JP2002369573A - ブラシレスモータ駆動装置 - Google Patents
ブラシレスモータ駆動装置Info
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/10—Arrangements for controlling torque ripple, e.g. providing reduced torque ripple
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/14—Electronic commutators
- H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
- H02P6/18—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
- H02P6/182—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements using back-emf in windings
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
- Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 回転数が大きく変動してもステータ巻線の逆
起電力の位相に対して所定の位相差をもって相切り替え
を行なうことができ、これによってトルクの変動を抑え
駆動効率を常に最適に保つことが可能な３相ブラシレス
モータの駆動装置を提供する。 【解決手段】 ３相ブラシレスモータの駆動装置におい
て、逆起電力検出回路が検出する逆起電力のゼロクロス
周期を計時する第１のカウンタ回路と、該カウンタ回路
の計数値を２倍の周波数のクロックで計数する第２カウ
ンタ回路を備え、第２カウンタ回路の出力で相切り替え
のタイミングを決定するようにした。
起電力の位相に対して所定の位相差をもって相切り替え
を行なうことができ、これによってトルクの変動を抑え
駆動効率を常に最適に保つことが可能な３相ブラシレス
モータの駆動装置を提供する。 【解決手段】 ３相ブラシレスモータの駆動装置におい
て、逆起電力検出回路が検出する逆起電力のゼロクロス
周期を計時する第１のカウンタ回路と、該カウンタ回路
の計数値を２倍の周波数のクロックで計数する第２カウ
ンタ回路を備え、第２カウンタ回路の出力で相切り替え
のタイミングを決定するようにした。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、多相ブラシレスモータ
さらにはセンサレスモータの駆動制御技術に関し、特に
トルクリップルを抑えむらの少ない回転を可能にするモ
ータ駆動制御技術に関するものである。
さらにはセンサレスモータの駆動制御技術に関し、特に
トルクリップルを抑えむらの少ない回転を可能にするモ
ータ駆動制御技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】３相ブラシレスモータは、駆動効率が高
いこと、トルクリップルが小さいこと、回転方向の切り
替えが容易なことなどの理由から、パーソナルコンピュ
ータの各種ディスク装置やポータブルＡＶ機器、その他
各種ＯＡ機器の主モータとして多用されている。近年、
これらの装置に用いる３相ブラシレスモータは、ホール
素子等の位置検出素子を用いないいわゆるセンサレスタ
イプの比率が増えつつあり、専用の駆動ＩＣが多数実用
化されている。
いこと、トルクリップルが小さいこと、回転方向の切り
替えが容易なことなどの理由から、パーソナルコンピュ
ータの各種ディスク装置やポータブルＡＶ機器、その他
各種ＯＡ機器の主モータとして多用されている。近年、
これらの装置に用いる３相ブラシレスモータは、ホール
素子等の位置検出素子を用いないいわゆるセンサレスタ
イプの比率が増えつつあり、専用の駆動ＩＣが多数実用
化されている。
【０００３】センサレスモータにおいては、その回転を
維持するため、非通電相に発生する逆起電力のゼロクロ
スタイミングを逆起電力検出回路によって検出し、その
検出結果にもとづいてステータ巻線に流す電流のパスを
切り替える手法が一般に採用されている。
維持するため、非通電相に発生する逆起電力のゼロクロ
スタイミングを逆起電力検出回路によって検出し、その
検出結果にもとづいてステータ巻線に流す電流のパスを
切り替える手法が一般に採用されている。
【０００４】一方、逆起電力とトルク定数とは１対１つ
まり位相が同一の関係にあることから、逆起電力のゼロ
クロスのタイミングと、ステータ巻線の各相のトルク定
数が互いにクロスするタイミングとの間には、電気角に
して３０度の位相ずれが存在する。すなわち、逆起電力
のゼロクロスタイミングの位相の方が、トルク定数の相
互クロスタイミングの位相よりも３０度進んでいる。
まり位相が同一の関係にあることから、逆起電力のゼロ
クロスのタイミングと、ステータ巻線の各相のトルク定
数が互いにクロスするタイミングとの間には、電気角に
して３０度の位相ずれが存在する。すなわち、逆起電力
のゼロクロスタイミングの位相の方が、トルク定数の相
互クロスタイミングの位相よりも３０度進んでいる。
【０００５】したがって、ゼロクロスのタイミングで直
ちに通電相の切り替えを行うと大きなトルクリップルが
発生する。特に３相半波駆動ブラシレスモータでは、通
電相の切り替え直後にトルクが一瞬ゼロになる。この結
果トルクリップルが増大するのみならず、平均トルク定
数も著しく低下し効率が悪化する。
ちに通電相の切り替えを行うと大きなトルクリップルが
発生する。特に３相半波駆動ブラシレスモータでは、通
電相の切り替え直後にトルクが一瞬ゼロになる。この結
果トルクリップルが増大するのみならず、平均トルク定
数も著しく低下し効率が悪化する。
【０００６】上記トルクリップルを低減するため、従来
のセンサレスモータの駆動制御技術では、逆起電力を発
生するステータ巻線と逆起電力検出回路との間に時定数
