JP4572967B2

JP4572967B2 - 単相ブラシレスｄｃモータの駆動回路

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Publication number: JP4572967B2
Application number: JP2008192652A
Authority: JP
Inventors: 英稔植田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2008-07-25
Filing date: 2008-07-25
Publication date: 2010-11-04
Anticipated expiration: 2028-07-25
Also published as: EP2148425B1; DE602009000715D1; EP2148425A1; JP2010035288A; ATE498237T1; US20100019704A1; CN101635549A

Description

本発明は、正逆転を切替可能な単相ブラシレスＤＣモータの駆動回路に関する。

単相ブラシレスＤＣモータの駆動回路は、ロータの磁極位置を検出するセンサと、センサが検出した磁極位置に基づいて、スイッチング回路を制御するモータ駆動ＩＣとを備えている。スイッチング回路としてＨブリッジを用いた場合、対角に位置するスイッチング素子同士を交互に駆動させることで、モータコイルに双方向の電流を流している。

単相ブラシレスＤＣモータを正逆回転させる方法として、磁極位置を検出するホールセンサの出力信号を、反転、非反転させることが可能な回路を介してモータ駆動ＩＣへ入力する方法がある（例えば特許文献１参照）。
特開２００５−２６１１４０号公報

しかしながら上記従来の構成では、正回転、逆回転に対してモータ起動時に起動トルクが発生しにくく、起動方向が定まらないという問題点があった。

本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、正回転時にも逆回転時にも確実な起動を行うことができる単相ブラシレスＤＣモータの駆動回路を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために、単相ブラシレスＤＣモータの駆動回路であって、
マグネットロータに対向して配置されたティースの形状は、モータ回転軸方向から見て略Ｔ字形状をしており、その略Ｔ字形状は左右非対称であり、マグネットロータの静止時にはマグネットロータの磁極の中心がティースの中心よりもモータ正回転側に移動して静止する形状であり、マグネットロータの磁極位置の検出信号である位置検出信号をそれぞれを出力する複数の磁極位置検出手段と、マグネットロータの回転方向を指示する回転方向指示回路と、回転方向指示回路の指示に基づいて複数の磁極位置検出手段の位置検出信号を選択して出力する選択回路と、モータコイルを駆動するスイッチング回路と、選択回路が選択した位置検出信号に基づいて前記スイッチング回路を制御して前記モータコイルの通電方向及び通電を制御する制御回路と、を備える。

そして、前記複数の磁極位置検出手段は、ティース間の中央である、進角０度近傍の所定の範囲に配置された第１磁極位置検出手段と、第１磁極位置検出手段の位置よりモータ正回転方向に所定の進角を有するように配置された第２磁極位置検出手段と、前記マグネットロータの逆回転方向に対して、第１磁極位置検出手段よりも進角が進んだ少なくとも一つの第３磁極位置検出手段と、前記マグネットロータの正回転方向に対して、第２磁極位置検出手段よりも進角が進んだ少なくとも一つの第４磁極位置検出手段と、を備える。

前記回転方向指示回路が正回転を指示している起動時には、前記選択回路は、第２磁極位置検出手段の位置検出信号を選択して出力し、前記制御回路は、前記選択回路の出力に基づいて、対向する前記マグネットロータの磁極に対してティースが斥力を生む前記モータコイルの通電方向となるように前記スイッチング回路を制御して前記マグネットロータを起動させる。

前記回転方向指示回路が逆回転を指示している起動時には、前記選択回路は、第１磁極位置検出手段の位置検出信号を選択して出力し、前記制御回路は、前記選択回路の出力に基づいて、対向する前記マグネットロータの磁極に対してティースが引力を生む前記モータコイルの通電方向となるように前記スイッチング回路を制御して前記マグネットロータを起動させる。

また本発明においては、モータ起動時から所定の時間経過後信号を出力するタイマーを備え、前記選択回路は、前記回転方向指示回路と前記タイマーからの信号に基づいて前記複数の磁極位置検出手段のうちいずれか一つを選択する選択回路であり、前記マグネットロータの逆回転起動時から所定の時間経過後は、前記選択回路は、第３磁極位置検出手段の位置検出信号を選択して出力することができる。

また本発明においては、モータ出力を指示する出力指示回路と、前記出力指示回路からの信号を受けてモータ出力を変化させる出力可変回路を備え、前記選択回路は、前記出力指示回路の信号に基づいて前記磁極位置検出手段のうちいずれか一つを選択し、前記回転方向指示回路が逆回転を指示している時には、前記選択回路は、モータ出力に応じて第１磁極位置検出手段または第３磁極位置検出手段が出力する位置検出信号を選択することができる。

また本発明においては、前記回転方向指示回路が正回転を指示している時には、前記選択回路は、モータ出力に応じて第２磁極位置検出手段または第４磁極位置検出手段が出力する位置検出信号を選択することができる。

本発明は、簡素な回路構成で、正回転、逆回転共に起動を確実に行うことができる単相ブラシレスＤＣモータの駆動回路を提供することができるという効果を奏する。

次に図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図１は、本発明に係る駆動回路が適用される単相ブラシレスＤＣモータの構造と磁気センサ（磁極位置検出手段）の配置を説明する模式断面図である。

図１において、単相ブラシレスＤＣモータ１は、複数の磁極を有し回転自在に支持されたマグネットロータ２と、複数のスロット５と複数のティース４ａ、４ｂをもちマグネットロータ２にティース４ａ，４ｂを対向して配置するステータコア３と、スロット５に擁されたモータコイル６（図１では図示を省略）とを有する。モータコイル６は、ティース４ａとティース４ｂの各々の巻き方向が逆になるように巻かれている。

また、図１において、マグネットロータ２の磁極位置の検出信号を出力する複数の磁極位置検出手段として、磁気センサ７（第１磁極位置検出手段）、磁気センサ８（第２磁極位置検出手段）、磁気センサ９（第３磁極位置検出手段）、磁気センサ１０（第４磁極位置検出手段）がマグネットロータ２近傍の磁界範囲内に設けられている。

