JP3248856B2 - ブラシレスモータの回転数検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主に音響機器や映
像機器に用いるブラシレスモータの回転数検出装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】図３は、従来のブラシレスモータの回転
数検出装置の一例の構成図であり、回転数検出装置３０
は、図示しないマグネットロータと、このマグネットロ
ータと対向して設けられた例えば３相の各駆動コイル３
１ａにより構成される駆動コイル３１と、各駆動コイル
３１ａに駆動電流を供給する駆動回路３２と、この各駆
動コイル３１ａに誘起される電圧を波形整形する各逆起
電圧波形整形回路３３ａにより構成される逆起電圧波形
整形回路３３と、この逆起電圧波形整形回路３３から出
力される各相ごとの出力を加算する加算回路３４、及び
後述する誤動作防止回路３５とにより構成される。

【０００３】図４は、前記回転数検出装置３０の１相分
の各部波形で、同図（Ｈ）は駆動コイル３１ａに供給さ
れる駆動電流を、同図（Ｉ）は起動時における駆動コイ
ル３１ａの端子間電圧を、同図（Ｊ）は逆起電圧波形整
形回路３３ａの出力電圧を示す。同図（Ｉ）に示すよう
に、駆動コイル３１ａには無通電区間（ｋ点を中心とす
る電気角で６０度の区間）に誘起電圧が生じており、こ
の誘起電圧は本来の逆起電圧に後述するスパイクノイズ
（電流切替え時のフライバックパルスによる雑音）が重
畳されたものである。以下の説明において逆起電圧と
は、特に断らない限る前記誘起電圧を指すものとする。

【０００４】図３に示す３相の駆動コイルについて以下
に説明する。各駆動コイル３１ａは電気角で１２０度ず
つ離れて配置され、１２０度の位相差をもって駆動電流
が流され、１２０度の位相差をもって逆起電圧が発生す
るが、各相とも波形は略同一であるため他の相について
は図示及びその説明を省略する。図４の（Ｈ）に示すよ
うに、ある相の駆動コイル３１ａは、同図（Ｉ）の逆起
電圧のピーク点ｐを中心に電気角で約１２０度に相当す
る期間正方向に通電され、次に同図（Ｉ）の逆起電圧の
交番点（ゼロクロス点）ｋを中心に電気角で約６０度に
相当する期間無通電となり、その後は電気角で約１２０
度に相当する期間負方向に通電される。さらにその後、
電気角で約６０度に相当する期間無通電となる。このよ
うに正方向の通電と負方向の通電とが無通電区間を挟ん
で交互に繰返される。

【０００５】前記無通電区間における交番点（ゼロクロ
ス点）ｋを検出することによって逆起電圧の周期を検出
でき、この周期を基にしてモータの回転数を検出でき
る。このために各駆動コイルの電圧は逆起電圧波形整形
回路３３ａで波形整形され、逆起電圧波形整形回路３３
ａから同図（Ｊ）に示す波形が出力される。しかし、こ
の構成によれば各相の駆動コイルの電流切替をする際
に、各駆動コイルには、本来の逆起電圧に対してフライ
バックパルスによる雑音（スパイクノイズ）ｎが重畳す
ることがある。

【０００６】このフライバックパルスによる雑音ｎは、
モータの起動時や加速時等に電流切り換え時点近傍に発
生し易く、この雑音が発生すると同図（Ｊ）に示すよう
に逆起電圧波形整形回路３３の出力には誤信号ｍが現わ
れ、回転数検出装置３０が誤動作してしまう。このため
に、従来は図３に示すように、例えばコンデンサ３５ａ
と抵抗３５ｂで構成した誤動作防止回路３５等を各駆動
コイル３１ａとアース間に挿入し、このフライバックパ
ルスによる雑音ｎの振幅を下げて誤動作を防止してい
た。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記したように、ブラ
シレスモータの回転数を検出する方法として、駆動コイ
ルに誘起される電圧の周期を検出し、この検出された周
期を基にして回転数を算出する方法がある。しかし、前
記駆動コイルの誘起電圧にはフライバックパルスによる
雑音が重畳されるために、これまで、正確にモータの回
転数を検出することが困難であった。また、回転数検出
装置１が誤動作しないレベルまでこのフライバックパル
スの雑音ｎの振幅を落とすためには、コンデンサ３５ａ
として比較的容量の大きなものが必要であった。従って
コンデンサ３５ａの形状も大きくなり、モータの小型化
を図るのに都合が悪かった。

