JPH05161385A - ブラシレスモータの駆動波形生成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ブラシレスモータから得られる逆起電圧を所定
間隔のサンプリング点ごとにサンプリングすると共に、
当該サンプリングされた上記逆起電圧が所定の基準レベ
ルを横切るゼロクロス点を検出し、検出されたゼロクロ
ス点に基づいて得られる正弦波及びサンプリングされた
逆起電圧波形に基づいてブラシレスモータの駆動波形を
生成するブラシレスモータの駆動波形生成方法におい
て、サンプリングによる位相誤差を補正して逆起電圧波
形と同一位相の駆動波形を得る。 【構成】検出されたサンプリング誤差を含む見かけ上の
ゼロクロス点及び真のゼロクロス点の位相差を予め算出
し、算出された位相差によつて正弦波を補正し、補正さ
れた正弦波及びサンプリングされた逆起電圧波形に基づ
いて駆動波形を生成することによつて、逆起電圧波形と
同位相の駆動波形を正確に求めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【目次】以下の順序で本発明を説明する。 産業上の利用分野 従来の技術 発明が解決しようとする課題（図６及び図７） 課題を解決するための手段（図２） 作用（図２） 実施例（図１〜図５） 発明の効果

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明はブラシレスモータの駆動
波形生成方法に関し、ブラシレスモータから得られる逆
起電圧に基づいて駆動波形を生成するブラシレスモータ
の駆動波形生成方法に適用して好適なものである。

【０００３】

【従来の技術】従来、ブラシレスモータにおいては各相
に発生する逆起電圧に基づいて駆動信号波形を作成する
ようになされたものが提案されている（特願平3-305486
号）。

【０００４】このブラシレスモータにおいては、各相の
コイルによつて発生する逆起電圧をサンプリングし、当
該逆起電圧波形の基本波成分と同じ位相でなる正弦波の
２乗の値を当該逆起電圧で除算することにより、次式

【数２】 によつて表される駆動波形関数ｆ（θ）を得（但しｇ
（θ）は逆起電圧波形関数である）、当該駆動波形関数
ｆ（θ）によつて表される駆動電流によつてブラシレス
モータを駆動することにより、各相の発生トルクを正弦
波としようとするものである。この（１）式の計算はプ
ログラム上では連続したデータではなく離散化データと
して実行される。

【０００５】また上記（１）式の計算過程において代入
される sin関数は、上記駆動波形関数ｆ（θ）と同様に
離散化データとして計算され、例えばｉ番目のデータｈ
_i は次式

【数３】 として表すことができる（但しｎは１周期における波形
データの分割数（例えば90）を表し、これに応じてｉは
0〜89の値をとる）。

【０００６】ここで逆起電圧をサンプリングするタイミ
ングとして、当該ブラシレスモータからＦＧ（frequenc
y generator)信号が出力されるタイミングを利用するよ
うになされている。

【０００７】すなわちロータ側に１回転を所定数に分割
してＦＧマグネツトが設けられており、これに対してス
テータ側にＦＧマグネツトに対向してＦＧパターンが形
成され、ロータが回転することによつて所定間隔で立ち
上がるＦＧ信号を得るようになされている。

【０００８】このＦＧ信号に基づいて各相の逆起電圧を
サンプリングすることにより、当該ＦＧ信号の出力タイ
ミングでサンプリングされたデータによつて逆起電圧波
形が得られる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このような方法によつ
て駆動波形関数ｆ（θ）を算出する場合、逆起電圧波形
の位相が計算の基準となることにより、当該逆起電圧波
形と同一位相の正弦波データｈ_i （（２）式）が必要と
なる。従つて逆起電圧波形の位相を特定するために基準
となる原点を決める必要があり、当該原点を所定の相
（例えばＵ相）の逆起電圧波形ＵＶのゼロクロス点にと
る方法が用いられる。

【００１０】すなわち図６に示すように、例えばサンプ
リングポイントＰ１〜Ｐ７においてＵ相の逆起電圧をサ
ンプリングし、これにより逆起電圧波形ＵＶを求めるよ
うになされており、当該サンプリングポイントＰ１、Ｐ
２、……における電圧データのなかから、符号がマイナ
スからプラスに変わる点（すなわち当該逆起電圧をデイ
ジタル変換してなるデータのＭＳＢが「０」から「１」
に変わる点）を検出し、当該変化点Ｕ₀ をゼロクロス点
とするようになされている。