磁気センサ７は、ティース４ａとこれに隣接するティース４ｂ間の中央である、進角０度近傍の所定の範囲に配置されている。磁気センサ８は、磁気センサ７の位置よりモータ正回転方向に所定の進角を有するように配置されている。磁気センサ９は、磁気センサ７の位置よりモータ逆回転方向に所定の進角を有するように配置されている。磁気センサ１０は、磁気センサ８の位置よりモータ正回転方向に所定の進角を有するように配置されている。

図２は、単相ブラシレスＤＣモータ１を駆動する駆動回路のブロック図である。同図において、駆動回路は、マグネットロータ２の磁極位置の検出信号を出力する複数の磁気センサ７，８，９，１０と、マグネットロータ２の回転方向を指示する回転方向指示回路１１と、回転方向指示回路１１の指示に基づいて磁気センサ７〜１０の検出信号を選択して出力する選択回路１２と、モータコイル６を駆動するスイッチング回路１３と、選択回路１２が選択した位置検出信号に基づいてスイッチング回路１３を制御してモータコイル６の通電方向及び通電を制御する制御回路１４とを備えている。

また駆動回路は、モータ起動時から所定の時間経過後信号を出力するタイマー１５と、モータ出力を指示する出力指示回路１６と、出力指示回路１６からの信号を受けてモータ出力を変化させる出力可変回路１７とを備えている。

但し、実施例１においては、タイマー１５と、出力指示回路１６と、出力可変回路１７とは必須ではない。

スイッチング回路１３は、スイッチング素子であるＰチャネル型ＦＥＴ２３ａ、２３ｂ、Ｎチャネル型ＦＥＴ２４ａ、２４ｂにより、Ｈブリッジ回路が構成されている。ＦＥＴ２３ａとＦＥＴ２４ａの接続点とＦＥＴ２３ｂとＦＥＴ２４ｂの接続点間に、モータコイル６が接続されている。

スイッチング回路１３において、モータ駆動用電源の正電位２１にＦＥＴ２３ａ、及びＦＥＴ２３ｂのソース端子が接続されており、ＦＥＴ２３ａのドレイン端子にはＦＥＴ２４ａのドレイン端子が接続され、ＦＥＴ２３ｂのドレイン端子にはＦＥＴ２４ｂのドレイン端子が接続されている。ＦＥＴ２４ａ及びＦＥＴ２４ｂのソース端子はモータ駆動用電源の負電位２２（以下、接地電位２２と称する）に接続されている。ＦＥＴ２３ａ、ＦＥＴ２３ｂ、ＦＥＴ２４ａ及びＦＥＴ２４ｂのゲート端子は各々制御回路１４に接続され、制御回路１４から各ＦＥＴのオンオフを制御するためにそれぞれゲート信号が供給される。

そして、回転方向指示回路１１が正回転を指示している起動時には、選択回路１２は、磁気センサ８の磁極位置検出信号を選択して出力し、制御回路１４は、選択回路１２の出力に基づいて、対向するマグネットロータ２の磁極に対してティース４ａ，４ｂが斥力を生むモータコイル６の通電方向となるようにスイッチング回路１３を制御してマグネットロータ２を起動させる。

また、回転方向指示回路１１が逆回転を指示している起動時には、選択回路１２は、磁気センサ７の位置検出信号を選択して出力し、制御回路１４は、選択回路１２の出力に基づいて、対向するマグネットロータ２の磁極に対してティース４ａ，４ｂが引力を生むモータコイル６の通電方向となるようにスイッチング回路１３を制御してマグネットロータ２を起動する。

図３は、図２のブロック図のうち、回転方向指示回路１１，選択回路１２，タイマー１５，及び出力指示回路１６の詳細を示す回路図である。

選択回路１２は、それぞれアノードに磁気センサ１０，８，７，９が接続されたダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４を備えている。ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４のそれぞれのカソードは、互いにワイヤードオワ接続されて１本の出力信号となり、制御回路１４へ選択後の磁気センサ出力として接続されている。また、ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４のそれぞれのアノードには、電子的に制御されるスイッチＳＷ７，ＳＷ６，ＳＷ５，ＳＷ４の一端がそれぞれ接続され、スイッチＳＷ４，ＳＷ５，ＳＷ６，ＳＷ７の他端は、接地されている。

これらのスイッチＳＷ７，ＳＷ６，ＳＷ５，ＳＷ４は、オンとなったときに、それぞれの一端に接続されている磁気センサ１０，８，７，９の出力を接地させ、制御回路１４へ出力させないように制御している。そして、スイッチＳＷ４，ＳＷ５，ＳＷ６，ＳＷ７のうち、一つのスイッチのみがオフとなって、その一端に接続されている磁気センサの出力をダイオードＤ１〜Ｄ４の何れかを介して、制御回路１４へ出力するように選択している。回転方向指示回路１１，タイマー１５，及び出力指示回路１６は、これらスイッチＳＷ４〜ＳＷ７のオン／オフ制御信号を生成することにより、磁気センサ７〜１０のいずれかを選択回路１２に選択させている。

回転方向指示回路１１は、マニュアル操作、或いは電子的に操作され、回転方向を指示するスイッチＳＷ２を備えている。スイッチＳＷ２は、オンのときに回転方向として正回転を指示し、オフのときに回転方向として逆回転を指示するスイッチである。スイッチＳＷ２の一端は、制御電源１８の電圧に接続され、スイッチＳＷ２の他端は、抵抗Ｒ３を介して接地されている。従って、スイッチＳＷ２の他端と抵抗Ｒ３との接続点は、スイッチＳＷ２がオンのとき正電位となり、オフのとき接地電位となる正回転指示信号となる。この正回転指示信号は、ダイオードＤ７，Ｄ８のそれぞれのアノードに供給されている。ダイオードＤ７，Ｄ８のそれぞれのカソードは、それぞれスイッチＳＷ４，ＳＷ５の制御信号となっている。

