JPH05236792A - ２相ユニポーラセンサレスモータの駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 特に磁気的停留点と電気的停留点とが異なる
２相センサレスモータにおいて、起動時に一定方向に回
転させ、かつ最適な切り換えタイミングの決定が可能と
される２相ユニポーラセンサレスモータの駆動回路を提
供する。 【構成】 励磁状態において磁界を発生するステータ
と、このステータとの電磁相互作用により回転力を得る
ロータとを備えたファンモータに適用され、それぞれの
コイル両端に発生する逆起電力の大小を判定するヒステ
リシスコンパレータ１，２と、これらのヒステリシスコ
ンパレータ１，２の結果に応じて出力電圧を決定する論
理回路３，４としてのＮＯＴ素子５，６、３入力のＡＮ
Ｄ素子７，８およびトランジスタ９，１０などから構成
され、履歴現象の利用により、起動時にロータが磁気的
停留点から電気的停留点へ移動されるようになってい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、２相ユニポーラセンサ
レスモータに関し、特に磁気的停留点と電気的停留点と
が異なるファンモータにおいて、特別な起動回路を追加
することなく、起動時に一定方向への回転を可能とし、
その上最適な切り換えタイミングの決定が可能とされる
２相ユニポーラセンサレスモータの駆動回路に適用して
有効な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、冷却用などのファンモータとして
は、たとえば励磁状態において磁界を発生するステータ
と、このステータとの電磁相互作用により回転力を得る
ロータとを備え、コイルの誘起電圧を利用するセンサレ
スタイプのブラシレスモータが用いられるようになって
きており、多くの場合に半導体チップ化された電子回路
による回転制御が行われている。

【０００３】この場合に、ロータの回転に伴い、ロータ
に固定されているマグネットが移動するためにステータ
を貫く磁束が時間的に変化し、この磁束変化によってス
テータに巻かれているコイルに逆起電力が発生される。

【０００４】また、モータの起動時には、モータが停止
状態でありコイルに逆起電力が発生しないために、ステ
ータとロータの位置に関係なく片側のコイルを強制的に
励磁することによってロータを電気的停留点へ移動さ
せ、ロータが回転し始めた後はコイル両端に発生する逆
起電力の大小をコイルの切り換え信号として回転制御が
行われている。

【０００５】すなわち、モータが停止する時には必ず磁
気的停留点で停止する。また、２相ユニポーラモータの
場合、電気的停留点で通電してもトルクは生じない。そ
こで、電気的停留点で停止してしまった場合の再起動の
不能を防ぐために、磁気的停留点と電気的停留点とをず
らして電気的停留点にモータが停止しないような構造と
なっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記のよう
な従来技術においては、起動時にロータを電気的停留点
へ移動させなければならず、このために起動時にのみ片
側コイルを強制的に励磁するための特別な起動回路が必
要となり、それによって回路構成上の問題点が生じてい
る。

【０００７】たとえば、最初の通電時間、通電休止時
間、さらに通電再開時間をコンデンサで設定する場合な
どは、コンデンサの静電容量が大きく、ＩＣに内蔵でき
ないために回路構成が複雑になるという問題がある。

【０００８】また、モータの切り換えタイミングを決定
する場合には、たとえばコンデンサと抵抗を用いてコイ
ル誘起電圧信号を遅延させ、基準電圧信号と比較した後
に論理処理して必要な励磁信号を得ることによって可能
となるものの、コンデンサおよび抵抗などの外付け部品
が必要となり、集積度を上げる場合の大きな障害となっ
ている。

【０００９】そこで、本発明の目的は、特に磁気的停留
点と電気的停留点とが異なる２相センサレスモータにお
いて、特別な起動回路を追加することなく、起動時に一
定方向に回転させることができる２相ユニポーラセンサ
レスモータの駆動回路を提供することにある。

【００１０】また、本発明の他の目的は、モータの回転
時において、最適な切り換えタイミングを決定すること
ができる２相ユニポーラセンサレスモータの駆動回路を
提供することにある。