【００１１】ところがサンプリングポイントＰ１、Ｐ
２、……はＦＧ出力信号のタイミングに基づいて決めら
れていることにより、変化点Ｕ₀ が必ずしも真のゼロク
ロス点Ｕ₀ ′とはならず、各サンプリングポイントＰ
１、Ｐ２、……の間においてゼロクロス点が生じると、
最大でＦＧ出力信号の１波長分（ここでは４度）遅れて
検出されることになり、この分取り込まれた逆起電圧波
形の位相は真のゼロクロス点Ｕ₀ ′に対して遅れること
になる。

【００１２】従つて当該真のゼロクロス点Ｕ₀ ′（すな
わち計算の基準点）に基づいて位相が決定される正弦波
データｈ_i と逆起電圧波形との間に位相誤差を有する状
態で上記（２）式を（１）式に代入して計算すると、図
７に示すように、算出される駆動波形関数ｆ（θ）は逆
起電圧波形関数ｇ（θ）と同一位相とはならず、正弦波
ｈ（θ）と同一位相となると共に計算誤差により波形が
歪み、ゼロクロス付近での不連続点が発生する。

【００１３】このように、算出される駆動波形が逆起電
圧波形に対して同一位相とはならないことにより当該位
相誤差を有する駆動波形によつて駆動電流波形を生成す
ると、通電タイミングの誤差を生じ、この結果効率の低
下、不要電流によるノイズの増加、及びトルクリツプル
の悪化等の弊害を招くことになる。

【００１４】この問題点を解決するための１つの方法と
して、ＦＧの歯数を増やして１周期におけるサンプリン
グ数を増やすことによりサンプリング誤差を少なくする
方法が考えられる。ところがＦＧの歯数を増やしてもこ
れに対応したセンサの分解能に限界があり、しかも高分
解能のエンコーダを用いると構成が複雑化する問題があ
り、未だ不十分であつた。

【００１５】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、サンプリングによる位相誤差を補正して逆起電圧波
形と同一位相の駆動波形を得ることができるブラシレス
モータの駆動波形生成方法を提案しようとするものであ
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め第１の発明においては、ブラシレスモータ１１から得
られる逆起電圧ＵＶを所定間隔のサンプリング点Ｐ１、
Ｐ２、……ごとにサンプリングすると共に、当該サンプ
リングされた逆起電圧ＵＶが所定の基準レベルを横切る
ゼロクロス点を検出し、検出されたゼロクロス点に基づ
いて得られる正弦波 sinθ及びサンプリングされた逆起
電圧波形ｇ（θ）に基づいてブラシレスモータ１１の駆
動波形ｆ（θ）を生成するブラシレスモータの駆動波形
生成方法において、検出されたサンプリング誤差を含む
見かけ上のゼロクロス点Ｕ₀ 及び真のゼロクロス点
Ｕ₀ ′の位相差αを予め算出し、算出された位相差αを
正弦波sinθのオフセツト位相として正弦波 sinθを補
正し、補正された正弦波 sinθ及びサンプリングされた
逆起電圧波形ｇ（θ）に基づいて駆動波形ｆ（θ）を生
成するようにする。

【００１７】また第２の発明においては、位相差αを次
の計算式によつて算出することを特徴とする請求項１の
ブラシレスモータの駆動波形生成方法。

【数４】 ただし、Ｕ₀ は見かけ上のゼロクロス点における逆起電
圧のサンプリングデータ、Ｕ_-1は見かけ上のゼロクロス
点の前に取り込まれた逆起電圧のサンプリングデータ、
Ｕ_D2はゼロクロス点を検出する際の基準となるデイジタ
ル「０」データ、ｎは１周期における波形分割数であ
る。

【００１８】

【作用】駆動波形を算出するために用いられる正弦波の
位相は、サンプリング誤差を含む見かけ上のゼロクロス
点に基づいて決められることにより、当該正弦波及び逆
起電圧波形は同位相とはならない。

【００１９】従つてサンプリング誤差を含む見かけ上の
ゼロクロス点及び真のゼロクロス点の位相差を予め求め
ておき、当該位相差によつて上記正弦波の位相を補正し
て駆動波形を算出することにより、逆起電圧波形及びこ
れと同位相の正弦波によつて駆動波形を算出することが
できる。従つて逆起電圧と同位相の駆動波形を得ること
ができる。

