JP2658085B2

JP2658085B2 - 無刷子直流モータ

Info

Publication number: JP2658085B2
Application number: JP62283960A
Authority: JP
Inventors: 英生新倉
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1987-11-10
Filing date: 1987-11-10
Publication date: 1997-09-30
Anticipated expiration: 2012-09-30
Also published as: JPH01126191A

Description

【発明の詳細な説明】以下の順序でこの発明を説明する。

Ａ産業上の利用分野Ｂ発明の概要Ｃ従来の技術Ｄ発明が解決しようとする問題点Ｅ問題点を解決するための手段（第１図）Ｆ作用Ｇ実施例 G₁全体の回路構成（第１図） G₂要部の回路構成と動作（第２図） G₃全体の回路動作（第３図，第４図）Ｈ発明の効果Ａ産業上の利用分野この発明は、例えばレコードプレーヤ等に用いて好適
な無刷子直流モータに関する。

Ｂ発明の概要この発明は、駆動用主磁界を検出する複数の検出素子
と、この複数の検出素子からの各出力信号のゼロクロス
点を検出して所定間隔のパルス信号を発生するゼロクロ
ス検出器と、このゼロクロス検出器からのパルス信号の
Ｎ逓倍（Ｎ≧２）のパルス信号を発生するクロック発生
器と、このクロック発生器からのパルス信号をカウント
するカウンタと、所定の駆動用波形が記憶されたメモリ
とを備え、この複数の検出素子からの各出力信号及びカ
ウンタの出力信号に基づいて形成されたアドレス信号に
よりこのメモリの駆動用波形を読みだしてモータを駆動
することにより、周波数発電機（FG）やパルス発生器
（PG）を用いることなく、回路構成の簡略化、コストの
低廉化を図るようにしたものである。

Ｃ従来の技術従来、磁界が正弦波状になるように着磁されたロータ
マグネットと、互いに電気角で90度の奇数倍だけ異なる
位置に配置された２相のステータコイルと、ロータの１
回転当たりのくり返し数が一定で、周波数がロータの回
転速度に応じて変わる信号を得る信号発生器と、正弦波
情報が記憶されたメモリ回路とを有し、信号発生器の出
力信号によりメモリ回路よりロータマグネットからステ
ータコイルに加わる磁界にそれぞれ同期して正弦波形情
報が読み出され、この読み出された正弦波形情報に基づ
いて駆動電流がステータコイルに供給されるようになさ
れたものにおいて、正弦波形情報として正確な正弦波形
情報と、この正確な正弦波情報とロータマグネットの着
磁磁界との差に応じた補正果形情報との和の情報が形成
され、この和の情報に基づいた駆動電流がステータコイ
ルに供給されるようになされた無刷子直流モータが提案
されている（特開昭55−117485号）Ｄ発明が解決しようとする問題点ところが上述した従来の無刷子直流モータの場合、ロ
ータの１回転当たりのくり返し数が一定で、周波数がロ
ータの回転速度に応じて変わる信号を得る信号発生器、
つまりメモリに記憶された正弦波情報を読み出す信号を
発生する信号発生器としてロータ軸に同軸的に設けられ
たFGを用い、また、ロータの外周面の特定位置に被着さ
れた永久磁石よりの磁束を検出することによりその磁石
の位置を検出する検出素子としてPGを用いているので、
構成が複雑になり、コスト的にも高価になる等の欠点が
あった。

この発明は斯る点に鑑みてなされたもので、FG及びPG
を用いることなくメモリより駆動用波形を読み出してモ
ータを駆動することができる構成が簡単で廉価が無刷子
直流モータを提供するものである。

Ｅ問題点を解決するための手段この発明による無刷子直流モータは、駆動用主磁界を
検出する複数の検出素子（６）（７）（８）と、この複
数の検出素子（６）（７）（８）からの各出力信号のゼ
ロクロス点を検出して所定間隔のパルス信号を発生する
ゼロクロス検出器（21）と、このゼロクロス検出器（2
1）からのパルス信号のＮ逓倍（Ｎ≧２）のパルス信号
を発生するクロック発生器（22）と、このクロック発生
器（22）からのパルス信号をカウントするカウンタ（2
3）と、所定の駆動用波形が記憶されたメモリ（24）と
を備え、この複数の検出素子（６）（７）（８）からの
各出力信号及びこのカウンタ（23）の出力信号に基づい
て形成されたアドレス信号により、このメモリ（24）の
駆動用波形を読みだしてモータを駆動するようにしたも
のである。

