JP2728311B2 - Ｄｃブラシレスモータのモータ制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 マグネット形同期モータの駆動コイルに供給するモー
タ駆動電流のタイミングを制御してモータの回転を制御
する制御方式に関し、 マグネット形同期モータが、起動後に速やかに定常回
転状態に到達できるとともに、定常回転時のモータ効率
を良好にすることを目的とし、 マグネット形同期モータを構成するロータマグネット
の磁極と駆動コイルとの対向位置を検出する位置検出器
の出力する位置検出信号に基づいて駆動コイルに供給す
るモータ駆動電流のタイミングを制御してマグネット形
同期モータの回転を制御するモータ制御方式において、
位置検出器の機械的な取付け位置を、各モータ制御段階
において一定に保持し、モータ制御段階の少なくとも一
つにおいて、位置検出器の発生する位置検出信号に基づ
いて発生するモータ駆動電流の発生タイミングを、位置
検出器の位置検出信号の発生タイミングに対して、電気
角制御により可変とするように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、モータを構成する磁石とモータコイルの対
向位置を検出する位置検出器の出力する位置検出信号に
基づいてモータコイルに供給するモータ駆動電流のタイ
ミングで制御してモータの回転を制御するモータ制御方
式に関する。

〔従来の技術〕

DCブラシレスモータのようなマグネット形同期モータ
においては、その駆動コイルに供給するモータ駆動電流
のタイミングを制御してモータの回転を制御している。

次に第６図〜第８図を参照して、従来のマグネット形
同期モータのモータ制御方式について説明する。

第８図に示すモータ制御装置において、21はマグネッ
ト形同期モータであり、ロータマグネット211、駆動コ
イル212₁〜212₃、位置検出器213₁〜213₃を主要な構成要
素としている。ロータマグネット211は、ロータ部分が
マグネットで構成されている。駆動コイル212₁〜212₃に
は、ロータマグネット211を駆動するモータ駆動電流が
周期的に供給される。位置検出器213₁〜213₃は、例えば
ホール素子で構成され、ロータマグネットの磁極と駆動
コイルの対向位置を検出する。

22はスイッチング回路であり、図示しないスイッチン
グ素子で直流をスイッチングして、駆動コイル212₁〜21
2₃に所定のモータ駆動電流を周期的に供給する。

23はロジック回路であり、位置検出器213₁〜213₃の発
生する位置検出信号を受けて、スイッチング回路22の各
スイッチング素子を駆動する駆動パターンを発生する。

24はレベル変換回路であり、ロジック回路23が発生し
た駆動パターンのレベルをスイッチング回路22を駆動可
能なレベルに変換する。

次に、第８図のモータ制御装置のモータ制御方式を、
第６図の動作タイミングチャートを参照して説明する。
第６図は電気角制御を行わないときのモータ駆動電流、
位置検出信号等の関係を示す動作タイミングチャートで
ある。

第６図において、Ｈ₁〜Ｈ₆は、モータが１回転する間
の動作状態を６区分に分けて示したものであり、各区分
は回転角にして60度である。

Ｖ₁、Ｖ₂及びＶ₃は、駆動コイル212₁、212₂及び212₃
の端子電圧を示したもので、各コイルに誘起される内部
起電圧に等しい。他の符号の内容については、次の動作
説明において適宜説明する。

なお、電気角制御とは、位置検出器の切替えタイミン
グとスイッチング回路のスイッチング素子の切替えタイ
ミングの間隔を回転角又は時間で表したものを電気角と
して、この電気角を制御することであり、電気角制御が
行わない場合は、位置検出器の切替えタイミングとスイ
ッチング回路のスイッチング素子の切替えとが一致す
る。

動作状態Ｈ₁ いま、起動時にロータタイミング211が図示の位置に
あったとすると、位置検出器213₂は位置検出信号ｃを発
生し、位置検出器213₃は位置検出信号ａを発生してロジ
ック回路23に送る。

ロジック回路23は、この位置検出信号ｃ及びａを受け
ると、位置検出信号に同期して、第６図に示す駆動パタ
ーンｐ₁（AH＝CL＝１、その他０）を発生してレベル変
換回路24に供給する。

レベル変換回路24は、ロジック回路23から入力された
駆動パターンｐ₁のレベルをスイッチング回路22を駆動
可能なレベルに変換する。

スイッチング回路22は、この高レベルに変換された駆
動パターンｐ₁を受けると、図示しないスイッチング素
子で直流の電源電圧Vccをスイッチングすることによ
り、対応する駆動コイル212₁にモータ駆動電流AHを供給
し、駆動コイル212₃にモータ駆動電流CLが流れるように
する。

ここで、モータ駆動電流CLの符号「CL」において、最
初の符号「Ｃ」は駆動コイル212₃に供給するモータ駆動
電流であることを示し、次の「Ｌ」は駆動コイル213₃よ
りスイッチング回路22側に戻るモータ駆動電流が流れる
ことを示す。スイッチング回路22より駆動コイル212₃に
流れるモータ駆動電流は「CH」によって示される。した
がって、前記動作状態の場合、モータ駆動電流CLは、モ
ータ駆動電流AHの戻り電流になる。モータ駆動電流AHに
より駆動コイル212₁は等価的にＮ極として機能し、モー
タ駆動電流CLにより駆動コイル212₃は等価的にＳ極とし
て機能する。このことは、以下に説明する他の駆動コイ
ルに供給される各モータ駆動電流についても同様であ
る。

