JPH1052084A - 3相ブラシレスモータの制御用パルス信号発生回路 - Google Patents

3相ブラシレスモータの制御用パルス信号発生回路

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JPH1052084A
JPH1052084A JP8219134A JP21913496A JPH1052084A JP H1052084 A JPH1052084 A JP H1052084A JP 8219134 A JP8219134 A JP 8219134A JP 21913496 A JP21913496 A JP 21913496A JP H1052084 A JPH1052084 A JP H1052084A
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JP
Japan
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pulse
phase
hall element
circuit
brushless motor
Prior art date
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Application number
JP8219134A
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English (en)
Inventor
Kazuo Onishi
和夫 大西
Shoji Oiwa
昭二 大岩
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Nidec Advanced Motor Corp
Original Assignee
Nidec Servo Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の3相ブラシレスモータの制御用パルス
信号発生回路においては、ロータマグネットの着磁極数
を増やすことなくFGパルス数を上げることができず、
簡単な構成で好ましい位置制御と速度制御をなし得ない
欠点があった。本発明は上記の欠点をの除くようにした
ものである。 【解決手段】 本発明の3相ブラシレスモータの制御用
パルス信号発生回路においては、120度位相差の3相
ホール素子出力の各々の2相を比較してパルス化し、も
とのゼロクロスパルスと合成して、ホール素子一周期中
で12パルスを出力する。また、ホール素子出力波形を
正弦波化するために、ホール素子のバイアス部を並列接
続し、3相のホール素子出力を加算して、ホール素子バ
イアス電圧に負帰還をかける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は3相ブラシレスモー
タの制御用パルス信号発生回路、特に3相ブラシレスD
Cモータの位置及び速度制御用パルス信号発生回路に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】現在使用されているブラシレスDCモー
タはその殆どが3相であり、そのロータマグネットの位
置センサとしてはホール素子が最も多く使用されてい
る。また、ブラシレスDCモータを精度良く速度制御す
るには、モータの速度を検出するエンコーダや周波数発
電器が必要であり、ロータマグネットの位置を細かく分
割して制御する場合にもエンコーダが必要である。然し
ながら、廉価なタイプのモータにはエンコーダは高価で
あって使用できず、下記のような方法を取ることが一般
的である。
【0003】図5は一般的な速度制御可能なブラシレス
DCモータの制御用パルス発生回路図である。図5にお
いて1はモータに内蔵されている多極に着磁されたロー
タマグネット、2はモータに内蔵されたホール素子群、
3はホール素子群2の信号を増幅する増幅器群、4は外
部電圧により振幅制御と120度通電を行うロジック回
路からなるIC、5は回転速度指令電圧、6はモータの
回転速度に比例した周波数で発電される周波数発電器
(以後FGとする)、7はモータ回転数に比例した周波
数を電圧に変換する周波数−電圧変換器(以後FV変換
器とする)、8は回転速度指令電圧5とFV変換器7の
出力との差電圧をIC4に入力するための差動増幅器、
9はモータのトランジスタ群、10はモータコイル群で
あり、モータは速度指令電圧5に応じた速度で回り続け
ることになる。このような一般的速度制御系の応答特性
は殆どFGパルスの周波数で決まり、FGパルスの周波
数が高くとれれば、それだけ応答特性は良くなる。
【0004】然しながら、モータ構造によっては上記F
Gを搭載出来ない場合がある。この場合には位置センサ
であるホール素子群2を利用して図6に示すように、3
相のホール素子群2の3相出力をゼロクロスによりパル
ス合成する合成回路11を用い、これによりFGパルス
の代替えとすることができる。即ち、図7の(1)に示
す120度位相差の3相ホール出力Hu、Hv、Hwか
ら、そのゼロクロス点で図7の(2)のように、ホール
素子一周期中に6パルスの出力を得て、このパルスをF
V変換器7により周波数−電圧変換するようにする。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】然しながら、速度制御
系のFGパルスの周波数としては低く、満足な制御は期
待出来ない。
【0006】また、ロータマグネット1の位置毎のトル
ク等の制御、モータ出力軸の位置決め制御等のセンサと
しては、上記のホール素子一周期中に得た最大6パルス
では不足する場合が多い。そのためロータマグネット1
の着磁極数を増やすことが考えられるが、モータ特性等
の制約で実現出来ない場合が多い。本発明は上記の欠点
を除くようにしたものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の3相ブラシレス
モータの制御用パルス信号発生回路は、3相モータコイ
ルを巻装した固定子に対向して回転自在に支持されるマ
グネットロータの位置を検出する3個のホール素子群
と、このホール素子群から得た互いに電気角で120度
の位相差となる3相の信号の各々のゼロクロス点でパル
スを発生させるゼロクロスパルス合成回路と、上記3相
信号の互いに異なる2相信号電圧を比較し、各々の一致
点で一致パルスを発生させる比較合成回路と、上記ゼロ
クルスパルスと上記一致パルスとを合成し、ホール素子
出力信号の一周期中に12パルスを出力するFGパルス
合成回路とより成る。
【0008】上記比較合成回路は、1相のホール素子出
力信号に対して、電気角で30、90、150、21
0、270、330度ずれた6ポイント位置信号の何れ
かを検出する。
【0009】また、上記比較合成回路は、3相ホール素
子出力端子の片側端子同士で、互いに異なる2相電圧を
比較し、各々の一致点をパルスとする。
【0010】更に、本発明の3相ブラシレスモータの制