【０００８】本発明の目的は、駆動コイルに誘起される
電圧を基にしてモータの回転数を検出する際に回転数検
出の誤動作がなく、且つモータの小型化に適したブラシ
レスモータの回転数検出装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するためになされたものであって、電機子を構成する多
相の各駆動コイルと、多極に着磁されたマグネットロー
タと、前記各駆動コイルの各逆起電圧にほぼ同期し且つ
マグネットロータの回転角を示す各位置信号をそれぞれ
検出する位置信号検出手段とを有するブラシレスモータ
の回転数検出装置において、前記各駆動コイルの逆起電
圧をそれぞれ波形整形する逆起電圧波形整形回路と、前
記各位置信号をそれぞれ波形整形する回路であって、前
記各位置信号の１／２周期より長い第１の期間で第１の
論理値を出力し、前記各位置信号の１周期から前記第１
の期間を差し引いた第２の期間で第１の論理値と異なる
第２の論理値をそれぞれ出力する位置信号波形整形回路
と、前記逆起電圧波形整形回路の各出力と前記位置信号
波形整形回路の各出力とを入力変数としてそれぞれ論理
演算する回路であって、前記各駆動コイルの各相当り 、 第
１の論理値である前記位置信号波形整形回路の出力期間
にて前記逆起電圧波形整形回路の出力が第１の論理値か
ら第２の論理値に反転するタイミングに同期して第２の
論理値から第１の論理値に反転し 、 この反転後 、 第１の論
理値である前記位置信号波形整形回路の出力が第２の論
理値に反転するタイミングに同期して第１の論理値から
第２の論理値に反転し 、 この反転後 、 第２の論理値である
前記位置信号波形整形回路の出力が第１の論理値に反転
した後に第１の論理値である前記位置信号波形整形回路
の出力期間にて前記逆起電圧波形整形回路の出力が第１
の論理値から第２の論理値に再び反転するタイミングに
同期して第２の論理値から前記第１の論理値に再び反転
する演算回路出力を出力する論理演算回路と、前記論理
演算回路からそれぞれ出力する各相当りの演算回路出力
をそれぞれ加算した回転数検出信号を出力する加算回路
とを備えたことを特徴とするブラシレスモータの回転数
検出装置である。

【００１０】上記の構成により、駆動コイルの電流切替
に伴って駆動コイルの誘起電圧に現れる偽りのゼロクロ
ス点のうち、前記論理演算回路の出力論理を反転させる
偽のゼロクロス点付近においては、前記誘起電圧の如何
にかかわらず前記論理演算回路の出力が所定の論理値を
出力するように、即ち前記論理演算回路が不感帯を有す
るようにし、本来のゼロクロス点でのみ出力が反転する
ようにして、正確な速度信号を得られるようにしたもの
である。

【００１１】図１、２に示すように、各駆動コイルの電
圧は逆起電圧波形整形回路２で波形整形され、位置信号
は位置信号波形整形回路３で波形整形される。位置信号
波形整形回路３では、その出力Ｓiの立下りがフライバ
ックパルスによって形成される偽のゼロクロス点ｙ1
と、その近傍にある本来の（真の）ゼロクロス点ｘ1と
の間になるように閾値を設定する。これにより、位置信
号波形整形回路３では、前記ゼロクロス点ｙ1からその
近傍の真のゼロクロス点ｘ1までの間に出力が反転して
第１の論理値となり、この第１の論理値をとる第１の期
間Ｔ１が前記位置信号の１／２周期より長くなるよう波
形整形が行われる。

【００１２】次に、逆起電圧波形整形回路２の出力と前
記位置信号波形整形回路３の出力とが入力変数として論
理演算回路に入力される。

【００１３】この論理演算回路は、位置信号波形整形回
路の出力Ｓiが前記第２の論理値になった時には、その
出力の論理値は逆起電圧波形整形回路２の出力Ｓgに関
係なく所定の論理値を出力する。即ち逆起電圧波形整形
回路２の出力に対して不感帯を有するように動作する。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を添
付図面に従って説明する。図１は本発明に係るブラシレ
スモータの回転数検出装置の一例の構成図、図２は同各
部波形である。尚、図中従来例と同じ部分は同一番号を
付して説明を省略する。

