JP2502680B2 - Brushless motor drive - Google Patents

Brushless motor drive

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JP2502680B2
JP2502680B2 JP63127773A JP12777388A JP2502680B2 JP 2502680 B2 JP2502680 B2 JP 2502680B2 JP 63127773 A JP63127773 A JP 63127773A JP 12777388 A JP12777388 A JP 12777388A JP 2502680 B2 JP2502680 B2 JP 2502680B2
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善博 戸崎
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大三郎 久保田
誠 宮本
裕二 永田
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ステップ動作を行うブラシレスモータの駆
動装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a brushless motor drive device that performs a step operation.

従来の技術 従来より特開昭54-57111号公報に開示されたようなブ
ラシレス直流モータがあった。
2. Description of the Related Art Conventionally, there has been a brushless DC motor as disclosed in JP-A-54-57111.

以下に従来のブラシレス直流モータについて説明す
る。
The conventional brushless DC motor will be described below.

第11図は、従来のブラシレス直流モータを示すもので
ある。第11図において、W1,W2,W3及びW4は4個の部分
巻線であり、これらの端は星形接続点に一括され、これ
は電源の正極に導かれ、各部分巻線の自由端はスイッチ
S1〜S4を介して電源の負極に導かれる。Rはロータであ
る。その磁極N−Sの方向は矢印111で示され、H1,H2
は2つのロータ位置検出器を示す。転流は、ロータRが
時計の回転と反対方向に回転するように行われ、転流角
は45°,135°,225°,315°である。巻線W3に通電すると
ローラRは角度45°〜135°の範囲を、巻線W4,W1,W2
にそれぞれ順に通電するとロータRは、角度135°〜225
°,225°〜315°,315°〜45°の範囲に動かされる。巻
線W2に通電すると、ロータRは角度315°〜45°の範囲
に動かされる。転流信号のこの瞬間の状態が維持される
と、ロータRは通電された巻線W2の方向を向いた状態に
保持される。しかしこの時点に既に新しい信号が到来
し、これは巻線W3を閉路しようとする。これを避けるた
め、中間記憶装置112が設けられ、これは巻線W3への転
流信号を次のステップパルスによって既に存在する転流
信号が解除されるまで記憶する。
FIG. 11 shows a conventional brushless DC motor. In Fig. 11, W 1 , W 2 , W 3 and W 4 are four partial windings, the ends of which are grouped together into a star-shaped connecting point, which is led to the positive pole of the power supply and each partial winding. Switch at free end of line
It is led to the negative electrode of the power source through S 1 to S 4 . R is a rotor. The direction of the magnetic pole N-S is indicated by an arrow 111, and H 1 , H 2
Indicates two rotor position detectors. The commutation is performed so that the rotor R rotates in the direction opposite to the rotation of the timepiece, and the commutation angles are 45 °, 135 °, 225 °, 315 °. When the winding W 3 is energized, the roller R moves in the range of angles 45 ° to 135 °, and the windings W 4 , W 1 , W 2
When the respective currents are sequentially energized,
It is moved in the range of °, 225 ° ~ 315 °, 315 ° ~ 45 °. When the winding W 2 is energized, the rotor R is moved in the range of 315 ° to 45 °. If the state of the commutation signal at this moment is maintained, the rotor R is held in the state of being directed towards the energized winding W 2 . But at this point a new signal has already arrived, which tries to close the winding W 3 . To avoid this, an intermediate storage device 112 is provided, which stores the commutation signal to the winding W 3 until the next step pulse clears the already existing commutation signal.

この回路を第11図bに示す。113は2つのホール素子H
1,H2からなるロータ位置検出器、114はホール素子の出
力を増幅する増幅器、115は増幅器114の出力よりスイッ
チS1〜S4のロータ位置に関する制御をする選択回路、11
6はロータ、117は転流回路、118はOR回路、119はプリセ
ット計数器、1110はAND回路、1111はOR回路である。選
択回路115の出力端子は中間記憶装置112の入力端子に接
続され、中間記憶装置112の入力信号は制御信号に基い
て出力端子に接続された転流回路117に送られる。この
状態は中間記憶装置112の入力端子に、次の制御信号が
到来するまで維持される。この様に選択回路115により
巻線W2は通電され、従ってロータ116はこの巻線の方向
に保持され、この状態は中間記憶装置112が新しく制御
信号が得るまで維持される。このとき選択回路115はロ
ータ位置に対応して既に巻線W2の通電を選択している。
この転流信号は中間記憶装置112を反復制御することに
より、連続するロータ運動が得られる。さらに転流信号
S1〜S4の変化の都度ステップパルスを選択回路115に誘
導し、OR回路1111を介して外部のプリセット計数器119
に導く。一方で、ステップパルスは直接中間記憶装置11
2の入力端子に導かれ、これによりロータ116のステップ
運動が発生する。このようなモータを位置設定に用いる
ため、外部プリセット計数器119が設けられ、これが実
施されるべき角度ステップの数を決定する。これによ
り、ステップパルスはAND回路1110及びOR回路1111を通
って中間記憶装置112の制御入力端子に供給される。予
定の位置が得られるまでプリセット計数器119から1つ
の信号がAND回路1110に送られる。この様に予定のステ
ップ数が得られるまで各ステップパルスが短時間的に中
間記憶装置112に導入される。このため新しい転流シー
ケンスが中間記憶装置112の出力側、従って転流回路117
に連続的に発生する。モータは各ステップパルスに従っ
て夫々1角ステップだけ回転する。
This circuit is shown in FIG. 11b. 113 is two Hall elements H
1 , a rotor position detector composed of H 2 , 114 is an amplifier for amplifying the output of the Hall element, 115 is a selection circuit for controlling the rotor positions of the switches S 1 to S 4 from the output of the amplifier 114, 11
6 is a rotor, 117 is a commutation circuit, 118 is an OR circuit, 119 is a preset counter, 1110 is an AND circuit, and 1111 is an OR circuit. The output terminal of the selection circuit 115 is connected to the input terminal of the intermediate storage device 112, and the input signal of the intermediate storage device 112 is sent to the commutation circuit 117 connected to the output terminal based on the control signal. This state is maintained until the next control signal arrives at the input terminal of the intermediate storage device 112. In this way, the selection circuit 115 energizes the winding W 2 and thus holds the rotor 116 in the direction of this winding, which is maintained until the intermediate storage device 112 receives a new control signal. At this time, the selection circuit 115 has already selected energization of the winding W 2 corresponding to the rotor position.
This commutation signal is repeatedly controlled by the intermediate storage device 112 to obtain continuous rotor motion. Further commutation signal
A step pulse is induced to the selection circuit 115 each time S 1 to S 4 changes, and an external preset counter 119 is supplied via the OR circuit 1111.
Lead to. On the other hand, the step pulse is directly stored in the intermediate storage device 11
2 to the input terminal of the rotor 116, which causes a step motion of the rotor 116. To use such a motor for position setting, an external preset counter 119 is provided, which determines the number of angular steps to be performed. As a result, the step pulse is supplied to the control input terminal of the intermediate storage device 112 through the AND circuit 1110 and the OR circuit 1111. One signal is sent from the preset counter 119 to the AND circuit 1110 until the predetermined position is obtained. Each step pulse is introduced into the intermediate storage device 112 in a short time until the predetermined number of steps is obtained. For this reason, a new commutation sequence is generated on the output side of the intermediate storage device 112, and thus the commutation circuit 117.
Occur continuously. The motor rotates one angular step each according to each step pulse.

