JPH04101695A - 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 Ｂ１発明の概要 Ｃ１従来の技術 り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 Ｆ１作用 Ｇ実施例 Ｇ、実施例の構成（第１図〜第５図） Ｇ、実施例の動作および作用（第６図）Ｈ発明の効果 Ａ産業上の利用分野 本発明は、ロータのマグネ）ｌ）位置検出のためのセン
サー類を使用しないで、モータコイルに発生する逆起電
圧によりモータコイルに流す電流の切り替えを行ないＤ
Ｃブラシレスモータをセンサーレス駆動するブラシレス
モータの駆動１に関するものである。

Ｂ３発明の概要 本発明は、センサーレス駆動のブラシレスモータの駆動
回路において、 モータフィルに発生する逆起電圧のゼロクロス点で反転
する信号とこの信号の反転信号のそれぞれの二つレベル
状態の区間で、異なった周波数のクロックを用い、アン
プカウントとタウンカウントまたはタウンカウントとア
ップカウントを連続して行い、そのカウント結果からモ
ータコイルに流れる電流の切り替えタイミングを作り出
すことにより、 駆動回路をデインタル化し、集積化を容易にするととも
に、特性のバラツキを減少させるものである。

Ｃ従来の技術 直流（ＤＣ）のブラシレスモータは、ロータにマグ不ン
トを用い、ステータに多相のモータコイルを配置し、そ
のモータコイルに流す電流を順次切り替えて回転する磁
界を発生させ、ロータを回転させるものである。このと
きに、モータコイルに流す電流（駆動電流）を切り替え
るタイミング信号を発生させる手段としてホール素子等
の位置検出センサーを用い、ロータのマグネットの位置
検出を行ってタイミング信号を作成するブラシレスモー
タか一般的であるか、ホール素子等のセンサーを使用せ
ず、モータコイルに発生する逆起電圧を利用して上記駆
動電流を切り替えるタイミング信号を作り出すセンサー
レス駆動のブラシレスモータか従来より知られている。

このようなセンサーレス駆動のブラシレスモータでは、
ロータの回転によりモータコイルに発生する逆起電圧の
セロクロスポイント（ゼロクロス点）を用いて、モータ
フィルに流す駆動電流の切り替えのタイミング信号を作
成しているか、セロクロスポイントとモータコイルに流
す駆動電流の切り替えポイントとでは、後者の方が基本
的に電気角で３０度遅れている。この３０度遅れのタイ
ミング信号を作り出す場合、−船釣にはアナログの遅延
回路を用いるか、遅延時間が固定であるため、可変速駆
動等で回転速度が変化すると電気角での遅延量か変って
しまう欠点かある。このため、本出願人らは、先に特願
昭６３−１９９３１２号において、回転速度に無関係に
所定の電気角たけ遅延したタイミングでモータコイルの
駆動電流の切り替えを可能にするセンサーレスのブラシ
レスモータの駆動回路を提案した。

その特願昭６３−１９９３１２号のブラシレスモータの
駆動回路では、二つのアナログの積分器を使用し、駆動
コイルに発生する逆起電圧のゼロクロスポイントで電気
角６０度毎に反転する信号を検出し、この信号とこの信
号の反転信号を上記の積分器てそれぞれ積分し、それら
の積分された信号同士を比較して隣接するゼロクロスポ
イントの中間点て反転する信号を得、この信号のエツジ
を検出することにより、回転速度に無関係に所定の電気
角たけ遅延した駆動電流切替用のタイミング信号を作り
出していた。

９発明か解決しようとする課題 しかしなから、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、二つの積分器を用い、アナログ的な
手法によりセロクロスポイントを電気角で３０度遅らせ
、モータコイルに流す駆動電流の切り替えポイントを合
成しているので、その二つの積分器の特性のバラツキに
よりＡＭするタイミングかずれたり、集積した場合に外
付は部品としてコンテンサを２個必要とするなとの欠点
かあった。

