JP2001112280A - モータ駆動回路およびこれを用いた回転体駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 正弦波ＰＷＭ方式のモータ駆動回路は、低消
費電力化を図る上で好ましいが、小型ＤＣブラシレスモ
ータに用いた場合には、制御回路系の消費電力やスイッ
チング損失が、駆動系全体の損失の中で大きな比率とな
ってしまう。 【解決手段】 ホール素子２６によって検出されたロー
タマグネットの極位置の反転後の経過時間情報としてノ
コギリ波電圧Ｄ１を生成するとともに、極位置の反転直
前のノコギリ波電圧Ｄ１の電圧レベルを保持し、この保
持した電圧レベルＥに基づいて設定される励磁角度後端
制限レベルＥ１をノコギリ波電圧Ｄ１が超えたときにコ
ンパレータ４０から駆動回路１１に対して駆動電流の遮
断指令（判定出力Ｆの“Ｌ”レベル）を発する一方、ノ
コギリ波電圧Ｄ１が起動用低速判定レベルＧを超えたと
きにはコンパレータ４１から駆動回路１１に対して強制
的に駆動電流の供給指令（判定出力Ｈの“Ｈ”レベル）
を発するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モータ駆動回路お
よびこれを用いた回転体駆動装置に関し、特にＤＣブラ
シレスモータの駆動回路およびＤＣブラシレスモータを
回転体の駆動源とするとともに、当該駆動回路をＤＣブ
ラシレスモータの駆動に用いた回転体駆動装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般的なＤＣブラシレスモータの駆動回
路は、モータとステータの相対角度に関係なく均一に駆
動電圧を与える構成となっている。しかし、ＤＣブラシ
レスモータでは、ロータの内側に発生する磁界が、特に
磁極の境界部分で弱くなり、ロータの周方向の位置によ
って磁界が強い部分と弱い弱い部分とが生じるため、ロ
ータとステータの相対角度によって駆動電流値に対する
トルク発生効率が変化する。したがって、平均して得ら
れる軸トルクは、トルク発生効率が低い回転角度範囲を
も含むため、平均化されることによって低めのトルク発
生効率となり、消費電力が大きくなる。

【０００３】これに対して、回転角度センサまたは同等
機能の演算回路を用いて、トルク発生効率と比例した擬
似的な正弦波電流を生成し、これを駆動電流として与え
ることによって低消費電力化を実現した正弦波ＰＷＭ(p
ulse width modulation)方式のモータ駆動回路が知られ
ている。この正弦波ＰＷＭ方式のモータ駆動回路は、規
模が大きくなりがちな制御回路系の消費電力と、駆動部
トランジスタのスイッチング損失が、駆動系全体の損失
の中で比較的小さな比率となるような中型〜大型のＤＣ
ブラシレスモータ用途の一部に用いられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この正
弦波ＰＷＭ方式のモータ駆動回路を小型ＤＣブラシレス
モータに用いた場合には、制御回路系の消費電力やスイ
ッチング損失が、駆動系全体の損失の中で大きな比率と
なってしまうため、小型ＤＣブラシレスモータの駆動回
路としては不向きである。このため、小型ＤＣブラシレ
スモータ駆動回路として、簡易な回路構成で高い駆動効
率が得られ、かつ制御系および駆動系を含む駆動回路全
体の消費電力が低いものが切望されている。

【０００５】そこで、本発明は、簡易な回路構成で高い
駆動効率が得られ、かつ制御系および駆動系を含む駆動
回路全体の消費電力が低いモータ駆動回路およびこれを
用いた回転体駆動装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によるモータ駆動
回路は、マグネットを配したロータと単数または複数の
駆動コイルを配したステータとを有するとともに、ロー
タマグネットの回転位置を検出する回転位置検出手段を
具備する単相または複数相のＤＣブラシレスモータの駆
動回路であって、回転位置検出手段によって検出された
極位置が反転するのと同期して反転後の経過時間情報を
時間情報生成回路で生成するとともに、極位置の反転直
前の時間情報生成回路の経過時間情報を保持回路で保持
する。そして、経過時間情報が保持回路の保持時間情報
に基づいて設定される第１の規定値に達するまで第１の
制御回路から駆動電流の供給指令を発し、第１の規定値
を超えたときに駆動電流の遮断指令を発する一方、経過
時間情報が第１の規定値よりも大きい第２の規定値を超
えたときに第２の制御回路から駆動電流の供給指令を発
するようにする。このモータ駆動回路は、単相または複
数相のＤＣブラシレスモータを回転体の駆動源とする回
転体駆動装置において、その駆動源の駆動回路として用
いられる。

