JPH06197590A

JPH06197590A - モータ駆動回路

Info

Publication number: JPH06197590A
Application number: JP4344193A
Authority: JP
Inventors: Hiroyoshi Hayashi; 広佳林; Toshiro Hayashi; 俊郎林
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1992-12-24
Filing date: 1992-12-24
Publication date: 1994-07-15

Abstract

(57)【要約】【目的】センサレスモータで起動時逆転することのな
い様なモータ駆動回路を得る。【構成】センサレスモータ６にラフな実装でセンサ１
３を付加することで、スタート時はセンサ付モータ駆動
とし、スタート後の定常時にはセンサレスモータとして
駆動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はモータ駆動回路に係わ
り、特にブラシレスモータにセンサを付加したモータ駆
動回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のモータ、特に直流モータでは種々
の形式のものが提案されている。特に制御用モータとし
ては直流モータは入出力特性が略直線的で制御し易い為
にサーボ系路に多く利用されるが、刷子によって整流す
るためにブラシモータ構成と成されたものが多い、この
様な刷子を利用するモータは整流時に整流火花による電
気的ノイズを発生する欠点を有する。この為に半導体を
用いて刷子不用のブラシレスモータはブラシレスモータ
のコミュテータと刷子による機械的整流を磁極位置検出
手段とスイッチング手段に置き換えたもので構造的には
直流モータのステータとロータとの関係を逆にしたもの
と考えてよい。

【０００３】このブラシレスモータは一般に磁極位置検
出手段として、ステータ側に巻回した逆起電力を検出し
てロータに回転力を得ているが、磁極位置検出手段とし
てホール素子等のセンサをステータ側の所定位置に配設
して、このセンサによって磁極位置を検出し、この検出
出力に基づいて、駆動回路をスイッチングしてモータ駆
動力を得る様なセンサ付きモータ等もよく知られてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したセンサ付きモ
ータではセンサの取付位置精度によってモータ特性が大
きく左右される問題がある。特に近年はモータが小型化
され、且つスムーズな回転駆動力を得るために多極化が
成されて来たために、センサ取付時の機械的なわずかな
ずれが電気角の大きなずれとなるために、センサをステ
ータに配設する際に高い実装技術が要求される問題があ
る。

【０００５】一方、センサレスモータではコイルの逆起
電圧をセンシングしているため、モータが回転している
ときにした位置情報が得られない。そのため起動時に逆
転する恐れがあり、絶対に逆転しては困るような用途に
は利用できなかった。また、逆転のために起動に時間が
かかったり、条件によっては起動に失敗する可能性があ
るなど、起動に関する問題があった。

【０００６】本発明は叙上の問題点を解消するために成
されたもので、その目的とするところはセンサレスモー
タの様に逆転することなく、素早く起動可能で、且つセ
ンサを付加するが高実装技術を必要としないモータ駆動
回路を得ようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の第１のモータ駆
動回路は、その例が図１に示されている様に、ブラシレ
スモータにセンサ１３を付加したモータを駆動するモー
タ駆動回路に於いて、起動時には上記センサ１３を用い
て駆動し、定常時はブラシレスモータとして駆動して成
るものである。

【０００８】本発明の第２のモータ駆動回路は、その例
が図１に示されている様にセンサ１３を付加したモータ
６と、このモータ６を駆動する出力回路３と、モータの
逆起電圧を検出する逆起電圧検出回路１と、この逆起電
圧検出回路１の出力に基づきクロックを形成するクロッ
ク発生回路２ａと、逆起電圧検出回路１と出力回路３間
に接続された通電マトリックス回路２ｅと、クロック発
生回路２ａの出力によりスイッチングさせてモータを駆
動するタイミングコントロール回路２と、通電マトリッ
クス回路２ｅと出力回路３間に設けられた切換手段２ｇ
と、モータに付加したセンサ１３からの出力を検出して
この検出出力を切換手段２ｇに供給する様に成された起
動時通電コントロール回路５と、クロック発生回路２ａ
からのクロックを検出するクロック検出回路２ｆとを具
備し、クロック検出回路２ｆからの検出信号に基づいて
切換手段３を起動時に起動時通電コントロール回路５側
に切り換え、定常時に通電マトリックス回路２ｅ側に切
換制御して成るものである。

【０００９】本発明の第３のモータ駆動回路はその例が
図５に示されている様にブラシレスモータにセンサ１３
を付加したモータの駆動回路に於いて、モータ６のステ
ータコイル４ａから出力される逆起電圧出力ラインとセ
ンサ１３からのセンサ検出信号出力ラインを共通化して
取り出す様にしたものである。

