JPH0251389A - ブラシレスモータの駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 以下の順序で本発明を説明する。

Ａ、産業上の利用分野 Ｂ０発明の概要 Ｃ５従来の技術（第９図、第１０図） Ｄ１発明が解決しようとする課題 Ｅ１課題を解決するための手段 Ｆ８作用 Ｇ２実施例 Ｇ１２回路構成と動作（第１図、第２図）Ｇｙ、エクス
クル−シブＯＲ回路の説明（第３図） Ｇｓ、エツジ抽出回路の説明（第４図）Ｇａ、要部の具
体回路の構成と動作（第５図。

第６図（ａ）、（ｂ）） Ｇｎ、積分回路の他の構成例（第７図）Ｇａ、ブラシレ
スモータの構成例（第８図（ａ）。

（ｂ）、（ｃ）） Ｇ？、実施例の作用と応用例 Ｈ８発明の効果 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、ＶＴＲや（ビデオテープレコーダ）やＤＡＴ
　（デジタルオーディオテープレコーダ）のドラムモー
タやＣＤ（コンパクトディスク）プレーヤのスピンドル
モータ等に好適で、回転検出器を使用しないブラシレス
モータの駆動回路に関するものである。

Ｂ１発明の概要 本発明は、センサーレスのブラシレスモータの駆動回路
において、 駆動コイルに発生する逆起電圧のゼロクロス点で反転す
る信号を検出し、この信号とこの信号の反転信号を積分
した信号同士を比較して隣接するゼロクロス点の中間点
で反転する信号を得、この信号のエツジを検出して回転
速度に無関係に所定の電気角だけ遅延した駆動電流切換
用のタイミング信号を作り出すことにより、 可変速の場合にも使用可能にするとともに、無調整で駆
動電流切換用のタイミング信号が得られるようにしたも
のである。

Ｃ１従来の技術 従来より、マグネットロータの位置検出器であるホール
素子などを使用せず、簡素化したセンサーレスのブラシ
レスモータが知られている。第９図は従来のセンサーレ
スブラシレスモータの駆動回路の構成を示すブロック図
、第１０図はその各部信号のタイミング図である。この
従来例は３相のブラシレスモータを示しており、ステー
タ側に３相構成の駆動コイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗが配置さ
れている。センサーレスブラシレスモータでは、位置検
出器からのタイミング信号のかわりに、駆動コイルに発
生する逆起電圧を利用して駆動コイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗ
に流す駆動電流を切り換えるためのタイミング信号を作
成する。

即ち、まず駆動コイルＬｕ、　Ｌｖ、　Ｌｗに生ずる逆
起電圧のゼロクロス点をコンパレータＡ１．Ａｖ。

Ａ３で検出する。各駆動コイルＬｕ、　Ｌｖ、　Ｌｗに
は、タイミング信号ａ、ｂ、ｃを人力とする１２０゜ロ
ジック回路！とその出力によってオン／オフが制御され
るトランジスタＱ３．〜Ｑ８から成る駆動電流切り換え
回路２により、サーボ電源Ｖ１１から電源供給を受けて
駆動電流があるタイミングで流れているが、ゼロクロス
付近においては通電されないため、上記逆起電圧のゼロ
クロス点が正確に検出される。マグネットロータを効率
よく回転させるためには、磁束の多い部分、つまり逆起
電圧の高い部分で駆動電流を流す必要がある。第１Ｏ図
では３相の両方向１２０°　（電気角）通電の場合が示
しである。この場合、傾線部分（ゼロクロス点より電気
角で３０４遅れた幅１２０°の区間）で駆動電流を流す
必要があり、従ってゼロクロス点より電気角で３０°遅
れたタイミング信号が必要となる。

そこで、各相Ｕ、Ｖ、Ｗの逆起電圧の検出信号ｄ、ｅ、
ｆをエクスクル−シブＯＲ回路３に入力することにより
、各信号ｄ、ｅ、ｆの変化点（ゼロクロス点）で反転す
る信号ｇを作り、この信号ｇからエツジ抽出回路４を通
してエツジを描出した信号り、即ちゼロクロス点を示す
信号を作る。