【０００７】上記構成のモータ駆動回路およびこれを用
いた回転体駆動装置において、時間情報生成回路は、回
転位置検出手段によって検出された極位置が反転するの
と同期して反転後の経過時間情報を生成する。保持回路
は、この時間情報生成回路から出力される極位置の反転
直前の経過時間情報を保持する。そして、この保持時間
情報に基づいて第１の規定値を設定する。第１の制御回
路は、経過時間情報が第１の規定値に達するまで第１の
制御回路から駆動電流の供給指令を発し、第１の規定値
を超えたら駆動電流の遮断指令を発する。第２の制御回
路は、経過時間情報が第２の規定値を超えたら強制的に
駆動電流の供給指令を発する。

【０００８】ここで、モータの回転速度が速いと、極位
置の反転後の経過時間が短くなり、第１の制御回路から
時間情報生成回路の経過時間情報が第１の規定値に達す
るまで発せられる駆動電流の供給指令の発生期間も短く
なるため、駆動電流の流れる期間も短くなって平均的発
生トルクが低下し、モータの回転速度が低下する。一
方、モータの回転速度が遅いと、極位置の反転後の経過
時間が長くなり、第１の制御回路から発せられる駆動電
流の供給指令の発生期間も長くなるため、駆動電流の流
れる期間も長くなって平均的発生トルクが増加し、モー
タの回転速度が上昇する。これにより、モータの回転速
度が維持される。モータの起動時には、モータの回転速
度が極めて遅く、極位置の反転後の経過時間も極めて長
くなり、時間情報生成回路の経過時間情報が第２の規定
値を超えることで、モータに励磁電流を流す。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００１０】図１は、本発明の一実施形態に係るモータ
駆動回路およびこれを含む回転体駆動装置の回路構成例
を示す回路図である。本実施形態では、回転体の駆動源
（モータ）として、例えば単相全波駆動型のＤＣブラシ
レスモータを用いた場合を例に採って説明するが、これ
に限定されるものではない。

【００１１】先ず、単相全波駆動型のＤＣブラシレスモ
ータの構成について、図２を用いてて説明する。当該Ｄ
Ｃブラシレスモータは、４極のロータマグネット２１を
ロータヨーク２２の内壁面側に有する。４個のステータ
コイル２３-1〜２３-4は全て電気的に直列に接続され、
駆動電流によって励磁されることにより、空間的に９０
度ずつ配置された４個のステータコア２４-1〜２４-4の
外周部に軸２５に関して対称側のステータコアとは同極
性でかつ両隣り側のステータコアとは異極性の磁界を発
生するようになっている。

【００１２】ステータ側には、ロータマグネット２１の
回転位置を検出する回転位置検出手段としてホール素子
２６が搭載されている。このホール素子２６は、ロータ
マグネット２１の各磁極から発生される磁界を検出する
ことによってロータマグネット２１の回転位置を検出
し、検出極信号を出力する。そして、後述する駆動回路
１１において、ホール素子２６が出力する検出極信号に
応じてステータコイル２３-1〜２３-4に供給する駆動電
流の方向を変えることで、ロータマグネット２１の回転
位置に依存せずにロータの回転角に対して一定方向の回
転トルクを発生するようになっている。

【００１３】図１において、本実施形態に係るモータ駆
動回路は、モータのステータコイル（負荷コイル）２３
-1〜２３-4に駆動電流を供給するとともに、その駆動電
流の方向をホール素子２６が出力する検出極信号に応じ
て変える駆動回路１１、時間情報生成回路としての時定
数回路１２、この時定数回路１２の出力値を記憶・保持
する保持回路１３および駆動回路１１に対して駆動電流
の供給／遮断の指令を発する第１，第２，第３の制御回
路１４，１５，１６などを有する構成となっている。

【００１４】なお、ホール素子２６は、ｐｎｐトランジ
スタＱ１、ダイオードＤ１および抵抗Ｒ１と共に、電源
（Ｖｃｃ）ライン１７とＧＮＤ（接地）との間に直列に
接続されている。トランジスタＱ１のベースは、電源ラ
イン１７と第１の制御回路１４の出力端との間に直列接
続された抵抗Ｒ２，Ｒ３の共通接続点に接続されてい
る。また、ホール素子２６の電源側端子とＧＮＤとの間
には、コンデンサＣ１が接続されている。

【００１５】先ず、駆動回路１１において、ホール素子
２６の一方の出力は端子Ｔ１および抵抗Ｒ４を介してオ
ープンコレクタの差動コンパレータ３１の非反転（＋）
入力となり、他方の出力は端子Ｔ２を介して直接差動コ
ンパレータ３１の反転（−）入力となる。差動コンパレ
ータ３１の出力端と非反転入力端との間には抵抗Ｒ５
が、電源ライン１７との間には抵抗Ｒ６がそれぞれ接続
されている。

