JP2002345286A

JP2002345286A - ３相半波駆動ブラシレスモータの駆動装置

Info

Publication number: JP2002345286A
Application number: JP2001148615A
Authority: JP
Inventors: Kunio Seki; 邦夫関
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-05-18
Filing date: 2001-05-18
Publication date: 2002-11-29
Also published as: US20020171388A1; CN1387311A; DE10221159A1

Abstract

(57)【要約】【課題】ノイズ等の影響を受けにくくかつカウンタや
ＡＤコンバータなども必要としない簡単な構成で、正確
にステータに対するロータの静止位置を識別して通電を
開始する巻き線を決定して制御することで、モータ起動
時に所望の方向へ正しく回転させることが可能な３相半
波駆動ブラシレスモータの駆動制御技術を提供する。【解決手段】ロータが静止しているときにロータを動
かすことがないような短いパルス電流をいずれか２つの
ステータ巻き線にそれぞれ流し、ロータの静止位置の違
いによって微妙に変化するインダクタンスの差で生じる
キックバック時間の差に基づいてロータ静止位置を識別
し、通電開始相を決定するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、３相半波駆動ブラシレ
スモータの駆動制御技術さらにはロータ停止位置の検出
方式および回転開始時における起動方式に適用して有効
な技術に関し、例えばポータブルＡＶ機器など低価格が
要求される機器の主モータに利用して有効な技術に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、３相直流ブラシレスモータの駆動
方式には、１つの相のステータ巻き線から他の相のステ
ータ巻き線に向かって電流を流して駆動する全波駆動方
式と、各相のステータ巻き線の一端が共通に接続されて
いるセンタタップを電源電圧端子に接続してセンタタッ
プからいずれか１つの相のステータ巻き線へのみ電流を
流して駆動する半波駆動方式とがある。こられの駆動方
式のうち全波駆動方式は精度の高い駆動制御が可能であ
るため、ハードディスク装置のようなディスク型記憶装
置における記憶媒体を回転駆動するスピンドルモータの
駆動に用いられている。

【０００３】一方、半波駆動方式は全波駆動方式ほど精
度の高い駆動制御は行なえないものの、回路がシンプル
であり、部品点数が少なくて済むためシステムのコスト
ダウンを図るのに有効であるという利点がある。また、
直流ブラシレスモータには３相直流ブラシレスモータの
他に２相直流ブラシレスモータもあり、この２相直流ブ
ラシレスモータの駆動にも半波駆動方式があるが、３相
半波駆動直流ブラシレスモータは２相半波駆動直流ブラ
シレスモータのようなトルクディップがないとともに、
回転方向の切り替えが容易であるという利点がある。

【０００４】図１は、従来の３相１２極ブラシレスモー
タの概略構成図を示す。図１において、１はロータマグ
ネット、２はステータコア、３ａ，３ｂ，３ｃは第１の
相（たとえばＵ相）の巻線、４ａ，４ｂ，４ｃは第２の
相（たとえばＶ相）の巻線、５ａ，５ｂ，５ｃは第３の
相（たとえばＷ相）の巻線を示す。かかる３相ブラシレ
スモータは、駆動効率に優れているとともにトルクリッ
プルが小さいことから、パーソナルコンピュータに組み
込まれる各種ディスク装置のスピンドルモータ、その他
ＯＡ機器およびＡＶ機器の主モータとして多用されてい
る。

【０００５】従来、上記３相ブラシレスモータには、ロ
ータの位置を検出して通電相を決定するためにホール素
子等の位置検出素子を用いるセンサタイプと、位置検出
素子を用いないいわゆるセンサレスタイプがある。これ
ら２つのタイプを比較すると、その作り易さ、経済性、
小型化の点でセンサレスタイプの方が優れているため、
近年ではセンサレスタイプの需要が増えつつある。

【０００６】ところで、センサレスタイプの３相モータ
の起動には特殊な技術が必要で、以下のような２つの方
式がある。１つは、ロータの静止位置には無関係に起動
回路にて回転磁界を発生させ、回転磁界につられてロー
タが回転し始めたところで通電していない相の逆起電力
をとらえ、通電相の切り替えを行いながら回転を維持し
ていく方法である。この方法では起動時にロータの静止
位置とは無関係にあらかじめプログラムされたシーケン
スにしたがって常に同じ相から励磁が開始されるため、
５割の確率で目的とは反対の方向に一瞬動き出すバック
モーションと呼ばれる動作が生じることがある。このバ
ックモーションはモータの起動時間に影響するだけでな
く、用途によってはモータまたは他の構造物に致命的損
傷を与えることがあるため、できるだけ回避しなければ
ならない。

【０００７】センサレスタイプモータの起動方式のもう
１つは、起動時にあらかじめロータの静止位置を探り、
その結果に基いて励磁開始相を決定する方式であり、こ
の方式ではバックモーションの発生を回避することがで
きる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ホールセンサの如き位
置検出センサを使わないでブラシレスモータにおけるロ
ータの静止位置を検出する方法としては、特開昭６３−
６９４８９号あるいは特公平８−１３１９６号が公知で
ある。これらの先願発明はいずれの場合も、ロータの静
止位置によってステータ巻き線のインダクタンスが微妙
に変化する性質を利用し、ロータが反応しないような短
時間のパルス電流をステータ巻き線に順次印加し、ステ
ータ巻き線に流れる電流の立ち上がり時定数の変化から
ロータ静止位置を識別するものである。

