JP3426259B2 - 単極／二極モータの電源を整流する回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ブラシ無しＤＣモータ
用の電圧を、センサを用いることなしに、整流制御する
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】「スター」形モータ（電源接続のために
センタータップを用いるモータ）の駆動されない脚の逆
起電力電圧を時間的にサンプルするセンサを用いること
なしに、ブラシ無しＤＣモータの電子的整流を行う方法
がある。瞬時電圧サンプルが回転子の角度位置を指示で
きる。他の方法がモータ電流を周期的に断ち、全てのモ
ータ巻線の電圧をサンプルする。回転子の角度位置はそ
れらの電圧の値から導かれる。更に別の方法はモータ電
流を断ち、それから種々のモータ巻線にパルス電流を流
して回転子のインダクタンスを測定する。回転子の角度
位置は回転子のインダクタンスに関連する。それらの方
法の全てにおいては、モータを次の整流状態へ進めるた
めに要求されるモータ駆動信号へ回転子位置を変換する
ことにより、整流が回転子位置に結びつけられる。

【０００３】「スター」形モータ構成は、単極ドライバ
を用いるモータの駆動されない脚の間の逆起電力をサン
プルする。この方法は効率が低く、別の欠点がある。二
極モータは逆極性の２つのモータ脚としてドライブでき
る。一方、「スター」法は単極であって、１つの向きに
だけドライブされる。更に、逆起電力の時間的サンプリ
ングが採用される。このサンプリングはマイクロプロセ
ッサと広範囲のハードウェアを不断に使用することを要
求することがある。マイクロプロセッサは高価な装置で
あるから、整流子全体のコストを上昇させる。このサン
プリング法は電流を検出するために誘導装置を使用する
ことに依存することがある。それらの検出装置も高価で
あって、モノリシック集積回路では通常製造できない。

【０００４】逆起電力を測定するために電力を断つ方法
には、測定中にトルクが失われるためにモータの効率が
低くなるという欠点がある。サンプリングが行われてい
る間に電気力でない力を加えることができる。その効率
低下はモータの速度の上昇とともに大きくなる。また、
モータ電流を切り換える方法には電気的なノイズと機械
的な騒音が多い。従来の技術は、モータの整流に周期的
に関与するために、マイクロプロセッサのような制御器
をしばしば必要とする。モータの正常な「定速」動作中
にマイクロプロセッサを必要とすることにより、システ
ムのマイクロプロセッサに実時間処理という負担をかけ
る。マイクロプロセッサは係属中の別の作業の実行を遅
らせて、効率を低下させる。たとえば、種々のモータを
制御するために１つのマイクロプロセッサを用いたとす
ると、各モータからの増大する負担は複数のモータを制
御する性能が低下することを意味する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的はサンプ
リング装置とは独立であるＤＣ整流子を得ることであ
る。本発明の別の目的は、効率が高いＤＣ整流子を得る
ことである。本発明の別の目的は、モータ電流の切り換
えを避けることにより、騒音と電気的ノイズを最少にす
ることである。本発明の別の目的は、定速度動作中にマ
イクロプロセッサまたはその他の制御器の関与を最少限
に抑えるＤＣ整流装置を得ることである。本発明の別の
目的は、モータの速度範囲を最大にするＤＣモータ整流
装置を得ることである。本発明の別の目的は、直流の＋
５ボルトを含めた低電圧で動作できるようにするＤＣモ
ータの整流装置を得ることである。本発明の別の目的
は、単極動作モードと二極動作モードの両方で動作でき
るようにすることである。本発明の更に別の目的は、モ
ータの性能を最高にするために、与えられた任意の時に
単極モードと二極モードの間の切り換えを行えるように
することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明はブラシ無しＤＣ
モータのドライブ電圧を整流する装置を提供するもので
ある。本発明の装置の効率は非常に高く、どのようなセ
ンサからも独立している。本発明の装置はマイクロプロ
セッサの関与からも比較的独立している。本発明は従来
の装置より一般的に使用され、かつ応用性が高い。

【０００７】本発明は、二相またはそれ以上の相を有す
る任意の多相モータで使用できる。本発明は、モータの
相数に等しい接続数を介して外部モータへ接続する。本
発明は、モータの回転を開始させる制御信号を発生す
る、マイクロプロセッサのような、監視制御器へも接続
する。監視制御器がモータの始動をひとたび開始し、モ
ータが正しい回転を開始すると、本発明はブラシ付きＤ
Ｃモータに匹敵するようにしてモータを加速する。制御
器のそれ以上の関与は要求されない。モータは、モータ
の特性または速度制御ループにより制限される速度まで
加速する。本発明においては、整流発生器が整流状態の
数を周期的に数え、複数の信号線のうちの１本を順次励
起する。各信号線は整流状態を示す。整流子全体の動作
はそれらの信号線における瞬時信号に依存する。状態信
号線は整流論理へ入力される。この整流論理は信号を、
被制御モータを駆動するために適切なドライブ電圧に変
換する。制御機能はモータドライバ副装置により実行さ
れる。そのモータドライバ副装置の機能は可能化信号の
電力レベルをドライブ信号の電力レベルへ上昇させるこ
とである。変換ネットワークは被制御モータの端子の瞬
時電圧を監視して、基準レベル電圧を供給する。この基
準レベル電圧は、任意に与えられたモータ巻線における
逆起電力の極性変化を検出するために必要である。極性
変化が実際に起きたことを意味する信号を発生するため
に、極性反転変化が逆起電力反転比較器および縁部検出
により検出される。極性変化が起こると、整流子が現在
ある状態がどのようなものであっても、その整流状態か
ら次の整流状態へ進むことを意味する。縁部検出信号を
前記整流発生器に対して有用であるクロック信号へ変換
するために縁部フィルタと遅延器が用いられる。

【０００８】

【実施例】本発明は、ＤＣモータ用のドライブ電圧およ
びドライブ電流の整流子装置を提供するものである。本
発明を完全に理解できるようにするために、以下の説明
においては、電圧レベル、信号名等のような特定の事項
の詳細について数多く述べてある。しかし、そのような
特定の詳細事項なしに本発明を実施できることが当業者
には明らかであろう。その他の場合には、本発明を不必
要に詳しく説明して本発明をあいまいにしないようにす
るために、周知の回路は説明しない。本発明は、ブラシ
無しＤＣモータの適切なドライブ電圧およびドライブ電
流を整流するための構成および方法である。整流子はモ
ータを始動させるために適切なドライブ電圧とドライブ
電流を供給し、それの速度を安定にし、またはそれを停
止させることができる。必要があれば、モータの巻線端
子の１つにおける逆起電力を検出することにより、多相
モータの角度位置が決定される。整流子およびモータの
動作の重要な段階において整流子は制御器−マイクロプ
ロセッサと相互作用する。

【０００９】モータドライバは外部モータに対してイン
ターフェイスとなる。モータドライバは整流論理により
制御されて、二極モードにある時に２つのモータ脚へ電
圧を供給する。電流は、高くドライブされるモータの脚
と、低くドライブされるモータの脚の間で巻線を流れ
る。正しく整流させるために、整流子は回転子の角度位
置を知らなければならない。角度位置を決定するため
に、モータのドライブされない端子電圧がある角度位置
に対応する点を通った時に発生される逆起電力を探す。
回転子がその点を通ると、その端子における逆起電力電
圧は、回転子が回転している磁界のために、変換ネット
ワークから、または「スター」形モータのセンタータッ
プから得られる擬似基準電圧に対する、正から負へ、ま
たは負から正への極性変化を反映する。

【００１０】好適な実施例の整流子はマイクロプロセッ
サ制御器と被制御モータおよび電源とインターフェイス
する。本発明の好適な実施例は整流発生器と、整流論理
と、縁部フィルタおよび遅延器と、変換ネットワーク
と、逆起電力反転比較器および遅延器と、変換ネットワ
ークと、逆起電力反転比較器および縁部検出とを含む。
整流器は外部電源および外部装置への３つの接続点を有
する。マイクロプロセッサインターフェイスがその１つ
である。それは、「リセット」、「制動」、「開始」、
「整流」のために共通の接地接続線および信号線を含
む。整流子はモータの各巻線脚への接続で多相モータへ
も接続する。（３つの巻線を有するサンプリング相モー
タは整流子への３線コネクタを有する。）整流子は電源
へも接続される。モータの整流は増加カウンタおよびセ
レクタによりドライブされる。そのカウンタは整流クロ
ックからの信号の各立上り縁部ごとに１カウント進ませ
られる。カウンタは自動的に進み、リセットする。セレ
クタから出力された状態信号が本発明の整流子全体にわ
たって分配させられる。本発明の整流子は、二極ドライ
ブモードで動作させられた時に、モータの相の数の２倍
の整流状態を供給する。（たとえば、図１に示されてい
るブロック図では、モータの３つの相がそのような整流
状態を６つ必要とする。）

