JP2502680B2

JP2502680B2 - ブラシレスモ―タの駆動装置

Info

Publication number: JP2502680B2
Application number: JP63127773A
Authority: JP
Inventors: 和也岩田; 善博戸崎; 利雄深澤; 大三郎久保田; 誠宮本; 裕二永田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-05-25
Filing date: 1988-05-25
Publication date: 1996-05-29
Anticipated expiration: 2011-05-29
Also published as: JPH01298985A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、ステップ動作を行うブラシレスモータの駆
動装置に関するものである。

従来の技術従来より特開昭54-57111号公報に開示されたようなブ
ラシレス直流モータがあった。

以下に従来のブラシレス直流モータについて説明す
る。

第11図は、従来のブラシレス直流モータを示すもので
ある。第11図において、W₁，W₂，W₃及びW₄は４個の部分
巻線であり、これらの端は星形接続点に一括され、これ
は電源の正極に導かれ、各部分巻線の自由端はスイッチ
S₁〜S₄を介して電源の負極に導かれる。Ｒはロータであ
る。その磁極Ｎ−Ｓの方向は矢印111で示され、H₁，H₂
は２つのロータ位置検出器を示す。転流は、ロータＲが
時計の回転と反対方向に回転するように行われ、転流角
は45°,135°,225°,315°である。巻線W₃に通電すると
ローラＲは角度45°〜135°の範囲を、巻線W₄，W₁，W₂
にそれぞれ順に通電するとロータＲは、角度135°〜225
°,225°〜315°,315°〜45°の範囲に動かされる。巻
線W₂に通電すると、ロータＲは角度315°〜45°の範囲
に動かされる。転流信号のこの瞬間の状態が維持される
と、ロータＲは通電された巻線W₂の方向を向いた状態に
保持される。しかしこの時点に既に新しい信号が到来
し、これは巻線W₃を閉路しようとする。これを避けるた
め、中間記憶装置112が設けられ、これは巻線W₃への転
流信号を次のステップパルスによって既に存在する転流
信号が解除されるまで記憶する。

この回路を第11図ｂに示す。113は２つのホール素子H
₁，H₂からなるロータ位置検出器、114はホール素子の出
力を増幅する増幅器、115は増幅器114の出力よりスイッ
チS₁〜S₄のロータ位置に関する制御をする選択回路、11
6はロータ、117は転流回路、118はOR回路、119はプリセ
ット計数器、1110はAND回路、1111はOR回路である。選
択回路115の出力端子は中間記憶装置112の入力端子に接
続され、中間記憶装置112の入力信号は制御信号に基い
て出力端子に接続された転流回路117に送られる。この
状態は中間記憶装置112の入力端子に、次の制御信号が
到来するまで維持される。この様に選択回路115により
巻線W₂は通電され、従ってロータ116はこの巻線の方向
に保持され、この状態は中間記憶装置112が新しく制御
信号が得るまで維持される。このとき選択回路115はロ
ータ位置に対応して既に巻線W₂の通電を選択している。
この転流信号は中間記憶装置112を反復制御することに
より、連続するロータ運動が得られる。さらに転流信号
S₁〜S₄の変化の都度ステップパルスを選択回路115に誘
導し、OR回路1111を介して外部のプリセット計数器119
に導く。一方で、ステップパルスは直接中間記憶装置11
2の入力端子に導かれ、これによりロータ116のステップ
運動が発生する。このようなモータを位置設定に用いる
ため、外部プリセット計数器119が設けられ、これが実
施されるべき角度ステップの数を決定する。これによ
り、ステップパルスはAND回路1110及びOR回路1111を通
って中間記憶装置112の制御入力端子に供給される。予
定の位置が得られるまでプリセット計数器119から１つ
の信号がAND回路1110に送られる。この様に予定のステ
ップ数が得られるまで各ステップパルスが短時間的に中
間記憶装置112に導入される。このため新しい転流シー
ケンスが中間記憶装置112の出力側、従って転流回路117
に連続的に発生する。モータは各ステップパルスに従っ
て夫々１角ステップだけ回転する。