【００１０】

【作用】本発明の第１及び第２のモータ駆動回路は起動
時にはモータのステータコイル近傍に付加したセンサか
らの検出信号を取り出して回転駆動方向を定めて駆動
し、定常時にはクロック検出回路からのクロックに基づ
いて切換手段２ｇを切り換えて、モータの逆起電圧を検
出して回転駆動させる様にしたので逆転することなく、
且つセンサ取り付け時の取付精度もラフで組立の容易な
モータを用いることが出来る。

【００１１】更に本発明の第３のモータ駆動回路によれ
ばセンサ検出出力ラインと逆起電圧出力ラインを共用し
たので配線のライン数が減少し、プリント基板やコネク
タを小型化可能なものが得られる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明のモータ駆動回路を図１乃至図
８に依って詳記する。図１及び図２によってモータ駆動
回路及びその動作を説明する前に、本例に使用されるブ
ラシレス型の三相両方向モータの構成を図３及び図４で
説明する。図３は６コイル８ポールのブラシレス型のモ
ータの一部を断面とした構成図、図４は図３のセンサ配
置状態を示す平面図である。

【００１３】図３に於いて、モータ６は略々円盤状の固
定ヨーク７とロータヨーク１０とよりなり固定ヨーク７
は中心に透孔が穿たれ、この透孔に軸受ユニット８が固
定されている。この軸受ユニット８のベアリングにスピ
ンドル９が回動自在に枢着されている。

【００１４】固定ヨーク８の内面上にはＵ，Ｖ，Ｗの３
相の略々扇形状に巻回した６個のコイル４ａが固定ヨー
ク７の円周方向に沿って配列固定され、扇形に巻回した
コイル４ａの中空部には本例では３個の位置検出用セン
サ１３として例えばホール素子等が固定ヨーク内面上に
貼着されている。

【００１５】スピンドル９のベアリング回動端と反対側
にはボス１１が枢着されている。このボス１１には金属
性の盆状のロータヨーク１０が固定され、該盆状のロー
タヨーク１０の底面にはコイル４ａと対向する面の中心
部に透孔を有する円盤状の永久磁石１２が固定されてい
る。この永久磁石は円周方向にＮ，Ｓ，Ｎ，Ｓ‥‥と８
分極され、６個のコイル４ａと対向し１個の磁石は略々
扇形状に着磁される。又、ロータヨーク１０の外周には
速度検出素子１４を励起するためのリング状のＰＧ用磁
石１５が固定されている。

【００１６】上述の扇形状の６個のコイル４ａと、同じ
く円盤状の永久磁石１２は８極に分割されているため
に、図４に示す様にコイル４ａのコイル角θ₁及び永久
磁石１２の磁石のボール角θ₂はθ₁＝２π／６＝π／
３，θ₂＝２π／８＝π／４と成されている。

【００１７】図１は上述のモータ６を駆動するための駆
動回路の一実施例を示すものであり、図１でモータ６の
固定ヨーク７上の３相のＵ，Ｖ，Ｗ相の３個のコイル４
ａ，４ａ，４ａは３個の夫々コイル４ａ₁，４ａ₁，４
ａ₁と直列接続され、直列接続されたコイル４ａ及び４
ａ₁の三端は共通接続されて、コモン端子に接続されて
いるコモン電圧Ｃ_Mを出力する。センサとなる３個のホ
ール素子１３，１３，１３のバイアス端子はＶ_CC及びア
ース間に抵抗Ｒ₁，Ｒ₂を介して直列接続され、センサ
１３，１３，１３の夫々の検出出力端子の両端からは±
Ｕ_S，Ｖ_S，Ｗ _Sのセンサ検出出力が取り出されて、起
動時通電コントロール回路５のＵ，Ｖ，Ｗ相のセンサア
ンプ５ａ，５ａ，５ａに±Ｕ_S，±Ｖ_S，±Ｗ_Sの検出
出力が供給される。

【００１８】モータ６のコイル部４のＵ，Ｖ，Ｗ相の各
コイルからは逆起電圧Ｕ_v，Ｖ_v，Ｗ_vが取り出され
て、逆起電圧検出回路部１の各々のオペアンプ１ａ，１
ａ，１ａの一方の入力端子に供給され、他方の夫々の入
力端子にはコモン電圧Ｃ_Mが供給される。

【００１９】逆起電圧検出回路部１のＵ，Ｖ，Ｗ相の検
出出力電圧はタイミングコントロール回路部２の通電マ
トリックス回路２ｅ及びクロック発生回路２ａに供給さ
れる。