Ｆ作用検出素子（６〜８）により駆動用主磁界を検出する。
また、パルス発生手段（21〜23）により検出素子の検出
出力に応答してこれより高い周波数のパルスを発生す
る。すなわち複数の検出素子の出力の零クロス点の間隔
において複数のパルスを実質的に内挿する。そして、こ
のパルスの検出出力に基づいてアドレス信号を形成し、
このアドレス信号によりメモリ（24）に記憶されている
所定の駆動用波形を読み出してモータを駆動する。これ
によりFG,PGが不要となり、構成が簡単で、廉価とな
る。

Ｇ実施例以下、この発明の一実施例を第１図〜第４図に基づい
て詳しく説明する。

G₁全体の回路構成第１図は本実施例の回路構成を示すもので、（１）及
び（２）は無刷子直流モータを構成するロータ及びステ
ータであって、ロータ（１）のステータ（２）と対向す
る側には図示せずも複数極に着磁された永久磁石から成
るマグネットが設けられている。ステータ（２）のロー
タ（１）と対向する側にはロータ（１）のマグネットよ
りの磁界に対して互いに同相となる位置に配置されてい
る巻線ブロックC₁とC₂が直列に接続されて第１のステー
タコイル（３）が形成され、また、同様にロータ（１）
のマグネットよりの磁界に対して互いに同相となる位置
に配置されている巻線ブロックC₃とC₄が直列に接続され
て第２のステータコイル（４）が形成され、更に同様に
ロータ（１）のマグネットよりの磁界に対して互いに同
相となる位置に配置されている巻線ブロックC₅とC₆が直
列に接続されて第３のステータコイル（５）が形成され
る。そして、これら、第1,第２及び第３のステータコイ
ル（３），（４）及び（５）はロータ（１）のマグネッ
トに対向するように配されると共に互いに電気角で120
゜の奇数倍だけ異なる位置に配されている。

また、３個のステータコイル（３），（４）及び
（５）に対応してロータ（１）のマグネットの磁界を検
出する検出素子として３個のホール素子（６），（７）
及び（８）が設けられる。すなわち、ホール素子（６）
はステータコイル（３）と電気角で同相となる位置に、
ホール素子（７）はステータコイル（４）と電気角で同
相となる位置に、ホール素子（８）はステータコイル
（５）と電気角で同相となる位置に、夫々配されると共
に、３個のホール素子（６），（７）及び（８）はロー
タ（１）のマグネットよりの磁束を検出する位置で、且
つ互いに電気角で120゜異なる位置に配置される。

（９）はステータコイル（３），（４）及び（５）が
接続された出力端子であって、この出力端子（９）を介
してスタータコイル（３），（４）及び（５）の一端が
夫々出力アンプ（18），（19）及び（20）の各出力端子
W,U及びＶに接続される。ホール素子（６），（７）及
び（８）の各出力信号は夫々ホール素子アンプ（10），
（11）及び（12）で増幅されて変換ロジック回路（13）
に供給され、ここで通電期間（オン期間）が180゜より1
20゜に変換される。変換ロジック回路（13）からの各出
力信号は夫々スイッチ回路（14）のスイッチ（15）〜
（17）の接点ａ側を通って出力アンプ（18）〜（20）に
供給されて増幅され、更にモータコイルとしてのステー
タコイル（３）〜（５）に供給される。この（10）〜
（20）の部分はモータの起動時使用され、従来のスイッ
チング駆動に近かい動作する部分である。

