JP5150650B2 - Motor drive device - Google Patents

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    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
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Description

本発明は、例えばＤＣブラシレスモータをセンサ駆動とセンサレス駆動を切り替えて駆動するモータ駆動装置に関する。   The present invention relates to a motor driving device that drives, for example, a DC brushless motor by switching between sensor driving and sensorless driving.

例えばＤＣブラシレスモータに設けられるモータ駆動装置の駆動方式には、ホールセンサなどのロータ位置センサを使用するセンサ駆動方式と、モータコイルに生じる誘起電圧からロータ位置情報を生成するセンサレス駆動方式の２種類がある。
例えば、ハードディスクやＤＶＤなどの記憶媒体は高密度化と小型化が進んでおり駆動源であるスピンドルモータの高精度化が要求されている。あるいはレーザープリンタのポリゴンミラーや各種ビデオ装置の駆動源に用いられるスピンドルモータにおいても同様である。
特に近年、ＦＤＢ（動圧軸受け）が急速に普及し軸受けの精度と剛性が高まったことから、モータの回転にさらなる高精度化が要求されており、高精度化する際のセンサに起因する誤差が無視できない状況となりつつある。センサにつきまとう様々な誤差要因、例えば取付け位置誤差・応答性・温度や電圧によるドリフト・偏芯誤差などが存在するため、センサの改善では限界があり、それらを解決するにはセンサレス駆動が適している。
しかしながら、センサレス駆動は始動が困難、過負荷に対応できない、線速度一定運転などでの制御性が悪いといった課題がある。そこで、従来のセンサ付モータで始動や変速・減速時はセンサ駆動を行い、高精度が必要なときだけセンサレス駆動を行えば双方の欠点を補う理想的な駆動方式となる（例えば特開２００２−２９１２８２号公報）。高精度を実現するため、従来はエンコーダ付モータによるサーボシステムが用いられるが大型化し高価格である。
ここで図１５に３相ＤＣブラシレスモータを用いて３相全波１２０°矩形波駆動する場合のタイミングチャートを示す。モータにはロータ位置を検出するための３個のホールセンサＡ，Ｂ，Ｃが内蔵されていて１２０°位相差のセンサ信号を発生する。６励磁位置（励磁ステート）で１電気角だけ回転し、１励磁ステートは電気角で６０°に相当する。図１５において、励磁ステート番号が１から６へ進むときにモータが所定の向きに回転するものとする。
モータ駆動装置は、ホールセンサ信号から６０°ごとに励磁ステートを選択して励磁信号を生成し、モータコイルへ通電するセンサ駆動を行う。また、モータコイルに誘起される誘起電圧からロータ位置を検出し、励磁ステートを選択するセンサレス駆動を切り替えるようになっている。
センサ駆動とセンサレス駆動を切り替える場合の励磁ステートの位相は、以下に説明するように通常一致しない。これは、センサ誤差や着磁誤差に起因するものが大きく、これらの影響をなくすことは難しい。
励磁ステートの位相不一致期間内にセンサ駆動とセンサレス駆動の切替えが発生した場合について図１６乃至図１９のタイミングチャートを参照して説明する。尚、駆動切替え信号はコントローラからの指令によりセンサ駆動若しくはセンサレス駆動が選択される。指令はセレクタ部に入力され、セレクタ部は駆動方式に応じた励磁ステートを選択してデコーダなどの駆動部へセレクタ出力として出力する。
図１６は、センサ駆動からセンサレス駆動に移行する際に移行先（図１６ではセンサレス駆動）の励磁ステートの位相が進んでいるケースを示す。
図１７は、センサ駆動からセンサレス駆動に移行する際に移行先（図１７ではセンサレス駆動）の励磁ステートの位相が遅れているケースを示す。
図１８は、センサレス駆動からセンサ駆動に移行する際に移行先（図１８ではセンサ駆動）の励磁ステートの位相が進んでいるケースを示す。
図１９は、センサレス駆動からセンサ駆動に移行する際に移行先（図１９ではセンサ駆動）の励磁ステートの位相が遅れているケースを示す。
図１７と図１９において、移行先の励磁ステートの位相が遅れている場合には、セレクタ出力の励磁ステートが戻る期間が発生する。この励磁ステートの戻りはモータが逆回転することを意味する。
センサ駆動とセンサレス駆動とで相互に切り替えるとき、励磁ステートがずれるとそれ以降の駆動切替えができなくなるという課題があった。For example, there are two types of driving methods for a motor driving device provided in a DC brushless motor: a sensor driving method that uses a rotor position sensor such as a hall sensor and a sensorless driving method that generates rotor position information from an induced voltage generated in a motor coil. There is.
For example, storage media such as hard disks and DVDs are increasing in density and size, and there is a demand for higher accuracy of a spindle motor as a drive source. The same applies to a spindle motor used as a drive source for a polygon mirror of a laser printer or various video apparatuses.
In particular, in recent years, FDB (dynamic pressure bearing) has been rapidly spread and the accuracy and rigidity of the bearing have increased, and therefore, higher accuracy is required for the rotation of the motor, and errors caused by the sensor when the accuracy is increased. Is becoming a situation that cannot be ignored. There are various error factors associated with the sensor, such as mounting position error, responsiveness, drift due to temperature and voltage, eccentricity error, etc., so there are limitations in improving the sensor, and sensorless drive is suitable for solving these Yes.
However, sensorless driving has problems such as difficulty in starting, inability to cope with overload, and poor controllability during constant linear speed operation. Therefore, if a conventional motor with a sensor performs sensor driving at the time of starting, shifting, and decelerating, and performing sensorless driving only when high accuracy is required, an ideal driving system that compensates for both disadvantages can be obtained (for example, JP-A-2002-2002). No. 291282). In order to achieve high accuracy, a servo system using a motor with an encoder has been used in the past, but it is large and expensive.
Here, FIG. 15 shows a timing chart in the case of three-phase full-wave 120 ° rectangular wave drive using a three-phase DC brushless motor. The motor has three Hall sensors A, B, and C for detecting the rotor position, and generates a sensor signal having a phase difference of 120 °. It rotates by one electrical angle at six excitation positions (excitation states), and one excitation state corresponds to 60 ° in electrical angle. In FIG. 15, it is assumed that the motor rotates in a predetermined direction when the excitation state number advances from 1 to 6.
The motor drive device selects an excitation state every 60 ° from the Hall sensor signal, generates an excitation signal, and performs sensor drive to energize the motor coil. In addition, the sensorless drive for detecting the rotor position from the induced voltage induced in the motor coil and selecting the excitation state is switched.
The phase of the excitation state when switching between sensor driving and sensorless driving usually does not match as described below. This is largely due to sensor errors and magnetization errors, and it is difficult to eliminate these effects.
A case where switching between sensor driving and sensorless driving occurs within the phase mismatch period of the excitation state will be described with reference to the timing charts of FIGS. As the drive switching signal, sensor drive or sensorless drive is selected according to a command from the controller. The command is input to the selector unit, and the selector unit selects an excitation state corresponding to the driving method and outputs it as a selector output to a driving unit such as a decoder.
FIG. 16 shows a case where the phase of the excitation state of the transition destination (sensorless drive in FIG. 16) is advanced when shifting from sensor drive to sensorless drive.
FIG. 17 shows a case where the phase of the excitation state of the transfer destination (sensorless drive in FIG. 17) is delayed when shifting from sensor drive to sensorless drive.
FIG. 18 shows a case where the phase of the excitation state of the transfer destination (sensor drive in FIG. 18) is advanced when shifting from sensorless drive to sensor drive.
FIG. 19 shows a case where the phase of the excitation state of the transition destination (sensor drive in FIG. 19) is delayed when shifting from sensorless driving to sensor driving.
In FIGS. 17 and 19, when the phase of the excitation state at the transition destination is delayed, a period for returning the excitation state of the selector output occurs. This return of the excitation state means that the motor rotates in the reverse direction.
When switching between sensor driving and sensorless driving, there is a problem that if the excitation state is shifted, the subsequent driving cannot be switched.

本発明の目的は、センサ駆動とセンサレス駆動を相互に切り替える際に励磁位置の位相ずれの影響を受けないで駆動切替えが行えるモータ駆動装置を提供することにある。
本発明は上記目的を達成するため、次の第１の構成を備える。
センサ駆動による励磁切替え位相と若しくはセンサレス駆動の励磁切替え位相のいずれかを選択する駆動切替え信号を出力しモータ駆動を制御するコントローラと、コントローラからの駆動切替え信号に応じて、ロータ位置センサで検出されるロータ位置信号に基づき励磁切替え信号を生成するセンサ駆動と、モータコイルに誘起される誘起電圧からロータ位置信号を生成し、当該ロータ位置信号に基づき励磁切替え信号を生成するセンサレス駆動とで相互に切り替える駆動切替え手段と、ロータ位置センサによるロータ位置信号とモータコイルの誘起電圧によるロータ位置信号との不一致若しくはセンサ駆動による励磁切替え位相とセンサレス駆動による励磁切替え位相との不一致を検出して不一致信号を出力する不一致検出手段と、不一致信号が検出されている場合には、コントローラからの駆動切替え信号をホールドし、一致が検出されている場合にはコントローラからのセレクト信号として駆動切替え手段に出力するホールド手段と、駆動切替え手段から出力される励磁切替え信号に基づき出力段を切り替えてモータコイルを励磁するモータ出力部を備え、コントローラは、所定のタイミングでセンサ駆動若しくはセンサレス駆動へ切り替える駆動切替え信号をホールド手段へ出力し、該ホールド手段は不一致検出信号が検出されている間は駆動切替え信号をホールドし、一致が検出されている間はセレクト信号として駆動切替え手段へ出力してモータの駆動切替えが行われることを特徴とする。
また、ロータ位置センサに検出されるロータ位置信号とモータコイルの誘起電圧によるロータ位置信号との位相の進み遅れを判定し、位相判別信号を不一致検出手段へ出力する位相判別手段を備え、不一致検出手段は、駆動切替えによる移行先のロータ位置信号の位相が進んでいる場合には、不一致信号をホールド手段へ出力せずセレクト信号を駆動切替え手段へ出力することを特徴とする。
或いは、位相判別手段から位相判別信号がホールド手段へ入力されており、ホールド手段は不一致検出信号が検出されていても、駆動切替えによる移行先のロータ位置信号の位相が進んでいる場合には、ホールド動作を行なわずにセレクト信号を駆動切替え手段へ出力することを特徴とする。
また、センサレス駆動を選択している間は、ロータ位置センサへの給電を停止することを特徴とする。
次に第２の構成としては、センサ駆動若しくはセンサレス駆動のいずれかを選択する駆動切替え信号を出力しモータ駆動を制御するコントローラと、ロータ位置センサによるロータ位置信号とモータコイルの誘起電圧によるロータ位置信号とのエッジを各々検出し若しくはセンサ駆動の励磁切替え位相とセンサレス駆動の励磁切替え位相の変化点を検出してエッジ信号を出力するエッジ検出手段と、コントローラからの駆動切替え信号をエッジ検出手段からのエッジ信号でラッチし、ラッチした駆動切替え信号をセレクト信号として出力する同期手段と、同期手段からのセレクト信号に応じて、ロータ位置センサの検出信号に基づき励磁切替え信号を生成するセンサ駆動と、モータコイルに誘起される誘起電圧からロータ位置信号を生成し、当該ロータ位置信号に基づき励磁切替え信号を生成するセンサレス駆動とで相互に切り替える駆動切替え手段と、駆動切替え手段から出力される励磁切替え信号に基づき出力段を切り替えてモータコイルを励磁するモータ出力部を備え、コントローラは、所定のタイミングでセンサ駆動若しくはセンサレス駆動へ切り替える駆動切替え信号を同期手段に出力し、同期手段はエッジ信号にトリガーされて駆動切替え信号を記憶し移行先の励磁切替え位相の変化点でセレクト信号として駆動切替え手段へ出力してモータの駆動切替えが行われることを特徴とする。
また、ロータ位置センサに検出されるロータ位置信号とモータコイルの誘起電圧によるロータ位置信号との位相の進み遅れを判定し、位相判別信号を同期手段へ出力する位相判別手段を備え、同期手段は、駆動切替えによる移行先のロータ位置信号の位相が進んでいる場合には、エッジ信号に同期することなくセレクト信号を駆動切替え手段へ出力してモータの駆動切替えが行われることを特徴とする。
また、センサレス駆動を選択している間は、ロータ位置センサへの給電を停止することを特徴とする。An object of the present invention is to provide a motor drive device that can perform drive switching without being affected by the phase shift of the excitation position when switching between sensor drive and sensorless drive.