【００１６】演算増幅器３１の出力は、Ｄ‐フリップ・
フロップ（ラッチ回路）３２のＤ入力となる。Ｄ‐フリ
ップ・フロップ３２のＱ出力は、インバータ３３で反転
される。このインバータ３３の反転出力は、インバータ
３４でさらに反転されて排他的論理和回路３５の一方の
入力になるとともに、抵抗Ｒ７を介して排他的論理和回
路３５の他方の入力となる。抵抗Ｒ７の出力側とＧＮＤ
との間には、コンデンサＣ２が接続されている。

【００１７】インバータ３３の反転出力はさらに、イン
バータ３６で反転されて論理積回路３７の一方の入力に
なるとともに、直接論理積回路３８の一方の入力にな
る。論理積回路３７，３８の各出力は、抵抗Ｒ８，Ｒ９
を介してｎｐｎトランジスタＱ２，Ｑ３の各ベースに与
えられる。トランジスタＱ２，Ｑ３は、トランジスタＱ
４〜Ｑ７等と共にモータ駆動出力回路３９を構成してい
る。

【００１８】このモータ駆動出力回路３９において、電
源ライン１７とＧＮＤとの間には、ｐｎｐトランジスタ
Ｑ４とｎｐｎトランジスタＱ５が、ｐｎｐトランジスタ
Ｑ６とｎｐｎトランジスタＱ７がそれぞれ直列に接続さ
れている。トランジスタＱ４，Ｑ５のコレクタ共通接続
点は端子Ｔ３に、トランジスタＱ６，Ｑ７のコレクタ共
通接続点は端子Ｔ４にそれぞれ接続されている。そし
て、端子Ｔ３，Ｔ４間に、ステータコイル２３-1〜２３
-4が接続されている。

【００１９】トランジスタＱ２はコレクタが抵抗Ｒ１０
を介してトランジスタＱ６のベースに、エミッタが直接
トランジスタＱ５のベースにそれぞれ接続されている。
トランジスタＱ３はコレクタが抵抗Ｒ１１を介してトラ
ンジスタＱ４のベースに、エミッタが直接トランジスタ
Ｑ７のベースにそれぞれ接続されている。なお、トラン
ジスタＱ４〜Ｑ７には、逆起電力を吸収するためのダイ
オードＤ３〜Ｄ５がそれぞれ並列に接続されている。

【００２０】時定数回路１２において、電源ライン１７
と端子Ｔ５との間には抵抗Ｒ１２が接続され、端子Ｔ５
とＧＮＤとの間にはコンデンサＣ３が接続されている。
すなわち、抵抗Ｒ１２およびコンデンサＣ３が電源ライ
ン１７とＧＮＤとの間に直列に接続されている。端子Ｔ
５とＧＮＤとの間には、比較的小さい抵抗値を持つ抵抗
Ｒ１３およびｎｐｎトランジスタＱ８が直列に接続され
ている。トランジスタＱ８のベースには、先述した排他
的論理和回路３５の出力が抵抗Ｒ１４を介して与えられ
る。

【００２１】かかる構成の時定数回路１２では、排他的
論理和回路３５の出力に同期して、即ちホール素子２６
によって検出されたロータマグネット２１の極位置が反
転するのに同期して、その反転後の経過時間情報を表わ
すノコギリ波の生成が行われる。この生成されたノコギ
リ波は、反転入力端と出力端とが共通に接続されてボル
テージフォロワ（バッファ）を構成する演算増幅器４９
を介して、保持回路１３および第１，第２，第３の制御
回路１４，１５，１６に対して出力される。

【００２２】保持回路１３は、アノードが演算増幅器４
９の出力端に、カソードが端子Ｔ６に接続されたダイオ
ードＤ２と、端子Ｔ６とＧＮＤとの間に接続されたコン
デンサＣ４とからなるピークホールド回路構成となって
おり、演算増幅器４９の出力のピーク値を記憶・保持す
る。この保持回路１３の出力端（端子Ｔ６）とＧＮＤと
の間には、３個の抵抗Ｒ１５，Ｒ１６，Ｒ１７が直列に
接続されている。これら抵抗Ｒ１５，Ｒ１６，Ｒ１７の
各共通接続点には、保持回路１３の保持電圧を各抵抗比
で分圧された電圧が得られる。

【００２３】抵抗Ｒ１５と抵抗Ｒ１６の共通接続点に得
られる電圧は、抵抗Ｒ１８を介してオープンコレクタの
コンパレータ４０の非反転入力端に与えられる。コンパ
レータ４０は、入力抵抗Ｒ１８および出力端と非反転入
力端との間に接続された帰還抵抗Ｒ１９と共に第１の制
御回路１４を構成している。コンパレータ４０の反転入
力端には、時定数回路１２における演算増幅器４９の出
力が与えられる。

