その回転数検出回路からの検出信号レベ
ルに応じて位置検出信号の周期を進角させた切換制御信
号を位相制御回路から出力し、この切換制御信号に基づ
き駆動回路で駆動電圧を駆動コイルへ切換え印加する構
成としたから、モータの回転数が変化しても安定した高
い出力トルクが得られる利点がある。また、上記位相制
御回路として、上記位置検出信号の周期を計測し、上記
回転数検出回路からの最大検出信号に対する実際の検出
信号の比を係数（１〜０）とし、上記計測値にその係数
を乗じた周期でその位置検出回路からの位置検出信号周
期を進角させた切換制御信号を出力するよう形成する構
成では、モータの回転数変化に対する出力トルクの追随
性が良好となる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るモータの駆動制御装置の実施の形
態を示すブロック図である。

【図２】図１の駆動制御装置の動作を説明する波形図で
ある。

【図３】図１の回転数検出回路の動作特性を説明する図
である。

【図４】図１の位相制御回路の具体的構成を示すブロッ
ク図である。

【図５】図１の駆動制御装置の動作を説明する波形図で
ある。

【図６】従来の駆動制御装置を示すブロック図である。

【図７】駆動コイルの構成を示す回路図である。

【図８】駆動電流の位相遅れと出力トルクの関係を示す
特性図である。

【図９】従来の駆動制御装置の動作を示す波形図であ
る。

【符号の説明】

１ 駆動コイル ３ 位置検出素子（ホール素子） ５ 位置検出回路 ７ 駆動回路 ９ 位相制御回路 ９ａ 位置検出周期計測回路 ９ｂ 位相可変制御回路 ９ｃ 進角位相係数算出回路 １１ 周波数発電器 １３ 回転数検出回路 Ｌａ Ｕ相の駆動コイル Ｌｂ Ｖ相の駆動コイル Ｌｃ Ｗ相の駆動コイル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータのロータ位置を電気的に検出する
   位置検出回路と、 前記モータの回転周波数に応じたレベルの電気信号を検
   出する回転数検出回路と、 前記位置検出回路で検出した位置検出信号に基づき前記
   モータの駆動コイルへ印加する駆動電圧を切換える切換
   制御信号を出力する位相制御回路であって、前記回転数
   検出回路からの検出信号レベルに応じて前記位置検出信
   号の周期を進角させた前記切換制御信号を出力する位相
   制御回路と、 この位相制御回路からの前記切換制御信号に基づき前記
   駆動電圧の印加を切換えて前記駆動コイルへ駆動電流を
   切換え通電する駆動回路と、 を具備することを特徴とするモータの駆動制御装置。
2. 【請求項２】 前記位相制御回路は、前記位置検出信号
   の周期を計測し、前記回転数検出回路からの最大検出信
   号に対する実際の検出信号の比を係数（１〜０）とし
   て、前記計測値に前記係数を乗じた周期で前記位置検出
   信号の周期を進角させた前記切換制御信号を出力するも
   のである請求項１記載のモータの駆動制御装置。