JPH05344782A - ブラシレスモータの駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 位置検出素子や大容量のコンデンサを必要と
せず、かつ逆起電力の波形にのってくるスパイクパルス
等を除去してモータが正常に回転している位相に合った
逆起電力のみを検出し、各駆動コイルへの電流切り換え
を滑らかに行い、モータ回転時の騒音や振動を少なくす
る。 【構成】 複数相のモータ駆動コイル1〜3と、このモー
タ駆動コイル1〜3に電流を供給する複数個の駆動トラン
ジスタ4〜6および7〜9と、モータのトルク指令信号を発
生するトルク指令信号発生回路14と、トルク指令信号発
生回路14の出力信号により駆動トランジスタ4〜6および
7〜9に順次電流を供給する電流分配回路13と、電流分配
回路13に台形波電流を出力する台形波電流合成器11と、
駆動コイル1〜3に発生する逆起電力を検出し波形整形す
る逆起電力検出器10と、逆起電力検出器10に位相をマス
クする信号を発生するマスク信号発生器12とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、モータの回転子の位置
を検出する位置検出手段を必要としないブラシレスモー
タの駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、フロッピーディスクやハードディ
スク等のＯＡ機器、ビデオテープレコーダ、ヘッドホン
テープレコーダ等の民生機器のドライブ装置にブラシレ
スモータが使用されている。これらのブラシレスモータ
は２相または３相の半波駆動方式または全波駆動方式が
一般的であるが、この種のブラシレスモータには回転子
の位置を検出するホール素子等の位置検出素子が用いら
れている。

【０００３】一方、従来から位置検出素子を削減する試
みは行なわれており、例えば自走型の３相のマルチバイ
ブレータの出力信号によって各モータ駆動コイル（以下
駆動コイルという）への通電状態を切換え、回転子が回
転してから３相の駆動コイルのうち通電休止中の駆動コ
イルに現われる発電波形を利用して各駆動コイルへの通
電状態を切換える駆動回路を用いた方式（特開昭50-721
13号公報参照）がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の構成では、各駆動コイルへの電流切換えが急激に行
われるため、不要な振動や騒音またはスパイクパルスに
よる電気騒音が発生するという課題を有していた。この
ような課題を解決するために駆動コイルにコンデンサを
接続することがあるが、比較的大容量のコンデンサを複
数個必要とし、部品点数の増加や実装面積の増大等の新
たな課題が発生する。

【０００５】また上記の従来の構成では、駆動コイルの
逆起電力から通電切換信号を作成しているので、駆動コ
イルの通電切換時に発生するスパイクノイズが通電切換
信号に混入して誤動作したり、起動時にはモータの位相
とは無関係に通電切換信号を発生させていたので検出信
号と通電切換信号が同期せずに起動特性が安定しないと
いう課題を有していた。

【０００６】本発明は上記従来の課題を解決するもの
で、位置検出手段を持たないブラシレスモータにおい
て、各駆動コイルへの電流切換えを滑らかに行い、大容
量のコンデンサが不要で、騒音および振動が少なく、逆
起電力によるサージパルス等を除去できるブラシレスモ
ータの駆動装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明のブラシレスモータの駆動装置は、複数相のモ
ータ駆動コイルに電流を供給する複数個の駆動トランジ
スタと、モータのトルク指令信号を発生するトルク指令
信号発生回路と、トルク指令信号発生回路の出力信号に
より駆動トランジスタに順次電流を供給する電流分配回
路と、電流分配回路に台形波電流を出力する台形波電流
合成器と、モータ駆動コイルに発生する逆起電力を検出
し波形整形する逆起電力検出器と、逆起電力検出器へ信
号波形の一部をマスクする信号を出力するマスク信号発
生器とを備えた構成を有している。

【０００８】

【作用】この構成によって、位置検出素子無しでモータ
を駆動する駆動コイルへの電流の切換えを滑らかに行な
うことができるため、各駆動コイルに大容量のコンデン
サを接続する必要がなく、モータ起動時から一定回転時
まで騒音や振動を低減することができる。またマスク信
号発生器を備えているため逆起電力の通電切換でのサー
ジパルスを除去し、モータの回転に従った逆起電力の信
号のみを検出できる。さらにマスク信号の位相はモータ
の回転数によらず無調整かつ任意に決定することができ
るので回転数が変動するモータにも適用できる。