御用パルス信号発生回路は、上記の3個のホール素子群
のバイアス端子側を並列に結線し、各々のホール素子信
号の差動増幅後の出力を加算し、この加算値と基準電圧
との差電圧分をホール素子のバイアス電圧とする負帰還
回路を有する。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、図面により本発明の実施例
について説明する。
【0012】本発明の一実施例においては、図1に示す
ように、ホール素子群2から得た3相信号のうち、互い
に異なる2相信号同士の電圧レベルを比較しパルスに変
換するコンパレータを含む比較合成回路12の出力と、
ゼロクロスパルス合成回路11の出力とをFGパルス合
成回路13によって合成し、この合成出力をFV変換器
7に加える。
【0013】上記FV変換器7への入力は後述のように
図5の場合に比べ2倍の周波数となるので、速度サーボ
系のゲインが上げられ応答性が良くなる。
【0014】本発明の他の実施例においてはホール素子
群2の出力電圧を図2に示す波形整形回路図により正弦
波状に波形整形する。
【0015】図2において、14はホール素子用バイア
スの基準電圧、15は3相のホール素子群2の出力を加
算し基準電圧14と比較する加算比較増幅器、16は反
転増幅器、17はバッファ用トランジスタである。
【0016】図2に示す波形整形回路から得られるホー
ルバイアス電圧波形は図3の(1)のようになり、上記
のようにホール素子群2にかかる磁束が台形波状であれ
ば、第3次高調波成分がキャンセルされて、図3の
(2)のような正弦波出力Hu’、Hv’、Hw’を
得、これから図3の(3)のようなパルス出力を得るこ
とができる。
【0017】即ち、3相のホール素子信号を正弦波状に
発生させて、各々を差動増幅し、互いに異なる2相の信
号同士を比較すると、0<θ<2πの条件で互いに異な
る2相の信号が一致するθの値は、
【0018】sinθ=sin(θ−2π/3)また
は、sinθ=sin(θ−4π/3)または、sin
(θ−2π/3)=sin(θ−4π/3)より求めら
れ、θ=π/6、π/2、5π/6、7π/6、3π/
2、11π/6の6ポイントが求まり、もとの3相分の
ゼロクロスの6ポイントと合成すると、図3の(3)の
ようにホール素子一周期中に30度ピッチ毎に12パル
スの出力が得られる。
【0019】また、ホール素子群2は感度の問題からロ
ータマグネット1の近傍に配置され、マグネットの一極
の寸法の関係からも、出力信号は、図7の(1)のよう
に正弦波に第三高調波を含む台形波状になる場合が多
く、上記パルスの精度が必要な場合にはホール素子出力
信号を正弦波状にして使用する必要がある。その方法と
して、3個のホール素子群2を並列接続しバイアス電圧
Vhでバイアスしたときの、3相(Hu、Hv、Hw)
のホール素子信号の増幅後出力電圧は、 Hu=Ksinθ+Psin(3θ)+Vh/2、Hv
=Ksin(θ−2π/3)+Psin3(θ−2π/
3)+Vh/2、Hw=Ksin(θ−4π/3)+P
sin3(θ−4π/3)+Vh/2(ここでK,Pは
比例定数)
【0020】となり、Hu、Hv、Hwの加算値Htは
【0021】 Ht=Hu+Hv+Hw=3Psin3θ+3Vh/2
【0022】となり、図7の(3)のように第三次高調
波成分が残る。
【0023】この電圧をホール素子バイアス電圧に負帰
還した場合のホール素子バイアス電圧をVh’とする
と、
【0024】Vh’=Vh−K’(3Psin3θ+3
Vh/2)(ここでK’は比例定数)
【0025】となり、波形は図3の(1)のようにな
る。その場合のある1相のホール素子出力Hu’は
【0026】Hu’=Vh’Hu/Vh=〔Vh−K’
(3Psin3θ+3Vh/2)〕Hu/Vh=〔1−
K’(3Psin3θ+3Vh/2)/Vh〕Hu
【0027】となり、−K’(3Psin3θ+3Vh
/2)/Vhと第3次高調波成分を含む負の項があり、
負帰還のゲイン分だけ、ホール素子の出力から第三次高
調波がなくなり、図3の(2)のように極めて正弦波に
近い形状となる。
【0028】図4は3相ホール素子群2から、直接比較
パルスを取り出す本発明の更に他の実施例を示す。この
実施例は、3個のホール素子群2の特性のバラツキが少
ないものとした場合、各相のホール素子群2の各々の片
側出力端子は等しいDCバイアス電圧で、120度位相
がずれ、且つ等しい波形であることを利用したもので、
3相のホール素子群2の夫々の片側出力端子を直接比較
合成回路18で比較してパルス合成する。
【0029】本発明のこの実施例ではFGパルス合成回
路13の出力を位置検出ロジック回路19により処理し
て図3の(4)のように、基準点から150度の位置パ
ルスを取り出した例であり、原理的に30、90、15
0、210、270、330度の6種類のパルスが取り
出せることになる。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように本発明の3相ブラシ
レスモータの制御用パルス信号発生回路によれば、モー
タの仕様を変更することなく、ホール素子の位置信号か
ら、あるホール素子出力を基準として、電気角で30、
90、150、210、270、330度ずれた6個所
の位置信号を検出でき、ロジック回路にて特定の1個所
とすることも可能である。また、ホール位置信号と合成
することで、ホール素子出力の一周期中で6パルスの信
号を取り出すことが出来る。更に、ホール素子出力が台
形波状であれば波形整形回路にて、正弦波状に波形整形
後処理することで精度を著しく改善できる。
【0031】また、上記波形整形回路は、モータコイル
の正弦波リニアドライブや制御回路の位相変換等、ブラ
シレスDCモータのモータ駆動回路に広く応用できる等
大きな利益がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す3相ブラシレスモータ
の制御用パルス信号発生回路図である。
【図2】本発明の他の実施例を示す3相ブラシレスモー
タの制御用パルス信号発生回路図である。
【図3】本発明の3相ブラシレスモータの制御用パルス
信号発生回路のタイミングチャートである。
【図4】本発明の更に他の実施例を示す3相ブラシレス
モータの制御用パルス信号発生回路図である。
【図5】従来の3相ブラシレスモータの制御用パルス信
号発生回路図である。
【図6】従来の3相ブラシレスモータの制御用パルス信
号発生回路図である。
【図7】従来の3相ブラシレスモータの制御用パルス信
号発生回路のタイミングチャートである。
【符号の説明】
1 ロータマグネット 2 ホール素子群 3 増幅器群 4 IC 5 回転速度指令電圧 6 周波数発電器 7 周波数−電圧変換器 8 差動増幅器 9 トランジスタ群 10 モータコイル群 11 ゼロクロスパルス合成回路 12 比較合成回路 13 FGパルス合成回路 14 基準電圧 15 加算比較増幅器 16 反転増幅器 17 バッファ用トランジスタ 18 直接比較合成回路 19 位置検出ロジック回路

