JPH04140093A - モータ駆動回路 - 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】 ［概要コ 本発明は、回転検出信号から得られたコイル位相検出信
号によるスイッチングでコイルを通電切替えしてブラシ
レス構造のＤＣモータを駆動するモータ駆動回路に関し
、 消費電力を最小限に抑えて効率を上げることを目的とし
、 コイル位相検出信号を、モータ消費電力を最小とするよ
うに進相又は遅相させるように構成する。

［産業上の利用分野Ｊ 本発明は、ブラシレス構造のＤＣモータを駆動するモー
タ駆動回路に関し、特にモータ回転検出素子の信号に同
期した巻線のスイッチングによる通電でＤＣモータを駆
動するモータ駆動回路に関する。

記録媒体等の定速回転が要求される磁気ディスク装置等
にあっては、構造が簡単で同期回転制御も容易にできる
ブラシレス構造のＤＣモータを使用している。ブラシレ
スＤＣモータの駆動は、モータの巻線に対応して設けた
ホール素子により各コイル相毎の回転検出信号を求め、
この回転検出信号に同期したスイッチングにより巻線を
順次通電してロータに回転磁界を作用させて回転駆動し
ている。このようにＤＣモータを一定の回転数で駆動す
る場合には、消費電力を最小限に抑える駆動か望まれる
。

［従来の技術］ 従来、ブラシレス構造のＤＣモータを対象としたモータ
駆動回路にあっては、ステータコイル毎に設けたホール
素子等の回転検出素子から発生する回転検出信号からコ
イル位相の切替タイミングを検出してコイル位相検出信
号を作り出し、このコイル位相検出信号に従ったスイッ
チングで巻線に順次通電して回転磁界をロータに作用さ
せて駆動している。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、通常のＤＣモータにあっては、実際のコイル
位相と、回転検出素子から発生する回転検出信号に基づ
くコイル位相検出信号との間には、位相差を生じている
場合が多い。

この位相差は、意図的に位相差をつけている場合もある
し、モータ製造時のばらつき、あるいは電圧余裕のばら
つきである場合もある。

このように実際のコイル位相と回転検出信号に基づく検
出コイル位相との間に位相差があると、モータに流す電
流は増加し、消費電力が増加する。

このようなモータの効率低下は、モータを一定の回転数
で回転させる場合に非常に不利となる。

具体的に説明すると、第８図は３相２極のＤＣモータに
つき、実際のコイル位相と回転検出信号から得られた検
出コイル位相との間に位相差がある場合の巻線１〜３の
端子電圧、回転検出信号ＰＨＡ、ＰＨＢ、ＰＨＣ及びコ
イル位相検出信号に基づく巻線１〜３の通電タイミング
を示す。

第８図において、モータを駆動する巻線１〜３の電圧値
は、電源電圧と各巻線１〜３のモータ回転による誘起電
圧との差、即ち斜線で示す部分となる。しかし、実際の
コイル位相と検出コイル位相との位相差によって巻線１
〜３の斜線部の面積は、位相差が零の場合に比べて大き
くなっており、そのためモータに流れる電流値も大きく
なって消費電力が増加する問題があった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたの
で、モータの消費電力を最小限に抑えて効率を上げるよ
うにしたモータ駆動回路を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 第１図は本発明の原理説明図である。

まず本発明は、ブラシレス構造のＤＣモータ１０を駆動
するモータ駆動回路を対象とする。

このようなモータ駆動回路として本発明にあっては、 モータ１０に設けた回転検出手段１２−１〜１２−３の
回転検出信号に基づいてコイル位相の切替タイミングを
示すコイル位相検出信号を生成するコイル位相検出手段
１４と； 該コイル位相検出手段１４のコイル位相検出信号に基づ
いたスイッチングてモータ１０の巻線を順次通電して回
転磁界を作り出すモータ制御手段１６と； モータ１０の電流を検出する電流検出手段１８と 電流検出手段１８の検出電流の値から消費電力を算出し
、該消費電力が最小となるようにコイル位相検出手段１
４からモータ制御手段１６に与えるコイル位相検出信号
を進相又は遅相させるコイル位相制御手段２０と； を設けたことを特徴とする。