【００１１】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。

【００１３】すなわち、本発明の２相ユニポーラセンサ
レスモータの駆動回路は、励磁状態において磁界を発生
するステータと、このステータとの電磁相互作用により
回転力を得るロータとを備え、コギング停止位置である
磁気的停留点と、電気的ロック位置である電気的停留点
とが異なる２相ユニポーラセンサレスモータであって、
ステータのコイル両端に発生する逆起電力の大小を判定
するヒステリシスコンパレータと、このヒステリシスコ
ンパレータの結果に応じて出力電圧をＬｏｗレベルまた
はＨｉｇｈレベルに決定する論理回路とを備えるもので
ある。

【００１４】この場合に、前記ヒステリシスコンパレー
タの代わりにウインドウコンパレータを用い、さらにコ
イル２相間の端子電圧の大小を比較判定するコンパレー
タを追加するようにしたものである。

【００１５】

【作用】前記した２相ユニポーラセンサレスモータの駆
動回路によれば、ヒステリシスコンパレータおよび論理
回路が備えられることにより、ヒステリシスコンパレー
タによる履歴現象を利用し、起動時に一方の論理回路の
出力電圧をＨｉｇｈレベルとし、他方の論理回路の出力
電圧をＬｏｗレベルとして互いに異ならせることによっ
て２相のコイルのうち１相のみを励磁して、ロータを磁
気的停留点から電気的停留点へ移動させることができ
る。

【００１６】これにより、特別な起動回路を付加するこ
となく、モータを磁気的停留点から電気的停留点へ移動
する一定方向に回転させることができる。

【００１７】この場合に、ヒステリシスコンパレータの
代わりにウインドウコンパレータが用いられ、さらにコ
ンパレータが追加されることにより、ウインドコンパレ
ータの判定に応じてコイル２相間の巻線分布容量などの
コイル特性の違いが補正され、起動時に一方のコイルが
励磁され、また適正なコイルの相切り換えタイミングを
決定することができる。

【００１８】その上、サージ電圧の発生などによりコイ
ル両端の逆起電力が変化した場合においても、この逆起
電力の変化による影響を取り除き、補正された最適な相
切り換えタイミングを得ることができる。

【００１９】これにより、モータの実情（逆起電力検出
回路の収納と小形化によるスペース的な問題など）に即
しながら、能動部品のみによる切り換えによってワンチ
ップＩＣ化を図ることができる。

【００２０】

【実施例１】図１は本発明の一実施例である２相ユニポ
ーラセンサレスモータの駆動回路を示す回路図、図２は
本実施例の駆動回路において、起動時における各部の出
力信号を示すタイミングチャート図、図３は定常回転時
におけるタイミングチャート図である。

【００２１】まず、図１により本実施例の２相ユニポー
ラセンサレスモータの駆動回路の構成を説明する。

【００２２】本実施例の駆動回路は、たとえば励磁状態
において磁界を発生するステータと、このステータとの
電磁相互作用により回転力を得るロータとを備え、コギ
ング停止位置である磁気的停留点と、電気的ロック位置
である電気的停留点とが異なるファンモータに適用さ
れ、それぞれのコイル両端に発生する逆起電力の大小を
判定するヒステリシスコンパレータ１，２と、これらの
ヒステリシスコンパレータ１，２の結果に応じて出力電
圧を決定する論理回路３，４などから構成され、履歴現
象が利用され、起動時にロータが磁気的停留点から電気
的停留点へ移動されるようになっている。

【００２３】ヒステリシスコンパレータ１，２は、それ
ぞれ入力端子である一方の非反転端子が抵抗Ｒ１，Ｒ２
を通じて、定電圧（＋Ｖｃｃ）にダイオードＤを介して
コモンが接続されるコイルＬ１，Ｌ２の正電圧側に接続
され、他方の反転端子がコイルＬ１，Ｌ２の負電圧側に
接続され、また出力端子が論理回路３，４に接続されて
いる。そして、ヒステリシスコンパレータ１，２に入力
される２つの逆起電力の電圧が比較され、論理回路３，
４への出力電圧が抵抗Ｒ３〜Ｒ６などに基づいてＬｏレ
ベルまたはＨｉレベルに設定されるようになっている。

