JPH0667267B2

JPH0667267B2 - １相ブラシレスモ−タの駆動方法及び駆動装置

Info

Publication number: JPH0667267B2
Application number: JP61153687A
Authority: JP
Inventors: 僚一土本
Original assignee: Aichi Electric Co Ltd
Current assignee: Aichi Electric Co Ltd
Priority date: 1986-06-30
Filing date: 1986-06-30
Publication date: 1994-08-24
Anticipated expiration: 2009-08-24
Also published as: JPS6311085A

Description

【発明の詳細な説明】＜技術分野＞本発明は１相ブラシレスモータの駆動に係り、特にホー
ル素子等の位置検知素子を用いることなく、ロータの回
路位置を検出して駆動させる方法及び装置に関する。

＜従来技術とその問題点＞従来、この種モータとしては第３図及び第４図に例示す
るように、環状のステータコア11に対向して突設した磁
極11a,11bにステータコイル11c,11dをそれぞれ巻装して
ステータ10とし、このステータ10の磁極11a,11bと空隙
を介して、N,S極に永久着磁したロータ12を同心配置し
て、該ロータ12の回転軸12aを図示しないブラケツトに
回転自在に支承させ、上記ステータ10の磁極近傍には、
ホール素子等からなる位置検知素子13をロータ12の磁極
と対向させて配設してモータ本体を形成し、直流電源14
の正側端子ＰにPNP形トランジスタQu,Qvのエミツタを接
続し、このトランジスタQu,Qvのコレクタに、直流電源1
4の負側端子Ｎにエミツタを接続したトランジスタQx,Qy
のコレクタをそれぞれ接続してインバータ回路15を形成
し、このインバータ回路15の上記コレクタ相互の接続点
を出力端として上記ステータコイル11c,11dを直列接続
した両端S₁,S₂にそれぞれ接続し、直流電源14に抵抗R₁₀
を介して接続端子P₁,N₁を接続した位置検知素子13の出
力端子H₁をトランジスタQu,Qxのベースに、また出力端
子H₂をトランジスタQv,Qyのベースに接続して、位置検
知素子13の出力信号により、トランジスタQu,QyとQv,Qx
を交互にオンさせて、ステータコイル11c,11dに電流を
流し、これにより磁化されたステータ10の磁極11a,11b
とロータ12の磁極との間に吸引・反撥力を作用させて回
転トルクを発生させ、ロータ12を回転させるようになつ
ている。

しかしながら、このように構成されたものにあつてはロ
ータの回転位置を検出する位置検知素子をモータ本体に
組込むため、その接続端子・出力端子をステータコイル
の両端と共に外部に引出してインバータ回路を備えた制
御部に接続しなければならず、引出しリード線の本数が
多く（上例では６本）なつてリード線の配線処理に手間
を要すると共に、位置検知素子はその出力信号のレベル
が小さく、インピーダンスも高いので外部への引出しリ
ード線の長さが長くなるとノイズの影響をうけやすくな
つて誤動作の原因となり、モータ本体と制御部とを離し
て機器に設置するものに対しては適用できず、しかも位
置検知素子は熱的に弱く放熱手段も必要となり、かつそ
の取付に高精度が要求されるので取付手段も複雑化し、
コストの高いものになるという問題を有している。

これを改善するため、３相ブラシレスモータにおいては
位置検知素子に代つてロータの回転位置をステータコイ
ルに発生する誘起電圧により検出して駆動させるように
したものがすでに公知となつているが、３相の場合には
転流しようする相の転流タイミングは他の２相の誘起電
圧により検出することが可能であり、これに反して１相
の場合には、自相の印加電圧に重畳して発生する誘起電
圧から転流タイミングを検出しなければならないという
問題を有している。

＜発明の目的＞本発明は上述した点にかんがみてなされたもので、１相
ブラシレスモータであつても、位置検知素子を用いるこ
となく、ロータの回転位置を誘起電圧より検出して駆動
させることができる方法及び装置を提供することにあ
る。

＜発明の概要＞本発明は上記目的を達成するため、ステータコイルに発
生する誘起電圧のゼロクロス近傍においてはロータに発
生する回転トルクが極めて小さい点に着目し、このゼロ
クロス近傍でインバータ回路のトランジスタを全てオフ
状態にして誘起電圧のゼロ点を検出し、この検出信号に
よりステータコイルに流れる電流を反転させるようにし
たことを特徴とするものである。

＜発明の実施例＞本発明の理解を容易にするため、ステータコイルの誘起
電圧とロータの磁極位置の関係について説明する。今モ
ータを第５図に示すように模擬的に考えると、ロータの
磁極１極当りの磁束をＢとしたとき、ステータコイルＬ
に鎖交するロータの磁束のベクトル成分φは φ＝Bcosθ ……（１）（ただし、θ:LとＢのなす角）となり、ロータが矢印で示す回転方向へ角速度ωで回転
しており、時刻ｔにおいて、ステータコイルＬとロータ
の磁束Ｂのなす角θとすれば、時刻ｔにおけるφの変化
量、即ちφの時間微分ｄφ／dtはとなるので、ステータコイルＬの誘起電圧は（ただし、θ＝ωｔ）故に、ωｔ＝θ＝90゜のとき正の最大値 ωｔ＝θ＝270゜のとき負の最大値となる正弦波電圧となる。

他方、ステータコイルＬに電流ｉを流したとき、ロータ
に働く力Ｆについて電流ｉがつくる磁界Ｈを平行磁界と
仮定してみると、第６図に示すように、ロータの磁極に
働く力ＦはＦ＝BlH ……（４）（ただし、ｌは磁極の長さ）と示されるが、この力Ｆは、ロータを磁極方向に押しあ
るいは引張る方向に働く成分と、磁極を回転させる方向
に働く成分とに分離でき、後者のみがロータを回転させ
る力として寄与していることになる。

