JP3299559B2 - ２相ユニポーラセンサレスモータの駆動回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、２相ユニポーラセンサ
レスモータに関し、特に磁気的停留点と電気的停留点と
が異なるファンモータにおいて、再始動指令時のモータ
回転数に応じて、即再始動をかけるか、または一定時間
後に再始動をかけるかが選択可能とされる２相ユニポー
ラセンサレスモータの駆動回路に適用して有効な技術に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、冷却用などのファンモータとして
は、たとえば励磁状態において磁界を発生するステータ
と、このステータとの電磁相互作用により回転力を得る
ロータとを備え、コイルの誘起電圧を利用するセンサレ
スタイプのブラシレスモータが用いられるようになって
きており、多くの場合に半導体チップ化された電子回路
による回転制御が行われている。

【０００３】この場合に、ロータの回転に伴い、ロータ
に固定されているマグネットが移動するためにステータ
を貫く磁束が時間的に変化し、この磁束変化によってス
テータに巻かれているコイルに逆起電力が発生される。

【０００４】ところが、モータの起動時には、モータが
停止状態でありコイルに逆起電力が発生しないために、
ステータとロータの位置に関係なく片側のコイルを強制
的に励磁することによってロータを電気的停留点へ移動
させ、ロータが回転し始めた後はコイル両端に発生する
逆起電力の大小をコイルの切替信号として回転制御が行
われている。

【０００５】すなわち、モータが停止する時には必ず磁
気的停留点で停止する。また、２相ユニポーラモータの
場合、電気的停留点で通電してもトルクは生じない。そ
こで、電気的停留点で停止してしまった場合の再起動の
不能を防ぐために、磁気的停留点と電気的停留点とをず
らして電気的停留点にモータが停止しないような構造と
なっている。

【０００６】また、モータの再起動時には、たとえばモ
ータのスタート指令時にモータが完全に停止している
か、またはコンパレータで検出できる程の大きな逆起電
力を発生させる比較的高い回転数で正転方向に回転して
いれば、モータを正転方向に定格回転数で回転できるよ
うになっている。

【０００７】さらに、減速中に再スタート指令が出され
た場合には、モータが逆回転するのを防ぐために無条件
に所定時間だけ両コイルの励磁を禁止し、モータが完全
に停止するのを待ってから再スタート指令を受け付けて
起動されるようになっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記のよう
な従来技術においては、たとえばストップ指令を出した
後、まだモータが停止しきらないうちに再スタート指令
を出すと、モータが逆回転し続けることが生じるという
問題がある。

【０００９】また、ストップ指令を出した後、無条件に
一定時間スタート指令を拒否してモータが完全に停止す
るまで待つ方式では、モータの再起動に時間がかかり過
ぎるという問題がある。

【００１０】そこで、本発明の目的は、モータの再始動
指令時に、モータの回転数に応じて即再始動をかける
か、または一定時間後に再始動をかけるかを選択するこ
とができる２相ユニポーラセンサレスモータの駆動回路
を提供することにある。

【００１１】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。

【００１３】すなわち、本発明の２相ユニポーラセンサ
レスモータの駆動回路は、励磁状態において磁界を発生
するステータと、このステータとの電磁相互作用により
回転力を得るロータとを備え、コギング停止位置である
磁気的停留点と、電気的ロック位置である電気的停留点
とが異なる２相ユニポーラセンサレスモータであって、
スタート指令中で、かつモータの回転周波数の周期が基
準値より長い場合に所定時間のワンショットパルスを発
生させるパルス発生回路と、スタート指令後で、かつス
トップ指令前にパルス発生回路からの最初のワンショッ
トパルスのみを通過させるフィルタ回路とを設けるもの
である。

【００１４】また、前記モータを再始動させる場合に、
予めモータの停止動作においてモータにブレーキをかけ
る制動時間と、モータコイルの励磁を禁止する励磁禁止
時間とを設定するようにしたものである。

【００１５】

【作用】前記した２相ユニポーラセンサレスモータの駆
動回路によれば、パルス発生回路およびフィルタ回路が
設けられることにより、モータの再始動指令時に、モー
タの回転周波数に応じて即再始動をかけるか、またはフ
ィルタ回路を通過したワンショットパルスのパルス幅時
間だけスタート指令を拒否し、一定時間後に再始動をか
けるかを選択できる。