【００２４】論理回路３，４は、それぞれＮＯＴ素子
５，６、３入力のＡＮＤ素子７，８および最終段出力デ
バイスであるトランジスタ９，１０を備え、ヒステリシ
スコンパレータ１，２の出力に応じてトランジスタ９，
１０のいずれか一方のみがＯＮされるか、または両方が
ＯＦＦされるようになっている。

【００２５】また、ＡＮＤ素子７，８には、それぞれヒ
ステリシスコンパレータ１，２からの入力信号、入力端
子から抵抗Ｒ７，Ｒ８、定電圧に抵抗Ｒ９を通じてコレ
クタ端子が接続されるトランジスタ１１を介して入力さ
れる入力信号、および他方のヒステリシスコンパレータ
２，１の出力反転信号が入力されている。そして、３つ
の入力信号のＡＮＤ動作により、抵抗Ｒ１０，Ｒ１１を
介して接続されるトランジスタ９，１０がＯＮ／ＯＦＦ
され、コイルＬ１，Ｌ２の励磁状態が決定されるように
なっている。

【００２６】次に、本実施例の作用について説明する。

【００２７】始めに、図２に基づいて起動時のタイミン
グチャートを説明する。

【００２８】まず、入力端子から(a) に示すようなスタ
ート信号が入力されると、トランジスタ１１のコレクタ
端子における出力信号は、(b) に示すようにＨｉレベル
の信号が得られる。

【００２９】この時、一方のヒステリシスコンパレータ
１の反転端子には、(c) に示すようなコイルＬ１の端子
電圧が入力され、非反転端子には(e) のコイルコモンの
中性点電圧信号が入力される。また、他方のヒステリシ
スコンパレータ２には、(d)に示すコイルＬ２の端子電
圧とコイルコモンの電圧信号が入力される。

【００３０】これにより、各ヒステリシスコンパレータ
１，２からは、(f) ，(g) に示すような電圧レベルが互
いに異なる信号が出力される。すなわち、一方がＨｉレ
ベルの時は、他方がＬｏレベルとなっている。

【００３１】そして、一方のヒステリシスコンパレータ
１の出力信号は、ＮＯＴ素子５を通じて(h) のように反
転され、他方のＡＮＤ素子８の第３入力端子に入力され
る。また、他方のヒステリシスコンパレータ２の出力信
号は、(i) のように反転されて一方のＡＮＤ素子７の第
３入力端子に入力される。

【００３２】さらに、一方のＡＮＤ素子７の第１入力端
子には、一方のヒステリシスコンパレータ１の出力信号
が直接入力され、第２入力端子には(b) に示すトランジ
スタ１１の出力信号が入力される。また、他方のＡＮＤ
素子８には、他方のヒステリシスコンパレータ２の出力
信号とトランジスタ１１の出力信号が入力される。

【００３３】この結果、ＡＮＤ素子７，８への３つの入
力信号のＡＮＤ動作により、全ての信号がＨｉレベルの
時にトランジスタ９，１０がＯＮ状態とされ、一方のコ
イルＬ１は(j) に示すような出力信号によって導通さ
れ、これによって励磁状態となる。また、他方のコイル
Ｌ２は、一方のコイルＬ１に対して反転された(k) に示
すような出力信号による導通によって励磁状態となる。

【００３４】これにより、起動時には、一方のトランジ
スタ９，１０の出力電圧をＨｉレベルとして、ロータを
磁気的停留点から電気的停留点へ移動させることができ
る。従って、従来のように最初にモータが反対方向に回
り始めた場合、コイルＬ１，Ｌ２の交互の励磁によって
モータの回転方向を途中で切り換えることができず、そ
のまま反対方向に回り続けるというような問題がなくな
る。

【００３５】また、モータの定常回転時においては、図
３(a) に示すように常にＬｏレベルのスタート信号が入
力され、これによってトランジスタ１１のコレクタ端子
における出力信号は、(b) に示すように常にＨｉレベル
の信号が得られる。