従つて、ロータを回転させる力Ftは Ft＝Fsinθ＝BlHsinθ ……（５）となり、これがモータの回転トルクとなる。

そして、上記Ftはθが０゜＜θ＜180゜の領域において
θ＝90゜のとき、正の最大値となるから、モータを同一
方向に効率よく回転させるためには、θ＝90゜を中心と
して通電すればよく、θが０゜及び180゜に近い領域で
は回転トルクは殆んど得られないことになる。

ロータがさらに回転してθが180゜以上の領域になつた
とき、電流ｉをもし第６図と同一方向に流しておくと、
上記（５）式から明らかなように、回転トルクFtは負と
なつて回転を阻害する力となり、回転を継続することが
できないので、この領域では電流ｉを逆方向に流すと回
転トルクFtは Ft＝−BlHsinθ ……（６）（ただし、180゜＜θ＜360゜）となり、結果的に上記Ftが正となるのでロータは回転を
継続することになる。そして、この領域において上記Ft
はθ＝270゜のとき正の最大値となるので、ロータ効率
よく回転させるためにはθ＝270゜を中心として上記第
６図とは逆方向に電流ｉを流せばよいことになる。

以上の結果を図示すると第７図のようになる（ステータ
コイルへの印加電圧は省略）。同図によればロータの回
転位置と誘起電圧は完全に対応しているので、ロータ
の回転位置を誘起電圧により検出することが可能であ
り、電流ｉの極性切替タイミング（転流タイミング）は
誘起電圧のゼロ点と一致することがわかる。

そこで本発明は上記タイミングで通電されて回転中のモ
ータから何等かの手段により誘起電圧のみを導出してゼ
ロ点を検出すれば、ロータの回転位置の検出ができる点
に着目し、かつ電流ｉを転流すべき時点、即ち、誘起電
圧のゼロ点附近では回転トルクFt殆んどゼロであり、電
流ｉは単にロータを引張る力にのみ寄与しており、この
附近で電流ｉを一旦遮断しても発生する回転トルクFtに
大きな変化を与えない点に着目してなされたものであ
る。

以下本発明の実施例を第１図及び第２図によつて説明す
る。第２図はモータの基本的な構成図である。同図にお
いて、１はステータで、電磁鋼板をコ字状に打抜いて積
層し図示しないリベツトでカシメ固定したステータヨー
ク２の開口端部には先端を円弧状にして対向させた磁極
2a,2bを設け、継鉄部2_Cには、コイル枠3aにコイル導体
を巻回したステータコイル３が装着されている。４はN,
S極に永久着磁されたロータで、上記ステータ１の磁極2
a,db間に同心状に配置され、軸心に挿着した回転軸4aが
ステータ１に装着された図示しないブラケツトに軸受を
介して回転自在に支承されて、いわゆるスケルトン形の
１相ブラシレスモータに構成されている。そして、上記
ステータコイル３の両端は、第１図で示すように、直流
電源５に接続端子P,Nを介して接続されたインバータ回
路６の出力端にそれぞれ接続される。このインバータ回
路６は上述同様、正側接続端子ＰにPNP形トランジスタQ
u,Qvのエミツタを接続し、このトランジスタQu,Qvのコ
レクタに、上記直流電源５の負側接続端子Ｎにエミツタ
を接続したトランジスタQx,Qyのコレクタをそれぞれ接
続してブリツジ状をなし、上記コレクタ相互の接続点を
出力端として出力を送出するようになつている。