また、スイッチＳＷ２の他端と抵抗Ｒ３との接続点の信号である正回転信号は、ＮＯＴ回路ＮＴ２，ＮＴ３へ供給されている。ＮＯＴ回路ＮＴ２，ＮＴ３の出力は、正回転信号を反転した逆回転信号となり、それぞれダイオードＤ９，Ｄ１０のアノードに供給されている。ダイオードＤ９，Ｄ１０のそれぞれのカソードは、それぞれスイッチＳＷ６，ＳＷ７の制御信号となっている。

従って、スイッチＳＷ２をオンしたときには、磁気センサ７，９の出力が接地され、スイッチＳＷ２をオフしたときには、磁気センサ１０，８の出力が接地されることになる。

出力指示回路１６は、マニュアル操作、或いは電子的に操作され、出力指示するスイッチＳＷ３を備えている。スイッチＳＷ３は、オンのとき出力指示し、オフのとき出力指示しないスイッチである。スイッチＳＷ３の一端は、制御電源１８の電圧に接続され、スイッチＳＷ３の他端は、抵抗Ｒ４を介して接地されている。従って、スイッチＳＷ３の他端と抵抗Ｒ４との接続点は、スイッチＳＷ３がオンのとき正電位となり、オフのとき接地電位となる出力指示信号となる。この出力指示信号は、ＮＯＴ回路ＮＴ４、ＮＴ５、及びダイオードＤ１１のアノードに供給されている。ＮＯＴ回路ＮＴ４の出力は、スイッチＳＷ８の制御信号となっている。

ダイオードＤ１１のカソードは、スイッチＳＷ６の制御信号となっている。またＮＯＴ回路ＮＴ５の出力は、ダイオードＤ１２のアノードに接続され、ダイオードＤ１２のカソードは、スイッチＳＷ７の制御信号となっている。

タイマー１５は、ＳＷ１と、抵抗Ｒ１、Ｒ２と、コンデンサＣ１とを備えている。スイッチＳＷ１は、マニュアル操作、或いは電子的に操作され、タイマー１５に経過時間の計測を開始させるスイッチである。スイッチＳＷ１の一端は、制御電源１８の電圧に接続され、スイッチＳＷ１の他端は、抵抗Ｒ１の一端に接続されている。抵抗Ｒ１の他端は、抵抗Ｒ２の一端及びコンデンサＣ１の一端に接続されている。抵抗Ｒ２の他端及びコンデンサＣ１の他端は、接地されている。また、抵抗Ｒ１の他端は、スイッチＳＷ８の一端に接続され、スイッチＳＷ８の他端は、接地されている。

スイッチＳＷ８の制御信号は、出力指示回路１６の説明におけるＮＯＴ回路ＮＴ４の出力（出力指示の反転信号）である。従って、出力指示回路１６が出力指示していない場合、スイッチＳＷ８は、常にオンしている。従ってタイマー１５が動作することはなく、ＮＯＴ回路ＮＴ１の入力及びダイオードＤ６のアノードは、接地電位である。ＮＯＴ回路ＮＴ１の出力は、ダイオードＤ５を介してスイッチＳＷ４の制御信号となっているので、スイッチＳＷ４がオンされ、磁気センサ９の出力は無視される。

出力指示回路１６が出力指示を行って、スイッチＳＷ８がオフの場合、スイッチＳＷ１をオンすると、抵抗Ｒ１を介してコンデンサＣ１の充電が開始され、コンデンサＣ１の電圧が上昇する。抵抗Ｒ１，Ｒ２及びコンデンサＣ１で定まる時定数に比例した一定時間経過後に、コンデンサＣ１の電圧は、ＮＯＴ回路ＮＴ１のスレッショルド電圧値（閾値）を超えて、時間経過信号となる。この時間経過信号が出力されると、ダイオードＤ６を介してスイッチＳＷ５がオンされ、以後、磁気センサ７の出力が無視される。

このタイマー１５が有効なのは、回転方向指示回路１１が逆回転を指示し、スイッチＳＷ４，ＳＷ５がオフし、スイッチＳＷ６，ＳＷ７がオンしている場合である。

次に、図４を参照して、本実施例における単相ブラシレスＣＤモータの正回転方向起動時の動作を説明する。

モータ正回転の起動時において、ステータのティース４ａ、ティース４ｂとマグネットロータ２の磁極位置関係は図４のステップ１’（以下、ステップをＳと略す）のとおりである。ティース４ａ、ティース４ｂには磁気抵抗が左右非対称となるように厚みの変更や切欠き等の形状変更がなされており、モータ非通電時にはマグネットロータ２の磁気中心がティース４ａ、及びティース４ｂの中心よりも正回転側（図４において時計回り側）に移動した状態で静止している。

回転方向指示回路１１のＳＷ２がオンされると、制御電源１８の電圧がダイオードＤ７、ダイオードＤ８を経由してスイッチＳＷ４、ＳＷ５に印加されてスイッチＳＷ４、ＳＷ５がオンし、磁気センサ９及び磁気センサ７の出力電圧を接地電位２２と同電位にする。出力指示回路１６のスイッチＳＷ３がオフしている場合、抵抗Ｒ４の両端電圧は接地電位２２と同電位であり、ＮＯＴ回路ＮＴ５によって反転された正電圧がダイオードＤ１２を経由してスイッチＳＷ７に印加されてスイッチＳＷ７がオンし、磁気センサ１０の出力電圧を接地電位２２と同電位にする。この結果、磁気センサ８の出力のみがダイオードＤ２を経由して制御回路１４へと出力される。

Ｓ１’において、磁気センサ８は対面するマグネットロータ２の磁極がＮ極であることを検知する。磁気センサ８の信号を受けて制御回路１４はティース４ｂがＮ極、ティース４ａがＳ極となる電流の向きでモータコイル６が通電するように、たとえばＦＥＴ２３ａとＦＥＴ２４ｂをオンしてティース４ａ及びティース４ｂを励磁する。するとティース４ａ及びティース４ｂとマグネットロータ２との間に斥力が発生し、マグネットロータ２に回転トルクを与えるためマグネットロータ２は正回転（図４において時計回り）を始める。