回路を挿入して、逆起電力検出回路に入力される逆起電
力の位相を約３０度遅らせることで、逆起電力のゼロク
ロスタイミングとトルク定数の相互クロスタイミングを
一致させる方法が採られていた。
のセンサレスモータの駆動制御技術では、逆起電力を発
生するステータ巻線と逆起電力検出回路との間に時定数
回路を挿入して、逆起電力検出回路に入力される逆起電
力の位相を約３０度遅らせることで、逆起電力のゼロク
ロスタイミングとトルク定数の相互クロスタイミングを
一致させる方法が採られていた。
【０００７】図１にこの様子を示す。図１は、上から順
に、ステータ巻線の逆起電力、時定数回路で位相シフト
された逆起電力検出回路への入力電圧、逆起電力検出回
路が捕らえたゼロクロスタイミングに基づいて生成され
た回転信号ＲＴＳ、各ステータス巻線Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相
の駆動電流、回転中に発生するトルクリップルを示す。
に、ステータ巻線の逆起電力、時定数回路で位相シフト
された逆起電力検出回路への入力電圧、逆起電力検出回
路が捕らえたゼロクロスタイミングに基づいて生成され
た回転信号ＲＴＳ、各ステータス巻線Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相
の駆動電流、回転中に発生するトルクリップルを示す。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】図１を参照すると分か
るように、ステータ巻線の逆起電力と逆起電力検出回路
の入力電圧の位相差がちょうど３０度になるように時定
数回路の時定数を設定すれば、トルクリップルを１３％
程度に抑えることができる。ただし、この方法は、常に
一定回転数でモータを回転させる用途には適用できる
が、回転数が常に変動するような用途、あるいは一定回
転数であっても機種によって回転数が異なる用途では、
回転数によって逆起電力の周波数が変動するため、いち
いち時定数を調整する必要があるので、駆動回路を集積
回路化する上では障害となる。
るように、ステータ巻線の逆起電力と逆起電力検出回路
の入力電圧の位相差がちょうど３０度になるように時定
数回路の時定数を設定すれば、トルクリップルを１３％
程度に抑えることができる。ただし、この方法は、常に
一定回転数でモータを回転させる用途には適用できる
が、回転数が常に変動するような用途、あるいは一定回
転数であっても機種によって回転数が異なる用途では、
回転数によって逆起電力の周波数が変動するため、いち
いち時定数を調整する必要があるので、駆動回路を集積
回路化する上では障害となる。
【０００９】たとえば図２は、ステータ巻線と逆起電力
検出回路の間の時定数は図１のままで、回転数が半分に
なったときの様子を示す。回転数が半分になると逆起電
力の周波数も半分すなわち周期は２倍になるが時定数回
路による逆起電力検出回路への入力の位相シフト量は同
じであるため、逆起電力とトルク定数との位相差は図１
の半分である１５度になる。この結果、トルクリップル
は１３．３％から２９％と著しく増大する。図示しない
が、回転数が１０分の１になると、さらにトルクリップ
ルが大きくなることは容易に想像できる。そして、その
場合には、トルクリップルは約５０％にまで達してしま
う。
検出回路の間の時定数は図１のままで、回転数が半分に
なったときの様子を示す。回転数が半分になると逆起電
力の周波数も半分すなわち周期は２倍になるが時定数回
路による逆起電力検出回路への入力の位相シフト量は同
じであるため、逆起電力とトルク定数との位相差は図１
の半分である１５度になる。この結果、トルクリップル
は１３．３％から２９％と著しく増大する。図示しない
が、回転数が１０分の１になると、さらにトルクリップ
ルが大きくなることは容易に想像できる。そして、その
場合には、トルクリップルは約５０％にまで達してしま
う。
【００１０】図３は、従来の他のリップル低減技術を適
用した場合のタイミングを示す。この方法は、逆起電力
のゼロクロスタイミングでなる回転信号ＲＴＳの半周期
は電気角で６０度であり、この回転信号ＲＴＳからは位
相差３０度のタイミングが得られないことに着目して、
ＶＣＯ（電圧制御発振回路）とＰＬＬ（フェーズロック
ドループ）技術を用いて、回転信号ＲＴＳの４倍または
２倍の周波数の発振信号を生成させることで、電気角３
０度の周期を新たに発生させ、相切り替えタイミングに
利用している。
用した場合のタイミングを示す。この方法は、逆起電力
のゼロクロスタイミングでなる回転信号ＲＴＳの半周期
は電気角で６０度であり、この回転信号ＲＴＳからは位
相差３０度のタイミングが得られないことに着目して、
ＶＣＯ（電圧制御発振回路）とＰＬＬ（フェーズロック
ドループ）技術を用いて、回転信号ＲＴＳの４倍または
２倍の周波数の発振信号を生成させることで、電気角３
０度の周期を新たに発生させ、相切り替えタイミングに
利用している。
【００１１】この方法に従うと、ＰＬＬのロックが外れ
ない限り回転数が変動しても常に最適な相切り替えタイ
ミングを得ることができる。しかし、ＰＬＬにおいて
は、ループの安定性を確保するために容量素子などから
なる位相補償回路が不可欠であり、回転数が１０倍を越
えるような広い範囲でＰＬＬループの安定性を確保する
のはかなりの技術的困難を伴う。また、回転数レンジが
広くなればなるほど位相補償の容量値を大きくしなけれ
ばならないため、位相補償回路が持つ時定数によって、
回転数が変化したときの追従性が悪くなりトルクリップ
ルが大きくなるという問題が発生してくる。
ない限り回転数が変動しても常に最適な相切り替えタイ
ミングを得ることができる。しかし、ＰＬＬにおいて
は、ループの安定性を確保するために容量素子などから
なる位相補償回路が不可欠であり、回転数が１０倍を越
えるような広い範囲でＰＬＬループの安定性を確保する
のはかなりの技術的困難を伴う。また、回転数レンジが
広くなればなるほど位相補償の容量値を大きくしなけれ
ばならないため、位相補償回路が持つ時定数によって、
