JPH0568955B2 - - Google Patents

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JPH0568955B2
JPH0568955B2 JP59141666A JP14166684A JPH0568955B2 JP H0568955 B2 JPH0568955 B2 JP H0568955B2 JP 59141666 A JP59141666 A JP 59141666A JP 14166684 A JP14166684 A JP 14166684A JP H0568955 B2 JPH0568955 B2 JP H0568955B2
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Japan
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phase
circuit
switching
output
motor
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JP59141666A
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JPS6122787A (en
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Masami Yuasa
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Sony Corp
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Publication of JPH0568955B2 publication Critical patent/JPH0568955B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14Electronic commutators
    • H02P6/16Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ロータの位置検出用素子を不要とし
たブラシレス直流モータの駆動回路に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a drive circuit for a brushless DC motor that eliminates the need for a rotor position detection element.

〔背景技術とその問題点〕[Background technology and its problems]

従来、ブラシ付き直流モータは、ブラシと整流
子による機械的スイツチによつて転流を行なつて
おり、この機械的スイツチの断続により発生する
火花放電のノイズが周辺の電子回路に悪影響を与
える場合があつた。また、この火花放電の繰り返
しは、ブラシの摩耗や整流子の損傷を招き、モー
タの寿命を低下させる原因となつていた。
Conventionally, brushed DC motors have commutated current using a mechanical switch using brushes and a commutator, and the spark discharge noise generated by the intermittent switching of this mechanical switch can adversely affect the surrounding electronic circuits. It was hot. Moreover, this repetition of spark discharge causes wear of the brushes and damage to the commutator, which shortens the life of the motor.

一方、ブラシレス直流モータは、上記機械的ス
イツチをトランジスタ等の半導体スイツチに置き
換えており、ブラシ付き直流モータの有する欠点
が解消されている。
On the other hand, a brushless DC motor replaces the mechanical switch with a semiconductor switch such as a transistor, and eliminates the drawbacks of a brushed DC motor.

このブラシレス直流モータでは、界磁用磁石で
あるロータの位置を検出し、ステータを構成する
電機子コイルへの通電モードを順次切り換える必
要があり、従来からこのロータの位置を検出する
位置検出用素子としては、ホール素子等が用いら
れている。ロータの磁界内に配されるこのホール
素子は、一般には、電機子コイルの相数と同数設
ける必要がある。
In this brushless DC motor, it is necessary to detect the position of the rotor, which is the field magnet, and sequentially switch the mode of energization of the armature coils that make up the stator. For example, a Hall element or the like is used. Generally, it is necessary to provide the same number of Hall elements as the number of phases of the armature coil, which are arranged within the magnetic field of the rotor.

ところで、このようにブラシレス直流モータに
ホール素子等の位置検出用素子を用いることは、
コストを増大させたり、組付けや配線の工数を増
してしまうという欠点がある。また、位置検出用
素子を配することにより、電機子のコイル容積が
制限を受けることがあつたり、モータを小型化で
きないという欠点がある。
By the way, using a position detection element such as a Hall element in a brushless DC motor in this way,
This has the disadvantage of increasing costs and increasing the number of assembly and wiring steps. Further, by disposing the position detection element, the coil volume of the armature may be limited, and the motor cannot be miniaturized.

そこで、ロータの位置を検出するために配され
るホール素子等の位置検出用素子の個数を減らし
たり、または廃止する試みが以前からなされてい
る。たとえば、3相のブラシレス直流モータにお
いて、2つの位置検出用素子を用いこれらの検出
用素子の出力の和により3相目を合成したりする
ことが行なわれている。また、休止中の2つのコ
イルに誘起される逆起電力を検出して、つぎの通
電を決定する3相の片方向通電におけるセンサレ
ス等が知られている。
Therefore, attempts have been made to reduce or eliminate the number of position detection elements such as Hall elements arranged to detect the position of the rotor. For example, in a three-phase brushless DC motor, two position detection elements are used and the third phase is synthesized by the sum of the outputs of these detection elements. Furthermore, a sensorless method for three-phase unidirectional energization is known in which the back electromotive force induced in two resting coils is detected and the next energization is determined.

しかし、片方向通電ではモータの外形形状の大
きさに対する出力比が小さく、またトルクリツプ
ルが大きいという欠点がある。また、2つの位置
検出用素子を用いる上述の制御では、2つの検出
用素子の感度をそろえる必要があることや、検出
される磁束形状に制約があるという欠点がある。
However, unidirectional energization has the disadvantage that the output ratio to the external shape of the motor is small and the torque ripple is large. Furthermore, the above-described control using two position detection elements has drawbacks such as the need to match the sensitivities of the two detection elements and restrictions on the shape of the detected magnetic flux.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

このように、従来のブラシレス直流モータで
は、ロータの位置検出用素子を用いるために、モ
ータを小型化できなかつたり、コストがアツプ
し、また組付けや配線の工数を増やしてしまうと
いう不具合がある。また、位置検出用素子を配さ
ないブラシレス直流モータは片方向通電に限つて
しまい、モータ形状の大きさに対する出力比が小
さいという問題点がある。
As described above, conventional brushless DC motors have problems such as the inability to downsize the motor, increased costs, and increased man-hours for assembly and wiring due to the use of rotor position detection elements. . In addition, a brushless DC motor without a position detection element is limited to one-way energization, and has a problem in that the output ratio relative to the size of the motor shape is small.