しかし、上記従来の方法ではモータを必要な角度で停
止させる等、角度指定して回転制御を行うことが不可能
であった。従って、コンパクトカセットテープレコーダ
装置のヘッド移動やピンチローラの圧接位置制御にモー
タを利用することができなかった。これは、圧接するた
めの位置制御にモータの回転を指定した角度で停止保持
する機能が必要であるためである。さらに、ヘッドピン
チローラの移動を高速に行いかつ、各移動及び圧接時に
おける負荷トルクに耐える高トルクが必要である。

発明が解決しようとする課題しかしながら前記従来の構成ではローラの位置検出器
であるホール素子が少なくともモータの相数と同じだけ
必要であり、又次のステップパルスを記憶する中間記憶
装置が必要であるとともに、この回転させたい角度に対
応したステップパルス系列を中間記憶装置で２個以上記
憶できないため、短い間隔のステップパルス系列には対
応できない、さらにモータ回転のステップ角数がモータ
のコイル数だけに依存しているので、細かなステップ動
作が不可能である。又、指定した角度でモータのロータ
を確実に停止させることができないという欠点を有して
いた。

本発明は、前記従来の問題点を解決するためになされ
たもので、ホール素子の数がモータの相数以下で、短い
間隔のステップパルス系列に対応でき、モータ回転のス
テップ角数がモータのコイル数だけに依存せず同相数の
モータを使用した場合より細かなステップ動作を可能に
すると共に、さらに指定した角度で確実に停止させるこ
とができる中間記憶装置の不要なブラシレスモータの駆
動装置を提供するものである。

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、所定の周期のクロック信号を発生させる
クロック信号発生手段と、ロータの回転位置を検出する
ロータ位置検出手段と、このクロック信号とロータ位置
検出手段の出力との位相差を検出する位相検出手段と、
この位相検出手段の出力に基づいてクロック信号発生手
段の出力であるクロック信号のデューティ比を変化させ
る同期クロック信号発生手段と、ステータの各コイルに
電流を流す電流駆動手段と、同期クロック信号発生手段
の出力である同期クロック信号に同期して電流駆動手段
を用いて各コイルに電流を流すタイミング及び流す期間
を制御するタイミング制御手段と、同期クロック信号を
外部指令により任意の時点からカウントするクロックカ
ウント手段と、このクロックカウント手段のカウント出
力が所定カウント数であることを検出するカウント検出
手段と、クロックカウント手段のカウント出力が所定カ
ウント数と一致したことをカウント検出手段が検出した
時の同期クロック信号に基づくタイミング制御手段の出
力を所定時間保持させ、所定時間後タイミング制御手段
の出力をリセットしかつカウント検出手段の出力がない
時はタイミング制御手段の出力を通過させる信号をタイ
ミング制御手段に与えるホールド・リセット手段とを備
えた構成となっている。

作用この構成によって、ブラシレスモータを同期クロック
信号に同期させてステッピングモータの様に動作させる
ことができ、かつ、ロータ位置検出手段の出力に基づい
て同期クロック信号を生成するため、モータをステップ
動作させてもモータの動作がステップパルスに追従しな
い脱調現象が生じない。また、モータのステップ角数が
モータのコイル数だけに依存せず細かなステップ動作が
可能である。さらに、クロックカウント手段とカウント
検出手段及びホールド・リセット手段により、指定した
角度で確実にモータを停止することができる。

実施例以下本発明の一実施例について、図面を参照しながら
説明する。第１図は、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ブロック図を示すものである。