【００２４】このコンパレータ４０の出力は、先述した
トランジスタＱ１のベースに抵抗Ｒ３を介して与えられ
るとともに、インバータ４３を介してＤ‐フリップ・フ
ロップ３２にラッチイネーブル（ＩＥ）信号として与え
られる。インバータ４３は、Ｄ‐フリップ・フロップ３
２のＩＥ動作をコンパレータ４０の出力信号と整合させ
る作用をなす。コンパレータ４０の出力はさらに、論理
和回路４４にその一方の入力としても与えられる。

【００２５】電源ライン１７とＧＮＤとの間には、３個
の抵抗Ｒ２０，Ｒ２１，Ｒ２２が直列に接続されてい
る。これら抵抗Ｒ２０，Ｒ２１，Ｒ２２の各共通接続点
には、電源電圧Ｖｃｃを各抵抗比で分圧した電圧が得ら
れる。そして、抵抗Ｒ２０と抵抗Ｒ２１の共通接続点に
得られる電圧は、オープンコレクタのコンパレータ４１
の反転入力となり、抵抗Ｒ２１と抵抗Ｒ２２の共通接続
点に得られる電圧はオープンコレクタのコンパレータ４
２の反転入力となる。

【００２６】コンパレータ４１，４２は、時定数回路１
２における演算増幅器４９の出力を各反転入力として第
２，第３の制御回路１５，１６を構成している。コンパ
レータ４１の出力端と電源ライン１７との間には抵抗Ｒ
２３が、コンパレータ４２の出力端と電源ライン１７と
の間には抵抗Ｒ２４がそれぞれ接続されている。コンパ
レータ４１の出力は、論理和回路４４にその他方の入力
として与えられる。論理和回路４４の出力は、論理積回
路４５の一方の入力となる。

【００２７】コンパレータ４２の出力は、論理積回路４
５にその他方の入力として与えられる。論理積回路４５
の出力は、ヒゲ状のノイズを吸収するノイズ吸収回路４
６を経て、先述した駆動回路１１における２つの論理積
回路３７，３８に各他方の入力として与えられる。ノイ
ズ吸収回路４６は、論理積回路４５の出力が一方の入力
端に直接与えられる論理積回路４７と、論理積回路４５
の出力を論理積回路４７の他方の入力端に与える抵抗Ｒ
２５と、論理積回路４７の他方の入力端とＧＮＤとの間
に接続されたコンデンサＣ５とから構成されている。

【００２８】次に、上記構成のモータ駆動回路における
回路動作について説明する。先ず、定常時の回路動作に
ついて図３および図４のタイミングチャートを用いて説
明する。図３および図４において、（１）〜（２０）の
各波形は、図２の各部の動作波形を示している。なお、
図３（１）は、ホール素子２６の電源側端子に電源電圧
Ｖｃｃが印加され、ホール素子２６が常時動作する状態
の場合のホール素子２６の出力Ａの波形を示している。
これは実際の動作信号ではないが、説明の都合上記すも
のとする。

【００２９】実際の動作では、トランジスタＱ１がオン
状態となったときに、ホール素子２６の電源側端子に
“Ｈ”レベルが印加される。これにより、ホール素子２
６の電源側端子の電位Ｖは、図３（２）に示すように間
欠的に変化する。このとき、ホール素子２６の出力Ａ
は、図３（３）に実線で示すようになる。図３（３）の
点線は図３（１）の波形である。すなわち、ホール素子
２６の電源側端子の電位Ｖ（２）が“Ｈ”レベルのとき
だけ適切な値をとる。

【００３０】ホール素子２６の一方の出力Ａ（３）は、
差動コンパレータ３１において他方の出力との差動がと
られることにより、図３（４）に示す差動出力Ｂが導出
される。図３（４）の波形において、斜線部は差動出力
Ｂが“Ｈ”レベルにも“Ｌ”レベルにも定まらない不定
領域であることを示している。この差動出力Ｂ（４）
は、Ｄ‐フリップ・フロップ３２のＤ入力となり、コン
パレータ４０の出力Ｆ（１１）の立ち上がりタイミング
でラッチされる。

【００３１】このラッチ動作により、図３（３）に示す
ようにホール素子２６が間欠動作していることによって
生じる差動コンパレータ３１の差動出力Ｂ（４）の不定
領域を排除している。図３（５）の波形は、Ｄ‐フリッ
プ・フロップ３２のＱ出力であるラッチ出力Ｂ１を示し
ている。このラッチ出力Ｂ１（５）は、インバータ３
３，３４を経た後、排他的論理和回路３５の一方の入力
となるとともに、抵抗Ｒ７およびコンデンサＣ２からな
る時定数回路を介して排他的論理和回路３５の他方の入
力となる。

