JPH11146683A - 多相モータの駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の三相モータを駆動するには、モータ内
に相数に応じた３つのホール素子を設ける必要があった
ため、コスト的に高価なものとなっていた。 【解決手段】 モータ内に設けた１個の検出手段１２か
ら、モータの回転に応じたホール電圧Ｅｕが検出され
る。信号処理手段１４では、ホール電圧Ｅｕに基づい
て、互いに１／３周期の位相差を生じる第２のパルス信
号Ｅｖおよび第３のパルス信号Ｅｗを生成する。またモ
ータ駆動回路１３は、前記ホール電圧と、第２および第
３の各パルス信号Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗのタイミングでコイ
ル電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを生成し、これをモータ１１の
モータコイル１１ｕ，１１ｖ，１１ｗに給電する。検出
手段１２の数を削減できるため、コストを低減するこが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フロッピーディス
ク装置などに使用される多相モータの駆動装置に係り、
特に部品点数を少なくしてコストダウンを図れる多相モ
ータ駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は、従来の三相モータの駆動装置を
示す構成図である。三相モータ１は、例えば三相ＤＣブ
ラシレスモータなどであり、フロッピーディスク装置な
どに搭載され、ディスクを定速回転させるモータとして
使用される。三相モータには、符号１ｕ0（Ｕ相），１
ｖ0（Ｖ相），１ｗ0（Ｗ相）で示される各相のモータコ
イルが設けられており、各モータコイル１ｕ0，１ｖ0，
１ｗ0の発生トルクが互いに１２０°の位相差を持つよ
うに配置されている。また、モータコイル１ｕ0，１ｖ
0，１ｗ0に近接する位置には、３つのホール素子２ｕ
0，２ｖ0，２ｗ0が設けられている。三相モータの内部
に設けられたロータマグネットには、Ｎ極およびＳ極が
交互に磁着された駆動用着磁部が設けられ、前記ホール
素子はそれぞれ前記駆動用着磁部に対向する位置に固定
して設けられている。ロータが回転すると、前記３つの
ホール素子から位相が順に１２０°ずつ相違する磁気検
出信号が得られる。

【０００３】各ホール素子２ｕ0，２ｖ0，２ｗ0の出力
電圧（ホール電圧）Ｅｕ0，Ｅｖ0，Ｅｗ0は、入力端子
Ｈ１（＋），Ｈ１（−）、Ｈ２（＋），Ｈ２（−）、Ｈ
３（＋），Ｈ３（−）を介してそれぞれモータドライバ
（モータ駆動回路）３内に入力される。一方、モータド
ライバ３の出力端子Ａｕ0，Ａｖ0，Ａｗ0は、前記三相
モータのモータコイル１ｕ0，１ｖ0，１ｗ0に接続され
ており、所定のコイル電流Ｉｕ0，Ｉｖ0，Ｉｗ0が給電
されることにより、三相モータが回転駆動される。

【０００４】図５は図４の三相モータ駆動回路のタイミ
ングチャートを示し、（Ａ）はホール素子により検出さ
れるホール電圧，（Ｂ）はコイル電流である。三相モー
タが回転駆動されると、各ホール素子２ｕ0，２ｖ0，２
ｗ0からは、図５（Ａ）に示すようなホール電圧Ｅｕ0，
Ｅｖ0，Ｅｗ0が検出される。各ホール電圧Ｅｕ0，Ｅｖ
0，Ｅｗ0は、各ホール素子２ｕ0，２ｖ0，２ｗ0の前を
通過する前記ロータマグネットの磁界の向きに応じたパ
ルス信号として検出される。例えば、ホール素子２ｕ0
の前をＮ極が通過したときにホール電圧Ｅｕ0はハイレ
ベル（Ｈ）となり、Ｓ極が通過するときにはローレベル
（Ｌ）として検出される。他のホール電圧Ｅｖ0，Ｅｗ0
もホール素子２ｖ0，２ｗ0により、上記同様にパルス信
号として検出されるが、各ホール素子２ｕ0，２ｖ0，２
ｗ0の取付け位置の関係により、ホール電圧Ｅｕ0，Ｅｖ
0，Ｅｗ0は互いに１／３周期の位相差（１／３Ｔ；１２
０°）が生じるものとなっている。