【０００９】

【実施例】以下本発明の一実施例におけるブラシレスモ
ータの駆動装置について、図面を参照しながら説明す
る。図１は同ブラシレスモータの駆動装置の回路構成図
であり、三相全波電流駆動のモータに適用した例を示し
ている。図１において、１，２，３は駆動コイル、４，
５，６は吐き出し側出力トランジスタ、７，８，９は吸
い込み側出力トランジスタ、１０は駆動コイルに発生す
る逆起電力を検出する逆起電力検出器、１１は逆起電力
電出器１０により得られる信号によって立ち上がりと立
ち下がりを滑らかにする台形波電流を発生する台形波電
流合成器、１２は逆起電力検出器１０に入力するマスク
信号を発生するマスク信号発生器、１３は台形波電流合
成器１１から出力される台形波電流を入力とし吐き出し
側出力トランジスタ４，５，６および吸い込み側出力ト
ランジスタ７，８，９に供給するベース電流を決定する
電流分配回路、１４はモータのトルク指令信号を発生す
るトルク指令信号発生回路、１５は電流検出用の抵抗で
ある。なお２２、２３、２４、２５はそれぞれ台形波電
流合成器１１を構成する充放電制御回路、充放電回路、
電圧電流変換回路、台形波電流切り換え回路である。ま
たＵ１，Ｖ１，Ｗ１は逆起電力検出器からの出力信号、
Ｐ１〜Ｐ６はマスク信号発生器１２からの出力信号であ
る。

【００１０】以上のように構成されたブラシレスモータ
の駆動装置について、以下その動作について図１ととも
に図２を参照しながら説明する。図２は同ブラシレスモ
ータの駆動装置の定常回転時における各部の信号波形図
である。なお図２において、Ｕ，Ｖ，Ｗは駆動コイル
１，２，３の逆起電力の電圧波形であり、Ｎは駆動コイ
ル１，２，３の中性点の電圧波形である。

【００１１】まず電圧波形Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｎとマスク信号
発生器１２の出力信号Ｐ１〜Ｐ６とを逆起電力検出器１
０に入力し処理して、Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１を出力する。こ
の逆起電力検出器１０からの出力信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１
は台形波電流合成器１１に入力される。台形波電流合成
器１１は電流出力ＩＰＬ１〜ＩＰＬ３，ＩＰＵ１〜ＩＰ
Ｕ３を出力する。この台形波電流出力ＩＰＬ１〜ＩＰＬ
３，ＩＰＵ１〜ＩＰＵ３は電流分配回路１３に入力さ
れ、そこで電流分配比が設定される。トルク指令信号発
生回路１４によって制御される電流分配回路１３からの
出力電流を吸い込み側出力トランジスタ１３，１４，１
５および吐き出し側出力トランジスタ１０，１１，１２
に入力することによって、駆動コイル１，２，３の電流
通電波形の立ち上がりと立ち下がりを滑らかにするスロ
ープをもった駆動コイル電流通電波形ＩＵ，ＩＶ，ＩＷ
が形成される。

