JPH0947073A - モータの制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 モータの騒音及びスイッチングノイズを低減
させ、効率の向上を図るようにしたファンモータ用等に
好適なモータの制御回路を提供する。 【解決手段】 出力トランジスタ８、９のオン、オフに
よって、モータコイル１０、１１に周期的に電流を流し
てロータを回転させるモータの制御回路において、ロー
タの回転に応じて信号を出力する磁極位置検出素子３
と、この磁極位置検出素子３の信号を増幅する差動アン
プ４と、この差動アンプ４の出力の位相を進める位相進
み回路１０２と、この位相進み回路１０２の出力をパル
スに変換するゼロクロスコンパレータ１０３と、ゼロク
ロスコンパレータ１０３の位相進み量を検出する論理回
路１０４と、論理回路１０４の出力により、各周期毎に
モータコイル１０、１１の通電電流の末期を遮断するよ
う出力トランジスタ８、９をオフする回路（１０５）と
を備えて構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はファン駆動用等に使
用されるＤＣブラシレスモータ等のモータの制御に有用
なモータの制御回路の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ＤＣブラシレスファン駆動用等
の用途に使用されるモータは、限られたスペースの中
に、そのモータの制御回路を収納する必要があるため小
型であることと、低コストで製作できることが求められ
ている。そのため、この種のモータの制御回路では、回
路部品が少なくてすむ方式として、１個の磁極位置検出
素子でロータの位置検出を行い、この信号で２個の出力
トランジスタを切り替える１８０度位相差の２相半波駆
動が一般的に採用されている。図６は、従来のこの種の
用途に用いられるＤＣブラシレスモータの制御回路の接
続図である。同図において、１及び２は夫々バイアス抵
抗、３はロータの磁極位置を検出する磁極位置検出素子
で、例えばホール素子が用いられる。４は磁極位置検出
素子３の出力を増幅する差動アンプである。５は分配回
路で、差動アンプ４の出力信号によってモータコイル１
０、１１のいずれかに通電するかを決める相補の通電指
令信号を出力する。このため、分配回路５の通電指令信
号を抵抗６及び７を介して出力トランジスタ８及び９を
オン（オフ）することで、モータコイル１０及び１１に
通電（通電停止）する。以上の１乃至１１で従来のモー
タの制御回路１０１が構成される。図７は上記従来の制
御回路による動作タイミングチャートを示すものであ
る。同図において、（ａ）はロータの回転に伴う磁極位
置検出素子３による２つの出力を示し、同図に示すよう
に、ホール素子ＤＣバイアス電圧に対して出力が交互に
ハイレベルになる。（ｂ）は差動アンプ４の出力、
（ｃ）及び（ｄ）は夫々分配回路５の出力信号である。
（ｅ）及び（ｆ）は夫々モータコイル１０及び１１の通
電電流であり、各周期の末期に通電電流が大きくなって
いて、前述したように騒音、モータ効率が悪化してい
る。（ｇ）及び（ｈ）は夫々出力トランジスタ８及び９
のコレクタ電圧波形であり、大きな通電電流が遮断され
た際に、Ｌ（ｄｉ／ｄｔ）による大きなサージ電圧が発
生している様子が示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
ものでは、モータコイルの駆動電流は図７の（ｅ）、
（ｆ）に示すように、各モータコイルの通電の末期では
モータ逆起電圧が小さくなるため駆動電流が大きくなっ
てしまう。ところで、この末期の電流は急峻であるため
騒音の原因となり、モータコイルには同図の（ｇ）及び
（ｈ）のように大きなサージ電圧も発生する。また、こ
の末期電流はモータの発生トルクに寄与しないため効率
を著しく劣化させる原因となっている。そこで、この点
を改善する先行技術として、特開平６−２４５５８４号
公報等で示すように、回転に対応する周期毎にモータコ
イルに通電する電流の末期を周期に比例したデューティ
で遮断する回路が提案されている。しかしながら、この
先行技術のものでは、モータコイルに対する通電の末期
を遮断することは通電角が電気的に１８０度でなくなっ
ていて、２相コイルの発生トルクの和が零である位置の
範囲が広がる。この現象は電源投入や信号によるモータ
起動の際に起動できないデッドポイントが存在すること
になる。この対策のために、さらに起動時のみ１８０度
通電とする起動補償回路を追加したり、モータ起動位置
を磁気力で決めるためのリラクタンストルクを大きくす
ることが必要となるが、コストアップや性能劣化を伴う
という問題点があった。本発明は従来のものの上記課題
（問題点）を解決し、相切り替え時のスイッチングパル
スの低減とモータの効率向上を図るようにしたモータの
制御回路を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明のモータの制御回
路は、上記課題を解決するために、磁極位置検出素子の
出力を増幅し、これが正弦波状であることを利用して、
回転数が高くなるに従い、ある位相まで、位相が進む位
相進み回路を設け、その出力をゼロクロスコンパレータ
でパルス信号として入力し、他方の入力信号であるコイ
ル通電指令（１８０度通電）信号とで論理回路により両
者の位相差の時間だけ遮断パルスを発生させて、コイル
電流の通電末期を遮断するように構成した。