【０００５】モータドライバ３では、上記各ホール電圧
Ｅｕ0，Ｅｖ0，Ｅｗ0に基づいて、図２（Ｂ）に示すよ
うなコイル電流Ｉｕ0，Ｉｖ0，Ｉｗ0が生成される。コ
イル電流Ｉｕ0，Ｉｖ0，Ｉｗ0はパルス電流であり、上
記ホール電圧Ｅｕ0，Ｅｖ0，Ｅｗ0の立ち上りおよび立
ち下がりのタイミングに合わせて生成される。また三相
モータが定速回転している場合には、ホール電圧Ｅｕ
0，Ｅｖ0，Ｅｗ0の周期は一定となるため、コイル電流
Ｉｕ0，Ｉｖ0，Ｉｗ0のパルス幅も均等なものとなる。
そして、このようなコイル電流Ｉｕ0，Ｉｖ0，Ｉｗ0が
給電されることにより、三相モータは全回転角度に渡っ
てリップルの少ない安定したトルクを発生できるように
なっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の三
相モータの駆動回路では、以下に示すような問題があ
る。第１の問題は、上記三相モータの駆動回路では、相
数に合せた３つのホール素子を必要とするため、部品点
数の面から全体のコストが高騰するという点にある。第
２には、三個のホール素子を三相モータ内に収納すると
三相モータ全体の寸法が大きくなるため、三相モータ自
体の小型化の妨げとなるという問題がある。

【０００７】さらに、三個のホール素子は、三相モータ
内にそれぞれ所定の取付け角度で配置されるが、この取
付け角度に誤差が生じると各ホール電圧Ｅｕ0，Ｅｖ0，
Ｅｗ0のタイミングに誤差が生じる。また、コイル電流
Ｉｕ0，Ｉｖ0，Ｉｗ0は、各ホール電圧Ｅｕ0，Ｅｖ0，
Ｅｗ0の立ち上り及び立ち下がりをトリガ信号とし生成
されるため、各コイル電流Ｉｕ0，Ｉｖ0，Ｉｗ0にもタ
イミング的なずれが生じ、三相モータが安定したトルク
で回転することができなくなる。よって、ホール素子の
取付け作業には、高い取付け精度が要求されるため、高
度の組立技術などが必要となり、組立てコストが高騰す
るという第３の問題がある。なお、センサレス駆動なる
ものにより、ホール素子等の検出手段なしに安定して三
相モータを駆動する方法も存在する。しかし、センサレ
ス駆動は逆起電圧検出方式が一般的であるため、モータ
ドライバ回路が複雑で高価なものになるという欠点があ
る。

【０００８】本発明は上記従来の課題を解決するための
ものであり、部品点数を少なくしてコストダウン化を図
った多相モータの駆動回路を提供することを目的として
いる。

【０００９】また本発明は、モータ自体を小型化できる
とともに、その組立て作業が容易となる多相モータの駆
動回路を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の多相モータの駆
動装置は、複数のモータコイルを有する多相モータと、
この多相モータ内に設けられてロータの回転位相に対応
した検出信号を発生させる検出手段と、前記検出信号に
基づいて異なる位相の駆動信号を生成する信号処理手段
と、前記信号処理手段で生成された異なる位相の駆動信
号に基づいて各モータコイルに位相の相違する駆動電力
を順に与えるモータ駆動回路と、が設けられていること
を特徴とするものである。

【００１１】前記多相モータでは、ステータ側に前記モ
ータコイルが、ロータ側に前記モータコイルに対向する
所定極数の駆動用着磁部を有するマグネットが設けら
れ、前記検出手段は、前記駆動用着磁部に対向する位置
に固定された磁気検出素子である。