そこで、本発明はこのような問題点を解決する
ために提案されたものであり、両方向通電におい
てもロータの位置検出用素子が不要であり、組付
けや配線の工数を減らすことができ、有効スペー
スの向上により電機子のコイル容積が制限される
ことがなく、外形形状の大きさに対する出力比が
大きく、超小型化の可能な、しかもコストを削減
できるブラシレス直流モータの駆動回路を提供す
ることを目的とする。
Therefore, the present invention was proposed to solve these problems. Even in bidirectional energization, there is no need for a rotor position detection element, and the number of assembly and wiring steps can be reduced, making it effective. To provide a drive circuit for a brushless DC motor, which does not limit the coil volume of an armature due to improved space, has a large output ratio to the external shape size, can be made ultra-miniaturized, and can reduce costs. With the goal.

また、先に本発明者は、特願昭58−186372号に
おいて、電機子コイルに流れる電流の超小値の位
相ずれに基づいて制御を行なうブラシレス直流モ
ータの駆動回路を提案しているが、本発明は電流
制御によらない新規な駆動回路を提供しようとす
るものである。
Furthermore, the present inventor previously proposed in Japanese Patent Application No. 186372/1987 a drive circuit for a brushless DC motor that performs control based on an ultra-small phase shift in the current flowing through an armature coil. The present invention seeks to provide a novel drive circuit that does not rely on current control.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

この目的を達成するために本発明のブラシレス
直流モータの駆動回路は、発振回路の発振出力を
カウンタによりカウントし、このカウンタ出力か
ら各相への通電を切り換える通電モード切換信号
を作り出す駆動回路において、各相の電機子コイ
ルに印加される駆動電圧の極大値を検出し、この
検出した電圧波形の極大値の位相と、スイツチン
グ周期の1/2の位相との位相ずれに基づいて、上
記発振回路の発振出力の位相を制御することを特
徴とする。
In order to achieve this object, the brushless DC motor drive circuit of the present invention counts the oscillation output of the oscillation circuit with a counter, and generates an energization mode switching signal for switching energization to each phase from the counter output. The maximum value of the drive voltage applied to the armature coil of each phase is detected, and the oscillation circuit It is characterized by controlling the phase of the oscillation output.

〔作用〕[Effect]

したがつて本発明によれば、両方向通電におい
てもロータの位置を検出する検出用素子が不要と
なり、組付けや配線の工数を削減することがで
き、有効スペースの向上によつて電機子のコイル
容積が制限されなくなり、外形形状の大きさに対
する出力比が大きく、超小型化の可能な、しかも
コストダウンを図れるブラシレス直流モータの駆
動回路を提供することが可能となる。
Therefore, according to the present invention, there is no need for a detection element to detect the position of the rotor even in bidirectional energization, and the number of assembly and wiring steps can be reduced. It becomes possible to provide a drive circuit for a brushless DC motor that is free from volume limitations, has a large output ratio to external shape size, can be ultra-miniaturized, and can reduce costs.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例を図面に基づき詳細に説
明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on the drawings.

まず、本発明の基本的な考え方を述べる。ブラ
シレス直流モータでは、スイツチングトランジス
タ等を切り換えることによつて、ステータを構成
する各相の電機子コイルへの通電が行なわれる。
この通電相の切り換えであるスイツチングの位相
が正しく、しかも電流一定で駆動した場合では、
界磁用磁石であるロータの回転によつて電機子コ
イルに誘起される誘起電圧(逆起電力)により、
電機子コイルに印加される駆動電圧は、スイツチ
ング間の中央において最も高い電圧値を示すよう
になる。また、上記スイツチングの位相に進みや
遅れが有ると、駆動電圧の電圧波形の極大値の位
相にずれが生じるようになる。そこで、発振器の
出力をカウントするカウンタの出力から、各相に
対する通電モードを切り換える通電モード切換信
号を作り出し、上記スイツチングトランジスタに
この通電モード切換信号を供給するような駆動回
路に対して、上記電圧波形の極大値の位相ずれを
検出しこの検出信号により上記発振器の発振出力
の位相を制御するようにすれば、前述の位置検出
素子を配することなくモータを駆動することがで
きるとともに、上記スイツチングの位相を正しく
補正することができ、負荷の変動によらず常に最
大トルクを得ることができるようになる。
First, the basic idea of the present invention will be described. In a brushless DC motor, electricity is supplied to the armature coils of each phase forming the stator by switching switching transistors and the like.
If the switching phase is correct and the current is constant,
Due to the induced voltage (back electromotive force) induced in the armature coil by the rotation of the rotor, which is the field magnet,
The drive voltage applied to the armature coil exhibits the highest voltage value at the center between the switching points. Further, if there is an advance or a lag in the phase of the switching, a shift will occur in the phase of the maximum value of the voltage waveform of the drive voltage. Therefore, from the output of a counter that counts the output of the oscillator, an energization mode switching signal for switching the energization mode for each phase is generated, and the above voltage is applied to a drive circuit that supplies this energization mode switching signal to the switching transistor. By detecting the phase shift of the maximum value of the waveform and using this detection signal to control the phase of the oscillation output of the oscillator, the motor can be driven without providing the position detection element described above, and the switching The phase of the motor can be corrected correctly, and the maximum torque can always be obtained regardless of load fluctuations.