In order to achieve the above object, the present invention comprises the following first configuration.
A controller that controls motor drive by outputting a drive switching signal that selects either the excitation switching phase by sensor drive or the excitation switching phase of sensorless drive, and is detected by the rotor position sensor according to the drive switching signal from the controller The sensor drive that generates the excitation switching signal based on the rotor position signal and the sensorless drive that generates the rotor position signal from the induced voltage induced in the motor coil and generates the excitation switching signal based on the rotor position signal. A mismatch signal is generated by detecting a mismatch between the rotor position signal from the rotor position sensor and the rotor position signal due to the induced voltage of the motor coil or the mismatch between the excitation switching phase due to sensor driving and the excitation switching phase due to sensorless driving. Disagreement detection means to output When the signal is detected, the drive switching signal from the controller is held, and when coincidence is detected, the hold means that outputs to the drive switching means as the select signal from the controller, and the output from the drive switching means A motor output unit that excites the motor coil by switching the output stage based on the excitation switching signal, and the controller outputs a drive switching signal for switching to sensor driving or sensorless driving at a predetermined timing to the holding means. While the mismatch detection signal is detected, the drive switching signal is held, and while the match is detected, the drive switching signal is output to the drive switching means as a select signal, and the drive switching of the motor is performed.
In addition, a phase discrimination means is provided for determining the phase advance and delay between the rotor position signal detected by the rotor position sensor and the rotor position signal due to the induced voltage of the motor coil, and for outputting a phase discrimination signal to the mismatch detection means. The means is characterized in that, when the phase of the rotor position signal at the transfer destination by drive switching is advanced, the select signal is output to the drive switching means without outputting the mismatch signal to the holding means.
Alternatively, when the phase discrimination signal is input from the phase discrimination unit to the hold unit, and the phase of the rotor position signal of the transfer destination by the drive switching is advanced even though the mismatch detection signal is detected by the hold unit, A selection signal is output to the drive switching means without performing the hold operation.
In addition, the power supply to the rotor position sensor is stopped while the sensorless drive is selected.
Next, as a second configuration, a controller that outputs a drive switching signal for selecting either sensor driving or sensorless driving to control motor driving, a rotor position signal by a rotor position sensor, and a rotor position by an induced voltage of a motor coil Edge detection means for detecting edge of each signal or detecting change point of excitation switching phase for sensor driving and excitation switching phase for sensorless driving and outputting edge signal, and driving switching signal from controller from edge detection means A synchronization unit that latches with the edge signal and outputs the latched drive switching signal as a select signal, and a sensor drive that generates an excitation switching signal based on the detection signal of the rotor position sensor in response to the select signal from the synchronization unit, A rotor position signal is generated from an induced voltage induced in the motor coil, A drive switching unit that switches between sensorless driving that generates an excitation switching signal based on the rotor position signal, and a motor output unit that excites the motor coil by switching the output stage based on the excitation switching signal output from the drive switching unit. The controller outputs a drive switching signal for switching to sensor driving or sensorless driving at a predetermined timing to the synchronizing means, and the synchronizing means is triggered by the edge signal to store the driving switching signal and change the excitation switching phase at the transition destination Then, the drive signal is output as a select signal to the drive switching means, and the drive of the motor is switched.
In addition, a phase discrimination unit is provided for determining a phase delay between the rotor position signal detected by the rotor position sensor and the rotor position signal due to the induced voltage of the motor coil, and outputting a phase discrimination signal to the synchronization unit. When the phase of the rotor position signal of the transfer destination due to drive switching is advanced, the drive switching of the motor is performed by outputting the select signal to the drive switching means without synchronizing with the edge signal.
In addition, the power supply to the rotor position sensor is stopped while the sensorless drive is selected.

発明の効果
上述した第１の構成に係るモータ駆動装置を用いれば、コントローラは、所定のタイミングでセンサ駆動若しくはセンサレス駆動へ切り替える駆動切替え信号をホールド手段へ出力し、該ホールド手段は不一致検出信号が検出されている間は駆動切替え信号をホールドし、一致が検出されている間はセレクト信号として駆動切替え手段へ出力してモータの駆動切替えが行われる。よって、センサ誤差や着磁誤差に起因する励磁切替え位相の進みや遅れの影響を受けずにセンサ駆動からセンサレス駆動へ若しくはセンサレス駆動からセンサ駆動へ切り替えることができる。
また、不一致検出手段は、駆動切替えによる移行先のロータ位置信号の位相が進んでいる場合には、不一致信号をホールド手段へ出力せずセレクト信号を駆動切替え手段へ出力する。
或いは、位相判別手段から位相判別信号がホールド手段へ入力されており、ホールド手段は不一致検出信号が検出されていても、駆動切替えによる移行先のロータ位置信号の位相が進んでいる場合には、ホールド動作を行なわずにセレクト信号を駆動切替え手段へ出力する。
これにより、ホールド手段は駆動切替え信号に応じたセレクト信号をリアルタイムで駆動切り替え手段に出力して、ロータ位置信号の位相（励磁切替え位相）が切り替わるのを待たずにモータの駆動切替えを迅速に行える。よって、移行先の最初の励磁位置（励磁ステート）の位相期間の短縮を最小限にとどめることができ、モータ駆動を安定させることができる。
また、モータ駆動停止時及びセンサレス駆動を選択している間は、ロータ位置センサへの給電を停止すると、モータの温度上昇を抑えモータ駆動装置の消費電力を低減することができる。
また、第２の構成に係るモータ駆動装置を用いれば、ロータ位置センサによるロータ位置信号とモータコイルの誘起電圧によるロータ位置信号とのエッジを各々検出し若しくはセンサ駆動の励磁位置とセンサレス駆動の励磁位置の変化点を検出してエッジ信号を出力するエッジ検出手段と、コントローラからの駆動切替え信号をエッジ検出手段からのエッジ信号でラッチし、ラッチしたエッジ信号をセレクト信号として出力する同期手段を備え、コントローラは、所定のタイミングでセンサ駆動若しくはセンサレス駆動へ切り替える駆動切替え信号を同期手段に出力し、同期手段はエッジ信号によってトリガーされてセレクト信号を駆動切替え手段へ出力してモータの駆動切替えが行われる。
これにより、センサ駆動とセンサレス駆動とで励磁切替え位相がずれていても、同期手段はエッジ信号にトリガーされて駆動切替え信号を記憶し移行先の励磁切替え位相の変化点でセレクト信号として出力して駆動切替えが行われる。よって、センサ誤差や着磁誤差に起因する励磁切替え位相のずれの影響を受けずにセンサ駆動からセンサレス駆動へ若しくはセンサレス駆動からセンサ駆動へ切り替えることができる。
また、ロータ位置センサに検出されるロータ位置信号とモータコイルの誘起電圧によるロータ位置信号との位相の進み遅れを判定し、位相判別信号を同期手段へ出力する位相判別手段を備え、同期手段は、駆動切替えによる移行先のロータ位置信号の位相が進んでいる場合には、エッジ信号に同期することなくセレクト信号を駆動切替え手段へ出力してモータの駆動切替えが行われる。これにより、同期手段は駆動切替え信号に応じたセレクト信号をリアルタイムで駆動切り替え手段に出力して駆動切替えする。よって、移行先の最初の励磁位置（励磁ステート）の位相期間の短縮を最小限にとどめることができ、モータ駆動を安定させることができる。
以上により、センサ駆動とセンサレス駆動との切り替えを励磁シーケンスが狂うことなく自動化でき、小型・低価格で高精度なモータ駆動装置を提供できる。Effects of the Invention If the motor driving device according to the first configuration described above is used, the controller outputs a drive switching signal for switching to sensor driving or sensorless driving at a predetermined timing to the holding means, and the holding means receives a mismatch detection signal. While the signal is detected, the drive switching signal is held. When the coincidence is detected, the drive switching signal is output to the drive switching means as a select signal, and the drive of the motor is switched. Therefore, it is possible to switch from sensor driving to sensorless driving or from sensorless driving to sensor driving without being affected by the advance or delay of the excitation switching phase caused by sensor error or magnetization error.
Further, the mismatch detection means outputs the select signal to the drive switching means without outputting the mismatch signal to the hold means when the phase of the rotor position signal of the transfer destination by the drive switching is advanced.
Alternatively, when the phase discrimination signal is input from the phase discrimination unit to the hold unit, and the phase of the rotor position signal of the transfer destination by the drive switching is advanced even though the mismatch detection signal is detected by the hold unit, The select signal is output to the drive switching means without performing the hold operation.
As a result, the hold means outputs a select signal corresponding to the drive switching signal to the drive switching means in real time, and can quickly switch the drive of the motor without waiting for the phase of the rotor position signal (excitation switching phase) to switch. . Therefore, the shortening of the phase period of the first excitation position (excitation state) at the transition destination can be minimized, and the motor drive can be stabilized.
In addition, when power supply to the rotor position sensor is stopped while the motor drive is stopped and while sensorless drive is selected, the temperature increase of the motor can be suppressed and the power consumption of the motor drive device can be reduced.