【００１６】すなわち、モータの回転数が速い場合は周
波数が高くなり、逆に遅いときは周波数が低くなること
を利用し、この周波数の高低には、モータの逆起電力を
コンパレータで検出し、コイル両端の逆起電力の大小比
較で発生されるＦＧ（Frequency Generator ）信号が用
いられている。

【００１７】たとえば、ストップ指令を出した後、スタ
ート指令を出した時点で、モータの回転数が比較的高
い、すなわちＦＧ信号の周期が基準信号の周期より短け
れば、そのままスタート指令を受け入れてモータの回転
は継続される。

【００１８】一方、一旦、ストップ指令を出すと、フィ
ルタ回路の選別情報がクリアされて、次にスタート指令
を出すと、その後初めてのワンショットパルスのみがフ
ィルタ回路を通過し、この通過する時間後に再始動をか
けることにより、逆回転を防止することができる。

【００１９】これにより、モータの回転中に再始動指令
を出してもモータが逆回転することなく、またモータが
比較的高い回転数で回転している場合には、再始動指令
を出すとモータが直ちに回転を継続するので、モータの
再起動にかかる時間を短くすることができる。

【００２０】また、モータの停止動作において、制動時
間と励磁禁止時間が設定されることにより、まずモータ
にブレーキをかけてモータの回転数を落とし、次にモー
タコイルの励磁を禁止してモータが完全に停止するのを
待ってから再始動をかけることができる。

【００２１】これにより、制動作用によって自然にモー
タが停止するのを待っているよりはモータの停止時間を
短くすることができ、さらにモータの再起動に要する時
間の短縮が可能となる。

【００２２】また、モータの停止点近傍での微小振動が
おさまるまで励磁禁止とし、モータが完全に停止してか
ら再始動指令を受け付けるので、モータの逆回転を防止
することができる。

【００２３】

【実施例１】図１および図２は本発明の一実施例である
２相ユニポーラセンサレスモータの駆動回路を示す回路
図である。

【００２４】まず、図１および図２により本実施例の２
相ユニポーラセンサレスモータの駆動回路の構成を説明
する。

【００２５】本実施例の駆動回路は、たとえば励磁状態
において磁界を発生するステータと、このステータとの
電磁相互作用により回転力を得るロータとを備え、コギ
ング停止位置である磁気的停留点と、電気的ロック位置
である電気的停留点とが異なるファンモータに適用さ
れ、それぞれのコイル両端に発生する逆起電力の大小を
判定するコンパレータ１，２と、これらのコンパレータ
１，２の結果に応じて出力電圧を決定する論理回路３，
４と、ワンショットパルスを発生させるパルス発生回路
５と、最初のワンショットパルスのみを通過させるフィ
ルタ回路６などから構成されている。

【００２６】そして、モータの再始動指令時に、モータ
の回転周波数に応じて即再始動をかけるか、またはワン
ショットパルスのパルス幅時間だけスタート指令を拒否
し、一定時間後に再始動をかけるかを選択できるように
なっている。

【００２７】コンパレータ１，２は、それぞれ入力端子
である一方の非反転端子が、定電圧（＋Ｖ_DD）にダイオ
ードＤを介してコモンが接続されるコイルＬ１，Ｌ２の
正電圧側に接続され、他方の反転端子が抵抗Ｒ１，Ｒ２
を介してコイルＬ１，Ｌ２の負電圧側に接続され、また
出力端子が論理回路３，４に接続されている。そして、
コンパレータ１，２に入力される２つの逆起電力の電圧
が比較され、論理回路３，４への出力電圧が抵抗Ｒ１〜
Ｒ６などに基づいてＬｏレベルまたはＨｉレベルに設定
されるようになっている。

【００２８】論理回路３，４は、それぞれＮＯＴ素子
７，８、ＡＮＤ素子９，１０、ＡＮＤ素子１１，１２お
よびトランジスタ１３，１４を備え、コンパレータ１，
２の出力に応じてトランジスタ１３，１４のいずれか一
方のみがＯＮされるか、または両方がＯＦＦされるよう
になっている。