またモータ駆動電流は、駆動コイル212₃に誘起される
誘起電圧Ｖ₃と電源電圧Vccとの差（図に斜線で示す）に
比例するが、駆動コイル212₃に発生する誘起電圧Ｖ
₃は、起動時は０で回転速度の増加に比例して増大して
いくので、起動直後のモータ駆動電流CLは大きい値とな
る。このことは、他の駆動コイルにおける起動時のモー
タ駆動電流についても同様である。

このモータ駆動電流CL及びAHを受けると、ロータマグ
ネット211は矢印の方向に回転して動作状態Ｈ₂になる。

動作状態Ｈ₂ 動作状態Ｈ₂では、位置検出器213₃は、ロータマグネ
ット211が駆動コイル212₃の対向位置にあることを検出
して位置検出信号ａを発生し、ロジック回路23に送る。

ロジック回路23は、この位置検出信号ａを受けると、
位置検出信号ａに同期して、第６図に示すような駆動パ
ターンｐ₂（AH＝BL＝１、その他０）を発生してレベル
変換回路24に供給する。

スイッチング回路22は、レベル変換回路24を介してこ
の駆動パターンｐ₂を受けると、図示しないスイッチン
グ素子で電源電圧Vccをスイッチングすることにより、
対応する駆動コイル212₁にモータ駆動電流AHを供給し、
駆動コイル212₂に戻りのモータ駆動電流BLが流れるよう
にする。このモータ駆動電流AH及びBLを受けると、ロー
タマグネット211は回転して動作状態Ｈ₃になる。

動作状態Ｈ₃ 動作状態Ｈ₃では、位置検出器213₃は位置検出信号ａ
を発生し、位置検出器213₁は位置検出信号ｂを発生して
ロジック回路23に送る。

ロジック回路23は、この位置検出信号ａ及びｂを受け
ると、位置検出信号に同期して、第６図に示す駆動パタ
ーンＰ₃（BL＝CH＝１、その他は０）を発生してレベル
変換回路24に供給する。

スイッチング回路22は、レベル変換回路24を介してこ
の駆動パターンｐ₃を受けると、対応する駆動コイル212
₃にモータ駆動電流CHを供給し、駆動コイル212₂に戻り
のモータ駆動電流BLが流れるようにする。

このモータ駆動電流CH及びBLを受けると、ロータマグ
ネット211は回転して動作状態Ｈ₄になる。

動作状態Ｈ₄ 動作状態Ｈ₄では、位置検出器213₁は、位置検出信号
ｂを発生してロジック回路23に送る。

ロジック回路23は、この位置検出信号ｂを受けると、
第６図に示す駆動パターンｐ₄（AL＝CH＝１、その他は
０）を発生してレベル変換回路24に供給する。

スイッチング回路22は、レベル変換回路24を介してこ
の駆動パターンｐ₄を受けると、対応する駆動コイル212
₃にモータ駆動電流CHを供給し、駆動コイル212₁に戻り
のモータ駆動電流ALが流れるようにする。

このモータ駆動電流CH及びALを受けると、ロータマグ
ネット211は回転して動作状態Ｈ₅になる。

動作状態Ｈ₅ 動作状態₅では、位置検出器213₁は位置検出信号ｂを
発生し、位置検出器213₂は位置検出信号ｃを発生してロ
ジック回路23に送る。

ロジック回路23は、この位置検出信号に同期して、第
６図に示す駆動パターンｐ₅（AL＝BH＝１、その他は
０）を発生してレベル変換回路24に供給する。

スイッチング回路22は、レベル変換回路24を介してこ
の駆動パターンｐ₅を受けると、対応する駆動コイル212
₂にモータ駆動電流BHを供給し、駆動コイル212₁に戻り
のモータ駆動電流ALが流れるようにする。

このモータ駆動電流BH及びALを受けると、ロータマグ
ネット211は回転して動作状態Ｈ₆になる。

動作状態Ｈ₆ 動作状態Ｈ₆では、位置検出器213₂は位置検出信号ｃ
を発生してロジック回路23に送る。

ロジック回路23は、この位置検出信号ｃに同期して、
第６図に示す駆動パターンｐ₆（BH＝CL＝１、その他は
０）を発生してレベル変換回路24に供給する。

スイッチング回路22は、レベル変換回路24を介してこ
の駆動パターンｐ₆を受けると、対応する駆動コイル212
₂にモータ駆動電流BHを供給する。

このモータ駆動電流BHを受けると、ロータマグネット
211は回転して、最初の動作状態Ｈ₁に戻る。

以下前述の〜の動作が繰り返されて、ロータマグ
ネット211は加速回転制御され、第６図に示す定常回転
状態に到達する。

定常回転状態においては、ロータマグネット211の回
転速度は十分大きいので、各駆動コイル212₁〜212₃に誘
起される起電圧Ｖ₁〜Ｖ₃の振幅は図示のように大きくな
り、各モータ駆動電流は小レベルとなる。したがって、
定常回転状態における消費電力は小さくなり、効率良く
回転させることができる。

