JP3309884B2 - モータ駆動回路の位相補正方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、モータ駆動回路に関
し、特に、ブラシレスモータ等においてロータの位相検
出用のセンサーを不要とした位相補正方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術におけるモータ駆動回路の基本
的構成は、図３に示すように、モータ１と、波形記憶手
段としてのＲＯＭを備えた駆動制御部２と、Ｄ／Ａ変換
器３と、制御部としてのマイコン５と、ＦＧ信号検出器
６と、第１のカウンタとしての波形カウンタ７と、位相
補正信号生成手段としての位相検出器８とから構成され
ている。

【０００３】駆動制御部２には、上記正弦波、又は予め
計算された最適の駆動波形が、ある時間軸をアドレスと
する駆動波形データとして格納されている。つまり、駆
動制御部２に備えてあるＲＯＭのアドレス０を駆動波形
の始点とすると、この始点からの経過時間における最適
駆動波形データはアドレスを指定することによってＲＯ
Ｍから取り出されるようになっている。

【０００４】Ｄ／Ａ変換器３は、駆動制御部２のＲＯＭ
から出力される駆動波形データをアナログ信号に変換し
増幅器４へ出力する。

【０００５】増幅器４は、Ｄ／Ａ変換器３から出力され
た信号を増幅し、モータ１に印加する。

【０００６】マイコン５は、ＣＰＵ及びハードウェアロ
ジックから構成され、波形カウンタ７のカウント値に基
づき、駆動制御部２のＲＯＭにアクセスするためのアド
レス信号を生成し、このアドレス信号によって駆動制御
部２のＲＯＭから駆動波形データを読み出す。

【０００７】ＦＧ信号検出器６は、モータ１のステータ
に取り付けられ、モータ１から出力されるＦＧ信号を検
出する。ＦＧ信号はモータ１のロータの１回転につき数
百ｐｐｒのパルスを発生する信号である。

【０００８】波形カウンタ７は、ＦＧ信号検出器６から
出力されるＦＧ信号のパルスをトリガとしてアップカウ
ントまたはダウンカウントを行う。波形カウンタ７のカ
ウント値は、上述のように、マイコン５に入力され、駆
動制御部２のＲＯＭに対するアドレスとなる。

【０００９】位相検出器８は、モータ１の印加電圧、又
はコイル電流の位相を検出し、この検出信号によって波
形カウンタ７を定期的にリセットする機能を有する。こ
れは、ＦＧ信号にノイズが重畳されると、波形カウンタ
７が誤動作して誤ったカウントを出力し、その結果、駆
動制御部２のＲＯＭから誤った駆動波形データが取り出
され、モータ１のトルクの低下や不転等の不具合な現象
をもたらすのを防止するために、波形カウンタ７を定期
的にリセットするものである。

【００１０】上記従来技術における基本的構成からなる
基本モータ駆動回路の位相補正方法は下記のようにな
る。例えば、モータ１の最適駆動波形が正弦波であると
すると、駆動制御部２のＲＯＭには、予め時間軸をアド
レスとした正弦波の駆動波形データが格納される。

【００１１】モータ１の回転中、位相検出器８は、定期
的にリセット信号を出力して波形カウンタ７をリセット
しそのカウントをゼロに戻す。

【００１２】例えば、位相検出器８が印加電圧の正弦波
の各周期の始点においてリセット信号を出力するとすれ
ば、波形カウンタ７は正弦波の１周期毎にＦＧ信号のア
ップカウントを繰り返すことになる。

【００１３】この場合、波形カウンタ７のカウント値は
各周期の始点からの経過時間を表すから、このカウント
値をアドレスとして駆動制御部２のＲＯＭから取り出し
た駆動波形データは、その時点における最適駆動値であ
る。

【００１４】この最適駆動値によりモータ１は駆動され
るから、モータ１は、適性なタイミングで正弦波に従っ
て回転することになる。

【００１５】駆動制御部２のＲＯＭに記憶させておく駆
動波形データは、正弦波に限らず、任意の駆動波形につ
いて計算されたデータでもよい。いずれの場合でも、モ
ータ１は、上記正弦波の場合と同様に、ＲＯＭに記憶さ
れている駆動波形に従って駆動される。