【００２０】通電マトリックス回路２ｅは例えば３個の
Ｄ型フリップフロップ回路と、１２０度通電マトリック
ス回路で構成され、クロック端子ＣＫには後述する位相
をπ／６ずらす移相回路２ｃからの制御信号に依って通
電マトリックス回路２ｅからスイッチタイミング信号を
出力する。

【００２１】クロック発生回路２ａは逆起電圧検出回路
部１のＵ，Ｖ，Ｗ相の検出出力に基づいてクロック２ｂ
を作成し、前記した移相回路２ｃ及びクロック検出回路
２ｆに供給する。移相回路２ｃではクロック発生回路２
ａからのクロックの移相をπ／６だけシフトさせて、通
電マトリックス回路２ｅのクロック端子ＣＫに供給す
る。

【００２２】一方クロック検出回路２ｆの検出出力は通
電マトリックス回路２ｅと出力回路部３の駆動回路３ａ
間に介在させた切換用のスイッチ２ｇを駆動制御する様
に構成されている。

【００２３】上述の構成のモータ駆動回路の動作を図２
の波形図と共に説明する。先ず定常時駆動のセンサレス
モータ駆動時の流れを説明する。定常時にモータ６が回
転していると仮定すれば、ステータのコイル４ａ，４
ａ，４ａ，４ａ₁，４ａ₁，４ａ₁で誘起された逆起電
圧信号Ｕ_v，Ｖ_v，Ｗ_vは図２Ａの如き移相差を有し、
逆起電圧検出回路部１の各相のオペアンプ１ａ，１ａ，
１ａに供給され、コモン電圧信号Ｃ_Mとの差出力が通電
マトリックス回路２ｅのＤ型フリップフロップ回路に供
給される。

【００２４】一方、逆起電圧検出回路部１の出力はクロ
ック発生回路２ａに供給され、図２Ｃに示す様に零クロ
スタイミングでクロック（位相φ）２ｂを作成し、次段
の移相回路２ｃに供給する。

【００２５】移相回路２ｃでは位相φのクロック２ｂを
π／６だけシフトさせて図２Ｄに示すφ＋π／６の制御
信号２ｄを得て、通電マトリックス回路２ｅのクロック
端子ＣＫに供給する。

【００２６】通電マトリックス回路２ｅではＤ型フリッ
プフロップ回路と１２０度通電マトリックス回路とで構
成されているので、逆起電圧検出回路部１からのＵ，
Ｖ，Ｗの入力波形から、スイッチングタイミング波形を
図２Ｅの様に形成して切換手段２ｇを介して、出力回路
部３を通してモータ６のステータコイル４ａ，４ａ，４
ａ，４ａ₁，４ａ₁，４ａ₁を励磁する。このコイル４
ａ，４ａ，４ａ，４ａ₁，４ａ₁，４ａ₁を駆動した際
の逆起電圧信号Ｕ_v，Ｖ_v，Ｗ_vは再び逆起電圧検出回
路部１に帰還されてモータ６が回転し続けることにな
る。

【００２７】即ち、定常時は切換手段２ｇの可動接片ａ
は固定接点ｂ側に接する様にクロック検出回路２ｆの制
御信号で切換制御される。この切換手段２ｇは図１では
機械的なスイッチとして表しているが勿論トランジスタ
等のスイッチング手段を用い得ることは明らかである。

【００２８】センサレスモータでは一般には起動時には
逆起電圧がステータのコイル４ａ，４ａ，４ａに誘起さ
れていないので、そのままでは起動することが出来な
い。そこで、起動の為の専用回路を持っている。この起
動回路は基本的にはとりあえずＵ，Ｖ，Ｗ相のうちのい
づれかの相に通電し、動き始めて、逆起電圧が誘起され
た時点で本来のセンサレスモータの駆動方式で駆動する
様に切換えて使用するため、永久磁石１２とコイル４ａ
との位置関係の情報が無い為に、ロータが正転するか逆
転するかは動かしてみないと解らない問題があった。

【００２９】そこで、本例では起動時には通常のセンサ
付モータと同様に図１，図３及び図４で説明した様にセ
ンサ１３をコイル４ａ，４ａ₁の空芯内に実装し、その
センサ出力±Ｕ_S，Ｖ_S，Ｗ_Sを起動時通電コントロー
ル回路５のセンサアップ５ａ，５ａ，５ａに供給して１
２０度通電マトリックス回路５ｂを介して、図２Ｅで示
した駆動出力を得て、出力回路３を介してモータ６を起
動する。