本発明は、上記欠点を解消するために創案されたもので
、特性バラツキか少なく、集積化が容易であり、可変速
に対応できるセンサーレス駆動のブラシレスモータの駆
動回路を提供することを目的とする。

Ｅ１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モータコイルに流す電流を所定の
タイミング信号で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、上記各モータコイルに
生ずる逆起電圧のセロクロス点て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た信号のそれぞ
れの一方の信号レベル状態の区間で始めに第１の計時信
号でアンプカウントまたはタウンカウントを行い続いて
他方の信号レベル状態の区間で第２の計時信号でダウン
カウントまたはアップカウントを所定値から所定値まで
行う二つのアップタウンカウンタと、 上記第１の計時信号およびそれよりも高い周波数の上記
第２の計時信号を発生する手段と、上記二つのアップタ
ウンカウンタのカウント結果から上記タイミング信号を
作成する手段とを具備することを特徴とする。

Ｆ作用 本発明は、モータコイルに発生する逆起電圧のセロクロ
ス点て反転する信号を検出し、この信号とこの信号の反
転信号のそれぞれのハイレベルの区間およびローレベル
の二つの区間で所定値からのカウントアツプと所定値ま
でのカウントタウンまたは所定値からのカウントタウン
と所定値までのカウントアツプをそれぞれ異なるクロッ
クで行うことで、それらのカウント結果から隣接するセ
ロクロス点の中間点で反転する信号を得、この信号から
回転速度に無関係に所定の電気角た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、モータ
駆動回路をデインタル化し、集積化を容易にするととも
に、特性のバラツキを減少させる。

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
。

Ｇ１．実施例の構成 第１図は本発明の一実施例を示すブロック図である。本
実施例は３相の磁気回路構成のブラシレスモータに適用
した場合を例とする。本実施例の構成において、Ｌ、Ｊ
、　　Ｌｖ、　　Ｌ、はスター結線された３相構成のス
テータ側のモータコイルであり、後記する駆動電流切替
回路１５に接続される。１２．３は、各相のコイルＬｕ
、　　Ｌｖ、　　Ｌｗに発生した逆起電圧ＥＵ、ＥＶ、
Ｅ、を、それらのそれぞれとコモン電位（ＣＯＭ）とを
入力して各相銀にゼロクロスポイントで反転する信号ｄ
、ｅ、ｆに変換するコンパレータである。これらの信号
ｄ、　　ｅｆは、エクスクルーンブオア（ＥＸＯＲ）回
路４に入力されて、各逆起電圧ＥＩＩ、　　Ｅｖ、　　
Ｅｗのゼロクロス点で反転する信号ｇが作成される。

５は上記信号ｇを反転するインバータであり、６．７は
、アップダウンカウンタを有して構成され、ディジタル
的に入力信号の立ち上がりまたは立ち下がりの一方を電
気角で３ｏ度遅らせる遅延回路である。信号ｇは遅延回
路６のアップカウント／タウンカウントを指示するＵ／
Ｄ端子に接続され、インバータ５て反転された信号−ｇ
は遅延回路７のＵ／Ｄ端子に接続される。８はクロック
信号を作成する発振器であり、９はそのクロック信号を
１／２分周して１／２の周波数のクロック信号（以下、
１／２クロツク信号と記す）を作成する１／２分周器で
ある。上記１／２クロツク信号は第１の計時信号として
、発振器８のクロック信号は第２の計時信号として、そ
れぞれ遅延回路６．７のクロック端子であるｃｌｏｃｋ
端子、ｌ／　２　ｃ　Ｉ　ｏ　ｃ　ｋ端子に接続される
。各遅延回路６７て遅延された信号Ｊ、にはゼロ出力（
Ｚｅｒｏ）端子から送出され、それぞれオア回路１０の
入力へ接続されて、それらの信号」、にの論理和が取ら
れ、各逆起電圧ＥＩＪ、　　Ｅｖ、　　Ｅ、のセロクロ
ス点から電気角で３０度遅れた点て変化する信号ρが作
成される。