【００１５】図１には３相ブラシレスモータによって本
発明の一例を示し、ブラシレスモータは、多相に着磁さ
れたマグネットロータ（図示せず）と、各相の駆動コイ
ル３１ａにより構成される駆動コイル３１と、これらの
駆動コイル３１ａに駆動電流を供給する駆動回路３２
と、前記マグネットロータの回転角を検出して得られる
位置信号を出力する位置信号検出手段とを備え、ブラシ
レスモータの回転数検出装置１は、前記駆動コイル３１
ａに誘起される電圧を波形整形する逆起電圧波形整形回
路２と、前記位置信号を波形整形する各相ごとのシュミ
ットトリガ回路３ａにより構成される位置信号波形整形
回路３と、逆起電圧波形整形回路２の出力と位置信号波
形整形回路３の出力とを入力変数とする論理演算回路４
と、この論理演算回路４から出力された各相ごとの出力
を加算してモータの回転数検出信号を出力する加算回路
５とにより構成される。

【００１６】前記位置信号検出手段において、マグネッ
トロータ、即ち回転子の回転角を示す位置信号の検出
は、例えば、電気角で１２０度ずつ離間してステータに
固定した３つのホール素子によって前記マグネットロー
タの磁束密度を検出して行われる。次に、図１と共に図
２を参照しながらブラシレスモータの回転数検出装置１
の動作について説明する。尚、従来の技術において説明
したのと同様に１相の駆動コイル３１ａについて説明
し、他相については省略する。

【００１７】駆動回路３２は通電する駆動コイルを順次
切り替えながら各駆動コイル３１ａに駆動電流を供給
し、マグネットロータに回転力を与える。一方、各駆動
コイル３１ａには誘起電圧が誘起される。

【００１８】図２（Ｈ）は駆動コイルの駆動電流を示
す。同図（Ｉ）は起動時における駆動コイルの端子間電
圧を示すが、通電区間では駆動コイルの抵抗分と電流に
よる電圧降下と、誘起される逆起電圧とが加算されたも
のが示され、無通電区間では駆動コイルに誘起される逆
起電圧そのものが示されている。この逆起電圧は、電流
切替えの影響を受けていない本来の逆起電圧に前記スパ
イクノイズ（誤信号）ｙが重畳されたものである。この
駆動コイルの電圧は逆起電圧波形整形回路２に入力さ
れ、２つの論理値、即ちレベル（Ｌ、Ｈ）にある矩形波
に波形整形されて図２（Ａ）で示す出力電圧Ｓgとな
る。この出力電圧Ｓgは、前記逆起電圧ｘの真のゼロク
ロス点ｘ１、ｘ２で出力レベルが反転している他、前記
誤信号ｙによる偽のゼロクロス点ｙ１、ｙ２、ｙ３、ｙ
４でも出力レベルが反転しており、これが、モータの回
転数を検出するに際して問題となる。

【００１９】一方、図示しないホール素子によって検出
された位置信号が駆動回路３２を介して取り出され、位
置信号波形整形回路３に入力される。図２の（Ｓ）は位
置信号電圧を、同図（Ｂ）は位置信号波形整形回路の出
力Ｓiを示す。ここに、同図（Ｉ）に示す逆起電圧ｘの
真のゼロクロス点ｘ１，ｘ２と同図（Ｓ）に示す位置信
号の交番点（ゼロクロス点）ｇ１，ｇ２とのタイミング
は略一致している。

【００２０】この位置信号波形整形回路３は、所定の閾
値により入力信号をデューティー比が５０％でない矩形
波に変換する各相ごとのシュミットトリガ回路３ａによ
り構成される。即ち、このシュミットトリガ回路３ａで
は、前記位置信号の１／２周期より長い第１の期間Ｔ１
では第１のレベル（論理値Ｌ）を出力し、前記位置信号
の１周期から前記第１の期間Ｔ１を差し引いた第２の期
間Ｔ２では第２のレベル（論理値Ｈ）を出力するように
閾値ｖｆとヒステリシス特性とが設定される。この設定
は、位置信号波形整形回路３の出力が、前記偽のゼロク
ロス点ｙ１から逆起電圧ｘの真のゼロクロス点ｘ１まで
の間で立ち下がるように行なわれる。

【００２１】この場合、同図（Ｓ）、（Ｂ）に示すよう
に、波形のエッジの位置ｇ３、ｇ４は、シュミットトリ
ガ回路３ａの閾値ｖｆとヒステリシス特性とにより、前
記交番点ｇ１、ｇ２とは異なった位置となる。即ちエッ
ジの位置ｇ３は前記交番点ｇ１より少し手前の時点とな
り、エッジの位置ｇ４は少し後の時点となり、同図
（Ｂ）に示す位置信号波形整形回路３の出力ＳiがＬレ
ベルとなる第１の期間Ｔ１は前記出力ＳiがＨレベルで
ある第２の期間Ｔ２より大になる。そして、前記偽のゼ
ロクロス点ｙ1は前記位置信号波形整形回路３の出力Ｓ
ｉがＨレベルとなる第２の期間Ｔ２の区間内にある。