次いでＳ２’において、磁気センサ８はＳ１’に引き続き、対面するマグネットロータ２の磁極がＮ極であることを検知している。磁気センサ８の信号を受けて制御回路１４はティース４ｂがＮ極、ティース４ａがＳ極となる電流の向きでモータコイル６が通電するように、ＦＥＴ２３ａとＦＥＴ２４ｂをオンしてティース４ａ及びティース４ｂを励磁している。するとティース４ａ及びティース４ｂとマグネットロータ２との間に引力が発生し、マグネットロータ２に回転トルクを与えるためマグネットロータ２は正回転（図４において時計回り）を続ける。

次いでＳ３’において、磁気センサ８は対面するマグネットロータ２の磁極がＳ極に切り替わったことを検知する。磁気センサ８の信号を受けて制御回路１４はＦＥＴ２３ａとＦＥＴ２４ｂをオフしてモータコイル６の通電を停止し、ティース４ａ及びティース４ｂの励磁を停止する。しかしマグネットロータ２は慣性力とリラクタンスによるティース４ａ及びティース４ｂとマグネットロータ２間とに発生する引力により正回転を持続するため、マグネットロータ２の磁気中心がティース４ａ及びティース４ｂの中心と一致するタイミングにて制御回路１４はティース４ｂがＳ極、ティース４ａがＮ極となる電流の向きでモータコイル６が通電するように、ＦＥＴ２３ｂとＦＥＴ２４ａをオンしてティース４ａ及びティース４ｂを励磁する。するとティース４ａ及びティース４ｂとマグネットロータ２との間に斥力が発生し、マグネットロータ２に回転トルクを与えるためマグネットロータ２は正回転（図４において時計回り）を続ける。

次いでＳ４’において、磁気センサ８はＳ３’に引き続き、対面するマグネットロータ２の磁極がＳ極であることを検知している。磁気センサ８の信号を受けて制御回路１４はティース４ｂがＳ極、ティース４ａがＮ極となる電流の向きでモータコイル６が通電するように、ＦＥＴ２３ｂとＦＥＴ２４ａをオンしてティース４ａ及びティース４ｂを励磁している。するとティース４ａ及びティース４ｂとマグネットロータ２との間に引力が発生し、マグネットロータ２に回転トルクを与えるためマグネットロータ２は正回転（図４において時計回り）を続ける。

次いでＳ５’において、磁気センサ８は対面するマグネットロータ２の磁極がＮ極に切り替わったことを検知する。磁気センサ８の信号を受けて制御回路１４はＦＥＴ２３ｂとＦＥＴ２４ａをオフしてモータコイル６の通電を停止し、ティース４ａ及びティース４ｂの励磁を停止する。しかしマグネットロータ２は慣性力とリラクタンスによるティース４ａ及びティース４ｂとマグネットロータ２間とに発生する引力により正回転を持続するため、マグネットロータ２の磁気中心がティース４ａ及びティース４ｂの中心と一致するタイミングにて制御回路１４はティース４ｂがＮ極、ティース４ａがＳ極となる電流の向きでモータコイル６が通電するように、ＦＥＴ２３ａとＦＥＴ２４ｂをオンしてティース４ａ及びティース４ｂを励磁する。するとティース４ａ及びティース４ｂとマグネットロータ２との間に斥力が発生し、マグネットロータ２に回転トルクを与えるためマグネットロータ２は正回転（図４において時計回り）を続ける。以後、Ｓ２’からＳ５’を繰り返して正回転を継続する。

次に、図５を参照して、本実施例１における単相ブラシレスＣＤモータの逆回転方向起動時の動作を説明する。

モータ逆回転の起動時において、ステータのティース４ａ、ティース４ｂとマグネットロータ２の磁極位置関係は、図５のＳ１のとおりである。ティース４ａ、ティース４ｂには磁気抵抗が左右非対称となるように厚みの変更や切欠き等の形状変更がなされており、モータ非通電時にはマグネットロータ２の磁気中心がティース４ａ、及びティース４ｂの中心よりも正回転側（図５において時計回り側）に移動した状態で静止している。

回転方向指示回路１１のＳＷ２がオフされると抵抗Ｒ３の両端電圧は接地電位２２と同電位になる。ＮＯＴ回路ＮＴ２、ＮＯＴ回路ＮＴ３により反転された正電圧がダイオードＤ９およびダイオードＤ１０を経由してスイッチＳＷ６及びスイッチＳＷ７に印加されてスイッチＳＷ６及びスイッチＳＷ７がオンし、磁気センサ８及び磁気センサ１０の出力電圧を接地電位２２と同電位にする。出力指示回路１６のスイッチＳＷ３がオフしているとき、抵抗Ｒ４の両端電圧は接地電位２２と同電位になる。ＮＯＴ回路ＮＴ４により反転された正電圧がスイッチＳＷ８に印加されてスイッチＳＷ８をオンし、抵抗Ｒ２の両端電圧は接地電位２２と同電位になる。ＮＯＴ回路ＮＴ１により反転された正電圧がダイオードＤ５を経由してスイッチＳＷ４に印加されてスイッチＳＷ４をオンし、磁気センサ９の出力電圧を接地電位２２と同電位にする。この結果、磁気センサ７の出力のみがダイオードＤ３を経由して制御回路１４へと出力される。

まずＳ１において、磁気センサ７は対面するマグネットロータ２の磁極がＮ極であることを検知する。磁気センサ７の信号を受けて制御回路１４はティース４ｂがＳ極、ティース４ａがＮ極となる電流の向きでモータコイル６が通電するように、たとえばＦＥＴ２３ｂとＦＥＴ２４ａをオンしてティース４ａ及びティース４ｂを励磁する。するとティース４ａ及びティース４ｂとマグネットロータ２との間に引力が発生し、マグネットロータ２に回転トルクを与えるためマグネットロータ２は逆回転（図５において反時計回り）を始める。