【０００５】上述のような構成にすると、モータ起動時
の位相進み回路の出力とコイル通電指令信号の位相差は
零となり、遮断パルスは発生しない。モータの回転数が
上昇するに従い磁極位置検出素子の出力の周波数が高く
なり、徐々に位相進み回路の位相が進むため遮断パルス
の幅が長くなり、定格回転数で所定の遮断パルス幅とな
る。その遮断パルス幅で通電末期のモータコイルの電流
が遮断される。また、定格回転数で運転中に何らかの原
因で回転数が低下すると、位相進み回路の進み量が減少
して遮断パルス幅が短くなり、モータコイルの電流の通
電末期の遮断量が減り電流は増加する。また、逆に回転
数が高くなると電流は減少する。その結果、モータは若
干加速したり、減速したりすることで一定回転数を保つ
ような速度制御ループが形成される。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、２相のＤＣブラシレスモー
タに適用した図１に示す一実施の形態により本発明を具
体的に説明する。本発明のモータの制御回路は、同図に
示すように、従来の制御回路１０１に対して、位相進み
回路１０２、ゼロクロスコンパレータ１０３、論理回路
１０４及びスイッチング回路１０５を追加して構成した
ものである。従って、従来のものと同等の構成について
は、図６と同一の符号を付して、その説明は省略する。
次に、この追加された構成について説明する。位相進み
回路１０２は、抵抗１４、１５及びコンデンサ１６から
成り、同図に示すように差動アンプ４の出力が入力する
が、この入力信号は正弦波状となっていて、位相進み回
路１０２により差動アンプ４の出力周波数（ホール素子
出力周波数）に合わせて、所定の位相だけ進む。図２は
位相進み回路１０２の周波数と位相の関係を示すもの
で、定格回転数で位相進み角が（ｊ）点のようにピーク
値手前となるよう抵抗１４、１５及びコンデンサ１６の
定数が設定されている。ゼロクロスコンパレータ１０３
は、オペアンプ２０、基準電圧用抵抗１７、１８とヒス
テリシス用抵抗１９から成る。基準電圧は位相進み回路
１０２の出力の振幅中心電圧となるように抵抗１７、１
８の分圧で決められる。これにより、位相進み回路１０
２の出力は振幅の中心でパルス状に変換されるためゼロ
クロスコンパレータと称する。ゼロクロスでパルスに変
換する理由は、ホール素子の温度特性、回路バラツキ等
で位相進み回路１０２の出力が変化することが考えられ
るためである。論理回路１０４は、一致回路で分配回路
５の通電指令信号の一方と、ゼロクロスコンパレータ１
０３の信号を比較して、両者が一致していない時ハイレ
ベルの信号パルスを発生する。その信号パルスを、以下
遮断パルスと称する。スイッチング回路１０５は、トラ
ンジスタ２１、２２及び抵抗２３、２４より構成され、
論理回路１０４から発生する遮断パルスでトランジスタ
８及び９の通電を遮断するものである。

【０００７】図３は本発明による動作タイミングチャー
トである。同図において（ｂ）は差動アンプ４の出力、
（ｋ）は位相進み回路１０２の出力、（L）はゼロクロ
スコンパレータ１０３の出力である。（ｍ）は分配回路
５の通電指令信号の一方、（ｎ）は論理回路１０４の出
力で通電末期の遮断パルスとなる。（ｐ₁）及び（ｐ₂）
は夫々モータコイル１０及び１１の通電電流で、その内
（ｐ₁）は立ち上がりに（ｍ）に示す分配回路５の一方
の信号に同期し、立ち下がりに通電電流が大きくなる前
で（ｎ）に示す論理回路１０４の信号に同期し遮断され
る。このように、モータコイル１０及び１１の通電末期
が遮断され、トルクに無効な電流をカットすることによ
りモータの効率が向上する。（ｑ）及び（ｒ）は夫々出
力トランジスタ８及び９のコレクタ電圧であり、通電末
期の大きな電流が遮断されモータコイル１０及び１１に
蓄積されるエネルギーが小さくなるため、通電遮断時の
サージ電圧が減少している。