【００３６】これにより、図２のタイミングチャートに
よる起動後は、図３(c) 〜(k) に示すようにコイルＬ
１，Ｌ２の両端に発生する逆起電力の大小を相切り換え
信号とし、２相のコイルＬ１，Ｌ２を交互に励磁して回
転を制御することができる。

【００３７】従って、本実施例の２相ユニポーラセンサ
レスモータの駆動回路によれば、ヒステリシスコンパレ
ータ１，２、論理回路３，４としてのＮＯＴ素子５，
６、ＡＮＤ素子７，８およびトランジスタ９，１０を備
えることにより、特別な起動回路を追加することなく、
起動時にトランジスタ９，１０の一方の出力電圧をＨｉ
レベルとし、モータを磁気的停留点から電気的停留点へ
移動する一定方向に回転させることができる。

【００３８】特に、本実施例のようにファンモータに適
用した場合には、最初にモータを一定方向に回転させ、
これによってモータの回転方向にかかわらず正しい方向
へ回転させることができるので、冷却用のファンとして
の所定の冷却能力を得ることができる。

【００３９】

【実施例２】図４は本発明の他の実施例である２相ユニ
ポーラセンサレスモータの駆動回路を示す回路図、図５
は本実施例の駆動回路において、起動時における各部の
出力信号を示すタイミングチャート図、図６は定常回転
時におけるタイミングチャート図である。

【００４０】本実施例の駆動回路は、実施例１と同様に
励磁状態において磁界を発生するステータと、このステ
ータとの電磁相互作用により回転力を得るロータとを備
え、コギング停止位置である磁気的停留点と、電気的ロ
ック位置である電気的停留点とが異なるファンモータに
適用され、実施例１との相違点は、実施例１においてヒ
ステリシスコンパレータ１，２でコイルＬ１，Ｌ２の相
切り換えタイミングを決定していたのに対して、コイル
２相間の端子電圧の大小を比較判定するコンパレータ１
２でコイルＬ１，Ｌ２の相切り換えタイミングを決定
し、さらに実施例１のヒステリシスコンパレータ１，２
の代わりに用いるウインドウコンパレータ１３，１４
が、コンパレータ１２で決定されたコイルＬ１，Ｌ２の
相切り換えタイミングを最適なタイミングに補正する点
である。

【００４１】すなわち、図４に示すようにコイルＬ１，
Ｌ２の負電圧側に、コイル２相間の端子電圧の大小を判
定するコンパレータ１２を追加接続し、このコンパレー
タ１２の判定に応じて、抵抗Ｒ１２を介して接続される
フリップフロップ機能を備えた集積回路１５のコンプリ
メンタリ出力が切り換えられ、ＮＯＴ素子１６，１７を
通じてコイルＬ１，Ｌ２の相切り換えタイミングが設定
される。

【００４２】さらに、ウインドウコンパレータ１３，１
４にデータセレクタ機能を備えた集積回路１８を接続
し、この集積回路１８によってコイルＬ１，Ｌ２の各コ
イル端子電圧とコイルコモン端子電圧との大小を判定
し、これによってコイルＬ１，Ｌ２にサージ電圧が発生
した場合などに集積回路１５の相切り換えタイミングが
補正され、最適なタイミング、すなわちコイルＬ１，Ｌ
２の両端の電圧に加えてコイルコモンの中性点電圧を用
い、逆起電力を検出する場合のタイミングが設定される
ようになっている。

【００４３】たとえば、起動時には図５に示すようなタ
イミングチャートが得られ、また定常回転時には図６の
ようなタイミングチャートが得られる。

【００４４】すなわち、起動時および定常回転時には、
(b) ，(c) に示すような各コイルＬ１，Ｌ２の両端に発
生する逆起電力の電圧信号がコンパレータ１２に入力さ
れる。また、集積回路１８には(d) ，(e) に示すよう
に、切り換え時に瞬時にＨｉレベルとなるウインドウコ
ンパレータ１３，１４からの出力信号が入力される。

【００４５】そして、切り換えタイミングを決定する集
積回路１５には、(f) に示すようなコンパレータ１２か
らの信号が入力され、かつ集積回路１８から瞬時にＨｉ
レベルとなる(g) に示す信号が入力される。