【００１１】必要なモータドライブは状態信号から決定
される。それらの信号は上側電源ドライバと下側電源ド
ライバを可能状態にして、モータ巻線の脚を高く、また
は低くドライブする。整流子における適切な論理によ
り、正常なモータ動作中の任意の時刻に、ただ１つの上
側ドライバと下側ドライバが確実に可能状態にされるよ
うにする。負から正へのまたは正から負への交差を決定
するために、整流子は変換ネットワークにより発生され
た基準電圧レベルを利用する。この基準レベルは、零交
差検出比較器が逆起電力極性反転を認識できるようにす
るために、零に十分近い。

【００１２】変換ネットワークは、整流の進みに関連す
る逆起電力極性反転事象へ、中性基準点すなわち共通基
準点を提供する。このネットワークは、モータ巻線の擬
似センタータップを形成する、抵抗のようなインピーダ
ンス素子より成る（図１のブロック９３に示すよう
に）。変換ネットワークの素子は、インピーダンス値が
互いに近くて、モータ巻線のインピーダンスと比較して
相対値がかなり大きい。「スター」型モータの場合に
は、希望によっては、変換ネットワークの代わりにモー
タ巻線のセンタータップを直接使用できる。

【００１３】本発明は、ドライブされていないモータ脚
における逆起電力電圧極性反転を検出することにより、
モータの整流を決定する。ヒステリシスを持つ比較器は
各モータ脚を変換ネットワークの出力と比較する。ヒス
テリシスは比較器の起こり得る発振を避けるために持た
せられる。始動中のような低速時にモータから得られる
逆起電力に対して比較器が感度を保つように、ヒステリ
シスしきい値は、十分に小さいが、発振を阻止するため
には十分に大きい値にセットされる。モータのドライブ
されない脚はそれの関連するモータドライブを可能状態
にしない。たとえば、三相モータにおける正常なモータ
の動作の下においては、他の２つのモータ脚はドライブ
される。「Ｙ」すなわち「スター」構成モータに対して
は、変換ネットワークの出力と駆動されないモータ脚の
間の差電圧は、モータの回転により生ずる逆起電力であ
る。

【００１４】「デルタ」構成モータにおいては、平衡ブ
リッジ回路が生ずる。電流はドライブされていない２つ
の巻線を流れる。モータ巻線のインピーダンスは非常に
近いから、ドライブされていない脚は上側と下側のドラ
イブされている電圧レベルの間の実効的に中心に置かれ
る。変換ネットワークの出力とドライブされていない脚
の間の差電圧は、主として、モータの回転により誘起さ
れる逆起電力のために生ずる。比較器に取付けられてい
る修飾論理は、どの比較器が検査するか、およびどの極
性反転縁部に対して応答するかを決定する。立上り遷移
が上側ブロックにおいて修飾され、下降遷移は下側ブロ
ックで修飾される。修飾論理は整流発生器の出力をそれ
の信号線を通じて利用する。整流状態を基にして、予測
された極性反転縁部が検出されると、整流「縁部」信号
が発生され、縁部フィルタへ加えられる。縁部フィルタ
は修飾パルスを供給する。このパルスは、整流作用によ
る「縁部」信号の起こり得る多数の遷移を除去する。縁
部フィルタは再トリガが可能でない単安定回路として実
現できる。その単安定回路はひとたびトリガされるとト
リガされたままであって、時間が経過するまで全ての入
力を無視する。「開始」信号は「縁部」信号と一緒にさ
れて、縁部フィルタをトリガする直接手段を提供する。
外部制御器は、モータの始動手順を実現する時に、狭い
デューティサイクルのパルスを有する「開始」信号を起
動させる。

【００１５】全速度モータ動作のためのモータ電流の最
適化を、遅延回路の時間を調整することにより実現でき
る。最適整流時間より早く、逆起電力電圧の極性反転が
起こる。整流クロックを遅らせるとトルクの脈動が減少
し、それによってモータの効率が最適になる。縁部フィ
ルタの出力は最適にする遅延回路の入力である。最適に
する遅延回路の出力は整流クロックである。

【００１６】図３は本発明の三相実施例のブロック図で
ある。開始信号７３が縁部フィルタおよび遅延回路９５
へ供給される。縁部フィルタおよび遅延回路９５は縁部
信号７６も入力として受ける。それから縁部フィルタお
よび遅延回路９５は整流クロック７５を出力する。整流
クロック７５は整流発生器９０へ加えられる。その整流
発生器のクロックが進められる。整流発生器９０は状態
信号Ｓ１〜Ｓ６を出力として有する。それらの状態信号
Ｓ１〜Ｓ６は整流論理９１へ加えられるとともに、縁部
修飾および選択論理９４が縁部判定および適切な縁部出
力７６を有効とすることができるようにするために、そ
の修飾および選択論理へも加えられる。整流論理９１と
モータ駆動器９２により駆動されるモータは、逆起電力
極性反転比較器および縁部検出器９４と変換ネットワー
ク９３によりモニタされる。変換ネットワーク９３の出
力８２は中性基準であって、逆起電力極性反転比較器へ
も入力される。逆起電力極性反転比較器および縁部検出
器９４は１つの信号、すなわち、縁部７６を発生する。
その信号は縁部フィルタおよび遅延回路９５へ入力され
る。

【００１７】図１及び図２は本発明の好適な実施例であ
るＤＣモータ整流子の三相のケースを示すブロック図で
ある。図１，２の端子Ａ〜Ｅはそれぞれ接続される。こ
の実施例は下記のものを有する。整流発生器９０、整流
論理９１、モータドライバ９２、変換ネットワーク９
３、逆起電力極性反転および縁部検出器９４、縁部フィ
ルタおよび遅延回路９５、図１には内部トグルフリップ
フロップ４６と、整流子をモータと、制御器と、電源と
へそれぞれ接続するために用いられる３つのコネクタＪ
１，Ｊ２，Ｊ３とも示されている。

【００１８】制御器コネクタＪ２は整流子を５つの電気
的接続で制御器へ接続する。接地接続７０と、リセット
信号線７１と、制動信号線７２と、開始信号線７３と、
整流信号線７４とがある。上記回路素子は各種の信号線
により互いに接続される。コネクタすなわち制御インタ
ーフェイスＪ２は、たとえば、整流発生器９０と、整流
論理９１と、縁部フィルタ９５と、トグルフリップフロ
ップ４６とへ接続する信号線を有する。モータコネクタ
Ｊ１はモータドライバ９２へ直結する。内部では、モー
タコネクタＪ１の接続が逆起電力極性反転比較器４２〜
４４により読み取られる。状態信号線Ｓ１〜Ｓ６が、制
御器インターフェイスＪ２およびモータコネクタＪ１と
ともに、整流子回路の正しい瞬時動作を定める。

【００１９】整流発生器９０は制御器インターフェイス
Ｊ２からのリセット入力信号７１と、縁部フィルタおよ
び遅延回路９５から出力された整流クロック信号７５と
を入力として受ける。整流発生器９０の出力端子は信号
線Ｓ１〜Ｓ６へ接続される。整流発生器は３ビット２進
カウンタ１３と、３−７ラインセレクタ１４と、オアゲ
ート１２とで構成される。カウンタ１３の３つの出力端
子ＱＡ，ＱＢ，ＱＣがラインセレクタ１４の３つの入力
端子Ａ，Ｂ，Ｃへ接続される。ラインセレクタ１４の出
力線６は線６３を介してオアゲート１２の１つの入力端
子へ接続される。このオアゲートの出力端子は線６１を
介してカウンタ１３のクリヤ入力端子ＣＣＬへ接続され
る。この接続のために、カウンタは２進の５までカウン
トした後でリセットされる。２進の６は、セレクタ１４
の選択された線６の帰還を介してカウンタ１３へ加えら
れるリセットパルスである。縁部フィルタおよび遅延回
路９５から加えられるクロック信号７５によりカウンタ
１３は駆動される。クロック信号７５はカウンタ１３に
２進０から２進５までカウントアップさせる。それから
カウンタ１３は自身で自動的にリセットして、カウント
を再び開始する。