回転数が変化したときの追従性が悪くなりトルクリップ
ルが大きくなるという問題が発生してくる。
【００１２】本発明の目的は、回転数が最小と最大で例
えば１０倍のように大きく変動してもステータ巻線の逆
起電力の位相に対して所定の位相差をもって相切り替え
を行なうことができ、これによってトルクの変動を抑え
駆動効率を常に最適に保つことが可能な３相ブラシレス
モータの駆動制御技術を提供することにある。
えば１０倍のように大きく変動してもステータ巻線の逆
起電力の位相に対して所定の位相差をもって相切り替え
を行なうことができ、これによってトルクの変動を抑え
駆動効率を常に最適に保つことが可能な３相ブラシレス
モータの駆動制御技術を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、３相ブラシレ
スモータの駆動装置において、逆起電力検出回路が検出
する逆起電力のゼロクロス周期を計時する第１のカウン
タ回路と、該カウンタ回路の計数値を２倍の周波数のク
ロックで計数する第２カウンタ回路を備え、第２カウン
タ回路の出力で相切り替えのタイミングを決定するよう
にしたものである。
スモータの駆動装置において、逆起電力検出回路が検出
する逆起電力のゼロクロス周期を計時する第１のカウン
タ回路と、該カウンタ回路の計数値を２倍の周波数のク
ロックで計数する第２カウンタ回路を備え、第２カウン
タ回路の出力で相切り替えのタイミングを決定するよう
にしたものである。
【００１４】より詳しくは、複数相のステータ巻線を備
えたブラシレスモータの各相の巻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多相ブラシレスモータ
駆動装置において、各相のステータ巻線に選択的に通電
する出力回路と、上記巻線のうち非通電相の巻線に誘起
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回路と、該制御ロジック回路から上
記出力回路に供給される制御信号の始期と終期を決定す
るタイミング制御回路と、上記制御ロジック回路および
タイミング制御回路で必要とするクロック信号を発生す
るクロック発生回路とを備え、上記タイミング制御回路
は、クロック発生回路で発生された第１のクロック信号
を計数して上記逆起電力検出回路の検出信号の周期を計
時する第１のカウンタ回路と、該第１のカウンタ回路の
計数値を上記第１のクロック信号の２倍の周波数を有す
る第２のクロック信号で計数する第２のカウンタ回路を
有し、第２のカウンタ回路の出力の立ち上がりまたは立
下りのタイミングで上記出力回路に供給される制御信号
の始期と終期を決定するように構成した。
えたブラシレスモータの各相の巻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多相ブラシレスモータ
駆動装置において、各相のステータ巻線に選択的に通電
する出力回路と、上記巻線のうち非通電相の巻線に誘起
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回路と、該制御ロジック回路から上
記出力回路に供給される制御信号の始期と終期を決定す
るタイミング制御回路と、上記制御ロジック回路および
タイミング制御回路で必要とするクロック信号を発生す
るクロック発生回路とを備え、上記タイミング制御回路
は、クロック発生回路で発生された第１のクロック信号
を計数して上記逆起電力検出回路の検出信号の周期を計
時する第１のカウンタ回路と、該第１のカウンタ回路の
計数値を上記第１のクロック信号の２倍の周波数を有す
る第２のクロック信号で計数する第２のカウンタ回路を
有し、第２のカウンタ回路の出力の立ち上がりまたは立
下りのタイミングで上記出力回路に供給される制御信号
の始期と終期を決定するように構成した。
【００１５】上記した手段によれば、逆起電力のゼロク
ロス点から相切り替えタイミングまでの位相差を、クロ
ック信号を計数するカウンタ回路により生成するため、
カウンタ回路がオーバーフローしない限り回転数が変動
しても安定した位相差を得ることができ、これにより、
ブラシレスモータの駆動効率を最適に保ちつつトルクリ
ップルを減少させ、回転むらが少なく騒音の小さなモー
タ駆動装置を実現することができる。
ロス点から相切り替えタイミングまでの位相差を、クロ
ック信号を計数するカウンタ回路により生成するため、
カウンタ回路がオーバーフローしない限り回転数が変動
しても安定した位相差を得ることができ、これにより、
ブラシレスモータの駆動効率を最適に保ちつつトルクリ
ップルを減少させ、回転むらが少なく騒音の小さなモー
タ駆動装置を実現することができる。
【００１６】また、望ましくは、上記クロック発生回路
は、モータの逆起電力周波数の１００倍以上の周波数の
基準クロック信号を発生し、上記制御回路は該基準クロ
ック信号に基づいて動作するように構成する。これによ
り、制御ロジック回路が逆起電力の検出信号に基づく回
転信号の変化を捕らえて一連の制御信号を生成し、この
制御信号によりカウンタ回路が動作して相切り替えタイ
ミング信号が出力されるまでの遅延時間を、ほとんど無
視できる程度に小さくすることができ、制御ロジック回
路の応答性の向上させることができる。
は、モータの逆起電力周波数の１００倍以上の周波数の
基準クロック信号を発生し、上記制御回路は該基準クロ
ック信号に基づいて動作するように構成する。これによ
り、制御ロジック回路が逆起電力の検出信号に基づく回
転信号の変化を捕らえて一連の制御信号を生成し、この
制御信号によりカウンタ回路が動作して相切り替えタイ
ミング信号が出力されるまでの遅延時間を、ほとんど無
視できる程度に小さくすることができ、制御ロジック回
路の応答性の向上させることができる。
【００１７】ここで、上記制御回路は、上記出力回路に
より上記各巻線を全波駆動するように構成されていても
良いし、上記出力回路により上記各巻線を半波駆動する
ように構成されていても良い。
より上記各巻線を全波駆動するように構成されていても