【００４６】さらに、コンパレータ１２からの信号がＬ
ｏレベルの時には、たとえば一方のＮＯＴ素子１６に入
力される集積回路１５からの出力が(h) に示すようにＨ
ｉレベルとなり、他方のＮＯＴ素子１７には逆にＬｏレ
ベルとなる信号が入力される。

【００４７】この結果、トランジスタ９，１０が交番し
てＯＮ／ＯＦＦ状態に切り換えられ、一方のコイルＬ１
は(j) に示すような出力信号によって導通され、また他
方のコイルＬ２は、一方のコイルＬ１に対して反転され
た(k) に示すような出力信号による導通によって励磁状
態となる。これによって、コンパレータ１２の判定によ
ってコイルＬ１，Ｌ２の２相間の巻線分布容量の違いな
どが補正され、適正なコイルＬ１，Ｌ２の相切り換えタ
イミングを設定することができる。

【００４８】この時に、コイルＬ１，Ｌ２にサージ電圧
が発生した場合においても、コイルコモンの中性点電圧
を加えたコイルＬ１，Ｌ２の２相間の電位差を集積回路
１８によって判定することにより、最適な相切り換えタ
イミングに補正することができる。

【００４９】従って、本実施例の２相ユニポーラセンサ
レスモータの駆動回路によれば、コンパレータ１２およ
び集積回路１５，１８を追加接続し、さらに実施例１の
ヒステリシスコンパレータ１，２の代わりにウインドウ
コンパレータを１３，１４を用いることにより、コイル
Ｌ１，Ｌ２の２相間の巻線分布容量などの違いが補正さ
れ、適正なコイルＬ１，Ｌ２の相切り換えタイミングを
決定することができる。

【００５０】その上、コイルＬ１，Ｌ２の２相間の電位
差を集積回路１８により判定することにより、コイルＬ
１，Ｌ２の逆起電力が変化した場合においても、この変
化による電圧の影響を補正して最適な相切り換えタイミ
ングを得ることができる。

【００５１】特に、従来のようなコンデンサなどの外付
け部品が不要となり、逆起電力検出回路の収納と小形化
によるスペース的な問題などが解決され、ワンチップＩ
Ｃ化を図ることができる。

【００５２】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例１および２に基づき具体的に説明したが、本発明は
前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱
しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもな
い。

【００５３】たとえば、前記実施例の駆動回路について
は、コイルＬ１，Ｌ２の正電圧側がヒステリシスコンパ
レータ１，２またはウインドウコンパレータ１３，１４
の非反転端子に接続され、コイルＬ１，Ｌ２の負電圧側
が反転端子に接続される場合について説明したが、本発
明は前記実施例に限定されるものではなく、逆にヒステ
リシスコンパレータまたはウインドウコンパレータの反
転端子にコイルの正電圧側を接続し、非反転端子にコイ
ルの負電圧側を接続するような回路構成についても適用
可能である。

【００５４】以上の説明では、主として本発明者によっ
てなされた発明をその利用分野であるファンモータに用
いられる駆動回路に適用した場合について説明したが、
これに限定されるものではなく、他の２相ユニポーラセ
ンサレスモータについても広く適用可能である。

【００５５】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。

【００５６】(1).ステータのコイル両端に発生する逆起
電力の大小を判定するヒステリシスコンパレータと、こ
のヒステリシスコンパレータの結果に応じて出力電圧を
ＬｏｗレベルまたはＨｉｇｈレベルに決定する論理回路
とを備えることにより、ヒステリシスコンパレータによ
る履歴現象を利用し、起動時に一方の論理回路の出力電
圧をＨｉｇｈレベルとし、他方の論理回路の出力電圧を
Ｌｏｗレベルとして互いに異ならせることによって２相
のコイルのうち１相のみを励磁して、ロータを磁気的停
留点から電気的停留点へ移動させることができるので、
特別な起動回路を付加することなく、モータを一定方向
に回転させることができる。