Further, if the motor driving device according to the second configuration is used, the edges of the rotor position signal by the rotor position sensor and the rotor position signal by the induced voltage of the motor coil are detected respectively, or the excitation position of the sensor drive and the excitation of the sensorless drive Edge detection means for detecting a position change point and outputting an edge signal; and synchronization means for latching a drive switching signal from the controller with an edge signal from the edge detection means and outputting the latched edge signal as a select signal The controller outputs a drive switching signal for switching to sensor driving or sensorless driving to a synchronizing means at a predetermined timing, and the synchronizing means is triggered by an edge signal and outputs a select signal to the driving switching means to switch the driving of the motor. Is called.
As a result, even if the excitation switching phase is shifted between sensor drive and sensorless drive, the synchronization means is triggered by the edge signal, stores the drive switching signal, and outputs it as a select signal at the transition point of the excitation switching phase at the transition destination. Drive switching is performed. Therefore, it is possible to switch from the sensor drive to the sensorless drive or from the sensorless drive to the sensor drive without being affected by the deviation of the excitation switching phase caused by the sensor error or the magnetization error.
In addition, a phase discrimination unit is provided for determining a phase delay between the rotor position signal detected by the rotor position sensor and the rotor position signal due to the induced voltage of the motor coil, and outputting a phase discrimination signal to the synchronization unit. When the phase of the rotor position signal of the transfer destination by the drive switching is advanced, the select signal is output to the drive switching means without synchronizing with the edge signal, and the drive switching of the motor is performed. As a result, the synchronization means outputs a select signal corresponding to the drive switching signal to the drive switching means in real time to switch the drive. Therefore, the shortening of the phase period of the first excitation position (excitation state) at the transition destination can be minimized, and the motor drive can be stabilized.
As described above, switching between sensor driving and sensorless driving can be automated without losing the excitation sequence, and a small, low-cost, high-precision motor driving device can be provided.

第１実施例に係るモータ駆動装置のブロック構成図である。It is a block block diagram of the motor drive device which concerns on 1st Example. 図１のブロック構成の一例を示す部分回路図である。FIG. 2 is a partial circuit diagram illustrating an example of a block configuration in FIG. 1. センサ駆動からセンサレス駆動へ駆動を切り替える際の励磁シーケンスとセレクタ出力との関係を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the relationship between the excitation sequence at the time of switching a drive from a sensor drive to a sensorless drive, and a selector output. センサレス駆動からセンサ駆動へ駆動を切り替える際の励磁シーケンスとセレクタ出力との関係を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the relationship between the excitation sequence at the time of switching a drive from a sensorless drive to a sensor drive, and a selector output. センサ駆動からセンサレス駆動へ駆動を切り替える際の励磁シーケンスとセレクタ出力との関係を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the relationship between the excitation sequence at the time of switching a drive from a sensor drive to a sensorless drive, and a selector output. 第２実施例に係るモータ駆動装置のブロック構成図である。It is a block block diagram of the motor drive device which concerns on 2nd Example. 図６のブロック構成の一例を示す部分回路図である。FIG. 7 is a partial circuit diagram illustrating an example of a block configuration of FIG. 6. センサ駆動からセンサレス駆動へ駆動を切り替える際の励磁シーケンスとセレクタ出力との関係を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the relationship between the excitation sequence at the time of switching a drive from a sensor drive to a sensorless drive, and a selector output. 第３実施例に係るモータ駆動装置のブロック構成図である。It is a block block diagram of the motor drive device which concerns on 3rd Example. 図９のブロック構成の一例を示す部分回路図である。FIG. 10 is a partial circuit diagram illustrating an example of a block configuration of FIG. 9. センサ駆動からセンサレス駆動へ駆動を切り替える際の励磁シーケンスとセレクタ出力との関係を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the relationship between the excitation sequence at the time of switching a drive from a sensor drive to a sensorless drive, and a selector output. センサレス駆動からセンサ駆動へ駆動を切り替える際の励磁シーケンスとセレクタ出力との関係を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the relationship between the excitation sequence at the time of switching a drive from a sensorless drive to a sensor drive, and a selector output. センサ駆動からセンサレス駆動へ駆動を切り替える際の励磁シーケンスとセレクタ出力との関係を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the relationship between the excitation sequence at the time of switching a drive from a sensor drive to a sensorless drive, and a selector output. 第４実施例に係るモータ駆動装置のブロック構成図である。It is a block block diagram of the motor drive device which concerns on 4th Example. ３相ＤＣブラシレスモータを用いて３相全波１２０°矩形波駆動する場合のタイミングチャートである。It is a timing chart in the case of driving three-phase full-wave 120 ° rectangular wave using a three-phase DC brushless motor. センサ駆動からセンサレス駆動に移行する際に移行先の位相が進んでいる場合の励磁シーケンスとセレクタ出力との関係を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the relationship between the excitation sequence and selector output in case the phase of a transfer destination has advanced when shifting from sensor drive to sensorless drive. センサ駆動からセンサレス駆動に移行する際に移行先の位相が遅れている場合の励磁シーケンスとセレクタ出力との関係を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the relationship between the excitation sequence and selector output when the phase of a transfer destination is delayed when shifting from sensor drive to sensorless drive. センサレス駆動からセンサ駆動に移行する際に移行先の位相が進んでいる場合の励磁シーケンスとセレクタ出力との関係を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the relationship between the excitation sequence and selector output when the phase of a transfer destination is advanced when shifting from sensorless drive to sensor drive. センサレス駆動からセンサ駆動に移行する際に移行先の位相が遅れている場合の励磁シーケンスとセレクタ出力との関係を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the relationship between the excitation sequence and selector output in case the phase of a transfer destination is overdue when changing to a sensor drive from a sensorless drive.