【００１２】次に逆起電力検出器１０について、図面を
参照しながら説明する。図３は同逆起電力検出器の回路
構成図、図４は同逆起電力検出器の各部の信号波形図で
ある。なお図４には逆起電力の電圧波形の内Ｕのみにつ
いて示したが、Ｖ，Ｗとも同様な動作を示す。図４に示
すように、電圧波形Ｕには電流切換時にスパイクパルス
が発生する。電圧波形Ｕと中性点Ｎを比較器１６へ入力
し、出力ＵＯを得る。スパイクパルスが発生する位相で
ＵＯに検出されるノイズパルスをＮ１〜Ｎ４とする。出
力ＵＯをモータの位置信号として直接台形波電流合成器
１１に入力するとモータの駆動電流とモータの位相が合
わないため正常に動作しない。したがって出力ＵＯをＮ
ＡＮＤ回路１７、インバータ（以下ＩＮＶ回路と略す）
１８に入力する。出力ＵＯがローからハイになる位相の
前後でマスク信号Ｐ４はハイで待機しており、ＵＯがハ
イになるとＮＡＮＤ回路１７の出力はローになる。する
とＲＳフリップフロップを構成しているＮＡＮＤ回路１
９の入力がローになりＮＡＮＤ回路１９の出力Ｕ１はハ
イになる。次にＵＯがハイからローになる位相の前後で
マスク信号Ｐ１はハイで待機しており、ＵＯがローにな
るとＩＮＶ１８の出力はハイになりＮＡＮＤ回路２０の
出力はローになるので、ＮＡＮＤ回路２１の入力がロー
になりＮＡＮＤ回路１９の出力Ｕ１はローなる。そして
ノイズパルスＮ１，Ｎ２が発生する位相ではマスク信号
Ｐ１がローなのでＵ１はローにならず、同様にＮ３，Ｎ
４が発生する位相ではマスク信号Ｐ４がローなのでＵ１
はハイにならない。このようにマスク信号によって逆起
電力に発生するスパイクパルスを除去し、正しい逆起電
力の位相を検出することができる。

【００１３】以上のように本実施例のモータ駆動装置で
は、逆起電力Ｕ，Ｖ，Ｗとマスク信号Ｐ１〜Ｐ６により
逆起電力Ｕ，Ｖ，ＷをＵ１，Ｖ１，Ｗ１に変換し、この
Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１の位相によって制御される出力電流Ｉ
ＰＵ１〜３，ＩＰＬ１〜３を発生し、ＩＵ，ＩＶ，ＩＷ
の台形波状のモータ位置信号が得られる。そして電流分
配回路１３は駆動コイル１，２，３へ駆動電流を順次供
給し、モータは回転する。したがって本実施例によっ
て、ホール素子等のモータ位置検出素子を設けずにモー
タに流れる電流を両方向に流せる全波駆動方式のモータ
駆動装置を構成することができる。

【００１４】次に台形波電流合成器１１について、図面
を参照しながら説明する。図５は同台形波電流合成器の
回路構成図、図６は同台形波電流合成器の各部の信号波
形図である。図５に示すように、台形波電流合成器１１
は充放電制御回路２２、充放電回路２３、電圧電流変換
回路２４、台形波電流切り換え回路２５より構成され
る。台形波電流合成器１１に入力した逆起電力検出器１
０の出力Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１は充放電制御回路２２に入力
され以下のように処理される。Ｕ１とＷ１のエクスクル
ーシブオアにより充放電制御信号ＣＨＧ１を得る。同様
にＵ１とＶ１のエクスクルーシブオアにより充放電制御
信号ＣＨＧ２、Ｖ１とＷ１のエクスクルーシブオアによ
り充放電制御信号ＣＨＧ３を得る。充放電制御信号ＣＨ
Ｇ１，ＣＨＧ２，ＣＨＧ３を充放電回路２３に入力す
る。充放電回路２３は個々の充放電回路２６，２７，２
８からなっており、個々の充放電回路は充電電流源Ｉ
ｏ，放電電流源２Ｉｏ，ＳＷ１およびコンデンサＣより
構成される。なお充放電回路２７，２８も充放電回路２
６と同様の回路構成を有しており、図５では省略した。

【００１５】充放電回路２６は以下のような動作をす
る。充放電制御信号ＣＨＧ１がローの時ＳＷ１がオフし
コンデンサＣ１は定電流Ｉｏで充電される。充放電制御
信号ＣＨＧ１がハイの時ＳＷ１がオンしコンデンサＣ１
は定電流Ｉｏで放電する。コンデンサＣ１に発生する電
圧はスロープ電圧ＶＳＬ１のようになる。充放電回路２
７，２８もそれぞれＣＨＧ２，ＣＨＧ３に対して同様に
動作し、スロープ電圧ＶＳＬ２，ＶＳＬ３を発生する。