そして、上記トラジスタQu,Qv,Qx,Qyの各コレクタ・エ
ミツタ間にはフリーホイールダイオードDu,Dv,Dx,Dyが
逆方向にそれぞれ挿入されている。７はロータ４の回転
位置を検出する位置検知回路で、上記直流電源５の負側
接続端子Ｎにエミツタを接続したトランジスタQ₁のコレ
クタを、コレクタ抵抗R₁を介して定電圧電源V_Cに接続
し、このトランジスタQ₁のベースにはベース抵抗R₂を介
して上記トランジスタQvとQyの接続点を接続し、トラン
ジスタQ₁のベース・エミツタ間に抵抗R₃を挿入して、上
記トランジスタQ₁のコレクタを出力端として、ステータ
コイル３に発生した誘起電圧が正の半波のときは“L"レ
ベルの出力信号を、また負の半波のときには“H"レベル
の出力信号を位置検知信号として送出するようになつて
いる。８は上記位置検知信号によりインバータ回路６を
介してステータコイル３に通電指令を送出する通電制御
回路である。これについて説明する。8aは上記位置検知
回路７の出力端に接続されて誘起電圧のゼロ点で反転す
る位置検知信号を微分し両波整流して立上りエツジの検
出を可能にしたパルス信号を送出するエツジ検出部であ
る。8bは、上記エツジ検出部8aの出力端に接続されて入
力の立上りで出力端Q,の出力信号を反転させるフリツ
プフロツプ回路FF₁と、このフリツプフロツプ回路FF₁の
出力端Q,に入力端をそれぞれ接続したアンド回路AN
D₁,AND₂とを備え、このアンド回路AND₁の出力端を一方
は直接トランジスタQyのベースに、他方はノツト回路N₁
を介してトランジスタQuのベースに、またアンド回路AN
D₂の出力端を一方は直接トランジスタQxのベースに、他
方はノツト回路N₂を介してトランジスタQvのベースにそ
れぞれ接続して、入力信号の立上りでトランジスタQu,Q
v,Qx,Qyをオンオフ制御するようにした駆動部である。8
cは上記エツジ検出部8aの出力端に接続されて、入力信
号の立上りから次の入力信号の立上りまでの期間（即
ち、誘起電圧の半波の期間）を時間計測する周期計測部
で、入力信号の立上りでクロツク信号をカウントし、次
の入力信号の立上りでカウントアツプさせてそのデータ
を出力すると共に、上記データをクリアして次のカウン
トに備えるようになっている。即ち、周期計測部8cはロ
ータ４の回転周期を１／２周期毎に時間計測しそのデー
タを送出することになる。8dは上記計測部8cの出力端に
接続されて、カウントアツプしたデータを取込んで一旦
蓄積して出力すると共に、計測部8cから次のデータが送
出されたときは蓄積したデータをクリアして新しいデー
タに置換えるようにしたデータ蓄積部である。8eは上記
計測部8cと蓄積部8dとの出力端から接続されて両入力信
号（即ち、今回のデータと前回のデータ）の大小を比較
した出力信号を送出する比較部である。8f,8gは上記計
測部8cの出力端から接続されて待機時間，通電時間をそ
れぞれ演算設定する第1,第２の演算部で、第１の演算部
8fは、計測部8cから出力されたデータに係数（例えば、
待機時間T₁を180゜に対して30゜とすれば、30／180）を
乗じて次回の待機時間T₁を演算し、この演算値に上記比
較部8eから（今回のデータ）＜（前回のデータ）の関係
にある比較信号をうけたときには、上記演算値が小さく
なるよう補正（例えば99／100の係数を乗じる）し、逆
の関係にある比較信号をうけたときには、上記演算値が
大きくなるよう補正（例えば101／100の係数を乗じる）
して次回の待機時間T₁を設定し、また第２の演算部8g
は、上述同様、計測部8cから出力されたデータに係数
（例えば、通電時間T₂を180゜に対して120゜とすれば、
120／180）を乗じて次回の通電時間T₂を演算し、この演
算値に、上述同様、比較部8eからの比較信号により補正
して次回の通電時間T₂を設定して、これら設定値がそれ
ぞれ出力するようになつている。8h,8iは上記演算部8f,
8gの出力端にそれぞれ接続されて、待機時間，通電時間
を刻時動作する第1,第２のタイマ部で、第１のタイマ部
8hは上記エツジ検出部8aの出力の立上りで応動して、例
えばクロツク信号をカウントし、このカウント値が上記
第１の演算部8fから出力される待機時間T₁の設定値と一
致したときタイムアツプして“H"レベルの出力信号を送
出するようになつており、また、第２のタイマ部8iは上
記第１のタイマ部8hの“H"レベルの出力信号の立上りで
出力端から“H"レベルの出力信号を上記駆動部8bのアン
ド回路AND₁,AND₂に送出して例えばクロツク信号をカウ
ントし、このカウント値が上記第２の演算部8gから出力
される通電時間T₂の設定値と一致したときタイムアツプ
して出力信号を“L"レベルに反転するようになつてい
る。

次にその動作について説明する。先ず初期状態にあつて
は周期計測部8c、データ蓄積部8dに１／２回転周期のデ
ータは取込まれておらない。従つて、ロータ４の起動時
の回転周波数（例えば10Hz）に対応する１／２回転周期
の時間データをあらかじめ上記計測部8c,蓄積部8dに取
込んでおく。インバータ回路６のランジスタQu,Qv,Qx,Q
yもすべてオフ状態にある。この状態で直流電源５が印
加されて定電圧電源回路９から定電圧電源V_Cが制御電源
として各回路に供給される。これにより位置検知回路７
の出力は“H"レベルに反転し、これをうけたエツジ検出
部8aは入力を微分し整流したパルス信号を送出する。こ
れをうけたフリツプフロツプ回路FF₁は入力の立上りで
出力端Q,の出力を“H",“L"にそれぞれ反転してアン
ド回路AND₁,AND₂にそれぞれ送出するが、アンド回路AND
₁,AND₂の他方の入力は“L"レベルにあるため、出力は
“L"レベルでトランジスタQu,Qv,Qx,Qyはオフされたま
ゝである。一方、上記エツジ検出部8aのパルス信号をう
けた計測部8cは入力の立上りでカウントアツプしてその
データを演算部8f,8gに送出する。これをうけた演算部8
fは入力データに係数（例えば30／180）を乗じて待機時
間を演算し、この演算値を今回の待機時間T₁としてタイ
マ部8hに送出する。この際、比較部8eからは計測部8c蓄
積部8dの両データが同じであるので、大小の比較信号は
送出されず上記演算値は補正されない。そして、上記タ
イマ部8hは、エツジ検出部8aの出力の立上りで刻時動作
を開始し、カウント値が上記演算部8fの待機時間T₁の設
定値と一致したとき、タイムアツプして、出力端から
“H"レベルの出力信号を送出する。他方、上記計測部8c
からデータをうけた演算部8gは入力データに係数（例え
ば120／180）を乗じて通電時間を演算し、この演算値を
今回の通電時間T₂としてタイマ部8iに送出する（上記演
算値は上述した理由で補正されない）。これをうけたタ
イマ部8iは上記タイマ部8hの出力が“H"レベルに反転し
たとき、刻時動作を開始すると共に入力の立上りで出力
端の出力信号を“H"レベルに反転する。これをうけたア
ンド回路AND₁の出力が“H"レベルに反転し、トランジス
タQu,Qyがオンして、５→Qu→３→Qy→５の経路で電流
が流れてステータ１の磁極2a,2bが磁化され、図示しな
い位置決め手段により所定位置（例えば第２図の位置）
に停止していたロータ４の磁極との間に吸引，反撥力が
作用してロータ４に回転トルクが生じ、第２図の矢印CW
方向にロータ４が回転しはじめる（即ち、起動する）。
この際、位置検知回路７のトランジスタQ₁にはベース電
流が流れずオフのまゝで、位置検知信号は“H"レベルに
ある。