発明の好適な実施の態様Preferred embodiments of the invention

以下、本発明に係るモータ駆動装置の最良の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。本願発明は永久磁石ロータと固定子を備えたブラシレスモータを駆動するモータ駆動装置に広く適用することができる。
以下では、３相ＤＣブラシレスモータを120°矩形波駆動するモータ駆動装置を例示して説明する。
（実施例１）
図１はモータ駆動装置の一例を示すブロック構成図である。
コントローラ（例えばＤＳＰ（Digital Signal Processor）など）１は、センサ駆動による励磁位置と若しくはセンサレス駆動の励磁位置のいずれかを選択する駆動切替え信号を出力しモータ駆動を制御する。コントローラ１は、センサ駆動若しくはセンサレス駆動のいずれかの駆動方式を指定してモータ駆動を行う。コントローラ１による駆動切替えの条件は、所定回転数より低い場合（例えば起動時、低速回転時）にはセンサ駆動、所定回転数を超えている場合（例えば高速回転時）には、センサレス駆動に切り替える。或いは、モータコイル２の誘起電圧が十分発生していることやゼロクロス点が正常に検出されていることなどを条件として切り替えてもよい。これらの切替え条件となる検出信号は、駆動回路部で生成されるので、コントローラ１を介さずに切り替えることも可能である。
ロータ位置センサは、ホールセンサ（ＨＡＬＬ−Ａ，ＨＡＬＬ−Ｂ，ＨＡＬＬ−Ｃ）が用いられ、永久磁石ロータＲの磁束を検出し、ロータ位置信号（ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ）を出力する。また、３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）のモータコイル２は中性点（ＣＯＭ）で結線されており、該中性点（ＣＯＭ）と各相コイルの接続点（Ｕ，Ｖ，Ｗ）はゼロクロスコンパレータ３へ各々接続されている。ゼロクロスコンパレータ３は、コイル接続点（Ｕ，Ｖ，Ｗ）と中性点（ＣＯＭ）のゼロクロス点を検出し、センサレス駆動時のロータ位置信号（ＢＡ，ＢＢ，ＢＣ）を生成する。
不一致検出部（不一致検出手段）４はホールセンサ（ＨＡＬＬ−Ａ，ＨＡＬＬ−Ｂ，ＨＡＬＬ−Ｃ）のロータ位置信号（ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ）とモータコイル２の誘起電圧によるロータ位置信号（ＢＡ，ＢＢ，ＢＣ）との不一致若しくはセンサ駆動による励磁位置とセンサレス駆動による励磁位置との不一致を検出して不一致信号を後述するホールド手段へ出力する。
例えば図２において、ロータ位置信号（ＨＡ，ＢＡ）（ＨＢ，ＢＢ）（ＨＣ，ＢＣ）が各々入力されるＥＸ−ＯＲ回路（Exclusive‐OR circuit）１１のゲート出力が３入力ＮＯＲ回路１２の入力端子に各々接続されている。
ＥＸ−ＯＲ回路１１のゲート出力は、入力されるロータ位置信号どうしが不一致の場合にはＨ（High）レベルとなる。３入力（ｉｎ）ＮＯＲ回路１２のゲート出力信号、即ち不一致信号は、センサ駆動（ＨＡＬＬ−Ａ，ＨＡＬＬ−Ｂ，ＨＡＬＬ−Ｃ）によるロータ位置信号（ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ）と、センサレス駆動時のロータ位置信号（ＢＡ，ＢＢ，ＢＣ）のいずれかが不一致のときＬ（Law）レベルとなり、一致するときＨ（High）レベルとなる。
ホールド部（ホールド手段）５は、不一致検出部４にて不一致信号が検出されている場合には、コントローラ１からの駆動切替え信号をホールドし、一致が検出されている場合にはコントローラ１からのセレクト信号として後述する駆動切替え手段へ出力する。
例えば図２において、３入力ＮＯＲ回路１２の出力側はＤラッチ（Ｄ−ＬＡＴＣＨ）１３のホールド（ＨＯＬＤ）入力端子と接続されている。ホールド入力がＨ（High）のとき、Ｄラッチ１３のＤ端子（データ入力端子）入力＝Ｑ端子（データ出力端子）出力となり、ホールド入力がＬ（Law）のとき、Ｑ端子出力は、直前のＤ端子入力が保持される。したがって、センサ駆動によるロータ位置信号（ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ）とセンサレス駆動時のロータ位置信号（ＢＡ，ＢＢ，ＢＣ）が一致するとき、Ｑ端子出力、即ちセレクト信号は駆動切替え信号と同じになり、不一致のときには、直前の切替え信号が保持され、たとえ駆動切替え信号が変化しても出力は変わらない。
図１において、駆動切替え部（駆動切替え手段）６は、コントローラ１からの駆動切替え信号に応じて、ロータ位置センサ（ホールセンサ；ＨＡＬＬ−Ａ，ＨＡＬＬ−Ｂ，ＨＡＬＬ−Ｃ）で検出されるロータ位置信号（ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ）に基づき励磁切替え信号（ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ）を生成するセンサ駆動と、モータコイル２に誘起される誘起電圧からゼロクロスコンパレータ３によってロータ位置信号（ＢＡ，ＢＢ，ＢＣ）が生成され、当該ロータ位置信号（ＢＡ，ＢＢ，ＢＣ）に基づき励磁切替え信号（ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ）を生成するセンサレス駆動とで相互に駆動方式を切り替える。
例えば図２において、Ｄラッチ１３のＱ出力端子は、セレクタ（ＳＥＬＥＣＴＥＲ）１４のセレクト（ＳＥＬ）端子に接続されている。セレクタ１４は、例えば３ｂｉｔ、２ｔｏ１（２入力１出力）データセレクタが用いられる。セレクト信号がＬ（Law）の場合、ホールセンサから入力端子Ａ１〜Ａ３に入力されるロータ位置信号（ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ）がＨ（High）レベルのとき、入力端子Ｂ１〜Ｂ３が選択されて出力される。
尚、セレクタ出力ＳＡ〜ＳＣは、次段のデコーダ７（図１参照）に入力されて励磁切替えが行なわれる。
図１において、デコーダ７は駆動切替え部６から出力される励磁切替え信号（ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ）に基づいて励磁信号を生成し、図示しないドライバ回路は励磁信号に基づいてモータ出力部（出力段）のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を切り替えてモータコイル２を励磁したり、ショートブレーキをかけたりする。尚、デコーダ部７の制御信号やＰＷＭ制御系については図示を省略する。
上述したモータ駆動回路は、コントローラ１が駆動切替え信号としてＬ（Law）を出力するとセンサ駆動が行われる。センサ駆動からセンサレス駆動に切り替ようとする場合にはコントローラ１は、駆動切替え信号をＬ（Law）からＨ（High）に切り替える。このとき、センサ駆動によるロータ位置信号（ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ）とセンサレス駆動時のロータ位置信号（ＢＡ，ＢＢ，ＢＣ）が一致していれば、直ちにセンサレス駆動時のロータ位置信号（ＢＡ，ＢＢ，ＢＣ）がセレクタ出力ＳＡ〜ＳＣとして出力される。また、ロータ位置信号が不一致であれば駆動が切り替わらずにセンサ駆動によるロータ位置信号（ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ）が出力され続け、一致した瞬間にセンサレス駆動のロータ位置信号（ＢＡ，ＢＢ，ＢＣ）に同期して切り替わる。センサレス駆動からセンサ駆動に切り替える場合も同様にしてセンサ駆動のロータ位置信号（ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ）に同期して切り替わる。
上述したモータ駆動装置の動作例について説明する。
図１において、モータ始動時にコントローラ１は、切替え信号としてセンサ駆動を指定して始動する。モータ始動後、永久磁石ロータＲがゼロクロスを検出できる回転数に到達したら、コントローラ１は切り替え信号にてセンサレス駆動を選択する。切り替え時、センサ駆動とセンサレス駆動の励磁位置（励磁ステート）の位相が不一致の場合は、切り替え信号はホールド部５により励磁位置（励磁ステート）の位相が一致するまでホールドされ、やがてセンサ駆動の励磁ステートとセンサレス駆動の励磁ステートの位相が一致したときはじめて切り替わり、モータコイル２の誘起電圧によるロータ位置信号ＢＡ，ＢＢ，ＢＣが選択される。これにより、モータの逆転は阻止される。切り替え動作以後は、センサレス駆動が継続する。過負荷などで回転数が低下したらコントローラ１は駆動切替え信号によってセンサ駆動を選択する。切り替え時、センサ駆動とセンサレス駆動の励磁位置の位相が不一致の場合は、前述と同様に逆転は防止される。さらに回転数が下がりあるいは停止してもセンサ駆動が選択されているため安定したトルクを発生できる。仮に、センサレス駆動のままであると始動シーケンスに入ってしまうなどして安定したトルクは発生できない。
以下、本発明によるモータ駆動装置の駆動切替えにより励磁位置の位相のずれにより影響を受けないことを、図３〜図５のタイミングチャートを参照して説明する。
図３は、センサ駆動からセンサレス駆動に移行する場合であって、移行先の励磁位置（励磁ステート）の位相が遅れているケースを示す。
コントローラ１は、所定のタイミングでセンサ駆動からセンサレス駆動へ切り替える駆動切替え信号をホールド部５へ出力し、該ホールド部５は不一致検出信号が検出されている間は駆動切替え信号をホールドし、一致が検出されるとセレクト信号として駆動切替え部６へ出力してモータの駆動切替えが行われる。セレクト信号が出力されるときには、遅れていたセンサレス駆動の励磁ステートがセンサ駆動と同位相となるため、モータの逆転現象は生じない。
図４は、センサレス駆動からセンサ駆動に移行する場合であって、移行先の励磁ステートの位相が遅れているケースを示す。
コントローラ１は、所定のタイミングでセンサレス駆動からセンサ駆動へ切り替える駆動切替え信号をホールド部５へ出力し、該ホールド部５は不一致検出信号が検出されている間は駆動切替え信号をホールドし、一致が検出されるとセレクト信号として駆動切替え部６へ出力してモータの駆動切替えが行われる。セレクト信号が出力されるときには、遅れていたセンサ駆動の励磁ステートがセンサレス駆動と同位相となるため、モータの逆転現象は生じない。
次に、図５は、センサ駆動からセンサレス駆動に移行する場合であって、移行先の励磁位置（励磁ステート）の位相が進んでいるケースを示す。
コントローラ１は、所定のタイミングでセンサ駆動からセンサレス駆動へ切り替える駆動切替え信号をホールド部５へ出力し、該ホールド部５は不一致検出信号が検出されている間は駆動切替え信号をホールドし、センサ駆動の励磁ステートが切り替わるタイミングでセレクト信号が駆動切替え部６へ出力されてモータの駆動切替えが行われる。セレクト信号が出力されるときには、移行先であるセンサレス駆動の最初の励磁ステートの位相期間が短くなる。しかしながら、センサレス駆動の励磁ステートがセンサ駆動と同位相となるため、モータの逆転現象は生じない。
上記移行先の励磁ステートの位相期間の短縮は僅かであるが、トルク変動を伴う。このため、センサ駆動からセンサレス駆動に移行する際は、誘起電圧の検出が不安定となり易く、励磁切替えのタイミングの遅れは可能な限り短いことが望ましい。
（実施例２）
以下では、駆動切替えタイミングの遅れを解消する他例について説明する。第１実施例と同一部材には同一番号を付して説明を援用するものとする。移行先の励磁ステートが進んでいる場合には、最初の励磁ステートに切替え遅延が発生する。
そこで、図６のブロック構成図において、不一致検出部５に接続する位相判別部８（位相判別手段）が設けられている。位相判別部８は、ロータ位置センサ（ホールセンサ；ＨＡＬＬ−Ａ，ＨＡＬＬ−Ｂ，ＨＡＬＬ−Ｃ）で検出されるロータ位置信号（ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ）とモータコイル２の誘起電圧によるロータ位置信号（ＢＡ，ＢＢ，ＢＣ）との位相の進み遅れを判定し、位相判別信号を不一致検出部５へ出力する。このとき、不一致検出部５は、駆動切替えによる移行先のロータ位置信号の位相が進んでいる場合には、不一致信号をホールド部５へ出力せずホールド部５はセレクト信号を遅延なく駆動切替え部６へ出力する。
例えば図７において位相判別部８には、ロータ位置信号が入力される６個のＤ−ＦＦ（Ｄ型フリップフロップ）１５〜２０が設けられている。これらＤ−ＦＦ１５〜２０の出力は３個の２入力（ｉｎ）ＯＲ回路２１へ入力され、２入力ＯＲ回路２１の出力は３入力（ｉｎ）ＯＲ回路２２へ入力されるように接続されている。また、３入力ＯＲ回路２２の出力は不一致検出部５の２入力（ｉｎ）ＯＲ回路２３へ出力されるようになっている。