【００３２】排他的論理和回路３５はラッチ出力Ｂ１
（５）が反転した直後に、抵抗Ｒ７およびコンデンサＣ
２の時定数で規定される期間だけ“Ｈ”レベルとなるエ
ッジトリガ信号Ｃを出力する。図３（６）の波形はエッ
ジトリガ信号Ｃを示している。このエッジトリガ信号Ｃ
（６）は、時定数回路１２に与えられる。

【００３３】時定数回路１２において、エッジトリガ信
号Ｃ（６）が“Ｌ”レベルの期間では、トランジスタＱ
８がオフ状態にあり、コンデンサＣ３が抵抗Ｒ１２を通
して充電されるために、コンデンサＣ３の両端の電位差
が増加する。そして、エッジトリガ信号Ｃ（６）が
“Ｈ”レベルになると、トランジスタＱ８がオン状態と
なり、コンデンサＣ３の電荷が抵抗Ｒ１３とトランジス
タＱ８を通して放電するために、コンデンサＣ３の両端
の電位差が急激に減少する。

【００３４】その結果、コンデンサＣ３の一端には、図
３（７）に実線で示すノコギリ波状の電圧波形Ｄが得ら
れる。また、演算増幅器４９がボルテージフォロワとし
て機能することから、その出力波形Ｄ１は、図３（８）
に点線で示すように、電圧波形Ｄと同等の電圧波形とな
る。ノコギリ波状の電圧Ｄ１は、保持回路１３におい
て、ダイオードＤ２でエンベロープ検波されることによ
ってそのピーク値がコンデンサＣ４に保持される。

【００３５】その結果、その保持電圧Ｅは、図３（８）
に細い破線で示す波形となる。この保持電圧Ｅは、抵抗
Ｒ１５，Ｒ１６，Ｒ１７の各抵抗値によって適切な値に
分圧される。これにより、抵抗Ｒ１５と抵抗Ｒ１６の共
通接続点には、図３（８）に太い破線で示す電圧Ｅ１が
得られる。この電圧Ｅ１は、励磁角度後端制限レベル
（第１の規定値）としてコンパレータ４０の非反転入力
端に与えられる。

【００３６】また、電源ライン１７とＧＮＤ間に直列に
接続された抵抗Ｒ２０，Ｒ２１，Ｒ２２の各共通接続点
には分圧電圧Ｇ，Ｉが得られる。これら分圧電圧Ｇ，Ｉ
は固定値であり、変動値である電圧Ｄ１，Ｅ１に対し
て、図３（９）に示す関係となるように設定される。電
圧Ｇは、モータのロータが定常回転しているときに電圧
Ｅ１がとり得る値よりも大きな値とする。そして、電圧
Ｇはモータの起動用低速判定レベル（第２の規定値）と
してコンパレータ４１の反転入力端に与えられ、電圧Ｉ
は励磁角度先端制限レベル（第３の規定値）としてコン
パレータ４２の反転入力端に与えられる。

【００３７】コンパレータ４２は、ノコギリ波電圧Ｄ１
と励磁角度先端制限レベルＩとを比較し、ノコギリ波電
圧Ｄ１が励磁角度先端制限レベルＩよりも小なるとき
に、図４（１０）に示すように、“Ｌ”レベルの判定結
果Ｊを出力する。ここでは、ホール素子２６の信号Ａ
（３）が反転した直後の、駆動電流に対する駆動トルク
の発生効率が低い区間を“Ｌ”レベルとして検出してい
る。

【００３８】コンパレータ４０は、ノコギリ波電圧Ｄ１
と電圧Ｅ１とを比較し、ノコギリ波電圧Ｄ１が電圧Ｅ１
よりも小なるときに、図４（１１）に示すように、
“Ｈ”レベルの判定結果Ｆを出力する。コンパレータ４
１は、ノコギリ波電圧Ｄ１と起動用低速判定レベルＧと
を比較する。定常時には、ノコギリ波電圧Ｄ１が起動用
低速判定レベルＧに達しないことから、その比較結果Ｈ
は図４（１２）に示すように“Ｌ”レベルとなる。した
がって、論理和回路４４の出力Ｋは、図４（１３）に示
すように、コンパレータ４０の判定出力Ｆと同じ波形と
なる。

【００３９】論理和回路４４の出力Ｋとコンパレータ４
２の比較出力Ｊとは論理積回路４５で論理積がとられ
る。その論理積出力Ｌには、図４（１４）に示すよう
に、回路定数のバラツキなどに起因してヒゲ状のノイズ
Ｎが含まれる場合がある。この論理積出力Ｌは、抵抗Ｒ
２５、コンデンサＣ５および論理積回路４７を通過する
ことで、図４（１５）に示すように、そのヒゲ状のノイ
ズＮが吸収されたパルスＭとなる。