そして、上記タイマ部8iは、カウント値が演算部8gから
出力された設定値と一致したとき、タイムアツプして出
力端の出力信号を“L"レベルに反転し、トランジスタQ
u,Qyをオフとする（このときQv,Qxはオフのまゝ）。こ
れよりステータコイル３への通電は停止され、上記ロー
タ４の回転により生じた負極性の誘起電圧によつて３→
Du→５→Dy→３の経路で電流が流れ、トランジスタQ₁は
逆バイアスされてオフのまゝであり、位置検知信号は
“H"レベルにある。そして、ロータ４は上記通電停止に
より慣性力で回転しその磁極中心が、ステータ１の磁極
2a,2bの磁極中心を通過する時点で誘起電圧は負極性か
ら正極性に転ずるので、この正極性の誘起電圧によつて
３→R₂→Q₁のベース・エミツタ→Dx→３の経路でトラン
ジスタQ₁にベース電流が流れて、トランジスタQ₁がオン
し、位置検知信号は“L"レベルに反転する（即ち、誘起
電圧のゼロ点を検出する）。

これをうけた通電制御回路８のエツジ検出部8aは、入力
を微分し整流したパルス信号を駆動部8bのフリツプフロ
ツプ回路FF₁に送出し、フリツプフロツプ回路FF₁は入力
の立上りで出力端Q,の出力を“L",“H"にそれぞれ反
転する。他方、上記エツジ検出部8aのパルス信号をうけ
た計測部8cは、起動時にうけたパルス信号により初期設
定のデータを蓄積部8dに転送して蓄積させるとともに、
カウントを開始して、起動時のパルス信号から今回のパ
ルス信号をうけるまでの期間（誘起電圧のゼロ点から次
のゼロ点までの期間に対応、即ち１／２回転周期）を時
間計測しており、上記今回のパルス信号でカウントアツ
プして、そのデータを演算部8f,8g及び比較部8eにそれ
ぞれ送出し、比較部8eはこのデータと蓄積部8dから出力
されていたデータとの大小を比較した出力信号を演算部
8f,8gに送出する。これらデータをうけた演算部8fと8g
は、上述同様、待機時間T₁と通電時間T₂を演算し比較部
8eから（今回のデータ）＜（前回のデータ）の関係にあ
る比較信号をうけたとき、上記演算値が小さくなるよう
補正し、待機時間T₁,通電時間T₂を設定して、タイマ部8
h,8iはにそれぞれ送出する（即ち、上記関係にあるとき
は加速時と判別し、回転周波数の上昇を予測してこれに
対応して補正することになる）。

この際、上記計測部8cは今回計測したデータを蓄積部8d
に転送し、上記パルス信号の入力の立上りからカウント
開始し、１／２回転周期の時計計測を行う。

そして、タイマ部8hは、上述同様、上記エツジ検出部8a
のパルス信号の立上りで刻時動作を開始し、カウント値
が演算部8fから出力された設定値と一致したとき、タイ
ムアツプして出力端の出力を“H"レベルに反転し、これ
をうけたタイマ部8iは入力の立上りで出力端の出力を
“H"レベルに反転してアンド回路AND₂の出力を“H"レベ
ルに反転させ、トランジスタQv,Qxをオンさせて５→Qv
→３→Qx→５の経路でステータコイル３に電流を流し、
ステータ１の磁極2a,2bを上述とは逆極性に磁化してロ
ータ４に回転トルクを与えて加速させる。この通電は上
述同様、演算部8gによつて演算設定した通電時間T₂の設
定値と一致したときタイマ部8iの出力信号が“L"レベル
に反転するところにより停止され、ロータ４は慣性力に
より回転を継続し、誘起電圧が正極性から負極性に転ず
る時点（ゼロ点）で反転する位置検知信号により、１／
２回転周期を計測して待機時間T₁,通電時間T₂を演算設
定し、この設定値にもとづいてステータコイル３を待機
時間T₁後、通電切換えを行つて通電時間T₂に入る上述動
作を繰返してロータ４はさらに加速され同期運転に引込
まれていく。

なお、減速時における動作は待機時間T₁,通電時間T₂の
演算設定時における補正が演算値より大きくなるように
補正される点を除いて上述同様に動作するので、説明を
省略する。

上記実施例によれば、誘起電圧がゼロクロスに至る前に
通電が停止されるので、自相に発生した誘起電圧のみを
導出して的確にゼロ点を検出することができ、しかも誘
起電圧のゼロ点から次のゼロ点までの期間、即ち、ロー
タの１／２回転周期を計測したデータにより、待機時間
及び通電時間を演算設定するようにしてあるので、回転
トルクがロータに効果的に作用する期間だけ、回転周期
に応じて通電させることができ、かつ、モータの加速・
減速に応じて上記待機時間と通電時間が補正されるの
で、モータを効率よく駆動させることができる。

なお、上記実施例において、エツジ検出部8aは、入力を
微分し両波整流してパルス信号を送出するよう説明した
が、このパルス信号と、通電時間用のタイマ部8iの出力
時間をノツト回路を介して、ステータコイルの電流を遮
断したときに生ずるスパイク電圧のパルス幅より長い遅
延時間を有して立上る遅延回路の出力信号との理論積で
出力するよう構成すれば、誘起電圧のゼロ点で反転する
位置検知信号をエツジ検出部8aから的確に出力すること
ができる。