【００３０】この様なセンサ１３としてホール素子を使
った場合に、その電圧は永久磁石６とセンサ１３との位
相関係（電気角位相）は図２Ｂの様に振幅は定常時の２
〜３％程度であるが位相関係は一意に定まる。依って、
必ず一方向に起動させることが可能と成り、電気角で３
６０°／６＝６０°即ち±３０°と云う広い範囲のずれ
を許容させることが出来る。叙上の実施例ではセンサを
３個付加したが２つのセンサ出力波形で他の１つの分の
波形を合成可能であるから２個でもよいことは明らかで
ある。

【００３１】即ち、本例では起動時には切換手段２ｇの
可動接片ａは固定接点はｃ側に接していて、クロック発
生回路２ａから位相φのクロック２ｂが出力された所
で、クロック検出回路２ｆが、この位相φのクロック２
ｂを検出して切換手段２ｇの可動接片ａを固定接点ｂ側
からｃ側に切換えて定常駆動と成される。

【００３２】この状態で起動時通電コントロール回路５
並にセンサ１３に供給する電源を遮断する様なスイッチ
ング手段（図示せず）を設け、このスイッチング手段を
クロック検出回路２ｆの出力で制御する様にすれば定常
時にはセンサ１３及び起動時通電コントロール回路５を
不動作状態と成し得て消費電力を抑えることの出来る回
路を得ることも可能である。

【００３３】又、上述では起動時のみで動作する起動時
通電コントロール回路５を設けた例を説明したが、定常
時に用いる通電マトリックス回路２ｅと共用する様にし
てもよい。この場合はセンサアンプでアンプしたセンサ
検出出力±Ｕ_S，Ｖ_S，Ｗ_Sをスイッチング手段（図示
せず）を介して通電マトリックス回路２ｅに供給し、図
示しないスイッチング手段をクロック検出回路２ｆで制
御する様に成せばよい。

【００３４】上述したモータ６のコイル部４のみを取り
出した回路構成を図６に示す。この回路構成をみると、
センサレスモータにセンサを付加した為にセンサ検出信
号をフィードバックさせる為の配線が必要となる。

【００３５】即ち、モータの６のコイル部４から出力さ
れるリードは逆起電圧検出回路１のＵ，Ｖ，Ｗ相のオペ
アンプ１ａの一方の入力端子に供給されるコイル４ａの
逆誘起電圧信号Ｕ_v，Ｖ_v，Ｗ_v及び他方の入力端子に
供給さるコモン電圧Ｃ_Mの計４本のリードの他に、３個
のセンサ１３の両端から出力されるセンサ検出信号±Ｕ
_S，Ｖ_S，Ｗ_Sの計６本分のライン並にセンサ１３に共
通に供給するバイアス電圧Ｖ_cc及び接地用の２本のライ
ンで計１２本の配線を行わなくてはならない。

【００３６】そこで、図７及び図８に示す様に起動時は
センサ付モータで駆動し、定常時はセンサレスモータで
駆動することを前提として、駆動回路側にフィードバッ
クするセンサ１３からの検出出力信号±Ｕ_S，Ｖ_S，Ｗ
_Sをコイル４ａ及び４ａ₁の逆起電圧信号Ｕ_v，Ｖ_v，
Ｗ_vの供給ラインから共通に供給することで１２本必要
な配線ラインを６本に減少させることが出来る。

【００３７】図７及び図８の場合は図５で示したと同様
に直列接続されたステータ用コイル４ａ₁，４ａ₁，４
ａ₁に並列にセンサ１３，１３，１３を接続させたもの
である。

【００３８】図７の場合はバイアス電圧Ｖ_CCをセンサ１
３，１３，１３に対し直列的に印加し、図８の場合は並
列的に印加した場合であり、勿論コイル４ａ及び４ａ₁
と永久磁石６で与えられる磁界は電圧Ｖ_CCと直交する方
向から与えられる。

【００３９】この様に構成させた場合、３個のセンサ１
３，１３，１３から±Ｕ_S，Ｖ_S，Ｗ_Sのセンサ検出出
力信号を取り出すラインは不用となり、逆起電圧検出信
号Ｕ _v，Ｖ_v，Ｗ_vラインとセンサ検出出力信号の取り
出しラインが共通化され、３本のラインの他にコモン用
のＣ_Mライン及びバイアス電圧Ｖ_CC印加用のホットライ
ン及び接地ラインの３本と計６本のラインを引き出すだ
けでよい。