【００２２】前記逆起電圧波形整形回路２の出力Ｓg及
び位置信号波形整形回路３の出力Ｓiは論理演算回路４
に入力される。この論理演算回路４は、各相の逆起電圧
波形整形出力のレベルを反転する３つのＮＯＴゲート４
ａ、及びこのＮＯＴゲート４ａの出力信号を夫々クロッ
ク端子に入力する３つのＤフリップフロップ回路（以
下、Ｄ・Ｆ／Ｆと記す）４ｂで構成される。

【００２３】各Ｄ・Ｆ／Ｆ４ｂのクロック端子にはＮＯ
Ｔゲート４ａの出力信号が各々入力され、ＤＡＴＡ入力
端子には各相の位置信号波形整形回路３の出力が夫々入
力される。又、ＳＥＴ入力端子はＤＡＴＡ入力端子と夫
々短絡されている。Ｄ・Ｆ／Ｆ回路４ｂのクロック端子
には図２（Ａ）の電圧がＮＯＴゲート４ａで反転されて
入力され、ＤＡＴＡ入力端子には同図（Ｂ）の電圧が入
力され、出力端子Ｑから同図（Ｃ）に示す波形の電圧が
出力される。

【００２４】Ｄ・Ｆ／Ｆ回路４ｂは、ＳＥＴ端子に印加
されている信号が低レベル（Ｌ）である場合には、クロ
ック端子の入力の立ち下がりのタイミングに於いて、Ｄ
ＡＴＡ入力端子に入力されているレベルの信号を出力端
子Ｑに出力する。そして、ＳＥＴ端子に高レベル（Ｈ）
の信号が入力されていると、Ｑ出力端子に無条件で高レ
ベルの信号を出力する。この出力のレベルはクロック端
子のレベルには無関係である。

【００２５】即ち、前記偽のゼロクロス点ｙ１点では同
図（Ｂ）の電圧は高レベルなので、同図（Ｃ）の電圧も
高レベル（Ｈ）のままとなるが、真のゼロクロス点ｘ１
点では同図（Ｂ）の電圧は低レベル（Ｌ）なので、この
ゼロクロス点ｘ１で同図（Ｃ）の電圧は低レベル（Ｌ）
となる。

【００２６】同図（Ｉ）に示すように、真のゼロクロス
点ｘ２の近傍にはスパイクノイズによる２つの偽のゼロ
クロス点ｙ３、ｙ４がある。この偽のゼロクロス点ｙ
３、ｙ４近傍では、ＳＥＴ端子に印加されている信号が
低レベル（Ｌ）であるから、クロック端子の入力の立ち
下がりのタイミングに於いても出力端子Ｑは低レベル
（Ｌ）のままである。即ち偽のゼロクロス点ｙ３、ｙ４
ではＤ・Ｆ／Ｆ４ｂの出力のレベルは反転しない。次
に、同図（Ｂ）の波形のエッジの位置ｇ４ではＳＥＴ端
子が高レベル（Ｈ）となるため同図（Ｃ）の電圧は無条
件で高レベル（Ｈ）になる。このように論理演算回路４
の出力において、レベルが反転するタイミングは同図
（Ａ）における誤信号ｙ成分の影響を受けていない。

【００２７】即ち、誤信号ｙ成分の影響を受けず逆起電
圧ｘ成分の真のゼロクロス点ｘ１が検出され、このタイ
ミングで出力端子Ｑのレベルは反転し立下がり信号とし
て出力される。従って、この同図（Ｃ）の立ち下がりに
基づいて正確にモータの回転数を検出することができ
る。

【００２８】本実施の形態においては、この同図（Ｃ）
の３相の波形、即ち、３つのＤ・Ｆ／ＦのＱ端子出力は
夫々加算回路５に入力されて各相の出力信号が加算さ
れ、同図（Ｄ）の回転数検出信号となって出力される。

【００２９】そして、ホール素子等によって検出された
位置信号が３つの相間で振幅の不斉一がある場合であっ
ても、同図（Ｄ）に示す回転数検出信号の立ち下がりを
利用すればモータの回転制御を良好に行うことができ
る。即ち、同図（Ｄ）に示す信号の立ち下がりを利用す
れば、同図（Ｃ）に示す信号の立ち下がりを利用した場
合より、モータの回転数の検出を短い周期で行なうこと
ができ、モータの回転制御をより良好に行なうことがで
きる。又、逆起電圧波形整形回路２、位置信号波形整形
回路３、論理演算回路４及び加算回路５は、従来の一般
的なＩＣにより構成できるので小型化及び低価格化が可
能となる。