１１．１２．１３は、データ入力（Ｄ）端子にそれぞれ
コンパレータｌ、　　２．　３の出力信号ｄｅ、ｆを接
続し、クロック（ＣＫ）端子に上記信号ａを接続し、そ
れぞれ各相の駆動電流の切り替え用のタイミング信号ａ
、ｂ、ｃを作成するＤフリップフロップである。１４は
、各Ｄフリップフロップ１１，１２．１３の出力（Ｑ）
端子から出力されるタイミング信号ａ、ｂ、ｃを入力し
、駆動電流切替回路１５を構成するトランジスタＱ、。

Ｑ、、Ｑ３．Ｑ、、Ｑ５．ＱＩｌのベースを駆動する信
号ｐ、、ｑ、ｒ、ｓ、ｔ、ｕを作成する１２０度ロジッ
ク回路である。駆動電流切替回路１５は、エミッタを共
通にサーホ電＃ｖ５に接続されたｐｎｐトランンスタＱ
、、Ｑ、、Ｑ３と、エミッタを共通にグランドに接続さ
れたｎｐｎ　トランジスタＱ４＋　　Ｑ５．　　Ｑ、と
か、Ｑ、、Ｑ、とＱ、、Ｑ５とＱ３．Ｑ。のペアーでコ
レクタ同士て接続され、それぞれの接続点に前述のモー
タコイルＬＵ、　　Ｌｖ、　　ＬＪ＜接続されて成る。

第２図は、本実施例の要部である遅延回路の回路構成図
であって、第１図の両遅延回路６，７は同一構成である
ので、代表してその一方の遅延回路６の構成を示しであ
る。６ａは８ビツトのアップタウンカウンタであり、ア
ップ（ＵＰ）端子タウン（ＤＯＷＮ）端子の一方の指示
入力により、クロック（ＣＫ）端子に入力される時計信
号をカウントし、キャリー信号あるいはカウント値上口
をキャリー出力（−Ｃａｒｒｙ）端子あるいは上口出力
（−Ｚｅｒｏ）端子から出力する。上記カウンタ６ａの
ＣＫ端子へは、ｌ　／　２　ｃ　Ｉ　ｏ　ｃ　ｋ端子へ
の入力とｃｌｏｃｋ入力端子への人力をナンド（ＮＡＮ
Ｄ）ケート６ｂ、６ｃと負論理人力オア（ＯＲ）ケート
（たたしＮＡＮＤケートと同一回路構成である）６ｄて
構成されるセレクト回路で、切り替えて入力する。この
切り替えのため、１　／　２　ｃ　Ｉ　ｏ　ｃ　ｋ端子
入力側のＮＡＮＤゲート６ｂのゲート入力にはＵ／Ｄ端
子か接続され、Ｃ○ｃｋ端子入力側のＮＡＮＤゲート６
Ｃのゲート人力には信号反転用のインバータ６ｅを介し
て上記Ｕ／Ｄ端子か接続される。一方、カウンタ６ａの
ＵＰ端子には、Ｕ／Ｄ端子がアンド（ＡＮＤ）ケート６
ｆを介して接続され、同じくカウンタ６ａのＤＯＷＮｉ
子にはＵ／Ｄ端子かインバータ６ｇとアンド（ＡＮＤ）
ゲート６ｈを介して接続される。ＡＮＤゲー）６ｆのゲ
ート入力へは、負入力オア（ＯＲ）ゲー）６ｉ、６ｊか
ら成るＲＳフリップフロップの出力が接続される。この
ＲＳフリップフロノフの七ノドはＵ／Ｄ端子のローレベ
ル入力で行われ、リセットはアップダウンカウンタ６ａ
からのキャリー信号で行われる。これにより、Ｕ／Ｄ端
子のハイレベル入力で、カウンタ６ａはクロック信号で
フルカウントまでアップカウント動作を行う。たたし、
通常はフルカウントになる前でアップカウント動作から
次に続くタウンカウント動作に移るように、クロック信
号の周波数を設定する。また、上記もう一方のＡＮＤゲ
ー）６ｈのゲート入力には、カウンタ６ａの−Ｚｅｒｏ
端子が接続され、これにより、Ｕ／Ｄ端子のローレベル
入力で、カウンタ６ａは１／２クロック信号で上記アン
プカウント動作におけるカウント値からカウント値ゼロ
までダウンカウントを行う。