第１図において、１は所定の周期のクロック信号を発
生させるクロック信号発生回路、２はロータの位置を検
出するロータ位置検出回路、３はクロック信号発生回路
１の出力とロータ位置検出回路２の出力との位相差を検
出する位相検出回路、４は位相検出回路３の出力に基づ
いてクロック信号のデューティ比を変化させる同期クロ
ック信号発生回路、５は同期クロック信号をカウントす
るクロックカウンタ、６はクロックカウンタ５のカウン
ト出力が所定のカウント数であることを検出するカウン
ト検出回路、７はブラシレスモータ10のステータの各コ
イルに電流を流すタイミング及び流す期間を制御するタ
イミング制御回路、８はカウント検出回路６の出力に基
づき、クロックカウンタ５のカウント出力が所定のカウ
ント数になったことを検出した時点の同期クロック信号
に基づくタイミング制御回路７の出力を所定時間保持し
所定時間保持後その出力をリセットすることを指令する
信号をタイミング制御回路７に与えるホールド・リセッ
ト回路、９はステータの各コイルに電流を供給する電流
駆動回路、10はブラシレスモータである。

本実施例では、ブラシレスモータ10としてステータの
各コイルがＹ結線された３相ブラシレスモータを用い、
同期クロック信号１周期で15°回転させ、かつブラシレ
スモータ10をさらに90°回転したところで回転を停止保
持させるものを例にとってロータの位置検出用センサー
であるホール素子が１個,2個,3個の場合について説明す
る。

第２図a,bはロータ位置検出回路２及びロータ，ステ
ータコイル，ホール素子の位置関係を示すものであり、
以下第３図は第２図ａの動作説明のための波形図、第４
図及び第５図は位相検出回路３及び同期クロック信号発
生回路４を示す回路図、第６図は位相検出回路３及び同
期クロック信号発生回路４の動作説明のための波形図、
第７図はタイミング制御回路７を示す回路図、第８図は
クロックカウンタ5,クロック検出回路及びホールド・リ
セット回路８を示す回路図、第９図ａは電流駆動回路９
を示す回路図、第９図ｂはブラシレスモータ10のコイル
結線図、第10図は同期クロック信号，タイミング制御回
路７及びホールド・リセット回路８の動作説明のための
波形図である。

次に本実施例のブラシレスモータ駆動装置の動作につ
いて述べる。

第１図のクロック信号発生回路１は、第６図に示す所
定周期のデューティ比50％のクロック信号を発生する。
また、第１図のロータ位置検出回路２は、第２図ａに示
す回路構成で３個のコンパレータ21,22,23、２個のEX-O
Rゲート24,25からなる。又、本実施例における３相ブラ
シレスモータは第２図ｂに示す様に８極の磁極からなる
ロータ26,向かい側同志が直列につながった６個のステ
ータコイル27及び３個のホール素子H₁，H₂，H₃から構成
されている。ロータ位置検出回路２の動作を第３図にて
示す。ホール素子の出力はある直流レベル（ホール素子
のバイアス電流で決定される）を持つ互いに逆相の出力
H⁺，H^-を持つ。この２つの信号H⁺，H^-をコンパレータの
入力とすることで第３図ａの丸印部分のゼロクロス点即
ちロータの磁極の境界点を検出する。従って３個のホー
ル素子の出力を３個のコンパレータ21〜23でコンパレー
トした出力を２個のEX-ORゲート24,25で合成するとロー
タ回転角15°に対応した信号が得られる。第２図ａの各
部波形を第３図ｂに示す。この場合ホール素子３個の場
合について説明したが、ロータ位置検出回路２はホール
素子１個の場合、１個のコンパレータ21だけで構成で
き、ホール素子２個の場合２個のコンパレータと１個の
EX-ORゲートで構成でき、夫々の場合のロータ位置検出
回路２の出力は第３図ｂに示すＡ及びＤの信号となる。
次に第１図の位相検出回路３はクロック信号発生回路１
の出力とロータ位置検出回路２の出力の位相を比較する
が、位相比較を行うためにクロック信号発生回路１の出
力を変換する回路を第４図に示す。

