JPH01291690A

JPH01291690A - ブラシレスモータの駆動装置

Info

Publication number: JPH01291690A
Application number: JP63120463A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Iwata; 和也岩田; Yoshihiro Tozaki; 善博戸崎; Toshio Fukazawa; 利雄深澤; Daizaburo Kubota; 久保田　大三郎; Makoto Miyamoto; 誠宮本; Yuji Nagata; 裕二永田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-05-19
Filing date: 1988-05-19
Publication date: 1989-11-24

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、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）従来のブラシレスモータ駆動装置は、モータを連続回転
させるものである。それは、ホール素子に代表される位
置検出素子またはロータが回転することにより、各コイ
ルの両端に発生する逆誘起電圧を用いてロータの位置を
検出する。そして、モータが滑らかに回転するように各
コイルに電流を通電するタイミングを判断し、また、各
コイルに通電する電流の量を可変することにより、モー
タが発生するトルクを制御することが可能であった。し
かし、必要な角度で停止させるなど、角度を指定して回
転制御を行うことが不可能であった。

ところで、角度を指定して回転制御を行う用途には、外
部からのステップパルスに同期してステップ動作が可能
なステッピングモータが用いられる。しかし、ステップ
パルスの周期を短くすると、極端にトルクが小さくなる
ことや、ステッピングモータの動作がステップパルスに
追従しない税調が生じるという欠点を有していた。

ところで、例えばコンパクトカセットテープレコーダ装
置において、記録、再生および消去ヘッドをテープに圧
接するため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ある。

この場合、モータの回転を指定した角度で停止し、かつ
ヘッドやピンチローラの移動を高速に行い、かつ各移動
およ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。

そこで、従来より特開昭５４−５７１１１号公報に公開
されているようなブラシレス直流モータを用いたものが
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８図は、従来のブラシレス直流モータを示すものであ
る。同図（ａ）において、ｗ、、　Ｗ２．　Ｗ。

および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８１〜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−８の方向は矢印８１で示され、Ｈ１ｔＩＩ
、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ａＷ１に通電すると、ロータＲは角度４５゜〜
１３５″′の範囲を１巻線Ｗ、、Ｗ、、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
信号列が到来し、これは巻線Ｗ、を閉路しようとする。

これを避けるため、中間記憶装置８２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８図（ｂ）に示す。８３は２つのホール素
子Ｈ０，Ｈ，からなるロータ位置検出器、８４はホール
素子の出力を増幅する増幅器、８５は増幅器８４の出力
よりスイッチＳ工〜Ｓ４のロータ位置に関する制御をす
る選択回路、８６はモータＭのロータ、８７は転流回路
、８８はＯＲ回路、８９はプリセット計数器、８１０は
ＡＮＤ回路、８】１はＯＲ回路である。

選択回路８５の出力端子は中間記憶装置８２の入力端子
に接続され、中間記憶装置ａ８２の入力信号は制御信号
に基づいて出力端子に接結された転流回路８７に送られ
る。この状態は、中間記憶装置８２の入力端子に次の制
御信号が到来するまで維持される。

このように、選択回路８５により巻線Ｗ２は通電され、
従って、ロータ８６はこの巻線の方向に保持され、この
状態は中間記憶装置８２が新しく制御信号が得るまで維
持される。この時、選択回路８５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８２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（Ｓ、〜Ｓ
４）の変化の都度ステップパルスを選択回路８５に誘導
し、ＯＲ回路８８を介して外部のプリセット計数器８９
に導く。−方で、ステップパルスは直接中間記憶装置の
入力端子に導かれ、これによりロータのステップ運動が
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８９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８１０および
ＯＲ回路８１１を通って中間記憶装置８２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８９から１つの信号がＡＮＤ回路８１０に送られ
る。このように、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８２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８２
の出力側、従って転流回路８７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角ステツプだけ
回転する。

（発明が解決しようとする課題）」―記従来の構成では、回転させたい角度に対応したス
テップパルス系列を外部から供給する必要があり、制御
が複雑になると共に、そのステップパルスを一次記憶す
る中間記憶装置が必要である。

また、モータのステップ角数がモータのコイル数だけに
依存しているので、細かなステップ動作が不可能である
。さらに、指定した角度で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。

本発明の目的は、前記従来の問題点を解決するもので１
回転させたい角度に対応したステップパルス系列を外部
から供給する必要がなく、外部回路が不要となり、さら
に、ステップパルスを一次記憶する中間記憶装置が不要
となる。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、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が可能である。さらに、指定した角
度で確実に停止させることができるブラシレスモータの
駆動装置を提供する二とである。

（課題を解決するための手段）本発明のブラシレスモータの駆動装置は、ステータの各
コイルに電流を流す電流駆動手段と、この電流駆動手段
を用いて各コイルに電流を流すタイミングと流す期間を
制御するタイミング制御手段と、このタイミング制御手
段の動作を所定のタイミングで同期させるための同期ク
ロック信号を発生させる同期クロック信号発生手段と、
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、この所定時
間後、タイミング制御手段の出力をリセットし、かつカ
ウント検出手段の検出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、ロータの回転位置を検出
するロータ位置検出手段とを備えたものである。