【００２９】また、ＡＮＤ素子９，１０には、それぞれ
コンパレータ１，２からの入力信号、入力端子（ＩＮ）
から抵抗Ｒ７，Ｒ８、定電圧に抵抗Ｒ９を通じてコレク
タ端子が接続されるトランジスタ１５を介して入力され
る入力信号、および他方のコンパレータ２，１の出力反
転信号が入力されている。

【００３０】さらに、ＡＮＤ素子９，１０の出力信号
は、それぞれＡＮＤ素子１１，１２の一方の入力端子に
入力され、他方の入力端子にはフィルタ回路６からのコ
イル励磁禁止信号が入力され、このＡＮＤ動作により抵
抗Ｒ１０，Ｒ１１を介して接続されるトランジスタ１
３，１４がＯＮ／ＯＦＦされ、コイルＬ１，Ｌ２の励磁
状態が決定されるようになっている。

【００３１】パルス発生回路５は、モータの回転数の速
い／遅いの判別基準信号を発生する集積回路１６と、こ
の集積回路１６の判別基準信号とＦＧ信号の周波数とを
比較する集積回路１７と、コイルＬ１，Ｌ２の励磁禁止
時間を設定する集積回路１８と、複数のＮＯＴ素子１９
〜２３、抵抗Ｒ１２〜Ｒ１６およびコンデンサＣ１〜Ｃ
４とから構成されている。

【００３２】そして、集積回路１７は、コンパレータ１
からの入力信号、入力端子からトランジスタ１５を介し
て入力される入力信号、および集積回路１６からの判定
基準信号に基づいて、スタート指令中で、かつＦＧ信号
の周波数の周期が判別基準値より長い場合に、集積回路
１８を通じて所定時間だけコイルＬ１，Ｌ２の励磁を禁
止するワンショットパルスが発生されるようになってい
る。

【００３３】フィルタ回路６は、ワンショットパルスの
みを通過させる集積回路２４と、ＮＯＴ素子２５，２６
およびＯＲ素子２７から構成され、スタート指令後で、
かつストップ指令前にパルス発生回路５の集積回路１８
から出力された最初のワンショットパルスのみを通過さ
せ、一定時間のコイルの励磁禁止信号として論理回路
３，４のＡＮＤ素子１１，１２に入力され、この時間だ
けコイルＬ１，Ｌ２の励磁が禁止されるようになってい
る。

【００３４】次に、本実施例の作用について説明する。

【００３５】たとえば、スタート指令が出された時にモ
ータの回転速度が速い場合には、コンパレータ１，２、
ＮＯＴ素子７，８、ＡＮＤ素子９，１０およびＡＮＤ素
子１１，１２が動作し、それぞれのトランジスタ１３，
１４がＯＮ／ＯＦＦすることにより、２相のコイルＬ
１，Ｌ２が交互に励磁される。これによって、再スター
ト指令時に、モータの回転速度が速い時には回転が継続
される。

【００３６】一方、スタート指令が出された時にモータ
の回転速度が遅い場合には、集積回路１６，１７を通じ
て集積回路１８、ＮＯＴ素子２６、集積回路２４および
ＯＲ素子２７が動作し、一定時間だけコイルの励磁を禁
止するような指令をＡＮＤ素子１１，１２に送る。

【００３７】この場合に、集積回路１６からはモータの
回転数の速い／遅いの判別基準信号が発生され、さらに
集積回路１７において、ＦＧ信号の周波数とモータの回
転数の速い／遅いの判別基準信号とが比較され、コイル
の励磁を禁止する時間が集積回路１８により設定され
る。

【００３８】その後、コンパレータ１，２、ＮＯＴ素子
７，８、ＡＮＤ素子９，１０およびＡＮＤ素子１１，１
２が動作して２相のコイルＬ１，Ｌ２が交互に励磁され
る。これによって、再スタート指令時に、モータの回転
速度が遅い時には、ワンショットパルス幅の時間だけ経
過した後に再始動が可能となる。

【００３９】続いて、ストップ指令が出された場合に
は、コイルＬ１，Ｌ２の励磁を禁止するような指令をＡ
ＮＤ素子９，１０に送る。そして、フィルタ回路６の選
別情報がクリアされ、モータの再スタート指令時の選択
待機状態となる。