【００２０】

【実施例】以下図面について、本発明の一実施例を詳述
する。

【００２１】図１において１０は全体として逆起電圧取
込み装置を示し、３相（８極６コイル）のブラシレスモ
ータ１１の回転軸を外部駆動用モータ１２の出力軸に連
結し、当該外部駆動用モータ１２によつてブラシレスモ
ータ１１を外部駆動する。

【００２２】ブラシレスモータ１１はＵ相、Ｖ相及びＷ
相の３相構成でなり、外部駆動によつてロータが回転す
ると、各相のコイルによつて逆起電圧が発生する。この
逆起電圧ＵＶ、ＶＶ及びＷＶを基準電圧信号Ｓ_COM と共
に差動増幅回路１３に送出し、基準電圧に対する逆起電
圧値をそれぞれ増幅した後、これを逆起電圧取込み用マ
イクロコンピユータ２０のアナログ／デイジタル変換回
路（Ａ／Ｄ）２１に入力する。

【００２３】またブラシレスモータ１１には、所定の歯
数でなるＦＧ及び、１回転ごとにパルス信号を出力する
ようになされたＰＧ(pulse generator) が設けられてお
り、ＦＧ及びＰＧから出力されるＦＧ出力信号Ｓ_FG及び
ＰＧ出力信号Ｓ_PGがそれぞれ増幅回路１４及び１５を介
して逆起電圧取込み用マイクロコンピユータ２０の割込
み用タイマ（ＣＴＣ）２２に入力される。このＰＧ出力
信号Ｓ_PG及びＦＧ出力信号Ｓ_FGによつて差動増幅回路１
３から出力される逆起電圧の取り込みのタイミングを得
るようになされている。

【００２４】また作業者が操作し得るようになされたス
イツチ１７が設けられており、当該スイツチ１７からの
イネーブル信号Ｓ_ENは逆起電圧取込み用マイクロコンピ
ユータ２０のパラレル入出力回路（ＰＩＯ）２３に入力
される。

【００２５】逆起電圧取込み用マイクロコンピユータ２
０は、Ａ／Ｄ２１、ＣＴＣ２２、ＰＩＯ２３、中央処理
装置（ＣＰＵ）２４、データを一時記憶するＲＡＭ（ra
ndomaccess memory) ２５、逆起電圧取込み用のプログ
ラムを格納したＲＯＭ(readonly memory)２６、外部の
データ処理装置１８にデータを送受するシリアル入出力
回路（ＳＩＯ）２７、デイジタル／アナログ変換回路
（Ｄ／Ａ）２８がそれぞれバスＢＵＳに接続されてい
る。

【００２６】ここで図２に示す駆動波形生成処理手順Ｒ
Ｔ１のステツプＳＰ１においてブラシレスモータ１１が
外部駆動用モータ１２によつて駆動されると、ＣＰＵ２
４はＲＯＭに格納されているプログラムに従つて逆起電
圧を取り込む処理を実行し、ステツプＳＰ２において作
業者がスイツチ１７をオン操作することによつて逆起電
圧取込み動作が許可されたか否かを判断し、肯定結果が
得られるまで、当該ステツプＳＰ２の処理を繰り返す。
この処理は図３の区間Ｔ１に相当する。

【００２７】ここで作業者がスイツチ１７をオン操作す
ることによつて図３（Ａ）に示すようにイネーブル信号
Ｓ_ENが立ち上がると（時点ｔ２）、ステツプＳＰ２にお
いて肯定結果が得られ、ＣＰＵ２４は続くステツプＳＰ
３に移つてブラシレスモータ１１からＰＧ出力信号Ｓ_PG
が出力されるまで当該処理を繰り返す。この処理は図３
の区間Ｔ２に相当する。

【００２８】ここでＰＧ出力信号Ｓ_PGが出力されると
（図３（Ｂ）時点ｔ３）、ステツプＳＰ３において肯定
結果が得られることにより、ＣＰＵ２４は続くステツプ
ＳＰ４に移つてブラシレスモータ１１からＦＧ出力信号
Ｓ_FGが出力されたか否かを判断し、肯定結果が得られる
まで当該処理を繰り返す。

【００２９】ここで肯定結果が得られると、このことは
ＰＧ出力信号Ｓ_PGが出力された後、始めのＦＧ出力信号
Ｓ_FGが出力されたことを表しており（図３（Ｄ）時点ｔ
４）、ＣＰＵ２４は当該ＦＧ出力信号Ｓ_FGによつて差動
増幅回路１３から出力されるＵ相の逆起電圧ＵＶをＡ／
Ｄ２１を介して取り込んだ後、ステツプＳＰ５において
当該取り込んだ逆起電圧データがゼロクロス点（すなわ
ち逆起電圧がマイナスからプラスに変化した見かけ上の
ゼロクロス点）データであるか否かを判断する。