良いし、上記出力回路により上記各巻線を半波駆動する
ように構成されていても良い。
【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４は、本発明を適
用して有効な３相全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はモータのステータコアに
巻かれている３相のステータ巻線、Ｑ１〜Ｑ６はステー
タ巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに駆動電流を流す出力トランジスタ、
１１は各巻線の非通電相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、１３は駆動回路全体を監視、制御する制御ロジ
ック回路、１４は制御ロジック回路１３による駆動制御
に必要なクロック信号を発生するクロック発生回路、１
５は相切り替えのタイミング信号を生成するタイミング
設定回路を示す。
を、図面を参照しながら説明する。図４は、本発明を適
用して有効な３相全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はモータのステータコアに
巻かれている３相のステータ巻線、Ｑ１〜Ｑ６はステー
タ巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに駆動電流を流す出力トランジスタ、
１１は各巻線の非通電相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、１３は駆動回路全体を監視、制御する制御ロジ
ック回路、１４は制御ロジック回路１３による駆動制御
に必要なクロック信号を発生するクロック発生回路、１
５は相切り替えのタイミング信号を生成するタイミング
設定回路を示す。
【００１９】上記逆起電力検出回路１１は、例えば各巻
線の一端が接続される出力端子の電位と各巻線の他端が
共通に接続されるセンタータップＣＴの電位とをそれぞ
れ比較するコンパレータと、これらのコンパレータの出
力のいずれかが立ち上がるごとに出力が反転するトリガ
型のフリップフロップなどによって構成され、いずれか
の巻線の逆起電力のゼロクロスタイミングごとにハイレ
ベルとロウレベルに変化される回転信号ＲＴＳを出力す
る。なお、上記回路以外にも、例えば図４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。
線の一端が接続される出力端子の電位と各巻線の他端が
共通に接続されるセンタータップＣＴの電位とをそれぞ
れ比較するコンパレータと、これらのコンパレータの出
力のいずれかが立ち上がるごとに出力が反転するトリガ
型のフリップフロップなどによって構成され、いずれか
の巻線の逆起電力のゼロクロスタイミングごとにハイレ
ベルとロウレベルに変化される回転信号ＲＴＳを出力す
る。なお、上記回路以外にも、例えば図４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】図５は、上記タイミング設定回路１４の構
成例を示す。図５において、１４はモータの逆起電力周
波数よりも充分に高い周波数の発振信号を発生する発振
回路を含むクロック発生回路、４２はクロック発生回路
１４で発生されたクロック信号ＣＬＫ０を１／Ｎ（Ｎは
正の整数）に分周する分周回路、４３は分周回路４２で
分周されたクロック信号をさらに１／２に分周する分周
回路、４４は分周回路４３から出力されるクロック信号
ＣＬＫ１（周波数ｆ１）を計数する第１カウンタ回路、
４５は分周回路４２から出力されるクロック信号ＣＬＫ
２（周波数２ｆ１）を計数する第２カウンタ回路であ
る。ＣＬＫ０の周波数ｆ０はＣＬＫ２に比べ十分に高く
なるように、分周回路４２における分周比Ｎが例えば
「１０」以上に設定される。
成例を示す。図５において、１４はモータの逆起電力周
波数よりも充分に高い周波数の発振信号を発生する発振
回路を含むクロック発生回路、４２はクロック発生回路
１４で発生されたクロック信号ＣＬＫ０を１／Ｎ（Ｎは
正の整数）に分周する分周回路、４３は分周回路４２で
分周されたクロック信号をさらに１／２に分周する分周
回路、４４は分周回路４３から出力されるクロック信号
ＣＬＫ１（周波数ｆ１）を計数する第１カウンタ回路、
４５は分周回路４２から出力されるクロック信号ＣＬＫ
２（周波数２ｆ１）を計数する第２カウンタ回路であ
る。ＣＬＫ０の周波数ｆ０はＣＬＫ２に比べ十分に高く
なるように、分周回路４２における分周比Ｎが例えば
「１０」以上に設定される。
【００２１】上記クロック発生回路１４で発生されたク
ロック信号ＣＬＫ０は上記分周回路４２の他、前記制御
ロジック回路１３へも動作クロック信号として供給され
る。第１カウンタ回路４４および第２カウンタ回路４５
は、それぞれ同じビット数を持ち、制御ロジック回路１
３からの指令に従って計数動作を行なう。第１カウンタ
回路４４はたとえばＵＰカウンタ回路で構成され、第２
カウンタ回路４５はたとえばＤＯＷＮカウンタ回路で構
成される。第２カウンタ回路４５は、例えば計時中には
ハイレベルの信号を出力し、計時が終了する（計数値が
０になる）とロウレベルの信号を出力するように構成さ
れている。
ロック信号ＣＬＫ０は上記分周回路４２の他、前記制御
ロジック回路１３へも動作クロック信号として供給され
る。第１カウンタ回路４４および第２カウンタ回路４５
は、それぞれ同じビット数を持ち、制御ロジック回路１
３からの指令に従って計数動作を行なう。第１カウンタ
回路４４はたとえばＵＰカウンタ回路で構成され、第２
カウンタ回路４５はたとえばＤＯＷＮカウンタ回路で構
成される。第２カウンタ回路４５は、例えば計時中には
ハイレベルの信号を出力し、計時が終了する（計数値が
０になる）とロウレベルの信号を出力するように構成さ
れている。
【００２２】次に、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相全波駆動ブラシレスモータの動作
