JP2892164B2

JP2892164B2 - ブラシレスモータ駆動装置

Info

Publication number: JP2892164B2
Application number: JP3008714A
Authority: JP
Inventors: 康孝築山; 新吾深水
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1991-01-28
Filing date: 1991-01-28
Publication date: 1999-05-17
Anticipated expiration: 2014-05-17
Also published as: JPH04244797A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はモータの回転子の位置
を検出する位置検出手段の無いブラシレスモータ駆動装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、フロッピーディスク，ハードディ
スク等のオフィスオートメーション機器、さらにビデオ
テープレコーダ，ヘッドホンテープレコーダ等の民生機
器のドライブ装置に、ブラシレスモータが使用されてい
る。これらのブラシレスモータは、２相あるいは３相の
半波駆動方式、または全波駆動方式が一般的であるが、
この種のブラシレスモータには、回転子の位置を検出す
るホール素子等の位置検出素子が必要である。従来か
ら、位置検出素子を省く試みは種々行われている。例え
ば、特許出願公告昭和５６年第３３９５３号（以下文献
１とする）には、最初は自走型の３相のリングカウンタ
の出力信号によって各相巻線への通電状態を切り換え、
回転子が回転してから３相の固定子巻線のうちの通電休
止中の巻線に現われる発電波形を利用して各相巻線への
通電状態を切り換えようと構成された駆動装置が示され
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記文
献１に示された駆動装置では、各巻線への電流切り換え
が急峻に行われ、その結果、不要な振動や騒音、あるい
はサージパルスによる電気雑音が発生するといった不都
合がある。この問題を解決するために、各相巻線にコン
デンサが接続されることがあるが、この場合は比較的大
容量のコンデンサが複数個必要となり、部品点数の増加
や実装面積の増大等の不都合が生じる。

【０００４】この発明の目的は、位置検出手段の無いブ
ラシレスモータにおいて、各相巻線への電流切り換えを
滑らかに行い、大容量のコンデンサが不要で、騒音，振
動の少ないブラシレスモータ駆動装置を提供することで
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明のブラシレスモ
ータ駆動装置は、複数相のモータ駆動コイルにそれぞれ
接続された複数の駆動トランジスタと、通電休止期間中
に前記複数相のモータ駆動コイルで発生する逆起電圧か
ら前記モータ駆動コイル用の複数の通電切換信号を生成
する通電論理検出器と、起動モードと検出モードとを判
別して制御信号を出力するとともに、起動モード用の通
電切換信号である複数の起動信号を生成する起動用回路
と、前記起動用回路の前記制御信号に応じて起動モード
時には前記複数の起動信号を選択し、検出モード時には
前記複数の通電切換信号を選択して動作し、前記複数の
駆動トランジスタに与えるべき各相の台形波を合成する
基になる複数のパルスを出力する論理回路と、前記論理
回路の出力パルスに応じて立ち上がり及び立ち下がりが
滑らかな台形波信号を生成して出力する相切換台形波合
成器と、前記相切換台形波合成器から受けた出力を各相
の駆動信号に分配して前記複数の駆動トランジスタに与
える分配回路とを具備している。

【０００６】

【０００７】

【０００８】さらに、前記起動用回路を、外部から入力
されるクロック信号で動作し前記複数の起動信号を前記
論理回路に出力するリングカウンタと、前記論理回路の
出力信号のエッジでリセットされ前記クロック信号をカ
ウントするリカバリーカウンタと、前記リングカウンタ
の出力によって動作するカウンタと、前記カウンタの出
力と前記リカバリーカウンタの出力とを受けて起動モー
ドと検出モードとを判別し前記論理回路の動作モードを
設定する起動／検出切換回路とによって構成している。

【０００９】

【作用】この発明の構成によると、モータ駆動コイルの
通電休止期間にモータ駆動コイルに発生する逆起電圧か
らモータ駆動コイルの通電切換信号を生成し、この通電
切換信号から複数の駆動トランジスタの各々に与える各
相の駆動信号を生成するとともに生成した各相の駆動信
号を立ち上がりおよび立ち下がりが滑らかな台形波とし
て出力するので、位置検出素子無しでモータを駆動する
ことができる。さらに、各相のモータ駆動コイルへの電
流切換を滑らかに行うことができるため、各相のモータ
駆動コイルに大容量のコンデンサを接続することが不要
で、モータ起動時から一定回転時まで騒音や振動を低減
することができる。