【００２０】整流論理９１は信号線Ｓ１〜Ｓ６を受け、
制動信号７２を入力として受ける。整流論理９１はオア
ゲート２１〜２６、３０〜３２と、ナンドゲート２７〜
２９、およびインバータ３３とで構成される。図１の整
流論理９１は出力信号線６４〜６９を有する。図１は三
相モータ用の整流子を表す。整流論理９１からの信号は
被制御モータの端子に対して２対１の関係を有する。す
なわち、整流論理９１は各端子ごとに２つの出力を有す
る。ある端子へ加えられる電圧を上昇させるドライバを
１つの出力が作動させ、その端子へ加えられる電圧を低
下させるドライバを別の出力が作動させる。３つの端子
があり、各端子を２つの向きに（異なる時に）ドライブ
せねばならないから、整流論理９１には６つの出力があ
る。信号線Ｓ１〜Ｓ６を介して供給される状態信号は、
次のようにして整流論理９１へ供給される。信号線Ｓ１
とＳ２はオアゲート２１の入力端子へ接続される。信号
線Ｓ３とＳ４はオアゲート２２の入力端子へ接続され
る。信号線Ｓ５とＳ６はオアゲート２３の入力端子へ接
続される。信号線Ｓ４とＳ５はオアゲート２４の入力端
子へ接続される。信号線Ｓ１とＳ６はオアゲート２５の
入力端子へ接続される。信号線Ｓ２とＳ３はオアゲート
２６の入力端子へ接続される。

【００２１】制動信号７２がインバータ３３とオアゲー
ト３０，３１，３２へ供給される。インバータ３３の出
力８９は、制御信号７２が低い時は高く、制御信号７２
が高い時は低い。ナンドゲート２７はオアゲート２１の
出力８３とインバータ３３の出力８９を入力として受け
る。ナンドゲート２８はオアゲート２２の出力８４とイ
ンバータ３３の出力８９を入力として受ける。ナンドゲ
ート２９はオアゲート２３の出力８５とインバータ３３
の出力を入力として受ける。オアゲート３０はオアゲー
ト２４の出力８５と制動信号７２を入力として受ける。
オアゲート３１はオアゲート２５の出力８７と制動信号
７２を入力として受ける。オアゲート３２はオアゲート
２６の出力８８と制動信号８８を入力として受ける。出
力８３と８９の論理積が高い時にナンドゲート２７の出
力６９は低い。出力８４と８９の論理積が高い時はナン
ドゲート２８の出力６８は低い。出力８５と８９の論理
積が高い時はナンドゲート２９の出力６７は低い。出力
８６と制動信号７２の論理和が高い時はオアゲート３０
の出力６６は高い。出力８７と制動信号７２の論理和が
高い時はオアゲート３１の出力６５は高い。出力８８と
制動信号７２の論理和が高い時はオアゲート３２の出力
６４は高い。

【００２２】要約すると、Ｓ１またはＳ２が高く、制動
信号７２が低い時は出力６９は低い。Ｓ３またはＳ４が
高く、制動信号７２が低い時は出力６８は低い。Ｓ５ま
たはＳ６が高く、制動信号７２が低い時は出力６７は低
い。Ｓ４，Ｓ５または制動信号７２が高い時は出力６６
は高い。Ｓ１，Ｓ６または制動信号７２が高い時は出力
は高い。Ｓ２，Ｓ３または制動信号７２が高い時は出力
６４は高い。回路の正常な動作中は制動信号７２は低い
から、制動信号７２はオアゲート３０〜３２に何の影響
も及ぼさず、制動信号７２の反転された信号８９は高い
から、その信号８９はナンドゲート２７〜２９の出力に
は何の影響も及ぼさない。また、この回路の正常な動作
中は、任意の時刻に出力Ｓ１〜Ｓ６のうちのただ１つが
高い。したがって、任意の時刻に、出力６７〜６９の１
つは低く、出力６４〜６６の１つが高い。

【００２３】整流論理９１からの出力６４〜６９はモー
タドライバ９２へ接続される。このモータドライバは整
流論理９１の信号をより高い電圧およびより大きい電流
に増大させる。モータドライバは整流論理９１からの任
意の１つの論理信号を、モータの脚を正電圧または負電
圧へドライブするために適当な電力信号へ変換する。モ
ータドライバ９２はドライバ３６〜４１で構成される。
各ドライバはイネイブル入力端子を有する。ドライバ３
６〜３８は電圧を高く駆動する。ドライバ３９〜４１は
電圧を低く駆動する。ドライバ３６〜４１の６つの出力
端子が三相モータの３つの端子へ接続される。ドライバ
３６と３９はモータ端子「赤」へ接続され、ドライバ３
７と４０はモータ端子「黒」へ接続され、ドライバ３８
と４１はモータ端子「青」へ接続される。このようにし
て、被制御モータの端子を正と負のいずれかでドライブ
できる。モータの端子は赤、黒、青と任意に名づけるこ
とができる。多相モータの端子を識別する任意の手段を
使用できる。

【００２４】整流子の正常な動作中の任意の時刻に、出
力６７〜６９のただ１つが低く、出力６４〜６６のただ
１つが高いことを思い起こすと、モータドライバ９２の
動作を説明できる。出力６９が高いと、モータドライバ
３６が動作可能にされて、モータの端子赤が高い電圧レ
ベルにドライブされる。出力６８が高いと、モータドラ
イバ３７が可能状態にされて、モータ端子黒が高くドラ
イブされる。出力６７が高いと、モータドライバ３８が
可能状態にされて、モータ端子青が高くドライブされ
る。出力６６が高いと、モータドライバ３９が可能状態
にされて、モータ端子赤が低い電圧レベルへドライブさ
れる。出力６５が高いと、モータドライバ４０が可能状
態にされて、モータ端子青が低い電圧レベルにドライブ
される。出力６７〜６９のただ１つが任意の時刻に低
く、かつ任意の時刻には出力６４〜６６のうちのただ１
つが高いから、任意の時刻にただ１つのモータ端子が高
くドライブされ、ただ１つのモータ端子が低くドライブ
される。更に、整流論理９１は、同一時刻に１つのモー
タ端子が高くかつ低くドライブされることが決してない
ようにする。整流論理９１は、高くドライブされるモー
タ端子と低くドライブされるモータ端子が異なるように
する。

【００２５】モータの端子赤，黒，青は変換ネットワー
ク９３へ接続される。変換ネットワーク９３は抵抗５０
〜５２で構成され、端子赤，黒および青における電圧
を、線８２における擬似基準を表す１つの電圧へ変換す
る。

【００２６】逆起電力極性反転比較器および縁部検出回
路９４（図２）は、モータ端子赤，黒，青における３つ
の瞬時電圧を入力として受けるとともに、変換ネットワ
ーク９３により線８２へ供給される擬似基準と、信号Ｓ
１〜Ｓ６を入力として受ける。逆起電力極性反転検出ブ
ロック９４は比較器４２〜４４と、論理ブロック１００
〜１０５と、オアゲート４９とで構成される。比較器４
２〜４４は変換ネットワーク９３により出力された擬似
基準８２を入力として受ける。各比較器４２〜４４の入
力端子はモータ端子赤，黒，青へ接続される。それらの
比較器４２，４３，４４は信号７９〜８１をそれぞれ出
力する。各信号は、逆起電力極性反転比較器および縁部
検出回路９４に含まれている６つの論理ブロックのうち
の２つへ供給される。この回路素子内の各論理機能ブロ
ックは差信号出力（Ｓ１〜Ｓ６）を入力として受ける。
それら６つの機能ブロックの出力は３つにまとめられ
る。上の３つは別の論理へ供給され、下の３つは処理さ
れて「立下り縁部」と呼ばれる信号となる。前記別の論
理は「立上り縁部」と呼ばれる信号を生ずる。それら２
つの信号はオアゲートへ加えられる。それは逆起電力極
性反転比較器および検出回路９４の出力である。信号線
７６は「縁部」と呼ばれる。