このように、第６図の電気角制御を行わないモータ制
御方式では、位置検出器（ホール素子）の位置検出信号
に同期してモータ駆動電流を切り換えるタイミングを、
定常回転時におけるモータ効率が最も良くなるタイミン
グに選定していた。

しかしながら、この電気角制御を行わないモータ制御
方式では、モータ駆動電流を供給するタイミングで、図
示のように、対応する駆動コイルに誘起される起電圧が
ピークになる。このため、モータ（ロータマグネット）
の回転が定常回転に近くなるに従って、モータ駆動電流
の低下率が増大してモータの加速が悪くなり、定常回転
に到達するまでに多くの時間を費やし、起動特性が悪く
なるという問題が生じる。

そこで、磁気ディスク装置のように一定時間内に定常
回転に到達する必要のあるモータ装置においては、容量
の大きいモータを使用することで、規定された一定時間
内で定常回転に到達させるようにしていた。

しかし、この方法では、モータ容量が大きいため、定
常回転中におけるモータ駆動電流が大きくなり、モータ
効率が悪くなるという不都合が生じる。

この電気角制御を行わないモータ制御方式における起
動特性を改善し、速やかに定常回転に到達できるように
するために、位置検出器の機械的な取付け位置をずらす
ことでロータマグネットの位置検出を早く行って、モー
タ駆動電流を第６図の電気角制御を行わないモータ制御
方式の場合よりも進んだ位置で対応する駆動コイルに供
給するモータ制御方式が行われている。

第７図は、位置検出器を機械的にずらしたモータ制御
方式の定常回転時の動作タイミングチャートを示したも
のである。

位置検出器を機械的にずらしたモータ制御方式では、
第７図に示すように、各位置検出器の位置検出信号及び
それに同期するモータ駆動電流が、ともに誘起電圧の変
化点よりも所定量τだけ進んだ位置で発生される。しか
し、電気角制御が行われない点では、第６図の場合と同
じである。

この位置検出器を機械的にずらしたモータ制御方式
は、前述の第６図の電気角制御を行わないモータ制御方
式における〜と同様な動作でモータ制御によりモー
タを起動して、定常回転状態に到達させる。そのモータ
制御動作は、第６図の電気角制御を行わないモータ制御
方式と同様であるので、その詳細な説明は省略する。

位置検出器を機械的にずらしたモータ制御方式は、モ
ータ駆動電流を第６図の電気角制御を行わないモータ制
御方式の場合よりも進んだ位置で対応する駆動コイルに
供給するようにしたので、モータ駆動電流（第７図の斜
線部分）は、第６図と対比すると明らかなように、起動
時から定常回転に達する期間中モータ制御方式（１）よ
りも常に大きい値になっている。

したがって、第７図の位置検出器を機械的にずらした
モータ制御方式は、第６図の電気角制御を行わないモー
タ制御方式よりも短い時間で定常回転に到達させること
が可能である。しかしながら反面、定常回転状態におけ
るモータ駆動電流が電気角制御を行わないモータ制御方
式の場合よりも多くなるため、消費電力が大きくなって
モータ効率が低下するという問題があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

マグネット形同期モータにおけるモータ制御方式とし
て、第６図及び第７図に示した電気角制御を行わないモ
ータ制御方式及び位置検出器を機械的にずらしたモータ
制御方式があった。

第６図の電気角制御を行わないモータ制御方式は、前
述のように定常回転時のモータ効率が良好である反面、
加速制御特性が悪く定常回転到達時間が長くなるという
不都合があった。一方、第７図の位置検出器を機械的に
ずらしたモータ制御方式は、前述のように、加速制御特
性は良好で定常回転到達時間が短いという特長がある反
面、定常回転時のモータ効率が悪いという不都合があっ
た。

本発明は、モータの加速制御特性を改善して定常回転
到達時間を短くするとともに、定常回転時のモータ効率
が良好となるように改良したマグネット形同期モータの
モータ制御方式を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

前述の課題を解決するために本発明が採用した手段
を、第１図を参照して説明する。

第１図は、本発明の原理説明図であり、同図（ａ）は
起動時のモータ駆動電流と位置検出信号の発生タイミン
グ関係を説明したものであり、同図（ｂ）は加速回転制
御時のモータ駆動電流と位置検出信号の発生タイミング
関係を説明したものであり、同図（ｃ）は定常回転制御
時のモータ駆動電流と位置検出信号の発生タイミング関
係を説明したものである。

本発明は、前述の課題を解決するために、マグネット
形同期モータを構成するロータマグネットの磁極と駆動
コイルとの対向位置を検出する位置検出器の出力する位
置検出信号に基づいて駆動コイルに供給するモータ駆動
電流のタイミングを制御してマグネット形同期モータの
回転を制御するモータ制御方式において、 （ａ） 位置検出器の機械的な取付け位置を、各モータ
制御段階において一定の保持し、 （ｂ） モータ制御段階を定常回転制御段階と加速回転
制御段階に区分し、（ｂ₁）定常回転制御段階では、電
気角制御を行うことなく、位置検出器（113₁〜113₃）の
位置検出信号の発生タイミングに対するモータ駆動電流
の発生タイミングを一致させ、（ｂ₂）加速回転制御段
階においては、位置検出器の位置検出信号の発生タイミ
ングに対するモータ駆動電流の発生タイミングを、電気
角制御により可変に選定すること、を特徴とする。