【００１０】また、外部から入力されるクロック信号で
動作するリングカウンタ及びリカバリーカウンタと、そ
れらの出力が入力される起動／検出切換回路とで起動用
回路を構成することにより、リングカウンタのカウント
動作により起動モード用の通電切換信号である複数の起
動信号を発生して論理回路に供給する。一方、リカバリ
ーカウンタは、論理回路の出力信号のエッジでリセット
されつつ、外部から入力されるクロック信号をカウント
し、リカバリーカウンタの設定値で決まる所定期間内に
リセットされない場合、出力が反転する。その出力に接
続された起動／検出切換回路は、リングカウンタの出力
に接続されたカウンタの設定値で決まる所定期間を起動
モードとした後に検出モードにされ、リカバリーカウン
タの出力反転によっても起動モードを判別する。このモ
ード判別による制御信号が与えられる論理回路は、起動
モード時にはリングカウンタの出力（複数の起動信号）
を選択し、検出モード時には通電論理検出器の出力（複
数の通電切換信号）を選択して相切換台形波合成器に供
給する切換動作を行う。従って、カウンタの設定値で決
まる所定期間を起動モードにして、モータの起動を行っ
た後に検出モードに移行させる。そして、検出モードに
移行した後にリカバリーカウンタがリセットされない場
合には、起動モードに復帰して再起動されることにな
り、モータの起動を失敗した場合にも自動的に再起動す
ることができる。

【００１１】

【実施例】図１は、この発明の一実施例のブラシレスモ
ータ駆動装置の回路構成図を示したものである。ここで
は、この発明を応用した好適な例として、３相全波電流
駆動のブラシレスモータ駆動装置の例を示す。図１にお
いて、１，２，３は３相のモータ駆動コイル、１０，１
１，１２はそれぞれ各相の吐き出し側の駆動トランジス
タ、１３，１４，１５はそれぞれ各相の吸い込み側の駆
動トランジスタである。２０は各相のモータ駆動コイル
１，２，３への通電停止期間に各相のモータ駆動コイル
１，２，３に発生する逆起電圧からモータ駆動コイル用
の通電切換信号を生成する通電論理検出器である。２１
は論理回路３１の出力に基づいて、通電休止期間が存在
する各相の駆動信号を生成するとともに生成した各相の
駆動信号を、立ち上がりおよび立ち下がりが滑らかな台
形波信号にして出力する相切換台形波合成器である。４
０は外部から入力されるトルク指令信号ＴＣと電流検出
用の抵抗４１で検出したコイル電流との差に相当する信
号を出力するトルク指令信号発生回路である。２２は相
切換台形波合成器２１の出力を各相の駆動信号に分配し
各相の駆動トランジスタ１０〜１５へ供給する分配回路
である。２３，２４は、それぞれ分配回路２２の出力電
流を増幅し、吐き出し側および吸い込み側の駆動トラン
ジスタ１０〜１５へベース電流を供給する増幅器であ
る。５０は、外部のクロック信号で動作する３相のリン
グカウンタ５１ならびにリカバリーカウンタ５２と、リ
ングカウンタ５１の出力で動作するカウンタ５４とを備
えた起動用回路である。そして、起動用回路５０は、３
相リングカウンタ５１の複数の出力信号を論理回路３１
に与えるとともに、カウンタ５４の出力とリカバリーカ
ウンタ５２の出力とによって起動モードを検出して論理
回路３１を制御し、モータ起動時にリングカウンタ５１
の出力を利用できるように選択させて、モータの起動動
作を行わせる。