【０００９】しかしながら、電流の立ち上がり時定数の
変化は極僅かで、また電流は直接読み取れないため一旦
電圧に変換する必要があるが、電圧に変換した後でも数
１０ｍＶから数１００ｍＶと小さい値であるので、ノイ
ズの影響を受けやすいという欠点がある。また、電流の
立ち上がり時定数の変化を比較するために、時間を計数
するためのカウンタまたは電圧を比較するためのＡＤコ
ンバータやコンパレータ等の回路が必要になり、回路規
模が大きくなるという不具合もある。

【００１０】本発明の目的は、ノイズ等の影響を受けに
くくかつカウンタやＡＤコンバータなども必要としない
簡単な構成で、正確にステータに対するロータの静止位
置を識別して通電を開始する巻き線を決定することがで
き、モータ起動時にロータを所望の方向へ正しく回転さ
せることが可能な３相ブラシレスモータの半波駆動制御
技術を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、インダクタン
スをターンオフしたときに発生するキックバック電圧の
幅すなわちキックバック時間がロータの静止位置の違い
により異なることに着目して、キックバック時間の長短
を判定することでロータの静止位置の識別を行う。すな
わち、ロータが静止しているときにロータを動かすこと
がないような短いパルス電流をいずれか２つのステータ
巻き線にそれぞれ流し、ロータの静止位置の違いによっ
て微妙に変化するインダクタンスの差で生じるキックバ
ック時間の差に基づいてロータ静止位置を識別し、通電
開始相を決定するようにしたものである。

【００１２】より具体的には、一方の端が電源電圧端子
に接続された３相のステータ巻き線を備えたブラシレス
モータの各相の巻き線に流す電流を切り替えることでモ
ータを回転駆動する３相半波駆動ブラシレスモータ駆動
装置において、上記モータの各相のステータ巻き線に選
択的に通電する出力回路と、上記巻き線のうち非通電相
の巻き線に誘起される逆起電力を検出する逆起電力検出
回路と、上記逆起電力検出回路の検出信号に基づいて上
記出力回路を制御する制御ロジックと、上記モータの各
相のステータ巻き線へロータが反応しない短い時間だけ
通電してターンオフ後に各巻き線に生じるキックバック
電圧の幅を比較してロータの静止位置を検出する静止位
置検出手段とを設け、上記静止位置検出手段により検出
されたロータ静止位置に基づいていずれかの相の巻き線
へ電流を流してモータを起動するようにしたものであ
る。これにより、ホール素子を用いることなく、しかも
カウンタやＡＤコンバータ等の回路を設けることなく、
ステータに対するロータの位置を識別して通電を開始す
る巻き線を決定してモータを所望の方向へ回転起動する
ことができる。

【００１３】また、望ましくは、上記制御ロジックは、
３相のステータ巻線のうち、いずれか２つの相のステー
タ巻線に同時に短時間だけ電流を流すように上記出力回
路を制御して、電流が流された２つの相の電流遮断後の
キックバック電圧の時間差に基づいてロータ静止位置を
検出する。これにより、２つの相のステータ巻き線に同
時にキックバック電圧を発生させて、それを比較するこ
とで短時間にステータに対するロータの位置を識別する
ことができる。すなわち、２つの相への通電を別々に行
なってそれぞれにおいて発生したキックバック時間を比
較することも考えられるが、２つの相への通電を同時に
行なうことで効率良くキックバック時間の長短判定を行
なうことができる。

【００１４】さらに、望ましくは、電流を流す相の組み
合わせを変えて各組み合わせごとに短時間だけ電流を流
して、それぞれの電流遮断後に生じるキックバック電圧
の時間差に基づいてロータ静止位置を検出する。これに
より、ロータの静止位置を正確に検出することができ、
検出された静止位置に基づいて通電を開始する相を決定
することでロータを所望の方向へ速やかに回転起動させ
ることができる。

【００１５】さらに、上記通電時間は、ステータ巻き線
が持つ時定数よりも長く、ロータが反応する時間よりも
短く設定する。これにより、ロータの位置ずれを防止し
つつより正確にロータの静止位置を検出することができ
る。

【００１６】また、本願の他の発明は、一方の端が電源
電圧端子に接続された３相のステータ巻き線を備えたブ
ラシレスモータの各相の巻き線に流す電流を切り替える
ことでモータを回転駆動する３相半波駆動ブラシレスモ
ータ駆動装置におけるモータの起動方法において、上記
モータのいずれか２つの相のステータ巻き線へロータが
反応しない短いだけ通電して各巻き線に生じるキックバ
ック電圧の幅を比較してロータの静止している位置を判
定し、該判定結果に基づいていずれか１つの相のステー
タ巻き線のトルク定数のみが負（または正）である電気
角範囲で静止していると判定したときは当該相の巻き線
を最初に通電する相とするとともに、上記判定結果に基
づいていずれか２つの相のステータ巻き線のトルク定数
が負（または正）である電気角範囲で静止しているとき
は当該２つの相の巻き線を最初に通電する相としかつそ
のうち一方の相の巻き線の通電時間は他方の相の巻き線
の通電時間よりも短く設定するようにしたものである。
これによって、ロータがどのような電気角範囲で停止し
ている場合においても大きなトルクを発生させてモータ
を起動させることができる。