しかし、上記従来の方法ではモータを必要な角度で停
止させる等、角度指定して回転制御を行うことが不可能
であった。従って、コンパクトカセットテープレコーダ
装置のヘッド移動やピンチローラの圧接位置制御にモー
タを利用することができなかった。これは、圧接するた
めの位置制御にモータの回転を指定した角度で停止保持
する機能が必要であるためである。さらに、ヘッドピン
チローラの移動を高速に行いかつ、各移動及び圧接時に
おける負荷トルクに耐える高トルクが必要である。
However, in the above-mentioned conventional method, it is impossible to control the rotation by designating the angle such as stopping the motor at a required angle. Therefore, the motor cannot be used to move the head of the compact cassette tape recorder and control the pressure contact position of the pinch roller. This is because the position control for pressure contact requires a function of stopping and holding the rotation of the motor at a designated angle. Further, it is necessary to move the head pinch roller at high speed and to have a high torque that can withstand the load torque during each movement and pressure contact.

発明が解決しようとする課題 しかしながら前記従来の構成ではローラの位置検出器
であるホール素子が少なくともモータの相数と同じだけ
必要であり、又次のステップパルスを記憶する中間記憶
装置が必要であるとともに、この回転させたい角度に対
応したステップパルス系列を中間記憶装置で2個以上記
憶できないため、短い間隔のステップパルス系列には対
応できない、さらにモータ回転のステップ角数がモータ
のコイル数だけに依存しているので、細かなステップ動
作が不可能である。又、指定した角度でモータのロータ
を確実に停止させることができないという欠点を有して
いた。
However, in the above-mentioned conventional configuration, the Hall element, which is the position detector of the roller, needs to be at least as many as the number of phases of the motor, and the intermediate storage device that stores the next step pulse is required. At the same time, since two or more step pulse sequences corresponding to the angle to be rotated cannot be stored in the intermediate storage device, it is not possible to correspond to step pulse sequences with short intervals. Further, the step angle number of motor rotation is only the number of coils of the motor. Since it is dependent, detailed step operation is impossible. In addition, there is a drawback that the rotor of the motor cannot be surely stopped at the designated angle.

本発明は、前記従来の問題点を解決するためになされ
たもので、ホール素子の数がモータの相数以下で、短い
間隔のステップパルス系列に対応でき、モータ回転のス
テップ角数がモータのコイル数だけに依存せず同相数の
モータを使用した場合より細かなステップ動作を可能に
すると共に、さらに指定した角度で確実に停止させるこ
とができる中間記憶装置の不要なブラシレスモータの駆
動装置を提供するものである。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned conventional problems. The number of Hall elements is equal to or less than the number of phases of a motor and can correspond to a step pulse sequence with a short interval. A brushless motor drive that does not require an intermediate storage device that enables finer step operation than when using a motor with the same number of phases without depending only on the number of coils and that can surely stop at a specified angle. It is provided.