を説明する。逆起電力検出回路１２は、逆起電力のゼロ
クロスタイミングを検出し、非通電相のゼロクロスタイ
ミングごとにハイレベルとロウレベルに変化される電気
角で１２０度を１周期とする回転信号ＲＴＳを生成し、
制御ロジック回路１３へ出力する。制御ロジック回路１
３は、この回転信号ＲＴＳの立ち上がりまたは立下りの
変化があるごとに以下のような制御信号Ｓ１，Ｓ２を第
１および第２カウンタ回路４４および４５に順次送る。
の駆動回路による３相全波駆動ブラシレスモータの動作
を説明する。逆起電力検出回路１２は、逆起電力のゼロ
クロスタイミングを検出し、非通電相のゼロクロスタイ
ミングごとにハイレベルとロウレベルに変化される電気
角で１２０度を１周期とする回転信号ＲＴＳを生成し、
制御ロジック回路１３へ出力する。制御ロジック回路１
３は、この回転信号ＲＴＳの立ち上がりまたは立下りの
変化があるごとに以下のような制御信号Ｓ１，Ｓ２を第
１および第２カウンタ回路４４および４５に順次送る。
【００２３】第１カウンタ回路４４は制御ロジック回路
１３からの制御信号Ｓ１を受けるとそのカウント動作を
停止する。次に、第１カウンタ回路４４の計数値ＣＮが
第２カウンタ回路４５にセットされ、次に第１カウンタ
回路４４はリセットする。そして、第１カウンタ回路４
４および第２カウンタ回路４５は計数動作を開始する。
回転信号ＲＴＳの立ち上がりまたは立下りの変化がある
ごとに以上の動作を繰り返す。
１３からの制御信号Ｓ１を受けるとそのカウント動作を
停止する。次に、第１カウンタ回路４４の計数値ＣＮが
第２カウンタ回路４５にセットされ、次に第１カウンタ
回路４４はリセットする。そして、第１カウンタ回路４
４および第２カウンタ回路４５は計数動作を開始する。
回転信号ＲＴＳの立ち上がりまたは立下りの変化がある
ごとに以上の動作を繰り返す。
【００２４】第１カウンタ回路４４はＵＰカウンタ回路
であり回転信号ＲＴＳによりリセットを繰り返されるた
め回転信号ＲＴＳの半周期（電気角６０度に相当）ごと
の時間を計時し、第２カウンタ回路４５はＤＯＷＮカウ
ンタ回路であり第１カウンタ回路４４のクロックＣＬＫ
１の２倍の周波数のクロックＣＬＫ２を計数するため、
回転信号ＲＴＳの半周期の１／２の時間、すなわち電気
角３０度相当を計時することとなる。そして、この第２
カウンタ回路４５のカウントアップ信号が相切り替えタ
イミング信号ＰＣＳとして制御ロジック回路１３に供給
され、制御ロジック回路１３はこのタイミング信号に従
って各相の巻線に流す電流の向きを切り替える制御を行
なう。
であり回転信号ＲＴＳによりリセットを繰り返されるた
め回転信号ＲＴＳの半周期（電気角６０度に相当）ごと
の時間を計時し、第２カウンタ回路４５はＤＯＷＮカウ
ンタ回路であり第１カウンタ回路４４のクロックＣＬＫ
１の２倍の周波数のクロックＣＬＫ２を計数するため、
回転信号ＲＴＳの半周期の１／２の時間、すなわち電気
角３０度相当を計時することとなる。そして、この第２
カウンタ回路４５のカウントアップ信号が相切り替えタ
イミング信号ＰＣＳとして制御ロジック回路１３に供給
され、制御ロジック回路１３はこのタイミング信号に従
って各相の巻線に流す電流の向きを切り替える制御を行
なう。
【００２５】この実施例においては、逆起電力のゼロク
ロスタイミングから相切り替えタイミングまでの位相シ
フトの精度は２つのカウンタ回路４４および４５のビッ
ト数で決まる。従って、例えば±３度以内の精度が必要
ならば少なくとも５ビットのカウンタ回路を使用すれば
よい。
ロスタイミングから相切り替えタイミングまでの位相シ
フトの精度は２つのカウンタ回路４４および４５のビッ
ト数で決まる。従って、例えば±３度以内の精度が必要
ならば少なくとも５ビットのカウンタ回路を使用すれば
よい。
【００２６】一方、制御ロジック回路１３に入力される
クロックＣＬＫ０の周波数は、回転信号ＲＴＳの１００
倍以上に設定されるので、回転信号ＲＴＳの変化を捕ら
えてから制御ロジック回路１３が一連の制御信号を発す
るのに要する時間は、回転信号ＲＴＳの周期に比べて非
常に短い（４％程度）。従って、制御ロジック回路１３
が回転信号ＲＴＳの変化を捕らえて一連の制御信号を生
成し、この制御信号によりカウンタ回路４４，４５が動
作して相切り替えタイミング信号が出力されるまでの遅
延時間は、ほとんど無視できる程度で済む。
クロックＣＬＫ０の周波数は、回転信号ＲＴＳの１００
倍以上に設定されるので、回転信号ＲＴＳの変化を捕ら
えてから制御ロジック回路１３が一連の制御信号を発す
るのに要する時間は、回転信号ＲＴＳの周期に比べて非
常に短い（４％程度）。従って、制御ロジック回路１３
が回転信号ＲＴＳの変化を捕らえて一連の制御信号を生
成し、この制御信号によりカウンタ回路４４，４５が動
作して相切り替えタイミング信号が出力されるまでの遅
延時間は、ほとんど無視できる程度で済む。
【００２７】図６は、本発明を３相全波ブラシレスモー
タの駆動回路に適用した場合の回転時タイミングチャー
トを示す。図６は、上から順に、巻線に発生する逆起電
力、逆起電力検出回路１２から出力される回転信号ＲＴ
Ｓ、第２カウンタ回路４５の出力、Ｕ、Ｖ、Ｗ相駆動電
流、トルクリップルを示す。回転信号ＲＴＳの半周期ご
との時間を第１カウンタ回路４４で計時し、次の半周期
で第２カウンタ回路４５を用いて第１カウンタ回路４４
で計時した時間の半分の時間を計時する。これによっ
て、逆起電力のゼロクロスタイミングからほとんど時間
遅れ無く、電気角３０度のタイミングを抽出できるの
で、回転数が時々刻々変化するような用途でも、常にト
ルクリップルが小さい理想的な３相全波駆動ブラシレス
モータの駆動が可能になる。
タの駆動回路に適用した場合の回転時タイミングチャー
トを示す。図６は、上から順に、巻線に発生する逆起電
力、逆起電力検出回路１２から出力される回転信号ＲＴ
Ｓ、第２カウンタ回路４５の出力、Ｕ、Ｖ、Ｗ相駆動電
流、トルクリップルを示す。回転信号ＲＴＳの半周期ご
との時間を第１カウンタ回路４４で計時し、次の半周期
で第２カウンタ回路４５を用いて第１カウンタ回路４４