第８図は本発明の他の実施例を示したもので、直流電源
５にインバータ回路６を介してステータ１のステータコ
イル３を接続し、上記インバータ回路６の出力端の一方
に位置検知回路７が接続されるよう形成されている点は
同じであるので説明を省略し同様の部材は同じ符号を付
して説明する。８は、上述同様、上記位置検知回路７の
位置検知信号によりインバータ回路６を介してステータ
コイル３に通電指令を送出する通電制御回路である。こ
れは、上記位置検知回路７の出力端に、微分回路DFを介
して、整流回路RFを接続して、入力信号を微分しこれを
両波整流して立上りエツジの検出を可能にしたパルス信
号を上記整流回路RFから送出するエツジ検出部8aを形成
し、整流回路RFの出力端に、入力の立上りで出力信号を
反転させこれをリセツトされるまで保持するようにした
Ｄタイプのフリツプフロツプからなるラツチ回路LA₁の
入力端CLを接続し、このラツチ回路LA₁の出力端Ｑに、
入力を待機時間T₁だけ遅延させて出力する遅延回路TD₁
を介して、入力の立上りで出力信号を反転させるように
したフリツプフロツプ回路FF₁の入力端CLを接続し、こ
のフリツプフロツプ回路FF₁の出力端Q,にアンド回路A
ND₁,AND₂の入力端をそれぞれ接続し、上記アンド回路AN
D₁の出力端を一方は直接トランジスタQxのベースに、他
方はノツト回路N₁を介してトランジスタQvのベースに、
またアンド回路AND₂の出力端を一方は直接トランジスタ
Qyのベースに、他方はノツト回路N₂を介してトランジス
タQuのベースにそれぞれ接続して駆動部8bを形成し、上
記ラツチ回路LA₁の出力信号により遅延回路TD₁を介し
て、トランジスタQu,Qv,Qx,Qyをオンオフ制御するよう
になつている。そして、上記遅延回路TD₁の出力端を、
クロツク信号を送出する発振回路OSCから接続されたア
ンド回路AND₃を介して、入力の立上りでアツプカウント
して複数ビツト（例えば８ビツト）のバイナリコードで
出力するカウンタ回路CU₁の入力端CKに接続するととも
に、ノツト回路N₃を介して、上記整流回路RFから接続さ
れたアンド回路AND₄,AND₅の入力端に接続し、このアン
ド回路AND₄,AND₅の出力端を、入力の立上りでアツプあ
るいはダウンカウントして複数ビツト（例えば８ビツ
ト）のバイナリコードで出力するＵ／Ｄカウンタからな
る通電時間設定回路CU₂の入力端U,Dにそれぞれ接続し、
この通電時間設定回路CU₂には起動時における回転周波
数（例えば10Hz）にもとづいた１／２回転周期に対する
通電時間T₂（例え120゜に対応する時間）をあらかじめ
カウント設定し、出力端をマグニチユード・コンパレー
タからなる比較回路COM₁のＢ側入力端にそれぞれ接続
し、この比較回路COM₁のＡ側入力端に上記カウンタ回路
CU₁の出力端をそれぞれ接続して、比較回路COM₁はその
A,B面入力信号が一致したとき、出力端Ａ＝Ｂから“H"
レベルの出力信号を送出すようになつている。この比較
回路COM₁の出力端Ａ＝Ｂは、入力の立上りで出力信号を
反転しこれをリセツトされるまで保持するようにしたＤ
タイプのフリツプフロツプからなるラツチ回路LA₂の入
力端CLと、上記カウンタ回路CU₁のリセツト入力端Ｒ
と、モータの最大負荷時に流れるステータコイル３の電
流を遮断した際に生ずるスパイク電圧のパルス幅より長
い遅延時間td₂を有して出力する遅延回路TD₂を介して、
ラツチ回路LA₁のリセツト入力端Ｒとにそれぞれ接続さ
れている。そして、上記ラツチ回路LA₂は、そのリセツ
ト入力端Ｒに、入力の立上りでワンシヨツトパルスを出
力するパルス発生回路MB₁を介して、上記遅延回路TD₁の
出力端に接続し、出力端に上記駆動部8bのアンド回路
AND₁,AND₂の入力端を接続して、上記比較回路COM₁の出
力端Ａ＝Ｂの出力信号が“H"レベルに反転したとき、出
力端の出力を“L"レベルに反転させてステータコイル
の通電を停止し、これを次の通電開始まで保持するよう
になつている。また、このラツチ回路LA₂の出力端Ｑを
発振回路OSCから接続されたアンド回路AND₆を介して、
入力の立上りでアツプカウントし複数ビツト（例えば８
ビツト）のバイナリコードで出力するカウンタ回路CU₃
の入力端CKに接続し、このカウンタ回路CU₃は、そのリ
セツト入力端Ｒに上記ラツチ回路LA₂の出力端を接続
し、出力端にマグニチユードコンパレータからなる比較
回路COM₂のＡ側入力端をそれぞれ接続し、この比較回路
COM₂のＢ側入力端には、通電停止から通電開始までの時
間、具体的にはステータコイル３の通電停止から誘起電
圧のゼロ点までの時間（以下検出時間という）T₃と上記
待機時間T₁と、遅延回路TD₂の遅延時間td₂とが（T₃＋
T₁）−td₂の関係式で算出される時間を複数ビツト（例
えば８ビツト）のバイナリコードであらかじめカウント
設定して出力させるようにしたカウンタからなる通電停
止時間設定回路CU₄の出力端をそれぞれ接続し、比較回
路COM₂の出力端Ａ＜Ｂを上記アンド回路AND₅の入力端
に、また出力端Ａ＞Ｂを上記アンド回路AND₄の入力端に
それぞれ接続して、比較回路COM₂はA,B両入力信号を大
小を比較し、Ａ＜Ｂの関係にあるときは上記通電時間設
定回路CU₂をエツジ検出部8aのパルス信号によりダウン
カウント、またＡ＞Ｂの関係にあるときはアツプカウン
トさせるために“H"レベルの出力信号を送出するように
なつている。即ち、ロータ４の１／２回転周期に対する
通電時間T₂を補正させるようになつている。

