JP2000270582A - ブラシレスモータの駆動装置及びブラシレスモータの駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ブラシレスモータの様々な駆動条件につい
て、通電信号を電気的に処理すること無く対応すること
を可能とする。 【解決手段】 操作制御部は、ユーザによりテープの再
生，早送りなどの操作が行われると、各操作に適したモ
ータ１の駆動条件に応じて変位機構部１７のプランジャ
１３に対する通電のＯＮ／ＯＦＦを制御し、位置センサ
２ｕ〜２ｗとステータ２３との相対位置を変位させるこ
とで、位置センサ２ｕ〜２ｗより出力される位置検出信
号Ｈｕ〜Ｈｗに基づいて論理合成部より出力される通電
信号Ｄｕ〜Ｄｗの各相巻線に対する通電タイミングを機
械的手段によって変更する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ブラシレスモータ
を構成するロータの位置を位置センサにより検出し、検
出された位置に基づいてステータの巻線に通電を行うブ
ラシレスモータの駆動装置及びブラシレスモータの駆動
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、三相のブラシレスモータ（以
下、単にモータと称す）１を１２０度通電方式により駆
動する場合には、図３に示すように、ホールＩＣなどで
構成される３個の位置センサ２ｕ，２ｖ，２ｗを１２０
度間隔で基板３に取付けモータ１の内部に配置して、円
筒形の永久磁石で構成されるロータ４の回転位置を検出
するようになっている。

【０００３】そして、図４に示すように、その三相分の
検出信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗを論理合成することで三相の
１２０度通電信号Ｄｕ〜Ｄｗを生成し、図示しないイン
バータなどの通電手段を介してステータコア５の各相巻
線（図示せず）に通電を行うようになっている。尚、通
電信号Ｄｕ〜Ｄｗにおいて、インバータアームの正側に
与える信号には“ｐ”，負側に与える信号には“ｎ”を
付して示している。

【０００４】このように、３個の位置センサ２をステー
タコア５における各ティース部５ａの中心に合わせて配
置した場合は、通電信号Ｄｕ〜Ｄｗの通電タイミング
は、図４に示すように、各相の誘起電圧に対して電気角
３０度〜１５０度の位相で出力されるようになり、信号
のパルス幅の中心が、誘起電圧振幅が最大となる時点に
一致している。

【０００５】ところで、図５は、モータのトルク定数
と、１２０度通電信号のタイミングとの関係を示す図で
ある。この図５において、基準タイミングＯとは、上述
の各相の誘起電圧に対して電気角３０度〜１５０度の位
相で出力される通電信号のタイミングに該当する。そし
て、トルク定数のピークは、巻線のインダクタンスやリ
ラクタンストルクの影響を受けることにより基準タイミ
ングＯから進み位相方向にずれを生じている。また、こ
のずれは、巻線に流れる電流値によっても変化する。

【０００６】即ち、基準タイミングＯより進み位相とな
るタイミングＬで通電を行うとトルク定数は相対的に高
くなり、基準タイミングよりも遅れ位相となるタイミン
グＲで通電を行うとトルク定数は相対的に低くなる傾向
にある。更に、モータは、トルクと回転数とが反比例す
ることから、モータを低回転数且つ高トルクで駆動する
場合には、トルク定数が大となるタイミングＬで通電を
行うのが望ましく、逆に、モータを高速出力且つ低トル
クで駆動する場合には、タイミングＲで通電を行うのが
望ましい。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上のことから、モー
タ１の駆動条件が高トルク出力，高速出力の何れも想定
される場合には、例えば、高トルク条件対応のタイミン
グＬにより通電信号Ｄｕ〜Ｄｗが生成されるように位置
センサ２を配置し、生成された通電信号Ｄｕ〜Ｄｗの出
力タイミングを電気的に遅延させることで、高速出力条
件にも対応させるようにしている。

【０００８】しかしながら、このように信号を電気的に
処理する場合には、高価なマイクロコンピュータや専用
の論理回路等を必要とすることになる。また、電気的に
処理されて生成される信号は、位置センサ２による位置
検出のタイミングから処理時間分の遅れを持つため、起
動時や急激な負荷変動時には対応が間に合わない場合が
あり、振動や騒音が発生したり、或いは、通電エラーが
発生するなどの問題があった。