【００４０】論理積回路４７の出力パルスＭは、ステー
タコイル２３-1〜２３-4への駆動電流の供給を指令する
制御パルスとして駆動回路１１に与えられる。すなわ
ち、コンパレータ４０の比較出力Ｆ（１１）およびコン
パレータ４２の比較出力Ｊ（１０）が共に“Ｈ”レベル
のときに、ステータコイル２３-1〜２３-4に駆動電流を
流すための制御パルスＭ（１５）が論理積回路４７から
出力される。

【００４１】ここで、モータの回転速度が速いと、電圧
Ｅ１が低くなり、コンパレータ４０の比較出力Ｆ（１
１）が“Ｈ”レベルである期間も短くなるため、駆動電
流が流れる期間も短くなって平均的発生トルクが低下
し、回転速度も低下する。一方、モータの回転速度が遅
いと、電圧Ｅ１が高くなり、コンパレータ４０の比較出
力Ｆ（１１）が“Ｈ”レベルである期間も長くなるた
め、駆動電流が流れる期間も長くなって平均的発生トル
クが増加し、回転速度は上昇する。

【００４２】上記の回路動作により、モータの回転速度
が維持される。しかも、駆動電流は発生トルク効率が高
い区間で与えられることになる。ホール素子２６が極反
転信号を出力する直前および直後の期間は、図２におけ
るロータマグネット２１とステータコア２４-1〜２４-4
の間の磁束密度の絶対値が低下している。これは、この
領域ではトルク発生効率が低くなっているためである。

【００４３】なお、図４のタイミングチャートにおい
て、（１６）は論理積回路（正方向側プリドライバ）３
７の出力Ｐ、（１７）は論理積回路（負方向側プリドラ
イバ）３８の出力Ｑ、（１８）は端子Ｔ４の電圧（正方
向側出力電圧）Ｒ、（１９）は端子Ｔ３の電圧（負方向
側出力電圧）Ｓ、（２０）は負荷コイル（ステータコイ
ル２３-1〜２３-4）の駆動電流の各波形をそれぞれ示し
ている。

【００４４】一方、モータ起動時には、コンパレータ４
０の比較出力Ｆ（１１）およびコンパレータ４２の比較
出力Ｊ（１０）が共に“Ｈ”レベルのときに駆動電流を
流すだけでは平均起動トルクが小さいため、ホール素子
２６が次の極性を検出する角度までロータが回転せず、
起動できない状態に陥る場合がある。そこで、モータ起
動時には、次のような制御を行うようにする。

【００４５】以下に、モータ起動時の回路動作について
図５および図６のタイミングチャートを用いて説明す
る。図５および図６において、（１）〜（１２）の各波
形は、図２の各部の動作波形を示している。

【００４６】モータ起動時は、ホール素子２６の電源側
端子電位Ｖは、図５（１）に示すように、“Ｈ”レベル
の状態にある。このとき、ホール素子２６の出力Ａは、
図５（２）に実線で示すように変化する。

【００４７】一方、時定数回路１２で生成されるノコギ
リ波電圧Ｄ１は、モータの回転速度が遅く、したがって
排他的論理和回路３５から出力されるエッジトリガ信号
Ｃの周期が長いことから、図５（３）に示すように、そ
の電圧レベルが増大する。そして、ノコギリ波電圧Ｄ１
が起動用低速判定レベルＧを超えると、図６（６）に示
すように、コンパレータ４１の判定結果（Ｈ）が“Ｈ”
レベルとなる。

【００４８】このとき、ノコギリ波電圧Ｄ１が励磁角度
先端制限レベルＩよりも大であるため、図５（４）に示
すように、コンパレータ４２の判定結果Ｊが“Ｈ”レベ
ルの状態にある。したがって、コンパレータ４１の判定
結果（Ｈ）が“Ｈ”レベルとなることで、図６（９）に
示すように、論理積回路４７から制御パルスＭが出力さ
れる。

【００４９】すると、駆動回路１１は、これ制御パルス
Ｍ（９）に応答してステータコイル２３-1〜２３-4に励
磁電流を流す。これで、モータを起動することができ
る。モータの回転速度が上昇していくと、やがて時定数
回路１２で生成されるノコギリ波電圧Ｄ１が起動用低速
判定レベルＧを超えなくなり、先述した定常時と同等な
回路動作へ自動的に移行する。

【００５０】なお、図６のタイミングチャートにおい
て、（１０）は論理積回路（正方向側プリドライバ）３
７の出力Ｐ、（１１）は論理積回路（負方向側プリドラ
イバ）３８の出力Ｑ、（１２）は負荷コイル（ステータ
コイル２３-1〜２３-4）の駆動電流の各波形をそれぞれ
示している。