【００２７】比較器４２はモータ端子青と擬似基準８２
を入力として受ける。比較器４３はモータ端子黒と擬似
基準８２を入力として受ける。比較器４４はモータ端子
赤と擬似基準８２を入力として受ける。モータ端子青に
おける電圧レベルが擬似基準８２における電圧レベルよ
り高い時に、比較器４２の出力７９は高い。モータ端子
青における電圧レベルが擬似基準８２の電圧レベルより
低い時に、比較器４２の出力７９は低い。モータ端子黒
における電圧レベルが擬似基準８２の電圧レベルより高
い時に、比較器４３の出力８０は高い。モータ端子黒に
おける電圧レベルが擬似基準８２の電圧レベルより低い
時に、比較器４３の出力８０は低い。モータ端子赤にお
ける電圧レベルが擬似基準８２の電圧レベルより高い時
に、比較器４４の出力８１は高い。モータ端子赤におけ
る電圧レベルが擬似基準８２の電圧レベルより低い時
に、比較器４４の端子８１は低い。

【００２８】比較器４２の出力７９は論理ブロック１０
０と１０３へ供給され、比較器４３の出力８０は論理ブ
ロック１０１と１０４へ供給され、信号８１は論理ブロ
ック１０２と１０５へ供給され、論理ブロック１００は
Ｓ４を入力としても受ける。論理ブロック１０１はＳ２
を入力としても受ける。論理ブロック１０２はＳ６を入
力としても受ける。論理ブロック１０３はＳ１を入力と
しても受ける。論理ブロック１０４はＳ５を入力として
も受ける。論理ブロック１０５はＳ２を入力としても受
ける。論理ブロック１００〜１０５は２つの群に分けら
れる。論理ブロック１００〜１０２は出力信号７７を供
給する。論理ブロック１０３〜１０５は出力信号７８を
供給する。Ｓ４が高くて、信号７９が低から高への遷移
を行った時、または、Ｓ２が高くて、信号８０が低から
高への遷移を行った時、または、Ｓ６が高くて、信号８
１が低から高への遷移を行った時に、出力信号７７は低
から高への遷移を行う。論理ブロック１０３〜１０５は
信号７８を出力する。Ｓ１が高くて、信号７９が高から
低への遷移を行った時、または、Ｓ５が高くて、信号８
０が高から低への遷移を行った時、または、Ｓ３が高く
て、信号８１が高から低への遷移を行った時に、出力信
号７８は低から高への遷移を行う。出力７７は、低から
高へ遷移した時に、適切なモータ端子における逆起電力
が負から正への遷移を行っていることを意味する。出力
７８は、低から高へ遷移した時に、適切なモータ端子に
おける逆起電力が正から負への遷移を行っていることを
意味する。モータ端子における立上り遷移または立下り
遷移が適切なことは、論理ブロック１００〜１０５にお
ける論理により決定される。適切性判定の主な基準は状
態信号Ｓ１〜Ｓ６の状態である。出力７７と７８はオア
ゲート４９へ入力される。出力７７と７８の論理和が低
から高へ遷移した時に、オアゲート４９の出力７６は低
から高へ常に遷移する。

【００２９】信号７６は縁部フィルタおよび最適化タイ
ミング遅延９５へ加えられる。この機能ブロックは制御
器インターフェイスＪ２からの開始信号７３も受ける。
縁部フィルタおよび最適化遅延９５はオアゲート４５
と、縁部フィルタタイミング再トリガ不能単安定回路４
７と、最適化タイミング遅延安定回路４８とを含む。最
適化タイミング遅延単安定回路４８の出力は縁部フィル
タおよび最適化遅延９５の出力である。この信号、整流
クロック７５、は前記整流発生器９０への入力の１つで
ある。最適化タイミング遅延単安定回路４８は、逆起電
力極性反転検出から実際のモータ整流まで調整可能な遅
延を行って、モータの動作を最適にする。

【００３０】整流クロック７５は整流発生器９０とトグ
ルフリップフロップ４６へ供給される。トグルフリップ
フロップ４６は単安定回路の出力である周期的パルス波
形を方形波へ変換する。トグルフリップフロップ４６の
出力Ｑが制御器インターフェイスＪ２の整流信号７４で
ある。

【００３１】整流子へは図２に示す電力コネクタＪ３に
より電力が供給される。電力接続はアース５８と、モー
タへ電力を供給する６０における電圧と、回路の論理へ
電力を供給する５９における別の電圧とを含む。

【００３２】図４は制御信号と、整流子自体内のある信
号とのタイミングサイクルを示す。図４は三相ＤＣモー
タのタイミング関係に関連する。モータを始動させるた
めには、上記のように３ビット２進カウンタ１３をまず
リセットする必要がある。そうするとモータの永久磁石
と、今は電流が流れているモータのコイルとの間に適切
な力が生じさせられる。永久磁石の磁界とコイルの磁界
とは互いに交わるから回転子にトルクを加えて、回転子
をトルク零の位置に置く。モータを回転させるために
は、開始信号７３（図１のコネクタＪ２の部分）で整流
状態を進ませる必要がある。開始信号７３はオアゲート
４５へ加えられる。そのオアゲートの出力は線６２を介
して再トリガ不能単安定マルチバイブレータ４７へ加え
られる。図４のタイミング図に示すように、マルチバイ
ブレータ４７の出力パルス７５はカウンタ１３へ加えら
れて、そのカウンタのカウントを増大させる。そうする
と状態選択器すなわちラインセレクタ１４が進められ
る。したがってモータは、逆起電力が発生されて、それ
の縁部、立上りまたは立下り、が検出されるような速度
に回転子が達するまで、モータは限られたサイクル数だ
け進む。立上り縁部または立下り縁部を検出可能である
とすると、カウンタ１３のクロックが単安定マルチバイ
ブレータ４７を介してオアゲート４５の他の入力である
縁部信号７６によりドライブされる。

【００３３】リセット７１（図４のステップ１）では、
オアゲート１２（図１）が一時的に高くされ、それから
低に戻る。リセット７１が高くなると、オアゲート１２
の出力６１も高くなる。オアゲート１２の出力６１は３
ビット２進カウンタ１３のクリヤ信号へ接続されるか
ら、オアゲート１２の出力６１が高くなると、カウンタ
１３の３ビット出力がリセットされる。すなわち、出力
ＱＡ，ＱＢ，ＱＣが２進０へセットされる。カウンタ１
３の出力ＱＡ，ＱＢ，ＱＣはラインセレクタ１４の入力
端子Ａ，Ｂ，Ｃへ直結される。したがって、出力ＱＡ，
ＱＢ，ＱＣが２進０へリセットされると、ラインセレク
タ１４の出力０が高くセットされ、出力１〜６が低くセ
ットされる。リセット信号７１は低くなった後では、整
流発生器９０（カウンタ１３とラインセレクタ１４で構
成されている）への唯一の入力は整流クロック７５であ
る。そうすると、整流発生器９０の機能は状態線Ｓ１〜
Ｓ６を順次パルスすることである。状態線Ｓ１〜Ｓ６は
整流状態を表す。図１に示す整流論理９１においては、
状態線Ｓ１〜Ｓ６は操作のためにオアゲートのネットワ
ーク全体に分布させられる。逆起電力極性反転比較器お
よび検出回路９４においては、信号Ｓ１〜Ｓ６が同様に
分配される。ラインセレクタ１４の出力は、与えられた
任意の時刻に、それの６つの出力のうちのただ１つが高
く、残りが低いようなものである。整流子がリセットさ
れた後で、モータを回転できるようにするために制動信
号７２が低くされる（図４のステップ２）。

【００３４】図４のステップ３においては、開始信号７
３は一時的に高くされ、整流クロック７５を立下らせる
（ステップ４）。開始信号７３は単安定回路４７をトリ
ガする。その単安定回路４７の出力はトグルフリップフ
ロップ４６をクロックして、整流信号７４を供給し（ス
テップ５）、整流状態Ｓ１からＳ２への遷移をドライブ
する（ステップ６）。青出力の縁部検出（立下り縁部）
が縁部信号７６の出力をトリガする（ステップ７）。ス
テップ８における整流状態Ｓ２からＳ３への遷移は、整
流状態Ｓ１からＳ２への遷移に類似する。しかし、制動
信号７２とリセット信号７１は、整流状態Ｓ２の間は、
遷移を行わない。