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 3相モータコイルを巻装した固定子に対
    向して回転自在に支持されるマグネットロータの位置を
    検出する3個のホール素子群と、このホール素子群から
    得た互いに電気角で120度の位相差となる3相の信号
    の各々のゼロクロス点でパルスを発生させるゼロクロス
    パルス合成回路と、上記3相信号の互いに異なる2相信
    号電圧を比較し、各々の一致点で一致パルスを発生させ
    る比較合成回路と、上記ゼロクルスパルスと上記一致パ
    ルスとを合成し、ホール素子出力信号の一周期中に12
    パルスを出力するFGパルス合成回路とより成ることを
    特徴とする3相ブラシレスモータの制御用パルス信号発
    生回路。
  2. 【請求項2】 上記比較合成回路が1相のホール素子出
    力信号に対して、電気角で30、90、150、21
    0、270、330度ずれた6ポイント位置信号の何れ
    かを検出することを特徴とする請求項1記載の3相ブラ
    シレスモータの制御用パルス信号発生回路。
  3. 【請求項3】 上記比較合成回路が、3相ホール素子出
    力端子の片側端子同士で、互いに異なる2相電圧を比較
    し、各々の一致点をパルスとすることを特徴とする請求
    項1記載の3相ブラシレスモータの制御用パルス信号発
    生回路。
  4. 【請求項4】 上記の3個のホール素子群のバイアス端
    子側を並列に結線し、各々のホール素子信号の差動増幅
    後の出力を加算し、この加算値と基準電圧との差電圧分
    をホール素子のバイアス電圧とする負帰還回路を有する
    ことを特徴とする請求項1,2または3記載の3相ブラ
    シレスモータの制御用パルス信号発生回路。
JP8219134A 1996-08-02 1996-08-02 3相ブラシレスモータの制御用パルス信号発生回路 Pending JPH1052084A (ja)

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Cited By (6)

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