ここでコイル位相検出手段１４は、モータ１０のコイル
毎に設けた回転検出手段１２−１〜１２−３の回転検出
信号の立上り及び立下り変化をコイル位相切替タイミン
グとするコイル位相検出信号を生成する。また回転検出
手段１２−１〜１２−３としてホール素子を用いる。更
に、モータ１０として、３つのステータコイル２４−１
〜２４−３と偶数２Ｎ（但し、ｎは１，２．３．−−−
の正数）の磁極有するロータ２６とを備えた３相２Ｎ極
のＤＣモータ、例えば３相２極、３相４極、３相６極、
３相８極等のＤＣモータを使用する。

更にまた、モータ制御手段１６は、回転基準信号とモー
タ１０の回転検出信号との位相差を零するように各コイ
ル位相毎の通電時間を制御するパルス幅制御手段（ＰＷ
Ｍ）を備える。

［作用コ このような構成を備えた本発明のモータ駆動回路にあっ
ては、回転検出信号からコイル位相の切替タイミングが
検出されてから、実際にモータの相切替えを行うまでの
時間を制御することによって、定常回転時のモータの消
費電力を最小にするものである。即ち、第１図（ｂ）に
示すように、実際のコイル位相と検出コイル位相とを一
致させることで、斜線で示す部分の面積を最小限に抑え
定常回転時、常に低消費電力になるようにモータを駆動
することができる。

［実施例］ 第２図は本発明の一実施例を示した実施例構成図である
。

第２図において、１０はモータであり、この実施例にあ
ってはブラシレス構造をもっ３相２極のＤＣモータを例
にとっている。即ち、ロータ２６はＳ極とＮ極の２つの
磁極をもち、ロータ２６の周囲に３つのステータコイル
（以下、単に「コイル」という）２４−１．２４−２．
２４−３を配置している。コイル２４−１〜２４−３の
それぞれに対応して、回転検出素子としてのホール素子
１２−１．１２−２．１２−３が設けられる。ホール素
子１２−１〜１２−３はロータ２６の半回転毎に方向の
異なる磁束を受け、１回転で１サイクルとなる回転検出
信号をそれぞれの配置位置に応じた位相差、即ち１２０
°の位相差をもって生成する。ホール素子１２−１〜１
２−３からの回転検出信号はＰＨＡ、ＰＨＢ、ＰＨＣと
してプロセッサ（ＭＰＵ）３０の入力レジスタ３２に与
えられる。

入力レジスタ３２で取り込まれたモータ１０の回転検出
信号ＰＨＡ−ＰＨＣは、第３図に示すプロセッサ３０の
機能ブロック図のコイル位相検出部１４によりコイル位
相切替タイミングを与えるコイル位相検出信号を作り出
す。コイル位相検出部１４からのコイル位相検出信号は
、後の説明で明らかにする位相シフト部５２を介してモ
ータ制胛部１６に与えられる。モータ制御部１６は回転
検出信号ＰＨＡ−ＰＨＣに対し次表−１に示すデコーダ
出力Ｔ１〜Ｔ６を生ずる。

表−１ この表−１のデコーダ出力Ｔ１〜Ｔ６は各コイル位相内
でモータ１０のコイル２４−１〜２４−３に対する通電
のためのスイッチング条件を決めている。

前記表−１で与えられるデコーダ出力Ｔ１〜Ｔ６は次表
−２の変換規則に従ってスイッチング信号ＬＡＩ、ＬＡ
２．ＬＢＩ、ＬＢ２．ＬＣＩ、ＬＣ２に変換される。

表−２ この表−２から得られたスイッチング信号ＬＡ１〜ＬＣ
２は、第２図に示すように出力レジスタ３６を介してレ
ベル変換回路４０に与えられる。

出力レジスタ３６からのスイッチング信号ＬＡＩ〜ＬＣ
２は０〜５ボルトの信号レベルであることから、レベル
変換回路４０において、モータ駆動回路４２に使用して
いるＦＥＴ５０−１〜５０−６を駆動可能な、例えば０
〜３６ボルトの信号レベルをもつスイッチング信号ＬＡ
Ｉ〜ＬＣ２に変換される。

モータ駆動回路４２には６つのスイッチング素子として
のＦＥＴ５０−１〜５０−６が設けられており、モータ
１０に設けられた３つのコイル２４−１〜２４−３をプ
ロセッサ３０に設けられた第３図に示したモータ制御部
１６による前記表−１及び表−２の変換で得られたスイ
ッチング信号ＬＡＩ〜ＬＣ２を受けてオン制御され、コ
イル２４−１〜２４−３からロータ２６に回転磁界が作
用するように通電切替えが行われる。