【００３５】ステップ９と１０においては、単安定回路
４７をトリガし、整流クロック信号７５を供給するため
の開始信号７３はない。しかし、逆起電力極性反転比較
器および縁部検出ブロック９４において縁部が検出さ
れ、縁部信号７６が遅延ブロック９５へ供給される。こ
れは単安定回路４７をトリガして整流クロック７５を供
給し、整流状態Ｓ３をＳ４へ遷移させる。信号Ｓ１〜Ｓ
６を、被制御モータの巻線へ供給される適切なドライブ
電圧へ変換することが、図１に示す整流論理９１の機能
である。

【００３６】信号線Ｓ２が高く、信号線Ｓ１，Ｓ３，Ｓ
４，Ｓ５，Ｓ６が低いと仮定する。論理的には、オアゲ
ート２１と２６の出力８３，８８が高い。他の全ては低
い。オアゲート２１の出力８３はナンドゲート２７へ供
給される。その信号はそこで制動信号７２の反転された
ものである信号８９とに論理積をとられる。制動信号は
低いから、それの反転されたものは高く、ナンドゲート
２７の出力である、２つの論理１の論理積をとったもの
である出力が低い（ナンド機能）。したがって、図１に
おけるモータドライバ９２の素子であるドライバ３６へ
の入力線６９は低く、それは出力赤を高くドライブす
る。同様に、オアゲート２６の出力８８は高い。それか
らその信号は制動信号とともに論理積をとられる。入力
８８が高いから、オアゲート３２の出力は高い。これは
モータドライバ４１を可能状態にする。そのもーたドラ
イバは、インバータであるから、低い出力を生ずる。し
たがって、線赤が高くドライブされ、線青は低くドライ
ブされる。モータドライバ３７と４０の出力である線黒
は浮動する。整流状態信号Ｓ１〜Ｓ６と、線赤，黒，青
の状態との相互関係が表１に示されている。図１に示す
変換ネットワーク３９は、出力赤，黒，青を組み合わせ
て擬似基準レベルを線８２へ供給する回路である。

【００３７】 （表 １） 逆起電力電圧反転および整流 整流状態 赤 黒 青 Ｓ１〜Ｓ６ １ ドライブ＋ ドライブ− 立下り ２ ドライブ＋ 立上り ドライブ− ３ 立下り ドライブ＋ ドライブ− ４ ドライブ− ドライブ＋ 立上り ５ ドライブ− 立下り ドライブ＋ ６ 立上り ドライブ− ドライブ＋ および反復する： １ ドライブ＋ ドライブ− 立下り ここに、ドライブ＋は、この脚を正のレールへドライブ
することを意味する。ドライブ−は、この脚をアースレ
ールへドライブすることを意味する。立上りは、変換ネ
ットワーク基準に対する負から正への零交差をさがすこ
とを意味する。立下りは、変換ネットワーク基準に対す
る正から負への零交差をさがすことを意味する。

【００３８】擬似基準である変換ネットワーク９３の出
力８２が、接続線赤，黒，青とともに逆起電力極性反転
比較器および縁部検出回路９４へ供給される。ヒステリ
シス比較器４２，４３，４４が線赤，黒，青における電
圧を変換ネットワーク９３の出力８２と比較する。この
比較により、電圧のいずれかが擬似基準より上の時は、
正信号が供給され、電圧が擬似基準より下の時は、負信
号が供給される。ある状態がＳ１〜Ｓ６と示され、逆起
電力縁部が検出されると、逆起電力極性反転比較器およ
び縁部検出回路９４の出力である縁部信号７６が高くな
る。

【００３９】整流クロック７５をトグル信号７４へ変換
するためにトグルフリップフロップ４６が設けられる。
それにより制御器はモータの速度をモニタできる。制御
器がモータの独立整流を検出すると、制御器は切り離さ
れて、開始信号７３を停止する。それからそれは整流信
号７４をモニタしてモータの回転速度を調べる。

【００４０】制動信号７２はオアゲート３０〜３２へ加
えられ、整流デコーダ９１のナンドゲート２７〜２９へ
インバータ３３を介して供給される。制動信号７２が高
いと、ナンドゲート２７，２８，２９への入力は低く
（インバータ３３のために）、モータドライバ３６〜３
８が不能状態にされる。制動信号７２が高いと、オアゲ
ート３０，３１，３２への入力が高いから、それらのオ
アゲートの出力６４〜６６は高くて、モータドライバ３
９〜４１を可能状態にする。巻線赤，黒，青は低くドラ
イブされる。これによりモータは効果的に制動される。

【００４１】二極モードで動作しているモータは、より
多くの整流状態があるためにトルクの脈動が小さく、ド
ライブされる巻線が多数あることにより効率が高い、と
いうような多くの望ましい特性を有するが、二極動作に
より逆起電力が高くなる結果も生ずる。その高い逆起電
力はモータの最高速度を制限するように作用することが
ある。二極動作の効率が高いことにより、１２ボルトと
いうような高い電源電圧において高い逆起電力値を克服
できるが、５ボルトというような低い電源電圧ではモー
タの速度が制限されることがある。二極動作において
は、与えられた任意の時刻に、モータの１つの脚が正電
源電圧へ接続され、他の脚が負電源電圧（しばしばアー
ス）へ接続される。電流は、高くドライブされるモータ
脚と低くドライブされるモータ脚の間で、モータ巻線を
主として流れる。しかし、単極動作では、与えられた任
意の時刻に、センタータップが１つの電源電圧へ接続さ
れ、１つのモータ脚が他方の電源電圧（しばしばアー
ス）へ接続される。電流は、センタータップと、その時
に電源電圧へ接続されているモータ脚との間を主として
流れる。

【００４２】与えられた任意の時刻に２つのモータ脚が
ドライブされる二極動作は、２つのモータ巻線を直列に
電流が同時に流れることを要する。これとは対照的に、
１度に１つのモータ脚だけがドライブされる単極動作
は、１度にただ１つのモータ巻線に電流が流れることを
要する。二極モードにおいては単モードにおける巻線の
２倍の巻線に電流が流れねばならないから、二極モード
におけるコイルの全抵抗値は単極モードにおけるコイル
の全抵抗値の２倍である。５ボルトというような低い電
圧で二極動作させると、低い電圧と、逆起電力の影響
と、コイルの抵抗値がコイルの電流を制限する。モータ
を動作させるために十分な磁気力を発生させるためには
適切なコイル電流を必要とする。コイル電流が制限され
るから、低い電圧における二極動作では多くの用途には
用いることができないモータ性能となることがある。

【００４３】低電圧ＤＣ多相モータの１つの重要な応用
は、データを記憶するために用いられるディスクドライ
ブにおけるものである。ハードディスクドライブは正し
い動作のために３６００ＲＰＭの回転数を典型的に要す
る。単極動作ではコイルの抵抗値と逆起電力が低いため
に、単極モードで動作しているモータの回転速度をハー
ドディスクドライブのために求められる値にできる。

【００４４】単極動作では低い電圧における別の利点も
得られる。二極動作は巻線に直列接続されている２個の
トランジスタにコイル電流が流れることを必要とし、単
極動作はただ１個のトランジスタにコイル電流が流れる
ことを必要とする。二極モードにおいては、両方の電源
電圧をコイル巻線へ接続し、コイル巻線から切り離すた
めにトランジスタを用いねばならない。単極モードにお
いては、１つの電源電圧がセンタータップへ連続して接
続されるから、他の電源電圧だけを切り換えねばならな
い。トランジスタは、完全にターンオンされても、完全
には導通しない。シリコントランジスタの「オン」状態
における電圧降下は約０．６ボルトである。したがっ
て、単極動作では、モータ巻線と直列のトランジスタの
数が少ないために電圧降下が小さく、それに伴う電力損
が少ないから、低電圧における単極動作は有利である。
単極動作により、５ボルトというような低い電圧により
電力が供給されるディスクドライブおよびその他のモー
タを整流するために適当な方法が得られる。

【００４５】完全な単極動作または完全な二極動作は多
くの用途に対して適当であるが、本発明は単極動作と二
極動作の間で切り換える方法を含む。この切り換え可能
性のために、特定の時に特定の用途に最も適する動作モ
ードを選択するために、マイクロプロセッサのような制
御器を使用できる。