【００１６】このようにしてブラシレスモータ等のモー
タ駆動回路は、モータ１を駆動する正弦波、又は予め計
算された最適な駆動波形を表すディジタルデータを駆動
制御部２のＲＯＭ等に記憶させ、時間軸をカウントする
波形カウンタ７の出力値をアドレスとしてＲＯＭから駆
動波形データを読み出し、読み出された駆動波形データ
をアナログ信号に変換し増幅した後モータ１に供給する
ことによって、モータ１がＲＯＭに記憶した最適駆動波
形の通りに動作するように制御される。

【００１７】上記波形カウンタ７は、モータ１の１回転
に１度リセットされるが、従来、波形カウンタ７をリセ
ットする方法には（１）ホール素子等を用いた主磁極検
出素子による検出信号や、モータ１の１回転に付き１回
発生するＰＧ信号を用いて上記波形カウンタ７をリセッ
トする方法と、（２）各相の駆動電流において、ハイイ
ンピーダンスの無通電期間を設け、その期間に発生する
逆起電力を検出して、これによって波形カウンタ７をリ
セットする方法とが周知である。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
（１）の方法では、位相補正動作は安定するが、上記各
種の検出器をモータに取り付けなければならないため、
モータ自体の小型化や薄型化がしにくいという問題点が
あった。

【００１９】また、上記（２）の方法では、無通電期間
を設けることによって、合成トルクが不連続になるた
め、トルクリップルが悪化したり、また、コアレス構造
のモータや回転速度の遅いアプリケーションモータでは
逆起電力が充分に取れないため動作が不安定になるとい
う問題点があった。

【００２０】従って、位相検出用センサーをロータに取
り付けないでモータの小型化および薄型化を可能にする
モータ駆動回路に解決しなければならない課題を有して
いる。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明に係るモータ駆動回路の位相補正方法は、モー
タのロータの回転に応じて発生するＦＧ信号を検出する
信号検出手段と、前記ロータの位相に応じて前記モータ
への電力供給を制御する駆動制御手段と、を備えたモー
タ駆動回路であり、前記駆動制御手段は、前記モータに
供給される印加電圧を検出するとともに、該印加電圧に
よって発生する逆起電力の電流を検出し、該検出した印
加電圧に基づくパルス信号のエッジでセットし、該検出
した電流に基づくパルス信号のエッジでリセットして得
られる位相補正パルス信号を生成し、該生成した位相補
正パルス信号と、前記信号検出手段で検出したＦＧ信号
とに基づき、前記モータを駆動させるために予め格納し
てある駆動波形データの出力を制御して位相補正するこ
とモータ駆動回路の位相補正方法である。

【００２２】また、上記駆動制御手段は、前記ＦＧ信号
によるカウント値によって位相の進み又は遅れを判別す
ること；上記駆動制御手段は、前記ＦＧ信号によるカウ
ント値を減算又は加算することによって前記駆動波形デ
ータの出力を制御するようにしたことである。

【００２３】

【作用】上記構成にした本発明に係るモータ駆動回路の
位相補正方法は、下記に示すような作用を奏する。

【００２４】モータに供給される印加電圧と、この印加
電圧により発生する逆起電力の電流を検出し、検出した
印加電圧に基づくパルス信号のエッジでセットし、検出
した電流に基づくパルス信号のエッジでリセットして得
られる位相補正パルス信号を生成し、この生成した位相
補正パルス信号と、信号検出手段で検出したＦＧ信号と
に基づいてモータを駆動させるために予め格納してある
駆動波形データの出力を制御して位相補正するので、逆
起電圧を検出する必要がなくなり、低速な回転であって
も正確な位相の制御をすることができる、また、位相の
進み遅れの検出が簡単な回路構成で達成できる。