【００１２】上記の相切換台形波合成器２１は、通電論
理検出器２０から出力される通電切換信号に基づき、各
相の駆動トランジスタ１０〜１５に与えるべき各相の台
形波を合成するために必要な複数のパルスを出力する論
理回路３１と、論理回路３１の出力によりコンデンサＣ
_U，Ｃ_v，Ｃ_wの充電放電の状態保持を切り換えること
により各相の台形波を発生させる台形波合成回路３２
と、台形波合成回路３２による各相の台形波の初期値設
定を行う台形波初期値設定回路３３と、台形波合成回路
３２の出力を電圧から電流に変換する台形波電圧／電流
変換回路３４と、台形波合成回路３２の出力の台形波の
最大値を検出し、最大値の出力を電圧から電流に変換
し、電圧から電流に変換した出力を１／ｎ（ただし、ｎ
は任意の実数とする）に減少させ、台形波合成回路３２
の出力の台形波から引算する台形波最大値１／ｎ引算回
路３５と、台形波電圧／電流変換回路３４の出力および
台形波最大値１／ｎ引算回路３５の出力を合成した結果
の出力と論理回路３１の出力とを入力することによっ
て、各相の駆動トランジスタ１０〜１５の各々に与える
各相の駆動信号をモータ駆動コイル１，２，３に逆起電
圧検出のための通電休止期間が存在するように生成する
とともに、論理回路３１の出力論理に応じて台形波状に
合成する相切換台形波合成回路３６とで構成している。

【００１３】また、分配回路２２は、相切換台形波合成
器２１の台形波状の電流出力がアノード端子にそれぞれ
接続されカソード端子が共通接続された複数個のダイオ
ードと、前記複数個のダイオードのアノード端子がベー
スにそれぞれ接続されエミッタが共通接続された複数個
のトランジスタとで構成し、前記複数個のトランジスタ
の共通エミッタにトルク指令信号発生回路４０の出力信
号を入力することで、トルク指令信号発生回路４０の出
力信号に対応した電流分配比で各相の駆動トランジスタ
１０〜１５へ駆動信号をそれぞれ供給するようにしてい
る。

【００１４】図５は分配回路２２の具体構成の一例を示
す回路図である。同図において、Ｖ ₂₂₀〜Ｖ₂₂₂はそれ
ぞれ直流電源、Ｑ₂₂₀〜Ｑ₂₂₅はそれぞれダイオード、
Ｑ₂₂ ₆〜Ｑ₂₃₅はそれぞれトランジスタであり、トラン
ジスタＱ₂₂₆〜Ｑ₂₃₁のベースは相切換台形波合成回路
３６に接続され、同コレクタは駆動トランジスタ１０〜
１５のベースにそれぞれ接続されている。トランジスタ
Ｑ₂₃₂，Ｑ₂₃₃はカレントミラーを構成し、トランジス
タＱ₂₃₄，Ｑ₂₃₅のベースにトルク指令信号発生回路４
０の出力信号が加えられる。

【００１５】また、起動用回路５０は、リングカウンタ
５１と、リカバリーカウンタ５２と、エッジ検出回路５
３と、カウンタ５４と、起動／検出切換回路５５とから
構成され、外部から入力されるクロック信号ＣＫを３相
のリングカウンタ５１とリカバリーカウンタ５２とに入
力し、リングカウンタ５１の出力をカウンタ５４と論理
回路３１とに入力する。そして、カウンタ５４の出力は
起動／検出切換回路５５に与えられ、起動／検出切換回
路５５はカウンタ５４で設定された出力に対応して、起
動モードと検出モードとの切換を行う。一方、リカバリ
ーカウンタ５２は、論理回路３１の出力に接続されたエ
ッジ検出回路５３の出力でリセットされつつ、クロック
信号ＣＫのカウント動作を行い、その出力を起動／検出
切換回路５５に入力する。

【００１６】このブラシレスモータ駆動装置によると、
モータ駆動コイル１，２，３の通電休止期間にモータ駆
動コイル１，２，３に発生する逆起電圧からモータ駆動
コイル１，２，３の通電切換信号を生成し、この通電切
換信号から各相の駆動トランジスタ１０〜１５の各々に
与える各相の駆動信号を生成するとともに生成した各相
の駆動信号を立ち上がりおよび立ち下がりが滑らかな台
形波として出力するので、位置検出素子無しでモータを
駆動することができる。さらに、各相のモータ駆動コイ
ル１，２，３への電流切換を滑らかに行うことができる
ため、各相のモータ駆動コイル１，２，３に大容量のコ
ンデンサを接続することが不要で、モータ起動時から一
定回転時まで騒音や振動を低減することができる。

