JPH11206172A - ブラシレスモータの駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 単一のホール素子を用いて、３相１２０度ス
イッチング通電方式による駆動を実現可能なブラシレス
モータの駆動制御装置を実現すること。 【解決手段】 ブラシレスモータの駆動制御装置１０は
単一のホール素子Ｈｕを備え、この検出信号から１８０
度周期で反転する第１のタイミング信号（ｆ）を得る。
また検出信号は全波整流器Ｚを介して全波整流した後
に、ヒステリシスコンパレータＨ１において、立ち上が
りおよび立ち下がりにヒステリシスがかかっている比較
信号（ｃ）と比較されて、検出信号のゼロクロス点から
正負６０度付近で論理レベルが反転する矩形波信号
（ｄ）を得る。この信号（ｄ）およびその反転信号
（ｅ）と、第１のタイミング信号（ｆ）とに基づき、フ
リップフロップＦ１、Ｆ２を介して、第１のタイミング
信号（ｆ）とは１２０度、２４０度の位相差のある第
２、第３のタイミング信号（ｇ，ｈ）が生成される。こ
れらの第１〜３のタイミング信号に基づき、１２０度ス
イッチング通電方式によるモータ駆動を実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、３相のブラシレス
モータの駆動制御装置に関するものであり、特に、ロー
タとステータの相対位置を検出する単一の位置検出素子
の検出出力に基づき、駆動用の３相１２０度スイッチン
グ通電を実現可能なブラシレスモータの駆動制御装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】３相のブラシレスモータの駆動制御方式
としては３相１２０度スイッチング通電方式が知られて
いる。この方式では、３個の磁気センサ、一般には、３
個のホール素子を用いて、３相の駆動コイルを備えたス
テータと複数の磁極を備えたロータの間の相対回転位置
を検出し、検出結果に基づき、各相の駆動コイルに対す
る駆動電流の切り換え制御を行っている。一般に、駆動
コイルに対する通電切り換えを行うためには、駆動コイ
ルの相数に対応した個数、すなわち３個ののホール素子
が必要である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ここで、ホール素子の
個数を減らすことができれば、その分、モータコストを
低減できるという利点が得られる。

【０００４】すなわち、ホール素子の個数が減ると、そ
の分コストを削減でき、また、ブラスレスモータの駆動
制御回路が組み込まれた駆動ＩＣとホール素子との間の
配線数が減るので、それによっても、配線コストが下が
る。更に、ホール素子の個数が減ると、駆動ＩＣのホー
ル素子入力ピン数が少なくて済むので、ＩＣパッケージ
コストも下がる。

【０００５】これに加えて、ホール素子の個数が減る
と、ホールバイアス電流を低減でき、それにより消費電
力も少なくて済む。

【０００６】本発明の課題は、このような点に鑑みて、
単一のホール素子等の位置検出素子のみを用いることに
より、３相のブラシレスモータを３相１２０度通電方式
により駆動可能な駆動制御装置を提案することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明は、３相の駆動コイルを備えたステータ
と、複数の磁極が形成された駆動用着磁部を備えたロー
タと、前記ステータと前記ロータの相対的位置関係に応
じた３相の第１乃至第３のタイミング信号を生成する位
置検出手段と、前記第１ないし第３のタイミング信号に
基づき、３相の１２０度スイッチング通電信号を合成す
る信号合成回路と、前記３相の１２０度スイッチング通
電信号に基づき前記３相の駆動コイルを通電制御する駆
動回路とを有するブラシレスモータの駆動制御装置にお
いて、次の構成を採用することにより、前記ステータと
前記ロータの相対的位置関係を検出する単一の位置検出
素子のみを用いて、３相１２０度通電方式によりブラシ
レスモータを駆動できるようにしている。

【０００８】すなわち、本発明のブラスレスモータの駆
動制御装置において、前記位置検出手段は、単一の位置
検出素子と、前記第１のタイミング信号を生成する第１
のタイミング信号生成回路と、前記第２および第３のタ
イミング信号を生成するための基準となる矩形波信号を
生成する矩形波信号生成回路と、前記第２および第３の
タイミング信号を生成するための第２のタイミング信号
生成回路とを備えている。

【０００９】前記位置検出素子は、前記ステータと前記
ロータの相対的位置の変化に応じて略正弦波状の位置検
出信号を発生するものである。

【００１０】前記第１のタイミング信号生成回路は、前
記位置検出信号のゼロクロス点で論理レベルが反転する
前記第１のタイミング信号を生成するものである。

【００１１】前記矩形波信号生成回路は、前記位置検出
信号のゼロクロス点間をほぼ３等分する２点で論理レベ
ルが反転する前記矩形波信号を生成するものである。

【００１２】前記第２のタイミング信号生成回路は、前
記第１のタイミング信号および前記矩形波信号に基づ
き、前記第１のタイミング信号に対して、それぞれ１２
０度および２４０度位相がずれた前記第２および第３の
タイミング信号を生成するものである。