第1図は、このような本発明により構成される
ブラシレス直流モータの駆動回路を示している。
この第1図に示すブラシレス直流モータは、たと
えば3相Y結線の両方向通電のブラシレス直流モ
ータであり、3相を構成する電機子コイル1,
2,3を有している。また、電機子コイル1に給
電し通電モードを切り換えるスイツチングトラン
ジスタ4,5は、トランジスタ4のエミツタがト
ランジスタ5のコレクタに接続され、この接続点
がY結線されている電機子コイル1の他端に接続
されている。また、電機子コイル2に給電し通電
モードを切り換えるスイツチングトランジスタ
6,7は、トランジスタ6のエミツタがトランジ
スタ7のコレクタに接続され、この接続点が電機
子コイル2の他端に接続されている。さらに、電
機子コイル3に給電し通電モードを切り換えるス
イツチングトランジスタ8,9は、トランジスタ
8のエミツタがトランジスタ9のコレクタに接続
され、この接続点が電機子コイル3の他端に接続
されている。また、上記トランジスタ4,6,8
のコレクタが共通接続され、この接続点に定電流
源である直流電源Isが供給されている。さらに、
上記トランジスタ5,7,9のエミツタはそれぞ
れ接地されている。
FIG. 1 shows a drive circuit for a brushless DC motor constructed according to the present invention.
The brushless DC motor shown in FIG. 1 is, for example, a three-phase Y-connected bidirectionally energized brushless DC motor, with armature coils 1, composing three phases,
It has 2 and 3. Furthermore, the switching transistors 4 and 5 that supply power to the armature coil 1 and switch the energization mode are connected to the other end of the armature coil 1, with the emitter of the transistor 4 connected to the collector of the transistor 5, and this connection point being Y-connected. It is connected to the. Furthermore, in the switching transistors 6 and 7 that supply power to the armature coil 2 and switch the energization mode, the emitter of the transistor 6 is connected to the collector of the transistor 7, and this connection point is connected to the other end of the armature coil 2. . Further, in the switching transistors 8 and 9 that supply power to the armature coil 3 and switch the energization mode, the emitter of the transistor 8 is connected to the collector of the transistor 9, and this connection point is connected to the other end of the armature coil 3. . In addition, the transistors 4, 6, 8
The collectors of the two are commonly connected, and a DC power source Is, which is a constant current source, is supplied to this connection point. moreover,
The emitters of the transistors 5, 7, and 9 are each grounded.

また、電圧制御型発振回路VCO10が6進カ
ウンタ11に接続され、VCO10の第2図Eに
示す発振出力がカウンタ11によりパルスの立下
りにおいてカウントされる。また、6進カウンタ
11は、3相ロジツク回路12に接続されてお
り、このロジツク回路12において、電機子コイ
ル1,2,3の各相への通電モードを切り換える
通電モード切換信号が、カウンタ11のカウンタ
出力に基づいて作り出される。そして、この3相
ロジツク回路12の出力と上記スイツチングトラ
ンジスタ4,5,6,7,8,9のベースが接続
され、これらトランジスタ4,5,6,7,8,
9に上記通電モード切換信号が順次供給される。
これにより、スイツチングトランジスタ4,5,
6,7,8,9のオン状態、オフ状態が順次切り
換えられ、電機子コイル1,2,3へ両方向に順
次通電される通電モードの切り換えが行なわれ
て、ロータの全周角に渡つて駆動力が発生し、ロ
ータが回転する。
Further, a voltage controlled oscillation circuit VCO 10 is connected to a hexadecimal counter 11, and the oscillation output of the VCO 10 shown in FIG. 2E is counted by the counter 11 at the falling edge of a pulse. Further, the hexadecimal counter 11 is connected to a three-phase logic circuit 12, and in this logic circuit 12, an energization mode switching signal for switching the energization mode to each phase of the armature coils 1, 2, and 3 is sent to the counter 11. is generated based on the counter output of The output of this three-phase logic circuit 12 is connected to the bases of the switching transistors 4, 5, 6, 7, 8, and 9, and these transistors 4, 5, 6, 7, 8,
9 are sequentially supplied with the energization mode switching signals.
As a result, switching transistors 4, 5,
The on state and off state of coils 6, 7, 8, and 9 are sequentially switched, and the energization mode is switched in which the armature coils 1, 2, and 3 are sequentially energized in both directions. A driving force is generated and the rotor rotates.