〔作用〕

本発明のモータ制御方式を、第１図に示すように、モ
ータ制御段階を、定常回転制御段階と加速回転制御段階
に区分し、更に、加速回転制御段階を、起動時の加速回
転制御を行う起動時加速回転制御段階と所定回転速度に
到達した後の正規加速回転制御段階に区分して制御する
方式の場合を例にとって説明する。

第１図は、マグネット形同期モータの一つの駆動コイ
ルについて、図示しない位置検出器の位置検出信号の発
生タイミングに対するモータ駆動電流の発生タイミング
の関係を示したものである。

図において、Vccは直流の電源電圧であり、（Va、Vb
及びVcは、各制御段階において駆動コイルに誘起される
誘起電圧である。TH及びTLは位置検出信号の発生タイミ
ングであり、例えば、定常回転制御段階においてモータ
効率が最も良くなるようなタイミングで発生するよう
に、位置検出器は位置設定される。

AH（AH₁〜AH₃）は、図示しないロータマグネットのＳ
極が位置検出されたときに駆動コイルに供給されるモー
タ駆動電流であり、AL（AL₁〜AL₃）は、ロータマグネッ
トのＮ極が位置検出されたときに駆動コイルに供給され
るモータ駆動電流である。

起動時加速回転制御段階においては、第１図（ａ）
に示すように、位置検出器の位置検出信号の発生タイミ
ングに対するモータ駆動電流の発生タイミングを、電気
角制御を行わない定常回転制御段階時のタイミングに設
定する。

これにより、図示しないロータマグネットのＳ極が位
置検出されたときは、モータ駆動電流AH₁が、タイミン
グTHにおいて駆動コイルに供給され、ロータマグネット
のＮ極が位置検出されたときは、モータ駆動電流AL
₁が、タイミングTLにおいて駆動コイルに供給される。

モータ起動時は、起動コイルに誘起される誘起電圧の
レベルは低く、起動時のモータ駆動電流は電極角制御の
有無にはあまり左右されないので、電気角制御を行わな
くても良好な起動時加速制御特性を実現することができ
る。

また、起動時に電気角制御を行うと、そのためのハー
ドウェアが大型、高価となるが、起動時に電気角制御を
行わないようにすることにより、モータ制御装置を簡単
かつ安価にすることができるとともに、良好な起動加速
特性を保持することができる（この点については、実施
例の項で具体的に説明する）。

モータが予め規定された所定回転速度に達すると、
起動時加速回転制御段階から正規加速回転制御段階に切
り替えられる。

正規加速回転制御段階においては、第１図（ｂ）に示
すように、位置検出器の位置検出信号の発生タイミング
に対するモータ駆動電流の発生タイミングが、定常回転
制御段階時の発生タイミングTH及びTLよりも所定量τだ
け進んだ電気角位置に、電気的に電気角制御により選定
される。なお、この所定進み量τは、規定の起動時間
（起動から定常回転に到達するに要する時間）やその間
のモータ効率等を考慮して選定される（電気的な電気角
制御により所定量τだけ進んだ電気角位置に選定する処
理の具体的な内容については、実施例の項で説明す
る）。

これにより、図示しないロータマグネットのＳ極が位
置検出されたときは、モータ駆動電流AH₂が、タイミン
グTHよりも所定量τだけ進んだ位置において駆動コイル
に供給され、ロータマグネットのＮ極が位置検出された
ときは、モータ駆動電流AL₂が、タイミングTLよりも所
定値だけ進んだ位置において駆動コイルに供給される。

これにより、位置検出信号の発生タイミングに対する
モータ駆動電流の発生タイミングを定常回転制御段階の
場合よりもモータ駆動電流が大きくなるので、モータ加
速制御が強力に行われ、速やかに定常回転状態に到達さ
せることができる。

定常回転制御段階では、位置検出器の位置検出信号
の発生タイミングに対するモータ駆動電流の発生タイミ
ングが、ともに同じTH及びTLに選定される。

これにより、図示しないロータマグネットのＳ極が位
置検出されたときは、モータ駆動電流AH₃が、タイミン
グTHにおいて駆動コイルに供給され、ロータマグネット
のＮ極が位置検出されたときは、モータ駆動電流AL
₃が、タイミングTLにおいて駆動コイルに供給される。

このタイミングTH及びTLは、定常回転時のモータ効率
が最良となるように選定される。このようにすることに
より、定常回転に到達した後は、効率良くモータ回転を
行わせることができる。

なお、第１図は、本発明の一実施例を示したものであ
って、本発明は、このモータ制御方式に限定されるもの
ではない。

以上のように、本発明はロータマグネットと駆動コイ
ルとの対向位置を指示する位置検出信号に基づいて発生
するモータ駆動電流の発生タイミングを、電気角制御に
より位置検出信号の発生タイミングに対して適宜変化さ
せてモータ制御を行うようにしたので、マグネット形同
期モータが起動後に速やかに定常回転状態に到達できる
とともに、定常回転時のモータ効率も良好となるように
することができる。

〔実施例〕

本発明の一実施例を、モータ制御段階を定常回転制御
段階と加速回転制御段階に区分し、更に加速回転制御段
階を、起動時の加速回転制御を行う起動時加速回転制御
段階と所定回転速度に到達した後の正規加速回転制御段
階に区分した場合を例にとり、第２図〜第６図を参照し
て説明する。