上記Ｄ−ＦＦ（Ｄ型フリップフロップ）１５〜２０には、コントローラ１（図６参照）からの駆動切替え信号を反転したＳＥＬ＊信号又は反転しないＳＥＬ信号が入力される。各Ｄ−ＦＦ１５〜２０は、汎用のＤ型フリップフロップであり、クロック入力ＣＫの立ち上りエッジでＤ端子（データ入力端子）の入力データを記憶し、記憶した入力データをＱ端子（データ出力端子）へ出力する。例えばＤ＝Ｈ（High）でクロックＣＫが立ちあがると、Ｑ＝Ｈ（High）となる。Ｄ＝Ｌ（Law）でクロックＣＫが立ち上がると、Ｑ＝Ｌ（Law）が出力される。尚、ＣＬＲ端子入力がＬ（Law）であれば、無条件にＱ＝Ｌ（Law）にクリアされる。
Ｄ−ＦＦ１５はセンサ駆動のときのロータ位置信号ＨＡとＢＡの位相の進み遅れを判別する回路である。駆動切替え信号がＬ（Law）でセンサ駆動が選択されていた場合、ＳＥＬ＊＝Ｈ（High）となり、ロータ位置信号ＨＡがクロックＣＫに入力される。ここで、ロータ位置信号ＨＡが立ち上がるとき、Ｄ端子入力であるロータ位置信号ＢＡの位相が遅れていればＢＡ＝Ｌであることから、Ｑ＝Ｌ（Law）となる。ロータ位置信号ＨＡが立ち上がるとき、ロータ位置信号ＢＡの位相が進んでいればＢＡ＝Ｈであることから、Ｑ＝Ｈ（High）となる。このとき、Ｑ端子出力のＨｉレベル信号は、２入力ＯＲ回路２１及び３入力ＯＲ回路２２を通じて位相判別信号Ｈ（High）を出力する。
位相判別信号は、不一致検出部５から出力された不一致検出信号ＥＱと２入力ＯＲ回路２３においてＯＲ処理される。よって、位相が進んでいる場合には、不一致信号は、一致不一致にかかわらずＨ（High）となって一致状態を検出する。したがって、ホールド部５は、ホールド動作をせずに駆動切替え信号はセレクト信号として遅延することなく駆動切替え部６へ出力されて駆動が切り替わる。
同様に、Ｄ−ＦＦ１６は、センサレス駆動時のロータ位置信号ＢＡとＨＡの位相の進み遅れを判別する回路である。駆動切替え信号ＳＥＬ＝Ｈ（High）でセンサレス駆動が選択されていた場合、ロータ位置信号ＢＡがクロックＣＫに入力され、ロータ位置信号ＨＡがＤ端子へ入力される。
Ｄ−ＦＦ１７は、センサ駆動時のロータ位置信号ＨＢとＢＢの位相の進み遅れを判別する回路である。駆動切替え信号ＳＥＬ＊＝Ｌ（Law）でセンサ駆動が選択されていた場合、ロータ位置信号ＨＢがクロックＣＫに入力され、ロータ位置信号ＢＢがＤ端子へ入力される。
Ｄ−ＦＦ１８は、センサレス駆動時のロータ位置信号ＢＢとＨＢの位相の進み遅れを判別する回路である。駆動切替え信号ＳＥＬ＝Ｈ（High）でセンサレス駆動が選択されていた場合、ロータ位置信号ＢＢがクロックＣＫに入力され、ロータ位置信号ＨＢがＤ端子へ入力される。
Ｄ−ＦＦ１９は、センサ駆動時のロータ位置信号ＨＣとＢＣの位相の進み遅れを判別する回路である。駆動切替え信号ＳＥＬ＊＝Ｌ（Law）でセンサ駆動が選択されていた場合、ロータ位置信号ＨＣがクロックＣＫに入力され、ロータ位置信号ＢＣがＤ端子へ入力される。
Ｄ−ＦＦ２０は、センサレス駆動時のロータ位置信号ＢＣとＨＣの位相の進み遅れを判別する回路である。駆動切替え信号ＳＥＬ＝Ｈ（High）でセンサレス駆動が選択されていた場合、ロータ位置信号ＢＣがクロックＣＫに入力され、ロータ位置信号ＨＣがＤ端子へ入力される。
以上のＤ−ＦＦのいずれか一つでも位相の進みを検出すれば、不一致検出部５は一致状態を出力する。
或いは、図６の破線矢印に示すように位相判別部８から位相判別信号がホールド部５へ入力されており、ホールド部５は不一致検出信号を検出しても、駆動切替えによる移行先のロータ位置信号の位相（励磁ステートの位相）が進んでいる場合には、ホールド動作を行なわずにセレクト信号を遅延無く駆動切替え部６へ出力するようにしてもよい。
即ち、図７における不一致検出信号と位相判別信号のＯＲゲート（２入力ＯＲ回路２３）をホールド部５に設けてもよい。
図６のモータ駆動装置による駆動切替え動作の一例を図８のタイミングチャートを参照して説明する。
図８は、センサ駆動からセンサレス駆動に移行する場合であって、移行先の励磁位置（励磁ステート）の位相が進んでいるケースを示す。不一致検出部５は、センサ駆動の励磁ステートより移行先のセンサレス駆動の励磁ステートが進んでいる場合には、破線で示すように位相不一致信号をホールド部５へ出力しない。
また、位相判別部８から位相判別信号がホールド部５へ入力される場合には、ホールド部５は移行先の励磁ステートが進んでいる場合には、ホールド動作を行なわず駆動切替え信号をそのままセレクト信号として駆動切替え部６へ出力する。
よって、図５の場合に比べて、センサ駆動の励磁ステートが切り替わるまでホールドされることがないので、センサレス駆動の最初の励磁ステートの位相期間はほとんど短縮されずに駆動切替えを行なえる。
（第３実施例）
次にモータ駆動装置の他例について図９を参照して説明する。第１実施例と同一部材には同一番号を付して説明を援用するものとする。
図９において、エッジ検出部９（エッジ検出手段）は、ロータ位置センサ（ホールセンサ；ＨＡＬＬ−Ａ，ＨＡＬＬ−Ｂ，ＨＡＬＬ−Ｃ）によるロータ位置信号（ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ）とモータコイル２の誘起電圧によるロータ位置信号（ＢＡ，ＢＢ，ＢＣ）との立ち上がり及び立ち下がりエッジを各々検出し若しくはセンサ駆動の励磁位置（励磁ステート）の位相とセンサレス駆動の励磁位置（励磁ステート）の位相の変化点を検出して立ち上がり及び立ち下がりのパルス出力のエッジ信号を後述する同期手段へ出力する。例えば、ロータ位置信号の位相が不一致の場合は最大で１電気角中に１２パルスのエッジ信号を出力する。また、ロータ位置信号の位相が一致している場合には、１電気角中に６パルスのエッジ信号を出力する。
同期手段（例えばＤ型フリップフロップ）１０は、コントローラ１からの駆動切替え信号をエッジ検出部９からのエッジ信号でラッチし、ラッチした駆動切替え信号をセレクト信号として駆動切替え部６へ出力する。
例えば図１０において、エッジ検出部９には、ロータ位置信号ＨＡ〜ＢＣが各々入力される６個の２入力ＥＸ−ＯＲ回路２４が設けられている。２入力ＥＸ−ＯＲ回路２４の出力は、３個の２入力ＯＲ回路２５に入力され、２入力ＯＲ回路２５の出力は、３入力ＯＲ回路２６に入力されるように接続されている。また、３入力ＯＲ回路２６の出力はエッジ信号として同期手段（例えばＤ型フリップフロップ）１０に出力する。
２入力ＥＸ−ＯＲ回路２４は、二つの入力端子の入力レベルが不一致のときＨ（High）になる。入力端子の一方にバッファ２７が挿入されていると、入力が変化した瞬間にバッファ通過時間だけ不一致状態が発生し、バッファ通過時間に相当する短いパルスを発生させることができる。よって、ＨＡ〜ＢＣの６個の入力信号をそれぞれＥＸ−ＯＲ回路２４を通過させ、２入力ＯＲ回路２５及び３入力ＯＲ回路２６でＯＲ処理をすれば、全てのロータ位置信号のエッジごとにパルスが出力され、エッジ信号が得られる。
Ｄ−ＦＦ１０は汎用のＤ型フリップフロップが用いられ、クロック信号ＣＫの立ち上りでＤ端子入力データを記憶し、記憶した入力データをＱ端子に出力する。したがって、駆動切替え信号は、エッジ信号に同期して切り替わる。
駆動切替え部６は、同期手段１０からのセレクト信号に応じて、ロータ位置センサ（ホールセンサ；ＨＡＬＬ−Ａ，ＨＡＬＬ−Ｂ，ＨＡＬＬ−Ｃ）の検出信号（ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ）に基づき励磁切替え信号（ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ）を生成するセンサ駆動と、モータコイル２に誘起される誘起電圧からロータ位置信号（ＢＡ，ＢＢ，ＢＣ）を生成し、当該ロータ位置信号（ＢＡ，ＢＢ，ＢＣ）に基づき励磁切替え信号（ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ）を生成するセンサレス駆動とで相互に切り替える。
デコーダ７は、駆動切替え部６から出力される励磁切替え信号（ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ）に基づいて励磁信号を生成し、図示しないドライバ回路は励磁信号に基づいてモータ出力部（出力段）のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を切り替えてモータコイル２を励磁したり、ショートブレーキをかけたりする。
コントローラ１は、所定のタイミングでセンサ駆動若しくはセンサレス駆動へ切り替える駆動切替え信号を同期手段１０に出力し、同期手段１０はエッジ信号によってトリガーされて駆動切替え信号を記憶して移行先の励磁切替え位相の変化点でセレクト信号を駆動切替え部６へ出力してモータの駆動切替えが行われる。
以下、図９のモータ駆動装置による駆動切替え動作により励磁位置（励磁ステート）の位相ずれによる影響を受けないことを、図１１〜図１３のタイミングチャートを参照して説明する。
図１１は、センサ駆動からセンサレス駆動に移行する場合であって、移行先の励磁位置（励磁ステート）の位相が遅れているケースを示す。
コントローラ１は、所定のタイミングでセンサ駆動からセンサレス駆動へ切り替える駆動切替え信号を同期手段１０へ出力し、該同期手段１０はエッジ信号によってトリガーされて駆動切替え信号を記憶し、移行先であるセンサレス駆動の励磁切替え位相の変化点でセレクト信号を駆動切替え部６へ出力してモータの駆動切替えが行われる。センサ駆動よりセンサレス駆動の励磁ステートの位相が遅れている場合は駆動切替え信号が切り替わってもただちにはセレクト信号に反映されず、センサレス駆動の励磁ステートの位相変化点ではじめてセレクト信号が切り替わり駆動切替え部６へ出力されるため、モータの逆転現象は生じない。
図１２は、センサレス駆動からセンサ駆動に移行する場合であって、移行先の励磁位置（励磁ステート）の位相が遅れているケースを示す。
コントローラ１は、所定のタイミングでセンサレス駆動からセンサ駆動へ切り替える駆動切替え信号を同期手段１０へ出力し、該同期手段１０はエッジ信号によってトリガーされて駆動切替え信号を記憶し、移行先であるセンサ駆動の励磁切替え位相の変化点でセレクト信号を駆動切替え部６へ出力してモータの駆動切替えが行われる。センサレス駆動よりセンサ駆動の励磁ステートの位相が遅れている間にはラッチされているセレクト信号の切り替えは行なわれずに、センサ駆動の励磁ステートの位相変化点でセレクト信号が切り替わり駆動切替え部６へ出力されるため、モータの逆転現象は生じない。
図１３は、センサ駆動からセンサレス駆動に移行する場合であって、移行先の励磁位置（励磁ステート）の位相が一致若しくは進んでいるケースを示す。
コントローラ１は、所定のタイミングでセンサ駆動からセンサレス駆動へ切り替える駆動切替え信号を同期手段１０へ出力し、該同期手段１０はエッジ信号によってトリガーされて駆動切替え信号を記憶し、移行先であるセンサレス駆動の励磁位置の位相変化点でセレクト信号を駆動切替え部６へ出力してモータの駆動切替えが行われる。この場合、最大で１励磁ステートに相当する位相期間だけ遅れてセンサレス駆動へ切り替わるが、モータの逆転現象は生じない。
（第４実施例）
次にモータ駆動装置の他例について図１４を参照して説明する。第１実施例と同一部材には同一番号を付して説明を援用するものとする。
第３実施例において、移行先の励磁位置（励磁ステート）の位相が一致若しくは進んでいるケースにおいては、最大で１励磁ステートに相当する位相期間の遅れが生ずる。この位相期間の遅れを解消する構成を図１４に示す。
図１４において、同期手段１０に接続する位相判別部８（位相判別手段）が設けられている。位相判別部８は、ロータ位置センサ（ホールセンサ；ＨＡＬＬ−Ａ，ＨＡＬＬ−Ｂ，ＨＡＬＬ−Ｃ）で検出されるロータ位置信号（ＨＡ，ＨＢ，ＨＣ）とモータコイル２の誘起電圧によるロータ位置信号（ＢＡ，ＢＢ，ＢＣ）との位相の進み遅れを判定し、位相判別信号を不一致検出部５へ出力する。このとき、同期手段１０は、駆動切替えによる移行先のロータ位置信号（励磁ステート）の位相が進んでいる場合には、エッジ検出部のエッジ信号に同期することなくセレクト信号を遅延なく駆動切替え部６へ出力してモータの駆動切替えが行われる。
これにより、実施例２の図８で示すように移行先の励磁ステートの位相変化点まで同期手段１０によりセレクト信号がラッチされることがないので、センサレス駆動へ移行後の最初の励磁ステートの位相期間はほとんど短縮されずに駆動切替えを行なえる。
また、上述したいずれの実施例においても、センサレス駆動を選択している間は、ロータ位置センサ（ＨＡＬＬ−Ａ，ＨＡＬＬ−Ｂ，ＨＡＬＬ−Ｃ）への給電を停止する。また、モータ駆動停止時にもホールセンサへの給電を停止する。ホールセンサは、概ね５ｍＡ程度の消費電流が流れており、３相モータでは３個使用される。したがって、電源がＤＣ１２Ｖであるとすると１２Ｖ×１５ｍＡ＝１８０ｍＷの消費電力となる。モータ始動時のみセンサ駆動するとすれば、センサ使用時間分、即ち１／１０〜１／１０００に低減され、長時間運転を続ければセンサの消費電力は事実上ゼロとみなせる。
バッテリー駆動の小型モータの場合、モータ電流は１００ｍＡ以下ということが多い。センサレス駆動することにより、１５％程度は省エネルギー化が期待できる。更に、モータ駆動停止時のセンサ給電を停止することで、１５％程度低減でき、トータルで３０％程度の消費電力が低減できモータの温度上昇を抑えることができる。DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, a preferred embodiment of a motor drive device according to the invention will be described with reference to the accompanying drawings. The present invention can be widely applied to a motor drive device that drives a brushless motor including a permanent magnet rotor and a stator.