【００３０】以上、詳細に述べたように、本願発明によ
れば比較的容量の大きなコンデンサや抵抗等の組合わせ
による誤動作防止回路を設けることなく、電流切替に起
因するフライバックパルス等の雑音の影響を除去するこ
とができるので、正確にモータの回転数を検出すること
ができ、又回転数検出装置１の小型化及び低価格化を図
ることができる。

【００３１】なお、上記実施形態は本発明の一例であ
り、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

【００３２】

【発明の効果】本発明は上記構成により次の効果を発揮
する。本発明によればブラシレスモータの回転数検出装
置において、単純な回路構成によって逆起電圧に重畳さ
れるフライバックパルスの影響を受けることなく駆動コ
イルに誘起される逆起電圧の正確なゼロクロス点を検出
することができる。即ち、正確にブラシレスモータの回
転数を検出することができ、且つ波形整形回路の小型化
を図ることができるブラシレスモータの回転数検出装置
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るブラシレスモータの回転数検出装
置の一例の構成図

【図２】本発明に係るブラシレスモータの回転数検出装
置の各部波形

【図３】従来のブラシレスモータの回転数検出装置の一
例の構成図

【図４】従来のブラシレスモータの回転数検出装置の各
部波形

【符号の説明】

１…ブラシレスモータの回転数検出装置、２…逆起電圧
波形整形回路、３…位置信号波形整形回路、３ａ…シュ
ミットトリガ回路、４…論理演算回路、４ａ…ＮＯＴゲ
ート、５…加算回路、３１…駆動コイル、３１ａ…各相
の駆動コイル、３２…駆動回路、４ｂ…Ｄフリップフロ
ップ回路（Ｄ・Ｆ／Ｆ）、ｇ１，ｇ２…位置信号の交番
点（ゼロクロス点）、ｇ３，ｇ４…位置信号波形整形回
路出力のエッジの位置、Ｑ…Ｄ・Ｆ／Ｆの出力端子、Ｔ
1，Ｔ2…期間、ｘ…逆起電圧、ｘ１，ｘ２…本来の（真
の）ゼロクロス点、ｙ…誤信号、ｙ１，ｙ２，ｙ３，ｙ
４…偽のゼロクロス点、ｖｆ…閾値。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 6/16

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電機子を構成する多相の各駆動コイル
   と、多極に着磁されたマグネットロータと、前記各駆動コ
   イルの各逆起電圧にほぼ同期し且つマグネットロータの
   回転角を示す各位置信号をそれぞれ検出する位置信号検
   出手段とを有するブラシレスモータの回転数検出装置に
   おいて、 前記各駆動コイルの逆起電圧をそれぞれ波形整形する逆
   起電圧波形整形回路と、 前記各位置信号をそれぞれ波形整形する回路であって、
   前記各位置信号の１／２周期より長い第１の期間で第１
   の論理値を出力し、前記各位置信号の１周期から前記第
   １の期間を差し引いた第２の期間で第１の論理値と異な
   る第２の論理値をそれぞれ出力する位置信号波形整形回
   路と、 前記逆起電圧波形整形回路の各出力と前記位置信号波形
   整形回路の各出力とを入力変数としてそれぞれ論理演算
   する回路であって、前記各駆動コイルの各相当り 、 第１の論理値である前記
   位置信号波形整形回路の出力期間にて前記逆起電圧波形
   整形回路の出力が第１の論理値から第２の論理値に反転
   するタイミングに同期して第２の論理値から第１の論理
   値に反転し 、 この反転後 、 第１の論理値である前記位置信
   号波形整形回路の出力が第２の論理値に反転するタイミ
   ングに同期して第１の論理値から第２の論理値に反転
   し 、 この反転後 、 第２の論理値である前記位置信号波形整
   形回路の出力が第１の論理値に反転した後に第１の論理
   値である前記位置信号波形整形回路の出力期間にて前記
   逆起電圧波形整形回路の出力が第１の論理値から第２の
   論理値に再び反転するタイミングに同期して第２の論理
   値から前記第１の論理値に再び反転する演算回路出力を
   出力する 論理演算回路と、前記論理演算回路からそれぞれ出力する各相当りの演算
   回路出力をそれぞれ加算した回転数検出信号を出力する
   加算回路とを備えた ことを特徴とするブラシレスモータ
   の回転数検出装置。