この信号りでモノステーブルマルチバイブレーク５をト
リガすることにより、その時定数の調整で電気角３０”
に対応した時間１１（隣接するゼロクロス点間の時間を
ｔｌとしてｔ、＝ｔ＋／２）の点で同一方向の変化点を
有するパルス信号ｌを発生させる。３つのＤタイプフリ
ップフロップＤＦＦＩ、Ｄ−ＦＦｔ、Ｄ−ＦＦＩは、上
記のパルス信号ｉのゼロクロス点より時間Ｌ！遅れた変
化点でデータ入力端子に接続された逆起電圧の検出信号
ｄ、ｅ、ｆを保持することによって、各相のゼロクロス
点から３０°遅れたタイミング信号１゜ｂ、ｃを作成し
ている。

Ｄ０発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記従来の技術におけるセンサーレスブ
ラシレスモータの駆動回路では、一定速度で回転するこ
とを前提にして、３０°の電気角のタイミングを時間に
置き換え、その時間をモノステーブルマルチバイブレー
クの時定数設定により固定的に作り出しているため、Ｃ
ＤプレーヤのスピンドルモータやＤＡＴのドラムモータ
のような可変速で使用するモータには使用できないとい
う問題点があった。即ち、ＣＤプレーヤのスピンドルモ
ータでは線速度が一定となるように回転速度を変化させ
る必要があり、ＤＡＴのドラムモータでは、高速サーチ
機能に対応してドラムの回転数をｌＯ倍程度まで高速回
転させなければならない。また、モノステーブルマルチ
バイブレータによる時間の設定は、部品定数のバラツキ
等に影響されるため、必ず調整が必要になり、手間がか
かるという問題点があった。

本発明は、上記問題点を解決するために創案されたもの
で、可変速回転の場合にも使用可能にするとともに、無
調整で駆動電流切換用のタイミング信号が得られるよう
にしたセンサーレスのブラシレスモータの駆動回路を提
供すること目的とする。

Ｅ８課題を解決するための手段 上記の目的を達成するための本発明のブラシレスモータ
の駆動回路の構成は、 ステータ側の複数個の駆動コイルに流す電流を所定のタ
イミング信号で切り換えてマグネットロータを回転させ
るブラシレスモータの駆動回路において、 上記各駆動コイルに生ずる逆起電圧のゼロクロス点で反
転する信号を検出する手段と、この信号とこの信号を反
転してそれぞれを積分する２つの積分回路と、 上記２つの積分回路の出力信号を比較するコンパレータ
と、 上記コンパレータの出力信号のエツジを検出して上記タ
イミング信号を作成する手段とを有することを特徴とす
る。

Ｆ１作用 本発明は、ブラシレスモータの駆動コイルに発生する逆
起電圧のゼロクロス点で反転する信号を検出し、この信
号とこの信号を反転して積分した信号同士をコンパレー
タで比較すると、隣接するゼロクロス点の中間点で反転
する信号が得られることに着目し、このゼロクロス点の
中間点で反転する信号のエツジを検出し、そのタイミン
グを利用して回転速度に無関係に所定の電気角だけ遅延
した駆動電流の切換用のタイミング信号を、無調整で作
り出す。このように本発明は、所定のタイミング信号を
時間的な要素を用いずに発生させ、可変速対応とし、無
調整化する。

Ｇ、実施例 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

Ｇ１１回路構成と動作（第１図、第２図）第１図は本発
明の一実施例の回路構成を示すブロック図、第２図はそ
の各部信号のタイミング図である。本実施例は、３相ブ
ラシレスモークに適用した場合を示す。従って、以下の
説明において、第９図の従来例の３相のブラシレスモー
タと同等な部材や信号には同一の符号を付して説明を簡
略にする。