【００５１】上述したように、特に小型のＤＣブラシレ
スモータの駆動回路において、ホール素子２６によって
検出された極位置の反転後の経過時間情報としてノコギ
リ波電圧Ｄ１を生成するとともに、極位置の反転直前の
ノコギリ波電圧Ｄ１の電圧レベルを保持し、この保持し
た電圧レベルＥに基づいて設定される励磁角度後端制限
レベルＥ１をノコギリ波電圧Ｄ１が超えたときにコンパ
レータ４０から駆動回路１１に対して駆動電流遮断指令
（判定出力Ｆの“Ｌ”レベル）を発する一方、ノコギリ
波電圧Ｄ１が起動用低速判定レベルＧを超えたときには
コンパレータ４１から駆動回路１１に対して強制的に駆
動電流供給指令（判定出力Ｈの“Ｈ”レベル）を発する
ようにしたことで、トルク発生効率が高い範囲だけで駆
動電流が供給され、また回転速度に応じて駆動電流の供
給／遮断期間が決まるため、簡単な回路構成にて高効率
なモータ駆動回路が得られる。回路全体でも低消費電力
となり、自己起動機能と速度維持機能の両機能を兼ね備
えたものとなる。

【００５２】また、ホール素子２６によって検出された
極位置の反転直後から、ノコギリ波電圧Ｄ１が励磁角度
先端制限レベル（固定値）Ｉを超えるまでコンパレータ
４２から駆動回路１１に対して強制的に駆動電流の遮断
指令（判定出力Ｊの“Ｌ”レベル）を発するようにした
ことにより、回転速度範囲を絞ることができる。その結
果、速度維持性能を重視したモータの駆動制御を実現で
きる。

【００５３】さらに、トランジスタＱ１や抵抗Ｒ２，Ｒ
３などからなる制限回路で、コンパレータ４０の判定出
力Ｆ（１１）が“Ｈ”レベルの期間、即ち極位置の反転
直後からノコギリ波電圧Ｄ１が励磁角度後端制限レベル
Ｅ１を超えるまでの期間、ホール素子２６の動作を制限
するようにしたことにより、低消費電流状態に保持する
ことができる。

【００５４】なお、本実施形態では、図１において、抵
抗Ｒ２１と抵抗Ｒ２２の共通接続点に得られる電圧（固
定値）を励磁角度先端制限レベルＩとして用いるように
している。この場合には、コンパレータ４２の判定出力
Ｊの“Ｌ”レベル期間が固定となり、回転速度範囲が絞
られる。これに対して、図１に点線にて示すように、電
圧レベルＥに基づく励磁角度後端制限レベルＥ１に応じ
て抵抗Ｒ１６と抵抗Ｒ１７の共通接続点に得られる電圧
（変動値）を励磁角度先端制限レベルＩとして用いるよ
うにすることも可能である。

【００５５】すなわち、ホール素子２６によって検出さ
れた極位置の反転直後から、ノコギリ波電圧Ｄ１が電圧
レベルＥに基づいて設定される励磁角度先端制限レベル
Ｉを超えるまで、コンパレータ４２から駆動回路１１に
対して強制的に駆動電流の遮断指令を発するようにす
る。これにより、比較的広い回転速度範囲で速度制御が
行える。その結果、比較的広い回転速度範囲で駆動効率
を重視したモータの駆動制御を実現できる。

【００５６】なお、上記実施形態では、ロータマグネッ
トの回転位置を検出する回転位置検出手段として、ホー
ル素子２６を用いた場合を例にとって説明したが、これ
に限られるものではなく、他の磁極位置センサを用いて
も良く、さらには同センサの機能を代替すべくコイルか
らの逆起電力信号を検出してロータ回転位置による磁極
性を信号出力する位置検出回路を用いることも可能であ
る。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ロータマグネットの極位置が反転するのと同期して反転
後の経過時間情報を生成するとともに、極位置反転直前
の時間情報を保持し、この保持時間情報に基づいて設定
される第１の規定値を経過時間情報が超えたときに駆動
電流の遮断指令を発する一方、当該経過時間情報が第１
の規定値よりも大きい第２の規定値を超えたときに強制
的に駆動電流の供給指令を発するようにしたことによ
り、簡単な回路構成で自己起動機能および回転速度維持
機能を持つ高効率、低消費電力のモータ駆動回路および
回転体駆動装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の回路構成例を示す回路図
である。