【００１７】そして、この場合、望ましくは、上記短い
方の通電時間を、定常回転状態でロータが電気角で６０
度だけ回転するのに要する時間の１／４〜１／２の時間
となるようにする。これにより、所望の相のステータ巻
き線への通電により発生するトルクに対して他の方の相
のステータ巻き線への通電により発生するトルクが起動
の妨げとならないようにすることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施態様
を、図面を参照しながら説明する。図２は本発明による
３相半波駆動ブラシレスモータの駆動回路の構成例を示
す。Ｕ，Ｖ，Ｗはステータのコアに巻かれている巻き線
からなるステータステータ巻き線、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３は
ステータステータ巻き線Ｕ，Ｖ，Ｗに駆動電流を流す出
力トランジスタ、ＺＤ１，ＺＤ２，ＺＤ３は出力電圧ク
ランプ用のツェナーダイオードで、３相半波駆動ブラシ
レスモータでは上記各相のステータステータ巻き線Ｕ，
Ｖ，Ｗの一端が共通に接続されているセンタタップは電
源電圧端子Ｖｃｃに接続される。

【００１９】また、図２において、１１は回路の動作に
必要なクロック信号を発生するクロック発生回路、１２
はステータステータ巻き線Ｕ，Ｖ，Ｗをターンオフした
ときに発生するキックバック電圧を検出してロータマグ
ネットの静止位置を識別するのに用いるキックバック検
出回路、１３はステータ巻き線の逆起電力のゼロクロス
点から回転時のロータマグネットの位置を検出する逆起
電力検出回路、１４は駆動回路全体を監視、制御する制
御ロジックを示す。なお、上記回路以外にも、例えば図
１の駆動回路がモノリシック集積回路化された場合にチ
ップ温度の異常な上昇を検出する温度検出回路などが必
要に応じて設けられる。

【００２０】上記のような構成を有する本実施例の駆動
回路による３相半波駆動ブラシレスモータの動作を簡単
に説明すると以下のようになる。

【００２１】まず、出力トランジスタＱ２とＱ３を同時
に短時間だけオンし、ターンオフ後のキックバック時
間、すなわちオンしている間にステータステータ巻き線
Ｖ，Ｗに蓄えられたエネルギーが、電源に逆流すること
で消費される時間の長短でロータ静止位置を識別する。
すなわち、図２の回路において、出力トランジスタＱ２
とＱ３が同時にオンされると、Ｖ相ステータ巻き線とＷ
相ステータ巻き線に電流が流れる。この状態でトランジ
スタＱ１とＱ２を同時にオフすると、各ステータ巻き線
の電流は流れ続けようとするため、Ｖ相、Ｗ相出力電圧
は接地電位近くにあったものがツェナー電圧まで一気に
上昇する。この状態は各相ステータ巻き線に蓄えられた
エネルギーが全て消費されるまで続く。ここで、各相ス
テータ巻き線間の直流抵抗のばらつきはほとんど無いと
すると、この時のＶ相とＷ相のキックバック時間の長短
はインダクタンスの大小で決まり、インダクタンスが大
きいほどキックバック時間は長くなる。

【００２２】次に、出力トランジスタＱ３とＱ１を同時
に短時間だけオンし、ターンオフ後のＷ相とＵ相のキッ
クバック時間の長短を比較する。さらに、その後、出力
トランジスタＱ１とＱ２を同時に短時間だけオンし、タ
ーンオフ後のＵ相とＶ相のキックバック時間の長短を比
較する。このようにして、３回のキックバック時間の比
較で、電気角にしてほぼ６０度の分解能でロータ静止位
置を識別することができる。

【００２３】上記の手順でロータ静止位置が識別できた
ら予め定めた回転方向になる相ステータ巻き線に通電
し、同時に非通電相に発生する逆起電力を逆起電力検出
回路１３で監視する。そして、予め定めた向きの逆起電
力のゼロクロスを検出したら通電相を切り替える。同時
に、逆起電力検出回路１３がキックバック電圧を誤検出
しないようマスク信号を制御ロジック１４から逆起電力
検出回路１３に送る。このように逆起電力検出回路１３
がゼロクロス点を検出するごとに通電相の切り替えを行
うことで回転を維持することができる。

【００２４】次に、図３（Ａ）から（Ｆ）を用いて、本
発明を３相１２極ブラシレスモータの駆動制御回路に適
用した場合のロータ静止位置検出の原理を説明する。図
３は３相１２極ブラシレスモータの模式図を示す。１は
ロータマグネット、２ａ〜２ｉはステータの磁極を示
す。