【００１６】充放電回路２３の出力信号ＶＳＬ１，ＶＳ
Ｌ２，ＶＳＬ３は電圧電流変換回路２４に入力され、出
力電流ＩＳＬ１，ＩＳＬ２，ＩＳＬ３を発生する。出力
電流ＩＳＬ１，ＩＳＬ２，ＩＳＬ３は台形波電流切り換
え回路２５に入力され、次のように処理される。ＩＳＬ
１とＩＳＬ３の和をＵ１がハイの時ＩＰＵ１、Ｕ１がロ
ーの時ＩＰＬ１に分配し、同様にＩＳＬ１とＩＳＬ２の
和をＶ１がハイの時ＩＰＵ２、Ｖ１がローの時ＩＰＬ２
に分配し、ＩＳＬ２とＩＳＬ３の和をＷ１がハイの時Ｉ
ＰＵ３、ローの時ＩＰＬ３に分配する。

【００１７】以上のようにして逆起電力検出器１０の出
力信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１より出力電流ＩＰＵ１〜３，Ｉ
ＰＬ１〜３を得ることができる。さらに本実施例によれ
ば出力電流ＩＰＵ１〜３，ＩＰＬ１〜３の立上りは充放
電制御信号ＣＨＧ１〜ＣＨＧ３により決定されるので急
峻に立上ることはない。また出力電流ＩＰＵ１〜３，Ｉ
ＰＬ１〜３が立下るタイミングは充放電回路２３の充電
電流または放電電流のばらつきにより逆起電力検出器１
０の出力Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１との位相差を生じるが、これ
らの回路は通常同一集積回路（以下ＩＣと略す）内に精
度良く作製されるので充電電流や放電電流のばらつきは
問題とはならない。さらに出力電流ＩＰＵ１〜３，ＩＰ
Ｌ１〜３の立上り、立下りの位相は充放電回路２６，２
７，２８のコンデンサＣに影響されないので、通常ＩＣ
の外付けとなる充放電回路２６，２７，２８のコンデン
サＣのばらつきは無視できる。

【００１８】以上のように本実施例においては、駆動コ
イル１，２，３に供給される電流の切り換えは極めて滑
らかに行われるので切り換えに伴うスパイク電圧が低減
され振動、騒音の少ないブラシレスモータの駆動装置を
実現できる。

【００１９】次にマスク信号発生器１２について、図面
を参照しながら説明する。図７は同マスク信号発生器の
回路構成図、図８は同マスク信号発生器の各部の信号波
形図である。

【００２０】まず充放電回路２３の出力信号ＶＳＬ１，
ＶＳＬ２，ＶＳＬ３がマスク信号発生器１２に入力す
る。マスク信号発生器１２では、比較器２９〜３１にお
いてＶＳＬ１とＶＳＬ３を比較してＣ３１を、ＶＳＬ１
とＶＳＬ２を比較してＣ１２を、ＶＳＬ２とＶＳＬ３を
比較してＣ２３を得る。さらにＡＮＤ回路３２〜３４に
おいて充放電制御回路２２で得られた充放電制御信号Ｃ
ＨＧ１，ＣＨＧ２，ＣＨＧ３とＣ３１，Ｃ１２，Ｃ２３
との論理積によりＣＬＫ１，ＣＬＫ２，ＣＬＫ３を得
る。これらの信号をＯＲ回路３５に入力し、ＣＬＫを得
る。この信号ＣＬＫを６進リングカウンタ３６のクロッ
ク信号として立上りで動作させるとＰ１，Ｐ２，Ｐ３，
Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６を得る。６進リングカウンタ３６のＰ
１がハイで待機しているときのみ逆起電力Ｕ１の立下り
を検出するよう逆起電力検出器１０を構成すれば、Ｕ１
の立下りの前後３０度の位相でのみ検出する。同様にＰ
２がハイでＷ１の立上り、Ｐ３がハイでＶ１の立下り、
Ｐ４がハイでＵ１の立上り、Ｐ５がハイでＷ１の立下
り、Ｐ６がハイでＶ１の立上りを検出する。このよう
に、逆起電力の立上り、立下りの前後３０度づつ検出で
きるようなマスク信号を発生できる。しかも検出できる
信号の順序が決定しているので起動時の誤動作を防ぎ、
起動特性を良くし、異常動作を防ぐことができる。