【００４６】モータの電気的パラメータはモータの回転
速度の関数として変化する。回転していないモータを最
初に始動するためには、回転子と、軸と、おそらくはデ
ィスクのような負荷の回転慣性より大きい十分な磁気力
を発生せねばならない。純粋の単極モータでそれらの物
理的降下を克服するために、より大きい始動電流を要求
される。しかし、電源の制約のために、より大きい始動
電流を常には供給できないことがある。多数の巻線へ同
時に電力を供給することにより達成される二極モードの
高い効率によって、始動電流をより少なくでき、そのた
めに電源にかかる負荷が軽くなる。二極モードのモータ
の始動電流が小さいので、モータの始動には二極モード
が好ましいが、二極モードの高い逆起電力がモータの最
高回転速度を制限する。先に述べた理由から、始動過程
がひとたび終わると、単極モードでの動作が望ましいこ
とがある。単極動作と二極動作の利点の全てを得るため
に、本発明は、モータが回転中に二極動作と単極動作の
間で瞬時に切り換える方法を提供するものである。した
がって、始動電流を減少させるためにモータを二極モー
ドで始動させ、それからモータの回転速度を最高にする
ために単極モードへ切り換えることができる。

【００４７】図５，６は、ＤＣの＋５ボルトのような低
電圧電源からモータを動作させるために最適にされる、
本発明の別の実施例を示す。ここに示す回路はスター型
モータに適合し、単極動作と二極動作を支持するもので
ある。この回路は、モータの動作中に二極モードと単極
モードの間の瞬時切り換えを支持もする。

【００４８】図５，６に示す別の実施例は整流発生器
と、整流論理と、モータドライバと、縁部フィルタおよ
び遅延回路と、変換ネットワークと、逆起電力極性反転
比較器および縁部検出回路と、トグルフリップフロップ
と、電源スイッチとを含む。この別の実施例の整流子は
マイクロプロセッサ制御器と、被制御モータと、電源と
に対してインターフェイスする。図５，６に示す整流子
は外部電源および外部装置への３つの接続点を有する。
マイクロプロセッサインターフェイス（Ｊ２）は１であ
る。このインターフェイスは共通アース接続と、「リセ
ット」、「制動」、「開始」、「整流」のための信号線
とを含む。そのインターフェイスは、単極動作または二
極動作を選択するための線と、障害を指示するための線
と、制動またはヘッド引き込みのために電力を供給する
ための線とを含むこともできる。整流子は多相モータへ
も接続され（Ｊ１）、モータの各巻線脚とセンタータッ
プへ接続される。（３つの巻線を有する三相モータは整
流子への４つの線コネクタを有する。）整流子は電源へ
も接続される（Ｊ３）。

【００４９】図５，６に示す回路は図１，２に示す回路
に類似するが、いくつかの点が異なる。まず、変換ネッ
トワーク９３ａの抵抗ネットワークに異なる構成が用い
られる。抵抗５３，５４，５５，５６，１１３，１１
４，１１５，１１６が分圧器として接続され、分圧器の
入力がモータ巻線の端子とモータ巻線のセンタータップ
へ結合され、出力端子が逆起電力極性反転比較器４２，
４３，４４へ結合される。

【００５０】図５，６は三相モータに適合する回路を示
す。抵抗５３，５４，５５の第１の端子がモータの線
赤，黒，青へそれぞれ結合される。抵抗５６の第１の端
子がモータのセンタータップへ結合される。抵抗５３，
５４，５５，５６の第２の端子が抵抗１１３，１１４，
１１５，１１６の第１の端子と、逆起電力極性反転およ
び縁部検出回路９４の入力端子赤，黒，青およびセンタ
ータップへそれぞれ結合される。逆起電力極性反転比較
器および縁部検出ブロック回路９４の入力端子赤が逆起
電力極性反転比較器４４の非反転入力端子へ結合され
る。逆起電力極性反転比較器および縁部検出ブロック回
路９４の入力端子黒が逆起電力極性反転比較器４３の非
反転入力端子へ結合される。逆起電力極性反転比較器お
よび縁部検出ブロック回路９４の入力端子青が逆起電力
極性反転比較器４２の非反転入力端子へ結合される。逆
起電力極性反転比較器および縁部検出ブロック回路９４
のセンタータップが逆起電力極性反転比較器４２，４
３，４４の反転入力端子へ結合される。抵抗１１３，１
１４，１１５．１１６の第２の端子がアース基準（負電
源）電圧へ結合される。

【００５１】図５，６に示す回路が図１，２に示す回路
と異なる別の点は、図５，６に示す回路が電源スイッチ
９６を含んでいることである。電源スイッチ９６は「＋
モータ電源」と、モータのセンタータップと、制動信号
７２と、ナンドゲート２７ａ，２８ａ，２９ａの入力端
子とへ結合される。

【００５２】図１，２と図５，６に示す回路の更に別の
異なる点は、図５に示す回路のナンドゲート２７ａ，２
８ａ，２９ａが３入力ナンドゲートであるのに、図１に
示す回路のナンドゲート２７，２８，２９が２入力ナン
ドゲートであることである。図５に示す回路では、ナン
ドゲート２７ａ，２８ａ，２９ａの第３の入力端子と電
源スイッチ９６が信号９９へ結合される。その信号９９
は単極モードの場合は低く、二極モードの場合は高い。

【００５３】変換ネットワーク９３の抵抗５３，５４，
５５，５６，１１３，１１４，１１５，１１６によっ
て、モータからの線赤、青、黒、センタータップにおけ
る信号の振幅を比例的に減少できる。変換ネットワーク
９３により変換された後では、信号は逆起電力極性変換
比較器および縁部検出回路９４の入力に適合する。図５
の変換ネットワーク９３により二極モード動作と単極モ
ード動作に適合させることができる。

【００５４】図２に示す好適な実施例の逆起電力極性反
転比較器および縁部検出回路９４は、モータ端子赤，
黒，青に存在する３つの瞬時電圧と、変換ネットワーク
９３からの線８２に存在する擬似基準とを入力として受
けるが、図６に示す別の実施例の逆起電力極性反転比較
器および縁部検出回路９４は異なる信号を受ける。その
理由は、別の実施例の変換ネットワーク９３ａが好適な
実施例の変換ネットワーク９３とは異なるからである。
先に述べたように、別の実施例の逆起電力極性反転比較
器および縁部検出回路９４へ入力される、モータ線赤，
黒，青とセンタータップにおける入力の振幅が、変換ネ
ットワーク９３ａの分圧器９４により比例的に減少させ
られている。したがって、比較器４２，４３，４４がモ
ータ線赤，黒，青における変換された電圧を変換された
センタータップ電圧と比較する。

【００５５】比較器４２は、モータ端子青における変換
された電圧と、モータのセンタータップにおける変換さ
れた電圧とを入力として受ける。比較器４３は、モータ
端子黒における変換された電圧と、モータのセンタータ
ップにおける変換された電圧とを入力として受ける。比
較器４４はモータ端子赤における変換された電圧と、モ
ータのセンタータップにおける変換された電圧とを入力
として受ける。モータ端子青の変換された電圧レベルが
モータのセンタータップの変換された電圧レベルより高
い時は、比較器４２の出力７９は高い。モータ端子青の
変換された電圧レベルがモータのセンタータップの変換
された電圧レベルより低い時は、比較器４２の出力７９
は高い。モータ端子黒の変換された電圧レベルがモータ
のセンタータップの変換された電圧レベルより高い時
は、比較器４３の出力８０は高い。モータ端子黒の変換
された電圧レベルがモータのセンタータップの変換され
た電圧レベルより低い時は、比較器４３の出力８０は高
い。モータ端子赤の変換された電圧レベルがモータのセ
ンタータップの変換された電圧レベルより高い時は、比
較器４４の出力８１は高い。モータ端子赤の変換された
電圧レベルがモータのセンタータップの変換された電圧
レベルより低い時は、比較器４４の出力８１は低い。