【００２５】先ず、図２の駆動回路の出力トランジスタ
Ｑ２とＱ３がオンしている状態を考えると、Ｖ相および
Ｗ相ステータ磁極２ｂ，２ｃ，２ｅ，２ｆ，２ｈ，２ｉ
は同じ極性に励磁される。たとえば図に示す如く矢印の
向きに電流が流れるとすると、２ｂ，２ｃ，２ｅ，２
ｆ，２ｈ，２ｉはＳ極に磁化される。

【００２６】図３（Ａ）のように、Ｕ相ステータ磁極２
ａ，２ｄ，２ｇの真正面にロータマグネットのＳ極があ
る状態を電気角０度とし、ロータ位置を反時計回転に６
０度ずつ回転した状態を、同図（Ｂ）、（Ｃ）、
（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）に示す。図にも示されているよ
うに、ロータの位置は変わってもステータ巻線の通電を
変えない限りステータ磁極の極性に変化はない。

【００２７】ロータとステータが図３（Ａ）のような位
置関係にある状態では、Ｖ相およびＷ相のどちらの相の
ステータ磁極に対しても、ロータＮ極から出る磁束の約
３分の２と、ロータＳ極から出る磁束の約３分の１が同
じように通るので、２つのステータ巻線のインダクタン
スに差はでない。したがってトランジスタＱ２、Ｑ３を
同時にターンオフしたときに、Ｖ相およびＷ相ステータ
巻線に現れるキックバック時間には、もともと２つの巻
線が持っているインダクタンス、直流抵抗のばらつきの
範囲でしか差は生じない。通常、その差は２％以内であ
る。ロータとステータが図３（Ｄ）のような位置関係に
ある状態でも、影響を受けるロータのＮ極とＳ極が入れ
替わるだけでキックバック時間に差は生じない。

【００２８】また、ロータとステータが図３（Ｂ）のよ
うな位置関係にある状態では、Ｗ相ステータ磁極の真正
面にロータＮ極が対峙し、Ｖ相ステータ磁極はロータＳ
極の約３分の２と、ロータＮ極の約３分の１と対峙して
いる。そのため、Ｗ相ステータ磁極ではステータ巻線が
発生する磁束と、ロータが発生する磁束が重なり合い、
ステータ磁極は磁気飽和に向かう。したがって、Ｗ相ス
テータ巻線のインダクタンスは減少する。一方、Ｖ相ス
テータ磁極は、ロータＳ極の影響の方が大きいので、ス
テータ巻線が発生する磁束と、ロータが発生する磁束は
打ち消す方向に働き、ステータ磁極は磁気飽和とは反対
に向かう。したがってＶ相ステータ巻線のインダクタン
スは増加する。その結果、ターンオフ時のキックバック
時間はＶ相の方がＷ相よりも長くなる。

【００２９】さらに、ロータとステータが図３（Ｃ）の
ような位置関係にある状態では、Ｖ相ステータ磁極の真
正面にロータＳ極が対峙し、Ｗ相ステータ磁極はロータ
Ｎ極の約３分の２と、ロータＳ極の約３分の１と対峙し
ている。そのため、図３（Ｂ）の位置関係と同様、Ｗ相
ステータ巻線のインダクタンスは減少に向かい、Ｖ相ス
テータ巻線のインダクタンスは増加に向かう。したがっ
て、この場合もターンオフ時のキックバック時間はＶ相
の方がＷ相よりも長くなる。

【００３０】図３（Ｅ）におけるロータとステータの位
置関係では、（Ｂ）のロータとステータの位置関係にお
けるロータ磁極の極性が反対になる。Ｗ相ステータ磁極
ではステータ巻線が発生する磁束と、ロータが発生する
磁束が打ち消し合い、ステータ磁極は磁気飽和とは反対
に向かう。したがって、Ｗ相ステータ巻線のインダクタ
ンスは増加に向かう。一方、Ｖ相ステータ磁極は、ロー
タＮ極の影響の方が大きいので、ステータ巻線が発生す
る磁束とロータが発生する磁束は重なり合い、ステータ
磁極は磁気飽和に向かう。したがって、Ｖ相ステータ巻
線のインダクタンスは減少に向かう。その結果、ターン
オフ時のキックバック時間はＶ相の方がＷ相よりも短く
なる。

【００３１】図３（Ｆ）におけるロータとステータの位
置関係は、（Ｃ）のロータとステータの位置関係とロー
タ磁極の極性が反対になる。（Ｅ）の位置関係と同様、
Ｗ相ステータ巻線のインダクタンスは増加に向かい、Ｖ
相ステータ巻線のインダクタンスは減少に向かう。した
がって、この場合もターンオフ時のキックバック時間は
Ｖ相の方がＷ相よりも短くなる。