第４図は第２図の実施例におけるモータ制御のタイミン
グチャートを示したもので、回転検出信号ＰＨＡ、ＰＨ
Ｂ、ＰＨＣの立上がり及び立下がりがモータコイルのコ
イル位相の切替タイミングとして検出され、コイル位相
を切替えるためのコイル位相検出出力が得られる。

一方、前記表−１に示したデコーダ出力Ｔ１〜Ｔ６は回
転検出信号ＰＨＡ−ＰＨＣの組合せに対し回転検出信号
ＰＨＡの立下がりを基準としたモータ１回転の間にＴ１
〜Ｔ６の順番にデコーダ出力がコイル位相検出出力に同
期して行われ、これを１回転毎に繰返している。

第２図のモータ駆動回路４２に設けたＦＥＴ５０−１〜
５０−６のスイッチングによるモータ１０のコイル２４
−１〜２４−３の通電切替えは、次のように行われる。

まず、前記表−１に示したデコーダ出力Ｔ１のコイル位
相にあっては、スイッチング信号ＬＡＩとＬＣ２のみが
１となり、ＦＥＴ５０−１と５０６がオンする。このた
め、モータ１０のコイル２４−１から２４−３に電流が
流れる。

次のデコーダ出力Ｔ２のコイル位相にあっては、スイッ
チング信号ＬＡＩとＬＢ２が１であることからＦＥＴ５
０−１と５０−４がオンし、モータ１０のコイル２４−
１から２４−２に電流が流れる。

次のデコーダ出力Ｔ３のコイル位相にあっては、スイッ
チング信号ＬＢ２とＬＣｌが１であることからＦＥＴ５
０−４と５０−５がオンし、モータ１０のコイル２４−
３から２４−２に電流が流れる。

以下、デコーダ出力Ｔ４〜Ｔ６の各コイル位相について
も前記表−２のスイッチング信号ＬＡＩ〜ＬＣ２に従っ
たＦＥＴ５０−１〜５０−６の中の上側の１つと下側の
１つのいずれかがオンし、回転磁界をロータ２６に作用
するようにコイル２４−１〜２４−３の中の２つに電流
を流す。

更に第３図のプロセッサ３０の機能ブロック図に示すよ
うに、モータ制御部１６に対しては目標インデックス信
号Ｅ２と媒体インデックス信号Ｅ３が入力されている。

目標インデックス信号Ｅ２は上位装置等からモータ１回
転の基準信号として与えられる。媒体インデックス信号
Ｅ３は例えば磁気ディスクであればディスク媒体に対す
るヘッド続出信号から実際のディスク１回転を示す信号
として得られる。

第５図は第３図に示した目標インデックス信号Ｅ２と媒
体インデックス信号Ｅ３のタイミングチャートであり、
目標インデックス信号Ｅ２及び媒体インデックス信号Ｅ
３のＨレベルへの立上がり期間がモータ１回転を示して
いる。

モータ制御部１６は第５図に示す目標インデックス信号
Ｅ２のＨレベルへの立上がりに対する媒体インデックス
信号Ｅ３のＨレベルへの立上がりの時間差（位相差）Ｔ
ｅを検出し、この時間差Ｔｅを０とするように、第４図
に示す各コイル位相でモータ１０のコイルに流す通電時
間、即ちスイッチング信号のオンパルス期間Ｔ。Ｎを可
変するパルス幅制御（ＰＷＭ制御）を行うようにしてい
る。

このような目標インデックス信号Ｅ２と媒体インデック
ス信号Ｅ３の時間差Ｔｅに基づ＜ＰＷＭ制御により目標
インデックス信号Ｅ２に同期したモータ１０の回転制御
が行われる。

再び第２図を参照するに、本発明にあっては、モータ駆
動回路４２に電流検出抵抗４４を設けており、電流検出
抵抗４４の検出電圧を電流検出回路１８に入力している
。電流検出回路１８の電流検出信号はコイル位相毎にモ
ータ駆動回路４２によるコイル２４−１〜２４−３のス
イッチングが行われるパルス的な電流検出信号となるた
め、ローパスフィルタ４６を通すことで直流信号に変換
し、ＡＤコンバータ４８でデジタル信号に変換して入力
レジスタ３４よりプロセッサ３０に取込んでいる。