また、スイツチングトランジスタ4,6,8の
コレクタの共通接続点であり直流電源Isの供給点
13からは、電機子コイル1,2,3に印加され
る駆動電圧が検出される。この検出される駆動電
圧波形は、第2図Bに示されている。ここで第2
図Aは、通電相の切り換えであるスイツチングの
タイミングに相当するスイツチングパルスであ
る。また第2図の横軸は時間経過を示し、この第
2図において、期間T3は上記スイツチングの位
相が正しい期間、期間T2はこの位相がやや進ん
だ期間、また期間T1はこの位相がさらに進んだ
期間を示している。また、期間T4はスイツチン
グの位相がやや遅れた期間、期間T5はこの位相
がさらに遅れた期間を示している。この第2図B
の上記電圧波形に示されるように、スイツチング
の位相が正しい場合には、各電機子コイル1,
2,3に印加される駆動電圧の極大値の位相はス
イツチング間隔の中央すなわちスイツチングパル
ス間の中央に位置している。また、上記スイツチ
ングの位相のずれに応じて上記電圧の極大値の位
相がずれる。
Further, the drive voltage applied to the armature coils 1, 2, and 3 is detected from a supply point 13 of the DC power supply Is, which is a common connection point of the collectors of the switching transistors 4, 6, and 8. The detected driving voltage waveform is shown in FIG. 2B. Here the second
Figure A shows a switching pulse corresponding to the timing of switching, which is switching of the energized phase. The horizontal axis in Figure 2 shows the passage of time; in Figure 2, period T 3 is a period when the switching phase is correct, period T 2 is a period when this phase is slightly advanced, and period T 1 is a period when this phase is correct. indicates a more advanced period. Further, period T 4 indicates a period in which the switching phase is slightly delayed, and period T 5 indicates a period in which this phase is further delayed. This figure 2B
As shown in the voltage waveform above, if the switching phase is correct, each armature coil 1,
The phase of the maximum value of the drive voltages applied to 2 and 3 is located at the center of the switching interval, that is, at the center between the switching pulses. Furthermore, the phase of the maximum value of the voltage is shifted in accordance with the phase shift of the switching.

ところで、上記供給点13は微分回路14に接
続され、この微分回路14において、上記電圧波
形の微分が行なわれる。この微分回路14により
第2図Bの電圧波形が微分されると、第2図Cに
示す微分出力が得られる。この微分出力は第2図
Cに示されるように、上記電圧波形の極大値点お
よびスイツチング点においてゼロクロスするよう
になる。また、上記微分回路14の出力は、反転
入力端子が接地された比較回路15の非反転入力
端子に接続されている。このため、比較回路15
の比較出力を第2図Dに示すように、この比較回
路15からは、上記電圧の極大値点とゼロクロス
点との間にパルス幅を有する比較出力(パルス波
形)が得られる。また、上記比較回路15の出力
は位相比較回路16の一方の入力端子に供給され
ており、上記VCO10の発振出力がこの位相比
較回路16の他方の入力端子に供給されている。
ここで、上記VCO10と位相比較回路16およ
び次段に設けられているローパスフイルタLPF
17とは、PLL(フエーズ・ロツクド・ループ)
回路を構成している。ところで、上記位相比較回
路16では、比較回路15の比較出力とVCO1
0の発振出力とがパルスの立上りにおいて位相比
較されることにより、第2図Bに示す上記電圧波
形の極大値の位相ずれ、すなわち上記スイツチン
グの位相ずれが検出される。この検出された位相
ずれは、位相ずれの進みと遅れに対応した2つの
出力となつて、位相比較回路16より出力され
る。この2つの出力は、第2図F,Gに示されて
おり、第2図Fがスイツチングの位相が進んだ状
態の出力、また第2図Gがスイツチングの位相の
遅れた状態の出力を示している。また、上記位相
比較回路16の出力は、LPF17に通されるこ
とで、位相ずれに比例した直流電圧に変換され
る。このLPF17の出力は、第2図Hに示され
ている。また、このLPF17の出力電圧は、バ
イアス電圧Vと加算回路18において電圧加算さ
れたのち、上記VCO10に供給される。このた
め、VCO10では上記スイツチングの位相に進
みがある場合には発振周波数が一時的に下がり、
またこの位相に遅れがあるときには発振周波数が
一時的に上昇することによつて、VCO10の発
振出力の位相が制御される。これにより、第2図
Bに示す電圧波形の極大値の位相がスイツチング
パルス間の中央に位相するように常に制御され、
上記スイツチングの位相ずれが補正される。この
ように、電機子反作用による中性点ずれに対して
自動修正がなされるため、高負荷時の出力を向上
することができ、負荷の変動によらず常に最大ト
ルクによりモータを駆動することができる。ま
た、スイツチングの位相ずれが正しく補正される
ことにより、いわゆるスパイクノイズが押さえら
れ、たとえば電源ラインを通り周辺の電子回路に
およぼすノイズの影響を軽減することができる。
By the way, the supply point 13 is connected to a differentiating circuit 14, and the voltage waveform is differentiated in this differentiating circuit 14. When the voltage waveform shown in FIG. 2B is differentiated by the differentiating circuit 14, a differential output shown in FIG. 2C is obtained. As shown in FIG. 2C, this differential output crosses zero at the local maximum point and switching point of the voltage waveform. Further, the output of the differentiating circuit 14 is connected to a non-inverting input terminal of a comparator circuit 15 whose inverting input terminal is grounded. Therefore, the comparison circuit 15
As shown in FIG. 2D, the comparison circuit 15 provides a comparison output (pulse waveform) having a pulse width between the local maximum point and the zero crossing point of the voltage. Further, the output of the comparator circuit 15 is supplied to one input terminal of a phase comparator circuit 16, and the oscillation output of the VCO 10 is supplied to the other input terminal of the phase comparator circuit 16.
Here, the VCO 10, the phase comparison circuit 16, and the low-pass filter LPF provided at the next stage are
17 is PLL (Phase Locked Loop)
It constitutes a circuit. By the way, in the phase comparator circuit 16, the comparison output of the comparator circuit 15 and the VCO1
By comparing the phase with the oscillation output of 0 at the rising edge of the pulse, the phase shift of the maximum value of the voltage waveform shown in FIG. 2B, that is, the phase shift of the switching is detected. This detected phase shift is output from the phase comparator circuit 16 as two outputs corresponding to the lead and lag of the phase shift. These two outputs are shown in Figures 2F and 2G. Figure 2F shows the output when the switching phase is advanced, and Figure 2G shows the output when the switching phase is delayed. ing. Furthermore, the output of the phase comparator circuit 16 is passed through the LPF 17 and converted into a DC voltage proportional to the phase shift. The output of this LPF 17 is shown in FIG. 2H. Further, the output voltage of the LPF 17 is added to the bias voltage V in an adder circuit 18, and then supplied to the VCO 10. Therefore, in the VCO 10, when there is a phase advance in the switching, the oscillation frequency temporarily decreases,
Further, when there is a delay in this phase, the oscillation frequency is temporarily increased, thereby controlling the phase of the oscillation output of the VCO 10. As a result, the phase of the maximum value of the voltage waveform shown in FIG. 2B is always controlled to be in the center between the switching pulses,
The above switching phase shift is corrected. In this way, the neutral point shift due to armature reaction is automatically corrected, so output at high loads can be improved, and the motor can always be driven with maximum torque regardless of load fluctuations. can. Furthermore, by correctly correcting the switching phase shift, so-called spike noise can be suppressed, and for example, the influence of noise that passes through the power supply line and affects peripheral electronic circuits can be reduced.