【００４０】従って、本実施例の２相ユニポーラセンサ
レスモータの駆動回路によれば、パルス発生回路５とし
ての集積回路１６〜１８およびＮＯＴ素子１９〜２３
と、フィルタ回路６としての集積回路２４、ＮＯＴ素子
２５，２６およびＯＲ素子２７などを備えることによ
り、ストップ指令を出してスタート指令を出した時点
で、モータの回転数が比較的高い時は、そのままスター
ト指令を受け入れて即モータの再始動を可能とし、逆に
モータの回転数が低い時には、一定時間経過後に再始動
を受け付けることができ、これによってモータの回転中
の再始動指令に対してもモータの逆回転をなくすことが
できる。

【００４１】特に、本実施例のようにファンモータに適
用した場合には、再起動時にモータを正しい方向へ回転
させることができるので、冷却用のファンとしての所定
の冷却能力を得ることができる。

【００４２】

【実施例２】図３および図４は本発明の他の実施例であ
る２相ユニポーラセンサレスモータの駆動回路を示す回
路図である。

【００４３】本実施例の駆動回路は、実施例１と同様に
励磁状態において磁界を発生するステータと、このステ
ータとの電磁相互作用により回転力を得るロータとを備
え、コギング停止位置である磁気的停留点と、電気的ロ
ック位置である電気的停留点とが異なるファンモータに
適用され、実施例１との相違点は、モータの回転速度を
判別することなく、モータにブレーキをかける制動時間
を設ける点である。

【００４４】すなわち、図３および図４に示すように、
それぞれの論理回路３，４にＯＲ素子２８，２９を追加
接続し、１個の集積回路３０のパルスカウント数を切り
換えることにより、たとえば制動時間設定用にはｍ個、
励磁禁止時間設定用にはｎ個というように独立に制動時
間と励磁禁止時間とが、集積回路３１，３２、ＮＯＴ素
子３３〜３５およびＡＮＤ素子３６〜３８を通じて設定
されるようになっている。

【００４５】そして、モータにブレーキをかける制動時
間の設定信号はＯＲ素子２８，２９に入力され、一方励
磁禁止時間の設定信号は、実施例１と同様にＡＮＤ素子
１１，１２に入力されることにより、モータの停止動作
において、まずモータに制動時間だけブレーキをかけて
モータの回転数を落とし、次にモータコイルの励磁を励
磁禁止時間の間禁止してモータが完全に停止するのを待
ってから再始動をかけることができる。

【００４６】従って、本実施例の２相ユニポーラセンサ
レスモータの駆動回路によれば、論理回路３，４にＯＲ
素子２８，２９を追加接続し、さらにパルス設定用の集
積回路３０を１個として励磁禁止時間に加えて制動時間
を設定することにより、制動作用によって自然にモータ
が停止するのを待つ場合に比べて停止時間を短くするこ
とができ、より一層モータの再起動に要する時間を短縮
することができる。

【００４７】また、モータの停止点近傍での微小振動が
おさまるまで励磁禁止とし、モータが完全に停止してか
ら再始動指令を受け付けるので、モータの逆回転を防止
することができる。

【００４８】さらに、実施例１に比べてパルス発振用の
集積回路を１個とすることができるので、回路構成部品
のコストダウンと相互干渉を防止して発振動作の安定化
が可能となる。

【００４９】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例１および２に基づき具体的に説明したが、本発明は
前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱
しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもな
い。

【００５０】たとえば、前記実施例の駆動回路について
は、コイルＬ１，Ｌ２の正電圧側がコンパレータ１，２
の非反転端子に接続され、コイルＬ１，Ｌ２の負電圧側
が反転端子に接続される場合について説明したが、本発
明は前記実施例に限定されるものではなく、逆にコンパ
レータの反転端子にコイルの正電圧側を接続し、非反転
端子にコイルの負電圧側を接続するような回路構成につ
いても適用可能である。

【００５１】以上の説明では、主として本発明者によっ
てなされた発明をその利用分野であるファンモータに用
いられる駆動回路に適用した場合について説明したが、
これに限定されるものではなく、他の２相ユニポーラセ
ンサレスモータについても広く適用可能である。