入力レジスタ３４から取込まれた電流検出信号Ｅ１は、
第３図のプロセッサ機能ブロック図に示すように、コイ
ル位相制御部２０に入力される。

コイル位相制御部２０は電流検出信号Ｅ１に基づいてモ
ータ１０の消費電流Ｐを算出する。例えば、モータ１０
の負荷抵抗をＲとすると、単位時間当りの消費電流Ｐは Ｐ＝Ｉ２Ｒ として算出される。続いてコイル位相制御部２゜は算出
されたモータ１０の消費電流Ｐが最小となるようにコイ
ル位相検出部１４からのコイル位相検出信号を進相ある
いは遅相するように位相シフト部５２を制御する。

第６図はコイル位相制御部２０によるシフト時間ΔＴの
設定説明図である。

第６図において、初期状態で電流検出信号Ｅ１に基づく
消費電力がＰＬで動作点６ｏにあった場合には、位相シ
フト部５２においてコイル位相検出信号を遅らせるよう
に遅延シフト時間を増やすと、コイル位相検出信号の遅
れに応じて消費電力が低下し、遅延シフト時間ΔＴｏの
動作点７０で消費電力は最小電力Ｐｍ１ｎとなる。この
最小消費電力Ｐｍ１ｎが得られたときのコイル位相検出
信号を遅らせるシフト時間ΔＴｏが実際のコイル位相と
回転検出信号ＰＨＡ−ＰＨＣから得られた検出コイル位
相との位相差を零とするための最適シフト時間となる。

尚、第６図の最適シフト時間の設定説明図にあっては、
コイル位相検出信号を遅延させるシフト時間ΔＴの設定
を例にとるものであったが、逆にコイル位相検出信号を
速くするシフト時間の設定により最小電力Ｐｍ１ｎを与
える最適シフト時間ΔＴｏが得られる場合もある。

第７図は本発明の動作タイミングチャートを示したもの
で、モータ１０のコイル２４−１〜２４−３の誘起電圧
による端子電圧で示す実際のコイル位相の変化に対し、
ホール素子１２−１〜１２−３から得られる回転検出信
号ＰＨＡ−ＰＨＣによるコイル位相検８信号との間にΔ
Ｔｏに相当する位相差が存在している。

そこで、第３図及び第６図に示したようにコイル位相制
御部２０によりモータ１０の消費電力を算出し、消費電
力を最小電力Ｐ　ｗｉｎとするようにコイル位相検出信
号をシフトすることで、コイル２４−１〜２４−３の各
通電タイミングに示す実際のコイル位相に一致したスイ
ッチングによる通電切替えが行われる。その結果、コイ
ルの誘起電圧と電源電圧との間の通電タイミングに対応
した斜線部の面積は最小となり、この斜線部がモータ１
０のコイル２４−１〜２４−３に実際に加わる電圧であ
ることからコイル電流が最小限に抑えられ、消費電力の
減少により効率を高めることができる。

尚、第３図に示したコイル位相制御部２０によるモータ
電流の検出と実際のコイル位相と検出コイル位相とを一
致させるための最適値ΔＴｏの設定は、モータ駆動によ
り定速運転に入った直後の初期状態における調整ルーチ
ンとして実行し、運転中は最初の初期ルーチンで得られ
た最適シフト時間ΔＴＯを使用したコイル位相検出信号
の進相あるいは遅相を行えば良い。

また上記の実施例にあっては、モータの消費電流を検出
し、消費電力を最小とするように最適シフト時間ΔＴＯ
を決めているが、最適シフト時間ΔＴｏの設定はこれに
限定されず、例えば第７図の回転検出信号ＰＨＡの立上
がりと回転検出信号ＰＨＡを得るためのホール素子１２
−１を設けているコイル２４−１の巻線端子電圧のゼロ
クロスタイミングの差として検出することもできる。