【００２５】更に、ＦＧ信号によるカウント値によって
位相の進み又は遅れを判別し、このＦＧ信号によるカウ
ント値を減算又は加算することによって駆動波形データ
の出力を制御することにより、ロータの正確な回転状態
を検出して、その位相の進み又は遅れをデジタル的な値
で判別して制御することができる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明に係るモータ駆動回路の位相補
正方法の実施例について図を参照にして以下詳細に説明
する。尚、基本的構成は図３を用いて説明した従来技術
と同一であるため、理解しやすいように同一のものには
同一番号を付して説明する。

【００２７】ここで、ブラシレスモータにおいては、正
弦波、又は予め計算した最適な駆動波形の電圧をステー
タに印加する。

【００２８】ステータには印加された電圧によって回転
磁界が発生し、この回転磁界によりモータのロータコイ
ルに逆起電力が発生する。その結果、ロータコイルに電
流が流れ、この電流と回転磁界との相互作用によりコイ
ルを回転させるトルクが発生してロータは回転磁界に追
随して回転する仕組みになっている。

【００２９】従って、図３を用いて説明した従来技術、
及び図１に示す本発明のモータ駆動回路は、上記最適駆
動波形に従ってロータが回転するように、ロータとステ
ータの位相関係を常に監視し最適化制御を行うようにな
っていることが前提となる。

【００３０】本発明に係るモータ駆動回路の補正方法
は、このロータとステータの位相関係を常に監視し最適
化制御を行う改良に関するものであり、基本的構成は図
３で示した従来技術と同一である。

【００３１】以下、本発明の（１）基本原理、その具体
的な（２）モータ駆動回路の構成、（３）位相補正の動
作、の順に説明する。

【００３２】（１）基本原理 ロータがステータに対して正しい位相関係で回転してい
る時は、ステータへの印加電圧とロータコイルに発生す
る逆起電力により発生する電流とは同相となる。即ち、
コイルを流れる電流は、ステータへの印加電圧と同相と
なる。しかし、ロータとステータの位相関係が正しくな
いときは、ロータコイルを流れる電流と印加電圧との間
の位相差が生じる。

【００３３】そこで、モータ１への印加電圧とロータコ
イルに流れる電流を検出し、検出した印加電圧に基づく
パルス信号のエッジでセットし、検出した電流に基づく
パルス信号のエッジでリセットして得られる位相補正パ
ルス信号と、ロータの回転によって発生するＦＧ信号に
基づいて、位相差が常にゼロになるように予めＲＯＭな
どに格納してある最適な駆動波形データの出力を制御す
る。

【００３４】即ち、このような制御をすることにより、
ロータとステータの位相関係を常に理想的な状態に保
ち、モータの回転を常に最適状態に維持することができ
ることになる。

【００３５】（２）モータ駆動回路の構成 本実施例は、上記理論に基づいて構成されたモータ駆動
回路は、図１に示すように、モータ１と、ＲＯＭを備え
た駆動制御部２と、Ｄ／Ａ変換器３と、増幅器４と、マ
イコン５と、ＦＧ信号検出器６と、波形カウンタ７と、
電圧検出器９と、電流検出機１０と、位相補正信号生成
器１１とから構成されている。

【００３６】この内、モータ１と、駆動制御部２と、Ｄ
／Ａ変換器３と、増幅器４と、マイコン５と、ＦＧ信号
検出器６と、波形カウンタ７との構成は、図３で示した
従来技術と同一であるためその説明は省略する。

【００３７】即ち、本実施例におけるモータ駆動回路の
駆動制御手段は、図３で示した従来技術におけるモータ
駆動回路を構成する位相検出器８の代わりに、電圧検出
器９と、電流検出器１０と、位相補正信号生成器１１と
を備えた構成となっている。

【００３８】電圧検出器９は、モータに印加される電圧
を検出するものであり、その入力側はモータ１に電圧を
印加する入力線に接続されており、その出力側は位相補
正信号生成器１１に接続されている。これにより、位相
補正信号生成器１１は、モータ１の印加電圧を、Ｖ信号
として入力することができるようになっている。

