JPH03173393A - 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】 ！産業上の利用分野云 本発明は、音響ノイズやスパイクノイズを低減４゛るブ
ラシレスモータの駆動回路に関するもので［発明の概要
］ 本発明は、各相の駆動コイルに流す電流を切り替えてロ
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
、 駆動コイルに流れる電流を切り替える位置より前で変化
する信号を積分して得られる信号に上下クリッピングを
行い、それらの信号を各相毎に加算して駆動コイル電流
の切り替え駆動信号とし、通電遅れを伴なわずに駆動コ
イル電流を滑らかにすることにより、 モータの効率を悪化させることなく、音響ノイズやスパ
イクノイズを低減できるようにしたしのである。

［従来の技術］ ブラシレスモータは、マグネットでロータを作成し、ス
テータ側に配した複数相の駆動コイルに流す電流を駆動
回路のトランジスタ等でスイッヂングして切り替えるこ
とにより、ロータを回転させている。このブラシレスモ
ータの駆動回路において、駆動コイルに流れる電流は、
それを切り替えるため用いられているトランジスタがス
、イツチング動作をしているために、急瞬な変化をして
しまう。その状態でモータを駆動すると、急瞬な電流変
化のために音響ノイズが大きくなったり、スパイクノイ
ズが出たりする。

従来は、これを解決するために第４図や第５図の様な回
路構成とし、第６図の各部波形図に示すような滑らかな
波形で駆動していた。これらの従来例は、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Ｌ　ｕ、　Ｌ　ｖ、　Ｌ　ｗが囲路のロータマグ
ネットに対向して配置され、このロータマグネット近傍
に各相対応にホール素子等から成るマグネット位置検出
装置Ｉλ、ｔｂ。

ｌｃが電気角で３０°進んだ位置に配置されている。各
駆動コイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗは、それぞれの一端をコモ
ン側として駆動電源２に接続され、それぞれの他端は駆
動回路のｎｐｎの出力トランジスタＱ１．Ｑ＊、Ｑ３の
コレクタへ接続される。マグネット位置検出装置１ａ、
ｌｂ、Ｌｃの各相出力は、コンパレータ（差動アンプ）
３ａ、３ｂ。

３ｃに入力されてゼロジロス点で変化する各相の信号ａ
　ｌ＋　ａ　ｔ＋　ａ　３とされ、ロジック回路４へ人
力される。ロジック回路４は、この信号ａ１．ａ２゜Ｃ
３から、ａｌ・石、ａｘ・乙、ａａ・７の各論理演算を
行い、通電信号ｂ＋、ｂｔ、ｂｓを作成する。この通電
信号す、、ｂ、、ｂ３をそれぞれ抵抗Ｒｌ、　Ｒｔ、　
Ｒｓを介して出力トランジスタＱ　、、Ｑ　。

Ｑ、のベースに加える。各出力トランジスタＱＱ＊、Ｑ
−のエミッタはグランドへ接続されている。

ここで、第４図の駆動回路においては、谷出力トランジ
スタＱ、、Ｑ、、Ｑ、のコレクターグランド間に電解コ
ンデンサＣ＋　、　Ｃｔ、　Ｃ３を接続することにより
、各出力トランジスタＱ１．ＱＩ　Ｑ−の内部抵抗と駆
動コイルＬυ、　Ｌｖ、　Ｌｗのコイル抵抗によりロー
パスフィルタを構成し、駆動コイルＬ１ｊ、　Ｌｖ、　
Ｌｗに流れる電流を波形Ｃ１，Ｃ２Ｃ８に示すように滑
らかにしている。

また、第５図に示す駆動回路では、各出力トランジスタ
Ｑ７．Ｑ−，Ｑ、のベースにおいて、それぞれのコンデ
ンサＣ４，Ｃｓ、Ｃｏと抵抗Ｒ，，Ｒｅ。

Ｒ５とによりローパスフィルタを形成することによって
、各出力トランジスタＱ、、Ｑ、、Ｑ、が波形ＣＩ＋　
　ｃ　２＋　　Ｃｓに示すように駆動コイルＬ　ｕ、　
Ｌ　ｖ。

Ｌｗの電流を滑らかにオン／オフするようにしている。

［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ブラシレスモー
タの駆動回路では、駆動コイル電流が滑らかになり、音
響ノイズやスパイクノイズを低減する効果は得られるが
、反面、以下のような問題点を有していた。

（１）第４図の駆動回路においては、トランジスタの内
部抵抗、コイル抵抗が低いため、十分低いカットオフ周
波数を得るためには、大きな容量のコンデンサが必要と
なり、回路が大きくなる。