第３図は、第２図の８ビツトのアップダウンカウンタ６
ａの回路構成図である。アップダウンカウ／り６ａは、
各ビットに対応して設けられた８個のＪＫフリップフロ
ップ６１８〜６１ｈと、各ＪＫフリップフロップ６１ｂ
〜６１ｈのＪＫ入力毎ニアンド（ＡＮＤ）ケート６２ａ
　〜６２ｇとアンド（ＡＮＤ）ゲート６３　ａ　〜６３
　ｇとそれらのそれぞれの出力のオア（ＯＲ）ケート６
４３〜６４ｇとて構成されるＬＪＰ／ＤＯＷＮの切替回
路と、カウント値上口信号を−Ｚｅ　ｒｏ端子へ出力す
るナンド（ＮＡＮＤ）ゲート６５と、キャリー信号を−
Ｃａｒｒｙ端子へ出力するナンド（ＮＡＮＤ）ケート６
６とから成る。カウンタ６ａのクロック（ＣＫ）端子は
、各ＪＫフリップフロップのクロック（ＣＫ）端子に接
続され、ＵＰ端子はＡＮＤＮ−ケートａ〜６３ｇのゲー
ト入力として、ＤＯＷＮ端子はＡＮＤゲート８２　ａ　
〜６２　ｇのゲート入力として接続される。

第４図は、第１図の３人力のエクスクルーンブオア回路
４の回路構成図である。このエクスクルーンブオア回路
４は、２人力のエクスクルーシブオアゲート４１の一方
の入力にもう一つの２人力のエクスクル−シブオアケー
ト４２が従属に接続されて成る。エクスクル−シブオア
ケート４２の二つの入力とエクスクル−シブオアケート
４１の他方の入力がエクスクルーシブオア回路４の信号
ｄ、ｅ、ｆを接続する３人力の端子となり、エクスクル
−７ブオアケート４１の出力がエクスクルーシブオア回
路４の信号ｇの出力端子となる。

第５図は、第１図の１２０度ロ／ツク回路１４の回路構
成図である。この１２０度ロジック回路１４は、モータ
フィルＬＵ、　　Ｌｖ、　　Ｌｗに３相両方向の通電を
行うために、各相の逆起電圧のセロクロス点から電気角
で３０度遅れた電気角１２０度幅のタイミング信号ａ、
ｂ、ｃを受けて駆動電流切替回路１５の各トランジスタ
Ｑ１〜Ｑ、ｌのベースに入力する信号ｐ、ｑ、ｒ、ｓ、
ｔ、ｕを作成する。１２０度ロジック回路１４の構成に
おいて、１４ａ、１４ｂ、１４ｃはインバータてありタ
イミング信号ａ、ｂ、Ｃをそれぞれ入力してその反転信
号−ａ、−ｂ、−ｃを作成する。１．４ｄ、］４ｅ、１
４ｆは２人力のナンド（Ｎ　Ａ　Ｎ　Ｄ　）ゲートであ
り、論理積−（ａ・　（−ｂ））から信号ｐを、論理積
−（ｂ・　（−ｃ））から信号ｑを、論理積＝（Ｃ・（
−ａ））から信号ｒを作成する。１４ｇ、１４ｈ、＋４
ｉはアント（ＡＮＤ）ケートであり、論理積（−〇）・
ａから信号Ｓを、論理積（−ｂ）　・Ｃから信号ｔを、
論理積（−ａ）ｂから信号Ｕを作成する。