【００１３】ここで、本発明の典型的な構成では、前記
位置検出素子は、前記ロータの前記駆動用着磁部の磁界
の変化を検出して略正弦波状の正負一対の前記位置検出
信号を発生するホール素子等の磁気センサである。この
場合には、前記第１のタイミング信号生成回路は、正負
一対の前記位置検出信号を相互に比較して、略１８０度
周期で論理レベルが反転する前記第１のタイミング信号
を出力する比較器を含む構成とすればよい。

【００１４】前記矩形波信号生成回路は、全波整流器
と、ヒステリシスコンパレータと、電圧電流変換器と、
コンデンサとを備えた構成とすることができる。この場
合、前記全波整流器は正負一対の前記位置検出信号を全
波整流して全波整流信号を生成するものとし、前記電圧
電流変換器は、前記ヒステリシスコンパレータから出力
される前記矩形波信号の論理レベルの反転に基づき、前
記コンデンサの充放電動作を切り換えるものとすること
ができる。このようにすれば、前記コンデンサの充放電
動作によって比較信号が生成され、前記ヒステリシスコ
ンパレータにより、前記全波整流信号が前記比較信号と
比較されて、前記矩形波信号が出力される。

【００１５】ここにおいて、正弦波状の位置検出信号の
ゼロクロス点の間を３等分した２点で、当該位置検出信
号と交差する比較信号を形成するためには、前記比較信
号の立ち上がりおよび立ち下がりのヒステリシスを同一
とし、前記コンデンサの充放電速度によって規定される
当該比較信号の電圧上昇速度と電圧降下速度の比を２：
１とすればよい。

【００１６】このようにする代わりに、前記比較信号の
立ち上がりと立ち下がりのヒステリシスを２：１とし、
前記コンデンサの充放電速度によって規定される当該比
較信号の電圧上昇速度と電圧降下速度を同一としてもよ
い。

【００１７】次に、第２および第３のタイミング信号を
生成するための前記第２のタイミング信号生成回路は、
第１および第２のＤ型フリップフロップを備えた構成と
することができる。この場合には、前記矩形波信号生成
回路として、前記矩形波信号の反転信号を生成するイン
バータを備えた構成としておく。そして、これら第１お
よび第２のＤ型フリップフロップにおけるデータ入力端
子には、前記第１のタイミング信号を入力し、前記第１
のＤ型フリップフロップのクロック入力端子には前記矩
形波信号を入力し、前記第２のＤ型フリップフロップの
クロック入力端子には前記矩形波信号の反転信号を入力
すればよい。このようにすれば、前記第１のＤ型フリッ
プフロップの正転出力端子から前記第２のタイミング信
号を得ることができ、前記第２のＤ型フリップフロップ
の反転出力端子から前記第３のタイミング信号を得るこ
とができる。

【００１８】ここで、モータの起動時において常に３相
１２０度スイッチング通電方式による適正な正転起動が
実現されるようにするためには、モータ起動時に、論理
状態が不定となっている第１および第２のフリップフロ
ップ等から構成される第２のタイミング信号生成回路の
論理状態を適切な状態に設定する必要がある。このため
には、前記第２のタイミング信号生成回路を、セット・
リセット信号発生器を備えた構成とし、当該セット・リ
セット信号発生器から、前記第１のタイミング信号の立
ち上がりと立ち下がりに同期して、当該セット・リセッ
ト信号発生器からセット・リセットパルス信号を発生さ
せ、当該セット・リセット信号により、前記第１および
第２のＤ型フリップフロップのセットおよびリセットを
行うように構成すればよい。

【００１９】一方、前記検出信号のゼロクロス点間を３
等分する２点で論理レベルが反転する前記矩形波信号
を、ノイズ等に左右されずに、確実に得ることができる
ようにするためには、次のようにして、前記検出信号の
略正弦波状の信号波形をより急峻な信号波形となるよう
に変形すればよい。

【００２０】まず、一般にブラシレスモータに付設され
ている周波数発生機構を利用すればよい。周波数発生機
構は、前記ロータに形成された、前記駆動用着磁部の磁
極の３倍の磁極を備えた信号用着磁部と、前記信号用着
時磁部による磁界の変化を検出する周波数検出器（ＦＧ
パターン）から構成される。この場合、前記矩形波信号
生成回路は、前記位置検出信号に前記周波数検出器の出
力信号を合成することにより得られた急峻で振幅の大き
な合成信号に基づき、前記矩形波信号を生成するように
すればよい。

【００２１】このように周波数発生機構を利用する代わ
りに、前記ロータに、前記位置検出信号の略正弦波形が
急峻になる高調波歪みが発生するように着磁された着磁
部を形成しておけば、前記検出信号の信号波形を、略正
弦波形状に比べて、より急峻で、大きな振幅のものとす
ることができる。例えば、前記位置検出信号の略正弦波
形にマイナスの第３調波歪みが発生するように、前記着
磁部を前記駆動用着磁部の３倍の磁極を備えた着磁パタ
ーンのものとすればよい。