Hereinafter, a motor driving device that drives a three-phase DC brushless motor by 120 ° rectangular wave will be described as an example.
Example 1
FIG. 1 is a block diagram showing an example of a motor drive device.
A controller (for example, a DSP (Digital Signal Processor)) 1 controls a motor drive by outputting a drive switching signal for selecting either an excitation position by sensor driving or an excitation position by sensorless driving. The controller 1 performs motor driving by designating either a sensor driving method or a sensorless driving method. The drive switching condition by the controller 1 is switched to sensor driving when the rotational speed is lower than a predetermined rotational speed (for example, at startup or during low-speed rotation), and switched to sensorless driving when the rotational speed exceeds the predetermined rotational speed (for example at high-speed rotation). . Alternatively, the switching may be performed on the condition that the induced voltage of the motor coil 2 is sufficiently generated or that the zero cross point is normally detected. Since the detection signal which becomes these switching conditions is generated in the drive circuit unit, it is possible to switch without using the controller 1.
Hall sensors (HALL-A, HALL-B, HALL-C) are used as the rotor position sensor, detect the magnetic flux of the permanent magnet rotor R, and output rotor position signals (HA, HB, HC). The three-phase (U, V, W) motor coil 2 is connected at a neutral point (COM), and the connection point (U, V, W) between the neutral point (COM) and each phase coil is Each is connected to the zero cross comparator 3. The zero cross comparator 3 detects a zero cross point between the coil connection point (U, V, W) and the neutral point (COM), and generates a rotor position signal (BA, BB, BC) at the time of sensorless driving.
The non-coincidence detecting unit (non-coincidence detecting means) 4 includes a rotor position signal (BA, HB, HC) of a hall sensor (HALL-A, HALL-B, HALL-C) and a rotor position signal (BA, BB, BC) or a mismatch between the excitation position by the sensor drive and the excitation position by the sensorless drive is detected, and a mismatch signal is output to the hold means described later.
For example, in FIG. 2, the gate output of an EX-OR circuit (Exclusive-OR circuit) 11 to which rotor position signals (HA, BA) (HB, BB) (HC, BC) are respectively input is input to a 3-input NOR circuit 12. Each terminal is connected.
The gate output of the EX-OR circuit 11 is at the H (High) level when the input rotor position signals do not match. The gate output signal of the three-input (in) NOR circuit 12, that is, the mismatch signal, is the rotor position signal (HA, HB, HC) by the sensor drive (HALL-A, HALL-B, HALL-C) and the sensorless drive. When any of the rotor position signals (BA, BB, BC) does not match, it becomes L (Law) level, and when it matches, it becomes H (High) level.
The hold unit (hold means) 5 holds the drive switching signal from the controller 1 when the mismatch signal is detected by the mismatch detection unit 4, and from the controller 1 when the match is detected. It outputs to the drive switching means mentioned later as a select signal.
For example, in FIG. 2, the output side of the 3-input NOR circuit 12 is connected to the hold (HOLD) input terminal of the D latch (D-LATCH) 13. When the hold input is H (High), the D terminal (data input terminal) input of the D latch 13 becomes Q terminal (data output terminal) output. When the hold input is L (Law), the Q terminal output is D terminal input is held. Therefore, when the rotor position signal (HA, HB, HC) by sensor driving and the rotor position signal (BA, BB, BC) at the time of sensorless driving match, the Q terminal output, that is, the select signal becomes the same as the drive switching signal. When there is a mismatch, the previous switching signal is held, and the output does not change even if the drive switching signal changes.
In FIG. 1, a drive switching unit (drive switching means) 6 is a rotor detected by a rotor position sensor (Hall sensor; HALL-A, HALL-B, HALL-C) in response to a drive switching signal from the controller 1. Sensor driving for generating excitation switching signals (SA, SB, SC) based on the position signals (HA, HB, HC), and rotor position signals (BA, BB, BC) is generated, and the drive system is switched between the sensorless drive that generates the excitation switching signal (SA, SB, SC) based on the rotor position signal (BA, BB, BC).
For example, in FIG. 2, the Q output terminal of the D latch 13 is connected to the select (SEL) terminal of the selector (SELECTER) 14. As the selector 14, for example, a 3 bit, 2 to 1 (two input, one output) data selector is used. When the select signal is L (Law), when the rotor position signals (HA, HB, HC) input from the hall sensors to the input terminals A1 to A3 are at the H (High) level, the input terminals B1 to B3 are selected. Is output.
The selector outputs SA to SC are input to the decoder 7 (see FIG. 1) at the next stage, and excitation switching is performed.
In FIG. 1, a decoder 7 generates an excitation signal based on excitation switching signals (SA, SB, SC) output from the drive switching unit 6, and a driver circuit (not shown) generates a motor output unit (output stage) based on the excitation signal. The switching elements Q1 to Q6 are switched to excite the motor coil 2 or apply a short brake. Note that the control signals of the decoder unit 7 and the PWM control system are not shown.
The motor driving circuit described above performs sensor driving when the controller 1 outputs L (Law) as a drive switching signal. When switching from sensor driving to sensorless driving, the controller 1 switches the drive switching signal from L (Law) to H (High). At this time, if the rotor position signals (HA, HB, HC) by the sensor drive coincide with the rotor position signals (BA, BB, BC) at the time of sensorless driving, the rotor position signals (BA, BB) at the time of sensorless driving immediately. , BC) are output as selector outputs SA to SC. If the rotor position signals do not match, the drive is not switched and the rotor position signals (HA, HB, HC) driven by the sensor continue to be output, and the rotor position signals (BA, BB, BC) of the sensorless drive are output at the moment when they match. Switch in sync with. Similarly, when switching from sensorless driving to sensor driving, switching is performed in synchronization with sensor-driven rotor position signals (HA, HB, HC).
An operation example of the above-described motor drive device will be described.
In FIG. 1, when starting the motor, the controller 1 starts by specifying sensor driving as a switching signal. When the permanent magnet rotor R reaches the number of rotations at which zero cross can be detected after the motor is started, the controller 1 selects sensorless driving by a switching signal. At the time of switching, if the phase of the excitation position (excitation state) of sensor drive and sensorless drive does not match, the switching signal is held by the hold unit 5 until the phase of the excitation position (excitation state) matches, and eventually the excitation of the sensor drive Only when the phases of the state and the excitation state of the sensorless drive coincide, the rotor position signals BA, BB and BC based on the induced voltage of the motor coil 2 are selected. Thereby, the reverse rotation of the motor is prevented. After the switching operation, sensorless driving continues. When the rotational speed decreases due to overload or the like, the controller 1 selects sensor driving by a drive switching signal. At the time of switching, if the phases of the excitation positions of sensor drive and sensorless drive do not match, reverse rotation is prevented as described above. Furthermore, even if the rotational speed decreases or stops, stable driving can be generated because sensor driving is selected. If the sensorless drive is maintained, a stable torque cannot be generated because the start sequence is entered.
Hereinafter, it will be described with reference to the timing charts of FIGS. 3 to 5 that the motor switching device according to the present invention is not influenced by the phase shift of the excitation position due to the drive switching.
FIG. 3 shows a case where the sensor drive is shifted to the sensorless drive, and the phase of the excitation position (excitation state) at the transfer destination is delayed.
The controller 1 outputs a drive switching signal for switching from sensor driving to sensorless driving at a predetermined timing to the holding unit 5, and the holding unit 5 holds the driving switching signal while the mismatch detection signal is detected. When detected, it is output as a select signal to the drive switching unit 6 to switch the drive of the motor. When the select signal is output, the delayed excitation state of the sensorless drive has the same phase as the sensor drive, so that the reverse rotation phenomenon of the motor does not occur.
FIG. 4 shows a case where the sensorless drive is shifted to the sensor drive, and the phase of the excitation state at the transfer destination is delayed.
The controller 1 outputs a drive switching signal for switching from sensorless driving to sensor driving at a predetermined timing to the holding unit 5, and the holding unit 5 holds the driving switching signal while the mismatch detection signal is detected. When detected, it is output as a select signal to the drive switching unit 6 to switch the drive of the motor. When the select signal is output, the delayed excitation state of the sensor drive has the same phase as the sensorless drive, so that the reverse rotation phenomenon of the motor does not occur.
Next, FIG. 5 shows a case in which the phase is shifted from the sensor drive to the sensorless drive, and the phase of the excitation position (excitation state) at the transfer destination is advanced.
The controller 1 outputs a drive switching signal for switching from sensor driving to sensorless driving at a predetermined timing to the holding unit 5, and the holding unit 5 holds the driving switching signal while the mismatch detection signal is detected, thereby driving the sensor. At the timing when the excitation state is switched, a select signal is output to the drive switching unit 6 to switch the drive of the motor. When the select signal is output, the phase period of the first excitation state of the sensorless drive that is the transition destination is shortened. However, since the excitation state of the sensorless drive is in phase with the sensor drive, the reverse rotation phenomenon of the motor does not occur.
The phase period of the excitation state at the transition destination is slightly shortened but accompanied by torque fluctuation. For this reason, when shifting from sensor drive to sensorless drive, detection of the induced voltage tends to be unstable, and it is desirable that the delay in excitation switching timing be as short as possible.
(Example 2)
Below, the other example which eliminates the delay of a drive switching timing is demonstrated. The same members as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and the description thereof is incorporated. When the transition destination excitation state is advanced, a switching delay occurs in the first excitation state.