次いでＳ２において、磁気センサ７は対面するマグネットロータ２の磁極がＳ極に切り替わったことを検知する。磁気センサ７の信号を受けて制御回路１４はＦＥＴ２３ｂとＦＥＴ２４ａをオフしてモータコイル６の通電を停止し、ティース４ａ及びティース４ｂの励磁を停止する。しかしマグネットロータ２は慣性力とリラクタンスによるティース４ａ及びティース４ｂとマグネットロータ２間とに発生する引力により逆回転を持続するため、マグネットロータ２の磁気中心がティース４ａ及びティース４ｂの中心と一致するタイミングにて制御回路１４はティース４ｂがＮ極、ティース４ａがＳ極となる電流の向きでモータコイル６が通電するように、ＦＥＴ２３ａとＦＥＴ２４ｂをオンしてティース４ａ及びティース４ｂを励磁する。するとティース４ａ及びティース４ｂとマグネットロータ２との間に斥力が発生し、マグネットロータ２に回転トルクを与えるためマグネットロータ２は逆回転（図５において反時計回り）を続ける。

次いでＳ３において、磁気センサ７はＳ２に引き続き、対面するマグネットロータ２の磁極がＳ極であることを検知している。磁気センサ７の信号を受けて制御回路１４はティース４ｂがＮ極、ティース４ａがＳ極となる電流の向きでモータコイル６が通電するように、ＦＥＴ２３ａとＦＥＴ２４ｂをオンしてティース４ａ及びティース４ｂを励磁している。するとティース４ａ及びティース４ｂとマグネットロータ２との間に引力が発生し、マグネットロータ２に回転トルクを与えるためマグネットロータ２は逆回転（図５において反時計回り）を続ける。

次いでＳ４において、磁気センサ７は対面するマグネットロータ２の磁極がＮ極に切り替わったことを検知する。磁気センサ７の信号を受けて制御回路１４はＦＥＴ２３ａとＦＥＴ２４ｂをオフしてモータコイル６の通電を停止し、ティース４ａ及びティース４ｂの励磁を停止する。しかしマグネットロータ２は慣性力とリラクタンスによるティース４ａ及びティース４ｂとマグネットロータ２間とに発生する引力により逆回転を持続するため、マグネットロータ２の磁気中心がティース４ａ及びティース４ｂの中心と一致するタイミングにて制御回路１４はティース４ｂがＳ極、ティース４ａがＮ極となる電流の向きでモータコイル６が通電するように、ＦＥＴ２３ｂとＦＥＴ２４ａをオンしてティース４ａ及びティース４ｂを励磁する。するとティース４ａ及びティース４ｂとマグネットロータ２との間に斥力が発生し、マグネットロータ２に回転トルクを与えるためマグネットロータ２は逆回転（図５において反時計回り）を続ける。

次いでＳ５において、磁気センサ７はＳ４に引き続き、対面するマグネットロータ２の磁極がＮ極であることを検知している。磁気センサ７の信号を受けて制御回路１４はティース４ｂがＳ極、ティース４ａがＮ極となる電流の向きでモータコイル６が通電するように、ＦＥＴ２３ｂとＦＥＴ２４ａをオンしてティース４ａ及びティース４ｂを励磁している。するとティース４ａ及びティース４ｂとマグネットロータ２との間に引力が発生し、マグネットロータ２に回転トルクを与えるためマグネットロータ２は逆回転（図５において反時計回り）を続ける。以後、Ｓ２からＳ５を繰り返して逆回転を継続する。

以上説明したように本実施例１によれば、簡素な構成の回路で正回転、逆回転共に起動を確実に行うことができる単相ブラシレスＤＣモータの駆動回路を提供することができるという効果がある。

次に、本発明に係る単相ブラシレスＤＣモータの駆動回路の実施例２を説明する。本実施例２において、実施例１と同じ構成及び作用効果を有するものについては実施例１と同一の符号を付し、その詳細な説明については実施例１の説明を援用する。

本実施例２の構成が実施例１と異なる部分は、タイマー１５が必須の構成であることである。また本実施例の選択回路１２は、回転方向指示回路１１とタイマー１５とに従って、複数の磁気センサを選択する点と、逆回転起動時には磁気センサ７（第１磁極位置検出手段）を選択し、起動時から所定時間経過後は、磁気センサ９を選択する点である。

上記差異を踏まえて、本実施例２における単相ブラシレスＤＣモータの駆動回路の動作を図１〜図３と、図６を用いて説明する。

モータ逆回転中において、回転方向指示回路１１のスイッチＳＷ２はオフされており、抵抗Ｒ３の両端電圧は接地電位２２と同電位になる。ＮＯＴ回路ＮＴ２、ＮＯＴ回路ＮＴ３により反転された正電圧がダイオードＤ９およびダイオードＤ１０を経由してスイッチＳＷ６及びスイッチＳＷ７に印加されてスイッチＳＷ６及びスイッチＳＷ７がオンし、磁気センサ８及び磁気センサ１０の出力電圧を接地電位２２と同電位にする。出力指示回路１６のスイッチＳＷ３がオンすると、制御電源１８の電圧がＮＯＴ回路ＮＴ４により反転されてスイッチＳＷ８に入力され、スイッチＳＷ８をオフする。次いでタイマー１５のスイッチＳＷ１がオンされると制御電源１８の電圧が抵抗Ｒ１を経由してコンデンサＣ１に接続され、コンデンサＣ１は抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２およびコンデンサＣ１によって決まる所定の時定数をもって充電される。所定の時定数とはモータの回転が安定するまでの時間であり、５０ｍｓｅｃ以上、好ましくは１ＳＥＣ以上である。

コンデンサＣ１の充電電圧値がＮＯＴ回路ＮＴ１のスレッショルド電圧値以下である場合、ＮＯＴ回路ＮＴ１により反転された正電圧がダイオードＤ５を経由してスイッチＳＷ４に印加されてスイッチＳＷ４をオンし、磁気センサ９の出力電圧を接地電位２２と同電位にする。この結果、磁気センサ７の出力のみがダイオードＤ３を経由して制御回路１４へと出力される。このときの逆回転動作は実施例１に記載のとおり、図５のＳ２からＳ５を繰り返す。