まず、従来例と同様に、ステータ側の各駆動コイルＬｕ
、Ｌｖ、Ｌ−の逆起電圧をコンパレータＡ　＋　。

Ａｔ、Ａ３によって検出し、その検出信号ｄ、ｅ。

ｆを後記するエクスクル−シブＯＲ回路３に入力して各
ゼロクロス点で反転する信号ｇを検出する。

この各逆起電圧のゼロクロス点で反転する信号ｇを基に
作成したそのゼロクロス点から３０°　（以下電気角を
表す）遅れて変化する信号ｉで、各逆起電圧の検出信号
ｄ、ｅ、ｆを例えばＤタイプフリップフロップＤ−ＦＦ
、、Ｄ−ＦＦ、、Ｄ−ＦＦａによって保持し、その保持
出力を駆動コイルＬＩＪ。

Ｌｖ、Ｌｗに流す駆動電流の切り換え用のタイミング信
号ａ、ｂ、ｃとする。このタイミング信号λ。

ｂ、ｃは、１２０°ロジック回路１により、駆動電流の
切り換え信号、すなわち駆動電流切り換え回路２を構成
するトランジスタＱ、、Ｑ、、Ｑ、。

Ｑ４．Ｑ、、Ｑ８のベースへ入力するオン／オフ信号ａ
ｂ、ｂｅ、ｃａ、ｃａ、石ｃ、ａｂに変換され、その駆
動電流切り換え回路２を介しサーボ電源Ｖｓから電源供
給を受けて各駆動コイルＬｔ＋、Ｌｖ、Ｌｗに流す駆動
電流を切り換える。この駆動電流によってマグネットロ
ータが回転するが、その回転数の制御は、図示しないサ
ーボ系が、例えば信号ｇより回転速度を検出し、サーボ
電源■８を増減して目標速度になるようにフィードバッ
ク制御することで行われる。

本実施例の要部は、本発明の検出手段の例であるコンパ
レータＡ３．Ａｔ、Ａｓとエクスクル−シブＯＲ回路３
により検出された各駆動コイルＬｌＪＬｖ、Ｌｗの逆起
電圧のゼロクロス点で反転する信号ｇから、３０°遅れ
て変化する信号ｉを、２つの積分回路６，７やコンパレ
ータＡ４などの演算要素を用いて作成する部分である。

信号ｇは分岐されて一方はバッファ８を介して同相の信
号ｊとされ、他方はインバータ９を介して反転された信
号ｊとされる。これらの信号ｊおよびｊはそれぞれ別個
に特性がほぼ同一な積分回路６．７に入力され、積分さ
れた信号に＋、に＊同士がコンパレータＡ、に入力され
て比較される。信号に、とｋｔとは、その振幅の中間点
を境に対称となっているため、コンパレータＡ４の比較
出力信号Ｑは信号ｋｌ。

ｋ、の中間点で変化する信号となる。元の信号ｇは６０
°ごとに変化する信号であるから、信号Ｑは信号ｇから
３０°遅れた信号、即ちゼロクロス点から３０°遅れて
変化する信号となる。この信号ｇを後記のエツジ抽出回
路ｌＯに人力して、各変化点で同一方向に変化する信号
ｉを作成する。

この信号ｉは、前述したようにＤタイプフリップフロッ
プＤ　Ｆ　Ｆ　＋　、　Ｄ　Ｆ　Ｆ　ｔ　、Ｄ　Ｆ　Ｆ
　３のクロック人力とされて、逆起電圧の検出信号ｄ、
ｅ、ｆを保持し、３０°遅れたタイミング信号ａ、ｂ、
ｃを作成する。

Ｇ８．エクスクル−ノブＯＲ回路の説明（第３図）第３
図は第１図のエクスクル−ノブＯＲ回路３の回路図であ
り、本回路は２つのエクスクル−シブＯＲゲート３１．
３２より成る。２人力のエクスクル−シブＯＲゲート３
１の出力を他の２人力エクスクルーシブＯＲゲート３２
の一方の人力とし、エクスクル−シブＯＲゲート３１の
２人力に２つの逆起電圧の検出信号ｄ、ｅを入力して、
エクスクル−シブＯＲゲート３２の他方の入力に逆起電
圧の検出信号ｆを入力すれば、エクスクル−シブＯＲゲ
ート３２の出力に逆起電圧の各ゼロクロス点で反転する
信号ｇが得られる。