（21）はアンプ（10）〜（12）の各出力信号の零クロ
ス点を検出して所定間隔のパルス信号を発生する零クロ
ス検出器、（22）は零クロス検出器（21）からのパルス
信号に応答して１周期当り所定数例えばＮ個のパルス信
号を発生するクロック発生器、（23）はクロック発生器
（22）からのパルス信号をカウントするカウンタであっ
て、このカウンタ（23）からの出力信号がアドレス信号
の一部として波形メモリ（24）に供給される。この波形
メモリ（24）には例えば電気角60゜をＮ分割された正弦
波形通の低騒音でトルクリップルを少なくするような駆
動用波形が記憶されている。また、波形メモ（24）には
アンプ（10）〜（12）の各出力信号がアドレス信号の一
部として供給される。カウンタ（23）の出力信号及びア
ンプ（10）〜（12）からの各出力信号に基づいて形成さ
れたアドレス信号により波形メモリ（24）に記憶されて
いる駆動用波形が読み出される。波形メモリ（24）から
の出力信号はD/A変換回路（25）でD/A変換され、スイッ
チ（15）〜（17）の接点ｂ側を通って出力アンプ（18）
〜（20）に供給され、更にステータコイル（３）〜
（５）に供給される。

（26）は零クロス検出器（21）の出力側に設けられた
回転数検出器であって、起動時は零クロス検出器（21）
からのパルス信号の各周期の間に後述の如くクロック発
生器（22）の第１カウンタ（30）（第２図）からキャリ
があるのでローレベル状態の信号を発生するも、このキ
ャリがなくなると、ハイレベルの信号を発生するように
なる。回転数検出器（26）の出力信号はスイッチ回路
（14）の切換信号として使用され、スイッチ回路（14）
のスイッチ（15）〜（17）は回転数検出器（26）の出力
信号がローレベルのときは接点ａ側に接続され、ハイレ
ベルのときは接点ｂ側に接続される。つまり、無刷子直
流モータは起動状態では変換ロジック回路（13）からの
出力信号により駆動され、定常状態では波形メモリ（2
4）からの駆動用波形に基づく信号により駆動される。

G₂要部の回路構成と動作第２図はクロック発生器（22）の具体的な回路構成の
一例を示すもので、同図において、（30）は第１のカウ
ンタ、（31）はラッチ回路、（32）は第２のカウンタ、
（33）は所定周波数例えば10MHzの周波数を有するクロ
ック信号を発生するクロック発生器、（34）は分周器、
（35）はオア回路であって、分周器（34）分周比は例え
ば1/10とされる。

カウンタ（30）のリセット端子Ｒには零クロス検出器
（21）より信号S₄が供給され、この信号S₄が印加される
毎にカウンタ（30）の内容はリセットされる。カウンタ
（30）はリセットされた時点よりクロック発生器（33）
から発生されて分周器（34）で1/10に分周されたクロッ
ク信号をカウントし、そのカウント値が次の信号S₄がラ
ッチ回路（31）のロード端子に印加された時点でラッチ
回路（31）にラッチされ、更にカウンタ（32）にプリセ
ットされる。なお、ラッチ回路（31）の内容がカウンタ
（32）にプリセットされる時は一たん反転され、つまり
引き算されてプリセットされる。例えばラッチされた値
が〔1010〕すなわち10であれば反転されることにより
〔0101〕すなわち５となり、この値がカウンタ（32）に
プリセットされる。

カウンタ（32）はプリセットした値より順次クロック
発生器（33）からのクロック信号をカウントし、オーバ
ーフローした時点でキャリすなわち信号S₅を発生する。
この信号S₅はカウンタ（23）（第１図）に供給されると
共にオア回路（35）を介してカウンタ（32）のロード端
子に供給され、この時点で再びラッチ回路（31）の内容
が反転されてプリセットされる。

なお、カウンタ（30）は定常状態の如く信号S₄が一定
周期Tmで供給されるときは上述の如く所定数のクロック
信号をカウントする動作を繰り返えすが、起動状態の如
く一定周期Tmより信号S₄の周期が長くなると、所定数よ
り多くのクロック信号をカウントしてオーバーフロー
し、キャリを発生するようになる。このキャリの有無が
回転数検出器（26）（第１図）の出力信号S₁₅のレベル
を切換える目安すとなる。また、カウンタ（30）がキャ
リを出している限り、ラッチ回路（31）はカウンタ（3
0）の内容をラッチ出来ず、従ってカウンタ（32）から
も信号_５は出力されない。