これは４個のJKフリップフロップ41〜44,1個のNANDゲ
ート45と１個のデータセレクタ46からなり、駆動する３
相ブラシレスモータの持つホール素子数に対応した位相
比較用クロック信号を生成する。この位相比較用クロッ
ク信号は、ホール素子数が０個の場合、クロック信号発
生回路１の出力であるクロック信号と同一であり、ホー
ル素子数が１〜３個の場合、第６図に示す波形のように
なる。この位相比較用クロック信号とロータ位置検出回
路２の出力の位相差を位相検出回路３で検出し、この出
力に基づいて同期クロック信号発生回路４で同期クロッ
ク信号を生成する。この位相検出回路３及び同期クロッ
ク信号発生回路４を第５図に示す。

第５図は、２つの信号の正のエッジの位相差を検出す
る位相検出器51、２つの信号の負のエッジの位相差を検
出する位相検出器52及び２つの位相検出器51,52の出力
に基づいて同期クロック信号を生成する３つのORゲート
53〜55,1個のNORゲート56,1個のANDゲート57からなる。
第５図の動作を第６図を用いて説明する。但し、ホール
素子数が０個の場合は同期クロック信号はクロック信号
と同一である。第６図からわかる様に、位相検出回路３
及び同期クロック信号生成回路４は、クロック信号発生
回路１の出力であるクロック信号を位相比較用クロック
信号に変換し、この信号とロータ位置検出回路２の出力
信号との位相差を比較する。そしてこの位相差に基づい
て、クロック信号のデューティ比を変化させた同期クロ
ック信号を生成する。よってこの同期クロック信号に基
づいて、タイミング制御回路７はステータの各コイルに
電流を流すタイミング及び流す期間を制御する信号を出
力する。このタイミング制御回路７の回路構成を第７図
に示す。このタイミング制御回路は４個のJKフリップフ
ロップ71〜74と６個のＤフリップフロップ75〜710,及び
３個のANDゲート711〜713と１個のインバータからな
る。このタイミング制御回路７は、入力される同期クロ
ック６周期分を１周期とする互に重り合わない３相クロ
ックを４個のJKフリップフロップ71〜74で生成する。こ
の様に生成した３相クロック信号を６個のＤフリップフ
ロップ75〜710で、同期クロック信号に基づいて遅延さ
せた出力がφ₁〜φ₆である。このφ₁〜φ₆がタイミング
制御回路７の出力である。タイミング制御回路７の出力
信号に基づいて電流駆動回路９がステータの各コイルに
電流を流しブラシレスモータ10を駆動する。電流駆動回
路９を第９図に示す。この電流駆動回路９は６個のトラ
ンジスタQ₁〜Q₆で構成されたおり、第７図のタイミング
制御回路７の出力φ₁〜φ₆で直接駆動される。そして第
９図ｂに示す様にＹ結線されたブラシレスモータコイル
に電流を供給する。さらにクロックカウンタ５は、同期
クロック信号発生回路４の出力である同期クロック信号
を外部から与えられるカウント開始信号に基づいてカウ
ントを行う。そしてカウント検出回路６は、クロックカ
ウンタ５の出力であるカウント値が所定カウント数であ
ることを検出する。そしてホールド・リセット回路８
は、カウント検出回路６の出力に基づいて、タイミング
制御回路７に制御信号を出力する。すなわち、クロック
カウンタ５の出力が所定カウント数であることをカウン
ト検出回路６が検出した時は、検出した時のタイミング
制御回路７の出力を所定時間保持し、所定時間後、タイ
ミング制御回路７の出力をリセットする信号をホールド
・リセット回路８は、タイミング制御回路７に与える。
このクロックカウンタ5,カウント検出回路６及びホール
ド・リセット回路８を第８図に示す。第８図において、
クロックカウンタ５及びカウント検出回路６は、３個の
JKフリップフロップ81〜83,NANDゲート87,ANDゲート88
から成り、ホールド・リセット回路８はSRフリップフロ
ップ84,モノマルチバイブレータ85及びＤフリップフロ
ップ86から成る。