そして、上記ラツチ回路LA₁のセツト入力端Ｓには定電
圧電源回路９の出力端子間に直列に挿入した抵抗R₄とコ
ンデンサC₁との接続点にノツト回路N₄の入力端を接続し
てなる始動回路OPCの上記ノツト回路N₄の出力端を接続
して、始動に際し、ワンシヨツトのパルス信号により、
ラツチ回路LA₁の出力端Ｑの出力信号を“H"レベルに反
転させるようになつている。

次にその動作を第９図及び第２図とともに説明する。直
流電源５の印加により（第９図t₀時点）、定電圧電源回
路９から各回路に定電圧電源Vcが制御電源として供給さ
れる。これにより、位置検知回路７の出力信号は“H"レ
ベルとなり、始動回路OPCからワンシヨツトのパルス信
号をうけたラツチ回路LA₁はその出力端Ｑの出力信号を
“H"レベルに反転させるとともに、これを保持し、この
反転により、遅延回路TD₁が入力の立上りで応動し、待
機時間T₁後、出力信号が“H"レベルに反転する（第９図
t₁時点）。これをうけたフリツプフロツプ回路FF₁は入
力の立上りで出力端Ｑとの出力信号を“H"と“L"にそ
れぞれ反転させる（第９図TD₁）。これによりアンド回
路AND₁の出力信号が“H"レベルに反転し、トランジスタ
Qv,Qxをオンさせ（第９図t₁時点）、ステータコイル３
に５→Qv→３→Qx→５の経路で電流が流れてステータ１
の磁極2a,2bが磁化され、図示しない位置決め手段によ
り所定位置（例えば第２図に示す位置）に停止していた
ロータ４の磁極との間に吸引，反撥力が作用してロータ
４に回転トルクが生じ、例えば第２図に示す矢印CW方向
に回転しはじめる（即ち、起動する）。この際、上記ト
ランジスタQv,Qxのオンにより、位置検知回路７のトラ
ンジスタQ₁のベース・エミツタ間にベース電流が流れて
トランジスタQ₁がオンし、位置検知信号は“L"レベルに
反転する（第９図t₁時点）。これをうけたエツジ検出部
8aは入力の立下りを微分し整流してパルス信号をラツチ
回路LA₁に送出することになるが、ラツチ回路LA₁は保持
されているので、出力信号は“H"レベルのまゝである。

そして、上記遅延回路TD₁の“H"レベルの出力信号をう
けたアンド回路AND₃は他方の入力端に発振回路OSCから
クロツク信号をうけているので、その出力端からクロツ
ク信号と同じ信号を送出し、これをうけたカウンタ回路
CU₁は入力の立上りでアツプカウントして複数ビツトの
バイナリコードで比較回路COM₁のＡ側出力端に出力す
る。比較回路COM₁はそのＢ側入力端に、あらかじめ設定
された通電時間T₂の出力信号を複数ビツトのバイナリコ
ードで通電時間設定回路CU₂からうけているので、A,B側
面入力信号が一致したとき、出力端Ａ＝Ｂから“H"レベ
ルの出力信号を送出する（第９図t₂時点）。なお、上記
通電時間設定回路CU₂の入力端U,Dにそれぞれ接続された
アンド回路AND₄,AND₅にはエツジ検出部8aからパルス信
号をうけることになるが他方の入力が“L"レベルにある
ため、その出力信号はいずれも“L"レベルのまゝであ
る。

上記比較回路COM₁の出力端Ａ＝Ｂの出力信号が“H"レベ
ルに反転することによりカウンタ回路CU₁がリセツトさ
れるとともに、ラツチ回路LA₂が入力の立上りで出力端
Q,の出力信号をそれぞれ“H",“L"レベルに反転しこ
れをリセツトされるまで保持し、このラツチ回路LA₂の
出力端が“L"レベルに反転することによりアンド回路
AND₁の出力信号が“L"レベルに反転して（AND₂の出力信
号は“L"レベルのまゝ）、上記トランジスタQv,Qxをオ
フする（第９図t₂時点）。即ち、ステータコイル３は通
電時間T₂後通電を停止する。

この際、上記トランジスタQv,Qxのオフによつてステー
タコイル３に流れていた電流が遮断されることにより、
ステータコイル３に蓄積されたエネルギーの放出作用に
よりスパイク電圧が印加電圧と逆極性に生じ、位置検知
回路７のトランジスタQ₁は一旦逆バイアスされてオフす
るため、位置検知信号が一旦“H"レベルに反転しさらに
“L"レベルに反転する（第９図７）。これをうけたエツ
ジ検出部8aからラツチ回路LA₁にパルス信号を入力の立
上りと立下りでそれぞれ送出することになるが（第９図
8a）、ラツチ回路LA₁は、そのリセツト入力端Ｒに上記
比較回路COM₁の出力端Ａ＝Ｂから“H"レベルの出力信号
をうけた遅延回路TD₂の“H"レベルの出力信号をうけて
おらず、出力端Ｑの出力信号は反転することなくそのま
ゝ（“H"レベルに）保持される（第９図TD₁）。即ち、
インバータ回路６のオンしていたトランジスタ（上例で
はQv,Qx）がオフ時にステータコイル３に流れる電流の
遮断によつてスパイク電圧が発生してもこれにより誤動
作するようなことはない。