G₃全体の回路動作次に第１図の回路動作を第３図及び第４図を参照し乍
ら説明する。

起動時にはアンプ（10）〜（12）の出力側には夫々第
３図Ａ〜Ｃに示すような信号S₁〜S₃が出力されている。
これ等の信号S₁〜S₃は零クロス検出器（21）に供給さ
れ、零クロス点で零クロス検出器（21）の出力側には第
３図Ｄに示すような信号S₄が得られる。この信号S₄の周
期は起動状態ではモータの回転速度が徐々に上昇するの
でそれに伴って徐々に小さくなり、定常状態になって一
定となる。従って起動状態の初期段階では信号S₄の周期
が定常状態より長いのでクロック発生器（22）の第１の
カウンタ（30）（第２図）がオーバーフローしてキャリ
を発生し、このキャリが出ている間回転数検出器（26）
の出力信号S₁₅は第３図Ｉに示すようにローレベルであ
る。

回転数検出器（26）の出力信号S₁₅がローレベルであ
るので、スイッチ回路（14）のスイッチ（15）〜（17）
は共に接点ａ側に接続され、アンプ（10）〜（12）の出
送信号S₁〜S₃が変換ロジック回路（13）及びスイッチ回
路（14）を通って出力アンプ（18）〜（20）に供給さ
れ、出力アンプ（18）〜（20）の出力端子W,U及びＶに
は第３図H,F及びＧに示すような信号S₁₄,S₁₂及びS₁₃が
得られる。これ等の信号が夫々ステータコイル（３）〜
（５）に供給され、これによりモータが駆動される。

起動状態の周期段階になるとクロック発生器（22）の
第１のカウンタ（30）からのキャリが信号S₄の周期の間
に発生されなくなるので、回転数検出器（26）の出力信
号S₁₅は第３図Ｉに示すようにローレベルよりハイレベ
ルに変わる。この出力し号S₁₅のハイレベルによりスイ
ッチ回路（14）のスイッチ（15）〜（17）が共に接点ｂ
側に切換わる。

クロック発生器（22）は第１のカウンタ（30）からの
キャリがなくなると、上述の如く通常の動作を行って、
クロック発生器（22）からは第３図Ｅに示すようにパル
ス信号S₅が発生される。クロック発生器（22）は信号S₄
の現在の周期を計測し、次の周期で所定数Ｎのパルス信
号を発生するように働く。例えばクロック発生器（22）
が信号S₄の１周期で発生するパルス信号S₅の数Ｎを10個
とすると、第３図Ｄ及びＥにおいて、周期Tm_-2が計測さ
れたので次の周期Tm_-1で10個のパル信号S₅を発生したい
が次の周期Tm_-1は前の周期Tm_-2より1/2した時間がない
ので５個のパルス信号S₅しか発生できず、また同様に周
期Tm_-1が計測されたので次の周期Tmで10個のパルス信号
S₅を発生したいが次の周期Tmは前の周期Tm_-1より1/2し
か時間がないので５個のパルス信号S₅しか発生できな
い。ところが周期Tmが計測されたので次の周期Tm₊₁で10
個のパルス信号を発生したいが、次の周期Tm₊₁は前の周
期Tmと時間的に同じ長さであるので今度は所定数Ｎすな
わち10個のパルス信号S₅を発生できる。

このようにして定常状態になると信号S₄の１周期が必
ず所定数Ｎのパルス信号S₅を発生できるようになる。

そして、クロック発生器（22）より発生された出力信
号S₅は次段のカウンタ（23）でカウントされ、そのカウ
ント値がアドレス信号の一部として波形メモリ（24）に
供給され、また、アンプ（10）〜（12）の出力信号S₁〜
S₃がアドレス信号の一部として波形メモリ（24）に供給
され、これ等カウント値及び出力信号S₁〜S₃に基づいて
形成されたアドレス信号により波形メモリ（24）に記憶
されている駆動用波形が読み出される。波形メモリ（2
4）から読み出された駆動用波形の信号はD/A変換回路
（25）でD/A変換され、スイッチ（15）〜（17）の接点
ｂ側を通って出力アンプ（18）〜（20）に供給される。
この結果出力端子W,U及びＶには第３図H,F及びＧに示す
ような信号S₁₄,S₁₂及びS₁₃が得られる。第３図H,F及び
Ｇにおいて破線の部分は本来信号S₄の１周期で所定数Ｎ
すなわち10個のパルス信号S₅が発生されてそれに対応し
た駆動用波形が波形メモリ（24）により読み出されるべ
き所、半分の５個のパルス信号S₅しか発生されてかった
ので、残りの発生されなかった５個のパルス信号S₅で読
み出されるべきであった駆動用波形の部分を破線で示し
ているわけである。