第２図は本発明の一実施例の実施に使用するモータ制
御装置の説明図であり、第３図は同実施例の起動時加速
回転制御段階におけるモータ制御動作フローチャートで
あり、第４図は同実施例の起動時加速回転制御段階にお
けるモータ制御動作フローチャートである。なお、第５
図は同実施例の正規加速回転制御動作の動作フローチャ
ートである。第６図の電気角制御を行わないモータ制御
動作の動作タイミングチャートは、本発明の一実施例の
説明にも使用される。

（Ａ） 実施例の構成 第２図において、11はマグネット形同期モータであ
り、ロータマグネット111、駆動コイル112₁〜112₃、位
置検出器113₁〜113₃を主要な構成要素としている。ロー
タマグネット111は、ロータ部分がマグネットで構成さ
れている。駆動コイル112₁〜112₃は、ロータマグネット
111を駆動するモータ駆動電流が周期的に供給される。

位置検出器113₁〜113₃は、例えばホール素子で構成さ
れ、ロータマグネットのＮ極及びＳ極と駆動コイルの対
向位置を検出する。

12はスイッチング回路であり、スイッチング素子121
〜126で直流の電源電圧Vccをスイッチングして、駆動コ
イル112₁〜112₃に所定のモータ駆動電流を周期的に供給
する。

スイッチング素子121は、駆動コイル112₁にモータ駆
動電流AHを供給し、スイッチング素子122は、駆動コイ
ル112₁にモータ駆動電流ALを供給する。スイッチング素
子123は、駆動コイル112₂にモータ駆動電流BHを供給
し、スイッチング素子124は、駆動コイル112₂にモータ
駆動電流BLを供給する。スイッチング素子125は、駆動
コイル112₃にモータ駆動電流CHを供給し、スイッチング
素子126は、駆動コイル112₃にモータ駆動電流CLを供給
する。

13はロジック回路であり、位置検出器113₁〜113₃の発
生する位置検出信号を受けて、スイッチング回路12のス
イッチング素子を駆動する駆動パターンを発生する。

ロジック回路13において、131は入力レジスタであ
り、位置検出器113₁〜113₃の発生した各位置検出信号が
入力されて保持される。

132はタイマであり、起動時加速回転制御段階におい
て、モータの回転周期、すなわち回転速度を計測する。

133は第１カウンタであり、起動時加速回転制御段階
におけるモータが１回転したかを計測する。134は第２
カウンタであり、正規加速回転制御段階におけるモータ
の回転周期を計測する。135は第３カウンタであり、正
規加速回転制御段階における位置検出信号の発生タイミ
ングに対するモータ駆動電流の発生タイミングの遅れを
計測する。

136はプロセッサであり、タイマ132及び各カウンタ13
3〜135のセット及び更新処理を行うとともに、これらタ
イマ及び各カウンタの値に基づいて、各制御段階におけ
る駆動パターンを生成する処理を行う。

137は出力レジスタであり、プロセッサ136で生成され
た駆動パターンが入力されて保持される。

14はレベル変換回路であり、ロジック回路13が発生し
た駆動パターンのレベルをスイッチング回路12を駆動可
能なレベルに変換する処理を行う。

（Ｂ） 実施例の動作 実施例の動作を、（１）起動時加速回転制御段階、
（２）正規加速回転制御段階、（３）定常回転制御段階
にわけて説明する。

（１） 起動時加速回転制御段階 起動時加速回転制御段階におけるモータ制御動作を、
第３図の動作フローチャート及び第６図の動作タイミン
グチャートを参照し、第３図の動作フローチャートの各
処理ステップに従って説明する。

起動時加速回転制御段階においては電気角制御は行わ
れず、各位置検出器の位置検出信号の発生タイミングに
対するモータ駆動電流の発生タイミングは、定常回転制
御段階時のタイミングに設定される。

ステップＳ₁ 起動時、ロータマグネット111は任意の位置で停止し
ているが、いま、図示のような位置にあるとする。位置
検出器113₂及び113₃はそれぞれの位置検出信号ｃ及びａ
を発生してロジック回路13の入力レジスタ131に送る。

ロジック回路13のプロセッサ136は、入力レジスタ131
にセットされた各位置検出信号に基づいてロータマグネ
ット111の位置を求め、この位置からロータマグネット1
11を起動する駆動コイルにモータ駆動電流を供給するた
めの駆動パターンＰを生成して、出力レジスタ137に初
期設定する。図示の場合は、動作状態Ｈ₁と同じである
ので、第６図の動作状態Ｈ₁で説明したと同様にしてロ
ジック回路13のプロセッサ136は、この位置検出信号ｃ
及びａを受けると、位置検出信号に同期して、第６図に
示す駆動パターンｐ₁（AH＝CH＝１、その他０）を発生
して出力レジスタ137に初期設定する。

ステップＳ₂ 出力レジスタ137に対する駆動パターンＰ₁が初期設定
されると、プロセッサ136は、起動時の動作状態Ｈ₁のと
きのみ第１カウンタ133を１にセットし（他の動作状態
のときは、後述するように第１カウンタ133は「０」に
リセットされる）、タイマ132をスタートさせる。