ここで、上記バイアス電圧Vは、LPF17の
出力電圧がゼロである始動時に、VCO10に供
給され、モータの始動が行なわれる。また、この
始動時には、VCO10の発振周波数が低くなる
ように、バイアス電圧Vが設定されている。な
お、バイアス電圧を徐々に高めゆくことにより、
VCO10の発振周波数を徐々に高めてゆくよう
にして始動させてもよい。
Here, the bias voltage V is supplied to the VCO 10 at the time of starting when the output voltage of the LPF 17 is zero, and the motor is started. Furthermore, at this startup, the bias voltage V is set so that the oscillation frequency of the VCO 10 becomes low. In addition, by gradually increasing the bias voltage,
It may be started by gradually increasing the oscillation frequency of the VCO 10.

ところで、上述の実施例では、位相比較回路1
6、LPF17、およびVCO10で構成される
PLL回路によつて、VCO10の発振出力の位相
を制御するようにしているが、このようにPLL
回路構成によらず、上記比較回路15の比較出力
をローパスフイルタLPF19に通し、このLPF
19の出力を積分したのち上記VCO10に入力
するようにしてもよい。第3図は、このように構
成される他の実施例の要部を示し、第1図の上述
の実施例の変更部分のみをブロツク図に示してい
る。この第3図において、上記比較回路15の比
較出力はローパスフイルタLPF19に通される
ことで平均値が取り出される。このLPF19の
出力は、第4図Fに示されている。この第4図に
おいて、第4図A乃至Eは第2図A乃至Eに対応
しており、第4図に示す期間T1乃至T5は、第2
図の期間T1乃至T5に対応している。ところで、
上記LPF19の出力は、積分回路20に供給さ
れる。この積分回路20は、周波数偏差をなくし
てVCO10の発振出力を位相制御するため設け
られている。この積分回路20の出力は、上記加
算回路18を介したのち上記VCO10に供給さ
れる。これにより、第4図の期間T3のLPF19
の出力、すなわち、上記スイツチングの位相が正
しい時のLPF19の出力を基準にして、VCO1
0の発振出力の位相が、上記スイツチングの位相
ずれに応じて制御され、スイツチングの位相ずれ
が正しく補正されるようになる。
By the way, in the above embodiment, the phase comparator circuit 1
Consists of 6, LPF17, and VCO10
The PLL circuit is used to control the phase of the oscillation output of VCO10.
Regardless of the circuit configuration, the comparison output of the comparison circuit 15 is passed through the low-pass filter LPF 19, and this LPF
19 may be integrated and then input to the VCO 10. FIG. 3 shows the essential parts of another embodiment constructed in this manner, and only the modified portions of the above-described embodiment of FIG. 1 are shown in a block diagram. In FIG. 3, the comparison output of the comparison circuit 15 is passed through a low pass filter LPF 19 to obtain an average value. The output of this LPF 19 is shown in FIG. 4F. In this FIG. 4, FIGS. 4A to 4E correspond to FIGS. 2A to 2E, and periods T 1 to T 5 shown in FIG.
This corresponds to periods T 1 to T 5 in the figure. by the way,
The output of the LPF 19 is supplied to an integrating circuit 20. This integrating circuit 20 is provided to eliminate frequency deviation and control the phase of the oscillation output of the VCO 10. The output of this integrating circuit 20 is supplied to the VCO 10 after passing through the adding circuit 18. As a result, LPF 19 for period T 3 in Figure 4
, that is, the output of LPF19 when the above switching phase is correct, VCO1
The phase of the 0 oscillation output is controlled according to the switching phase shift, and the switching phase shift is correctly corrected.