ここで所定の時定数によって充電されたコンデンサＣ１の充電電圧値がＮＯＴ回路ＮＴ１のスレッショルド電圧値を超えた場合、ＮＯＴ回路ＮＴ１によって反転した出力は接地電位２２と同電位となり、ダイオードＤ５の出力電圧も接地電位２２と同電位となりスイッチＳＷ４がオフされて磁気センサ９の出力がダイオードＤ４を経由して制御回路１４へと出力される。またコンデンサＣ１の充電電圧がダイオードＤ６を経由してスイッチＳＷ５に印加されてスイッチＳＷ５をオンし、磁気センサ７の出力電圧を接地電位２２と同電位にする。この結果、磁気センサ９の出力のみがダイオードＤ４を経由して制御回路１４へと出力される。

図６のＳ１１において、磁気センサ９は対面するマグネットロータ２の磁極がＳ極であることを検知している。磁気センサ９の信号を受けて制御回路１４はティース４ｂがＮ極、ティース４ａがＳ極となる電流の向きでモータコイル６が通電するように、たとえばＦＥＴ２３ａとＦＥＴ２４ｂをオンしてティース４ａ及びティース４ｂを励磁している。するとティース４ａ及びティース４ｂとマグネットロータ２との間に斥力が発生し、マグネットロータ２に回転トルクを与えるためマグネットロータ２は逆回転（図６において反時計回り）を続ける。

次いでＳ１２において、磁気センサ９は対面するマグネットロータ２の磁極がＮ極に切り替わったことを検知する。磁気センサ９の信号を受けて制御回路１４はＦＥＴ２３ａとＦＥＴ２４ｂをオフしてモータコイル６の通電を停止し、ティース４ａ及びティース４ｂの励磁を停止する。しかしマグネットロータ２は慣性力とリラクタンスによるティース４ａ及びティース４ｂとマグネットロータ２間とに発生する引力により逆回転を持続するため、マグネットロータ２の磁気中心がティース４ａ及びティース４ｂの中心と一致するタイミングにて制御回路１４はティース４ｂがＳ極、ティース４ａがＮ極となる電流の向きでモータコイル６が通電するように、ＦＥＴ２３ｂとＦＥＴ２４ａをオンしてティース４ａ及びティース４ｂを励磁する。するとティース４ａ及びティース４ｂとマグネットロータ２との間に斥力が発生し、マグネットロータ２に回転トルクを与えるためマグネットロータ２は逆回転（図６において反時計回り）を続ける。

次いでＳ１３において、磁気センサ９はＳ１２に引き続き、対面するマグネットロータ２の磁極がＮ極であることを検知している。磁気センサ９の信号を受けて制御回路１４はティース４ｂがＳ極、ティース４ａがＮ極となる電流の向きでモータコイル６が通電するように、ＦＥＴ２３ｂとＦＥＴ２４ａをオンしてティース４ａ及びティース４ｂを励磁している。するとティース４ａ及びティース４ｂとマグネットロータ２との間に斥力が発生し、マグネットロータ２に回転トルクを与えるためマグネットロータ２は逆回転（図６において反時計回り）を続ける。

次いでＳ１４において、磁気センサ９は対面するマグネットロータ２の磁極がＳ極に切り替わったことを検知する。磁気センサ９の信号を受けて制御回路１４はＦＥＴ２３ｂとＦＥＴ２４ａをオフしてモータコイル６の通電を停止し、ティース４ａ及びティース４ｂの励磁を停止する。しかしマグネットロータ２は慣性力とリラクタンスによるティース４ａ及びティース４ｂとマグネットロータ２間とに発生する引力により逆回転を持続するため、マグネットロータ２の磁気中心がティース４ａ及びティース４ｂの中心と一致するタイミングにて制御回路１４はティース４ｂがＮ極、ティース４ａがＳ極となる電流の向きでモータコイル６が通電するように、ＦＥＴ２３ａとＦＥＴ２４ｂをオンしてティース４ａ及びティース４ｂを励磁する。するとティース４ａ及びティース４ｂとマグネットロータ２との間に斥力が発生し、マグネットロータ２に回転トルクを与えるためマグネットロータ２は逆回転（図６において反時計回り）を続ける。以後、Ｓ１１からＳ１４を繰り返して逆回転を継続する。

磁気センサ９は磁気センサ７よりもマグネットロータ２の逆回転方向に対して進角が進んだティース４ａ近傍に取り付けられているため、磁気センサ７によりモータを逆回転させる実施例１に比べて、格段にモータ効率を上げることができる。

また、磁気センサ９の進角をモータ高速逆回転時に合わせておき、出力指示回路１６のスイッチＳＷ３と制御回路１４への出力可変指示（たとえばＰＷＭ信号等）を連動させて、モータ高出力の指示を制御回路１４へ出したときに出力指示回路１６のスイッチＳＷ３をオンするようにしておけば、モータ高出力時に回転数も高くなった場合に格段にモータ効率を上げることができる。

以上説明したように本実施例２によれば、簡素な構成の回路でモータの逆回転運転時のモータ効率の高い単相ブラシレスＤＣモータを提供することができ、また逆回転運転時のモータ出力に応じたモータ効率が高い単相ブラシレスＤＣモータを提供することができる。

次に、本発明に係る単相ブラシレスＤＣモータの駆動回路の実施例３を図１〜図３、図７を用いて説明する。本実施例３において、実施例１と同じ構成及び作用効果を有するものについては実施例１と同一の符号を付し、その詳細な説明については実施例１の説明を援用する。

本実施例３が実施例１と異なる部分は、出力指示回路１６と出力可変回路１７が必須の構成であることである。また本実施例の選択回路１２は、回転方向指示回路１１と出力指示回路１６とに従って、複数の磁気センサを選択する点と、正回転起動時には磁気センサ８（第２磁極位置検出手段）を選択し、出力指示回路１６が出力指示した後は、磁気センサ１０（第４磁極位置検出手段）を選択する点である。