【００３０】ここで否定結果が得られると、このことは
ブラシレスモータ１１の回転動作がＵ相のゼロクロス点
まで到達していないことを表しており、ＣＰＵ２４は上
述のステツプＳＰ４に戻つて再び同様の処理を繰り返
す。この処理（ステツプＳＰ４及びＳＰ５）は図３の区
間Ｔ３に相当する。

【００３１】これに対してステツプＳＰ５において肯定
結果が得られると、このことはブラシレスモータ１１の
回転動作がＵ相のゼロクロス点（見かけ上のゼロクロス
点）まで到達したことを表しており（図３（Ｃ）時点ｔ
５）、ＣＰＵ２４は続くステツプＳＰ６に移つてさらに
ＦＧ出力信号Ｓ_FGが入力されるのを待ち受ける。

【００３２】ここでＦＧ出力信号Ｓ_FGが入力されてステ
ツプＳＰ６において肯定結果が得られると、このことは
サンプリングのタイミングが到来したことを表しており
（図３時点ｔ６）、ＣＰＵ２４はステツプＳＰ７に移つ
て各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の逆起電圧を取り込んだ
後、さらにステツプＳＰ８において全周期に亘つて各サ
ンプリングポイントにおける逆起電圧を取り込む。この
処理は図３の区間Ｔ４に相当する。このようにして取り
込まれた逆起電圧波形データは続くステツプＳＰ９にお
いてＲＡＭ２５に格納される。

【００３３】ここで当該ＲＡＭ２５に格納された逆起電
圧波形データはサンプリングポイントごとに入力された
逆起電圧波形に基づいて得られた波形であり、上述の如
く原点としてサンプリングされた見かけ上のゼロクロス
点は真のゼロクロス点に対して位相誤差を有している。

【００３４】従つてＣＰＵ２４は当該ＲＡＭ２５に格納
された逆起電圧波形データに基づいて見かけ上のゼロク
ロス点及び真のゼロクロス点の位相差αを算出すべく、
ＲＡＭ２５の逆起電圧波形データをＳＩＯ２７を介して
外部のデータ処理装置１８に送出する。データ処理装置
１８は逆起電圧波形データを入力すると、ステツプＳＰ
１０の位相差αの計算処理を実行する。

【００３５】ここで位相差αの計算手順について説明す
る。この計算方法は真のゼロクロス点前後のデータ間を
直線近似する手法を用いており、図４に示すようにサン
プリングポイントにより取り込まれた逆起電圧波形ＵＶ
の見かけ上のゼロクロス点をＵ₀ とすると、真のゼロク
ロス点Ｕ₀ ′との位相差αは、比例計算によつて次式

【数５】 で表される。但しＵ_D2はデイジタルの「０」データを表
し、12[bit] Ａ／Ｄであれば 800Ｈ（＝2048）となる。
またｎは１周期における波形分割数を表し、この実施例
の場合90とする。

【００３６】このようにして算出された位相差αを用い
て、データ処理装置１８は図２におけるステツプＳＰ１
１の処理を実行する。この処理は上述の（１）式を用い
て駆動波形を算出するものであり、この（１）式で用い
られる正弦波データは上述のステツプＳＰ１０において
算出された位相差αを用いて、次式

【数６】 によつて位相が補正される。かくして図５に示すように
正弦波データの位相が＋αだけ補正されることにより、
逆起電圧波形関数ｇ（θ）及び正弦波関数の位相合わせ
がなされ、この状態で（１）式を計算することにより、
算出される駆動波形関数ｆ（θ）の位相は逆起電圧波形
関数ｇ（θ）と同位相となる。

【００３７】このようにして算出された駆動波形データ
は、図２のステツプＳＰ１２において逆起電圧取込み用
マイクロコンピユータ２０のＲＡＭ２５に格納され、続
くステツプＳＰ１３において当該駆動波形生成処理を終
了する。

【００３８】以上は製造過程における駆動波形生成方法
について述べたものであり、実際の使用状態において
は、ＲＡＭ２５からＤ／Ａ２８を介して駆動波形を取り
出し、出力回路部３０に送出する。出力回路部３０は入
力された駆動波形に基づいて駆動電流を生成し、これに
よりブラシレスモータ１１を駆動する。