また、高速回転時には、コンデンサ内部での損出が大き
くなりモータ効率が悪くなる。

（２）第５図の駆動回路においては、ＩＣ（集積回路）
化した場合、数十ｐｒまでのコンデンサしか内蔵できな
いので、外付けのコンデンサ（３相では３個）となりＩ
Ｃのピン数が増加する。

（３）上記いずれの駆動回路においてら、ローパスフィ
ルタを用いているために、第５図の通電信号ｂ＋、ｂｔ
、ｂ、ｌと波形ｃ、　　Ｃｆｆ１＋　Ｃｓの比較から明
らかなように、電流の切り替え位置が本来の位置から遅
れてしまうことになり、磁束が多い部分での通電が出来
なくなってモータの効率が低下することになる。これを
、避けるために、ホール素子等の位置検出器１ａ、Ｉｂ
、ｌｃの位置をずらし電流の遅れを無くすことも試みら
れているか、回転数９回転方向が変わった場合、遅れ量
、方向が変わってしまうため、ある限られた場合にしか
使用できないという問題点がある。

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、駆動コイルに流れる電流を、その切り替え位置から
ずれることなく即らモータ効率を低下させることなく滑
らかに切り替えて、音響ノイズやスパイクノイズを低減
できる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。

［課題を解決するための手段］ 北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、 各相の駆動コイルに流す電流を切り替えてロータを回転
させるブラシレスモータの駆動回路において、 上記駆動コイルに流れる電流を切り替える位置より的で
変化する信号を論理的に作成する手段と、−ト記信号を
積分する手段と、 上記積分された信号に上下クリッピングを行う手段と、 上記クリッピングされた波形を各相別に加算して上記駆
動コイルに流す電流の切り換え駆動信号とする手段とを
具備することを特徴とする。

［作用コ 本発明は、各相の駆動コイルに流れる電流を切り替える
位置より萌で変化する信号を論理的に作成し、これらを
積分して得られる信号に上下クリッピングを行い、それ
らのクリッピングされた信号を各相伝に加算して滑らか
に変化する駆動コイル電流の切り替え駆動信号を作成す
る。この切り替え駆動信号は、滑らかに駆動コイル電流
を切り替えるとともに、滑らかな変化の始まる時機が駆
動コイル電流の切り替え位置よりも前から始まり、かつ
その時機が論理的に定められるので、モータの回転数や
回転方向の変化によってその位相関係が変化せず、切り
替え位置の位相遅れを生じさせない。

［実施例コ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図は本発明の一実施例を示す回路構成図、第２図は
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本実施例を適用する３相のブ
ラシレスモータの構成例を示す説明図である。

このブラシレスモータは偏平形のものを示し、第２図に
おいて、（ａ）はステータ側の駆動コイル等の配置図、
（ｂ）はロータマグネット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　ｕ　ｌ＋　Ｌ
　Ｌ＋　２、Ｌ　ｖｌ、　Ｌｖｔ、Ｌ　Ｗｌｌ、８．に
対向するように、８極にＮｔｆｉ、　Ｓ極を交互に着磁
した円形状のロータマグネ・ソト１１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、−刃端か共通に接続されてコモ
ン００Ｍ側となり、他方喘かそれぞれ各相の駆動電流の
入力側となってし）る。ｌａ、ｌｂ、ｌｃは、ホール素
子等から成るマグネット位置検出装置であり、各駆動コ
イルの対（１、ｕｌ、　Ｌｕｘ）　、（Ｌｖｔ、　Ｌｖ
ｔ）　、　（Ｌｖｔ、　Ｌｗｔ）　　（以下、駆動コイ
ルＬｕ、Ｌｖ、Ｌ＝ａ記す）に誘起される逆起電圧と同
じゼロクロス点で変化する信号を検出可能なロータマグ
ネットの近傍の位置に配置する。この位置は、第２図（
ａ）に示すように、駆動コイルＬＬＩＩ、　Ｌｖｔ、　
Ｌｖｔの中央から機械角で２２．５°　（電気角で９０
°）の位置（巻線のほぼ中心）に置く。なお、参考まで
に各駆動コイルＬｕ１．　Ｌνｌ＋　Ｌｗｌの中央に配
したマグネット位置検出装置１　ｃ′、ｌ　ｂ’、Ｉ　
ｃ′は従来の３０°　（以下、角度は電気角を示す）進
みの信号を得る位置である。