課題を解決するための手段 この目的を達成するために本発明のブラシレスモータ
の駆動装置は、所定の周期のクロック信号を発生させる
クロック信号発生手段と、ロータの回転位置を検出する
ロータ位置検出手段と、このクロック信号とロータ位置
検出手段の出力との位相差を検出する位相検出手段と、
この位相検出手段の出力に基づいてクロック信号発生手
段の出力であるクロック信号のデューティ比を変化させ
る同期クロック信号発生手段と、ステータの各コイルに
電流を流す電流駆動手段と、同期クロック信号発生手段
の出力である同期クロック信号に同期して電流駆動手段
を用いて各コイルに電流を流すタイミング及び流す期間
を制御するタイミング制御手段と、同期クロック信号を
外部指令により任意の時点からカウントするクロックカ
ウント手段と、このクロックカウント手段のカウント出
力が所定カウント数であることを検出するカウント検出
手段と、クロックカウント手段のカウント出力が所定カ
ウント数と一致したことをカウント検出手段が検出した
時の同期クロック信号に基づくタイミング制御手段の出
力を所定時間保持させ、所定時間後タイミング制御手段
の出力をリセットしかつカウント検出手段の出力がない
時はタイミング制御手段の出力を通過させる信号をタイ
ミング制御手段に与えるホールド・リセット手段とを備
えた構成となっている。
Means for Solving the Problems To achieve this object, a brushless motor driving device according to the present invention comprises a clock signal generating means for generating a clock signal of a predetermined cycle, and a rotor position detecting means for detecting a rotational position of a rotor. And phase detecting means for detecting a phase difference between the clock signal and the output of the rotor position detecting means,
Synchronous clock signal generating means for changing the duty ratio of the clock signal which is the output of the clock signal generating means based on the output of the phase detecting means, current driving means for supplying a current to each coil of the stator, and synchronous clock signal generating means. Timing control means for controlling the timing and duration of the current flow through each coil by using the current drive means in synchronization with the synchronous clock signal which is the output of the clock, and the clock count for counting the synchronous clock signal from an arbitrary time point by an external command. Means, a count detecting means for detecting that the count output of the clock counting means is a predetermined count number, and a synchronous clock when the count detecting means detects that the count output of the clock counting means matches the predetermined count number. Hold the output of the timing control means based on the signal for a predetermined time And a hold / reset means for resetting the output of the timing control means after a predetermined time and for giving a signal to the timing control means when the output of the count detection means is not present. There is.

作用 この構成によって、ブラシレスモータを同期クロック
信号に同期させてステッピングモータの様に動作させる
ことができ、かつ、ロータ位置検出手段の出力に基づい
て同期クロック信号を生成するため、モータをステップ
動作させてもモータの動作がステップパルスに追従しな
い脱調現象が生じない。また、モータのステップ角数が
モータのコイル数だけに依存せず細かなステップ動作が
可能である。さらに、クロックカウント手段とカウント
検出手段及びホールド・リセット手段により、指定した
角度で確実にモータを停止することができる。
With this configuration, the brushless motor can be operated like a stepping motor in synchronization with the synchronous clock signal, and the synchronous clock signal is generated based on the output of the rotor position detecting means, so that the motor is step-operated. However, the step-out phenomenon in which the motor operation does not follow the step pulse does not occur. Further, the step angle of the motor does not depend only on the number of coils of the motor, and fine step operation is possible. Further, the clock counting means, the count detecting means, and the hold / reset means can surely stop the motor at the designated angle.

実施例 以下本発明の一実施例について、図面を参照しながら
説明する。第1図は、本発明の一実施例におけるブラシ
レスモータの駆動装置のブロック図を示すものである。
Embodiment An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of a brushless motor driving device according to an embodiment of the present invention.

第1図において、1は所定の周期のクロック信号を発
生させるクロック信号発生回路、2はロータの位置を検
出するロータ位置検出回路、3はクロック信号発生回路
1の出力とロータ位置検出回路2の出力との位相差を検
出する位相検出回路、4は位相検出回路3の出力に基づ
いてクロック信号のデューティ比を変化させる同期クロ
ック信号発生回路、5は同期クロック信号をカウントす
るクロックカウンタ、6はクロックカウンタ5のカウン
ト出力が所定のカウント数であることを検出するカウン
ト検出回路、7はブラシレスモータ10のステータの各コ
イルに電流を流すタイミング及び流す期間を制御するタ
イミング制御回路、8はカウント検出回路6の出力に基
づき、クロックカウンタ5のカウント出力が所定のカウ
ント数になったことを検出した時点の同期クロック信号
に基づくタイミング制御回路7の出力を所定時間保持し
所定時間保持後その出力をリセットすることを指令する
信号をタイミング制御回路7に与えるホールド・リセッ
ト回路、9はステータの各コイルに電流を供給する電流
駆動回路、10はブラシレスモータである。
In FIG. 1, 1 is a clock signal generation circuit for generating a clock signal of a predetermined cycle, 2 is a rotor position detection circuit for detecting the position of a rotor, 3 is an output of the clock signal generation circuit 1 and a rotor position detection circuit 2. A phase detection circuit that detects a phase difference from the output, 4 is a synchronous clock signal generation circuit that changes the duty ratio of the clock signal based on the output of the phase detection circuit 3, 5 is a clock counter that counts the synchronous clock signal, and 6 is A count detection circuit that detects that the count output of the clock counter 5 is a predetermined count number, 7 is a timing control circuit that controls the timing and duration of the current flow to each coil of the stator of the brushless motor 10, and 8 is the count detection circuit. The count output of the clock counter 5 has reached a predetermined count number based on the output of the circuit 6. A hold / reset circuit for holding the output of the timing control circuit 7 based on the synchronous clock signal at the time of detection for a predetermined time and resetting the output after holding the output for a predetermined time. A current drive circuit that supplies current to each coil, and 10 is a brushless motor.

本実施例では、ブラシレスモータ10としてステータの
各コイルがY結線された3相ブラシレスモータを用い、
同期クロック信号1周期で15°回転させ、かつブラシレ
スモータ10をさらに90°回転したところで回転を停止保
持させるものを例にとってロータの位置検出用センサー
であるホール素子が1個,2個,3個の場合について説明す
る。
In this embodiment, as the brushless motor 10, a three-phase brushless motor in which each coil of the stator is Y-connected is used,
For example, the Hall element which is the rotor position detection sensor is 1, 2, 3 for rotating the brushless motor 10 by 90 ° in one cycle of the synchronous clock signal and stopping the rotation when the brushless motor 10 is further rotated by 90 °. The case will be described.