【００３９】このＶ信号１２は、モータ１に供給される
印加電圧に基づくパルス信号であり、図２（イ）に示す
ように、入力したモータ１の印加電圧の任意の１相の電
圧波形を整形した信号である。

【００４０】電流検出器１０は、モータ１のロータコイ
ルの電流を検出し、これを位相補正信号生成器１１へ出
力する。これにより、位相補正信号生成器１１は、コイ
ル電流をＩ信号として入力することができるようになっ
ている。

【００４１】このＩ信号１３は、モータ１から発生する
逆起電力の電流に基づくパルス信号であり、図２（ロ）
に示すように、電流検出器１０から入力したコイル電流
の同じ相の電流波形を整形した信号である。

【００４２】また、ＦＧ信号検出器６の出力端子は、波
形カウンタ７の入力端子と接続されると共に位相補正信
号生成器１１の入力端子とも接続され、これにより、位
相補正信号生成器１１は、ＦＧ信号を入力することがで
きるようになっている。

【００４３】このＦＧ信号１８は、従来技術の項で説明
したように、モータ１のロータの１回転につき数百ｐｐ
ｒのパルスを発生する信号であり、Ｖ信号１２及びＩ信
号１３との関係においては、図２（ト）のように表され
る。

【００４４】位相補正信号生成器１１は、モータ１に供
給される印加電圧とこの印加電圧により発生する逆起電
力の電流との位相の進み遅れを検出する手段であり、モ
ータ１の印加電圧とロータコイルの電流とＦＧ信号１８
とに基づき下記のように位相補正信号を生成し、これを
マイコン５へ出力する。

【００４５】この位相補正信号を生成するために位相補
正信号生成器１１は、図に示していないが、図２（ハ）
に示すＶ信号１２とＩ信号１３との排他的論理和からな
るＥＸＯＲ信号１２を生成する回路と、図２（ニ）に示
すＥＸＯＲ信号１４の立ち上がりエッジ１４ａ、…を示
すＥＸＯＲｒｉｓｅ信号１５を生成する回路と、図３
（ホ）に示すＥＸＯＲ信号１４の立ち下がりエッジ１４
ｂ、…を示すＥＸＯＲｆａｌｌ信号を生成する回路と、
Ｖ信号１２のエッジ１２ａ、…でセットされＩ信号１３
のエッジ１３ａ、…でリセットされる符号信号１７を生
成する回路と、ＦＧ信号１８をカウントするＶＩカウン
タ１９とを内蔵している。

【００４６】ＶＩカウンタ１９は、ＥＸＯＲｒｉｓｅ信
号１５によりリセットされ、その後、ＦＧ信号１８のパ
ルスをカウントし続け、ＥＸＯＲｆａｌｌ信号１６を受
け取ったマイコン５の割り込み処理によりカウントを停
止するようになっている。

【００４７】ＥＸＯＲ信号１４は、図２（ハ）に示すよ
うに、Ｖ信号１２とＩ信号１３との排他的論理和である
ので、例えばその立ち上がりエッジ１４ａと立ち下がり
エッジ１４ｂとの間隔は、その時点におけるモータ１の
印加電圧とコイル電流との位相差の大きさを示す。

【００４８】符号信号１７は、モータ１に供給される印
加電圧によるパルス信号（Ｖ信号）のエッジでセット
し、モータ１に発生した逆起電力の電流によるパルス信
号（Ｉ信号）のエッジでリセットして得られたパルス信
号であり、図２（ヘ）に示すように、Ｖ信号１２及びＩ
信号１３のエッジ１２ａ、１３ａ、…で形成されてお
り、例えばその立ち上がりエッジ１７ａ、…から立ち下
がりエッジ１７ｂ、…までの間隔の大きさは、電圧と電
流の位相関係（電流と電圧のどちらが進んでいるか）を
表しており、この信号はマイコン５へ送られる。