つぎに、第5図のブロツク図および第6図の波
形図を参照してさらに他の実施例を説明する。こ
の第5図には、第1図の実施例の変更部分のみが
示されている。また、第6図の波形図において、
第6図A乃至Eは第2図A乃至Eに対応してお
り、第6図に示す期間T1乃至T5は第2図の期間
T1乃至T5に対応している。
Next, still another embodiment will be described with reference to the block diagram of FIG. 5 and the waveform diagram of FIG. 6. This FIG. 5 shows only the modifications of the embodiment of FIG. 1. In addition, in the waveform diagram of Fig. 6,
6 A to E correspond to FIG. 2 A to E, and the periods T 1 to T 5 shown in FIG. 6 are the periods of FIG. 2.
It corresponds to T 1 to T 5 .

この第5図において、上記比較回路15の比較
出力はサンプルパルス発生回路21に入力され
る。このサンプルパルス発生回路21では、比較
出力のパルス信号の立上りすなわち上記スイツチ
ングパルスに同期した第6図Fに示すサンプルパ
ルス信号が作り出され、このサンプルパルス信号
が三角波発生回路22に入力される。この三角波
発生回路22では、上記サンプルパルス信号に同
期した第6図Gに示す三角波信号が作り出され、
この三角波信号がピークホールド回路23に入力
される。このピークホールド回路23では、上記
三角波信号のピーク値を上記サンプルパルス信号
に基づいてピークホールドを行なつており、第6
図Iに示すピークホールド信号を作り出してい
る。
In FIG. 5, the comparison output of the comparison circuit 15 is input to a sample pulse generation circuit 21. In FIG. This sample pulse generation circuit 21 generates a sample pulse signal shown in FIG. In this triangular wave generation circuit 22, a triangular wave signal shown in FIG. 6G synchronized with the sample pulse signal is generated,
This triangular wave signal is input to the peak hold circuit 23. This peak hold circuit 23 holds the peak value of the triangular wave signal based on the sample pulse signal.
The peak hold signal shown in Figure I is created.

また、上記比較回路15の比較出力はサンプル
パルス発生回路24に入力される。このサンプル
パルス発生回路24では、比較出力のパルス信号
の立下りに同期した第6図Hに示すサンプルパル
ス信号が作り出され、このサンプルパルス信号が
サンプルホールド回路25に入力される。またこ
のサンプルホールド回路25には上記三角波信号
が入力され、このサンプルホールド回路25にお
いて、入力されたサンプルパルス信号に基づき上
記三角波信号のサンプルホールドが行なわれる。
このサンプルホールド回路25の出力の第6図J
に示すサンプルホールド信号は加算回路26に入
力される。
Further, the comparison output of the comparison circuit 15 is input to the sample pulse generation circuit 24. This sample pulse generation circuit 24 generates a sample pulse signal shown in FIG. The above-mentioned triangular wave signal is also input to this sample-hold circuit 25, and in this sample-hold circuit 25, the above-mentioned triangular wave signal is sampled and held based on the input sample pulse signal.
FIG. 6 J of the output of this sample and hold circuit 25
The sample hold signal shown in is input to the adder circuit 26.

ところで、上記ピークホールド回路23の出力
であるピークホールド信号は、1/2倍乗算回路2
7で1/2倍されたのち、電圧反転されて上記加算
回路26に入力される。したがつて、この加算回
路26では、上記サンプルホールド信号から1/2
倍されたピークホールド信号がマイナスされるよ
うになる。
By the way, the peak hold signal that is the output of the peak hold circuit 23 is transmitted to the 1/2 multiplier circuit 2.
After being multiplied by 1/2 in step 7, the voltage is inverted and input to the adder circuit 26. Therefore, this adder circuit 26 calculates 1/2 from the sample hold signal.
The multiplied peak hold signal is now subtracted.

この加算回路26の出力信号は第6図Kに示さ
れており、この出力信号は上述の加算回路18を
介してVCO10に供給される。
The output signal of this adder circuit 26 is shown in FIG. 6K, and this output signal is supplied to the VCO 10 via the above-mentioned adder circuit 18.

このように、この実施例ではサンプルホールド
やカウンタ等の手段を用いて、デイジタル微分お
よびデイジタル時間カウントを行なつており、上
記スイツチングの位相に対応する時間を電圧変換
して、スイツチング周期の1/2からのスイツチン
グの位相ずれをエラー電圧信号として取り出すよ
うにしている。ここで、スイツチングの位相が正
しい場合は、前述したように駆動電圧の極大値の
位相がスイツチングパルス間の中央(スイツチン
グ周期の1/2)となる。
As described above, in this embodiment, digital differentiation and digital time counting are performed using means such as a sample hold and a counter. The switching phase shift from 2 is extracted as an error voltage signal. Here, if the switching phase is correct, the phase of the maximum value of the drive voltage becomes the center between the switching pulses (1/2 of the switching period) as described above.