【０００８】ここで、起動時から定格回転数まで回転が
上昇する際の遮断パルスのパルス幅変化について説明す
る。起動時は、回転数が零から徐々に上昇するため、位
相進み回路１０２の出力位相は図２において、周波数が
低い場合であり、進みはほとんどない。回転数が定格に
近づくにつれて位相が進み、遮断パルスが発生し、徐々
にパルス幅が大きくなり、モータ通電角と対応する定格
回転数に到達する。即ち、起動時は通電角は遮断される
ことなく、デッドポイントの発生範囲も大きくはならな
い。この起動時の動作を図４のタイミングチャートで示
す。同図において、（ｔ）は起動時の差動アンプ４の出
力、（ｕ）は分配回路５の通電指令信号の一方、（ｖ）
はゼロクロスコンパレータ１０３の出力、（ｗ）は論理
回路１０４の出力であり、遮断パルス幅が回転数の増加
に伴い、増加していることがわかる。また、回転数に応
じて遮断パルスのパルス幅が変化する効果により、外乱
によるモータの回転数変動に対して、回転が遅くなれば
遮断パルス幅が狭くなり、通電電流は増加しモータは加
速される。また、回転が早くなると遮断パルス幅は広く
なり、通電電流は減少しモータは減速されることで、速
度制御ループも形成されることになる。図５は、この状
態を表わすタイミングチャートである。同図において、
（ｘ）は差動アンプ４の出力、（ｙ）は遮断パルスで、
回転数が定格の場合、遅い場合及び早い場合を夫々示し
たものである。

【０００９】本発明は上記の実施例のものに限定される
ものではない。例えば、上記実施例では本発明を２相の
ＤＣブラシレスモータに適用する場合で説明したが、３
相又は５相等の他の多相のＤＣブラシレスモータにも適
用可能である。その場合は、例えば、３相のＤＣブラシ
レスモータに適用する場合には、スター接続又はデルタ
接続された３相の３個のモータコイルに対応するよう
に、分配回路５の出力端子を３つ、出力トランジスタも
３個及びスイッチング回路１０５内のスイッチング用の
トランジスタを３個、夫々設けて図１の２相の場合に準
じて接続すれば良い。また、上記実施例では、ゼロクロ
スコンパレータ１０３をオペアンプ２０、基準電圧用抵
抗１７、１８及びヒステリシス抵抗１９で構成した場合
を示したが、このような比較機能を備えた他の論理素子
で構成しても良い。

【００１０】

【発明の効果】上記のように本発明のモータの制御回路
では、位相進み回路を使用して、ゼロクロスコンパレー
タにより遮断パルス幅を確実に可変できるようにしたか
ら、次のような優れた効果を有する。 （１）モータの起動時から定格回転数まで自動的に通電
末期の遮断時間を可変することができる。 （２）その結果、モータの起動を円滑に行うことができ
るから騒音は抑制され、相切り替え時のスイッチングパ
ルスを低減できるから、モータの効率は大幅に向上す
る。 （３）しかも、本発明の制御回路は簡易であり、電子部
品数が少なく、温度変化、電子部品バラツキ等による影
響が少ない。 （４）また、ＩＣ化も可能であり小型、低コスト化も達
成されるから、ＤＣブラシレスファンの駆動用モータの
ほか、小型、コンパクトな状態で収納されることを要求
される各種用途のモータの制御回路として実用性が大で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係わるモータの制御回
路の構成を示す接続図である。

【図２】本発明の構成中の位相進み回路の周波数特性図
である。

【図３】本発明の制御回路による動作タイミングチャー
トである。

【図４】本発明による起動時の動作タイミングチャート
である。

【図５】本発明によるモータ回転数変化時の動作タイミ
ングチャートである。

【図６】従来のモータの制御回路の構成を示す接続図で
ある。

【図７】従来のモータの制御回路による動作タイミング
チャートである。

【符号の説明】

３：磁気位置検出素子 ４：差動アンプ ８、９：出力トランジスタ １０、１１：モータコイル １０２：位相進み回路 １０３：ゼロクロスコンパレータ １０４：論理回路 １０５：スイッチング回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】出力トランジスタのオン、オフによってモ
   ータコイルに周期的に電流を流してロータを回転させる
   モータの制御回路において、 ロータの回転に応じて信号を出力する磁極位置検出素子
   と、この磁極位置検出素子の信号を増幅する差動アンプ
   と、この差動アンプの出力の位相を進める位相進み回路
   と、この位相進み回路の出力をパルスに変換するゼロク
   ロスコンパレータと、前記ゼロクロスコンパレータの位
   相進み量を検出する論理回路と、前記論理回路の出力に
   より、各周期毎に上記モータコイルの通電電流の末期を
   遮断するように上記出力トランジスタをオフとする回路
   とを備えたことを特徴とするモータの制御回路。