【００２２】一方、本発明は、単一のホール素子からの
信号により１２０度スイッチング通電方式を行うブラシ
レスモータの駆動制御装置であって、単一のホール素子
からの略正弦波状の位置検出信号のゼロクロス点で論理
レベルが反転する第１のタイミング信号を発生する第１
のタイミング信号発生回路と、前記位置検出信号のゼロ
クロス点から正負６０度付近で論理レベルが反転する矩
形波信号を発生する矩形波信号発生回路と、前記第１の
タイミング信号発生回路及び前記矩形波信号発生回路の
出力信号によりブラシレスモータを駆動するための駆動
信号を発生する駆動信号発生回路とを含むことを特徴と
するものである。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して、本発明
を適用したＦＤＤスピンドル駆動用のブラシレスモータ
を説明する。

【００２４】（全体構成）図１には、本例のＦＤＤスピ
ンド駆動用のブラシレスモータの全体構成を示してあ
る。本例のブラシレスモータ１は３相の１２０度スイッ
チング通電方式により駆動されるものである。このブラ
シレスモータ１は、回路基板２の側に固定されたステー
タアセンブリ３と、このステータアセンブリ３に対して
回転自在に支持されたロータアセンブリ４から構成され
ている。

【００２５】ステータアセンブリ３は、回路基板２に固
着した円筒状の軸受け３１と、この軸受け３１の外周に
取り付けたステータコア３２と、このステータコア３２
に形成した複数の突極に巻き付けた３相の駆動コイルＬ
ｕ、Ｌｖ、Ｌｗ（図においては駆動コイルＬｕのみを示
す。）を備えている。これに対して、ロータアセンブリ
４は、軸受け３１の内周面に形成した軸受け面を介して
当該軸受けに対して回転自在に支持されたロータシャフ
ト４１と、このロータシャフト４１に固着したカップ状
のロータケース４２と、このロータケース４２の周壁の
内周面に固着したリング状のロータマグネット４３とを
備えている。ロータケース４２の円形の上端壁はＦＤＤ
載置面４２ａとされており、ここには、ＦＤＤの側に係
合可能な駆動ピン４４が設置されている。

【００２６】一方、ロータマグネット４３の基板側の環
状端面に対峙している基板部分には、磁極センサとし
て、単一のホール素子Ｈｕが固定配置されている。ま
た、基板表面には、モータ駆動制御回路が組み込まれた
駆動ＩＣ５が搭載されている。

【００２７】図２には、ステータコア３２とロータマグ
ネット４３とホール素子Ｈｕを平面上に展開して示して
ある。

【００２８】（駆動制御装置）図３は、上記構成のブラ
シレスモータ１を３相１２０度スイッチング通電方式に
より駆動するための駆動制御装置の主要部分の回路ブロ
ック図である。また、図４は、当該駆動制御装置の各部
分の動作を示すタイミングチャートである。

【００２９】これらの図を参照して説明すると、本例の
駆動制御装置１０は、ロータマグネット４３の回転に伴
い３相の第１乃至第３のタイミング信号（ｆ，ｇ，ｈ）
を生成する位置検出手段２０と、第１ないし第３のタイ
ミング信号（ｆ〜ｈ）に基づき、３相の１２０度スイッ
チング通電信号（ｉ，ｊ，ｋおよびｌ，ｍ，ｎ）を合成
する信号合成回路３０と、３相の１２０度スイッチング
通電信号（ｉ〜ｎ）に基づき３相の駆動コイルＬｕ、Ｌ
ｖ、Ｌｗを通電制御する駆動回路４０とを有している。

【００３０】位置検出手段２０は、単一のホール素子Ｈ
ｕ（位置検出素子）と、第１のタイミング信号（ｆ）を
生成する第１のタイミング信号生成回路としての比較器
Ｃ１と、第２および第３のタイミング信号（ｇ，ｈ）を
生成するための基準となる矩形波信号（ｄ，ｅ）を生成
する矩形波信号生成回路２１と、第２および第３のタイ
ミング信号（ｇ，ｈ）を生成する第２のタイミング信号
生成回路２２とを備えている。これら位置検出手段２０
の各回路について説明する。

【００３１】まず、ホール素子Ｈｕは公知のように、ロ
ータマグネット４３の回転に伴って生ずる磁極の変化に
基づいて、検出信号（ａ）として、略正弦波状の正負一
対の検出信号（ｕ＋，ｕ−）を出力する。

【００３２】また、比較器Ｃ１は、ホール素子Ｈｕの検
出信号（ｕ＋，ｕ−）のゼロクロス点の発生タイミング
に基づき、第１のタイミング信号（ｆ）を生成するもの
である。すなわち、正負一対の位置検出信号（ｕ＋，ｕ
−）を相互に比較して、略１８０度周期で論理レベルが
反転する第１のタイミング信号（ｆ）を出力する。

【００３３】矩形波信号生成回路２１は、位置検出信号
（ｕ＋，ｕ−）のゼロクロス点間をほぼ３等分する２点
で論理レベルが反転する矩形波信号（ｄ，ｅ）を生成す
るものである。本例の矩形波信号生成回路２１は、リニ
アアンプＡ１と、全波整流器Ｚと、ヒステリシスコンパ
レータＨ１と、電圧電流変換器Ｖ／Ｉと、コンデンサＣ
ｘとを備えている。