【０００９】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、ブラシレスモータの様々な駆動条件
について、通電信号を電気的に処理すること無く対応す
ることができるブラシレスモータの駆動装置及びブラシ
レスモータの駆動方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載のブラシレスモータの駆動装置は、ブ
ラシレスモータを構成するロータの位置を検出し、位置
検出信号を出力する位置センサと、この位置センサによ
って出力される位置検出信号に基づいて、前記ブラシレ
スモータを構成するステータの巻線に通電を行う通電手
段と、前記位置センサと前記ステータとの相対位置を変
位させるための変位機構とを備え、前記変位機構により
前記相対位置を変位させることで、前記通電手段による
通電タイミングを変更することを特徴とする。

【００１１】また、請求項５記載のブラシレスモータの
駆動方法は、ブラシレスモータを構成するロータの位置
を位置センサにより検出し、その位置センサにより出力
される位置検出信号に基づいてステータの巻線に通電を
行うことで前記ブラシレスモータを駆動する方法におい
て、前記位置センサと前記ステータとの相対位置を変位
させることで、前記巻線に対する通電タイミングを変更
することを特徴とする。

【００１２】即ち、ブラシレスモータの駆動条件に応じ
て、位置センサとステータとの相対位置を変位機構によ
って変位させることで、位置センサより出力される位置
検出信号に基づいて通電手段が巻線に通電を行うタイミ
ングを変化させることができる。従って、従来のように
通電タイミングを電気的に処理するものとは異なり、専
用のマイコンや論理回路を必要とせず、駆動条件に応じ
て通電タイミングを処理時間の遅れを生じることなく変
化させることが可能となる。

【００１３】この場合、請求項２に記載したように、ブ
ラシレスモータの駆動条件として高トルク出力が要求さ
れる場合には、通電タイミングがブラシレスモータの巻
線に発生する誘起電圧に対して相対的に進み位相となる
ように変位機構によって相対位置を変位させ、前記駆動
条件として高速出力が要求される場合には、通電タイミ
ングが前記誘起電圧に対して相対的に遅れ位相となるよ
うに変位機構によって相対位置を変位させるように構成
すると良い。

【００１４】また、請求項６に記載したように、ブラシ
レスモータの駆動条件として高トルク出力が要求される
場合には、通電タイミングがブラシレスモータの巻線に
発生する誘起電圧に対して相対的に進み位相となるよう
に相対位置を変位させ、前記駆動条件として高速出力が
要求される場合には、通電タイミングが前記誘起電圧に
対して相対的に遅れ位相となるように相対位置を変位さ
せると良い。

【００１５】即ち、通電タイミングが誘起電圧に対して
相対的に進み位相となると、ブラシレスモータの出力特
性は高トルク出力に適したものとなり、通電タイミング
が誘起電圧に対して相対的に遅れ位相となると、前記出
力特性は高速出力に適したものとなる。従って、斯様に
構成すれば、ブラシレスモータの出力特性が要求された
各駆動条件に適したものとなるように通電タイミングが
調整される。

【００１６】更に、請求項３に記載したように、変位機
構に、位置センサが配置される配置用部材を備え、この
配置用部材をステータ位置に対して変位させるように構
成し、或いは、請求項４に記載したように、変位機構
を、ステータをロータの駆動方向に対して変位させるよ
うに構成しても良い。

【００１７】また、請求項７に記載したように、位置セ
ンサが配置される配置用部材をステータ位置に対して変
位させることで巻線に対する通電タイミングを変更した
り、或いは、請求項８に記載したように、ステータをロ
ータの駆動方向に対して変位させることで巻線に対する
通電タイミングを変更するようにしても良い。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例につい
て、図１及び図２を参照して説明する。尚、図３と同一
部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部
分についてのみ説明する。図１は、ブラシレスモータ１
の要部の構成を示すものであり、（ａ）は分解斜視図、
（ｂ）は基板３の裏面側を示す平面図、（ｃ）は（ｂ）
のＡ−Ｏ−Ａ′断面図である。

【００１９】図１（ｂ），（ｃ）において、ベース板１
１は、３つの位置センサ２ｕ，２ｖ，２ｗが取り付けら
れている円環状の基板（配置用部材）３よりも径大な円
環状をなしており、その内周部には、基板３の外径に合
わせて形成された段部１１ａを有している。そして、基
板３は、その段部１１ａに係合されてベース板１１によ
り回動自在に支持されるようになっている。尚、ベース
板１は、図１（ａ）では図示を省略している。

【００２０】図１（ｂ）及び（ｃ）に示すように、基板
３の裏面側（位置センサ２の取付面と反対側）には、図
１（ｂ）に示す断面がコ字状をなす係合部材１２が接着
などにより固定されており、その係合部材１２は、ベー
ス板１１に設けられている切欠部１１ｂを介して下方へ
突出するようになっている。尚、切欠部１１ｂは、円周
方向については係合部材１２の外形寸法よりも大きめに
形成されている。