以上の一連の動作を第10図を用いて説明する。クロッ
ク信号発生回路１の出力でるクロック信号に基づいてタ
イミング制御回路７が動作する。そして、このタイミン
グ制御回路７の出力に基づいて、電流駆動回路９がブラ
シレスモータ10に電流を供給する。これによりブラシレ
スモータ10が回転する。よってこの回転をロータ位置検
出回路２が検出する。そして位相検出回路３がクロック
信号発生回路１の出力であるクロック信号を位相比較用
クロック信号に変換しこの信号とロータ位置検出回路２
の出力信号との位相差を検出する。この位相検出回路３
の出力に基づいて、同期クロック信号発生回路４がクロ
ック信号のデューティ比を変化させ同期クロック信号を
生成する。この同期クロック信号は、本実施例では、ホ
ール素子数が０個の場合クロック信号と同一である。
又、ホール素子数が１個の場合、ロータが45°回転する
のに要する時間と同期クロック３パルス分の周期和が等
しい。ホール素子数が２個の場合、ロータが30°回転す
るのに要する時間と同期クロック２パルス分の周期和が
等しい。さらにホール素子数が３個の場合ロータが15°
回転するのに要する時間と同期クロックの周期が等し
い。この同期クロック信号に基づいてタイミング制御回
路７は、出力φ₁〜φ₆を出力する。この出力φ₁〜φ₆に
基づいて、電流駆動回路９のトランジスタQ₁〜Q₆がオン
し、ブラシレスモータ10を駆動する。さらに第10図の様
に、ブラシレスモータ10が60°回転した後、クロックカ
ウンタ５にカウント開始信号を与える。これにより、ク
ロックカウンタ５は同期クロック信号をカウントする。
ところでクロックカウンタ５は第８図に示す様に６進カ
ウンタであるため、ブラシレスモータ10が60°の回転位
置から90°回転した150°のところでカウント信号を出
力する。これをカウント検出回路６が所定カウント数で
あるカウント検出回路６を検出する。この検出出力に基
づいてホールド・リセット回路８は、カウント検出回路
６が所定カウント数であることを検出した時、即ちロー
タ回転角150°の時のタイミング制御回路７の出力φ₁〜
φ₆を所定時間ホールドする信号をタイミング制御回路
７に与える。そして、その所定時間後タイミング制御回
路７の出力φ₁〜φ₆をリセットする信号をホールド・リ
セット回路８がタイミング制御回路７に与える。これに
よって、ブラシレスモータ10を150°回転したところ
で、確実に回転を制止することができる。

なお、クロック信号は、クロック信号発生回路１の出
力としたが、クロック信号発生回路１の出力であるクロ
ック信号と同じ周期で同じデューティ比を持つなら外部
から与える外部クロックとしクロック信号発生回路１を
省略することもできる。