【００３４】ホール素子Ｈｕの検出信号（ｕ＋，ｕ−）
は、リニアアンプＡ１を介して全波整流器Ｚに入力さ
れ、ここから、全波整流信号（ｂ）として出力される。
この全波整流信号（ｂ）は、ヒステリシスコンパレータ
Ｈ１の一方の入力端子に供給される。

【００３５】ヒシテリシスコンパレータＨ１では、入力
された全波整流信号（ｂ）を、コンデンサＣｘに発生す
る比較信号（ｃ）と比較し、比較結果を、矩形波信号
（ｄ）として出力する。すなわち、全波整流信号（ｂ）
＜比較信号（ｃ）の場合には高論理信号が出力され、こ
の逆の場合には低論理信号が出力される。

【００３６】ここで、この矩形波信号（ｄ）は、電圧電
流変換器Ｖ／Ｉを経て、コンデンサＣｘの充電電流Ｉ
ｃ、放電電流Ｉｄに変換される。すなわち、ヒステリシ
スコンパレータＨ１から出力される矩形波信号（ｄ）の
論理レベルの反転に基づき、コンデンサＣｘの充放電動
作が切り換わり、矩形波信号（ｄ）が高論理レベルの時
に放電電流Ｉｄが流れ、逆に、低論理レベルの時には充
電電流Ｉｃが流れる。

【００３７】本例では、充電電流Ｉｃと放電電流Ｉｄの
値をＩｃ＝２・Ｉｄの関係となるように設定することに
より、比較信号（ｃ）の電圧上昇率（充電速度）が電圧
降下率（放電速度）の倍となっている。この結果、全波
整流信号（ｂ）と比較信号（ｃ）との交差点が、ホール
素子から出力された検出信号（ｕ＋，ｕ−）のゼロクロ
ス点ａ（ｎ）から電気角で正負６０度付近に位置する。

【００３８】また、比較信号（ｃ）は、ヒステリシスコ
ンパレータＨ１によるヒステリシスがかかっており、モ
ータ起動時等のようにホール素子出力に基づく全波整流
信号（ｂ）がフラットな波形の場合においても、比較信
号（ｃ）が増減するので、矩形波信号（ｄ）を生成でき
る。なお、本例では、比較信号（ｃ）の立ち上がりおよ
び立ち下がりのヒステリシスが同一とされている。

【００３９】このようにして、矩形波信号生成回路２１
からは、矩形波信号（ｄ）が出力される。これに加え
て、矩形波信号生成回路２１はインバータＩＮを備えて
おり、ここからは、矩形波信号（ｄ）の反転信号（ｅ）
が出力される。

【００４０】次に、第２のタイミング信号生成回路２２
は、上記の比較器Ｃ１から出力される第１のタイミング
信号（ｆ）と、矩形波信号（ｄ）およびその反転信号
（ｅ）とに基づき、第１のタイミング信号（ｆ）に対し
て、それぞれ１２０度および２４０度位相がずれた第２
および第３のタイミング信号（ｇ，ｈ）を生成するもの
である。

【００４１】本例では、この第２のタイミング信号生成
回路２２は、第１および第２のＤ型フリップフロップＦ
１、Ｆ２から構成されている。これら第１および第２の
Ｄ型フリップフロップＦ１、Ｆ２におけるデータ入力端
子Ｄには、第１のタイミング信号（ｆ）が入力される。
また、第１のＤ型フリップフロップＦ１のクロック入力
端子ＣＬには矩形波信号（ｄ）が入力され、第２のＤ型
フリップフロップＦ２のクロック入力端子ＣＬには矩形
波信号の反転信号（ｅ）が入力される。

【００４２】この結果、第１のＤ型フリップフロップＦ
１の正転出力端子Ｑからは、第１のタイミング信号
（ｆ）に対して位相が１２０度遅れた第２のタイミング
信号（ｇ）が出力される。また、第２のＤ型フリップフ
ロップの反転出力端子（Ｑ￣）からは、更に位相が１２
０度遅れた第３のタイミング信号（ｈ）が出力される。

【００４３】このようにして得られた第１〜第３のタイ
ミング信号（ｆ〜ｈ）は、信号合成回路３０に供給され
る。信号合成回路３０では、これらの信号に基づき、ス
イッチング通電信号（ｉ〜ｎ）を合成して出力する。す
なわち、信号ｆと、信号ｈの反転信号とにより、信号ｉ
が合成され、信号ｈと信号ｇの反転信号とにより信号ｊ
が合成され、信号ｇと信号ｆの反転信号とにより信号ｋ
が合成され、信号ｈと信号ｆの反転信号とにより信号ｌ
が合成され、信号ｇと信号ｈの反転信号とにより信号ｍ
が合成され、また、信号ｆと信号ｇの反転信号とにより
信号ｎが合成される。

【００４４】信号合成回路３０によって合成されたスイ
ッチング通電信号（ｉ〜ｎ）は、駆動回路４０を構成し
ている出力パワートランジスタＴ１〜Ｔ６それぞれのオ
ンオフ制御信号として出力される。この結果、ブラシレ
スモータ１の３相の駆動コイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗにソー
ス・シンクの往復電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗが流れる。これ
により、連続トルクが発生して、ロータアセンブリ３が
回転する。図４（ｏ）、（ｐ）、（ｑ）は、３相駆動コ
イルに発生する誘導起電圧Ｅｕ、Ｅｖ、Ｅｗと、電流Ｉ
ｕ、Ｉｖ、Ｉｗとのタイミング的な位置関係を示す。