（作　用）上記構成によって、ブラシレスモータを同期クロック＜
１１号に同期させてステッピングモータのように動作さ
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
プ動作させても税調現象が生じない。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およびホールド・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、第１図ないし第７図
に基づいて説明する。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。同図において。

１はロータの位置を検出するロータ位置検出回路。

２は同期クロック信号を発生させる同期クロック信号発
生回路、３は同期クロック信号をカウントするクロック
カウンタ、４はクロックカウンタ３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
、５はブラシレスモータのステータの各コイルに電流を
流すタイミングおよび流す期間を制御するタイミング制
御回路、６はカウント検出回路４の出力に基づき、クロ
ックカウンタ３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（タ
イミング制御回路５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に与えるホールド・リセット回路、
７はステータの各コイルに電流を供給する電流駆動回路
、８はブラシレスモータである。

本実施例では、ブラシレスモータとしてステータの各コ
イルがＹ結線されており、かつロータの位は検出用セン
サとして３個のホール素子を持つ：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を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説明する。

第２図（ａ）、（ｂ）は、ロータ位置検出回路と同期ク
ロック（ｇ号発生回路およびロータ、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）の動作説明図、第４図はタ
イミング制御回路図、第５図はクロックカウンタ、クロ
ック検出回路およびホールド・リセット回路を示す回路
図、第６図（ａ）は電流駆動回路図、第６図（ｂ）はブ
ラシレスモータのコイル結線図、第７図は同期クロック
信号、タイミング制御回路およびホールド・リセット回
路の動作説明図である。

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図の同期クロック信号発生回路２は、ロータ位置検
出回路１の出力信号に基づいて同期クロック信号を発生
する。この動作を第２図、第３図を用いて説明する。第
２図（ａ）に示すように、ロータ位置検出回路と同期ク
ロック信号発生回路は。

コ３個ノコンパＬ／−夕２１．２２．２３．　２個（７
１Ｅ　Ｘ　ＯＲゲート２４．２５、ＡＮＤゲート２６、
ＯＲゲー１−２７および］ショットトリガ２８からなる
。ところで、本実施例における：３相ブラシレスモータ
は、第２図（ｂ）に示すように一８極のロータ、向かい
測量士が直列につながった６個のステータコイルおよび
：３個のホール素子）−Ｌ、Ｈ，、Ｈ３からなる。この
ホール素子の出力をコンパレータ２１．２２．２３でコ
ンパレートする。この動作説明図を第：Ｓ図（ａ）に示
す。ホール素子から出力される互いに逆相の２つの信号
をコンパレータの入力とすることで、ゼロクロス点、す
なわちロータの磁極の境界点を検出する。この３個のコ
ンパレータ出力を２個のＥＸ、　ＯＲゲート２４．２５
’ｔ’合成し、ロータ回転角１５”に対応したクロック
信号を生成する。これを第３図（ｂ）に示す。しかし、
第３図（ｂ）のＥ点の信号はロータが回転しないと発生
しないため、モータ起動信号を１シヨツトトリガ２８で
生成し、論理ゲート２６．２７でＥ点の信号と合成し、
同期クロック信号とする。次に、第１図のタイミング制
御回路５は、同期クロック信号発生回路２の出力である
同期クロック信号に基づいて、ステータの各コイルに電
流を流すタイミングおよ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を第４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Ｏツブ４
１．４２．４３．４４．６個のＤフリップフロップ４５
．４６．４７．４８．４９．４１０、ＮＯＴゲート４１
１および３個のＡＮＤゲート４１２゜４１３、４１４か
らなる。このタイミング制御回路は。

入力される同期クロック信号６周期分を１周期とする互
いに重なり合力ない３相クロツクを３個のＪＫフリップ
フロップ４１．４２．４３で生成する。このように生成
した３相りロック信号を６個のＤフリップフロップ４５
．４６．４７．４ｇ、　４９．４１０で同期クロック信
号に基づいて遅延させた出力が、φ１゜φ２．φ３．φ
４．φ５．φ６である。このφ、〜φ６がタイミング制
御回路５の出力である。タイミング制御回路５の出力信
号に基づいて電流駆動回路７がステータの各コイルに電
流を流し、ブラシレスモータ８を駆動する。電流駆動回
路７を第６図（ａ）に示す。この電流駆動回路は、６個
のトランジスタＱ、、Ｑ、、Ｑ、、Ｑ、、Ｑｓ＋　Ｑｓ
で構成されており、第４図のタイミング制御回路の出力
φ、。