【００１２】本発明のモータは、三相モータまたは二相
モータなどであり、モータ内に設けられた検出手段はホ
ール素子などの磁気検出素子である。モータ内に設けら
れた１個のホール素子などで検出された検出信号を基準
として、これと位相が相違する駆動信号が生成され、モ
ータ駆動回路ではこれらを基に各ロータコイルに駆動電
力（コイル電流）が与えられる。よって、ホール素子な
どの検出手段の数を低減でき、モータの小型化が図れる
とともに、部品点数が削減されコストを抑えることが可
能となる。さらにホール素子間の互いの取り付け角度等
を考慮する必要がなく、容易に取り付けることが可能と
なる。よって、組立てコストも安価とすることができ、
また作業効率の改善も可能となる。

【００１３】また本発明の信号処理手段では、検出手段
で検出された検出信号の半周期以上を計測し、この計測
位相に基づいて異なる位相の駆動信号が生成される。

【００１４】本発明では、駆動信号が検出信号の半周期
に基づいて生成されるため、１周期を測定する場合に比
べ、迅速なパルス制御を行なうことができる。また、互
いの位相差を電気回路の精度に応じて互いに高精度に設
定することができるため、常にトルクの安定した定速回
転を実現することが可能となる。

【００１５】また、本発明では、モータコイルがロータ
側に設けられているものであっても、このロータの回転
位相に応じた検出信号を得ることにより、モータ駆動が
可能になる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明について図面を参照
して説明する。図１は、本発明における多相モータの駆
動装置の実施の形態を示す構成図である。図１に示す多
相モータの駆動装置は、三相モータ１１，検出手段１
２，モータ駆動回路１３および信号処理手段１４などか
ら構成されている。図１に示す三相モータ１１は、例え
ば三相ＤＣブラシレスモータである。すなわち、円盤状
のロータが回転自在に軸支されており、ロータの外周部
に設けられたロータマグネットに、Ｎ極およびＳ極が、
回転方向に向けて交互に一定のピッチで磁着されて駆動
用着磁部が形成された、いわゆるアウターロータ型であ
る。

【００１７】図１に示す符号１１ｕ（Ｕ相），１１ｖ
（Ｖ相）および１１ｗ（Ｗ相）は、三相モータ内に巻回
された各相のモータコイルを示し、所定の駆動電力（コ
イル電流）Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが給電される。このモータ
コイルはステータ側に設けられ、前記ロータ側の駆動用
着磁部は各モータコイルに対向する。三相モータ１１に
は、検出手段１２が設けられている。この検出手段は、
例えばホール素子などの磁気検出素子であり、ステータ
側において、周回する駆動用着磁部の磁極を検知できる
位置に固定されている。この実施の形態での三相モータ
１１では、検出手段１２が１個のみ設けられている。よ
って、従来の三相モータに比べ、部品点数が削減され、
コストダウンが推進されるとともに小型化できる。

【００１８】検出手段１２は、ロータマグネットの駆動
用着磁部のＮ極又はＳ極の磁界の方向に応じたホール電
圧Ｅｕを出力する。例えば、Ｎ極に対向している場合に
はハイレベル（Ｈ）を出力し、Ｓ極に対向しているとき
にはローレベル（Ｌ）のホール電圧Ｅｕを出力する。ま
た、符号１３はモータ駆動回路であり、通常の三相モー
タ用のドライバ回路をそのまま使用することが可能であ
る。

【００１９】符号１４は論理回路などから構成された信
号処理手段を示している。検出手段１２の検出信号であ
るホール電圧Ｅｕは、モータ駆動回路１３の入力端子Ｈ
１（＋），Ｈ１（−）に入力されるとともに、波形整形
手段１５にて波形整形され、第１のパルス信号Ｅｕ′と
して前記信号処理手段１４に入力される。信号処理手段
１４では、波形整形された第１のパルス信号Ｅｕ′に基
づいて、互いに位相の相違する駆動信号として所定の第
２のパルス信号Ｅｖおよび第３のパルス信号Ｅｗを生成
する。