【００４５】以上説明したように、本例のブラシレスモ
ータの駆動制御装置１０によれば、ホール素子Ｈｕの検
出信号（ｕ＋，ｕ−）から、１２０度づつ位相のずれた
第１〜第３のタイミング信号を得ることができる。よっ
て、１個のホール素子を用いるだけで、１２０度スイッ
チング通電を行うことができる。この結果、従来のよう
に複数個のホール素子を配置する必要のあったブラシレ
スモータに比べて、そのコスト等を低減できるという利
点が得られる。

【００４６】（第１の変形例）ここで、ブラシレスモー
タ１の起動時には、ロータマグネット４３は静止状態に
あるので、ホール素子Ｈｕの検出信号（ｕ＋，ｕ−）の
波形は変化せずに、フラットのままとなると共に、論理
回路である第２のタイミング信号生成回路２２を構成し
ている２個のフリップフロップＦ１、Ｆ２の論理状態は
不定である。よって、当該論理回路の出力を適切な論理
状態に設定しないと、誤った通電ロジックのためにモー
タに負トルクが発生してしまい、適正な正転起動モード
に移行できない。

【００４７】図５には、モータ起動時に確実に正転起動
モードに移行させるために適した第２のタイミング信号
発生回路の別の例を示してある。図５に示す第２のタイ
ミング信号発生回路２２Ａは、前述した第２のタイミン
グ信号生成回路２２の構成に加えて、セット・リセット
信号発生器ＳＲが備わっている。当該セット・リセット
信号発生器ＳＲは、第１のタイミング信号（ｆ）の立ち
上がりと立ち下がりに同期して、当該セット・リセット
信号発生器ＳＲからセット・リセットパルス信号（ｓ，
ｒ）を発生させ、当該セット・リセット信号（ｓ，ｒ）
により、第１および第２のＤ型フリップフロップＦ１、
Ｆ２のセットおよびリセットを行うためのものである。

【００４８】図６は、第２のタイミング信号生成回路２
２Ａを備えているブラシレスモータの駆動制御装置１０
のモータ起動時の動作のタイミングチャートである。こ
の図を参照して説明すると、モータ起動時においてはホ
ール素子Ｈｕの検出信号（ｕ＋，ｕ−）がフラットとな
る場合がある。この場合においても、前述したように、
比較信号（ｃ）はヒステリシスコンパレータＨ１による
ヒステリシスによって、自動的に増減を繰り返す。この
ため、矩形波信号（ｄ）は、ロータが回り出さなくても
一定周期の矩形波信号になる。

【００４９】一方、第１のタイミング信号（ｆ）は、セ
ット・リセット信号発生器ＳＲにも入力される。この信
号が入力されると、上記のように、セット・リセット信
号発生器ＳＲは、セット・リセットパルス信号（ｓ，
ｒ）を出力する。セットパルス信号（ｓ）は、フリップ
フロップＦ１、Ｆ２のセット端子Ｓに入力され、強制的
にフリップフロップＦ１の出力端子Ｑから出力される第
２のタイミング信号（ｇ）を高論理レベルに切り換え、
フリップフロップＦ２の出力端子Ｑ￣から出力される第
３のタイミング信号（ｈ）を強制的に低論理レベルに切
り換える。同様に、リセットパルス信号（ｒ）は、フリ
ップフロップＦ１、Ｆ２のリセット端子Ｒに入力され、
フリップフロップＦ１の出力端子から出力される第２の
タイミング信号（ｇ）を強制的に低論理レベルに切り換
え、フリップフロップＦ２の出力端子から出力される第
３のタイミング信号（ｈ）を強制的に高論理レベルに切
り換える。この結果、モータ起動時等に発生する誤った
通電ロジックが修正されることになる。

【００５０】図６（Ｔ）には、モータ１に発生する総合
トルク波形を示してある。この波形から分かるように、
モータ起動時の当初の期間ｔ０ではモータトルクは零で
あるが、矩形波信号（ｄ）の変化により通電ロジックが
切り換わると、正トルクが発生し、モータの正転起動が
スタートする（期間ｔ１）。その後の期間ｔ２の後半で
は、負トルクが発生するが、上記のように、セット信号
（ｓ）により強制的に通電ロジックが修正され、これ以
後の期間では、ロータの回転により正トルクが連続して
発生するようになる。なお、発生した負トルクによりモ
ータに逆転起動がスタートしても、ホール素子の出力信
号（ｕ＋，ｕ−）の半周期毎に発生するセット・リセッ
トパルス信号（ｓ，ｒ）によって強制的に通電ロジック
が修正されるので、モータを直ちに正転モードに復帰さ
せることができる。