で計時した時間の半分の時間を計時する。これによっ
て、逆起電力のゼロクロスタイミングからほとんど時間
遅れ無く、電気角３０度のタイミングを抽出できるの
で、回転数が時々刻々変化するような用途でも、常にト
ルクリップルが小さい理想的な３相全波駆動ブラシレス
モータの駆動が可能になる。
【００２８】本実施例においては、第１カウンタ回路４
４および第２カウンタ回路４５に入力されるクロックの
周波数比で、逆起電力のゼロクロスタイミングから相切
り替えタイミングまでの位相差が決まる。この位相差
は、モータの回転数とは無関係であり、時定数回路を使
用しないで済むので追従性の問題も発生しない。また、
カウンタ回路がオーバーフローしないかぎり位相差は変
わらないので、使用する回転数範囲が決まったらカウン
タ回路がオーバーフローしないように設計しておきさえ
すれば、全回転数範囲でトルクリップルの小さな理想的
な駆動制御が可能になる。
４および第２カウンタ回路４５に入力されるクロックの
周波数比で、逆起電力のゼロクロスタイミングから相切
り替えタイミングまでの位相差が決まる。この位相差
は、モータの回転数とは無関係であり、時定数回路を使
用しないで済むので追従性の問題も発生しない。また、
カウンタ回路がオーバーフローしないかぎり位相差は変
わらないので、使用する回転数範囲が決まったらカウン
タ回路がオーバーフローしないように設計しておきさえ
すれば、全回転数範囲でトルクリップルの小さな理想的
な駆動制御が可能になる。
【００２９】さらに、クロック周波数の絶対値がばらつ
いても各カウンタ回路に入力されるクロックの周波数比
がずれない限り設定した位相シフトは維持されるので、
クロック生成回路を集積回路に組み込むのも容易であ
る。
いても各カウンタ回路に入力されるクロックの周波数比
がずれない限り設定した位相シフトは維持されるので、
クロック生成回路を集積回路に組み込むのも容易であ
る。
【００３０】図７は、本発明を３相ブラシレスモータの
半波駆動回路に適用した場合の回転時タイミングチャー
トを示す。３相半波ブラシレスモータの駆動回路は、図
４の回路における出力トランジスタＱ１，Ｑ３，Ｑ５を
省略（またはＱ２，Ｑ４，Ｑ６を省略）し、センタータ
ップＣＴを電源電圧Ｖｃｃ（または接地電位）に接続す
ることにより構成することができるので、図示を省略す
る。
半波駆動回路に適用した場合の回転時タイミングチャー
トを示す。３相半波ブラシレスモータの駆動回路は、図
４の回路における出力トランジスタＱ１，Ｑ３，Ｑ５を
省略（またはＱ２，Ｑ４，Ｑ６を省略）し、センタータ
ップＣＴを電源電圧Ｖｃｃ（または接地電位）に接続す
ることにより構成することができるので、図示を省略す
る。
【００３１】半波駆動方式の場合、逆起電力が正または
負のどちらか一方のときにだけ巻線に通電する。図７に
は、逆起電力が負のときに通電する例を示す。この実施
例の場合にも、回転信号ＲＴＳの半周期を第１カウンタ
回路４４でアップカウントし、次の半周期で半分の時間
を第２カウンタ回路４５でダウンカウントし、カウント
値「０」のタイミングを相切り替えに用いる。これによ
り、回転数が変動する場合にも発生するトルクリップル
を小さくすることができる。
負のどちらか一方のときにだけ巻線に通電する。図７に
は、逆起電力が負のときに通電する例を示す。この実施
例の場合にも、回転信号ＲＴＳの半周期を第１カウンタ
回路４４でアップカウントし、次の半周期で半分の時間
を第２カウンタ回路４５でダウンカウントし、カウント
値「０」のタイミングを相切り替えに用いる。これによ
り、回転数が変動する場合にも発生するトルクリップル
を小さくすることができる。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では回転数
が大きく変動してもステータ巻線の逆起電力の位相に対
して所定の位相差をもって相切り替えを行なうことがで
き、これによってトルクの変動を抑え駆動効率を常に最
適に保つことが可能な多相ブラシレスモータの駆動回路
を実現することができる。なお、本発明に係るブラシレ
スモータ制御技術は、３相ブラシレスモータのみでな
く、２相全波駆動ブラシレスモータの駆動回路にも適用
することができる。
が大きく変動してもステータ巻線の逆起電力の位相に対
して所定の位相差をもって相切り替えを行なうことがで
き、これによってトルクの変動を抑え駆動効率を常に最
適に保つことが可能な多相ブラシレスモータの駆動回路
を実現することができる。なお、本発明に係るブラシレ
スモータ制御技術は、３相ブラシレスモータのみでな
く、２相全波駆動ブラシレスモータの駆動回路にも適用
することができる。
【図１】従来の３相ブラシレスモータ全波駆動回路の回
転時の各信号の変化の様子を示すタイミングチャートで
ある。
転時の各信号の変化の様子を示すタイミングチャートで
ある。
【図２】図１のタイミングで動作する３相ブラシレスモ
ータの回転数が半分になった時の各信号の変化の様子を
示すタイミングチャートである。
ータの回転数が半分になった時の各信号の変化の様子を
示すタイミングチャートである。
【図３】従来の他の３相ブラシレスモータ全波駆動回路
の回転時の各信号の変化の様子を示すタイミングチャー
トである。
の回転時の各信号の変化の様子を示すタイミングチャー
トである。
【図４】本発明を適用して有効な３相全波ブラシレスモ
ータの駆動回路の構成例を示すブロック図である。
ータの駆動回路の構成例を示すブロック図である。
【図５】図４のタイミング設定回路のを示すブロック図
である。
である。
【図６】本発明を適用した３相ブラシレスモータ全波駆
動回路の回転時の各信号の変化の様子を示すタイミング
チャートであるである。
動回路の回転時の各信号の変化の様子を示すタイミング
チャートであるである。
【図７】本発明を適用した３相ブラシレスモータ半波駆
動回路の回転時の各信号の変化の様子を示すタイミング
チャートであるである。
動回路の回転時の各信号の変化の様子を示すタイミング
チャートであるである。