【００２１】プランジャ１３は、先端部１４ａの断面形
状がＴ字をなす可動子１４を備えており、本体はベース
板１１の裏面に固定されている。そして、係合部材１２
の一端側１２ａには、可動子１４の先端部１４ａが係合
されている。また、バネ１５は、一端がベース板１１の
裏面に設けられた突起部１６に取り付けられている。そ
して、係合部材１２の他端側１２ｂには、バネ１５の他
端が係合されて取り付けられている。

【００２２】基板３は、通常はバネ１５の弾性力によっ
て係合部材１２が図１（ｂ）に示すＣＣＷ方向に引き寄
せられた状態にある。その状態からプランジャ１３に通
電が行われると、可動子１４はプランジャ１３側に引き
寄せられるようになっている。すると、係合部材１２は
バネ１５の弾性力に抗して図１（ｂ）に示すＣＷ方向に
引き寄せられるようになる。

【００２３】即ち、プランジャ１３に対する通電，非通
電に応じて、基板３自体がベース板１１に対してＣＣＷ
方向，ＣＷ方向に回動することで、位置センサ２ｕ，２
ｖ，２ｗとステータコア５の各ティース部５ａとの相対
位置が変位するようになっている。

【００２４】ここで、ロータ４が（裏面側から見て）Ｃ
Ｗ方向に回転する場合には、位置センサ２ｕ〜２ｗをＣ
Ｗ方向に変位させると、通電信号Ｄｕ〜Ｄｗの通電タイ
ミングは図５に示すタイミングＲ（基準タイミングＯに
対して遅れ位相：高速出力対応）となり、位置センサ２
ｕ〜２ｗをＣＣＷ方向に変位させると、通電タイミング
はタイミングＬ（進み位相：高トルク出力対応）とな
る。また、ロータ４がＣＣＷ方向に回転する場合には、
上記関係が逆になることは言うまでも無い。尚、基板
３，係合部材１２，プランジャ１３及びバネ１４は、変
位機構部（変位機構）１７を構成している。

【００２５】図２は、電気的構成を示す機能ブロック図
である。インバータ主回路１８は、トランジスタＴ１〜
Ｔ６を三相ブリッジ接続して構成されている。各トラン
ジスタＴ１〜Ｔ６のコレクタ−エミッタ間には、フリー
ホイールダイオードＤ１〜Ｄ６が逆並列に接続されてい
る。駆動電源部１９は、交流電源２０を整流及び平滑し
てモータ１駆動用の直流電源を生成し、インバータ主回
路１８の直流母線２１ａ，２１ｂに印加するようなって
いる。そして、インバータ主回路１８の各相出力端子１
８ｕ，１８ｖ，１８ｗは、一端がスター結線されている
モータ１の各相巻線２２ｕ，２２ｖ，２２ｗの各他端に
接続されている。ステータコア５及び各相巻線２２ｕ，
２２ｖ，２２ｗはステータ２３を構成している。

【００２６】位置センサ２ｕ，２ｖ，２ｗによって出力
される位置検出信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗは、論理合成部２
４に入力されるようになっている。論理合成部２４は、
これらの位置検出信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗを適宜論理合成
することで図４に示すものと同様に通電信号Ｄｕ，Ｄ
ｖ，Ｄｗを形成し、ドライバ２５を介してインバータ主
回路１８を構成する各トランジスタＴ１〜Ｔ６のベース
に出力するようになっている。尚、論理合成部２４，ド
ライバ２５及びインバータ主回路１８は、通電手段２６
に対応する。

【００２７】操作制御部２７は、例えば、ユーザがモー
タ１の駆動条件を入力するために設けられている。そし
て、操作制御部２７は、入力された駆動条件に応じて駆
動電源部１９に電圧制御信号を与えて、インバータ主回
路１８に供給する駆動電源の電圧を制御し、また、変位
機構部１７のプランジャ１３に対する通電をＯＮ／ＯＦ
Ｆすることで、位置センサ２ｕ〜２ｗとステータコア５
の各ティース部５ａ及び各相巻線２２ｕ〜２２ｗ（即
ち、ステータ２３）との相対位置を変位させるようにな
っている。

【００２８】次に、本実施例の作用について説明する。
ここで、モータ１を、例えば、カセットテープの再生装
置におけるキャプスタン駆動用に適用した場合を想定す
る。この場合、テープを普通に再生(PLAY)する時は、モ
ータ１を比較的低速で回転させればよく、また、高いト
ルクを得ることで安定した回転状態を維持することが重
要である。そして、テープを早送り(FF)する場合には、
モータ１を比較的高速で回転させる必要がある一方、ト
ルクを得ることは重要では無い。