【００１７】また、第１図に示すように、外部から入力
されるクロック信号で動作するリングカウンタ５１及び
リカバリーカウンタ５２と、それらの出力が入力される
起動／検出切換回路５５とによって起動用回路５０を構
成すると、リングカウンタ５１のカウント動作により起
動モード用の通電切換信号である複数の起動信号を発生
して論理回路３１に供給する。一方、リカバリーカウン
タ５２は、論理回路３１の出力信号（周波数発生信号Ｆ
Ｇ）のエッジでリセットされつつ、外部から入力される
クロック信号をカウントし、リカバリーカウンタ５２の
設定値で決まる所定期間内にリセットされない場合、出
力が反転する。その出力に接続された起動／検出切換回
路５５は、リングカウンタ５１の出力に接続されたカウ
ンタ５４の設定値で決まる所定期間を起動モードとした
後に検出モードにされ、リカバリーカウンタ５２の出力
反転によっても起動モードを判別する。このモード判別
による制御信号が与えられる論理回路３１は、起動モー
ド時にはリングカウンタ５１の出力（複数の起動信号）
を選択し、検出モード時には通電論理検出器２０の出力
（複数の通電切換信号）を選択して相切換台形波合成器
２１に供給する切換動作を行う。従って、カウンタ５４
の設定値で決まる所定期間を起動モードにして、モータ
の起動を行った後に検出モードに移行させる。そして、
検出モードに移行した後にリカバリーカウンタ５２がリ
セットされない場合には、起動モードに復帰して再起動
されることになり、モータの起動を失敗した場合にも自
動的に再起動をかけることができる。

【００１８】図２は、このブラシレスモータ駆動装置の
動作原理を説明するための各部のタイムチャートであ
る。図２において、Ｕ，Ｖ，Ｗはモータ駆動コイル１，
２，３の逆起電圧の波形（破線部）であり、Ｎはモータ
駆動コイル１，２，３の中性点の電圧波形である。前記
Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｎの電圧波形を通電論理検出器２０に入力
し、通電論理検出器２０において処理すると、通電論理
検出器２０の通電切換信号出力として、Ｕ１，Ｖ１，Ｗ
１の波形を得る。Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１の出力を相切換台形
波合成器２１内の論理回路３１に入力し、論理回路３１
の出力を台形波合成回路３２に入力し、台形波の立ち上
がりと状態保持と立ち下がり期間を論理回路３１の出力
論理によって設定し、また立ち下がりスロープを立ち上
がりスロープより少し急にすることで、台形波の立ち上
がりを初期値に固定し台形波の立ち上がりの初期の電圧
を台形波初期値設定回路３３で設定することによって、
Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２の電圧波形を形成する。

【００１９】台形波合成回路３２の出力を電圧から電流
に変換するために、台形波電圧／電流変換回路３４に入
力し、同時に台形波合成回路３２の出力を逆起電圧検出
のための電流休止期間を設定する台形波最大値１／ｎ
（ただし、ｎは任意の実数とする。）引算回路３５に入
力する。この台形波最大値１／ｎ引算回路３５の出力と
しては、図２のＰＶ１／ｎの波形（破線は、Ｕ２，Ｖ
２，Ｗ２の波形を重ねたものである）が得られる。そし
て、台形波電圧／電流変換回路３４と台形波最大値１／
ｎ引算回路３５の出力とを合成することで、図２のＵ３
（＝Ｕ２−ＰＶ１／ｎ），Ｖ３（＝Ｖ２−ＰＶ１／
ｎ），Ｗ３（＝Ｗ２−ＰＶ１／ｎ）の電流波形を形成す
る。