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 逆起電力検出回路 １３ 制御ロジック回路 １４ クロック発生回路 １５ タイミング設定回路 ４２，４３ 分周回路 ４４ 第１カウンタ回路 ４５ 第２カウンタ回路 Ｑ１〜Ｑ６ 出力トランジスタ
Claims (4)
- 【請求項１】 複数相のステータ巻線を備えたブラシレ
スモータの各相の巻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多相ブラシレスモータ駆動装置であ
って、 各相のステータ巻線に選択的に通電する出力回路と、上
記巻線のうち非通電相の巻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
回路と、該制御ロジック回路から上記出力回路に供給さ
れる制御信号の始期と終期を決定するタイミング制御回
路と、上記制御ロジック回路およびタイミング制御回路
で必要とするクロック信号を発生するクロック発生回路
とを備え、 上記タイミング制御回路は、クロック発生回路で発生さ
れた第１のクロック信号を計数して上記逆起電力検出回
路の検出信号の周期を計時する第１のカウンタ回路と、
該第１のカウンタ回路の計数値を上記第１のクロック信
号の２倍の周波数を有する第２のクロック信号で計数す
る第２のカウンタ回路を有し、第２のカウンタ回路の出
力の立ち上がりまたは立下りのタイミングで上記出力回
路に供給される制御信号の始期と終期を決定することを
特徴とするブラシレスモータ駆動装置。 - 【請求項２】 上記クロック発生回路は、モータの逆起
電力周波数の１００倍以上の周波数の基準クロック信号
を発生し、上記制御回路は該基準クロック信号に基づい
て動作するように構成されていることを特徴とする請求
項１に記載のブラシレスモータ駆動装置。 - 【請求項３】 上記制御回路は、上記出力回路により上
記各巻線を全波駆動す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に記載のブラシレスモータ駆
動装置。 - 【請求項４】 上記制御回路は、上記出力回路により上
記各巻線を半波駆動す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に記載のブラシレスモータ駆
動装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001172513A JP2002369573A (ja) | 2001-06-07 | 2001-06-07 | ブラシレスモータ駆動装置 |
| US10/131,265 US20020185986A1 (en) | 2001-06-07 | 2002-04-23 | Apparatus for driving brushless motor |
| DE10223720A DE10223720A1 (de) | 2001-06-07 | 2002-05-28 | Vorrichtung zum Ansteuern eines bürstenlosen Motors |
| CN02122478A CN1391338A (zh) | 2001-06-07 | 2002-06-05 | 用于驱动无刷电机的装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001172513A JP2002369573A (ja) | 2001-06-07 | 2001-06-07 | ブラシレスモータ駆動装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002369573A true JP2002369573A (ja) | 2002-12-20 |
Family
ID=19014121
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001172513A Pending JP2002369573A (ja) | 2001-06-07 | 2001-06-07 | ブラシレスモータ駆動装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20020185986A1 (ja) |
| JP (1) | JP2002369573A (ja) |
| CN (1) | CN1391338A (ja) |
| DE (1) | DE10223720A1 (ja) |
Families Citing this family (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| DE10308859A1 (de) * | 2003-02-27 | 2004-09-16 | Melexis Gmbh | Verfahren zur leistungsoptimalen Ansteuerung von BLDC-Motoren |
| DE10357504A1 (de) * | 2003-12-09 | 2005-07-07 | BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH | Bestimmung der Rotorlage in einem Elektromotor |
| US7184927B2 (en) * | 2004-03-26 | 2007-02-27 | Honeywell International Inc. | Adaptive position sensing method and apparatus for synchronous motor generator system |
| CN101086475B (zh) * | 2006-06-09 | 2011-11-30 | 深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司 | 具有转速自动控制功能的气体测量装置及气体测量方法 |