【００３２】図４は、ロータ静止位置を電気角０度から
３６０度まで変えて、トランジスタＱ２，Ｑ３をオンさ
せてＶ相とＷ相に短時間だけ電流を流してＱ２，Ｑ３を
オフさせたときのＶ相とＷ相のキックバック時間の差
（ｔｖ−ｔｗ）を観測した結果を示す。図４において、
（Ａ）はそれぞれのステータ巻線に通電したときに発生
するトルク定数カーブである。半波駆動方式の場合、こ
のトルク定数が正または負のいずれかだけ各ステータ巻
き線に通電する。図４（Ｂ）はＶ相とＷ相のキックバッ
ク時間の差（Ｖ相キックバック時間からＷ相キックバッ
ク時間を引いた値）、図４（Ｃ）はＶ相キックバック時
間がＷ相キックバック時間より長い場合を「Ｈ」レベル
で表わし、また短い場合を「Ｌ」レベルで表わすことで
２進化した結果を示す。

【００３３】なお、このような２進化された出力は、キ
ックバック検出回路１２が発生するキックバックパルス
信号を用い例えばＤ型フリップフロップ回路を動作させ
ることで容易に作ることができる。図４は、電気角０度
から１８０度まではＶ相のキックバック時間の方が長
く、１８０度から３６０度ではＷ相のキックバック時間
の方が長いことを示しており、Ｕ相ステータ巻線のトル
ク定数カーブと同相の関係にあることが分かる。

【００３４】図５は、さらにトランジスタＱ３，Ｑ１を
同時にターンオン、ターンオフしてＷ相とＵ相に短時間
だけ電流を流して、発生したＷ相とＵ相のキックバック
電圧の時間差を観測した結果と、トランジスタＱ１，Ｑ
２を同時にターンオン、ターンオフして発生したＵ相と
Ｖ相のキックバック電圧の時間差を観測した結果を、図
４のグラフに重ねて示したものである。

【００３５】図５より、ステータ巻線の相の組み合わせ
を変えて行う３回のターンオン、ターンオフで、ロータ
静止位置に関し３つの２進化データを得ることができる
ことが分かる。そして、このようにして得られた３つの
２進化データからロータ静止位置を電気角６０度の精度
で識別することができる。

【００３６】図６は、ロータ静止位置検出のタイミング
チャートの例を示す。上から順に、クロック信号、Ｕ相
出力電圧、Ｖ相出力電圧、Ｗ相出力電圧、Ｕ相キックバ
ック検出パルス、Ｖ相キックバック検出パルス、Ｗ相キ
ックバック検出パルスを示す。ステップＴ１でトランジ
スタＱ２，Ｑ３をターンオンし、ステップＴ２でターン
オフすると、Ｖ相出力とＷ相出力にキックバック電圧Ｋ
Ｂｖ，ＫＢｗが発生するので、このＶ相、Ｗ相のキック
バック電圧を検出した検出パルスの時間ｔｖ１，ｔｗ２
を比較してどちらが大きいか判定する。

【００３７】次に、ステップＴ３でトランジスタＱ１，
Ｑ３をターンオンし、ステップＴ４でターンオフする
と、Ｕ相出力とＷ相出力にキックバック電圧ＫＢｕ，Ｋ
Ｂｗが発生するので、このＵ相とＷ相のキックバック電
圧を検出した検出パルスの時間ｔｕ２とｔｗ２とを比較
する。さらに、ステップＴ５ではトランジスタＱ１，Ｑ
２をターンオンし、ステップＴ６でターンオフすると、
Ｕ相出力とＶ相出力にキックバック電圧ＫＢｕ，ＫＢｖ
が発生するので、このＵ相とＶ相のキックバック電圧を
検出した検出パルスの時間ｔｕ３とｔｖ３とを比較す
る。このようにして得られた３回の比較結果からロータ
静止位置を電気角６０度の精度で識別することができ
る。

【００３８】なお、回転中はステータ巻き線の逆起電力
を検出して通電相を切り替える制御方式においては、ト
ランジスタＱ１〜Ｑ３のオン、オフにより各相のステー
タ巻き線にキックバック電圧が発生するが、逆起電力検
出回路がこのキックバック電圧を検出して制御ロジック
に検出信号を出力すると、制御ロジックが誤った通電相
を切替え制御を行なってしまうので、逆起電力検出回路
がキックバック電圧を検出しないようにする必要があ
る。そこで、図２の実施例のシステムでは、制御ロジッ
ク１４から逆起電力検出回路１３に対してマスク信号を
供給するように構成されている。

【００３９】キックバック電圧の検出は各相のステータ
巻き線の出力端子の電圧を一方の入力とする３個のコン
パレータにより構成し、これらのコンパレータの他方の
入力端子に電源電圧Ｖｃｃとツェナー電圧との中間の電
圧（Ｖｃｃ＋Ｖｚ）／２を比較電圧として印加して、ス
テータ巻き線の出力端子の電圧と比較電圧とを比較する
ことでコンパレータの出力端子から検出パルスを得るこ
とができる。