Ｇ３．エツジ抽出回路の説明（第４図）第４図は第１図
のエツジ抽出回路ｌＯの回路図であり、抵抗Ｒ１とコン
デンサＣ１によるデイレ−回路１０１とエクスクル−シ
ブＯＲゲート１０２とから成る。エクスクル−シブＯＲ
ゲート１０２の一方の入力には信号Ｑを入力し、その他
方の人力には信号Ｑをデイレ−回路１０２でわずかに遅
延させた信号を入力する。すると、エクスクル−シブＯ
Ｒゲート１０２の出力にはこのわずかの遅延期間の間だ
け出力が得られ、信号Ｑの立ち上がりエツジおよび立ち
下がりエツジで同一方向に変化するにの場合、立ち上が
りエツジとなる）信号が得られる。

Ｇ４．要部の具体回路の構成と動作（第５図、第６図（
ａ）、（ｂ）） 第５図は第１図の要部の演算部分の具体例を示す回路図
、第６図（ａ）、（ｂ）はその動作説明用の各部信号の
タイミング図である。本回路図は、第１図におけるゼロ
クロス点で反転する信号ｇから、そのゼロクロス点より
３０°遅れた同一方向の変化点を有する信号ｉを作成す
るまでの部分が示されており、バッファ８．インバータ
９．コンパレータＡ４は第１図と同一構成のものである
。

本具体例の積分回路６（７、以下０内は積分回路７の場
合を示す）は、オペアンプ６１（７１）と、帰還用のコ
ンデンサｃｔ（ｃ、）と、入力抵抗Ｒ１（Ｒ１）と、コ
ンデンサＣ，（Ｇ３）に並列に接続されたスイッチＳ＋
（Ｓ、）と、入力される信号ｊ（ｊ）の放電区間の最終
点を検出した信号ｒｌ（ｒ＝）で瞬間的にスイッチＳ、
（Ｓｔ）をオンさせて積分回路６．７をリセットするリ
セット回路６２（７２）から成る。この信号ｒｌ（ｒｔ
）は充放電の誤差により積分回路６（７）の出力信号に
＋、ｋｚがドリフトしてしまうのを防止するための信号
であり、放電区間の最後にスイッチＳ、（Ｓ、）を作動
させてコンデンサＣ，（Ｃ，）を完全に放電させるため
のものである。なお、同様の機能は、放電量の方を充電
量よりも若干増やすことによっても実現することができ
る。

第６図（ａ）はプランレスモータの回転数が大きい場合
を示し、（ｂ）は小さい場合を示している。両図から明
らかなように、たとえ回転数が変わっても、各積分回路
の出力信号に＋、ｋｔの振幅が大きくなるだけで、信号
に＋、ｋｔの各スロープがクロスする中間点を比較判定
する演算動作には変わりがないことから、信号ｇと信号
ｉの電気角（３０°遅れ）の関係は変わらない。このよ
うに積分回路を使用することによって、可変速対応とす
ることができる。また、２つの積分回路の積分特性はほ
ぼ同一であることを除いて精度は問題とならず、部品の
精度範囲内で無調整化することができる。

Ｇｓ、積分回路の他の構成例（第７図）第７図は積分回
路の他の具体例を示す回路図で、抵抗Ｒ４とコンデンサ
Ｃ４から成る充放電回路により構成したものである。こ
の回路によれば、多少積分特性が劣るものの、時定数の
とり方により十分使用可能である。

Ｇ、、プランレスモータの構成例（第８図（ａ）。

（ｂ）、（ｃ）） 第８図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本実施例を適用する３
相のプランレスモータの構成例の説明図である。このプ
ランレスモータは偏平形のものを示し、（ａ）はステー
タ側の駆動コイルの配置図、（ｂ）はマグネットロータ
の着磁状態を示す図、（ｃ）は駆動コイルの結線図を示
している。本ブラシレスモータは、円周状に配置された
駆動コイルＬ　ｕｌ　、　Ｌ　ＩＪｔ、ＬＶ＋、Ｌｖ２
、Ｌ　ｗ　ｌ＋　Ｌ　ｗ　ｔに対向するように、円形状
のマグネットロータ１２が回転可能に軸支されて成る。