【００３９】かくしてブラシレスモータ１１は逆起電圧
波形と同位相の駆動波形によつて駆動されることによ
り、一段と正確なタイミングで駆動電流が通電される。

【００４０】以上の構成によれば、逆起電圧のゼロクロ
ス点を基準にして位相が決定される正弦波の位相を、逆
起電圧のゼロクロス点を検出する際に生じる位相誤差α
によつて補正し、当該位相補正された正弦波及びこれと
同位相の逆起電圧波形関数によつて駆動波形を算出する
ことにより、逆起電圧波形と同位相の駆動波形を得るこ
とができる。

【００４１】かくして正確なタイミングで駆動電流を通
電することがきることにより、ブラシレスモータ１１の
効率を向上し得ると共に、音響ノイズの低減、トルクリ
ツプル特性の向上等を実現することができる。

【００４２】なお上述の実施例においては、３相（８極
６コイル）のブラシレスモータ１１の駆動波形を生成す
る場合について述べたが、本発明はこれに限らず、種々
のブラシレスモータの駆動波形を生成する場合に適用す
ることができる。

【００４３】また上述の実施例においては、（３）式の
計算過程に用いられる１周期における波形分割数ｎを90
とした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、
ブラシレスモータの構成に応じて種々の分割数を適用す
ることができる。

【００４４】さらに上述の実施例においては、位相差α
を求める方法として（３）式による比例計算方法を用い
た場合について述べたが、本発明はこれに限らず、他の
種々の算出方法を適用することができる。

【００４５】

【発明の効果】上述のように本発明によれば、サンプリ
ングによる位相誤差を補正することによつて、逆起電圧
波形と同位相の駆動波形を正確に求めることができる。
従つてブラシレスモータの効率を向上し得ると共に音響
ノイズの低下及びトルクリツプル特性の向上を得ること
ができるブラシレスモータの駆動波形生成方法を実現し
得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるブラシレスモータの駆動波形生成
方法を実現するための構成を示すブロツク図である。

【図２】本発明によるブラシレスモータの駆動波形生成
処理手順を示すフローチヤートである。

【図３】本発明による逆起電圧取込み処理の説明に供す
る信号波形図である。

【図４】見かけ上のゼロクロス点及び真のゼロクロス点
の位相差を示す特性曲線図である。

【図５】位相差αによつて補正された正弦波を示す特性
曲線図である。

【図６】サンプリングポイントによつて真のゼロクロス
点及び見かけ上のゼロクロス点に位相誤差が生じる場合
の説明に供する特性曲線図である。

【図７】見かけ上のゼロクロス点を基準点として駆動波
形を算出した場合の説明に供する特性曲線図である。

【符号の説明】

１０……逆起電圧取込み装置、１１……ブラシレスモー
タ、１２……外部駆動用モータ、１８……データ処理装
置、２０……逆起電圧取込み用マイクロコンピユータ、
２４……ＣＰＵ（中央処理装置）、２５、２６……メモ
リ、ＲＴ１……駆動波形生成処理。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ブラシレスモータから得られる逆起電圧を
   所定間隔のサンプリング点ごとにサンプリングすると共
   に、当該サンプリングされた上記逆起電圧が所定の基準
   レベルを横切るゼロクロス点を検出し、上記検出された
   ゼロクロス点に基づいて得られる正弦波及び上記サンプ
   リングされた逆起電圧波形に基づいて上記ブラシレスモ
   ータの駆動波形を生成するブラシレスモータの駆動波形
   生成方法において、 上記検出されたサンプリング誤差を含む見かけ上のゼロ
   クロス点及び真のゼロクロス点の位相差を予め算出し、 上記算出された位相差を上記正弦波のオフセツト位相と
   して上記正弦波を補正し、 上記補正された正弦波及び上記サンプリングされた逆起
   電圧波形に基づいて上記駆動波形を生成するようにした
   ことを特徴とするブラシレスモータの駆動波形生成方
   法。
2. 【請求項２】上記位相差を次の計算式によつて算出する
   ことを特徴とする請求項１のブラシレスモータの駆動波
   形生成方法。 【数１】 ただし、Ｕ₀ は上記見かけ上のゼロクロス点における上
   記逆起電圧のサンプリングデータ、Ｕ_-1は上記見かけ上
   のゼロクロス点の前に取り込まれた上記逆起電圧のサン
   プリングデータ、Ｕ_D2はゼロクロス点を検出する際の基
   準となるデイジタル「０」データ、ｎは１周期における
   波形分割数である。