【００４０】図８には、キックバック検出回路１２と逆
起電力検出回路１３の具体例を示す。Ｕ，Ｖ，Ｗはステ
ータ巻き線、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３は出力トランジスタ、Ｃ
ＯＭＰ１，ＣＯＭＰ２，ＣＯＭＰ３はキックバック検出
用コンパレータ、ＣＯＭＰ１１，ＣＯＭＰ１２，ＣＯＭ
Ｐ１３は逆起電力検出用コンパレータ、ＡＳ１，ＡＳ
２，ＡＳ３はマスキング用アナログスイッチ、Ｌ１，Ｌ
２，Ｌ３はキックバック検出用コンパレータＣＯＭＰ
１，ＣＯＭＰ２，ＣＯＭＰ３によるキックバック検出出
力、Ａ１，Ａ２，Ａ３は逆起電力検出用コンパレータＣ
ＯＭＰ１１，ＣＯＭＰ１２，ＣＯＭＰ１３の検出出力、
ＭＳＫは制御ロジック１４からアナログスイッチＡＳ
１，ＡＳ２，ＡＳ３に供給されるマスク信号を示す。

【００４１】コンパレータＣＯＭＰ１，ＣＯＭＰ２，Ｃ
ＯＭＰ３のしきい電圧（反転入力端子に印加される参照
電圧）は、ツェナー電圧Ｖｚと電源電圧Ｖｃｃとの中間
の電圧（Ｖｚ＋Ｖｃｃ）／２に設定する。コンパレータ
ＣＯＭＰ１，ＣＯＭＰ２，ＣＯＭＰ３によるキックバッ
ク検出出力Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、ステータ巻き線Ｕ，
Ｖ，Ｗにキックバック電圧が発生している間はハイレベ
ル「Ｈ」を示す。コンパレータＣＯＭＰ１１，ＣＯＭＰ
１２，ＣＯＭＰ１３のしきい電圧は３相ステータ巻き線
のセンタータップの電位（Ｖｃｃ）にする。また、コン
パレータＣＯＭＰ１１，ＣＯＭＰ１２，ＣＯＭＰ１３は
ヒステリシス特性を有するものを使用する。これによっ
て、アナログスイッチＡＳ１，ＡＳ２，ＡＳ３がオンさ
れると逆起電力検出用コンパレータＣＯＭＰ１１，ＣＯ
ＭＰ１２，ＣＯＭＰ１３の入力端子が同一レベルにされ
て検出出力Ａ１，Ａ２，Ａ３は、アナログスイッチＡＳ
１，ＡＳ２，ＡＳ３がオンしている間直前の状態を維持
する。

【００４２】図７は、本発明を適用した３相半波駆動ブ
ラシレスモータの駆動制御回路によるロータ静止位置検
出からランニング（定常回転）までのフローチャートを
示す。

【００４３】電源がオンされると図７のフローチャート
に従った制御が開始され、先ず制御ロジック１４がラン
ニング時より長め（１０倍以上）のマスク信号をセット
し逆起電力検出回路１３に対して供給する（ステップＳ
１）。次に、出力トランジスタＱ２，Ｑ３を一定時間だ
け（例えば１ｍｓ）オンしたあと一斉にターンオフする
（ステップＳ２）。すると、Ｖ相、Ｗ相に発生したキッ
クバック電圧をキックバック検出回路１２が検出してキ
ックバック時間に応じた検出パルスを出力するので、制
御ロジック１４は、Ｖ相、Ｗ相のどちらのキックバック
検出パルス幅が大きいか判定して、ｔｖ１＞ｔｗ１のと
きは予め用意された変数Ｘ＝４とし、またｔｖ１＜ｔｗ
１のときはＸ＝０とし、Ｘの値をレジスタに一時ストア
する（ステップＳ５）。

【００４４】２つの相のどちらのキックバック検出パル
ス幅が大きいかは、Ｄ型フリップフロップを用いて判定
することもできる。具体的には、一方のキックバック検
出パルスをＤ型フリップフロップのデータ入力端子に入
力しておいて、他方のキックバック検出パルスをフリッ
プフロップのクロック端子に入力して、出力トランジス
タＱ２，Ｑ３をターンオフした後、クロック端子側のキ
ックバック検出パルスの立下りタイミングでデータ端子
側のキックバック検出パルスをラッチするように構成す
れば良い。

【００４５】仮に、Ｖ相のキックバック検出パルスをＷ
相のキックバック検出パルスでラッチするようにした場
合に、ラッチ後のフリップフロップの出力がロウレベル
であれば、Ｗ相のキックバック検出パルスの立ち下がり
の時点では既にＶ相のキックバック検出パルスはロウレ
ベルに立ち下がっていたということであるので、この場
合にはＶ相のキックバック検出パルスよりもＷ相のキッ
クバック検出パルスの方が大きいことが分かる。一方、
ラッチ後のフリップフロップの出力がハイレベルであれ
ば、Ｗ相のキックバック検出パルスの立ち下がりの時点
ではまだＶ相のキックバック検出パルスはハイレベルに
あるということであるので、この場合にはＶ相のキック
バック検出パルスよりもＷ相のキックバック検出パルス
の方が小さいことが分かる。

【００４６】上記ステップＳ２の次のステップＳ３で
は、出力トランジスタＱ３，Ｑ１を一定時間だけオンし
たあと一斉にターンオフする。そして、Ｗ相、Ｕ相どち
らのキックバック検出パルス幅が大きいか判定して、ｔ
ｗ２＞ｔｕ２のときは変数Ｙ＝２とし、またｔｗ２＜ｔ
ｕ２のときはＹ＝０とし、Ｙの値をレジスタに一時スト
アする（ステップＳ６）。