Therefore, in the block configuration diagram of FIG. 6, a phase determination unit 8 (phase determination unit) connected to the mismatch detection unit 5 is provided. The phase discriminating unit 8 includes a rotor position signal (HA, HB, HC) detected by a rotor position sensor (Hall sensor; HALL-A, HALL-B, HALL-C) and a rotor position signal based on an induced voltage of the motor coil 2. The phase advance / delay with (BA, BB, BC) is determined, and a phase determination signal is output to the mismatch detection unit 5. At this time, the mismatch detection unit 5 does not output the mismatch signal to the hold unit 5 when the phase of the rotor position signal of the transfer destination due to the drive switching is advanced, and the hold unit 5 does not output the select signal without delay. 6 is output.
For example, in FIG. 7, the phase determination unit 8 is provided with six D-FFs (D-type flip-flops) 15 to 20 to which the rotor position signal is input. The outputs of these D-FFs 15 to 20 are connected to three 2-input (in) OR circuits 21, and the output of the 2-input OR circuit 21 is connected to a 3-input (in) OR circuit 22. . The output of the 3-input OR circuit 22 is output to the 2-input (in) OR circuit 23 of the mismatch detection unit 5.
The SEL * signal obtained by inverting the drive switching signal from the controller 1 (see FIG. 6) or the SEL signal that is not inverted is input to the D-FFs (D-type flip-flops) 15 to 20. Each of the D-FFs 15 to 20 is a general-purpose D-type flip-flop, and stores the input data of the D terminal (data input terminal) at the rising edge of the clock input CK. The stored input data is stored in the Q terminal (data output terminal). Output to. For example, when D = H (High) and the clock CK rises, Q = H (High). When the clock CK rises with D = L (Law), Q = L (Law) is output. If the CLR terminal input is L (Law), it is unconditionally cleared to Q = L (Law).
The D-FF 15 is a circuit that determines the advance / delay of the phase of the rotor position signals HA and BA when the sensor is driven. When the drive switching signal is L (Law) and the sensor drive is selected, SEL * = H (High), and the rotor position signal HA is input to the clock CK. Here, when the rotor position signal HA rises, if the phase of the rotor position signal BA, which is the D terminal input, is delayed, BA = L, so Q = L (Law). When the rotor position signal HA rises, if the phase of the rotor position signal BA is advanced, since BA = H, Q = H (High). At this time, the Hi level signal output from the Q terminal outputs a phase discrimination signal H (High) through the 2-input OR circuit 21 and the 3-input OR circuit 22.
The phase discrimination signal is ORed with the mismatch detection signal EQ output from the mismatch detection unit 5 in the two-input OR circuit 23. Therefore, when the phase is advanced, the mismatch signal becomes H (High) regardless of the match and the match state is detected. Therefore, the hold unit 5 does not perform the hold operation, and the drive switching signal is output to the drive switching unit 6 without delay as the select signal, and the drive is switched.
Similarly, the D-FF 16 is a circuit that discriminates the advance and delay of the phases of the rotor position signals BA and HA during sensorless driving. When sensorless driving is selected with the drive switching signal SEL = H (High), the rotor position signal BA is input to the clock CK, and the rotor position signal HA is input to the D terminal.
The D-FF 17 is a circuit that determines the advance / delay of the phase of the rotor position signals HB and BB when the sensor is driven. When sensor drive is selected with the drive switching signal SEL * = L (Law), the rotor position signal HB is input to the clock CK, and the rotor position signal BB is input to the D terminal.
The D-FF 18 is a circuit that discriminates the phase delay between the rotor position signals BB and HB during sensorless driving. When sensorless driving is selected with the drive switching signal SEL = H (High), the rotor position signal BB is input to the clock CK, and the rotor position signal HB is input to the D terminal.
The D-FF 19 is a circuit that discriminates the phase delay between the rotor position signals HC and BC when the sensor is driven. When the sensor switching is selected with the drive switching signal SEL * = L (Law), the rotor position signal HC is input to the clock CK, and the rotor position signal BC is input to the D terminal.
The D-FF 20 is a circuit that discriminates the phase delay between the rotor position signal BC and the HC during sensorless driving. When the sensorless drive is selected with the drive switching signal SEL = H (High), the rotor position signal BC is input to the clock CK, and the rotor position signal HC is input to the D terminal.
If any one of the above D-FFs detects a phase advance, the mismatch detection unit 5 outputs a match state.
Alternatively, as indicated by the broken line arrow in FIG. 6, the phase discrimination signal is input from the phase discrimination unit 8 to the hold unit 5, and even if the hold unit 5 detects the mismatch detection signal, When the signal phase (excitation state phase) is advanced, the select signal may be output to the drive switching unit 6 without delay without performing the hold operation.
That is, an OR gate (two-input OR circuit 23) for the mismatch detection signal and the phase determination signal in FIG.
An example of the drive switching operation by the motor drive device of FIG. 6 will be described with reference to the timing chart of FIG.
FIG. 8 shows a case where the sensor drive is shifted to the sensorless drive and the phase of the excitation position (excitation state) at the transfer destination is advanced. The mismatch detection unit 5 does not output a phase mismatch signal to the hold unit 5 as indicated by the broken line when the transition state of the sensorless drive excitation state advances from the sensor drive excitation state.
When the phase discrimination signal is input from the phase discrimination unit 8 to the hold unit 5, the hold unit 5 selects the drive switching signal as it is without performing the hold operation when the transfer destination excitation state is advanced. The signal is output to the drive switching unit 6 as a signal.
Therefore, as compared with the case of FIG. 5, since it is not held until the excitation state of the sensor drive is switched, the drive switching can be performed without substantially reducing the phase period of the first excitation state of the sensorless drive.
(Third embodiment)
Next, another example of the motor drive device will be described with reference to FIG. The same members as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and the description thereof is incorporated.
In FIG. 9, the edge detection unit 9 (edge detection means) includes a rotor position signal (HA, HB, HC) from the rotor position sensor (Hall sensor; HALL-A, HALL-B, HALL-C) and the motor coil 2. The rising and falling edges of the rotor position signal (BA, BB, BC) due to the induced voltage are detected, respectively, or the phase of the excitation position (excitation state) of the sensor drive and the phase of the excitation position (excitation state) of the sensorless drive The point is detected, and the edge signals of the rising and falling pulse outputs are output to the synchronizing means described later. For example, when the phases of the rotor position signals do not match, an edge signal of 12 pulses is output at maximum in one electrical angle. In addition, when the phases of the rotor position signals match, an edge signal of 6 pulses is output in one electrical angle.
The synchronization means (for example, D-type flip-flop) 10 latches the drive switching signal from the controller 1 with the edge signal from the edge detection unit 9 and outputs the latched drive switching signal to the drive switching unit 6 as a select signal.
For example, in FIG. 10, the edge detector 9 is provided with six 2-input EX-OR circuits 24 to which the rotor position signals HA to BC are respectively input. The outputs of the 2-input EX-OR circuit 24 are connected to the three 2-input OR circuits 25 and the output of the 2-input OR circuit 25 is connected to the 3-input OR circuit 26. The output of the 3-input OR circuit 26 is output to the synchronizing means (for example, D-type flip-flop) 10 as an edge signal.
The 2-input EX-OR circuit 24 becomes H (High) when the input levels of the two input terminals do not match. If the buffer 27 is inserted into one of the input terminals, a mismatch state occurs only for the buffer passage time at the moment when the input changes, and a short pulse corresponding to the buffer passage time can be generated. Therefore, if the six input signals HA to BC are respectively passed through the EX-OR circuit 24 and ORed by the two-input OR circuit 25 and the three-input OR circuit 26, a pulse is generated for each edge of all the rotor position signals. Is output, and an edge signal is obtained.
The D-FF 10 uses a general-purpose D-type flip-flop, stores D terminal input data at the rising edge of the clock signal CK, and outputs the stored input data to the Q terminal. Therefore, the drive switching signal is switched in synchronization with the edge signal.
The drive switching unit 6 switches excitation based on the detection signals (HA, HB, HC) of the rotor position sensors (Hall sensors; HALL-A, HALL-B, HALL-C) according to the select signal from the synchronization means 10. A rotor position signal (BA, BB, BC) is generated from the sensor drive that generates the signal (SA, SB, SC) and the induced voltage induced in the motor coil 2, and the rotor position signal (BA, BB, BC). Are switched to each other by sensorless driving for generating excitation switching signals (SA, SB, SC).
The decoder 7 generates an excitation signal based on the excitation switching signal (SA, SB, SC) output from the drive switching unit 6, and a driver circuit (not shown) switches the motor output unit (output stage) based on the excitation signal. The elements Q1 to Q6 are switched to excite the motor coil 2 or to apply a short brake.
The controller 1 outputs a drive switching signal for switching to sensor driving or sensorless driving at a predetermined timing to the synchronization means 10, and the synchronization means 10 is triggered by an edge signal to store the drive switching signal and store the excitation switching phase of the transfer destination. At the change point, a select signal is output to the drive switching unit 6 to switch the drive of the motor.
Hereinafter, it will be described with reference to the timing charts of FIGS. 11 to 13 that the drive switching operation by the motor drive device of FIG. 9 is not affected by the phase shift of the excitation position (excitation state).
FIG. 11 shows a case where the sensor drive is shifted to the sensorless drive, and the phase of the excitation position (excitation state) of the transfer destination is delayed.
The controller 1 outputs a drive switching signal for switching from sensor driving to sensorless driving at a predetermined timing to the synchronizing means 10, and the synchronizing means 10 is triggered by an edge signal to store the driving switching signal, and the sensorless driving that is the transition destination At the change point of the excitation switching phase, a select signal is output to the drive switching unit 6 to switch the drive of the motor. When the phase of the excitation state of sensorless drive is delayed from the sensor drive, even if the drive switching signal is switched, it is not immediately reflected in the select signal, but the select signal is switched for the first time at the phase change point of the excitation state of sensorless drive. Therefore, the reverse rotation phenomenon of the motor does not occur.
FIG. 12 shows a case where the sensorless drive is shifted to the sensor drive, and the phase of the excitation position (excitation state) at the transfer destination is delayed.
The controller 1 outputs a drive switching signal for switching from sensorless driving to sensor driving at a predetermined timing to the synchronization means 10, and the synchronization means 10 is triggered by an edge signal to store the drive switching signal, and the sensor drive that is the transition destination At the change point of the excitation switching phase, a select signal is output to the drive switching unit 6 to switch the drive of the motor. While the phase of the excitation state of the sensor drive is delayed from the sensorless drive, the select signal latched is not switched, and the select signal is switched at the phase change point of the excitation state of the sensor drive and output to the drive switching unit 6. Therefore, the reverse rotation phenomenon of the motor does not occur.
FIG. 13 shows a case where the sensor drive is shifted to the sensorless drive, and the phase of the transfer destination excitation position (excitation state) matches or advances.