第１図において、Ｉａ、Ｉｂ、ｌｃは上述のマグネット
位置検出装置を示し、ＬＵ、Ｌｖ、Ｌｗは上述の駆動コ
イル（駆動コイル対）を示している。

３ａ、３ｂ、３ｃはそれぞれ対応するマグネット位置検
出装置１ａ、Ｉｂ、Ｉｃからの入力のゼロクロス点を検
出し、各相の駆動コイルしり、Ｌｖ、Ｌいに誘起される
逆起電圧のゼロクロス点で変化する信号と同一の信号（
電気角１８０°幅で電気角１２０°位相差を有する信号
）　ａｌ＋　２Ｌ２＊　ａ３を作成するコンパレータ（
または差動アンプ）である。５はロジック回路であり、
信号ａｌ＋ａ２　　ａ、を基に、上記の各相の信号ａｌ
、ａａ、ａ３における同相のゼロクロス点でｌｊＯｏ（
以下電気角を示す）幅で変化する信号ｂ＋、　ｂｔ、　
ｂｓ、　ｂ４．　ｂ５．ｂ、を作成するとと乙に、その
各相のすべてのゼロクロス点で変化する信号Ｃを作成す
る。例えば信号ｂ　ｌ　ｉｉａ　１・石の論理で作成し
、以下同様１こｂｅはａｌｅ　ａ、、ｂ３はａｔｅ　ａ
３、ｂ４はａｔ”　ａ、ｂ、は＆、・ａｔ、ｂ６は１．
・乙の論理で作成する。また、信号Ｃは例えば、信号ａ
１とａ、のエクスクル−シブＯＲ論理出力をさらに信号
ａ、とエクスクル−シブＯＲ論理をとることにより作成
ずろ。

６は上記信号Ｃを積分して互いに反転関係にある三角波
ｄ、、ｄ、を作成する積分器である。積分器６はオペア
ンプの出力をコンデンサで正帰還さ仕た回路で実現する
ことができ、簡易的にはＣＲ（コンデンサと抵抗）によ
る充放電回路を用いることができる。従って、従来のよ
うに各相伝に必要としたコンデンサを積分用のコンデン
サの１０に減らすことができる。７ａは積分器６の三角
波ｄ、の上限レベル以上の部分と下限レベル以下の部分
をクリッピングするクリッパであり、７ｂは積分器６の
三角波ｄ、の上限レベル以上の部分と下限レベル以下の
部分をクリッピングするクリッパである。なお、クリッ
パ７ａ、７ｂはスライサを使用しても良い。

８ａ、８ｂ、８ｃは各相の駆動コイルＬｕ、　ＬｖＬｌ
の切り替え駆動信号ｆ、を作成する演算回路である。演
算回路８ａには、ロジック回路５から信号ｂ＋、ｂｙを
入力し、クリッパ７ａ、７ｂからそれぞれ出力ｅ　＋　
＋　ｅ　！を人力する。この演算回路８ａは乗算器と加
算器から成り、ｂ　＋Ｘ　（！　ｌ＋　ｔ）、ｘｅ、か
ら切り替え駆動信号ｆ、を作成する。ここで、信号ｂ１
．ｂｙは“ｌｏか“０“の論理信号であるから、乗算器
はアナログスイッヂでクリッパ出力ｅＩ　＋　ｅ　ｔを
オン／オフすることで実現ずろごとができる。これによ
り、実効的？こほぼ３０°進んでいて１２０”幅を有す
る台形波状の切り替え駆動信号ｆ１を得ることができる
。同様に、演算回路８ｂは、信号ｂｓ、−ｂ−、クリッ
パ出力ｅ１．ｅ、を入力して、上記ｆ、とは１２０゛位
相差の切り替え駆動信号ｆ、を作成し、演算回路８ｃは
、信号ｂｓ、ｂｓ、クリッパ出力ｅ１．ｅｘを入力して
、上記ｆ２とは１２０゛位相差の切り替え駆動信号ｆ。

を作成する。演算回路８ａ、８ｂ、８ｃの各切り替え駆
動信号ｆ＋、ｆｔ、ｆｓは、それぞれｎｐｎの出力トラ
ンジスタＱ、、Ｑ、、Ｑ、のベースに印加する。これら
の各トランジスタＱ１．Ｑ−，Ｑｓのコレクタには、駆
動コイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗの入力側を接続し、それぞれ
のエミッタはグランドへ接続する。駆動コイルし□、Ｌ
ｖ、Ｌ、のコモン側は、駆動電源２の＋側へ接続する。

以上のように構成した実施例の動作および作用を述べる
。

第３図は、上記実施例の動作タイミングと各部波形を示
す動作波形図である。縦軸に示したθ〜３６０の数字は
、駆動コイルとロータマグネットの基準位置からの電気
角を示している。前述したように、ｉＬ＋＋　ａｆｉ、
　ａ３は各相の駆動コイルＬｕ。

Ｌｖ、Ｌｗに誘導される逆起電圧のゼロクロス点で変化
する信号と同一であり、そのように配置されたマグネッ
ト位置検出装置ｌａ、ｌｂ、ｌｃとコンパレータ３ａ、
３ｂ、３ｃとにより検出されろ。