【００２９】従って、例えば、ＣＷ方向がモータ１の正
回転方向であれば、操作制御部２７は、ユーザにより再
生(PLAY)キー（図示せず）のオン操作が行われると、プ
ランジャ１３に対して通電を行わず位置センサ２ｕ〜２
ｗをＣＣＷ方向に変位させた状態とする。すると、通電
信号Ｄｕ〜Ｄｗの通電タイミングは、図５に示すタイミ
ングＬ（進み位相）となって高トルク対応のタイミング
になり、モータ１がキャプスタンを低速且つ高トルクで
回転させることで安定したテープの再生が行われる。

【００３０】また、操作制御部２７は、ユーザにより早
送り(FF)キー（図示せず）のオン操作が行われると、駆
動電源部１９に制御信号を与えて駆動電源電圧を上昇さ
せると共に、プランジャ１３に対する通電を行うことで
位置センサ２ｕ〜２ｗをＣＷ方向に変位させる。する
と、通電信号Ｄｕ〜Ｄｗの通電タイミングは、図５に示
すタイミングＲ（遅れ位相）となって高速出力対応のタ
イミングになり、モータ１がキャプスタンを高速で回転
させることでテープの早送りが行われる。

【００３１】以上のように本実施例によれば、操作制御
部２７は、ユーザによりテープの再生，早送りなどの操
作が行われると、各操作に適したモータ１の駆動条件に
応じて変位機構部１７のプランジャ１３に対する通電の
ＯＮ／ＯＦＦを制御し、基板３をＣＣＷ方向，ＣＷ方向
に回動させて位置センサ２ｕ〜２ｗとステータ２３との
相対位置を変位させることで、位置センサ２ｕ〜２ｗよ
り出力される位置検出信号Ｈｕ〜Ｈｗに基づいて論理合
成部２４より出力される通電信号Ｄｕ〜Ｄｗの通電タイ
ミングを機械的手段によって変更するようにした。

【００３２】従って、従来とは異なり、通電タイミング
を電気的に変更するための専用のマイクロコンピュータ
や回路部などを必要とすること無く低コストで構成する
ことができる。また、駆動条件が変化した場合でも、通
電タイミングを、処理時間の遅れを生じること無く変更
することができ、起動時や急激な負荷変動時における騒
音や振動及び通電エラーなどの発生を抑制することがで
きる。

【００３３】そして、本実施例によれば、モータ１の駆
動条件として高トルク出力が要求される場合には、通電
タイミングが巻線２２ｕ〜２２ｗに発生する誘起電圧に
対して相対的に進み位相となるように変位機構部１７に
よって相対位置を変位させ、駆動条件として高速出力が
要求される場合には、通電タイミングが誘起電圧に対し
て相対的に遅れ位相となるように相対位置を変位させる
ようにした。従って、モータ１の出力特性が要求された
各駆動条件に適したものとなるように、通電タイミング
を調整することができる。

【００３４】本発明は上記し且つ図面に記載した実施例
にのみ限定されるものではなく、次のような変形または
拡張が可能である。変位機構は、位置センサ側を変位さ
せるものに限ること無く、ステータ２３側を変位させる
ように構成しても良い。駆動電源部１９によりインバー
タ主回路１８に供給する駆動電源電圧を変化させる代わ
りに、駆動電源電圧を一定として、論理合成部２４の内
部にＰＷＭ信号発生回路を組み込んで、操作制御部２７
からの制御信号に応じて通電信号Ｄｕ〜ＤｗをＰＷＭ信
号としてインバータ主回路１８に与えるようにしても良
い。上記実施例とは逆に、ＣＣＷ方向をモータ１の正回
転方向として、再生(PLAY)キーのオン操作が行われた場
合にはプランジャ１３に対して通電を行い、早送り(FF)
キーがオン操作された場合にはプランジャ１３に通電を
行わないようにしても良い。カセットテープの再生装置
に限ること無く、ＶＴＲの再生装置など、その他、ブラ
シレスモータの駆動条件が比較的大きく変化するものに
有効に適用することができる。また、直線的に駆動する
アクチュエータに対して適用することも可能である。

【００３５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ブラシレ
スモータの駆動条件に応じてロータの回転方向における
位置センサとステータとの相対位置を変位機構により変
位させることで、位置センサより出力される位置検出信
号に基づいて通電手段が巻線に通電を行うタイミングを
変化させることができる。従って、従来のように通電タ
イミングを電気的に処理するものとは異なり、専用のマ
イコンや論理回路等を必要とせず、低コストで構成する
ことができると共に、通電タイミングを、処理時間の遅
れを生じること無く変更することができ、起動時や急激
な負荷変動時における騒音や振動及び通電エラーなどの
発生を抑制することができる。