したがつて、第6図の期間T3の上記加算回路
26の出力、すなわち上記スイツチングの位相が
正しい時の加算回路26の出力を基準にして、
VCO10の発振出力の位相が、上記スイツチン
グの位相ずれに応じて制御され、スイツチングの
位相ずれが正しく補正されるようになる。
Therefore, based on the output of the adder circuit 26 during period T3 in FIG. 6, that is, the output of the adder circuit 26 when the switching phase is correct,
The phase of the oscillation output of the VCO 10 is controlled according to the switching phase shift, and the switching phase shift is correctly corrected.

ところで、スイツチング周期の1/2を基準とし
ているのは、モータの回転速度変化に関係しない
基準電圧を得るためである。
By the way, the reason why 1/2 of the switching period is used as a reference is to obtain a reference voltage that is not related to changes in the rotational speed of the motor.

このように、本発明によれば、VCO10の発
振出力を6進カウンタ11によりカウントし、こ
の6進カウンタ11の出力に基づいて3相ロジツ
ク回路12で、各相の通電モードを切り換える通
電モード切換信号を作り出す駆動回路において、
電機子コイル1,2,3に加わる駆動電圧の極大
値を検出し、この検出した電圧波形の極大値の位
相と、スイツチング周期の1/2の位相との位相ず
れに基づいて、上記VCO10の発振出力の位相
を制御している。このため、前述のロータの位置
検出用素子を配することなくモータを駆動するこ
とができるとともに、通電相を切り換えるスイツ
チングの位相ずれを常に正しい位置に補正するこ
とができる。このように、本発明によつて、上記
位置検出用素子が不要となることにより、コスト
ダウンが可能であり、位置検出用素子に要してい
た組付けや配線の工数が削減される。また、モー
タ内部の有効スペースが向上し、電機子のコイル
容積が制限されず、コイルを有効に巻き込むこと
ができる。また、位置検出用素子がいらないた
め、モータの超小型化が可能である。また、両方
向通電においても位置検出用素子が不要であり、
モータの外形形状の大きさに対する出力の向上が
図られるとともに、トルクリツプルを小さくする
ことができる。さらに、スイツチングの位相ずれ
が常に正しく補正されるため、負荷の変動によら
ず常に最大トルクを発生でき、またノイズの発生
を防止できる。また、既存の駆動回路に外付けで
付加することが容易に可能である。
As described above, according to the present invention, the oscillation output of the VCO 10 is counted by the hexadecimal counter 11, and the 3-phase logic circuit 12 switches the energization mode of each phase based on the output of the hexadecimal counter 11. In the drive circuit that generates the signal,
The maximum value of the drive voltage applied to the armature coils 1, 2, and 3 is detected, and based on the phase shift between the maximum value of the detected voltage waveform and the phase of 1/2 of the switching period, the voltage of the VCO 10 is determined. Controls the phase of the oscillation output. Therefore, it is possible to drive the motor without disposing the above-mentioned rotor position detection element, and it is also possible to always correct the phase shift in switching for switching the energized phase to the correct position. As described above, the present invention eliminates the need for the position detection element, thereby reducing costs and reducing the number of assembly and wiring steps required for the position detection element. Moreover, the effective space inside the motor is improved, the coil volume of the armature is not limited, and the coil can be wound effectively. Furthermore, since no position detection element is required, the motor can be made ultra-small. In addition, no position detection element is required even in bidirectional energization.
The output can be improved relative to the size of the external shape of the motor, and torque ripple can be reduced. Furthermore, since the switching phase shift is always correctly corrected, maximum torque can always be generated regardless of load fluctuations, and noise can be prevented from occurring. Further, it can be easily added externally to an existing drive circuit.

ところで、上述の3つの実施例では、3相両方
向通電のY結線ブラシレス直流モータについての
例を引用したが、相数は3相に限らず幾相であつ
てもよく、また片方向通電であつてもよい。ま
た、本発明をΔ(デルタ)結線のブラシレス直流
モータに適用することも可能である。
Incidentally, in the above three embodiments, an example of a Y-connected brushless DC motor with 3-phase bidirectional energization is cited, but the number of phases is not limited to 3 and may be any number of phases, and it is also possible to use a unidirectional energized motor. It's okay. Further, the present invention can also be applied to a brushless DC motor with Δ (delta) connection.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、発振回路の出力をカウンタでカウントし、こ
のカウンタ出力より通電相を切り換える通電モー
ド切換信号を作り出す駆動回路において、各相の
電機子コイルに加わる駆動電圧の極大値を検出
し、この検出した電圧波形の極大値の位相と、ス
イツチング周期の1/2の位相との位相ずれに基づ
いて、上記発振回路の発振出力の位相を制御して
おり、これにより通電相を切り換えるスイツチン
グの位相を常に正しく補正することができる。
As is clear from the above description, according to the present invention, in a drive circuit that counts the output of an oscillation circuit with a counter and generates an energization mode switching signal for switching the energized phase based on the counter output, the armature coil of each phase is The maximum value of the applied driving voltage is detected, and the phase of the oscillation output of the oscillation circuit is controlled based on the phase shift between the maximum value of the detected voltage waveform and the phase of 1/2 of the switching period. As a result, the switching phase for switching the energized phase can always be correctly corrected.