【００２０】前記電流波形Ｕ３，Ｖ３，Ｗ３と論理回路
３１の出力とを相切換台形波合成回路３６に入力し、電
流波形Ｕ３，Ｖ３，Ｗ３と論理回路３１の出力との論理
処理をして電流波形を合成することで、相切換台形波合
成回路３６の電流出力として図２のＩ_P1（＝Ｕ３・Ｕ
１），Ｉ_P2（＝Ｕ３・ＮＵ１），Ｉ_P3（＝Ｖ３・Ｖ
１），Ｉ_P4（＝Ｖ３・ＮＶ１），Ｉ_P5（＝Ｗ３・Ｗ
１），Ｉ_P6（＝Ｗ３・ＮＷ１）の波形を形成する。上記
のＮＵ１はＵ１の反転信号を表し、ＮＶ１はＶ１の反転
信号を表し、ＮＷ１はＷ１の反転信号を表す。

【００２１】相切換台形波合成回路３６の電流出力
Ｉ_P1，Ｉ_P2，Ｉ_P3，Ｉ_P4，Ｉ_P5，Ｉ_P6を分配回路２２に
入力し、分配回路２２において、トルク指令信号発生回
路４０の出力信号に応じて電流分配比を設定し、前記分
配回路２２の出力を増幅器２３，２４に入力し、増幅器
２３，２４の出力を吐き出し側および吸い込み側の駆動
トランジスタ１０〜１５にそれぞれ入力することによっ
て、モータ駆動コイル電流通電波形の立ち上がりと立ち
下がりを滑らかにするスロープをもち、また正常な逆起
電圧検出のためのモータ駆動コイルの通電休止期間をも
ったモータ駆動コイル電流通電波形Ｕ’，Ｖ’，Ｗ’
（図２参照）を形成することができる。

【００２２】図３は、起動用回路５０を使用し、低周波
でモータを同期起動させた後、モータの逆起電圧を通電
論理検出器２０で検出させることで、モータが加速して
いく過程の過度的な変化を示す図１の各部のタイムチャ
ートを示している。図３において、Ｔ_Aは低周波同期起
動期間を示し、Ｔ_Bは逆起電圧による位置検出を行う期
間を示し、各波形に付した記号は図２と同様である。

【００２３】図４は、モータの起動を失敗した時に再起
動する様子を示すものである。図において、（Ａ）はク
ロック信号ＣＫを、（Ｂ）は波形Ｕｌを、（Ｃ）は波形
Ｖｌを、（Ｄ）は波形Ｗｌを、（Ｅ）は周波数発生信号
ＦＧを、（Ｆ）はエッジ検出回路５３で出力されるエッ
ジ検出パルスを、（Ｇ）は起動／検出切換回路５５の出
力状態を、（Ｈ）はリカバリーカウンタ５２の出力状態
をそれぞれ示している。また、Ｔ₁は低周波同期起動期
間、Ｔ₂は起動を終了した後のリカバリーカウンタ５２
の設定により決まる所定期間であり、この期間Ｔ₂では
エッジ検出パルスＥＤが無いので、リカバリーカウンタ
５２の出力が反転し、起動／検出切換回路５５の出力状
態が起動モードに復帰され、モータの不起動が検出され
る。Ｔ₃は低周波同期起動期間（再起動期間）であり、
Ｔ₄は再起動を終了した後のリカバリーカウンタ５２の
設定により決まる所定期間であり、この期間Ｔ₄ではエ
ッジ検出パルスＥＤが在るので、リカバリーカウンタ５
２の出力が反転せず、起動／検出切換回路５５は検出モ
ードを維持する。Ｔ₅はリカバリーカウンタ５２の設定
により決まる所定期間の後の期間である。

【００２４】起動初期には、クロック信号ＣＫ（図４
（Ａ）参照）によりＵ１，Ｖ１，Ｗ１の波形（図４
（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）参照）を各々発生し、カウンタ
５４によりあらかじめ設定されたカウントアップ数のク
ロック後、起動モードから検出モードに切り換わる（図
４（Ｇ）参照）。この検出モード時に周波数発生信号Ｆ
Ｇと呼ばれる論理回路３１の出力（図４（Ｆ）参照）で
モータ回転数に比例した出力を、たとえばエッジ検出回
路５３によるエッジ検出といった信号処理をしてリカバ
リーカウンタ５２のリセット端子に入力し、その信号が
モータのインダクタンスや巻線抵抗その他のモータの諸
特性により決定されるある時間（リカバリーカウンタ５
２の設定による）内に変化しない場合、再び起動モード
となり、もし、周波数発生信号ＦＧが入力されれば、モ
ータは回転していると判断しそのまま検出状態を持続す
る。周波数発生信号ＦＧが出ている間は常に検出モード
が保たれる。