| CN101424946B (zh) * | 2007-11-02 | 2011-01-12 | 深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司 | 脉冲定位系统及其脉冲定位误差的补偿方法 |
| GB201006388D0 (en) | 2010-04-16 | 2010-06-02 | Dyson Technology Ltd | Control of brushless motor |
| GB201006387D0 (en) | 2010-04-16 | 2010-06-02 | Dyson Technology Ltd | Control of a brushless motor |
| GB201006398D0 (en) | 2010-04-16 | 2010-06-02 | Dyson Technology Ltd | Control of a brushless motor |
| GB201006390D0 (en) | 2010-04-16 | 2010-06-02 | Dyson Technology Ltd | Control of a brushless motor |
| GB201006392D0 (en) | 2010-04-16 | 2010-06-02 | Dyson Technology Ltd | Controller for a brushless motor |
| GB201006396D0 (en) | 2010-04-16 | 2010-06-02 | Dyson Technology Ltd | Control of a brushless motor |
| GB201006386D0 (en) | 2010-04-16 | 2010-06-02 | Dyson Technology Ltd | Control of a brushless motor |
| GB201006397D0 (en) | 2010-04-16 | 2010-06-02 | Dyson Technology Ltd | Control of a brushless motor |
| GB201006395D0 (en) | 2010-04-16 | 2010-06-02 | Dyson Technology Ltd | Control of a brushless motor |
| GB201006391D0 (en) | 2010-04-16 | 2010-06-02 | Dyson Technology Ltd | Control of a brushless permanent-magnet motor |
| GB201006384D0 (en) * | 2010-04-16 | 2010-06-02 | Dyson Technology Ltd | Control of a brushless motor |
| GB2484289B (en) | 2010-10-04 | 2013-11-20 | Dyson Technology Ltd | Control of an electrical machine |
| JP5236038B2 (ja) * | 2011-03-29 | 2013-07-17 | 三菱電機株式会社 | ブラシレスモータの駆動制御装置 |
| US11374514B2 (en) | 2019-04-25 | 2022-06-28 | Black & Decker Inc. | Sensorless variable conduction control for brushless motor |
| US11374520B2 (en) | 2019-06-10 | 2022-06-28 | Black & Decker Inc. | Field-oriented sensorless brushless motor control in a power tool |
| US11575342B2 (en) * | 2020-09-22 | 2023-02-07 | Lennox Industries Inc. | Motor driver controller analysis device |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6369712B2 (en) * | 1999-05-17 | 2002-04-09 | The Goodyear Tire & Rubber Company | Response adjustable temperature sensor for transponder |
| US6566832B2 (en) * | 1999-06-02 | 2003-05-20 | Maxtor Corporation | Method and apparatus for parking a read/write head during power interruptions by dynamic sequencing |
-
2001
- 2001-06-07 JP JP2001172513A patent/JP2002369573A/ja active Pending
-
2002
- 2002-04-23 US US10/131,265 patent/US20020185986A1/en not_active Abandoned
- 2002-05-28 DE DE10223720A patent/DE10223720A1/de not_active Withdrawn
- 2002-06-05 CN CN02122478A patent/CN1391338A/zh active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1391338A (zh) | 2003-01-15 |
| DE10223720A1 (de) | 2002-12-12 |
| US20020185986A1 (en) | 2002-12-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040525 |