【００２１】図９にモータの回転数が遅いときの信号波
形図を示す。この場合も逆起電力の立上り、立下りに対
して前後３０度の位相のみで逆起電力を検出し、モータ
の回転数が小さくてもマスク信号と逆起電力の位相関係
は変化しない。

【００２２】以上のように本実施例によればモータの回
転数が変化する場合でも無調整で一定の位相関係を持つ
マスク信号を作成できる。さらに充放電信号により駆動
電流およびマスク信号を作成しており、マスク信号作成
用の特別な遅延回路を必要としない。

【００２３】次に逆起電力の立上り、立下りに対して任
意にマスク信号の位相を決定できるマスク信号発生器に
ついて、図面を参照しながら説明する。図１０は同マス
ク信号発生器の回路構成図、図１１は同マスク信号発生
器の各部の信号波形図である。図７に示すマスク信号発
生器ではマスク信号の位相は常に逆起電力の立上り、立
下りの前後３０度のみ検出しておりマスク信号の位相は
固定であったが、本実施例は任意に逆起電力の立上り、
立下りに対する位相を設定できるものである。簡単のた
めにモータの回転数が一定であって、かつ図５に示す台
形波電流合成器１１を構成する充放電回路２７，２８，
２９のコンデンサＣの充電電流Ｉｏおよび放電電流２Ｉ
ｏにばらつきがないことを条件として説明する。この時
充放電回路２３からの出力ＶＳＬ１，ＶＳＬ２，ＶＳＬ
３の最大値も一定となり、これをＶＳＬＰとする。また
電圧電流変換器２４により電流変換された電流の和は位
相により変化せず、ＩＳＬ１＋ＩＳＬ２＋ＩＳＬ３＝Ｉ
ｏとするとＩｏは一定である。Ｉｏ×Ｒ＝Ｖｒｅｆとす
ると、比較器３７，３８，３９においてＶｒｅｆとＶＳ
Ｌ１よりＣｒｅｆ１が、ＶｒｅｆとＶＳＬ２よりＣｒｅ
ｆ２が、ＶｒｅｆとＶＳＬ３よりＣｒｅｆ３が出力され
る。基準電圧Ｖｒｅｆ＝Ｉｏ×Ｒ＝ＶＳＬＰ／２となる
ように抵抗Ｒ４０の値を設定すると、Ｃｒｅｆ１がハイ
の位相はＵ１の立上り、立下りの前後３０度となる。こ
のように抵抗Ｒ４０を設定するとマスク信号の位相は図
７の回路構成および図８の信号波形図に示す実施例と同
様で、逆起電力検出器１０の出力信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１
の立上り、立下りに対して前後３０度の位相で検出可能
になる。

【００２４】次に基準電圧を決定する抵抗Ｒ４０を変更
した場合について、その動作を図１１を参照しながら説
明する。抵抗Ｒ４０を２Ｒ／３にすると基準電圧はＶＳ
ＬＰ／３となり、この時Ｃｒｅｆ１がハイの位相はＵ１
の立上り、立下りの前２０度、後４０度になる。以下同
様に動作し、マスク信号の位相は逆起電力検出器１０の
出力信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１の立上り、立下りに対して前
２０度、後４０度の位相で検出可能となる。このように
ＩＳＬ１，ＩＳＬ２，ＩＳＬ３の和をとることにより任
意に基準電圧を設定できるので、マスク信号の位相を逆
起電力のＵ１，Ｖ１，Ｗ１に対して任意に設定できる。

【００２５】本実施例では簡単のためにモータ回転数一
定で充放電回路２６，２７，２８のコンデンサＣ、充電
電流Ｉｏ、放電電流２Ｉｏにばらつきがないという条件
を前提としたが、この条件が成立しないときでもばらつ
きは存在するがマスク信号の位相を逆起電力Ｕ１，Ｖ
１，Ｗ１に対して任意に設定できる。さらに本実施例は
モータの回転数に関係なくマスク信号の位相を固定する
ことができる。