【００５１】このように、通電ロジックを強制的に修正
可能な回路を備えた駆動制御装置によれば、従来よりも
２個少ない１個のホール素子を用いるのみで、３相の１
２０度スイッチング通電を実現でき、従来のブラシレス
モータと同様な起動性能、駆動性能を確保することもで
きる。

【００５２】（第２の変形例）一方、ホール素子の検出
信号のゼロクロス点間を３等分する２点（正負６０度付
近）で確実に交差する比較信号（ｃ）を得るためには、
次のようにして、検出信号の略正弦波状の信号波形をよ
り急峻なものとなるように変形すればよい。

【００５３】図７には、このための第１の方法を示して
ある。この図に示す方法では、ブラシレスモータ１の速
度制御に用いる周波数検出器の検出信号（ＦＧ信号）
（ｘ）をホール素子の検出信号に加算するものである。

【００５４】ここで、図７（Ａ）は、ロータマグネット
４３と、ホール素子Ｈｕと、コア３２および発電パター
ンＦＧの位置関係を平面上に展開して示す展開図であ
り、図７（Ｂ）は、周波数検出器としての発電パターン
ＦＧの検出信号（ｘ）をホール素子の検出信号（ｕ＋，
ｕ−）に加算する回路例を示すブロック図であり、図７
（Ｃ）はそのタイミングチャートである。

【００５５】これらの図を参照して説明すると、ロータ
マグネット４３には、駆動用着磁部４３ａに加えて、当
該着磁部の磁極の３倍の磁極を備えた信号用着磁部（Ｆ
Ｇ用磁極）４３ｂが形成されている。ステータの側に形
成されている発電パターンＦＧは信号用着磁部４３ｂか
らの磁界を受ける。

【００５６】ロータの回転に伴って、ホール素子の検出
信号（ｕ＋，ｕ−）と、ＦＧ信号（ｘ）が発生する。矩
形波信号生成回路２１Ａにおいて、リニアアンプＡ１を
経た後のホール素子の検出信号にＦＧ信号（ｘ）が加算
され、全波整流器Ｚを経ることにより、図７（Ｃ）にお
いて（ｂ’）として示す全波整流信号が得られる。この
全波整流信号（ｂ’）におけるホール素子の検出信号の
ゼロクロス点から正負６０度付近の波形は、前述した実
施例における全波整流信号（ｂ）（図４参照）の波形よ
りも、電気角度（Θｅ）に対する信号変化勾配が急峻と
なっている。したがって、比較信号（ｃ’））がゼロク
ロス点から正負６０度付近で当該全波整流信号（ｂ’）
に対して確実に交差する。

【００５７】なお、図７に示す矩形波信号生成回路２１
Ａは上記の特徴に加えて、次の特徴を備えている。すな
わち、比較信号（ｃ’）を発生するためのコンデンサＣ
ｘの充電電流Ｉｃおよび放電電流Ｉｄの値を等しく、当
該比較信号（ｃ’）の立ち上がりのヒステリシスの幅を
立ち下がりのヒステリシスに対して２倍としてある。こ
のようにしても、前述の実施例と同様に、矩形波信号
（ｄ）を得ることができる。

【００５８】（第３の変形例）一方、図８には、検出信
号の略正弦波状の信号波形をより急峻で振幅の大きなも
のとするめの第２の方法を示してある。この図に示す方
法では、図８（Ａ）に示すように、ロータマグネット４
３には、駆動用着磁部４３ａに加えて、ホール素子用着
磁部４３ｃを形成してある。この着磁部４３ｃは、駆動
用着磁部４３ａの３倍の磁極数を備えている。駆動制御
装置の構成は、図３に示す場合と同様である。

【００５９】この場合、ホール素子Ｈｕは、ロータマグ
ネット４３の駆動用着磁部４３ａの磁極とホール素子用
着磁部４３ｃの磁極からの混合磁界を受け、ロータの回
転に伴って、図８（Ｂ）の（ａ’）で示すような波形の
検出信号（ｕ＋，ｕ−）を発生する。この信号のゼロク
ロス点から正負６０度付近の波形は、信号変化勾配が急
峻となっているので、この信号と、比較信号（ｃ）とを
比較することにより、矩形波信号（ｄ）を得ることがで
きる。

【００６０】（その他の実施の形態）なお、以上の各例
においては、ロータ位置検出用のセンサとしてホール素
子を用いているが、その他の磁気センサ、例えばＭＲ素
子等を用いることもできる。また、光学センサ等の別の
検出形態のセンサを用いることもできる。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のブラシレ
スモータの駆動制御装置によれば、単一の検出素子の検
出信号のみで、３相のブラシレスモータの１２０度スイ
ッチング通電を実現できる。よって、従来のブラシレス
モータに比べて、検出素子の個数が少なくて済むので、
コストを低減できる。

【００６２】また、本発明によれば、単一の検出素子か
らの検出信号から第２および第３のタイミング信号を生
成するために、ヒステリシスコンパレータを用いて、立
ち上がりおよび立ち下がりにヒシテリシスがかかった比
較信号を用いている。したがって、モータ起動時等にお
いて検出素子の検出信号がフラットなままであっても、
１２０度位相のずれた第２および第３のタイミング信号
を生成できる。このように、本発明では起動回路と駆動
回路が共通の回路構成となっているので、駆動から起動
へのモード移行時に回路を切り換える必要がなく、モー
タの起動をスムーズに行うことができる。