【００５６】電源スイッチ９６と３入力ナンドゲート２
７ａ，２８ａ，２９ａによって二極モードと単極モード
の間の切り換えを行うことができる。二極モードにおい
ては電源スイッチ９６が「＋モータ電源」をモータのセ
ンタータップから切り離し、ナンドゲート２７ａ，２８
ａ，２９ａの第３の入力を高くドライブして、モータド
ライバ３６，３７，３８の動作を可能にする。二極モー
ドにおいては、モータはモータドライバ３６，３７，３
８によりそれの正ドライブ電圧へ接続され、モータドラ
イバ３９，４０，４１によりそれの負ドライブ（アー
ス）電圧へ接続される。整流発生器９０と整流論理９１
がモータドライバ３６，３７，３８，３９，４０，４１
を制御する。しかし、単極モードにおいては、電源スイ
ッチ９６が「＋モータ電源」をモータのセンタータップ
へ接続し、ナンドゲート２７ａ，２８ａ，２９ａの第３
の入力を低くドライブして、モータドライバ３６，３
７，３８の動作を禁止する。単極モードにおいては、モ
ータは電源スイッチ９６によりそれの正ドライブ電圧へ
常に接続され、負ドライブ（アース）電圧だけがモータ
ドライバ３９，４０，４１により切り換えられる。整流
発生器９０と整流論理９１がモータドライバ３９，４
０，４１を制御する。

【００５７】電源スイッチ９６は、「＋モータ電源」へ
のモータのセンタータップの接続と切り離しを制御する
ために、たとえばｐチャネルパワーＭＯＳＦＥＴトラン
ジスタを利用できる。

【００５８】図１の変換ネットワークは、ある状況の下
において、二極モードで動作するためにスター型モータ
のセンタータップへの直接接続で置き換えることができ
るが、単極モードと二極モードに対する適合性が望まれ
るならば、図５の変換ネットワークを使用できる。

【００５９】図５の整流論理９１ａの動作は図１の整流
論理９１の単極動作とは異なる。その理由は、信号９９
と電源スイッチ９６からの付加入力があるためである。
図５において、整流発生器９０からの状態信号が、図１
におけるように、オアゲート２１，２２，２３，２４，
２５，２６の同じ入力端子へ接続される。制動信号７２
がインバータ３３の入力端子と、オアゲート３０，３
１，３２の入力端子とへいぜんとして接続されている。
図１におけるインバータ３３の出力端子とオアゲート２
１，２２，２３の出力端子がナンドゲート２７，２８，
２９の入力端子へ接続されるのと同様に、インバータ３
３の出力端子とオアゲート２１，２２，２３の出力端子
がナンドゲート２７ａ，２８ａ，２９ａの入力端子へ接
続される。オアゲート３０，３１，３２の出力端子は下
側のモータドライバ３９，４０，４１へいぜんとして接
続されている。ナンドゲート２７ａ，２８ａ，２９ａの
出力端子が図１における上側モータドライバ３６，３
７，３８へ接続されるのと同様に、ナンドゲート２７
ａ，２８ａ，２９ａの出力端子が上側モータドライバ３
６，３７，３８へ接続される。

【００６０】制動信号７２が低い時はインバータ３３の
出力８９は高く、制動信号７２が高い時はインバータ３
３の出力８９は低い。出力８３と、信号９９と、出力８
９の論理積が高い時は、ナンドゲート２７ａの出力６８
は低い。出力８３と、信号９９と、出力８９の論理積が
高い時は、ナンドゲート２７ａの出力６８は低い。出力
８３と、信号９９と、出力８９の論理積が高い時は、ナ
ンドゲート２７ａの出力６８は低い。出力８３と、信号
９９と、出力８９の論理積が高い時は、ナンドゲート２
７ａの出力６８は低い。出力８３と、信号９９と、出力
８９の論理積が高い時は、ナンドゲート２７ａの出力６
８は低い。要約すると、Ｓ１またはＳ２が高く、出力９
９が高く、制動信号７２が低いと、信号線６９は低い。
Ｓ３またはＳ４が高く、出力９９が高く、制動信号７２
が低いと、信号線６８は低い。Ｓ５またはＳ６が高く、
出力９９が高く、制動信号７２が低いと、信号線６７は
低い。Ｓ４またはＳ５または制動信号７２が高いと、信
号線６５は低い。Ｓ２，Ｓ３または制動信号７２が高い
と、信号線６５は高い。この回路の正常な動作中は、制
動信号７２がオアゲート３０〜３２に作用を及ぼさない
ように制動信号７２は低く、制動信号７２の反転された
ものでる出力８９がナンドゲート２７ａ〜２９ａへ作用
を及ぼさないように、出力８９は高い。また、この回路
の正常な動作中は、信号線Ｓ１〜Ｓ６の一つだけが高
い。したがって、制動中または単極動作中を除く任意の
時刻に、信号線６７〜６９の１本は低く、信号線６４〜
６６の１本が高い。

【００６１】制動中は、制動信号７２が高くなり、出力
８６，８７，８８の状態とは無関係に、出力６４，６
５，６６を高くする。出力６４，６５，６６が高いと、
モータの端子赤，黒，青がモータドライバ３９，４０，
４１により低くドライブされる。制動信号７２が高い
と、インバータ３３の出力８９は低い。出力８９が低い
と出力８３，８４，８５，９９の状態信号とは無関係
に、出力６７，６８，６９は高い。出力６７，６８，６
９が高いと、モータドライバ３６，３７，３８はモータ
端子赤、黒、または青を高くすることが禁止される。し
たがって、制動信号は全てのモータ巻線を低くドライブ
し、それらを短絡し、モータに制動をかける。

【００６２】単極動作中は、電源スイッチ９６への信号
９９は低くドライブされて、出力６７，６８，６９を高
くしてモータドライバ３６，３７，３８はモータ端子
赤，黒，または青を高くすることを禁止する。単極モー
ドにおいては、二極モードにおける、モータ端子赤，
黒，青がモータドライバ３６，３７，３８により高くド
ライブされるのとは異なって、モータのセンタータップ
が電源スイッチ９６により高くドライブされる。

【００６３】図５に示されている別の実施例が二極モー
ドで動作している時は、正常な動作中の任意の時刻に
は、信号線６７〜６９のうちの１つだけが低く、信号線
６４〜６６のうちの１つだけが高い。出力６９が低い
と、モータドライバ３６が可能状態にされて、モータ端
子赤が高くドライブされる。出力６８が低いと、モータ
ドライバ３７が可能状態にされて、モータ端子赤が高く
ドライブされる。出力６７が低いと、モータドライバ３
８が可能状態にされて、モータ端子青が高くドライブさ
れる。出力６６が高いと、モータドライバ３９が可能状
態にされて、モータ端子赤が低くドライブされる。出力
６５が低いと、モータドライバ４０が可能状態にされ
て、モータ端子黒が低くドライブされる。出力６４が低
いと、モータドライバ４１が可能状態にされて、モータ
端子青が低くドライブされる。任意の時刻には信号線６
７〜６９の１つだけが低く、かつ任意の時刻には信号線
６４〜６６の１つだけが高いから、ただ１つのモータ端
子が高くドライブされ、任意の時刻にただ１つのモータ
端子が低くドライブされる。

【００６４】更に、整流論理９１ａにより、１つのモー
タ端子が同時に高く、かつ低くドライブされることが決
してないようにされる。整流論理９１ａにより、高くド
ライブされるモータ端子と、低くドライブされるモータ
端子とが異なるようにされる。

【００６５】図５に示す別の実施例は単極モードでは異
なって動作する。正常な単極動作中は、任意の時刻に信
号線６４〜６６のうちのただ１本が高く、信号線６７〜
６９は全て連続して高く、モータのセンタータップが電
源スイッチ９６により連続して高く保持される。信号線
６７〜６９は連続的に高いから、正常な単極動作中はモ
ータタップ赤，黒，青は高くは決してドライブされな
い。信号線６６が高いとすると、モータドライバ３９は
動作可能にされて、モータタップ赤が低くドライブされ
る。信号線６５が高いとすると、モータドライバ４０が
動作可能にされて、モータタップ黒が低くドライブされ
る。信号線６４が高いと、モータドライブ４１が動作可
能にされて、モータタップ青が低くドライブされる。任
意の時刻には信号線６４〜６６のうちの１本だけが高い
から、任意の時刻にただ１つのモータ端子が低くドライ
ブされる。高いモータドライバ３６〜３８が禁止され、
正常な単極動作中にモータ脚赤，黒，青が高くドライブ
されることが決してないから、同じモータ脚を同時に高
く、かつ低くすることは不可能である。

【００６６】図１，２ に示す好適な実施例に関連する
信号のタイミングサイクルを示す図４は、図５，６に示
す別の実施例の二極動作に関連する信号のタイミングサ
イクルも示す。しかし、図４に示すタイミングおよび信
号は別の実施例の単極動作には対応しない。