このため、ロータの位置検出用素子を配するこ
となく、ブラシレス直流モータを駆動することが
できる。この位置検出用素子が不要なことから、
コストダウンが可能であり、組付けや配線の工数
が削減され、さらにモータ内部の有効スペースが
向上し電機子のコイル容積が制限を受けるような
ことがなくなる。また、特にモータの超小型化が
可能となる。また、両方向通電においても位置検
出用素子が不要なことから、モータの外形形状に
対する出力比が向上し、トルクリツプルを小さく
することができる。
Therefore, the brushless DC motor can be driven without providing a rotor position detection element. Since this position detection element is not required,
Costs can be reduced, the number of man-hours for assembly and wiring are reduced, and the effective space inside the motor is improved, so that the coil volume of the armature is no longer limited. In addition, it becomes possible to make the motor extremely compact. Moreover, since a position detection element is not required even in bidirectional energization, the output ratio to the external shape of the motor can be improved and torque ripple can be reduced.

また、電機子反作用による中性点ずれが自動修
正されるため、常に正しいスイツチングの位相で
モータを駆動することができ、モータ負荷の変動
によらず、常に最大トルクによりモータを駆動す
ることができるとともに、ノイズの発生を防止で
きる。
In addition, since neutral point shift due to armature reaction is automatically corrected, the motor can always be driven with the correct switching phase, and the motor can always be driven with maximum torque regardless of changes in motor load. At the same time, generation of noise can be prevented.

また、既存の駆動回路に外付けで付加すること
が容易に行なえる。
Further, it can be easily added externally to an existing drive circuit.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明によるブラシレス直流モータの
駆動回路のブロツク図、第2図は上記駆動回路の
動作を説明する波形図、第3図は本発明の他の実
施例を示すブラシレス直流モータの駆動回路の要
部を示すブロツク図、第4図は第3図の駆動回路
の動作を説明する波形図、第5図は本発明のさら
に他の実施例を示すブラシレス直流モータの駆動
回路の要部を示すブロツク図、第6図は第5図の
駆動回路の動作を説明する波形図である。 1,2,3……電機子コイル、4,5,6,
7,8,9……スイツチングトランジスタ、10
……VCO、11……6進カウンタ、12……3
相ロジツク回路、14……微分回路、15……比
較回路、16……位相比較回路、17……LPF、
18……加算回路、19……LPF、20……積
分回路、21,24……サンプルパルス発生回
路、22……三角波発生回路、23……ピークホ
ールド回路、25……サンプルホールド回路、2
7……1/2倍乗算回路、26……加算回路。
FIG. 1 is a block diagram of a drive circuit for a brushless DC motor according to the present invention, FIG. 2 is a waveform diagram explaining the operation of the drive circuit, and FIG. 3 is a drive circuit for a brushless DC motor showing another embodiment of the present invention. A block diagram showing the main parts of the circuit, FIG. 4 is a waveform diagram explaining the operation of the drive circuit of FIG. 3, and FIG. 5 is a main part of the drive circuit of a brushless DC motor showing still another embodiment of the present invention. FIG. 6 is a waveform diagram illustrating the operation of the drive circuit shown in FIG. 5. 1, 2, 3...armature coil, 4, 5, 6,
7, 8, 9...Switching transistor, 10
...VCO, 11...Hex counter, 12...3
Phase logic circuit, 14...Differential circuit, 15...Comparison circuit, 16...Phase comparison circuit, 17...LPF,
18...Addition circuit, 19...LPF, 20...Integrator circuit, 21, 24...Sample pulse generation circuit, 22...Triangle wave generation circuit, 23...Peak hold circuit, 25...Sample hold circuit, 2
7...1/2 multiplier circuit, 26...addition circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 発振回路の発振出力をカウンタによりカウン
トし、このカウンタ出力から各相への通電を切り
換える通電モード切換信号を作り出す駆動回路に
おいて、 各相の電機子コイルに印加される駆動電圧の極
大値を検出し、この検出した電圧波形の極大値の
位相と、スイツチング周期の1/2の位相との位相
ずれに基づいて、上記発振回路の発振出力の位相
を制御することを特徴とするブラシレス直流モー
タの駆動回路。
[Scope of Claims] 1. In a drive circuit that counts the oscillation output of an oscillation circuit by a counter and generates an energization mode switching signal for switching energization to each phase from the counter output, a drive applied to the armature coil of each phase. It is characterized by detecting the maximum value of the voltage and controlling the phase of the oscillation output of the oscillation circuit based on the phase shift between the phase of the detected maximum value of the voltage waveform and the phase of 1/2 of the switching period. A drive circuit for a brushless DC motor.
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