【００４０】上述の様にコイル４ａに並列にセンサ１３
を接続した時、電源を切らないと出力波形がコイル波形
に重畳されるがセンサ１３，１３，１３の検出出力の信
号は図２Ｂの様にコイル４ａの逆起電圧の２〜３％程度
であるので、特に問題は生じない。さらにセンサとして
ホール素子を用いた場合、ホール素子のインピーダンス
はコイル４ａのインピーダンスに比べて数百倍の値を有
しているので、この点でもコイル４ａに並列接続するこ
とによる弊害は発生しない。

【００４１】図５は図７の様にセンサ検出出力信号を逆
起電圧検出ラインで共通化して駆動回路側にフィードバ
ックする場合の具体的な回路構成を示すもので、この場
合、図１との対応部分には同一符号を付して重複説明を
省略するも、逆起電圧検出回路部１の検出電圧はタイミ
ングコントロール回路２、クロック発生回路２ａ並に起
動時通電コントロール回路５の１２０度通電マトリック
ス５ｂに供給される。即ち、センサアンプ５ａは逆起電
圧検出回路部１のオペアンプ１ａと共通化され、且つセ
ンサラインも共通化されることになる。この場合の動作
は図１と同様であるのでその説明は省略するも、この場
合も、起動時通電コントロール回路５を省略し、メイン
の通電マトリックス回路２ｅと共用し得ることは明らか
である。

【００４２】本例の図５乃至図８に示す構成によれば、
センサの配線とコイル用の配線を共用するため、一般の
センサ付きモータに比べて配線量が少なくて済む（セン
サレスモータと同等）。従って基板やコネクタを小型化
できる。更に、センサ付きモータなので、センサレスモ
ータのような起動に関する問題がないため、素早く確実
な起動ができるものが得られる。

【００４３】

【発明の効果】本発明のモータ駆動回路に依れば、セン
サレスモータの様に逆転することなく素早く確実に回転
方向が決定可能で、センサの取付精度もモータ駆動時
（定常時）の特性に影響せずラフな実装が可能であり、
起動回路から発振回路がなくなるので、どの様な負荷に
対しても調整不用でＩＣ化に際して外付け部品不用なも
のが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すモータ駆動回路図であ
る。

【図２】本発明のモータ駆動回路の動作説明波形図であ
る。

【図３】本発明のモータ駆動回路に用いるモータ構成図
である。

【図４】本発明のモータ駆動回路に用いるモータのセン
サ配置図である。

【図５】本発明の他の実施例を示すモータ駆動回路図で
ある。

【図６】本発明のコイル部の出力線説明図（Ｉ）であ
る。

【図７】本発明のコイル部の出力線説明図（II) であ
る。

【図８】本発明のコイル部の出力線説明図(III) であ
る。

【符号の説明】

１逆起電圧検出回路部２タイミングコントロール回路部２ｇ切換手段２ｆクロック検出回路３出力回路部４コイル部５起動時通電コントロール部６モータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ブラシレスモータにセンサを付加したモ
ータを駆動するモータ駆動回路とに於いて、起動時には上記センサを用いて駆動し、定常時はブラシ
レスモータとして駆動して成ることを特徴とするモータ
駆動回路。
【請求項２】前記モータの定常駆動には前記センサの
電源を遮断して成ることを特徴とする請求項１記載のモ
ータ駆動回路。
【請求項３】センサを付加したモータと、上記モータを駆動する出力回路と、上記モータの逆起電圧を検出する逆起電圧検出回路と、上記逆起電圧検出回路の出力に基づきクロックを形成す
るクロック発生回路と、上記逆起電圧検出回路と上記出力回路間に接続された通
電マトリックス回路を上記クロック発生回路の出力によ
りスイッチングさせて上記モータを駆動するタイミング
コントロール回路と、上記通電マトリックス手段と出力回路間に設けられた切
換手段と、上記モータに付加したセンサからの出力を検出して、こ
の検出出力で上記切換手段を制御する様に成された起動
時通電コントロール回路と、上記クロック発生回路からのクロックを検出するクロッ
ク検出回路とを具備し、上記クロック検出回路からの検出信号に基いて上記切換
手段を起動時に上記起動時通電コントロール回路側に切
り換え、定常時に上記通電マトリックス回路側に切換制
御して成ることを特徴とするモータ駆動回路。
【請求項４】前記モータの定常駆動時には前記起動時
通電コントロール回路の電源を遮断して成ることを特徴
とする請求項３記載のモータ駆動回路。
【請求項５】ブラシレスモータにセンサを付加したモ
ータの駆動回路に於いて、該モータのステータコイルか
ら出力される逆起電圧出力ラインと該センサからのセン
サ検出信号出力ラインを共通化して取り出す様にしたこ
とを特徴とするモータ駆動回路。