【００６７】図５に示す別の実施例の正常な二極動作を
以下に説明する。信号線Ｓ２が高く、信号線Ｓ１，Ｓ
３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６が低いと仮定する。論理的には、
オアゲート２１，２６の出力８３，８８は高い。オアゲ
ート２２，２３，２４，２５の出力８４，８５，８６，
８７が低い。オアゲート２１の出力８３はナンドゲート
２７ａへ供給される。ナンドゲート２７ａが出力６９を
生ずる。その出力は、出力８３と９９、および制動信号
７２の反転されたものと、信号８９との論理積を反転し
たものである。正常な動作中は制動信号７２は低いか
ら、それを反転したものである信号８９は高い。二極動
作中は出力９９は高い。信号８９は高いが出力９９は低
いから、ナンドゲート２７ａの出力と、３つの論理１の
論理積を反転したものとは低い。したがって、図５にお
けるモータドライバブロック９２の素子であるモータド
ライバ３６への入力線６９は高い。それはモータドライ
バ３６がモータ線赤を高くドライブすることを禁止す
る。同様に、出力９９が低い間にモータドライバ３７，
３８もモータ線黒と青を高くドライブすることを禁止さ
れる。それと同時に、オアゲート２６の出力は高い。オ
アゲート３２は出力６４を生ずる。それは出力８８と制
動信号７２の論理和である。したがって、出力８８が高
いから出力６４は高い。出力６４が高いから、モータド
ライバ４１はモータ線青を低くドライブする。モータド
ライバ３６と３９およびモータドライバ３７と４０の出
力端子へそれぞれ接続されているモータ線赤と黒は浮動
する。単極動作に対する、整流状態信号Ｓ１〜Ｓ６とモ
ータ線赤，黒，青の状態との相互関係が表２に示されて
いる。

【００６８】モータの相数と同じ数の整流状態だけで単
極動作だけを行えるようにする実施例として、本発明を
実施できることに注目すべきである。たとえば、単極モ
ードにおける三相モータの整流を、モータ線赤，黒，ま
たは青を低くドライブすることにおのおの対応する、３
つだけの整流状態で行うことができる。しかし、図５に
示す回路を用いることにより二極整流を行うために用い
られる同じ６つの整流状態で、三相モータの単極整流を
行うことができる。三相モータの単極整流のために６つ
の整流状態を用いることは、単極動作と二極動作を行え
るので有利である。単極動作と二極動作が支持されるか
ら、モータの動作中の任意の時刻に最も効率的なモード
を選択できる。

【００６９】モータの動作中にモータを停止させること
が望ましくなると、制動を使用できる。制動信号７２は
オアゲート３０〜３２へ接続され、かつ整流論理ブロッ
ク９１ａのナンドゲート２７ａ〜２９ａへインバータ３
３を介して接続される。制動信号７２が高いと、ナンド
ゲート２７ａ，２８ａ，２９ａへの入力が低くて（イン
バータ３３のために）、モータドライバ３６〜３８が万
能状態にされる。各オアゲート３０，３１，３２への入
力である制動信号７２が高いと、出力６４〜６６も高く
て、モータドライバ３９〜４１を可能状態にする。モー
タドライバ３９〜４１はモータ線赤，黒，および青を低
くドライブする。また、制動信号７２が高いと、電源ス
イッチ９６が「＋モータ電力」をモータのセンタータッ
プから除去する。このようにして、モータドライバ３６
〜３８と電源スイッチ９６はモータ線赤，黒，または
青、あるいはモータのセンタータップを高くドライブす
ることが禁止される。そうするとモータは「＋モータ電
力」へ接続されない。モータセンタータップ赤，黒，青
はモータドライバ３６〜３８により低くドライブされる
から、三相モータの全ての巻線は実効的に短絡され、そ
の結果として希望の制動作用が行われることになる。

【００７０】 （表 ２） 単極モードにおける別の実施のための逆起電力電圧極性反転および整流 整流状態 赤 黒 青 Ｓ１〜Ｓ６ １ 開 放 ドライブ− 立下り ２ 開 放 立上り ドライブ− ３ 立下り 開 放 ドライブ− ４ ドライブ− 開 放 立上り ５ ドライブ− 立下り 開 放 ６ 立上り ドライブ− 開 放 および反復： １ 開 放 ドライブ− 立下り ここに、ドライブ−は、この脚をアースレールへドライ
ブすることを意味する。立上りは、変換ネットワーク基
準に対する負から正への零交差を探すことを意味する。
立下りは、、変換ネットワーク基準に対する正から負へ
の零交差を探すことを意味する。開放は、この脚をドラ
イブしないことを意味する。この脚を正レールまたはア
ースレールへドライブせず、かつこの脚の零交差をモニ
タしない。

【００７１】以上、自己整流逆起電力検出、ブラシ無し
Ｃモータ制御器用の新規な装置および方法について説明
した。

【図面の簡単な説明】

【図１】，

【図２】デルタ型、Ｙ型およびスター型のモータに適合
する本発明の整流子のブロック図である。

【図３】図１，図２の整流子のブロック図である。

【図４】図１の制御器と整流子に関連する種々の信号の
間の関係を示すタイミング図である。

【図５】，

【図６】スター型モータの単極動作と二極動作に適合す
る本発明の整流子のブロック回路図である。

【符号の説明】

１３ ２進カウンタ １４ ラインセレクタ ３６〜４１ モータドライバ ４２〜４４ 比較器 ４６ トグルフリップフロップ ４７ 再トリガ不能単安定回路 ９０ 整流発生器 ９２ 整流論理およびモータドライバ ９３ 変換ネットワーク ９４ 逆起電力極性反転比較器および縁部検出回路 ９５ 縁部フィルタおよび遅延回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェフ・ハース アメリカ合衆国 92680 カリフォルニ ア州・ツーシン・シルバー バーチ・ 13141 (56)参考文献 特開 平１−122387（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−283090（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 6/18

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のモータドライバを有するモータに
   結合すること及びその結合を外すことが可能なモータ電
   源を整流する回路において、前記モータの端子の瞬時電圧から基準レベル電圧を生成
   する変換ネットワークと、 前記モータのドライブされていないモータドライブに誘
   起される逆起電力電圧を検出するためにそのモータへ結
   合され、この検出した逆起電力電圧の当該モータの単極
   および二極の動作中における極性変化を、この検出した
   逆起電力電圧と、前記変換ネットワークからの基準レベ
   ル電圧とを比較することにより決定し、該決定した極性
   変化からこのモータの整流状態を検出して該整流状態を
   表す第１の出力信号を出力する検出手段と、 第１の出力信号を受けるために前記検出手段へ結合さ
   れ、前記モータの整流状態に応じて作成される第２の出
   力信号を出力する最適化タイミング遅延手段と、 前記第２の出力信号に結合し、前記モータを次の整流状
   態へ進め、また前記モータを選択的に単極動作及び二極
   動作とするよう、前記第２の出力信号をモータ駆動信号
   に変換する整流論理手段と、 を備えるモータの電源を整流する回路。
2. 【請求項２】 １個のセンタータップとドライブ可能な
   複数の脚を備えたモータに結合すること及びその結合を
   外すことが可能なモータ電源を整流する回路において、前記モータの複数の脚の瞬時電圧から基準レベル電圧を
   生成する変換ネットワークと、 前記モータのドライブされていない脚に誘起される逆起
   電力電圧を検出するためにそのモータへ結合され、この
   検出した逆起電力電圧の当該モータの単極および二極の
   動作中における極性変化を、この検出した逆起電力電圧
   と、前記変換ネットワークからの基準レベル電圧とを比
   較することにより決定し、該決定した極性変化からこの
   モータの整流状態を検出して該整流状態を表す第１の出
   力信号を出力する検出手段と、 第１の出力信号を受けるために前記検出手段へ結合さ
   れ、前記モータの整流状 態に応じて作成される第２の出
   力信号を出力する最適化タイミング遅延手段と、 前記第２の出力信号に結合し、前記モータを次の整流状
   態へ進め、また前記モータを選択的に単極動作及び二極
   動作とするよう、前記第２の出力信号をモータ駆動信号
   に変換する整流論理手段と、 を備えるモータの電源を整流 する回路。