第2図a,bはロータ位置検出回路2及びロータ,ステ
ータコイル,ホール素子の位置関係を示すものであり、
以下第3図は第2図aの動作説明のための波形図、第4
図及び第5図は位相検出回路3及び同期クロック信号発
生回路4を示す回路図、第6図は位相検出回路3及び同
期クロック信号発生回路4の動作説明のための波形図、
第7図はタイミング制御回路7を示す回路図、第8図は
クロックカウンタ5,クロック検出回路及びホールド・リ
セット回路8を示す回路図、第9図aは電流駆動回路9
を示す回路図、第9図bはブラシレスモータ10のコイル
結線図、第10図は同期クロック信号,タイミング制御回
路7及びホールド・リセット回路8の動作説明のための
波形図である。
2A and 2B show the positional relationship between the rotor position detection circuit 2, the rotor, the stator coil, and the Hall element.
FIG. 3 is a waveform diagram for explaining the operation of FIG.
5 and 5 are circuit diagrams showing the phase detection circuit 3 and the synchronous clock signal generation circuit 4, FIG. 6 is a waveform diagram for explaining the operation of the phase detection circuit 3 and the synchronous clock signal generation circuit 4,
7 is a circuit diagram showing the timing control circuit 7, FIG. 8 is a circuit diagram showing the clock counter 5, the clock detection circuit and the hold / reset circuit 8, and FIG. 9a is a current drive circuit 9.
FIG. 9B is a coil connection diagram of the brushless motor 10, and FIG. 10 is a waveform diagram for explaining the operation of the synchronous clock signal, the timing control circuit 7 and the hold / reset circuit 8.

次に本実施例のブラシレスモータ駆動装置の動作につ
いて述べる。
Next, the operation of the brushless motor drive device of this embodiment will be described.

第1図のクロック信号発生回路1は、第6図に示す所
定周期のデューティ比50%のクロック信号を発生する。
また、第1図のロータ位置検出回路2は、第2図aに示
す回路構成で3個のコンパレータ21,22,23、2個のEX-O
Rゲート24,25からなる。又、本実施例における3相ブラ
シレスモータは第2図bに示す様に8極の磁極からなる
ロータ26,向かい側同志が直列につながった6個のステ
ータコイル27及び3個のホール素子H1,H2,H3から構成
されている。ロータ位置検出回路2の動作を第3図にて
示す。ホール素子の出力はある直流レベル(ホール素子
のバイアス電流で決定される)を持つ互いに逆相の出力
H+,H-を持つ。この2つの信号H+,H-をコンパレータの
入力とすることで第3図aの丸印部分のゼロクロス点即
ちロータの磁極の境界点を検出する。従って3個のホー
ル素子の出力を3個のコンパレータ21〜23でコンパレー
トした出力を2個のEX-ORゲート24,25で合成するとロー
タ回転角15°に対応した信号が得られる。第2図aの各
部波形を第3図bに示す。この場合ホール素子3個の場
合について説明したが、ロータ位置検出回路2はホール
素子1個の場合、1個のコンパレータ21だけで構成で
き、ホール素子2個の場合2個のコンパレータと1個の
EX-ORゲートで構成でき、夫々の場合のロータ位置検出
回路2の出力は第3図bに示すA及びDの信号となる。
次に第1図の位相検出回路3はクロック信号発生回路1
の出力とロータ位置検出回路2の出力の位相を比較する
が、位相比較を行うためにクロック信号発生回路1の出
力を変換する回路を第4図に示す。
The clock signal generating circuit 1 shown in FIG. 1 generates a clock signal having a duty ratio of 50% shown in FIG.
The rotor position detection circuit 2 of FIG. 1 has three comparators 21, 22, 23 and two EX-Os with the circuit configuration shown in FIG. 2a.
It consists of R gates 24 and 25. Further, the three-phase brushless motor in the present embodiment is, as shown in FIG. 2b, a rotor 26 having eight magnetic poles, six stator coils 27 in which opposite sides are connected in series, and three Hall elements H 1 , It is composed of H 2 and H 3 . The operation of the rotor position detection circuit 2 is shown in FIG. The output of the Hall element has a certain direct current level (determined by the bias current of the Hall element) and the output of opposite phase
H +, H - with a. By inputting these two signals H + and H to the input of the comparator, the zero cross point of the circled portion in FIG. 3a, that is, the boundary point of the magnetic poles of the rotor is detected. Therefore, when the outputs obtained by comparing the outputs of the three Hall elements with the three comparators 21 to 23 are combined by the two EX-OR gates 24 and 25, a signal corresponding to the rotor rotation angle of 15 ° is obtained. Waveforms at various parts of FIG. 2a are shown in FIG. 3b. In this case, the case of three Hall elements has been described, but the rotor position detection circuit 2 can be configured with only one comparator 21 in the case of one Hall element, and two comparators and one in the case of two Hall elements.
It can be constituted by an EX-OR gate, and the output of the rotor position detection circuit 2 in each case becomes the signals A and D shown in FIG. 3b.
Next, the phase detection circuit 3 shown in FIG.
FIG. 4 shows a circuit for comparing the output of the clock signal generating circuit 1 and the phase of the output of the rotor position detecting circuit 2, and converting the output of the clock signal generating circuit 1 for phase comparison.