The controller 1 outputs a drive switching signal for switching from sensor driving to sensorless driving at a predetermined timing to the synchronizing means 10, and the synchronizing means 10 is triggered by an edge signal to store the driving switching signal, and the sensorless driving that is the transition destination At the phase change point of the excitation position, a select signal is output to the drive switching unit 6 to switch the drive of the motor. In this case, the sensorless drive is switched with a delay of a phase period corresponding to one excitation state at the maximum, but the reverse rotation phenomenon of the motor does not occur.
(Fourth embodiment)
Next, another example of the motor drive device will be described with reference to FIG. The same members as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and the description thereof is incorporated.
In the third embodiment, in the case where the phase of the excitation position (excitation state) at the transfer destination coincides or advances, a phase period delay corresponding to one excitation state occurs at the maximum. A configuration for eliminating the delay of the phase period is shown in FIG.
In FIG. 14, a phase determination unit 8 (phase determination unit) connected to the synchronization unit 10 is provided. The phase discriminating unit 8 includes a rotor position signal (HA, HB, HC) detected by a rotor position sensor (Hall sensor; HALL-A, HALL-B, HALL-C) and a rotor position signal based on an induced voltage of the motor coil 2. The phase advance / delay with (BA, BB, BC) is determined, and a phase determination signal is output to the mismatch detection unit 5. At this time, when the phase of the rotor position signal (excitation state) of the transfer destination by the drive switching is advanced, the synchronization means 10 drives the select signal without delay without synchronizing with the edge signal of the edge detection unit. 6 to switch the drive of the motor.
As a result, as shown in FIG. 8 of the second embodiment, since the select signal is not latched by the synchronization means 10 until the phase change point of the excitation state of the transition destination, the phase of the first excitation state after the transition to the sensorless drive. The drive can be switched without substantially shortening the period.
In any of the above-described embodiments, power supply to the rotor position sensors (HALL-A, HALL-B, and HALL-C) is stopped while sensorless driving is selected. Also, the power supply to the hall sensor is stopped when the motor drive is stopped. The Hall sensor consumes approximately 5 mA of current, and three three-phase motors are used. Therefore, if the power source is DC12V, the power consumption is 12V × 15 mA = 180 mW. If the sensor is driven only at the time of starting the motor, the sensor usage time is reduced to 1/10 to 1/1000. If the operation is continued for a long time, the power consumption of the sensor can be regarded as virtually zero.
In the case of a battery-driven small motor, the motor current is often 100 mA or less. By sensorless driving, energy savings of about 15% can be expected. Further, by stopping the power supply to the sensor when the motor driving is stopped, the power consumption can be reduced by about 15%, the power consumption can be reduced by about 30% in total, and the temperature rise of the motor can be suppressed.

Claims (7)

センサ駆動による励磁切替え位相と若しくはセンサレス駆動の励磁切替え位相のいずれかを選択する駆動切替え信号を出力しモータ駆動を制御するコントローラと、
コントローラからの駆動切替え信号に応じて、ロータ位置センサで検出されるロータ位置信号に基づき励磁切替え信号を生成するセンサ駆動と、モータコイルに誘起される誘起電圧からロータ位置信号を生成し、当該ロータ位置信号に基づき励磁切替え信号を生成するセンサレス駆動とで相互に切り替える駆動切替え手段と、
ロータ位置センサによるロータ位置信号とモータコイルの誘起電圧によるロータ位置信号との不一致若しくはセンサ駆動による励磁切替え位相とセンサレス駆動による励磁切替え位相との不一致を検出して不一致信号を出力する不一致検出手段と、
不一致信号が検出されている場合には、コントローラからの駆動切替え信号をホールドし、一致が検出されている場合にはコントローラからのセレクト信号として駆動切替え手段に出力するホールド手段と、
駆動切替え手段から出力される励磁切替え信号に基づき出力段を切り替えてモータコイルを励磁するモータ出力部を備え、
コントローラは、所定のタイミングでセンサ駆動若しくはセンサレス駆動へ切り替える駆動切替え信号をホールド手段へ出力し、該ホールド手段は不一致検出信号が検出されている間は駆動切替え信号をホールドし、一致が検出されている間はセレクト信号として駆動切替え手段へ出力してモータの駆動切替えが行われるモータ駆動装置。A controller that controls a motor drive by outputting a drive switch signal for selecting either an excitation switching phase by sensor driving or an excitation switching phase of sensorless driving;
In response to the drive switching signal from the controller, the rotor position signal is generated from the sensor drive that generates the excitation switching signal based on the rotor position signal detected by the rotor position sensor and the induced voltage that is induced in the motor coil. Drive switching means that switches between sensorless drive that generates an excitation switching signal based on the position signal;
A mismatch detection means for detecting a mismatch between a rotor position signal by a rotor position sensor and a rotor position signal by an induced voltage of a motor coil or a mismatch between an excitation switching phase by sensor driving and an excitation switching phase by sensorless driving and outputting a mismatch signal; ,
A hold means for holding a drive switching signal from the controller when a mismatch signal is detected, and outputting to the drive switching means as a select signal from the controller when a match is detected;
A motor output unit for exciting the motor coil by switching the output stage based on the excitation switching signal output from the drive switching means,
The controller outputs a drive switching signal for switching to sensor driving or sensorless driving to a holding unit at a predetermined timing, and the holding unit holds the driving switching signal while a mismatch detection signal is detected, and a match is detected. A motor drive device that outputs the select signal to the drive switching means as long as the motor is switched. ロータ位置センサに検出されるロータ位置信号とモータコイルの誘起電圧によるロータ位置信号との位相の進み遅れを判定し、位相判別信号を不一致検出手段へ出力する位相判別手段を備え、
不一致検出手段は、駆動切替えによる移行先のロータ位置信号の位相が進んでいる場合には、不一致信号をホールド手段へ出力せずセレクト信号を駆動切替え手段へ出力する請求項１記載のモータ駆動装置。A phase discrimination means for judging a phase delay between the rotor position signal detected by the rotor position sensor and the rotor position signal due to the induced voltage of the motor coil, and outputting a phase discrimination signal to the mismatch detection means;
2. The motor drive device according to claim 1, wherein the mismatch detection means outputs the select signal to the drive switching means without outputting the mismatch signal to the hold means when the phase of the rotor position signal of the transfer destination due to drive switching is advanced. . 位相判別手段から位相判別信号がホールド手段へ入力されており、ホールド手段は不一致検出信号が検出されていても、駆動切替えによる移行先のロータ位置信号の位相が進んでいる場合には、ホールド動作を行なわずにセレクト信号を駆動切替え手段へ出力する請求項２記載のモータ駆動装置。  When the phase discrimination signal is input from the phase discrimination means to the hold means and the phase of the rotor position signal at the transfer destination is advanced by drive switching even if the mismatch detection signal is detected, the hold means performs the hold operation. 3. The motor driving device according to claim 2, wherein the selection signal is output to the drive switching means without performing the above. センサレス駆動を選択している間は、ロータ位置センサへの給電を停止する請求項１乃至３のいずれか１項記載のモータ駆動装置。  4. The motor drive device according to claim 1, wherein power supply to the rotor position sensor is stopped while sensorless drive is selected. センサ駆動若しくはセンサレス駆動のいずれかを選択する駆動切替え信号を出力しモータ駆動を制御するコントローラと、
ロータ位置センサによるロータ位置信号とモータコイルの誘起電圧によるロータ位置信号とのエッジを各々検出し若しくはセンサ駆動の励磁切替え位相とセンサレス駆動の励磁切替え位相の変化点を検出してエッジ信号を出力するエッジ検出手段と、
コントローラからの駆動切替え信号をエッジ検出手段からのエッジ信号でラッチし、ラッチした駆動切替え信号をセレクト信号として出力する同期手段と、
同期手段からのセレクト信号に応じて、ロータ位置センサの検出信号に基づき励磁切替え信号を生成するセンサ駆動と、モータコイルに誘起される誘起電圧からロータ位置信号を生成し、当該ロータ位置信号に基づき励磁切替え信号を生成するセンサレス駆動とで相互に切り替える駆動切替え手段と、
駆動切替え手段から出力される励磁切替え信号に基づき出力段を切り替えてモータコイルを励磁するモータ出力部を備え、
コントローラは、所定のタイミングでセンサ駆動若しくはセンサレス駆動へ切り替える駆動切替え信号を同期手段に出力し、同期手段はエッジ信号にトリガーされて駆動切替え信号を記憶し移行先の励磁切替え位相の変化点でセレクト信号として駆動切替え手段へ出力してモータの駆動切替えが行われるモータ駆動装置。A controller that outputs a drive switching signal for selecting either sensor driving or sensorless driving to control motor driving;
Edges of the rotor position signal by the rotor position sensor and the rotor position signal by the induced voltage of the motor coil are detected, respectively, or the change point of the excitation switching phase of sensor driving and the excitation switching phase of sensorless driving is detected and an edge signal is output. Edge detection means;
Synchronizing means for latching the drive switching signal from the controller with the edge signal from the edge detecting means and outputting the latched drive switching signal as a select signal;
In response to a select signal from the synchronization means, a rotor position signal is generated from a sensor drive that generates an excitation switching signal based on a detection signal of the rotor position sensor and an induced voltage induced in the motor coil, and based on the rotor position signal. Drive switching means for switching between sensorless drive for generating an excitation switching signal;
A motor output unit for exciting the motor coil by switching the output stage based on the excitation switching signal output from the drive switching means,
The controller outputs a drive switching signal for switching to sensor driving or sensorless driving at a predetermined timing to the synchronizing means, and the synchronizing means is triggered by the edge signal, stores the driving switching signal, and selects at the change point of the excitation switching phase at the transition destination A motor drive device that outputs a signal to a drive switching means to perform motor drive switching. ロータ位置センサに検出されるロータ位置信号とモータコイルの誘起電圧によるロータ位置信号との位相の進み遅れを判定し、位相判別信号を同期手段へ出力する位相判別手段を備え、
同期手段は、駆動切替えによる移行先のロータ位置信号の位相が進んでいる場合には、エッジ信号に同期することなくセレクト信号を駆動切替え手段へ出力してモータの駆動切替えが行われる請求項５記載のモータ駆動装置。A phase determination unit that determines a phase delay between the rotor position signal detected by the rotor position sensor and the rotor position signal due to the induced voltage of the motor coil, and outputs a phase determination signal to the synchronization unit;
The synchronization means outputs the select signal to the drive switching means without synchronizing with the edge signal when the phase of the rotor position signal at the transfer destination by the drive switching is advanced, and the drive switching of the motor is performed. The motor drive device described. センサレス駆動を選択している間は、ロータ位置センサへの給電を停止する請求項５又は６記載のモータ駆動装置。  The motor driving device according to claim 5 or 6, wherein power supply to the rotor position sensor is stopped while sensorless driving is selected.
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