【００２０】信号処理手段１４で生成された第２のパル
ス信号Ｅｖおよび第３のパルス信号Ｅｗは、それぞれモ
ータ駆動回路１３の入力端子Ｈ２（＋）およびＨ３
（＋）に入力される。なお、他方の入力端子Ｈ２（−）
およびＨ３（−）は、リファレンス電圧Ｖrefが印加さ
れており、所定の電圧レベルに固定されている。なお、
このリファレンス電圧Ｖrefは、第２のパルス信号Ｅｖ
および第３のパルス信号Ｅｗとの差動を得るためのコン
パレータの基準電圧として使用される。上記のように構
成される多相モータの駆動回路の動作を説明する。

【００２１】図２は定常回転時におけるタイミングチャ
ートを示し、（Ａ）はホール素子および信号処理手段の
出力電圧，（Ｂ）はモータ駆動回路から出力される駆動
用のコイル電流、図３は起動時におけるタイミングチャ
ートを示し、（Ａ）はホール素子および信号処理手段の
出力電圧，（Ｂ）は駆動用のコイル電流である。

【００２２】（定常回転モード）図２（Ａ）に示すよう
に、三相モータ１１が定常回転されている場合には、検
出手段１２が駆動用着磁部の磁極を検知することにより
得られるホール電圧（検出信号）Ｅｕは一定の周波数お
よび周期である。このホール電圧Ｅｕはモータ駆動回路
１３に入力されるとともに、波形整形手段１５によって
波形整形され第１のパルス信号Ｅｕ′となる。波形整形
後の第１のパルス信号Ｅｕ′は、信号処理手段１４に入
力される。信号処理手段１４では、第２のパルス信号
（第２の駆動信号）Ｅｖおよび第３のパルス信号（第３
の駆動信号）Ｅｗを生成し、モータ駆動回路１３に出力
する。

【００２３】ここでホール電圧Ｅｕ，第１のパルス信号
Ｅｕ′、第２のパルス信号Ｅｖおよび第３のパルス信号
Ｅｗの関係は図２（Ａ）に示される。信号処理手段１４
において、第２のパルス信号Ｅｖおよび第３のパルス信
号Ｅｗは、第１のパルス信号Ｅｕ′に基づいて生成され
る。三相モータ１１では、コイル電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ
は互いに１／３周期（１２０°に相当）の位相差をもつ
ことが必要である。よって第１，第２および第３のパル
ス信号Ｅｕ′，Ｅｖ，Ｅｗはそれぞれ互いに１／３周期
ずつの位相差をもつように生成される。

【００２４】第１のパルス信号Ｅｕ′は符号の位置で
立ち上り、符号の位置で立ち下がっているため、第２
のパルス信号Ｅｖは、符号から１／３周期ずれた符号
の位置で立ち上がるように生成される。同様に第３の
パルス信号Ｅｗは、符号から２／３周期ずれた符号
の位置（符号からさらに１／３周期ずれた符号の位
置）で立ち上がるように生成される。

【００２５】例えば信号処理手段１４では、第１のパル
ス信号Ｅｕ′がハイレベル（以下、Ｈ信号という）の時
間に相当する半周期分の時間Ｔ１を計測し、これを３等
分した時間（１／３・Ｔ１）を求める。そして、符号
で示される第１のパルス信号Ｅｕ′の立ち下がりから１
／３・Ｔ１時間経過後の符号の位置で第３のパルス信
号Ｅｗを立ち上げる。次に、さらに符号の位置から１
／３・Ｔ１時間経過後の符号の位置で第２のパルス信
号Ｅｖを立ち下げる。