各駆動コイルは、円の中心から対称な位置同士が直列に
接続され、−万端が共通に接続されてコモン００Ｍ側と
なり、他方端がそれぞれ各相の駆動電流の入力側となっ
ている。

Ｇ２．実施例の作用と応用例 以上に述べた本実施例が従来例と異なる点は、プランレ
スモータのステータ側の各駆動コイルに生ずる各逆起電
圧のゼロクロス点から３０°遅れた信号を、モノステー
ブルマルチバイブレークのような時間的要素を用いずに
、積分回路やコンパレータといった演算要素を用いてそ
の中間点を求める点にある。このため、回転数によらず
ゼロクロス点から３０°遅れのタイミング信号を得るこ
とができ、また積分回路の積分特性の精度は２つの積分
回路の特性がほぼ同一であるという関係を除いて問題に
されることはないので、無調整化することが可能になる
。

なお、上記実施例では偏平形の３相のプランレスモータ
を適用例としたか、円筒形等また４相等の他の形式のプ
ランレスモータに適用可能である。

例えば４相ブランレスモータでは隣接するゼロクロス点
の電気角は９０°であり、タイミング信号は同様にして
その中間点の４５°遅れた信号により作成すれば良い。

このように、本発明は、その主旨に沿って種々に応用さ
れ、種々の実施態様を取り得るものである。

Ｈ，発明の効果 以上の説明で明らかにように、本発明のプランレスモー
タの駆動回路によれば、以下のような効果が得られる。

（ｌ）センサーレスのプランレスモータにおいて、回転
数が変わっても駆動コイルに通電するタイミングの電気
角が変わらないので、常に最適な駆動ができ、可変速対
応とすることができる。

（２）必要な駆動のタイミングを得るための調整が不要
となる。

（３）一定速回転のプランレスモータに適用した場合に
は、起動時の速度変化に応じて最適な駆動ができるため
、起動時間が短縮される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の回路構成を示すブロック図
、第２図はその各部信号のタイミング図、第３図はエク
スクル−シブＯＲ回路の回路図、第４図はエツジ抽出回
路の回路図、第５図は第１図の要部の具体例を示す回路
図、第６図（ａ）。 （ｂ）はその動作説明用の各部信号のタイミング図、第
７図は積分回路の他の具体例を示す回路図、第８図（ａ
）、（ｂ）、（ｃ）はブラシレスモータの構成例の説明
図、第９図は従来のセンサーレスブラシレスモータの駆
動回路のブロック図、第１θ図はその従来例の各部信号
のタイミング図である。 ２・・・駆動電流切り換え回路、３・・・エクスクル−
シブＯＲ回路、６．７・・・積分回路、８・・・バッフ
ァ、９・・・インバータ、１０・・・エツジ抽出回路、
Ａ＋。 Ａｍ、　Ａ３１　Ａ４・・・コンパレータ、Ｄ−ＦＦ、
、ＤＦ　Ｆ　ｔ、　Ｄ　　Ｆ　Ｆ　ｓ・・・Ｄタイプフ
リップフロップ。 ２４！イナ１刀ゴの一宍万皮汐りＣワタイＳン７房り第
２図 （ｂ） ノトブゼＢ月の番地のタブＳシフ圧り 第６図 （Ｃ） Ｒ４ 利喝分巨耶合のイフの只％ｆｌｌｊ 第７図 フ・ラシｂス巳−夕の択明図 第８図 イ産米例のタイＳ／７レコ 第１０図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （ｌ）ステータ側の複数個の駆動コイルに流す電流を所
   定のタイミング信号で切り換えてマグネットロータを回
   転させるブラシレスモータの駆動回路において、 上記各駆動コイルに生ずる逆起電圧のゼロクロス点で反
   転する信号を検出する手段と、 この信号とこの信号を反転してそれぞれを積分する２つ
   の積分回路と、 上記２つの積分回路の出力信号を比較するコンパレータ
   と、 上記コンパレータの出力信号のエッジを検出して上記タ
   イミング信号を作成する手段とを有することを特徴とす
   るブラシレスモータの駆動回路。