【００４９】尚、上記ＶＩカウンタ１９のカウント値、
ＥＸＯＲｒｉｓｅ信号１５、ＥＸＯＲｆａｌｌ信号１６
をもマイコン５側に送られる。

【００５０】（３）位相補正方法の動作 このように構成されたモータ駆動回路の位相補正方法
は、図２に示すタイミングに基づいた動作をする。

【００５１】即ち、マイコン５は、位相補正信号生成器
１１からのＥＸＯＲｆａｌｌ信号１６により、次のよう
な割り込み処理を行う。

【００５２】先ず、マイコン５は、ＶＩカウンタ１９の
カウント動作を停止させ、その時のＶＩカウンタ１９の
カウントデータを取り込む。

【００５３】また、その時点での波形カウンタ７のカウ
ント値をも取り込む。次に、マイコン５は、波形カウン
タ７のカウント値からＶＩカウンタのカウント値を差し
引くかあるいは両者を加算するかの演算を行う。この
際、上記演算を加算にするか減算にするかは符号信号１
７によって決定する。

【００５４】具体的には、Ｖ信号１２とＩ信号１３の位
相の差を検出し、どちらの位相が進んでいるかにより加
算又は減算を行う。

【００５５】例えば、図２に示す第１及び第２のブロッ
クは、Ｖ信号１２がＩ信号１３よりも位相が進んでいる
状態であり、第３ブロックはＶ信号１２がＩ信号１３よ
りも位相が遅れている状態を示している。

【００５６】この第１、第２及び第３のブロックにおい
ては、任意の１相の電圧波形を整形したＶ信号１２、同
じ相の電流を検出して整形したＩ信号１３と、この両者
から形成されたＥＸＯＲ信号１４の立ち上がりエッジ１
４ａ、…、１４ｋと、立ち下がりエッジ１４ｂ、…、１
４ｌまでのＦＧ信号１８をＶＩカウンタ１９でカウント
したＶＩカウントデータを得ることができる。

【００５７】次に、Ｖ信号１２のエッジ１２ａ、…、１
２ｆでセットし、Ｉ信号１３のエッジ１３ａ、…、１３
ｆでリセットする符号信号１７を作成する。

【００５８】即ち、Ｖ信号１２がＩ信号１３よりも位相
が進んでいる状態（第１及び第２ブロック）であれば、
そのパルス間隔は略同じ間隔を維持し、Ｖ信号１２がＩ
信号１３よりも位相が遅れている状態（第３ブロック）
になると、そのパルス間隔（エッジ１７ｉ、１７ｊ）は
広くなる。

【００５９】従って、マイコン５は、この符号信号１８
のパルス間隔をみれば、Ｖ信号１２とＩ信号１３との位
相状態を容易に検出することができ、Ｖ１カウンタデー
タの加算、減算の判定ができるのである。

【００６０】そして、上記加算又は減算の結果得られた
値をアドレスとして駆動制御部２のＲＯＭから駆動波形
データを取り出す。この取り出された駆動波形データは
Ｄ／Ａ変換器３でアナログ信号に変換され、増幅器４で
増幅された後にモータ１に供給される。

【００６１】例えば、コイル電流が印加電圧よりＦＧ信
号１８のＮパルス分遅れている場合には、駆動制御部２
のＲＯＭに入力されるアドレスは波形カウンタ７のカウ
ント値からＦＧ信号１８のＮパルスに相当する分だけ差
し引いた値となるから、正弦波形でＮパルス分だけ進ん
だ位相での駆動波形データが読み出され、その結果、電
流と電圧の位相差はゼロとなる。

【００６２】また、コイル電流が印加電圧よりＦＧ信号
１８のＮパルス分進んでいる場合には、駆動制御部２の
ＲＯＭに入力されるアドレスは波形カウンタ７のカウン
トにＮパルス分だけ加えた値となるから、正弦波形でＮ
パルス分だけ遅れた位相での駆動波形データが読み出さ
れ、その結果、電流と電圧の位相差はゼロとなる。

【００６３】このように、常に印加電圧とコイル電流と
の位相差がゼロになるように制御され、モータ１は、駆
動制御部２のＲＯＭに記憶されている駆動波形に従って
回転することになる。