【００６３】さらに、本発明によれば、単一の検出素子
の検出信号に基づき、当該検出信号のゼロクロス点から
正負６０度付近の時点でセット・リセット信号を発生さ
せるようにしている。したがって、当該セット・リセッ
ト信号により、誤った通電ロジックを瞬時に修正でき、
逆転や脱調の発生を回避できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）、（Ｂ）は、本発明を適用したＦＤＤス
ピンドルモータの機械的構成を示す概略平面図および概
略半断面図である。

【図２】図１のモータにおけるロータマグネットの磁極
と、コアと、ホール素子の位置関係を示す展開図であ
る。

【図３】図１のモータの駆動制御装置の制御系の主要部
分を示す概略ブロック図である。

【図４】図３の駆動制御装置の動作を示すタイミングチ
ャートである。

【図５】図３の駆動制御装置の第２のタイミング信号生
成回路の別の例を示す概略ブロック図である。

【図６】図５の第２のタイミング信号生成回路が備わっ
た駆動制御装置のモータ起動時の動作を示すフローチャ
ートである。

【図７】本発明の変更例を示す図であり、（Ａ）は、ロ
ータマグネットの磁極と、コアと、発電パターンと、ホ
ール素子の位置関係を示す展開図、（Ｂ）は駆動制御装
置の変更部分の回路構成を示すブロック図、（Ｃ）はそ
の動作を示すタイミングチャートである。

【図８】本発明の別の変更例を示す図であり、（Ａ）は
ロータマグネットと、コアと、ホール素子の位置関係を
示す展開図、（Ｂ）は動作を示すタイミングチャートで
ある。

【符号の説明】

１ ブラシレスモータ ２ 回路基板 ３ ステータアセンブリ ３２ コア ４ ロータアセンブリ ４３ ロータマグネット ４３ａ 駆動用着磁部 ４３ｂ 信号用着磁部 ４３ｃ ホール素子用着磁部 Ｌｕ，Ｌｖ，Ｌｗ 駆動コイル １０ 駆動制御装置 ２０ 位置検出手段 ２１、２１Ａ 矩形波信号生成回路 ２２、２２Ａ 第２のタイミング信号生成回路 ３０ 信号合成回路 ４０ 駆動回路 Ｈｕ ホール素子 Ｃ１ 比較器（第１のタイミング信号生成回路） Ｚ 全波整流器 Ｈ１ ヒステリシスコンパレータ Ｖ／Ｉ 電圧電流変換器 Ｃｘ コンデンサ Ｆ１，Ｆ２ Ｄ型フリップフロップ ＳＲ セット・リセット信号発生器 ｕ＋，ｕ− ホール素子の検出信号 ｂ 全波整流信号 ｃ 比較信号 ｄ 矩形波信号 ｅ 反転信号 ｆ，ｇ，ｈ 第１〜３のタイミング信号 ｉ〜ｎ スイッチング通電信号