Ｇ７．実施例の動作および作用 以上のように構成した実施例の動作および作用を述へる
。

第６図は本実施例の動作を示すタイミング図である。ま
ず、モータコイルＬＵ、Ｌｖ、Ｌ、に生ずる逆起電圧Ｅ
、、Ｅ、、、Ｅ、は、コンパレータ１２．３に入力され
て、セロクロス点で反転する信号ｄ、ｅ、ｆに変換され
る。各モータコイルＬＵＬ５２．Ｌｗには、タイミング
信号ａ、ｂ、ｃを入力とする１２０度ロジック回路１４
とその出力によってオン／オフか制御されるトランジス
タＱ１〜Ｑ６から成る駆動電流切替回路１５により、サ
ー丁電＃Ｖ５から電源供給を受けて駆動電流かあるタイ
ミングで流れているか、セロクロス点付近においては通
電されないため、上記逆電圧のセロクロス点で正確に反
転する信号か得られる。図示しないロータ側のマグネッ
ト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て駆動電流を流す必要かある。

第６図では３相の両方向１２０度（電気角）通電の場合
を示してあり、この場合、セロクロス点より電気角で３
０度遅れた幅１２０度の区間で駆動電流を流す必要かあ
り、従ってセロクロス点より電気角で３０度遅れたタイ
ミング信号ａ、ｂ、ｃが必要となる。

そこで、まず、各相の逆起電圧のＥ、Ｊ、Ｅｖ、Ｅ。

のゼロクロス点で反転する信号ｄ、ｅ、ｆ’ｅエクスク
ルーンブオア回路４に入力し、各逆起電圧Ｅｕ、　　Ｅ
ｖ、　　Ｅｗのゼロクロス点で反転する信号ｇを得る。

この信号ｇはディジタル的に電気角３０度遅らせる遅延
回路６のＵ／Ｄ端子に入力され、さらにその反転信号−
ｇかもう一つの遅延回路７のＵ　／　Ｄ　＆Ｊ子に入力
される。遅延回路６，７ては、信号ｇまたは−ｇかノ＼
イレベル（以下Ｈと記す）のとき１／２クロック信号を
基にカウントアンプして行き、続いて信号ｇまたは−ｇ
かローレベルく以下りと記す）に変わると、上記でカウ
ントアツプされたカウント値からｃｌｏｃｋ端子入力の
クロ／り信号を基にカウントタウンを行い、セロになる
とカウントを停止する。上記において１／２クロ、り信
号はクロック信号を１／２分周したちのであるからカウ
ントタウン動作はカウントアンプ動作の倍の周波数で行
われることになるため、カウントアツプしたときの半分
の時間でセロに戻ることになる。即ち、各遅延回路６．
７のカウント値上口信号出力ｊ、　　ｋ　（カウント値
ゼロのときＨになる）は、カウントアツプ後、カウント
アツプに要した時間の半分の時間か経過した後Ｈとなる
。

ここで、隣接するセロクロス点、即ち、ある相の逆起電
圧のセロクロス点から別相のゼロクロス点までの間隔は
３相の場合電気角で６０度であるから、この信号ｊ、ｋ
により信号ｇ、−ｇの一つの反転側をそれぞれ３０度遅
らすことができる。

このような信号ｊ、にの論理和をオア回路１０で取ると
、その論理和出力σは各逆起電圧Ｅｕ　　Ｅｖ、Ｅｗの
ゼロクロス点から電気角で３０度遅れた点で変化する信
号となる。この信号ＱをＤフリップ７０ツブ１１，１２
．１３のクロック（ＣＫ）端子に加えると、それぞれか
各相別のゼロクロス点て変化する信号ｄ、ｅ、ｆを電気
角３０度遅れて保持することとなり、各相銀にセロクロ
ス点から電気角３０度遅れたタイミング信号ａ、　　ｂ
、　　ｃを得ることができる。このタイミング信号ａ、
ｂＣは、１２０度ロンツク回路１４により、駆動電流の
切り替え信号、すなわち駆動電流切替回路１５を構成す
るトランジスタＱ、、Ｑ、、Ｑ、、Ｑ、。