さて、第４図は定常状態における各部の波形を示すも
ので、定常状態ではアンプ（10）〜（12）の出力側には
第４図Ａ〜Ｃに示すような出力信号S₁〜S₃が得られる。
また、零クロス検出器（21）の出力側には第４図Ｄに示
すような一定周期Tmの信号S₄が得られる。この一定周期
Tmの信号S₄がクロック発生器（22）に供給されると共に
回転数検出器（26）に供給される。

クロック発生器（22）は１周期Tmの間に所定数Ｎすな
わち10個のパルス信号S₅を第４図Ｅに示すように順次発
生する。このときクロック発生器（22）の第１のカウン
タ（30）からはキャリは出ないので回転数検出器（26）
の出力信号S₁₅はハイレベルであり、よってスイッチ（1
5）〜（17）は共に接点ｂ側に接続されている。

クロック発生器（22）からの信号S₅はカウンタ（23）
に供給されてカウントされ、そのカウント値がアドレス
信号の一部として波形メモリ（24）に供給される。また
波形メモリ（24）には信号S₁〜S₃がアドレス信号の一部
として供給される。信号S₁〜S₃に基づくアドレス信号は
波形メモリ（24）に記憶されている駆動用波形（正弦波
波形）を大まかに区切り、この区切られた区間を信号S₅
のカウント値に基づくアドレス信号により細かく指定す
るように働く。例えば第４図Ｄの信号S₄の第３番目の周
期Tmでは信号S₁とS₂により駆動用波形（例えば第４図Ｆ
の信号S₆相当）の30゜から90゜の区間が指定され、その
間の区間が第４図Ｅのパルス信号S₅により順番に指定さ
れる如くである。

このように信号S₅のカウント値及び信号S₁〜S₃に基づ
くアドレス信号により波形メモリ（24）より読み出され
た駆動用波形の信号はD/A変換回路（25）でD/A変換さ
れ、もって、スイッチ（16），（17）及び（15）の接点
ｂ側には夫々第４図Ｆ〜Ｈに示すような信号S₆〜S₈が得
られる。

これ等の信号S₆〜S₈は夫々出力アンプ（19），（20）
及び（18）で増幅された後ステータコイル（４），
（５）及び（３）に供給され、これによりモータだけ回
転駆動される。

なお、この定常状態時スイッチ（16），（17）及び
（15）の接点ａ側には夫々第４図Ｉ〜Ｋに示すような信
号S₉〜S₁₁が現われている。

Ｈ発明の効果上述の如くこの発明によれば、駆動用主磁界を検出す
る検出素子の検出出力と、これより高い周波数のパルス
に基づい形成されたアドレス信号によりメモリ記憶され
た駆動用波形を読み出してモータを駆動するようにした
ので、従来使用されていたFGやPGが不要となり、構成が
簡単で廉価となる。また、本来駆動用に用いられるホー
ル素子をメモリの駆動用波形を読み出すのにも兼用して
いるので、それだけ構成が簡単で廉価となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す回路構成図、第２図
はこの発明の要部の一例を示す回路構成図、第３図及び
第４図は第１図の動作説明に供するための信号波形図で
ある。（１）はロータ、（２）はステータ、（３）〜（５）は
ステータコイル、（６）〜（８）はホール素子、（13）
は変換ロジック回路、（14）はスイッチ回路、（21）は
零クロス検出器、（22）はクロック発生器、（23）はカ
ウンタ、（24）は波形メモリ、（26）は回転数検出器で
ある。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】駆動用主磁界を検出する複数の検出素子
と、前記複数の検出素子からの各出力信号のゼロクロス点を
検出して所定間隔のパルス信号を発生するゼロクロス検
出器と、前記ゼロクロス検出器からのパルス信号のＮ逓倍（Ｎ≧
２）のパルス信号を発生するクロック発生器と、前記クロック発生器からのパルス信号をカウントするカ
ウンタと、所定の駆動用波形が記憶されたメモリとを備え、前記複数の検出素子からの各出力信号及び前記カウンタ
の出力信号に基づいて形成されたアドレス信号により前
記メモリの駆動用波形を読みだしてモータを駆動するよ
うにしたことを特徴とする無刷子直流モータ。