モータ正回転中において、回転方向指示回路１１のＳＷ２はオンされており、制御電源１８の電圧がダイオードＤ７、ダイオードＤ８を経由してスイッチＳＷ４、スイッチＳＷ５に印加されてスイッチＳＷ４、スイッチＳＷ５がオンし、磁気センサ９及び磁気センサ７の出力電圧を接地電位２２と同電位にする。出力指示回路１６のスイッチＳＷ３がオフしている場合、抵抗Ｒ４の両端電圧は接地電位２２と同電位であり、ＮＯＴ回路ＮＴ５によって反転された正電圧がダイオードＤ１２を経由してスイッチＳＷ７に印加されてスイッチＳＷ７がオンし、磁気センサ１０の出力電圧を接地電位２２と同電位にする。この結果、磁気センサ８の出力のみがダイオードＤ２を経由して制御回路１４へと出力されている。このときの正回転動作は実施例１に記載のとおり、図４のＳ２’からＳ５’を繰り返す。

ここで出力指示回路１６のスイッチＳＷ３がオンした場合、制御電源１８の電圧がダイオードＤ１１を経由してスイッチＳＷ６に印加されてスイッチＳＷ６をオンし、磁気センサ８の出力電圧を接地電位２２と同電位にする。また、制御電源１８の電圧がＮＯＴ回路ＮＴ５によって反転した出力は接地電位２２と同電位となり、ダイオードＤ１２の出力電圧も接地電位２２と同電位となり、スイッチＳＷ７がオフされる。この結果、磁気センサ１０の出力のみがダイオードＤ１を経由して制御回路１４へと出力される。

図７のＳ１１’において、磁気センサ１０は対面するマグネットロータ２の磁極がＮ極であることを検知している。磁気センサ１０の信号を受けて制御回路１４はティース４ｂがＮ極、ティース４ａがＳ極となる電流の向きでモータコイル６が通電するように、例えばＦＥＴ２３ａとＦＥＴ２４ｂをオンしてティース４ａ及びティース４ｂを励磁している。するとティース４ａ及びティース４ｂとマグネットロータ２との間に斥力が発生し、マグネットロータ２に回転トルクを与えるためマグネットロータ２は正回転（図７において時計回り）を続ける。

次いでＳ１２’において、磁気センサ１０は対面するマグネットロータ２の磁極がＳ極に切り替わったことを検知する。磁気センサ１０の信号を受けて制御回路１４はＦＥＴ２３ａとＦＥＴ２４ｂをオフしてモータコイル６の通電を停止し、ティース４ａ及びティース４ｂの励磁を停止する。しかしマグネットロータ２は慣性力とリラクタンスによるティース４ａ及びティース４ｂとマグネットロータ２間とに発生する引力により正回転を持続するため、マグネットロータ２の磁気中心がティース４ａ及びティース４ｂの中心と一致するタイミングにて制御回路１４はティース４ｂがＳ極、ティース４ａがＮ極となる電流の向きでモータコイル６が通電するように、ＦＥＴ２３ｂとＦＥＴ２４ａをオンしてティース４ａ及びティース４ｂを励磁する。するとティース４ａ及びティース４ｂとマグネットロータ２との間に斥力が発生し、マグネットロータ２に回転トルクを与えるためマグネットロータ２は正回転（図７において時計回り）を続ける。

次いでＳ１３’において、磁気センサ１０はＳ１２’に引き続き、対面するマグネットロータ２の磁極がＳ極であることを検知している。磁気センサ１０の信号を受けて制御回路１４はティース４ｂがＳ極、ティース４ａがＮ極となる電流の向きでモータコイル６が通電するように、ＦＥＴ２３ｂとＦＥＴ２４ａをオンしてティース４ａ及びティース４ｂを励磁している。するとティース４ａ及びティース４ｂとマグネットロータ２との間に斥力が発生し、マグネットロータ２に回転トルクを与えるためマグネットロータ２は正回転（図７において時計回り）を続ける。

次いでＳ１４’において、磁気センサ１０は対面するマグネットロータ２の磁極がＮ極に切り替わったことを検知する。磁気センサ１０の信号を受けて制御回路１４はＦＥＴ２３ｂとＦＥＴ２４ａをオフしてモータコイル６の通電を停止し、ティース４ａ及びティース４ｂの励磁を停止する。しかしマグネットロータ２は慣性力とリラクタンスによるティース４ａ及びティース４ｂとマグネットロータ２間とに発生する引力により正回転を持続するため、マグネットロータ２の磁気中心がティース４ａ及びティース４ｂの中心と一致するタイミングにて制御回路１４はティース４ｂがＮ極、ティース４ａがＳ極となる電流の向きでモータコイル６が通電するように、ＦＥＴ２３ａとＦＥＴ２４ｂをオンしてティース４ａ及びティース４ｂを励磁する。するとティース４ａ及びティース４ｂとマグネットロータ２との間に斥力が発生し、マグネットロータ２に回転トルクを与えるためマグネットロータ２は正回転（図７において時計回り）を続ける。以後、Ｓ１１’からＳ１４’を繰り返して正回転を継続する。

ここで磁気センサ１０の進角をモータ高速正回転時に合わせておき、出力指示回路１６のスイッチＳＷ３と制御回路１４の出力可変回路１７への出力可変指示（たとえばＰＷＭ信号等）を連動させ、モータ高出力の指示を制御回路１４へ出したときに出力指示回路１６のスイッチＳＷ３をオンするようにしておけば、モータ高出力時に回転数も高くなった場合に格段にモータ効率を上げることができる。

以上説明したように本実施例３によれば、簡素な構成の回路でモータの正回転運転時のモータ出力に応じたモータ効率が高い単相ブラシレスＤＣモータを提供することができる。

なお、上記実施例の出力指示回路はスイッチＳＷ３に対して高速回転用磁気センサ（９もしくは１０）が選択されたが、スイッチ及び対応する磁気センサを増やすことで、多様なモータ出力に応じてモータ効率を最適化することができる。