一方、出力レジスタ137の駆動パターンＰ₁はレベル変
換回路14でレベル変換されて、スイッチング回路12に送
られる。

スイッチング回路12は、この駆動パターンｐ₁を受け
ると、スイッチング素子126で電源電圧Vccをスイッチン
グして、対応する駆動コイル112₃にモータ駆動電流CLを
供給する。このモータ駆動電流CLを受けると、ロータマ
グネット111は矢印の方向に回転して動作状態Ｈ₂にな
る。

動作状態Ｈ₂になると、位置検出器113₁は位置検出信
号ａを発生し、ロジック回路13の入力レジスタ131にセ
ットする。

ステップＳ₃ プロセッサ136は、入力レジスタ131の内容をチェック
して、その位置検出信号の変化の有無を判別し、位置検
出信号ａが新たにセットされたことを検知する。

ステップＳ₄、ステップＳ₅ 位置検出信号ａが新たにセットされたことを検知する
と、プロセッサ136は、出力レジスタの駆動パターン
を、第６図よ示す駆動パターンＰ₂（AH＝BL＝１、その
他Ｏ）に更新する（ステップＳ₄）。

スイッチング回路12は、レベル変換回路14を介してこ
の駆動パターンｐ₂を受けると、スイッチング素子121で
電源電圧Vccをスイッチングして、対応する駆動コイル2
12₁にモータ駆動電流AHを供給する。このモータ駆動電
流AHを受けて、ロータマグネット111は回転して動作状
態Ｈ₃になる。

一方、プロセッサ136は、第１カウンタ133のカウント
値を１だけカウントアップして「２」に更新する（ステ
ップＳ₅）。

ステップＳ₆ プロセッサ136は、第１カウンタ133のカウント値がモ
ータ回転動作の１周期における状態（Ｈ₁〜Ｈ₆）の値
「６」に達したか否かを判別する。カウント値が「６」
に達しないときは、ステップＳ₃に戻り、前述の処理が
繰り返される。現段階のカウント値は「２」であるの
で、ステップＳ₃の処理が繰り返される。

ステップＳ₃〜ステップＳ₆ 以下、第１カウンタ133のカウント値が「６」となる
までステップＳ₃〜ステップＳ₆の動作が繰り返され、動
作状態Ｈ₁及びＨ₂に続いて、Ｈ₃〜Ｈ₆の各状態の動作が
行われる。このＨ₃〜Ｈ₆の各状態の動作は、先に第６図
を参照して説明した従来のモータ制御動作と同様である
ので、その詳細な説明は省略する。

動作状態Ｈ₆の動作が終了したとき、第１カウンタ133
のカウント値は「６」にセットされる。この結果、ステ
ップＳ₆において、第１カウンタ133のカウント値が
「６」になったことが検出される。

第１カウンタ133のカウント値が「６」になったと
き、動作状態Ｈ₁〜Ｈ₆の動作、すなわち１周期のモータ
回転動作が終了する。

ステップＳ₇ ステップＳ₆において第１カウンタ133のカウント値が
「６」になったことが検出されると、プロセッサ136
は、更にそのときのタイマ132の計測した回転周期の値
が所定周期値TC以下であるか否かかを判別する。

この所定周期値TCは、起動時加速回転制御段階から正
規加速回転制御段階に切り替えるときのモータ回転周期
であり、最適な加速制御が行われるように実験的に定め
られるが、この実施例では、目標速度の50％程度の値に
選定される。

ステップＳ₂〜ステップＳ₇ 起動開始時、タイマ132の指示するモータ回転周期は
所定回転周期TC以下であるので、ステップＳ₂に戻り、
前述のステップＳ₂〜ステップＳ₇の動作が繰り返され
る。なお、この繰返し動作の場合は、第１カウンタ133
の値は「０」にリセットされる。

これにより、状態Ｈ₁の動作が他の状態の動作と同様
にして行われ、ステップＳ₂〜ステップＳ₆の動作を繰り
返すことにより状態Ｈ₁〜Ｈ₆の動作か繰返し実行され
る。

この結果、モータは加速されてその回転周期が減少し
ていき、速やかに所定回転周期TCに到達する。

ステップＳ₈ ステップＳ₇においてタイマ132の値が所定回転周期TC
に達すると、プロセッサ136は、起動時加速回転制御段
階から正規加速回転制御段階に切り替える処理を行い、
正規加速回転制御段階のモータ制御動作に移行する。

（２） 正規加速回転制御段階のモータ制御動作 正規加速回転制御段階におけるモータ制御動作を、第
４図の動作フローチャート及び第５図の動作タイミング
チャートを参照して、第４図の動作フローチャートの各
処理ステップに従って説明する。

正規加速回転制御段階においては、各位置検出器の位
置検出信号の発生タイミングに対するモータ駆動電流の
発生タイミングは、定常回転制御段階時のタイミングよ
りも、電気角制御により所定量τだけ進んだ位置に選定
される。

この所定進み量τは、前述のように、規定の起動時間
（起動から定常回転に到達するに要する時間）やその間
のモータ効率等を考慮して選定されるが、本実施例で
は、定常回転周期が500μｓの場合、100μｓに選定され
る。

このような所定進み量τは、定常回転時の回転周期を
Tsとすると、駆動パターンＰをTd（＝Ts−τ）だけ遅延
することにより得られる。本実施例では、定常回転周期
Tsが500μｓの場合、所定進み量τを100μｓに選定して
いるので、駆動パターンＰの遅延量Tdは400μｓに選定
される。