これは4個のJKフリップフロップ41〜44,1個のNANDゲ
ート45と1個のデータセレクタ46からなり、駆動する3
相ブラシレスモータの持つホール素子数に対応した位相
比較用クロック信号を生成する。この位相比較用クロッ
ク信号は、ホール素子数が0個の場合、クロック信号発
生回路1の出力であるクロック信号と同一であり、ホー
ル素子数が1〜3個の場合、第6図に示す波形のように
なる。この位相比較用クロック信号とロータ位置検出回
路2の出力の位相差を位相検出回路3で検出し、この出
力に基づいて同期クロック信号発生回路4で同期クロッ
ク信号を生成する。この位相検出回路3及び同期クロッ
ク信号発生回路4を第5図に示す。
This is composed of four JK flip-flops 41 to 44, one NAND gate 45 and one data selector 46, and drives 3
The phase comparison clock signal corresponding to the number of Hall elements of the phase brushless motor is generated. This phase comparison clock signal is the same as the clock signal output from the clock signal generation circuit 1 when the number of Hall elements is 0, and the waveform shown in FIG. 6 when the number of Hall elements is 1 to 3. become that way. The phase difference between the phase comparison clock signal and the output of the rotor position detection circuit 2 is detected by the phase detection circuit 3, and the synchronous clock signal generation circuit 4 generates the synchronous clock signal based on this output. The phase detection circuit 3 and the synchronous clock signal generation circuit 4 are shown in FIG.

第5図は、2つの信号の正のエッジの位相差を検出す
る位相検出器51、2つの信号の負のエッジの位相差を検
出する位相検出器52及び2つの位相検出器51,52の出力
に基づいて同期クロック信号を生成する3つのORゲート
53〜55,1個のNORゲート56,1個のANDゲート57からなる。
第5図の動作を第6図を用いて説明する。但し、ホール
素子数が0個の場合は同期クロック信号はクロック信号
と同一である。第6図からわかる様に、位相検出回路3
及び同期クロック信号生成回路4は、クロック信号発生
回路1の出力であるクロック信号を位相比較用クロック
信号に変換し、この信号とロータ位置検出回路2の出力
信号との位相差を比較する。そしてこの位相差に基づい
て、クロック信号のデューティ比を変化させた同期クロ
ック信号を生成する。よってこの同期クロック信号に基
づいて、タイミング制御回路7はステータの各コイルに
電流を流すタイミング及び流す期間を制御する信号を出
力する。このタイミング制御回路7の回路構成を第7図
に示す。このタイミング制御回路は4個のJKフリップフ
ロップ71〜74と6個のDフリップフロップ75〜710,及び
3個のANDゲート711〜713と1個のインバータからな
る。このタイミング制御回路7は、入力される同期クロ
ック6周期分を1周期とする互に重り合わない3相クロ
ックを4個のJKフリップフロップ71〜74で生成する。こ
の様に生成した3相クロック信号を6個のDフリップフ
ロップ75〜710で、同期クロック信号に基づいて遅延さ
せた出力がφ1〜φ6である。このφ1〜φ6がタイミング
制御回路7の出力である。タイミング制御回路7の出力
信号に基づいて電流駆動回路9がステータの各コイルに
電流を流しブラシレスモータ10を駆動する。電流駆動回
路9を第9図に示す。この電流駆動回路9は6個のトラ
ンジスタQ1〜Q6で構成されたおり、第7図のタイミング
制御回路7の出力φ1〜φ6で直接駆動される。そして第
9図bに示す様にY結線されたブラシレスモータコイル
に電流を供給する。さらにクロックカウンタ5は、同期
クロック信号発生回路4の出力である同期クロック信号
を外部から与えられるカウント開始信号に基づいてカウ
ントを行う。そしてカウント検出回路6は、クロックカ
ウンタ5の出力であるカウント値が所定カウント数であ
ることを検出する。そしてホールド・リセット回路8
は、カウント検出回路6の出力に基づいて、タイミング
制御回路7に制御信号を出力する。すなわち、クロック
カウンタ5の出力が所定カウント数であることをカウン
ト検出回路6が検出した時は、検出した時のタイミング
制御回路7の出力を所定時間保持し、所定時間後、タイ
ミング制御回路7の出力をリセットする信号をホールド
・リセット回路8は、タイミング制御回路7に与える。
このクロックカウンタ5,カウント検出回路6及びホール
ド・リセット回路8を第8図に示す。第8図において、
クロックカウンタ5及びカウント検出回路6は、3個の
JKフリップフロップ81〜83,NANDゲート87,ANDゲート88
から成り、ホールド・リセット回路8はSRフリップフロ
ップ84,モノマルチバイブレータ85及びDフリップフロ
ップ86から成る。
FIG. 5 shows a phase detector 51 for detecting a phase difference between positive edges of two signals, a phase detector 52 for detecting a phase difference between negative edges of two signals, and two phase detectors 51, 52. Three OR gates that generate a synchronous clock signal based on the output
53 to 55, consisting of one NOR gate 56 and one AND gate 57.
The operation of FIG. 5 will be described with reference to FIG. However, when the number of Hall elements is 0, the synchronous clock signal is the same as the clock signal. As can be seen from FIG. 6, the phase detection circuit 3
The synchronous clock signal generation circuit 4 converts the clock signal output from the clock signal generation circuit 1 into a phase comparison clock signal, and compares the phase difference between this signal and the output signal of the rotor position detection circuit 2. Then, based on this phase difference, a synchronous clock signal in which the duty ratio of the clock signal is changed is generated. Therefore, based on this synchronous clock signal, the timing control circuit 7 outputs a signal for controlling the timing and the period during which the current flows in each coil of the stator. The circuit structure of the timing control circuit 7 is shown in FIG. This timing control circuit comprises four JK flip-flops 71 to 74, six D flip-flops 75 to 710, three AND gates 711 to 713, and one inverter. The timing control circuit 7 generates three-phase clocks, each of which has six cycles of the input synchronous clock as one cycle, which do not overlap each other, by the four JK flip-flops 71 to 74. The three-phase clock signals thus generated are delayed by the six D flip-flops 75 to 710 based on the synchronous clock signals, and the outputs are φ 1 to φ 6 . These φ 1 to φ 6 are outputs of the timing control circuit 7. Based on the output signal of the timing control circuit 7, the current driving circuit 9 supplies a current to each coil of the stator to drive the brushless motor 10. The current drive circuit 9 is shown in FIG. The current drive circuit 9 is composed of six transistors Q 1 to Q 6 , and is directly driven by the outputs φ 1 to φ 6 of the timing control circuit 7 shown in FIG. Then, as shown in FIG. 9b, a current is supplied to the Y-connected brushless motor coil. Further, the clock counter 5 counts the synchronous clock signal output from the synchronous clock signal generating circuit 4 based on a count start signal given from the outside. Then, the count detection circuit 6 detects that the count value output from the clock counter 5 is a predetermined count number. And hold / reset circuit 8
Outputs a control signal to the timing control circuit 7 based on the output of the count detection circuit 6. That is, when the count detection circuit 6 detects that the output of the clock counter 5 is the predetermined count number, the output of the timing control circuit 7 at the time of detection is held for a predetermined time, and after the predetermined time, the timing control circuit 7 outputs The hold / reset circuit 8 gives a signal for resetting the output to the timing control circuit 7.
The clock counter 5, the count detection circuit 6 and the hold / reset circuit 8 are shown in FIG. In FIG.
The clock counter 5 and the count detection circuit 6 have three
JK flip-flops 81 to 83, NAND gate 87, AND gate 88
The hold / reset circuit 8 comprises an SR flip-flop 84, a mono-multivibrator 85 and a D flip-flop 86.