そして、上記スパイク電圧の消滅により、位置検知信号
は、正極性の誘起電圧によつて３→R₂→Q₁のベース・エ
ミツタ→Dx→３の径路でトランジスタQ₁にベース電流が
流れてトランジスタQ₁がオンし、“L"レベルとなる（第
９図t₃時点）。この“L"レベルの位置検知信号は、ロー
タ４が上記ステータコイル３への通電停止によつて慣性
力で回転し、その磁極中心がステータ１の磁極2a,2bの
磁極中心を通過する時点で誘起電圧は正極性から負極性
に転ずるので、トランジスタQ₁は逆バイアスされてオフ
し、“H"レベルに反転する、即ち、誘起電圧のゼロ点を
検出することになる（第９図t₅時点）。

この際、上記トランジスタQ₁がオフした時点（第９図t₂
時点）から遅延時間td₂経過した後（第９図t₄時点）、
遅延回路TD₂の出力信号が“H"レベルに反転し、これに
よりラツチ回路LA₁はリセツトされ、出力端Ｑの出力信
号が“L"レベルに反転し、遅延回路TD₁はリセツトして
その出力信号は“L"レベルに反転されている（第９図TD
₁）。

上記“H"レベルに反転した位置検知信号をうけたエツジ
検出部8aは入力の立上りを微分し整流したパルス信号を
送出する。これをうけたラツチ回路LA₁は入力の立上り
で出力端Ｑの出力信号を“H"レベルに反転してこれを保
持する（第９図t₅時点）。これをうけた遅延回路TD₁は
待機時間T₁だけ遅延後に出力信号を“H"レベルに反転す
る（第９図t₆時点）。これをうけたフリツプフロツプ回
路FF₁は入力の立上りで出力端Q,の出力信号を“L",
“H"レベルにそれぞれ反転するとともに、入力の立上り
で出力するパルス発生回路MB₁のワンシヨツトのパルス
信号によりラツチ回路LA₂がリセツトされてその出力端
Q,の出力信号が“L",“H"レベルにそれぞれ反転する
（第９図t₆時点）。これによりアンド回路AND₂の出力信
号が“H"レベルに反転してトランジスタQu,Qyをオンさ
せ（第９図t₆時点）、ステータコイル３に、５→Qu→３
→Qy→５を径路で通電して電流を上記とは逆方向に流す
（第９図３の通電方向）。この通電開始まで、ロータ４
は、上述同様、通電停止の期間、慣性力により回転しこ
の通電によつて加速され、上述した動作の繰返しにより
ロータ４をさらに加速させて同期運転に引込まれてい
く。

次に、上記通電時間T₂及び検出時間T₃の補正動作につい
て説明する。直流電源５の印加により定電圧電源回路９
から定電圧電源Vcが制御電源として供給されることによ
り、上述したように始動回路OPCのワンシヨツトのパル
ス信号によりラツチ回路LA₁の出力端Ｑの出力信号が
“H"レベルに反転し、これをうけた遅延回路TD₁が待機
時間T₁後に出力信号を“H"レベルに反転することによ
り、ラツチ回路LA₂がパルス発生回路MB₁を介してリセツ
トされ、その出力端が“H"レベルに反転し、カウンタ
回路CU₃はリセツトされる。これにより比較回路COM₂は
その出力端Ａ＜Ｂから“H"レベルの出力信号がアンド回
路AND₅に送出される。これをうけたアンド回路AND₅は、
その入力端に上記ラツチ回路LA₁の“H"レベルの出力信
号をうけて応動中の遅延回路TD₁の出力信号が待機時間T
₁の期間は“L"レベルにあるためノツト回路N₃を介して
“H"レベルの出力信号うけており、したがつて、遅延回
路TD₁の出力信号が待機時間T₁後“H"レベルに反転して
駆動部8bを介してトランジスタQv,Qxがオンして位置検
知信号が“L"レベルに反転し、エツジ検出部8aが送出す
るパルス信号をうけたとき、“H"レベルに反転して通電
時間設定回路CU₂は１回ダウンカウントしてあらかじめ
設定した通電時間T₂を補正することになる（第９図t₁時
点）。以後比較回路COM₂の出力端Ａ＜Ｂから“H"レベル
の出力信号が送出されていてもアンド回路AND₄,AND₅に
は遅延回路TD₁の“H"レベルの出力信号をノツト回路N₃
を介して“L"レベルとしてうけているので、その出力信
号は“L"レベルのままである。即ち、ステータコイル３
が通電されている期間中（通電時間T₂）、通電時間設定
回路CU₂はアツプあるいはダウンカウントされず補正さ
れないことになる。

そして、比較回路COM₁の出力端Ａ＝Ｂの出力信号が“H"
レベルに反転（通電時間T₂のタイムアツプ）することに
よつてラツチ回路LA₂の出力端Ｑの出力信号が“H"レベ
ルに反転したとき（即ち、トランジスタQu,Qv,Qx,Qyが
すべてオフ状態となつたとき）。カウンタ回路CU₃はア
ンド回路AND₆の出力端から発振回路OSCのクロツク信号
と同じ出力信号をうけてその入力の立上りでアツプカウ
ントし、これを複数ビツトのバイナリコードで比較回路
COM₂のＡ側入力端に送出する。比較回路COM₂は通電停止
時間設定回路CU₄からの出力信号と大小を比較し、A,B側
両入力信号がＡ＜Ｂの関係にあれば、出力端Ａ＜Ｂか
ら、またＡ＞Ｂの関係になれば出力端Ａ＞Ｂから“H"レ
ベルの出力信号を送出する。これをうけたアンド回路AN
D₄,AND₅は、上記ノツト回路N₃の出力信号が“H"レベル
に反転したとき（即ち、比較回路COM₁の出力端Ａ＝Ｂの
出力信号が“H"レベルに反転し、これをうけた遅延回路
TD₂が遅延時間td₂後に出力信号を“H"レベルに反転して
ラツチ回路LA₁がリセツトされたとき、第９図t₄時
点）、エツジ検出部8aのパルス信号によつて、出力信号
が“H"レベルに反転することになるので、通電時間設定
回路CU₂はいわゆるカウント待機状態となり、誘起電圧
のゼロ点を検出した位置検知信号の立上り、又は立下り
でエツジ検出部8aが出力するパルス信号によりアツプあ
るいはダウンカウントして通電時間T₂を検出時間T₃を保
持しながら補正することになる。言換えれば、通電を停
止している期間において、ロータの１／２回転周期毎に
次回の通電時間T₂を補正し、これにより検出時間T₃が補
正される、即ち、ロータの回転数に対応して通電時間T₂
を補正しステータコイルに対する通電が最適条件となる
よう制御されることになる。