以上好ましい実施例を説明したが、これらは本発明を限定するものではない。例えば、本実施例の単相ブラシレスＤＣモータの駆動回路では、スイッチング回路１２を構成するスイッチング素子をＦＥＴとしたが、バイポーラ・トランジスタまたはＩＧＢＴのＮＰＮ型及びＰＮＰ型としても同様に簡素な回路構成を実現できる。

また、上記実施例のスイッチはトランジスタやＦＥＴ、リレー等により構成することができる。

さらに、上記実施例のタイマーはコンデンサと抵抗による時定数回路を用いて構成したが、専用タイマーＩＣやマイクロコンピュータからの指示にても実現できる。

本発明が適用される単相ブラシレスＤＣモータの構造と磁気センサの配置を説明する模式断面図である。本発明の実施例１〜３における単相ブラシレスＤＣモータの駆動回路を説明するブロック図である。実施例１〜３における駆動回路の要部を説明する回路図である。実施例１における正回転時の単相ブラシレスＤＣモータのティースとロータマグネット、及び磁気センサとの相対位置関係を示す模式断面図である。実施例１における逆回転時の単相ブラシレスＤＣモータのティースとロータマグネット、及び磁気センサとの相対位置関係を示す模式断面図である。実施例２における逆回転時の単相ブラシレスＤＣモータのティースとロータマグネット、及び磁気センサとの相対位置関係を示す模式断面図である。実施例３における正回転時の単相ブラシレスＤＣモータのティースとロータマグネット、及び磁気センサとの相対位置関係を示す模式断面図である。

符号の説明

１単相ブラシレスＤＣモータ
２マグネットロータ
３ステータコア
４ａティース
４ｂティース
５スロット
６モータコイル
７磁気センサ（第１磁極位置検出手段）
８磁気センサ（第２磁極位置検出手段）
９磁気センサ（第３磁極位置検出手段）
１０磁気センサ（第４磁極位置検出手段）
１１回転方向指示回路
１２選択回路
１３スイッチング回路
１４制御回路
１５タイマー
１６出力指示回路
１７出力可変回路

Claims

複数の磁極を有し回転自在に支持されたマグネットロータと、複数のスロットと複数のティースをもち前記マグネットロータに前記ティースを対向して配置するステータコアと、前記スロットに擁されたモータコイルと、を有する単相ブラシレスＤＣモータを駆動する単相ブラシレスＤＣモータの駆動回路であって、
前記ティースの形状は、モータ回転軸方向から見て略Ｔ字形状をしており、その略Ｔ字形状は左右非対称であり、前記マグネットロータの静止時には前記磁極の中心が前記ティースの中心よりもモータ正回転側に移動して静止する形状であり、
前記マグネットロータの磁極位置の検出信号である位置検出信号をそれぞれ出力する複数の磁極位置検出手段と、
前記マグネットロータの回転方向を指示する回転方向指示回路と、
前記回転方向指示回路の指示に基づいて前記複数の磁極位置検出手段の位置検出信号を選択して出力する選択回路と、
前記モータコイルを駆動するスイッチング回路と、
前記選択回路が選択した位置検出信号に基づいて前記スイッチング回路を制御して前記モータコイルの通電方向及び通電を制御する制御回路と、を備え、
前記複数の磁極位置検出手段は、
前記ティース間の中央である、進角０度近傍の所定の範囲に配置された第１磁極位置検出手段と、第１磁極位置検出手段の位置よりモータ正回転方向に所定の進角を有するように配置された第２磁極位置検出手段と、前記マグネットロータの逆回転方向に対して、第１磁極位置検出手段よりも進角が進んだ少なくとも一つの第３磁極位置検出手段と、前記マグネットロータの正回転方向に対して、第２磁極位置検出手段よりも進角が進んだ少なくとも一つの第４磁極位置検出手段と、を備え、
前記回転方向指示回路が正回転を指示している起動時には、前記選択回路は、第２磁極位置検出手段の位置検出信号を選択して出力し、前記制御回路は、前記選択回路の出力に基づいて、対向する前記マグネットロータの磁極に対して前記ティースが斥力を生む前記モータコイルの通電方向となるように前記スイッチング回路を制御して前記マグネットロータを起動させ、
前記回転方向指示回路が逆回転を指示している起動時には、前記選択回路は、第１磁極位置検出手段の位置検出信号を選択して出力し、前記制御回路は、前記選択回路の出力に基づいて、対向する前記マグネットロータの磁極に対して前記ティースが引力を生む前記モータコイルの通電方向となるように前記スイッチング回路を制御して前記マグネットロータを起動させることを特徴とする単相ブラシレスＤＣモータの駆動回路。
モータ起動時から所定の時間経過後信号を出力するタイマーを備え、
前記選択回路は、前記回転方向指示回路と前記タイマーからの信号に基づいて前記複数の磁極位置検出手段のうちいずれか一つを選択する選択回路であり、
前記マグネットロータの逆回転起動時から所定の時間経過後は、前記選択回路は、第３磁極位置検出手段の位置検出信号を選択して出力することを特徴とする請求項１記載の単相ブラシレスＤＣモータの駆動回路。
モータ出力を指示する出力指示回路と、前記出力指示回路からの信号を受けてモータ出力を変化させる出力可変回路を備え、
前記選択回路は、前記出力指示回路の信号に基づいて前記磁極位置検出手段のうちいずれか一つを選択し、
前記回転方向指示回路が逆回転を指示している時には、前記選択回路は、モータ出力に応じて第１磁極位置検出手段または第３磁極位置検出手段が出力する位置検出信号を選択することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の単相ブラシレスＤＣモータの駆動回路。
前記回転方向指示回路が正回転を指示している時には、前記選択回路は、モータ出力に応じて第２磁極位置検出手段または第４磁極位置検出手段が出力する位置検出信号を選択することを特徴とする請求項３に記載の単相ブラシレスＤＣモータの駆動回路。