以上の一連の動作を第10図を用いて説明する。クロッ
ク信号発生回路1の出力でるクロック信号に基づいてタ
イミング制御回路7が動作する。そして、このタイミン
グ制御回路7の出力に基づいて、電流駆動回路9がブラ
シレスモータ10に電流を供給する。これによりブラシレ
スモータ10が回転する。よってこの回転をロータ位置検
出回路2が検出する。そして位相検出回路3がクロック
信号発生回路1の出力であるクロック信号を位相比較用
クロック信号に変換しこの信号とロータ位置検出回路2
の出力信号との位相差を検出する。この位相検出回路3
の出力に基づいて、同期クロック信号発生回路4がクロ
ック信号のデューティ比を変化させ同期クロック信号を
生成する。この同期クロック信号は、本実施例では、ホ
ール素子数が0個の場合クロック信号と同一である。
又、ホール素子数が1個の場合、ロータが45°回転する
のに要する時間と同期クロック3パルス分の周期和が等
しい。ホール素子数が2個の場合、ロータが30°回転す
るのに要する時間と同期クロック2パルス分の周期和が
等しい。さらにホール素子数が3個の場合ロータが15°
回転するのに要する時間と同期クロックの周期が等し
い。この同期クロック信号に基づいてタイミング制御回
路7は、出力φ1〜φ6を出力する。この出力φ1〜φ6
基づいて、電流駆動回路9のトランジスタQ1〜Q6がオン
し、ブラシレスモータ10を駆動する。さらに第10図の様
に、ブラシレスモータ10が60°回転した後、クロックカ
ウンタ5にカウント開始信号を与える。これにより、ク
ロックカウンタ5は同期クロック信号をカウントする。
ところでクロックカウンタ5は第8図に示す様に6進カ
ウンタであるため、ブラシレスモータ10が60°の回転位
置から90°回転した150°のところでカウント信号を出
力する。これをカウント検出回路6が所定カウント数で
あるカウント検出回路6を検出する。この検出出力に基
づいてホールド・リセット回路8は、カウント検出回路
6が所定カウント数であることを検出した時、即ちロー
タ回転角150°の時のタイミング制御回路7の出力φ1
φ6を所定時間ホールドする信号をタイミング制御回路
7に与える。そして、その所定時間後タイミング制御回
路7の出力φ1〜φ6をリセットする信号をホールド・リ
セット回路8がタイミング制御回路7に与える。これに
よって、ブラシレスモータ10を150°回転したところ
で、確実に回転を制止することができる。
The above series of operations will be described with reference to FIG. The timing control circuit 7 operates based on the clock signal output from the clock signal generation circuit 1. Then, based on the output of the timing control circuit 7, the current drive circuit 9 supplies a current to the brushless motor 10. This causes the brushless motor 10 to rotate. Therefore, the rotor position detection circuit 2 detects this rotation. Then, the phase detection circuit 3 converts the clock signal output from the clock signal generation circuit 1 into a phase comparison clock signal, and this signal and the rotor position detection circuit 2
The phase difference with the output signal of is detected. This phase detection circuit 3
The synchronous clock signal generation circuit 4 changes the duty ratio of the clock signal on the basis of the output of the synchronous clock signal to generate the synchronous clock signal. In the present embodiment, this synchronous clock signal is the same as the clock signal when the number of Hall elements is zero.
When the number of Hall elements is one, the time required for the rotor to rotate by 45 ° is equal to the period sum of three pulses of the synchronous clock. When the number of Hall elements is two, the time required for the rotor to rotate 30 ° is equal to the period sum of two pulses of the synchronous clock. Furthermore, if the number of Hall elements is 3, the rotor is 15 °
The time required for rotation and the cycle of the synchronous clock are equal. The timing control circuit 7 outputs outputs φ 1 to φ 6 based on the synchronous clock signal. Based on the outputs φ 1 to φ 6 , the transistors Q 1 to Q 6 of the current drive circuit 9 are turned on to drive the brushless motor 10. Further, as shown in FIG. 10, after the brushless motor 10 rotates by 60 °, a count start signal is given to the clock counter 5. As a result, the clock counter 5 counts the synchronous clock signal.
By the way, since the clock counter 5 is a hexadecimal counter as shown in FIG. 8, the brushless motor 10 outputs a count signal at 150 ° rotated 90 ° from the rotational position of 60 °. The count detection circuit 6 detects this by the count detection circuit 6 having a predetermined count number. Based on this detection output, the hold / reset circuit 8 outputs the output φ 1 to the timing control circuit 7 when the count detection circuit 6 detects that the count number is a predetermined number, that is, when the rotor rotation angle is 150 °.
A signal for holding φ 6 for a predetermined time is given to the timing control circuit 7. Then, after a predetermined time, the hold / reset circuit 8 gives a signal for resetting the outputs φ 1 to φ 6 of the timing control circuit 7 to the timing control circuit 7. With this, when the brushless motor 10 is rotated by 150 °, the rotation can be surely stopped.