【００４７】さらに、その後、出力トランジスタＱ１，
Ｑ２を一定時間だけオンしたあと一斉にターンオフする
（ステップＳ４）。そして、Ｕ相、Ｖ相どちらのキック
バック検出パルス幅が大きいか判定して、ｔｕ３＞ｔｖ
３のときは変数Ｚ＝１とし、またｔｕ３＜ｔｖ３のとき
はＺ＝０とし、Ｚの値をレジスタに一時ストアする（ス
テップＳ７）。

【００４８】次に、制御ロジック１４は、レジスタにス
トアされている上記３つの変数Ｘ，Ｙ，ＺからＡ＝Ｘ＋
Ｙ＋Ｚを演算して、その演算値からロータ静止位置を特
定し、静止位置で最大トルクを発生するステータ巻線か
ら通電を開始するように通電相を決定する（ステップＳ
８）。例えば、Ｖ相、Ｗ相のキックバック検出パルスの
比較でＶ相の方が長く（Ｘ＝４）、Ｗ相、Ｕ相のキック
バック検出パルスの比較でＷ相の方が長く（Ｙ＝２）、
Ｕ相、Ｖ相のキックバック検出パルスの比較でＶ相の方
が長い場合（Ｚ＝０）には、演算値Ａ（＝Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝
６）に基づいてＷ相ステータ巻線の通電がはじめに選択
され、ステップＳ３１へ移行し通電が行なわれる。すな
わち、図２に示す出力トランジスタＱ３をオンさせる。

【００４９】その後、非通電相であるＵ相ステータ巻線
に現れる逆起電力Ｕbemfを逆起電力検出回路１３で監視
する（ステップＳ３２）。そして、Ｕ相逆起電力Ｕbemf
が正方向からゼロクロスするのを検出したら、制御ロジ
ック１４は逆起電力検出回路１３に対するマスク信号
（定常回転時のキックバック時間の２倍程度）をセット
する（ステップＳ３３）。これと同時にトランジスタＱ
３をオフして代わりにＱ１をオンさせ、Ｕ相ステータ巻
線の通電に切り替える（ステップＳ１１）。

【００５０】そして、今度は非通電相であるＶ相ステー
タ巻線に現れる逆起電力を逆起電力検出回路１３で監視
し、ステップＳ１２でＶ相逆起電力が正方向からゼロク
ロスするのを検出したら、再びマスク信号をセット（ス
テップＳ１３）するとともに、今度はＱ１をオフしてＱ
２をオンさせ、Ｖ相ステータ巻線の通電に切り替える
（ステップＳ２１）。上記のようにして非通電相の逆起
電力のゼロクロスを検出するごとに相切り替えを行う動
作を繰り返すことで回転が維持される。

【００５１】ステップＳ８における演算値Ａが「５」の
ときはステップＳ２１へ移行してＶ相ステータ巻線の通
電から、演算値Ａが「３」のときはステップＳ１１へ移
行してＵ相ステータ巻線の通電から、それぞれ通電を開
始させることにより、最大トルクを発生させる相から通
電を開始してロータを速やかに回転起動させることがで
きる。

【００５２】演算値Ａが「４」のときは「６」の場合と
同じＷ相の通電から開始するが、このとき起動トルクを
大きくするためステップＳ３０へ移行してトランジスタ
Ｑ３をオンさせるとともに、Ｑ２も例えば１６ｍｓのよ
うな一定時間だけ同時にオンさせる。この一定時間は、
モータによって異なる起動トルクおよびイナーシャに応
じて決定する。

【００５３】例えば図５のサイクルＴ２に着目すると、
通常動作時にはＷ相に通電するが、起動時を考えるとロ
ータがサイクルＴ４の後半に対応した位置にあれば問題
ないが、サイクルＴ４の前半に対応した位置にあるとト
ルク定数は「０」に近い領域であるのでＷ相のみに通電
しても充分なトルクが発生できないことが分かる。そこ
で、この実施例においては、このような場合にはＱ２も
一定時間だけ同時にオンさせてＷ相のみならずＶ相へも
通電を行なうようにしている。これにより、Ｗ相のみの
場合よりも大きなトルクを発生させてロータを速やかに
回転起動させることができる。

【００５４】ステップＳ８での演算値Ａが「２」のとき
は「３」の場合と同じＵ相の通電から開始するが、この
とき起動トルクを大きくするためステップＳ１０へ移行
してトランジスタＱ１をオンさせるとともに、Ｑ３も一
定時間だけ同時にオンさせる。演算値Ａが「１」のとき
は「５」の場合と同じＶ相の通電から開始するが、この
とき起動トルクを大きくするためステップＳ２０へ移行
してトランジスタＱ２をオンさせるとともに、Ｑ１も一
定時間だけ同時にオンさせる。これにより、それぞれ位
置において最大のトルクを発生させてロータを速やかに
回転起動させることができる。