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ３相の駆動コイルを備えたステータと、
   複数の磁極が形成された駆動用着磁部を備えたロータ
   と、前記ステータと前記ロータの相対的位置関係に応じ
   た３相の第１乃至第３のタイミング信号を生成する位置
   検出手段と、前記第１ないし第３のタイミング信号に基
   づき、３相の１２０度スイッチング通電信号を合成する
   信号合成回路と、前記３相の１２０度スイッチング通電
   信号に基づき前記３相の駆動コイルを通電制御する駆動
   回路とを有するブラシレスモータの駆動制御装置におい
   て、 前記位置検出手段は、単一の位置検出素子と、前記第１
   のタイミング信号を生成する第１のタイミング信号生成
   回路と、前記第２および第３のタイミング信号を生成す
   るための基準となる矩形波信号を生成する矩形波信号生
   成回路と、前記第２および第３のタイミング信号を生成
   する第２のタイミング信号生成回路とを備えており、 前記位置検出素子は、前記ステータと前記ロータの相対
   的位置の変化に応じて略正弦波状の位置検出信号を発生
   するものであり、 前記第１のタイミング信号生成回路は、前記位置検出信
   号のゼロクロス点で論理レベルが反転する前記第１のタ
   イミング信号を生成するものであり、 前記矩形波信号生成回路は、前記位置検出信号のゼロク
   ロス点間をほぼ３等分する２点で論理レベルが反転する
   前記矩形波信号を生成するものであり、 前記第２のタイミング信号生成回路は、前記第１のタイ
   ミング信号および前記矩形波信号に基づき、前記第１の
   タイミング信号に対して、それぞれ１２０度および２４
   ０度位相がずれた前記第２および第３のタイミング信号
   を生成するものであることを特徴とするブラシレスモー
   タの駆動制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記位置検出素子
   は、前記ロータの前記駆動用着磁部の磁界の変化を検出
   して略正弦波状の前記検出信号を出力する磁気センサで
   あることを特徴とするブラスレスモータの駆動制御装
   置。
3. 【請求項３】 請求項２において、前記磁気センサは、
   正負一対の前記位置検出信号を発生するホール素子であ
   り、 前記第１のタイミング信号生成回路は、正負一対の前記
   位置検出信号を相互に比較して、略１８０度周期で論理
   レベルが反転する前記第１のタイミング信号を出力する
   比較器を含むことを特徴とするブラシレスモータの駆動
   制御装置。
4. 【請求項４】 請求項３において、 前記矩形波信号生成回路は、全波整流器と、ヒステリシ
   スコンパレータと、電圧電流変換器と、コンデンサとを
   備えており、 前記全波整流器は正負一対の前記位置検出信号を全波整
   流して全波整流信号を生成するものであり、 前記電圧電流変換器は、前記ヒステリシスコンパレータ
   から出力される前記タイミングパルス信号の論理レベル
   の反転に基づき、前記コンデンサの充放電動作を切り換
   えるものであり、 前記コンデンサの充放電動作によって比較信号が生成さ
   れ、前記ヒステリシスコンパレータにより、前記全波整
   流信号が前記比較信号と比較されて、前記矩形波信号が
   出力されることを特徴とするブラシレスモータの駆動制
   御装置。
5. 【請求項５】 請求項４において、 前記比較信号の立ち上がりと立ち下がりのヒステリシス
   が同一であり、 前記コンデンサの充放電速度によって規定される当該比
   較信号の電圧上昇速度と電圧降下速度との比が２：１で
   あることを特徴とするブラシレスモータの駆動制御装
   置。
6. 【請求項６】 請求項４において、 前記比較信号の立ち上がりと立ち下がりのヒステリシス
   が２：１であり、 前記コンデンサの充放電速度によって規定される当該比
   較信号の電圧上昇速度と電圧降下速度とが同一であるこ
   とを特徴とするブラシレスモータの駆動制御装置。
7. 【請求項７】 請求項４において、 矩形波信号生成回路は、前記矩形波信号の反転信号を生
   成するインバータを備えており、 前記第２のタイミング信号生成回路は、第１および第２
   のＤ型フリップフロップを備えており、 これら第１および第２のＤ型フリップフロップにおける
   データ入力端子には、前記第１のタイミング信号が入力
   され、前記第１のＤ型フリップフロップのクロック入力
   端子には前記矩形波信号が入力され、前記第２のＤ型フ
   リップフロップのクロック入力端子には前記矩形波信号
   の反転信号が入力され、 前記第１のＤ型フリップフロップの正転出力端子からは
   前記第２のタイミング信号が出力され、前記第２のＤ型
   フリップフロップの反転出力端子からは前記第３のタイ
   ミング信号が出力されることを特徴とするブラシレスモ
   ータの駆動制御装置。
8. 【請求項８】 請求項１ないし７のうちのいずれかの項
   において、前記第２のタイミング信号生成回路は、更
   に、セット・リセット信号発生器を備えており、 当該セット・リセット信号発生器は、前記第１のタイミ
   ング信号の立ち上がりと立ち下がりに同期してセット・
   リセットパルス信号を発生するものであり、 当該セット・リセット信号により、前記矩形波信号生成
   回路のセットおよびリセットが行われることを特徴とす
   るブラシレスモータの駆動制御装置。
9. 【請求項９】 請求項２ないし８のうちのいずれかの項
   において、 更に、前記ロータに形成された信号用着磁部と、前記ス
   テータに形成された周波数検出器とを備えた周波数発生
   機構を有しており、前記信号用着磁部は、前記駆動用着
   磁部の磁極の３倍の磁極が形成された信号用着磁部を備
   え、前記周波数検出器は、前記信号用着時磁部による磁
   界の変化を検出するものであり、 前記矩形波信号生成回路は、前記位置検出信号に前記周
   波数検出器の出力信号を合成した合成信号に基づき、前
   記矩形波信号を生成することを特徴とするブラシレスモ
   ータの駆動制御装置。
10. 【請求項１０】 請求項２乃至８のうちのいずれかの項
    において、 前記ロータは、更に、前記位置検出信号の略正弦波形が
    急峻になる高調波歪みが発生するように着磁された着磁
    部を備えていることを特徴とするブラシレスモータの駆
    動制御装置。
11. 【請求項１１】 請求項１０において、前記着磁部は前
    記駆動用着磁部の３倍の磁極を備えていることを特徴と
    するブラシレスモータの駆動制御装置。
12. 【請求項１２】 単一のホール素子からの信号により１
    ２０度スイッチング通電方式を行うブラシレスモータの
    駆動制御装置であって、 単一のホール素子からの略正弦波状の位置検出信号のゼ
    ロクロス点で論理レベルが反転する第１のタイミング信
    号を発生する第１のタイミング信号発生回路と、 前記位置検出信号のゼロクロス点から正負６０度付近で
    論理レベルが反転する矩形波信号を発生する矩形波信号
    発生回路と、 前記第１のタイミング信号発生回路及び前記矩形波信号
    発生回路の出力信号によりブラシレスモータを駆動する
    ための駆動信号を発生する駆動信号発生回路とを含むこ
    とを特徴とするブラシレスモータの駆動制御装置。