なお、クロック信号は、クロック信号発生回路1の出
力としたが、クロック信号発生回路1の出力であるクロ
ック信号と同じ周期で同じデューティ比を持つなら外部
から与える外部クロックとしクロック信号発生回路1を
省略することもできる。
The clock signal is the output of the clock signal generation circuit 1. However, if the clock signal output from the clock signal generation circuit 1 has the same cycle and the same duty ratio, an external clock given from the outside is used as the clock signal. It can be omitted.

発明の効果 以上の様に本発明は、所定の周期のクロック信号を発
生させるクロック信号発生手段と、ロータの回転位置を
検出するロータ位置検出手段と、このクロック信号とロ
ータ位置検出手段の出力との位相差を検出する位相検出
手段と、この位相検出手段の出力に基づいてクロック信
号発生手段の出力であるクロック信号のデューディ比を
変化させる同期クロック信号発生手段と、ステータの各
コイルに電流を流す電流駆動手段と、同期クロック信号
に同期して電流駆動手段を用いて各コイルに電流を流す
タイミング及び流す期間を制御するタイミング制御手段
と、同期クロック信号を外部指令により任意の時点から
カウントするクロックカウント手段と、このクロックカ
ウント手段のカウント出力が所定カウント数と一致した
ことをカウント検出手段が検出した時の同期クロック信
号に基づくタイミング制御手段の出力を所定時間保持さ
せ、所定時間後タイミング制御手段の出力をリセットし
かつカウント検出手段の出力がない時はタイミング制御
手段の出力を通過させる信号をタイミング制御手段に与
えるホールド・リセット手段とを設けることにより、ブ
ラシレスモータを同期クロック信号に同期させてステッ
ピングモータの様に動作させることができかつ、ロータ
位置検出手段の出力に基づいて同期クロック信号を生成
するため、モータをステップ動作させても脱調現象が生
じない。また、モータのステップ角数がモータのコイル
数だけに依存せず細かなステップ動作が可能である。又
ロータの位置検出器であるホール素子数がモータの相数
以下であり、ホール素子数の削減が可能である。さらに
クロックカウント手段とカウント検出手段及びホールド
・リセット手段により、指定した角度で確実にモータを
停止することができるなど産業上多大な効果を有するも
のである。
As described above, according to the present invention, the clock signal generating means for generating a clock signal of a predetermined cycle, the rotor position detecting means for detecting the rotational position of the rotor, the clock signal and the output of the rotor position detecting means. Of the phase detection means for detecting the phase difference of, the synchronous clock signal generation means for changing the duty ratio of the clock signal which is the output of the clock signal generation means based on the output of this phase detection means, and the current to each coil of the stator. A current driving means for flowing, a timing control means for controlling a timing and a period for flowing a current to each coil in synchronization with the synchronous clock signal, and a synchronous clock signal are counted from an arbitrary time point by an external command. Check that the clock count means and the count output of the clock count means match the predetermined count number. The output of the timing control means based on the synchronous clock signal when detected by the und detection means is held for a predetermined time, the output of the timing control means is reset after the predetermined time, and the output of the timing control means is output when there is no output of the count detection means. By providing a hold / reset means for giving a signal for passing to the timing control means, the brushless motor can be operated like a stepping motor in synchronization with the synchronous clock signal, and based on the output of the rotor position detection means. Since the synchronous clock signal is generated by the stepping motor, the step-out phenomenon does not occur even if the motor is stepwise operated. Further, the step angle of the motor does not depend only on the number of coils of the motor, and fine step operation is possible. In addition, the number of Hall elements that are rotor position detectors is less than or equal to the number of phases of the motor, and the number of Hall elements can be reduced. Further, the clock count means, the count detection means, and the hold / reset means have a great industrial effect such that the motor can be reliably stopped at the designated angle.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例におけるブラシレスモータの
駆動装置のブロック図、第2図はロータ位置検出回路及
びロータ,ステータコイル,ホール素子の位置関係を示
す状態図、第3図は第2図の動作説明のための波形図、
第4図は位相検出回路の一部である位相比較用クロック
信号生成回路の回路図、第5図は位相検出回路及び同期
クロック信号発生回路を示す回路図、第6図は第4図及
び第5図の動作説明のための波形図、第7図はタイミン
グ制御回路の回路図、第8図はクロックカウンタ,クロ
ック検出回路及びホールド・リセット回路を示す回路
図、第9図は電流駆動回路及びブラシレスモータのコイ
ル結線を示す回路図、第10図は第7図,第8図の動作説
明のための波形図、第11図は従来のブラシレス直流モー
タの構成図である。 1……クロック信号発生回路、2……ロータ位置検出回
路、3……位相検出回路、4……同期クロック信号発生
回路、5……クロックカウンタ、6……カウント検出回
路、7……タイミング制御回路、8……ホールド・リセ
ット回路、9……電流駆動回路、10……ブラシレスモー
タ。
FIG. 1 is a block diagram of a drive device for a brushless motor in one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a state diagram showing a positional relationship between a rotor position detection circuit and a rotor, a stator coil, and a Hall element, and FIG. Waveform diagram for explaining the operation of the figure,
FIG. 4 is a circuit diagram of a phase comparison clock signal generation circuit which is a part of the phase detection circuit, FIG. 5 is a circuit diagram showing a phase detection circuit and a synchronous clock signal generation circuit, and FIG. 6 is FIG. 5 is a waveform diagram for explaining the operation of FIG. 5, FIG. 7 is a circuit diagram of a timing control circuit, FIG. 8 is a circuit diagram showing a clock counter, a clock detection circuit and a hold / reset circuit, and FIG. 9 is a current drive circuit and FIG. 10 is a circuit diagram showing coil connection of a brushless motor, FIG. 10 is a waveform diagram for explaining the operation of FIGS. 7 and 8, and FIG. 11 is a configuration diagram of a conventional brushless DC motor. 1 ... Clock signal generation circuit, 2 ... Rotor position detection circuit, 3 ... Phase detection circuit, 4 ... Synchronous clock signal generation circuit, 5 ... Clock counter, 6 ... Count detection circuit, 7 ... Timing control Circuit, 8 ... Hold / reset circuit, 9 ... Current drive circuit, 10 ... Brushless motor.