発明の効果以上の様に本発明は、所定の周期のクロック信号を発
生させるクロック信号発生手段と、ロータの回転位置を
検出するロータ位置検出手段と、このクロック信号とロ
ータ位置検出手段の出力との位相差を検出する位相検出
手段と、この位相検出手段の出力に基づいてクロック信
号発生手段の出力であるクロック信号のデューディ比を
変化させる同期クロック信号発生手段と、ステータの各
コイルに電流を流す電流駆動手段と、同期クロック信号
に同期して電流駆動手段を用いて各コイルに電流を流す
タイミング及び流す期間を制御するタイミング制御手段
と、同期クロック信号を外部指令により任意の時点から
カウントするクロックカウント手段と、このクロックカ
ウント手段のカウント出力が所定カウント数と一致した
ことをカウント検出手段が検出した時の同期クロック信
号に基づくタイミング制御手段の出力を所定時間保持さ
せ、所定時間後タイミング制御手段の出力をリセットし
かつカウント検出手段の出力がない時はタイミング制御
手段の出力を通過させる信号をタイミング制御手段に与
えるホールド・リセット手段とを設けることにより、ブ
ラシレスモータを同期クロック信号に同期させてステッ
ピングモータの様に動作させることができかつ、ロータ
位置検出手段の出力に基づいて同期クロック信号を生成
するため、モータをステップ動作させても脱調現象が生
じない。また、モータのステップ角数がモータのコイル
数だけに依存せず細かなステップ動作が可能である。又
ロータの位置検出器であるホール素子数がモータの相数
以下であり、ホール素子数の削減が可能である。さらに
クロックカウント手段とカウント検出手段及びホールド
・リセット手段により、指定した角度で確実にモータを
停止することができるなど産業上多大な効果を有するも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるブラシレスモータの
駆動装置のブロック図、第２図はロータ位置検出回路及
びロータ，ステータコイル，ホール素子の位置関係を示
す状態図、第３図は第２図の動作説明のための波形図、
第４図は位相検出回路の一部である位相比較用クロック
信号生成回路の回路図、第５図は位相検出回路及び同期
クロック信号発生回路を示す回路図、第６図は第４図及
び第５図の動作説明のための波形図、第７図はタイミン
グ制御回路の回路図、第８図はクロックカウンタ，クロ
ック検出回路及びホールド・リセット回路を示す回路
図、第９図は電流駆動回路及びブラシレスモータのコイ
ル結線を示す回路図、第10図は第７図，第８図の動作説
明のための波形図、第11図は従来のブラシレス直流モー
タの構成図である。１……クロック信号発生回路、２……ロータ位置検出回
路、３……位相検出回路、４……同期クロック信号発生
回路、５……クロックカウンタ、６……カウント検出回
路、７……タイミング制御回路、８……ホールド・リセ
ット回路、９……電流駆動回路、10……ブラシレスモー
タ。

フロントページの続き (72)発明者久保田大三郎大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者宮本誠大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者永田裕二大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (56)参考文献特開昭56−129587（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−162978（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−236384（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の周期のクロック信号を発生させるク
ロック信号発生手段と、ロータの回転位置を検出するロ
ータ位置検出手段と、前記クロック信号と前記ロータ位
置検出手段の出力との位相差を検出する位相検出手段
と、前記位相検出手段の出力に基づいて前記クロック信
号のデューティ比を変化させる同期クロック信号発生手
段と、ステータの各コイルに電流を流す電流駆動手段
と、前記同期クロック信号発生手段の出力である同期ク
ロック信号に同期して前記電流駆動手段を用いて前記各
コイルに電流を流すタイミング及び流す期間を制御する
タイミング制御手段と、前記同期クロック信号を外部指
令により任意の時点からカウントするクロックカウント
手段と、前記クロックカウント手段のカウント出力が所
定カウント数であることを検出するカウント検出手段
と、前記クロックカウント手段のカウント出力が前記所
定カウント数と一致したことを前記カウント検出手段が
検出した時の前記同期クロック信号に基く前記タイミン
グ制御手段の出力を所定時間保持させ、前記所定時間後
前記タイミング制御手段の出力をリセットしかつ前記カ
ウント検出手段の検出出力がない時は、前記タイミング
制御手段の出力を通過させる信号を前記タイミング制御
手段に与えるホールド・リセット手段とを具備したこと
を特徴とするブラシレスモータの駆動装置。
【請求項２】同期クロック信号の所定クロック数の周期
和は、ロータが所定角度回転するのに要する時間と同一
であることを特徴とする請求項１記載のブラシレスモー
タの駆動装置。
【請求項３】タイミング制御手段は、同期クロック信号
発生手段の出力である同期クロック信号に基いて、前記
同期クロック１周期でロータを所定角度回転させるため
にステータの各コイルに流す電流のタイミングと期間を
決定することと、外部信号により前記タイミング制御手
段の出力信号を出力、ホールド及びリセットすることを
特徴とする請求項１記載のブラシレスモータの駆動装
置。