【００５７】(2).ヒステリシスコンパレータの代わりに
ウインドウコンパレータを用い、さらにコイル２相間の
端子電圧の大小を比較判定するコンパレータを追加する
ことにより、ウインドコンパレータの判定に応じてコイ
ル２相間のコイル特性の違いが補正され、適正なコイル
の相切り換えタイミングを決定することができる。

【００５８】(3).前記(1) により、特にファンモータに
適用した場合には、正しい方向へ回転させることができ
るので、所定の冷却能力を得ることが可能となる。

【００５９】(4).前記(2) により、コイル２相間の電位
差の大小判定を行う場合には、コイル両端の逆起電力が
変化した場合においても、この逆起電力の変化による影
響を取り除き、最適な相切り換えタイミングを得ること
ができる。

【００６０】(5).前記(1) および(3) により、特に磁気
的停留点と電気的停留点とが異なる２相ユニポーラセン
サレスモータにおいて、簡単な回路構成によって起動時
に一定方向への回転が可能とされる駆動回路を得ること
ができる。

【００６１】(6).前記(2) および(4) により、モータの
実情に即しながら、能動部品のみによる最適な切り換え
タイミングの決定が可能とされる２相ユニポーラセンサ
レスモータの駆動回路を得ることができる。

【００６２】(7).前記(1) 〜(6) により、特に外付け部
品が不要となるので、ワンチップＩＣ化により回路素子
の高集積化および回路実装面積の縮小が可能とされる２
相ユニポーラセンサレスモータの駆動回路を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１である２相ユニポーラセンサ
レスモータの駆動回路を示す回路図である。

【図２】実施例１の駆動回路において、起動時における
各部の出力信号を示すタイミングチャート図である。

【図３】実施例１の駆動回路において、定常回転時にお
ける各部の出力信号を示すタイミングチャート図であ
る。

【図４】本発明の実施例２である２相ユニポーラセンサ
レスモータの駆動回路を示す回路図である。

【図５】実施例２の駆動回路において、起動時における
各部の出力信号を示すタイミングチャート図である。

【図６】実施例２の駆動回路において、定常回転時にお
ける各部の出力信号を示すタイミングチャート図であ
る。

【符号の説明】

１，２ ヒステリシスコンパレータ ３，４ 論理回路 ５，６ ＮＯＴ素子 ７，８ ＡＮＤ素子 ９，１０，１１ トランジスタ １２ コンパレータ １３，１４ ウインドウコンパレート １５ 集積回路 １６，１７ ＮＯＴ素子 １８ 集積回路 Ｄ ダイオード Ｌ１，Ｌ２ コイル Ｒ１〜Ｒ１２ 抵抗

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 励磁状態において磁界を発生するステー
   タと、該ステータとの電磁相互作用により回転力を得る
   ロータとを備え、コギング停止位置である磁気的停留点
   と、電気的ロック位置である電気的停留点とが異なる２
   相ユニポーラセンサレスモータであって、前記ステータ
   のコイル両端に発生する逆起電力の大小を判定するヒス
   テリシスコンパレータと、該ヒステリシスコンパレータ
   の結果に応じて出力電圧をＬｏｗレベルまたはＨｉｇｈ
   レベルに決定する論理回路とを備え、前記ヒステリシス
   コンパレータによる履歴現象を利用し、起動時に一方の
   論理回路の出力電圧をＨｉｇｈレベルとし、他方の論理
   回路の出力電圧をＬｏｗレベルとして互いに異ならせる
   ことによって２相のコイルのうち１相のみを励磁して、
   前記ロータを磁気的停留点から電気的停留点へ移動させ
   ることを特徴とする２相ユニポーラセンサレスモータの
   駆動回路。
2. 【請求項２】 前記ヒステリシスコンパレータの代わり
   にウインドウコンパレータを用い、さらに前記コイル２
   相間の端子電圧の大小を比較判定するコンパレータを追
   加し、該コンパレータの判定に応じて前記コイルの相切
   り換えタイミングを決定し、かつ前記ウインドウコンパ
   レータの出力電圧を用い、起動時および前記コイルの逆
   起電圧が変化した場合に前記相切り換えタイミングを補
   正することを特徴とする請求項１記載の２相ユニポーラ
   センサレスモータの駆動回路。