φ２．φ３．φ４．φ９．φ６で直接駆動される。そし
て、第６図（ｂ）に示すように、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３は、同期クロック信号発生口；格２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４は、クロックカウンタ：３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６は、カウント検出回路４の出力
にＪｌｔづいてタイミング制御回路５に制御信号を出力
する。すなわち、クロックカウンタ３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４が検出した時は
、検出した時のタイミング制御回路５の出力を所定時間
保持し、所定時間後１、タイミング制御回路５の出力を
リセットする信号を、ホールド・リセット回路６はタイ
ミング制御回路５に与える。また、クロックカウンタ３
のカウント出力が所定カウント数でない時は、タイミン
グ制御回路の出力を通過させる４４号をホールド・リセ
ット回ｇ６はタイミング制御回路５に与える。このクロ
ックカウンタ３．カウント検出回路４およびホールド・
リセット回路６を第５図に示す。第５図において、クロ
ックカウンタおよびカウント検出回路は、３個のＪＫフ
リップフロップ５１．５２゜５３、ＡＮＤゲート５４．
５５からなる。また、ホールド・リセット回路は、ＳＲ
フリップフロップ５６゜１ショットトリガ５７．Ｄフリ
ップフロップ５８からなる。

以上の一連の動作を第７図を用いて説明する。

モータ起動信号を同期クロック信号発生回路２に与える
と、このモータ駆動信号に基づいてタイミング制御回路
５が動作する。そして、このタイミング制御回路５の出
力に基づいて電流駆動回路７″がブラシレスモータ８に
電流を供給する。これにより、ブラシレスモータ８が回
転し、これをロータ位置検出回路１がロータの回転を検
出する。この検出信号に基づいて、同期クロック信号発
生回路２が同期クロック信号を生成する。この同期クロ
ック信号は、本実施例において３相ブラシレスモータを
例としているため、ロータ回転角が１５６回転するごと
に１パルスを生成する。そのため、同期クロック信号の
１周期はロータの回転速度に比例している。この同期ク
ロック信号に基づいて、タイミング制御回路５は出力φ
□〜φ、を出力する。

この出力φ、〜φ６に基づいて、電流駆動回路７のトラ
ンジスタＱ１〜Ｑ６がオンし、ブラシレスモータ８を駆
動する。さらに、第７図のようにブラシレスモータ８が
６０°回転した後、クロックカウンタ；３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３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３は６進カウンタであるため、ブラシレスモータ
８が６０″の回転位置から９０″回転した１５０°回転
した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４が所定カウント数であるカウント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
６はカウント検出回路４が所定カウント数であることを
検出した時、すなわちロータ回転角１５０°の時のタイ
ミング制御回路５の出力φ、〜φ６を所定時間ホールド
する信号をタイミング制御回路５に与える。そして、そ
の所定時間後、タイミング制御回路５の出力φ、〜φ６
をリセットする信号をホールド・リセット信号６がタイ
ミング制御回路５に与える。これによって、ブラシレス
モータを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。

（発明の効果）本発明によれば、ステータの各コイルに電流を流す電流
駆動手段と５電流駆動手段を用いて各コイルに流すタイ
ミングと流す期間を制御するタイミング制御手段と、タ
イミング制御手段の動作を所定のタイミングで同期させ
るための同期クロック信号を発生させる同期クロック信
号発生手段と、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、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リセットし、かつカ
ウント検出手段の検出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、ロータの回転位置を検出
するロータ位置検出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
ッピングモータのよう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。さらに、クロックカウント手段とカウント検出手段
およびホールド・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させることができ、その実用上の効
果は大である。

【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（ａ）。（ｂ）はロータ位置検出回路と同期クロック信号発生回
路およびロータ、ステータコイル、ホール素子の位置関
係を示す図、第３図は第２図（ａ）の動作説明図、第４
図はタイミング制御回路図、第５図はクロックカウンタ
、クロック検出回路およびホールド・リセット回路を示
す回路図、第６図（ａ）は電流駆動回路図、第６図（ｂ
）はブラシレスモータのコイル結線図、第７図は同期ク
ロック信号、タイミング制御回路およびホールド・リセ
ット回路の動作説明図、第８図は従来のブラシレス直流
モータの構成図である。１・・・ロータ位置検出回路、　　２・・・同期クロッ
ク信号発生回路、　３・・・クロックカウンタ、　４・
・・カウント検出回路、　　５・・・タイミング制御回
路、　６・・・ホールド・リセット回路、　　７・・・
電流駆動回路図シレスモータ。第２図（ａ）入テータコイル第３図（ａ）（ｂ）七【　　　　　　＋コ ξ＼ミΩＰ厘！口り　　　　　ψ 伸Ｏ帽〇ニー　　　　　　　−一＋：′ 第６図〒ｖｃｃ（ｂ）第８図（ａ）（ｂ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ステータの各コイルに電流を流す電流駆動手段と
、前記電流駆動手段を用いて、前記各コイルに電流を流
すタイミングおよび流す期間を制御するタイミング制御
手段と、前記タイミング制御手段の動作を所定のタイミ
ングで同期させるための同期クロック信号を発生させる
同期クロック信号発生手段と、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づく前記タ
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、ロー
タの回転位置を検出するロータ位置検出手段とを具備し
たことを特徴とするブラシレスモータの駆動装置。
（２）同期クロック信号発生手段は、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発生し、前記同
期クロック信号の１周期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。
（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づいて、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
出力信号を出力し、ホールドおよびリセットすることを
特徴とする請求項（２）記載のブラシレスモータの駆動
装置。