【００５５】なお、ステップＳ８における演算値Ａが
「０」になるのはＸ＝０，Ｙ＝０，Ｚ＝０つまりｔｖ１
＜ｔｗ１，ｔｗ２＜ｔｕ２，ｔｕ３＜ｔｖ３のときであ
り、また演算値Ａが「７」になるＸ＝４，Ｙ＝２，Ｚ＝
１つまりｔｖ１＞ｔｗ１，ｔｗ２＞ｔｕ２，ｔｕ３＞ｔ
ｖ３のときであり、キックバック電圧を正しく検出して
いる場合にはこのようになることはない。そこで、この
実施例では、ステップＳ８での演算値Ａが「０」または
「７」の場合には、ロータ静止位置検出が正しく行われ
なかったと判断し、ステップＳ１へ戻ってロータ静止位
置検出を始めからやり直す（リスタート）ようにしてい
る。リスタートに要する時間は１０ｍｓ以内なので起動
時間への影響は無視することができる。

【００５６】なお、ステップＳ８での演算とその判定
は、制御ロジック１４がプログラムに従ってソフト的に
行なうことも可能であるが、デコーダ回路を設けてデコ
ーダの出力に応じて分岐を行なうようにすることも可能
である。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明ではキック
バック電圧を利用してロータ静止位置を検出するように
しているが、図６に示すように、キックバック電圧は十
分に大きい（ほぼ電源電圧に等しい）ので、ノイズ等の
影響は極めて受けにくい。したがって、ロータ静止位置
を誤って識別する可能性は極めて低い。また、同時オ
ン、オフの２つの相のキックバック時間を比較するので
カウンタやＡＤコンバータ等の回路を必要としない簡単
な構成で精度の高いロータ静止位置検出が可能になる。
また、ホール素子を用いることなくステータに対するロ
ータの位置を正確に識別して通電を開始する巻き線を決
定することができ、モータ起動時にバックモーションを
起こすことなく所望の方向へ正しく回転させることが可
能な３相半波駆動ブラシレスモータを実現することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】３相１２極半波駆動ブラシレスモータの構成例
を示す概略構成図である。

【図２】本発明による３相半波駆動ブラシレスモータの
駆動装置の構成例を示すブロック図である。

【図３】本発明のロータ静止位置検出の原理を説明する
ための模式図である。

【図４】３相半波駆動ブラシレスモータのロータ静止位
置と３相のうちいずれか１つの２相間のキックバック時
間差との関係を示す波形図である。

【図５】３相半波駆動ブラシレスモータのロータ静止位
置と３相のうちすべての２相間のキックバック時間差と
の関係を示す波形図である。

【図６】３相半波駆動ブラシレスモータのロータ静止位
置検出のタイミングチャートである。

【図７】本発明を３相半波駆動ブラシレスモータに適用
したときの起動時の制御手順を示すフローチャートであ
る。

【図８】キックバック検出回路１２と逆起電力検出回路
１３の具体例を示す回路構成図である。

【符号の説明】

１ロータマグネット２ステータコアＵ第１の相の巻き線Ｖ第２の相の巻き線Ｗ第３の相の巻き線１１クロック発生回路１２キックバック検出回路１３逆起電力検出回路１４制御ロジック回路Ｑ１〜Ｑ３出力トランジスタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一方の端が電源電圧端子に接続された３
相のステータ巻き線を備えたブラシレスモータの各相の
巻き線に流す電流を切り替えることでモータを回転駆動
する３相半波駆動ブラシレスモータ駆動装置であって、上記モータの各相のステータ巻き線に選択的に通電する
出力回路と、上記巻き線のうち非通電相の巻き線に誘起
される逆起電力を検出する逆起電力検出回路と、上記逆
起電力検出回路の検出信号に基づいて上記出力回路を制
御する制御ロジックと、上記モータの各相のステータ巻
き線へロータが反応しない短い時間だけ通電してターン
オフ後に各巻き線に生じるキックバック電圧の幅を比較
してロータの静止位置を検出する静止位置検出手段とを
備え、上記静止位置検出手段により検出されたロータ静止位置
に基づいていずれかの相の巻き線へ電流を流してモータ
を起動することを特徴とする３相半波駆動ブラシレスモ
ータ駆動装置。
【請求項２】上記制御ロジックは、３相のステータ巻
線のうち、いずれか２つの相のステータ巻線に同時に短
時間だけ電流を流すように上記出力回路を制御して、電
流が流された２つの相の電流遮断後のキックバック電圧
の時間差に基づいてロータ静止位置を検出することを特
徴とする請求項１に記載の３相半波駆動ブラシレスモー
タ駆動装置。
【請求項３】電流を流す相の組み合わせを変えて各組
み合わせごとに短時間だけ電流を流して、それぞれの電
流遮断後に生じるキックバック電圧の時間差に基づいて
ロータ静止位置を検出することを特徴とする請求項２に
記載の３相半波駆動ブラシレスモータ駆動装置。
【請求項４】上記通電時間は、ステータ巻き線が持つ
時定数よりも長く、ロータが反応する時間よりも短いこ
とを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の３相半
波駆動ブラシレスモータ駆動装置。