【００２５】

【発明の効果】この発明のブラシレスモータ駆動装置に
よれば、通電論理検出器の通電切換信号を基に相切換台
形波合成器で台形波状の駆動信号を生成し、この駆動信
号を分配回路に入力し、分配回路の出力信号にてモータ
駆動コイルに通電し、モータ駆動コイルの通電休止期間
のモータ駆動コイル逆起電圧を前記通電論理検出器によ
り検出して通電切換信号を生成し、さらに一定の位相関
係または速度関係を保持するよう位相制御ループまたは
速度制御ループを構成することにより、位置検出素子無
しでブラシレスモータを駆動することができ、さらに、
ブラシレスモータの各相のコイルへの電流切換を滑らか
に行うことができるため、騒音，振動を低減でき、また
従来必要であった大容量のコンデンサも不要であり、部
品点数が少なく特性の優れたブラシレス駆動装置を実現
できる。

【００２６】また、起動回路を、外部から入力されるク
ロック信号で動作するリングカウンタ及びリカバリーカ
タンタと、それらの出力が入力される起動／検出切換回
路とによって構成することにより、ブラシレスモータの
起動を失敗したときに、自動的に再起動をかけることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例のブラシレスモータ駆動装
置の回路構成を示す回路図である。

【図２】図１のブラシレスモータ駆動装置の動作原理を
説明するための各部のタイムチャートである。

【図３】低周波同期起動からのブラシレスモータの加速
時の過渡的な動作を示す各部のタイムチャートである。

【図４】ブラシレスモータが起動失敗して再起動がかけ
られる状態を示す各部のタイムチャートである。

【図５】図１における分配回路の具体構成の一例を示す
回路図である。

【符号の説明】

１〜３モータ駆動コイル１０〜１５駆動トランジスタ２０通電論理検出器２１相切換台形波合成器２２分配回路２３，２４増幅器３１論理回路３２台形波合成回路３３台形波初期値設定回路３４台形波電圧／電流変換回路３５台形波最大値１／ｎ引算回路３６相切換台形波合成回路４０トルク指令信号発生回路５０起動用回路５１リングカウンタ５２リカバリーカウンタ５３エッジ検出回路５４カウンタ５５起動／検出切換回路ＣＫクロック信号ＦＧ周波数発生器信号ＴＣトルク指令信号

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数相のモータ駆動コイルにそれぞれ接
続された複数の駆動トランジスタと、通電休止期間中に前記複数相のモータ駆動コイルで発生
する逆起電圧から前記モータ駆動コイル用の複数の通電
切換信号を生成する通電論理検出器と、起動モードと検出モードとを判別して制御信号を出力す
るとともに、起動モード時用の通電切換信号である複数
の起動信号を生成する起動用回路と、前記起動用回路の前記制御信号に応じて起動モード時に
は前記複数の起動信号を選択し、検出モード時には前記
複数の通電切換信号を選択して動作し、前記複数の駆動
トランジスタに与えるべき各相の台形波を合成する基に
なる複数のパルスを出力する論理回路と、前記論理回路の出力パルスに応じて立ち上がり及び立ち
下がりが滑らかな台形波信号を生成して出力する相切換
台形波合成器と、前記相切換台形波合成器から受けた出力を各相の駆動信
号に分配して前記複数の駆動トランジスタに与える分配
回路とを備えたブラシレスモータ駆動装置において、前記起動用回路を、外部から入力されるクロック信号で動作し前記複数の起
動信号を前記論理回路に出力するリングカウンタと、前記論理回路の出力信号のエッジでリセットされ前記ク
ロック信号をカウントするリカバリーカウンタと、前記リングカウンタの出力によって動作するカウンタ
と、前記カウンタの出力と前記リカバリーカウンタの出力と
を受けて起動モードと検出モードとを判別し前記論理回
路の動作モードを設定する起動／検出切換回路とによっ
て構成するブラシレスモータ駆動装置。