【００６４】なお、マイコン５の代わりに、ハードウェ
アで論理回路を構成してもよいことは勿論である。

【００６５】

【発明の効果】以上説明した構成にした本発明に係るモ
ータ駆動回路は下記に示すような効果を奏する。

【００６６】モータに供給される印加電圧と、この印加
電圧により発生する逆起電力の電流を検出し、検出した
印加電圧に基づくパルス信号のエッジでセットし、検出
した電流に基づくパルス信号のエッジでリセットして得
られる位相補正パルス信号を生成し、生成した位相補正
パルス信号と、信号検出手段で検出したＦＧ信号とに基
づいてモータを駆動させるための駆動波形データの出力
を制御して位相補正するので、逆起電圧を検出する必要
がなくなり、トルクのリップルが悪化することなく、且
つ低速な回転であっても正確な位相の制御をすることが
できると云う極めて優れた効果を奏する。

【００６７】また、逆起電圧を検出する必要がなく、印
加電圧に基づくパルス信号のエッジでセットし、この印
加電圧により発生する逆起電力の電流に基づくパルス信
号のエッジでリセットして得られる位相補正パルス信号
によって、位相の進み遅れを検出するようにしたことに
より、位相の進み遅れの検出が簡単な回路構成で達成で
き、ロータ等の回転部分にセンサーを設けたり、別途位
相補正用の回路等を設ける必要もないので、モータの小
型化や薄型化を図ることができると云う極めて優れた効
果を奏する。

【００６８】更に、ＦＧ信号によるカウント値によって
位相の進み又は遅れを判別し、このＦＧ信号によるカウ
ント値を減算又は加算することによって駆動波形データ
の出力を制御することにより、ロータの正確な回転状態
を検出して、その位相の進み又は遅れをデジタル的な値
で判別して制御することができるので、低速な回転であ
っても、ロータを正確な回転状態に制御することが可能
となると云う極めて優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るモータ駆動回路の実施例の構成を
示した略示的ブロック図である。

【図２】同実施例の各部の信号波形を示すタイミングチ
ャート図である。

【図３】従来技術に係るモータ駆動回路の構成を示した
略示的ブロック図である。

【符号の説明】

１ モータ ２ 駆動制御部 ３ Ｄ／Ａ変換器 ４ 増幅器 ５ マイコン ６ ＦＧ信号検出器 ７ カウンタ ８ 位相検出器 ９ 電圧検出器 １０ 電流検出器 １１ 位相補正信号生成器 １２ Ｖ信号 １３ Ｉ信号 １４ ＥＸＯＲ信号 １５ ＥＸＯＲｒｉｓｅ信号 １６ ＥＸＯＲｆａｌｌ信号 １７ 符号信号 １８ ＦＧ信号

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】モータのロータの回転に応じて発生するＦ
   Ｇ信号を検出する信号検出手段と、 前記ロータの位相に応じて前記モータへの電力供給を制
   御する駆動制御手段と、を備えたモータ駆動回路であ
   り、 前記駆動制御手段は、前記モータに供給される印加電圧
   を検出するとともに、該印加電圧によって発生する逆起
   電力の電流を検出し、 該検出した印加電圧に基づくパルス信号のエッジでセッ
   トし、該検出した電流に基づくパルス信号のエッジでリ
   セットして得られる位相補正パルス信号を生成し、 該生成した位相補正パルス信号と、前記信号検出手段で
   検出したＦＧ信号とに基づき、前記モータを駆動させる
   ために予め格納してある駆動波形データの出力を制御し
   て位相補正することを特徴とするモータ駆動回路の位相
   補正方法。
2. 【請求項２】上記駆動制御手段は、前記ＦＧ信号による
   カウント値によって位相の進み又は遅れを判別すること
   を特徴とする請求項１に記載のモータ駆動回路の位相補
   正方法。
3. 【請求項３】上記駆動制御手段は、前記ＦＧ信号による
   カウント値を減算又は加算することによって前記駆動波
   形データの出力を制御するようにしたことを特徴とする
   請求項１に記載のモータ駆動回路の位相補正方法。