ステップＳ₁₁ 正規加速回転制御段階のモータ制御は、動作状態Ｈ₁
から開始される。このため、プロセッサ136は、モータ
の動作状態が状態Ｈ₁になったか否かを判別する。この
判別は、入力レジスタ131に位置検出信113₃の位置検出
信号ａがセットされることにより検出される。

なお、起動時加速回転制御段階から正規加速回転制御
段階に切り替わった時点において、モータの動作状態が
状態Ｈ₁である保証はないが、動作状態Ｈ₁でなくとも、
モータは慣性により回転しているので、１回転以内に動
作状態がＨ₆からＨ₁になったことが検出される。

ステップＳ₁₂及びステップＳ₁₃ 動作状態がＨ₆からＨ₁になったことが検出されると、
プロセッサ136は、第２カウンタ134を０からスタートさ
せるとともに（ステップＳ₁₂）、第３カウンタ136も０
からスタートさせる（ステップＳ₁₃）。

ステップＳ₁₄ プロセッサ136は、第３カウンタ135のカウント値が所
定の遅延量Tdに達したか否かを判別する。

ステップＳ₁₅ 第３カウンタ135のカウント値が遅延量Tdに達する
と、プロセッサ136は、駆動パターンを動作状態Ｈ₁の駆
動パターンＰ₁から次の駆動パターン₂に切り替え、出力
レジスタ137にセットする。それとともに、第３カウン
タ135をストップして０にクリヤする。

ステップＳ₁₆ ステップＳ₁₅で駆動パターンがＰ₁からＰ₂に切り替わ
ったタイミングは、位置検出器の位置検出信号は動作状
態Ｈ₁を指示しており、動作状態Ｈ₂になっていないの
で、動作状態がＨ₁からＨ₂に切り替わるのを待つ。

ステップＳ₁₇ 位置検出信号が、ａ及びＣの状態からａだけの状態に
切り替わり、位置検出器の指示する動作状態がＨ₁から
Ｈ₂に切り替わったことを検出すると、プロセッサ136
は、切り替わった状態が動作状態Ｈ₁であるか否かをチ
ェックする。

切り替わった状態が動作状態Ｈ₁でないことが検知さ
れると、すなわち、未だモータが１回転していないこと
が検知されると、再びステップＳ₁₃に戻り、第３カウン
タ135を０からスタートさせる。

これにより、第５図の動作状態Ｈ₂のモータ加速制御
動作が行われ、引き続き、動作状態H₆までのモータ加速
制御動作が行われる。

各動作状態Ｈ₁〜Ｈ₆で行われるモータの加速制御動作
は、スイッチング回路12における各スイッチング素子の
スイッチング時間が速くなっている点を除いて、前述の
起動時加速回転制御段階におけるモータ加速制御動作と
同様にして行われるので、その詳細な動作説明は省略す
る。

動作状態Ｈ₁〜Ｈ₆の動作が終了すると、すなわちモー
タが１回転すると、再び動作状態Ｈ₁に戻るので、ステ
ップＳ₁₇において、動作状態Ｈ₁が検出される。

ステップＳ₁₈ モータ（ロータマグネット111）が１回転したことが
現出されると、プロセッサ136は第２カウンタ134のカウ
ント値（モータ１回転の周期TT）を計測し、これより各
動作状態Ｈ₁〜Ｈ₆の平均の遅れ時間TDを算出する。この
遅れ時間TDは、次の（１）式により算出される。

TD＝（TT/6）−τ …（１） τを100μｓとすると、モータが定常回転に到達した
ときTDは規定の遅延量Td（＝400μｓ）になるか、正規
加速回転制御段階に移行した直後は、この遅れ時間TDの
値は規定の遅延量Td（＝400μｓ）よりも大きい。

ステップＳ₁₂〜ステップＳ₁₈ 以下、ステップＳ₂に戻り、前述のステップＳ₂〜ステ
ップＳ₁₈の動作が繰り返され、これにより、モータ（ロ
ータマグネット111）の回転速度は速やかに上昇して行
く。

モータの回転速度が上昇するとともにその回転周期TD
は減少し、所定の遅延時間Td（400μｓ）に達する。

モータの回転速度が更に上昇し、回転周期TDが遅延時
間Tdよりも減少しようとすると、第３カウンタ135の指
示する遅れ時間（この時点では、TDに等しいと考えてよ
い）が所定遅延時間Tdよりも小さくなろうとする。

しかしながら、ステップＳ₁₄及びステップＳ₁₅におい
て、遅れ時間TDが遅延時間Tdになるまで駆動パターン切
替えが待たされるので、結局、遅れ時間TDが遅延時間Td
に等しくなった状態に安定化されることになる。この安
定状態に達すると、第２カウンタ134のカウント値は所
定の回転周期（500μｓ）を示し、第３カウンタ135のカ
ウント値は所定の遅延時間Td（400μｓ）を示し、位置
検出信号に対する駆動パターンの進み量も所定の進み量
τ（100μｓ）になる。

以上に説明したように、モータの加速回転制御段階を
起動時加速回転制御段階と正規時加速回転制御段階に区
分し、起動時加速回転制御段階で電気角制御を行わない
ようにすることにより、前述のように良好な起動特性及
び加速制御特性をともに実現できるとともに、ハードウ
ェアを簡単化することができる。