これらの信号ａＩｎ　ａ　ｔ＋　ａ２は１８０゛幅を有
し、互いに１２０゛位相差を持つ。これらの信号ａｌａ
　ｔ　＋　　ａ　３から、それぞれの同位相のゼロクロ
ス点で変化する１２０゛幅の信号と、すべてのゼロクロ
ス点で変化する６０°幅の信号Ｃとをロジック回路５に
より論理的に作成する。信号Ｃは、駆動コイル電流を切
り替える位置より前で変化し、なだらかに変化する信号
ｅ＋＋ｅ＊を作り出ずために使用される。即ち、信号Ｃ
は積分器６て積分さ５仁、互いに反転関係にある１２０
゛周期の三角波ｄｄ、とされ、この三μγ波をクリッピ
ングしてなだらかな三角波の傾斜を（−ｆするクリッパ
出力ｅＩ＋ｅ、を得ろ。この信号は１２０゛未満の幅の
１２０゛周期の信号であり、しかし前後になだらかな傾
斜を有するので実効的には６０°幅の信号となっている
。そこで、上記信号ｂｔ、ｂｚ、・・・ｂ、のうち各相
の信号ａｌ＋　ａ　！＋　１３に対応して隣接する２つ
の信号により、乗算で信号ｃｌ、ｃｔを選択し、次にそ
れらを加算して、実効的に１２０°幅を有し駆動コイル
電流を切り替える位置の前後でなだらかに変化する７ｊ
ｉ流切り替え駆動信号「ｆｔ、Ｉ３を作成し、駆動コイ
ルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗを駆動する出力トランジスタＱ、、
Ｑ、、Ｑ、ベースに印加する。これにより、出力トラン
ジスタＱＩ。

Ｑ、、Ｑ、は、駆動コイル電流を滑らかにオン／オフす
ることができる。

上記において、駆動コイル電流を切り替える位ＩＩ￥は
、実効的に王角波ｄ、、ｄ、のレベルの中央（クリンパ
出力ｅ＋＋ｅ２のレベルの中央）で定まり、この（、′
Ｌ置は信号Ｃの幅が論理的に一定の電気角（６０°）に
定まるので、回転数や回転方向に無関係に３０°進み位
置に定めろことができる。このため、従来のローパスフ
ィルタを用いた場合のように、駆動コイル電流を切り替
える位置に遅れを生しさせることがない。

なお、本発明はセンサーレス方式の場合にら適用するこ
とができることは明らかである。即ち、各相の駆動コイ
ルの逆起電圧のゼロクロス点をコンパレータて検出すれ
ば、上記実施例の信号ａュ、１　ａ３が得られるので、
同様に適用される。また、本発明は３相以外の複数＋Ｄ
のブラシレスモーフに適用可能である。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Ｉｉ
ｌ！ｉ態様を取り得る乙のである。

［発明の効果］ 以上の説明で明らかなように、本発明のプランレスモー
フの駆動回路によれば、 （１）ローパスフィルタを使用しζいｆコめ、通電の遅
れがなく、モータの効率を、凸化させることなく駆動コ
イル電流を滑らかに切り替えることかでき、駆動騒音や
スペイクノイズを小さくすることができる。

（２）使用するコンデンサとして、従来３相１ηに必要
であった乙の力ぐ、積分用コンデンサのｍ個で済み、し
かも容量の大きなコンデンサを用いなくとも駆動コイル
電流を滑らかにすることができ、回路を小型化すること
が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路構成図、第２図（
ａ）、（ｂ）、（ｃ）は上記実施例を適用する３…のブ
ラシレスモーフの構成例を示す説明図、第３図は上記実
施例の動作タイミンクと３第波形を示す動作波形図、第
４図、第５図は従来例を示す回路構成図、第６図は従来
例の各部波形図である。 ｌａ、Ｉｂ、ｌｃ・・・マグネット位置検出装置、：（
ａ、３ｂ、３ｃ・・コンパレータ、５・・・ロジック回
路、６・・積分器、７ａ　　７ｂ・・・クリッパ　８ａ
８ｂ、８ｃｍ演算回路、Ｑ、、Ｑｔ、Ｑ３・・出力トラ
ンジスタ、Ｌ、８．Ｌｖ、　Ｌｗ・・・駆動コイル。 （ｃ） プラントスモークＪノ燻明口 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）各相の駆動コイルに流す電流を切り替えてロータ
   を回転させるブラシレスモータの駆動回路において、 上記駆動コイルに流れる電流を切り替える位置より前で
   変化する信号を論理的に作成する手段と、上記信号を積
   分する手段と、 上記積分された信号に上下クリッピングを行う手段と、 上記クリッピングされた波形を各相別に加算して上記駆
   動コイルに流す電流の切り換え駆動信号とする手段とを
   具備することを特徴とするブラシレスモータの駆動回路
   。