Ｑ、、Ｑ、のベースへ入力する制御信号ｐ、ｑ、ｒ。

Ｓ、ｔ、ｕに変換され、その駆動電流切替回路１５を介
しサーボｉｌ＃ｉｖｓから電源供給を受けて各モータコ
イルＬＵ、Ｌｖ、Ｌ、に流す駆動電流を切り替える。こ
の駆動電流によってロータか回転するが、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■５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。

以上述べたように、本実施例では、各相の逆起電圧のセ
ロクロス点から電気角で３０度遅れた信号を作成する手
段として、アップタウンカウンタを用い、ディジタル回
路で実現している点に特徴かある。このため、積分器等
のアナログ的な手段で実現する場合に比較すると、その
３０度の遅れ力）回路素子のバラツキに影響されること
かなくなり、特性のバラツキか減少する。また、ディジ
タル回路のみで構成されるため、集積化が容易となり、
集積化した場合にはコンデンサ等の外付は部品か不要な
ので部品点数か減少し、回路の小型化を図ることが可能
になる。また、ブラシレスモータの速度が変化する場合
、カウントアッブ時のカウント値が変るのみて、カウン
トアッブ時とカウントタウン時のゼロに戻るまでの時間
比は２対１と変らないので、常に正確に３０度遅れのタ
イミング信号が得られ、無調整で可変速に対応すること
かできる。

なお、上記実施例のアップダウンカウンタ６ａては、始
めにカウントアンプを行い、続いてカウントダウンを行
ったが、先に１／２クロック信号でカウントタウンを行
い、続いてクロック信号でセロに戻るまでカウントアツ
プを行うようにしても同一の結果か得られることは明ら
かである。また、続けてクロック信号に基づき行うカウ
ントタウンまたはカウントアツプにおいて、上口検出に
オフセットを持たせれば、遅れ角を一定時間小さくする
ことができ、モータコイルのインダクタンス成分による
電流の遅れを簡単に補正することが出来る。さらに、上
記実施例では３相両方向通電のブラシレスモータを例と
したが、本発明は４相等それ以外の形式のブラシレスモ
ータにも適用可能である。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なように、本発明のブラシレスモー
タの駆動回路によれば、所定の電気角たけ遅れたモータ
コイル電流の切り替え用のタイミング信号をディジタル
的に作成するので、コンデンサ等の外付は部品かなくな
り集積化か容易となり、特性のバラツキが減少し、モー
タコイルのインタフタンス成分による電流の遅れ補正か
容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
上記実施例の要部である遅延回路の回路構成図、第３図
は上記遅延回路のアップダウンカウンタの回路構成図、
第４図は上記実施例のエクスクルーンブオア回路の回路
構成図、第５図は上記実施例の１２０度ロジック回路の
回路構成図、第６図は上記実施例の動作を示すタイミン
グ図である。 １．２．３・・・コンパレータ、４・・エクスクル−ン
ブオア回路、５・・インバータ、６，７・・遅延回路、
６ａ・・・アップタウンカウンタ、８・・発振器、９・
・１／２分周器、１０・・オア回路、１１．１２１３・
・・Ｄフリップフロップ、１４−１２０＆ロンツク回路
、１５・・・駆動電流切替回路、ＬＵ、ＬｖＴ、８・・
モータコイル、Ｅｕ、Ｅｖ、Ｅ、・・・逆起電圧。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ステータ側の複数個のモータコイルに流す電流を
   所定のタイミング信号で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、 上記各モータ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た信号のそれぞれの一方の
   信号レベル状態の区間で始めに第１の計時信号でアップ
   カウントまたはダウンカウントを行い続いて他方の信号
   レベル状態の区間で第２の計時信号でダウンカウントま
   たはアップカウントを所定値から所定値まで行う二つの
   アップダウンカウンタと、 上記第１の計時信号およびそれよりも高い周波数の上記
   第２の計時信号を発生する手段と、上記二つのアップダ
   ウンカウンタのカウント結果から上記タイミング信号を
   作成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。