すなわち、起動時から電気角制御を行うと、起動時の
遅れ時間は、所定の遅延量Tdに対して極めて大きい値に
なるので、その大きな遅れ時間をカウントできる必要が
あるために、第３カウンタ135は極めて大形、高価なも
のになり、カウントに時間がかかって処理が遅れる不都
合が生じる。しかも、起動特性は殆ど改善されない。し
たがって、本実施例にように、起動時加速回転制御段階
で電気角制御を行わないようにすることにより、良好な
起動特性及び加速制御特性をともに実現できるととも
に、ハードウェアを簡単化することができる。

（３） 定常回転制御段階のモータ制御動作 第２カウンタ134及び第３カウンタ135の各カウント値
が所定の回転周期及び遅延時間に達すると、プロセッサ
136は、正規加速回転制御段階から定常回転制御段階に
切り替える処理を行い、定常回転制御段階のモータ制御
動作に移行する。

この定常回転制御段階においては、電気角制御は行わ
れず、各位置検出器の発生する位置検出信号の切り替え
タイミングに同期して駆動パターンが切り替えられて、
各動作状態Ｈ₁〜Ｈ₆のモータ制御動作が行われる。その
制御動作は、前述の第６図のモータ制御動作と同様にし
て行われるので、その詳細な動作説明は省略する。

この定常回転制御段階においては、第６図の動作タイ
ミングチャートから明らかなようにモータ駆動電流は小
さいので、良好なモータ効率を実現することができる。

以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明
のこの実施例に限定されるものではなく、その発明の主
旨に従って各種の変形が可能である。

例えば、ロータマグネットを３相以外の多相で駆動す
ることができる。また、加速回転制御段階を、１段階又
は２段階よりも多い段階に区分して加速制御することが
できる。ロジック回路13における第２カウンタ134及び
第３カウンタ135を、タイマ132及び第１カウンタ133と
共用させることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば次の諸効果が得
られる。

（１） モータ制御段階の少なくとも一つにおいて、位
置検出器の発生する位置検出信号に基づいて発生するモ
ータ駆動電流の発生タイミングを、位置検出器の位置検
出信号の発生タイミングに対して、電気角制御により可
変としてモータ制御を行うようにしたので、マグネット
形同期モータが起動後に速やかに定常回転状態に到達で
きるようにするとともに、定常回転時のモータ効率も良
好となるようにモータ制御することができる。

（２） モータの加速回転制御段階を起動時加速回転制
御段階と正規時加速回転制御段階に区分し、起動時加速
回転制御段階で電気角制御を行わないようにすることに
より、簡単なハードウェアにより良好な起動特性及び加
速制御特性をともに実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理図、 第２図は本発明の一実施例の実施に使用するモータ制御
装置の説明図、 第３図は同実施例の起動時加速回転制御段階におけるモ
ータ制御動作フローチャート、 第４図は同実施例の正規加速回転制御段階におけるモー
タ制御動作フローチャート、 第５図は同実施例の正規加速回転制御動作の動作タイミ
ングチャート、 第６図は電気角制御を行わないモータ制御動作の動作タ
イミングチャート、 第７図は位置検出器を機械的にずらししたモータ制御動
作の動作タイミングチャート、 第８図は従来のモータ制御方式の説明図である。 第２図において、 11……マグネット形同期モータ、12……スイッチング回
路、13……ロジック回路、14……レベル変換回路、111
……ロータマグネット、112₁〜112₃……駆動コイル、11
3₁〜113₃……位置検出器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−173392（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−60488（ＪＰ，Ａ) 国際公開91／9462（ＷＯ，Ａ１)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ロータマグネットの磁極と駆動コイルとの
   対向位置を検出する位置検出手段よりの信号出力に応じ
   てモータ駆動制御信号を発生するモータ制御部を備えた
   DCブラシレスモータのモータ制御装置において、 前記モータ制御部は、前記モータを加速する加速制御手
   段と、前記モータを定常回転速度に維持する定常回転制
   御手段を有し、 前記加速制御手段は、前記位置検出手段よりの信号出力
   時間間隔を測定する手段と、測定した時間間隔より所定
   時間短かい時間を設定する手段と、前記時間間隔より所
   定時間短かい時間を計数する計数手段と、前記位置検出
   手段の信号出力時に前記計数手段の計数を開始する手段
   と、前記計数手段の計数が終了した時にモータ駆動制御
   信号を発生する手段とを備え、 前記定常回転制御手段は、前記位置検出手段よりの信号
   出力時にモータ駆動制御信号を発生する手段とを備えた ことを特徴とするDCブラシレスモータのモータ制御装
   置。
2. 【請求項２】前記モータ制御部は、さらに、前記モータ
   を停止状態から前記定常回転速度より低い所定の回転速
   度まで加速する初期加速制御手段を有し、 前記初期加速手段は、前記位置検出手段よりの信号出力
   時にモータ駆動制御信号を発生する手段とを備えた ことを特徴とする請求項１に記載のDCブラシレスモータ
   のモータ制御装置。
3. 【請求項３】前記位置検出手段は、複数個のホール素子
   であることを特徴とする請求項１または２に記載のDCブ
   ラシレスモータのモータ制御装置。