【００２６】また信号処理手段１４では、第１のパルス
信号Ｅｕ′の半周期分の時間Ｔ１の計測に続いて、次の
半周期であるローレベル（以下、Ｌ信号という）の時間
Ｔ２の計測を行ない、その１／３の時間（１／３・Ｔ
２）を求める。そして、上記同様に符号′で示される
第１のパルス信号Ｅｕ′の立ち上がりから、１／３・Ｔ
２時間経過後の符号′の位置で第３のパルス信号Ｅｗ
を立ち下げる。次に、さらに符号′の位置から１／３
・Ｔ２時間経過後の符号′の位置で第２のパルス信号
Ｅｖを立ち上げる。信号処理手段１４では、第１のパル
ス信号Ｅｕ′を基準として上記一連の信号処理を継続し
て行なうことにより、互いに１／３周期ずつの位相差を
有する第２パルス信号Ｅｖおよび第３のパルス信号Ｅｗ
が生成される。

【００２７】このようにして生成された第２パルス信号
Ｅｖおよび第３のパルス信号Ｅｗは、検出手段１２から
直接出力された第１のパルス電圧Ｅｕ′とともにモータ
駆動回路１３に入力される。モータ駆動回路１３では、
コイル電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが上記第１のパルス信号Ｅ
ｕ′、第２パルス信号Ｅｖおよび第３のパルス信号Ｅｗ
のＨ信号およびＬ信号の組み合わせに基づいて出力され
る。

【００２８】図２（Ａ），（Ｂ）に示す１周期（Ｔ１＋
Ｔ２）に対する各パルス信号Ｅｕ′，Ｅｖ，ＥｗのＨ信
号およびＬ信号の組み合わせ、およびこれに対するコイ
ル電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの出力は、以下の表１に示す通
りである。

【００２９】

【表１】

【００３０】表１の（１）（符号−間）に示すよう
に、第１のパルス信号Ｅｕ′がＨ，第２のパルス信号Ｅ
ｖがＬ，第３のパルス信号ＥｗがＨ（この場合をＥｘ＝
〔Ｈ，Ｌ，Ｈ〕という、以下同様）である場合には、モ
ータ駆動回路１３からＩｕ＝＋向きの電流、Ｉｖ＝−向
きの電流，およびＩｗ＝０（この場合をＩｘ＝『＋，
−，０』という、以下同様）の各コイル電流が出力され
る。また、（１）の状態から（２）の状態（符号−
間）であるＥｘ＝〔Ｈ，Ｌ，Ｌ〕に切り変わると、モー
タ駆動回路１３はＩｘ＝『＋，０，−』の各コイル電流
を出力する。

【００３１】すなわち、第１，第２および第３のパルス
信号Ｅｕ′，Ｅｖ，Ｅｗは、上表の（１）→（２）→
（３）→（４）→（５）→（６）→（１）→（２）……
の順序で規則的に切り換わる。よって、モータ駆動回路
１３は、この規則通りの切り換えに応じて上表に掲げる
極性に対応する各コイル電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを出力す
るものとなっている。よって、三相モータ１１の各モー
タコイル１１ｕ（Ｕ相），１１ｖ（Ｖ相）および１１ｗ
（Ｗ相）には、常に図２（Ｂ）に示すような規則正しい
位相差を持つコイル電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを給電するこ
とができる。よって、三相モータ１１の定速回転を維持
することが可能となる。

【００３２】（起動時モード）起動時にはロータは回転
していないため、検出手段１２に対向しているロータマ
グネットの磁極に応じて得られるホール電圧Ｅｕを波形
整形した信号Ｅｕ′はＨ信号またはＬ信号のどちらかの
状態にある。信号処理手段１４では、駆動しようとする
三相モータ１１の特性に合せて、予め図３に示すような
パターンのパルスの切換えが行われ、このパルスがモー
タ駆動回路１３に与えられる。

【００３３】図３に示すｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４は予め
設定されたものであり、起動指令が出されたら、第１の
パルス信号Ｅｕ′が例えばＨ信号のとき、第２のパルス
信号ＥｖをＬ信号、第３のパルス信号ＥｗをＨ信号とし
て出力し、ｔ１，ｔ２が経過したときに、それぞれのパ
ルス信号を切換える。すなわち前記表１の（１）〜
（３）の組合わせのコイル電流が与えられることにな
り、いずれかの時点でモータが始動するので、ロータマ
グネットの磁極に対応して第１のパルス信号Ｅｕ′はＬ
信号に切換わる。その後さらに前記ｔ１とｔ２よりも短
い時間ｔ３とｔ４でパルス信号を切換え、前記表１の
（４）〜（６）のコイル電流を与えることらより回転が
加速される。回転し始め、検出手段１２から半周期以上
のホール電圧Ｅｕが得られた後は、ホール電圧Ｅｕを波
形整形して求められた第１のパルス信号Ｅｕ′の半周期
分の時間計測に基づいて、第２のパルス信号Ｅｖと第３
のパルス信号Ｅｗを生成して、通常の回転制御動作に移
行する。