【図２】単相全波駆動型のＤＣブラシレスモータの構成
図である。

【図３】定常時の回路動作を説明するためのタイミング
チャート（その１）である。

【図４】定常時の回路動作を説明するためのタイミング
チャート（その２）である。

【図５】起動時の回路動作を説明するためのタイミング
チャート（その１）である。

【図６】起動時の回路動作を説明するためのタイミング
チャート（その２）である。

【符号の説明】

１１…駆動回路、１２…時定数回路、１３…保持回路、
１４，１５，１６…第１，第２，第３の制御回路、２１
…ロータマグネット、２３-1〜２３-4…ステータコイル
（負荷コイル）、２６…ホール素子、３１，４０〜４２
…オープンコレクタのコンパレータ、３９…モータ駆動
出力回路

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マグネットを配したロータと単数または
   複数の駆動コイルを配したステータとを有するととも
   に、ロータマグネットの回転位置を検出する回転位置検
   出手段を具備する単相または複数相のＤＣブラシレスモ
   ータの駆動回路であって、 前記駆動コイルに駆動電流を供給する駆動回路と、 前記回転位置検出手段によって検出された極位置が反転
   するのと同期して反転後の経過時間情報を生成する時間
   情報生成回路と、 前記極位置の反転直前の前記時間情報生成回路の経過時
   間情報を保持する保持回路と、 前記時間情報生成回路の経過時間情報が前記保持回路に
   保持された保持時間情報に基づいて設定される第１の規
   定値に達するまで前記駆動回路に対して駆動電流の供給
   指令を発し、該第１の規定値を超えたときに駆動電流の
   遮断指令を発する第１の制御回路と、 前記時間情報生成回路の経過時間情報が前記第１の規定
   値よりも大きい第２の規定値を超えたときに前記駆動回
   路に対して駆動電流の供給指令を発する第２の制御回路
   とを備えることを特徴とするモータ駆動回路。
2. 【請求項２】 前記極位置の反転直後から前記時間情報
   生成回路の経過時間情報が前記第１の規定値よりも小さ
   い固定の第３の規定値を超えるまで前記駆動回路に対し
   て駆動電流の遮断指令を発する第３の制御回路を有する
   ことを特徴とする請求項１記載のモータ駆動回路。
3. 【請求項３】 前記極位置の反転直後から前記時間情報
   生成回路の経過時間情報が前記保持回路に保持された保
   持時間情報に基づいて設定される前記第１の規定値より
   も小さい第３の規定値を超えるまで前記駆動回路に対し
   て駆動電流の遮断指令を発する第３の制御回路を有する
   ことを特徴とする請求項１記載のモータ駆動回路。
4. 【請求項４】 前記極位置の反転直後から前記第１の制
   御回路が駆動電流の遮断指令を発するまでの期間、前記
   回転位置検出手段の動作を制限する制限回路を有するこ
   とを特徴とする請求項１記載のモータ駆動回路。
5. 【請求項５】 マグネットを配したロータと単数または
   複数の駆動コイルを配したステータとを有し、回転体の
   駆動源となる単相または複数相のＤＣブラシレスモータ
   と、 前記ＤＣブラシレスモータのロータマグネットの回転位
   置を検出する回転位置検出手段と、 前記ＤＣブラシレスモータの駆動コイルに駆動電流を供
   給する駆動回路と、 前記回転位置検出手段によって検出された極位置が反転
   するのと同期して反転後の経過時間情報を生成する時間
   情報生成回路と、 前記極位置の反転直前の前記時間情報生成回路の経過時
   間情報を保持する保持回路と、 前記時間情報生成回路の経過時間情報が前記保持回路に
   保持された保持時間情報に基づいて設定される第１の規
   定値に達するまで前記駆動回路に対して駆動電流の供給
   指令を発し、該第１の規定値を超えたときに駆動電流の
   遮断指令を発する第１の制御回路と、 前記時間情報生成回路の経過時間情報が前記第１の規定
   値よりも大きい第２の規定値を超えたときに前記駆動回
   路に対して駆動電流の供給指令を発する第２の制御回路
   とを備えることを特徴とする回転体駆動装置。
6. 【請求項６】 前記極位置の反転直後から前記時間情報
   生成回路の経過時間情報が前記第１の規定値よりも小さ
   い固定の第３の規定値を超えるまで前記駆動回路に対し
   て駆動電流の遮断指令を発する第３の制御回路を有する
   ことを特徴とする請求項５記載の回転体駆動装置。
7. 【請求項７】 前記極位置の反転直後から、前記時間情
   報生成回路の経過時間情報が前記保持回路に保持された
   保持時間情報に基づいて設定される前記第１の規定値よ
   りも小さい第３の規定値を超えるまで前記駆動回路に対
   して駆動電流の遮断指令を発する第３の制御回路を有す
   ることを特徴とする請求項５記載の回転体駆動装置。
8. 【請求項８】 前記極位置の反転直後から前記第１の制
   御回路が駆動電流の遮断指令を発するまでの期間、前記
   回転位置検出手段の動作を制限する制限回路を有するこ
   とを特徴とする請求項５記載の回転体駆動装置。