更に本発明の逆の使い方として、用途に応じては実際の
コイル位相に対し回転検出信号に基づく検出コイル位相
を強制的にシフトさせるような制御を行うこともできる
。

更に、上記の実施例は３相２極のＤＣモータを例にとる
ものであったが、ステータコイル３相に対しロータの磁
極数は偶数２Ｎ（但し、Ｎは１゜２、　３．　４．　　
・・・の整数）となる適宜の組合せのＤＣモータを使用
でき、例えば３相４極、３相６極、３相８極等のＤＣモ
ータを使用することもできる。このようなモータ極数の
増加に対しては、１回転で得られる回転検出信号ＰＨＡ
−ＰＨＣの周期が極数の増加に応じて短くなる以外は同
じであり、本発明をそのまま適用できる。

［発明の効果コ 以上説明してきたように本発明によれば、実際のモータ
位相に一致するように回転検出信号に基づく検出コイル
位相をシフトさせる制御を行うことで、モータ消費電力
を減少させ、定速運転するブラシレス構造のＤＣモータ
における効率を大幅に向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図； 第２図は本発明の実施例構成図； 第３図は第２図のプロセッサ機能ブロック図；第４図は
本発明のモータ制御タイミングチャート：第５図は本発
明におけるインデックスのタイミングチャート； 第６図は本発明の最適シフト時間設定説明図；第７図は
本発明の動作タイミングチャート；第８図は従来の動作
タイミングチャート処理フロー図である。 図中、 １０：モータ（ブラシレス構造のＤＣモータ）１２−１
〜１２−３：回転検出手段（ホール素子）１４：コイル
位相検出手段（コイル位相検出部）１６：モータ制御手
段（モータ制御部）１８、電流検出手段（電流検出回路
） ２０：コイル位相制御手段（コイル位相制御部）２４−
１〜２４−３ニスチータコイル（フィル）２６二ロータ
（２極） ３０：プロセッサ（ＭＰＵ） ３２．３４：入力レジスタ ３６：出力レジスタ ４０ニレベル変換回路 ４２：モータ駆動回路 ４４：電流検出抵抗 ４６：ローパスフィルタ（Ｌ　Ｐ　Ｆ）４８：ＡＤコン
バータ ５０−１〜５０−６　：　ＦＥＴ ５２：位相シフト部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）ブラシレス構造のＤＣモータ（１０）を駆動する
   モータ駆動回路に於いて、 前記モータ（１０）に設けた回転検出手段（１２−１〜
   １２−３）の回転検出信号に基づいてコイル位相の切替
   タイミングを示すコイル位相検出信号を生成するコイル
   位相検出手段（１４）と；該コイル位相検出手段（１４
   ）のコイル位相検出信号に基づいたスイッチングで前記
   モータ（１０）の巻線を順次通電して回転磁界を作り出
   すモータ制御手段（１６）と； 前記モータ（１０）の電流を検出する電流検出手段（１
   ８）と； 該電流検出手段（１８）の検出電流の値から消費電力を
   算出し、該消費電力が最小となるように前記コイル位相
   検出手段（１４）から前記モータ制御手段（１６）に与
   えるコイル位相検出信号を進相又は遅相させるコイル位
   相制御手段（２０）と； を設けたことを特徴とするモータ駆動回路。
2. （２）請求項１記載のモータ駆動回路に於いて、前記コ
   イル位相検出手段（１０）は、前記モータ（１０）のコ
   イル毎に設けた回転検出手段（１２−１〜１２−３）の
   立上り及び立下り変化をコイル位相切替タイミングとす
   るコイル位相検出信号を生成することを特徴とするモー
   タ駆動回路。
3. （３）請求項１記載のモータ駆動回路に於いて、前記回
   転検出手段（１２−１〜１２−３）としてホール素子を
   用いたことを特徴とするモータ駆動回路。
4. （４）請求項１記載のモータ駆動回路に於いて、前記モ
   ータ（１０）として、３つのステータコイル（２４−１
   〜２４−３）と偶数２Ｎ（但し、ｎは１，２，３，・・
   ・の正数）の磁極数を有するロータ（２６）とを備えた
   ３相２Ｎ極のＤＣモータを使用したことを特徴とするモ
   ータ駆動回路。
5. （５）請求項１記載のモータ駆動回路に於いて、前記モ
   ータ制御手段（１６）は、回転基準信号と前記モータ（
   １０）の回転検出信号との位相差を零するように各コイ
   ル位相毎の通電時間を制御するパルス幅制御手段を備え
   たことを特徴とするモータ駆動回路。