【００３４】なお、停止時の第１のパルス信号Ｅｕ′が
Ｌ信号のときは、前記表１の（４）〜（６）のコイル電
流を与えるように第２のパルス信号Ｅｖ、第３のパルス
信号Ｅｗの極性を設定し、ｔ１，ｔ２のタイミングでそ
れぞれのパルス信号を切換える。モータ始動後さらに
（１）〜（３）のコイル電流を与えるようにｔ１，ｔ２
よりも短い時間ｔ３，ｔ４でそれぞれのパルス信号を切
換えることで回転が加速される。以下同様にして通常の
回転制御動作に移行する。また、本発明では三相モータ
に２個のホール素子などの検知手段を設け、ホール素子
から２通りの検出信号を得て、残りの信号のみを信号処
理手段で生成してもよい。

【００３５】

【発明の効果】以上詳述した本発明によれば、多相モー
タに取り付ける検出手段を減らすことができ部品点数を
削減できる。また市販のモータ駆動回路を使用すること
ができるため、部品を共通化することができ、コストダ
ウンが図れる。

【００３６】さらに、多相モータ内に最少の検出手段を
収納すればよいため、モータ自体の小型化が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における多相モータの駆動装置を示す構
成図、

【図２】定常回転時におけるタイミングチャートを示
し、（Ａ）はホール素子および信号処理手段の出力電
圧，（Ｂ）はモータドライバのコイル電流、

【図３】起動時におけるタイミングチャートを示し、
（Ａ）はホール素子および信号処理手段の出力電圧，
（Ｂ）はコイル電流、

【図４】従来の三相モータの駆動装置を示す構成図、

【図５】図４のタイミングチャートを示し、（Ａ）はホ
ール電圧信号処理手段の出力電圧，（Ｂ）はコイル電
流、

【符号の説明】

１１ 三相モータ １１ｕ モータコイル（Ｕ相） １１ｖ モータコイル（Ｖ相） １１ｗ モータコイル（Ｗ相） １２ 検出手段（ホール素子） １３ モータ駆動回路 １４ 信号処理手段 １５ 波形整形手段 Ｅｕ ホール電圧（検出信号） Ｅｕ′第１のパルス信号 Ｅｖ 第２のパルス信号（駆動信号） Ｅｗ 第３のパルス信号（駆動信号） Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ コイル電流（駆動電力）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のモータコイルを有する多相モータ
   と、この多相モータ内に設けられてロータの回転位相に
   対応した検出信号を発生させる検出手段と、前記検出信
   号に基づいて異なる位相の駆動信号を生成する信号処理
   手段と、前記信号処理手段で生成された異なる位相の駆
   動信号に基づいて各モータコイルに位相の相違する駆動
   電力を順に与えるモータ駆動回路と、が設けられている
   ことを特徴とする多相モータの駆動装置。
2. 【請求項２】 多相モータでは、ステータ側に前記モー
   タコイルが、ロータ側に前記モータコイルに対向する所
   定極数の駆動用着磁部を有するマグネットが設けられ、
   前記検出手段は、前記駆動用着磁部に対向する位置に固
   定された磁気検出素子である請求項１記載の多相モータ
   の駆動装置。
3. 【請求項３】 信号処理手段では、検出手段で検出され
   た検出信号の半周期以上を計測し、この計測位相に基づ
   いて異なる位相の駆動信号が生成される請求項１または
   ２記載の多相モータの駆動装置。