この実施例によれば、待機時間T₁があらかじめ一定とな
つていてもロータの回転数に対応して通電時間T₂を補正
して通電制御することができる。しかも位置検知信号に
よりパルス信号を送出するエツジ検出部の出力端に、ス
テータコイルの通電停止時間から遅延時間td₂を有して
リセツトされるようにしたラツチ回路の出力信号により
通電制御するようにしてあるから、インバータ回路のト
ランジスタがオフすることによつて生ずるスパイク電圧
による誤動作を防止することができ、位置検知回路の構
成も簡略化することができる。

＜発明の効果＞ロータの位置検知は誘起電圧のゼロクロス近傍でステー
タコイルへの通電を停止して誘起電圧のみを導出してそ
のゼロ点を検知するようにしてあるので、自相に発生す
る誘起電圧のゼロ点をホール素子等の位置検知素子を設
けることなく的確にロータの回転位置を検出することが
できる。しかも、位置検知素子は不要となるので外部引
出しリード線も２本でよく、その配線処理も簡単に行う
ことができ、かつ、ステータコイルへの通電を停止して
いわゆる発電機として機能させて位置検知するので、位
置検知信号レベルも大きく、インピーダンスも小さいの
で、外部引出リード線の長さが長くなつてもノイズ等に
よる誤検知するようなことは全くなく、的確に検知して
モータを効率よく駆動することができる。このことは制
御部をモータ本体から離して設置することができること
になり、モータ本体への素子の組込みも不要となり、そ
の放熱手段も不要となるので、モータ本体を小形化する
ことができることは勿論、モータ本体の機器への装備す
る場合の設計の自由度を拡大し、モータ本体の制御部を
機器の制御部と同一凾体内に収納配置することが可能と
なる等大きな利点となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すブロツク図、第２図は第
１図のモータの基本的構成図、第３図は従来例を示す駆
動回路のブロツク図、第４図は従来例を示すモータ本体
の基本的構成図、第５図乃至第７図は１相ブラシレスモ
ータの原理を説明したもので、第５図は発生する磁束
を、第６図は発生する回転トルクを、第７図はそのタイ
ムチヤート図である。第８図は本発明の他の実施例を示
すブロツク図、第９図は第８図の動作を説明するタイム
チヤート図である。 1,10:ステータ、 2,11:ステータコア、 2a,2b,11a,11b:磁極、 3,11c,11d:ステータコイル、 4,12:ロータ、5,14:直流電源、 6,15:インバータ回路、 7:位置検知回路、8:通電制御回路、 8a:エツジ検出部、8b:駆動部、 DF:微分回路、RF:整流回路、 TD₁,TD₂:遅延回路、 FF₁:フロツプフロツプ回路、 AND₁,AND₂:アンド回路、 COM₁,COM₂:比較回路、

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電源によりインバータ回路を介して駆
動される１相ブラシレスモータの通電切替に際し、誘起
電圧がゼロクロスに至る前に通電を停止してゼロ点を検
出すると共に、上記誘起電圧の前回のゼロ点から今回の
ゼロ点までのロータの１／２回転周期を計測し、この計
測値により、誘起電圧のゼロ点から通電開始までの待機
時間とステータコイルの通電時間とを演算設定し、この
設定値により、上記誘起電圧のゼロ点から待機時間を刻
時させた後、インバータ回路に通電指令を送出して上記
通電時間だけ通電して駆動するようにしたことを特徴と
する１相ブラシレスモータの駆動方法。
【請求項２】直流電源に４個のトランジスタをブリッジ
状に接続し、この各トランジスタのコレクタ・エミッタ
間にフリーホイールダイオードを逆方向にそれぞれ挿入
したインバータ回路と、このインバータ回路の出力端子
間に挿入したN,S極に着磁したロータを有する１相ブラ
シレスモータのステータコイルと、上記インバータ回路
の出力端の一方に、上記直流電源から接続された定電圧
電源回路の出力端子間にコレクタ・エミッタ間を挿入し
たトランジスタのベースを接続し、このコレクタ出力を
位置検知信号として送出する位置検知回路と、この位置
検知回路の位置検知信号の立上り及び立下りを微分し両
波整流した信号を、上記ロータの１／２回転周期に対す
るゼロ点から通電開始までの期間に対応して設定した待
機時間だけ遅延して出力する遅延回路を介して、駆動部
に入力させ、この駆動部から上記インバータ回路に通電
指令を送出すると共に、上記遅延回路の出力とクロック
信号とにより通電時間を計数した信号によって、上記駆
動部の通電指令を停止し、上記遅延回路をリセットする
ようにした通電制御回路とを設け、上記ステータコイル
の電流をしゃ断して誘起電圧のゼロ点を検知するように
したことを特徴とする１相ブラシレスモータの駆動装
置。