【００５２】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。

【００５３】(1).スタート指令中で、かつモータの回転
周波数の周期が基準値より長い場合に所定時間のワンシ
ョットパルスを発生させるパルス発生回路と、スタート
指令後で、かつストップ指令前にパルス発生回路からの
最初のワンショットパルスのみを通過させるフィルタ回
路とを設けることにより、モータの再始動指令時にモー
タの回転周波数に応じて即再始動をかけるか、またはフ
ィルタ回路を通過したワンショットパルスのパルス幅時
間だけスタート指令を拒否し、一定時間後に再始動をか
けるかを選択することができる。

【００５４】(2).モータを再始動させる場合に、予めモ
ータの停止動作においてモータにブレーキをかける制動
時間と、モータコイルの励磁を禁止する励磁禁止時間と
を設定し、まずモータにブレーキをかけてモータの回転
数を落とし、次にモータコイルの励磁を禁止してモータ
が完全に停止するのを待ってから再始動をかけることに
より、モータの停止時間を短くすることができ、モータ
の再起動に要する時間の短縮が可能となる。

【００５５】(3).前記(2) により、モータの励磁禁止に
よってモータが完全に停止してから再始動指令を受け付
けるので、モータの逆回転を防止することができる。

【００５６】(4).前記(3) により、特にファンモータに
適用した場合には、正しい方向へ回転させることができ
るので、所定の冷却能力を得ることが可能となる。

【００５７】(5).前記(1) 〜(3) により、特に磁気的停
留点と電気的停留点とが異なる２相ユニポーラセンサレ
スモータにおいて、モータの回転中に再始動指令を出し
てもモータが逆回転することなく、かつモータが比較的
高い回転数で回転している場合には直ちに回転を継続し
て再起動にかかる時間の短縮が可能とされる２相ユニポ
ーラセンサレスモータの駆動回路を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１である２相ユニポーラセンサ
レスモータの駆動回路の一部を示す回路図である。

【図２】実施例１の２相ユニポーラセンサレスモータの
駆動回路において、図１に接続される回路図である。

【図３】本発明の実施例２である２相ユニポーラセンサ
レスモータの駆動回路の一部を示す回路図である。

【図４】実施例２の２相ユニポーラセンサレスモータの
駆動回路において、図３に接続される回路図である。

【符号の説明】

１，２ コンパレータ ３，４ 論理回路 ５ パルス発生回路 ６ フィルタ回路 ７，８ ＮＯＴ素子 ９〜１２ ＡＮＤ素子 １３〜１５ トランジスタ １６〜１８ 集積回路 １９〜２３ ＮＯＴ素子 ２４ 集積回路 ２５，２６ ＮＯＴ素子 ２７〜２９ ＯＲ素子 ３０〜３２ 集積回路 ３３〜３５ ＮＯＴ素子 ３６〜３８ ＡＮＤ素子 Ｃ１〜Ｃ４ コンデンサ Ｄ ダイオード Ｌ１，Ｌ２ コイル Ｒ１〜Ｒ１６ 抵抗

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 励磁状態において磁界を発生するステー
   タと、該ステータとの電磁相互作用により回転力を得る
   ロータとを備え、コギング停止位置である磁気的停留点
   と、電気的ロック位置である電気的停留点とが異なる２
   相ユニポーラセンサレスモータであって、スタート指令
   中で、かつモータの回転周波数の周期が基準値より長い
   場合に所定時間のワンショットパルスを発生させるパル
   ス発生回路と、スタート指令後で、かつストップ指令前
   に前記パルス発生回路からの最初のワンショットパルス
   のみを通過させるフィルタ回路とを設け、モータの再始
   動指令時に、モータの回転周波数に応じて即再始動をか
   けるか、または前記フィルタ回路を通過したワンショッ
   トパルスのパルス幅時間だけスタート指令を拒否し、一
   定時間後に再始動をかけるかを選択することを特徴とす
   る２相ユニポーラセンサレスモータの駆動回路。
2. 【請求項２】 前記モータを再始動させる場合に、予め
   モータの停止動作においてモータにブレーキをかける制
   動時間と、モータコイルの励磁を禁止する励磁禁止時間
   とを設定し、まずモータにブレーキをかけてモータの回
   転数を落とし、次にモータコイルの励磁を禁止してモー
   タが完全に停止するのを待ってから再始動をかけること
   を特徴とする請求項１記載の２相ユニポーラセンサレス
   モータの駆動回路。