【００３６】また、本発明によれば、ブラシレスモータ
の駆動条件として高トルク出力が要求される場合には、
通電タイミングが巻線に発生する誘起電圧に対して相対
的に進み位相となるように相対位置を変位させ、前記駆
動条件として高速出力が要求される場合には、通電タイ
ミングが前記誘起電圧に対して相対的に遅れ位相となる
ように相対位置を変位させるので、ブラシレスモータの
出力特性が要求された各駆動条件に適したものとなるよ
うに通電タイミングを調整することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明の一実施例を示すブラシレス
モータの要部の分解斜視図、（ｂ）は基板３の裏面側を
示す平面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ｏ−Ａ′断面図

【図２】電気的構成を示す機能ブロック図

【図３】従来技術を示す図１（ａ）相当図

【図４】各信号のタイミングチャート

【図５】通電タイミングの位相とブラシレスモータのト
ルク定数との関係を示す図

【符号の説明】

１はブラシレスモータ、２ｕ，２ｖ，２ｗは位置セン
サ、３は基板（配置用部材）、４はロータ、１７は変位
機構部（変位機構）、２２ｕ，２２ｖ，２２ｗは巻線、
２３はステータ、２６は通電手段、２７は操作制御部を
示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中山 忠弘 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株 式会社東芝生産技術研究所内 Ｆターム(参考） 5H019 AA00 AA06 BB01 BB05 BB15 BB20 BB23 CC03 FF01 5H560 AA05 BB04 BB07 BB12 DA02 DA19 DB02 DC20 EB01 EC10 JJ12 SS07 UA02 XA08 XA11 XA15

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ブラシレスモータを構成するロータの位
   置を検出し、位置検出信号を出力する位置センサと、 この位置センサによって出力される位置検出信号に基づ
   いて、前記ブラシレスモータを構成するステータの巻線
   に通電を行う通電手段と、 前記位置センサと前記ステータとの相対位置を変位させ
   るための変位機構とを備え、 前記変位機構により前記相対位置を変位させることで、
   前記通電手段による通電タイミングを変更することを特
   徴とするブラシレスモータの駆動装置。
2. 【請求項２】 ブラシレスモータの駆動条件として高ト
   ルク出力が要求される場合には、通電タイミングがブラ
   シレスモータの巻線に発生する誘起電圧に対して相対的
   に進み位相となるように変位機構によって相対位置を変
   位させ、 前記駆動条件として高速出力が要求される場合には、通
   電タイミングが前記誘起電圧に対して相対的に遅れ位相
   となるように変位機構によって相対位置を変位させるこ
   とを特徴とする請求項１記載のブラシレスモータの駆動
   装置。
3. 【請求項３】 変位機構は、位置センサが配置される配
   置用部材を備え、この配置用部材をステータ位置に対し
   て変位させるように構成されていることを特徴とする請
   求項１または２記載のブラシレスモータの駆動装置。
4. 【請求項４】 変位機構は、ステータをロータの駆動方
   向に対して変位させるように構成されていることを特徴
   とする請求項１または２記載のブラシレスモータの駆動
   装置。
5. 【請求項５】 ブラシレスモータを構成するロータの位
   置を位置センサにより検出し、その位置センサより出力
   される位置検出信号に基づいてステータの巻線に通電を
   行うことで前記ブラシレスモータを駆動する駆動方法に
   おいて、 前記位置センサと前記ステータとの相対位置を変位させ
   ることで、前記巻線に対する通電タイミングを変更する
   ことを特徴とするブラシレスモータの駆動方法。
6. 【請求項６】 ブラシレスモータの駆動条件として高ト
   ルク出力が要求される場合には、通電タイミングがブラ
   シレスモータの巻線に発生する誘起電圧に対して相対的
   に進み位相となるように相対位置を変位させ、 前記駆動条件として高速出力が要求される場合には、通
   電タイミングが前記誘起電圧に対して相対的に遅れ位相
   となるように相対位置を変位させることを特徴とする請
   求項５記載のブラシレスモータの駆動方法。
7. 【請求項７】 位置センサが配置される配置用部材をス
   テータ位置に対して変位させることで、巻線に対する通
   電タイミングを変更することを特徴とする請求項５たは
   ６記載ブラシレスモータの駆動方法。
8. 【請求項８】 ステータを前記ロータの駆動方向に対し
   て変位させることで、巻線に対する通電タイミングを変
   更することを特徴とする請求項５または６記載ブラシレ
   スモータの駆動方法。