【００２６】

【発明の効果】以上のように本発明は、位置検出素子や
大容量のコンデンサを必要とせず、かつ逆起電力の波形
にのってくるスパイクパルス等を除去してモータが正常
に回転している位相に合った逆起電力のみを検出し、各
駆動コイルへの電流切り換えを滑らかに行い、モータ回
転時の騒音や振動を少なくできる優れたブラシレスモー
タの駆動装置を実現できるものである。

【００２７】また本発明は、逆起電力のみを検出するた
めのマスク信号の位相をモータの回転数によらず無調整
で決定できるため、回転速度が変動するモータにも適用
できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるブラシレスモータの
駆動装置の回路構成図

【図２】同ブラシレスモータの駆動装置の各部の信号波
形図

【図３】本発明の一実施例におけるブラシレスモータの
駆動装置を構成する逆起電力検出器の回路構成図

【図４】同逆起電力検出器の各部の信号波形図

【図５】本発明の一実施例におけるブラシレスモータの
駆動装置を構成する台形波電流合成器の回路構成図

【図６】同台形波電流合成器の各部の信号波形図

【図７】本発明の一実施例におけるブラシレスモータの
駆動装置を構成するマスク信号発生器の回路構成図

【図８】同マスク信号発生器の各部の信号波形図

【図９】モータの回転数が遅いときの同マスク信号発生
器の各部の信号波形図

【図１０】本発明の一実施例におけるブラシレスモータ
の駆動装置を構成する他のマスク信号発生器の回路構成
図

【図１１】同マスク信号発生器の各部の信号波形図

【符号の説明】

１，２，３ 駆動コイル ４，５，６，７，８，９ 駆動トランジスタ １０ 逆起電力検出器 １１ 台形波電流合成器 １２ マスク信号発生器 １３ 電流分配回路 １４ トルク指令信号発生回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数相のモータ駆動コイルに電流を供給
   する複数個の駆動トランジスタと、モータのトルク指令
   信号を発生するトルク指令信号発生回路と、前記トルク
   指令信号発生回路の出力信号により前記複数個の駆動ト
   ランジスタに順次電流を供給する電流分配回路と、前記
   電流分配回路に台形波電流を出力する台形波電流合成器
   と、前記モータ駆動コイルに発生する逆起電力を検出し
   波形整形する逆起電力検出器と、前記逆起電力検出器へ
   信号波形の一部をマスクする信号を出力するマスク信号
   発生器とを有するブラシレスモータの駆動装置。
2. 【請求項２】 台形波電流合成器が、逆起電力検出器の
   出力を複数系列のパルスに変換し前記複数系列のパルス
   の出力に応じて三角波を発生させる複数個の充放電回路
   と、前記複数個の充放電回路の出力電圧を電流に変換す
   る複数個の電圧電流変換回路と、前記複数個の電圧電流
   変換回路の出力電流を加算して台形波電流に合成する加
   算回路と、前記台形波電流を前記逆起電力検出器の出力
   に応じて吸い込み側駆動トランジスタに供給することと
   吐き出し側駆動トランジスタに供給することを切り換え
   る台形波電流切り換え回路とを有する請求項１記載のブ
   ラシレスモータの駆動装置。
3. 【請求項３】 マスク信号発生器が、逆起電力検出器の
   出力を複数系列のパルスに変換し前記複数系列のパルス
   の出力に応じて三角波を発生させる複数個の充放電回路
   の出力電圧同士を比較する複数個の比較器と、前記複数
   個の比較器の出力と前記逆起電力検出器の出力とを論理
   処理する論理回路とを有する請求項１または２記載のブ
   ラシレスモータの駆動装置。
4. 【請求項４】 マスク信号発生器が、逆起電力検出器の
   出力を複数系列のパルスに変換し前記複数系列のパルス
   の出力に応じて三角波を発生させる複数個の充放電回路
   の出力電圧を加算する加算回路と、前記加算回路の出力
   電圧に比例した電圧と前記複数の充放電回路の出力電圧
   とを比較する複数個の比較器と、前記複数個の比較器の
   出力と前記逆起電力検出器の出力とを論理処理する論理
   回路とを有する請求項１または２記載のブラシレスモー
   タの駆動装置。