フロントページの続き (72)発明者 久保田 大三郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 宮本 誠 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 永田 裕二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭56−129587(JP,A) 特開 昭57−162978(JP,A) 特開 昭61−236384(JP,A)Front page continued (72) Inventor Daisaburo Kubota 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor, Makoto Miyamoto 1006 Kadoma, Kadoma City Osaka Prefecture ) Inventor Yuji Nagata 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (56) Reference JP 56-129587 (JP, A) JP 57-162978 (JP, A) JP A 61-236384 (JP, A)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】所定の周期のクロック信号を発生させるク
ロック信号発生手段と、ロータの回転位置を検出するロ
ータ位置検出手段と、前記クロック信号と前記ロータ位
置検出手段の出力との位相差を検出する位相検出手段
と、前記位相検出手段の出力に基づいて前記クロック信
号のデューティ比を変化させる同期クロック信号発生手
段と、ステータの各コイルに電流を流す電流駆動手段
と、前記同期クロック信号発生手段の出力である同期ク
ロック信号に同期して前記電流駆動手段を用いて前記各
コイルに電流を流すタイミング及び流す期間を制御する
タイミング制御手段と、前記同期クロック信号を外部指
令により任意の時点からカウントするクロックカウント
手段と、前記クロックカウント手段のカウント出力が所
定カウント数であることを検出するカウント検出手段
と、前記クロックカウント手段のカウント出力が前記所
定カウント数と一致したことを前記カウント検出手段が
検出した時の前記同期クロック信号に基く前記タイミン
グ制御手段の出力を所定時間保持させ、前記所定時間後
前記タイミング制御手段の出力をリセットしかつ前記カ
ウント検出手段の検出出力がない時は、前記タイミング
制御手段の出力を通過させる信号を前記タイミング制御
手段に与えるホールド・リセット手段とを具備したこと
を特徴とするブラシレスモータの駆動装置。
1. A clock signal generating means for generating a clock signal of a predetermined cycle, a rotor position detecting means for detecting a rotational position of a rotor, and a phase difference between the clock signal and an output of the rotor position detecting means. Phase detecting means, synchronous clock signal generating means for changing the duty ratio of the clock signal based on the output of the phase detecting means, current driving means for supplying a current to each coil of the stator, and the synchronous clock signal generating means. Timing control means for controlling the timing and duration of the current flowing through the coils in synchronization with the synchronous clock signal which is the output of the current driving means, and counting the synchronous clock signal from an arbitrary time point by an external command. The clock counting means and the count output of the clock counting means are a predetermined count number. And the output of the timing control means based on the synchronous clock signal when the count detection means detects that the count output of the clock count means coincides with the predetermined count number for a predetermined time. When the output of the timing control means is reset after the predetermined time and there is no detection output of the count detection means, a hold / reset means for giving a signal for passing the output of the timing control means to the timing control means. A drive device for a brushless motor, comprising:
【請求項2】同期クロック信号の所定クロック数の周期
和は、ロータが所定角度回転するのに要する時間と同一
であ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。
2. The brushless motor drive device according to claim 1, wherein the sum of the cycles of the predetermined number of clocks of the synchronous clock signal is the same as the time required for the rotor to rotate a predetermined angle.
【請求項3】タイミング制御手段は、同期クロック信号
発生手段の出力である同期クロック信号に基いて、前記
同期クロック1周期でロータを所定角度回転させるため
にステータの各コイルに流す電流のタイミングと期間を
決定することと、外部信号により前記タイミング制御手
段の出力信号を出力、ホールド及びリセットすることを
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. The timing control means, based on the synchronous clock signal output from the synchronous clock signal generating means, the timing of the current supplied to each coil of the stator for rotating the rotor by a predetermined angle in one cycle of the synchronous clock. 2. The brushless motor driving device according to claim 1, wherein the period is determined and the output signal of the timing control means is output, held and reset by an external signal.
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