JPH11346496A - Fg信号発生回路及びこれを有するbldcモ―タ及びbldcモ―タ駆動回路 - Google Patents
Fg信号発生回路及びこれを有するbldcモ―タ及びbldcモ―タ駆動回路Info
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Abstract
号を生成し、これを利用して速度制御されるBLDCモ
ータ(brush less DCモータ) 及びBLDCモータ駆動
回路を提供する。 【解決手段】 ホール信号HALLに対応するゼロクロ
シング信号ZEROの入力を受けて反転及び非反転して
出力するデータ入力部31と、モータの逆起電力BEM
Fとモータの3相U、V、Wの出力とをそれぞれ比較し
た信号を論理組合せしてモータ回転速度に比例するクロ
ック信号を発生するクロック信号発生部21と、データ
入力部31とクロック信号発生部21の出力信号とが入
力されて一定の周期を有するFG信号FGを出力するF
G信号発生部37とを含むBLDCモータ駆動回路を構
成した。
Description
ss DCモータ)モータに関し、より詳しくはBLDCモ
ータ駆動回路のFG信号発生回路に関する。
て、FG(frequency generator) 信号はモータの各相
に誘起される逆起電力から生成される信号であって、B
LDCモータの整流のために利用される。一般的な3相
BLDCモータは固定子側に設置されている3相のコイ
ル(U相、V相、W相)と回転子側に着磁されている永
久磁石とを含み、前記永久磁石はモータ回転に必要な回
転力を発生するためにN、S極が繰返されるメインマグ
ネットと、モータ定速制御のために必要なサブマグネッ
トとが着磁されてなされており、二つのマグネットの磁
極数の比は1:3である。
モータの固定子側コイルの各相に電流を流すと、この電
流によって形成される磁界を通じて回転力(torque)が
発生して回転子が回転するようになる。そして、前記回
転子を一方向に続けて回転させるためには、回転子の磁
界の強さを検出し、検出された磁界の強さによってコイ
ルの各相に流れる電流の方向を転換させるためのスイッ
チング素子を順次にオン、オフさせなければならないが
(このような過程を整流という)、この時、回転子の磁
界の強さを検出する手段としてはホールセンサー、レゾ
ルバ、フォト−エンコーダなどが用いられている。
しなければならず、このためには外部の制御装置である
サーボ(servo) がモータ駆動回路を制御してモータに
流れる3相の電流を調節している。また、モータ駆動回
路内のFG信号発生回路はモータの速度制御に必要なF
G信号を生成して前記サーボに供給している。
FG信号発生回路はスイッチングインパルスの影響によ
ってモータの正確な速度制御が難しいという短所があ
る。
その目的は、ホール信号と同一の周波数を有するパルス
形態の信号とモータの3相のそれぞれの出力端とモータ
から検出された逆起電力とを比較した信号を利用して論
理ゲートとDフリップフロップとの組合せを通じて雑音
のないFG信号を生成すること、そして、前記FG信号
を利用してモータの速度を制御するBLDCモータ及び
BLDCモータ駆動回路を提供することにある。
に、本発明のBLDCモータ駆動回路おいては、データ
入力部はホール信号に対応する第1信号の入力を受けて
反転及び非反転して出力し、クロック信号発生部はモー
タの逆起電力とモータの3相の出力をそれぞれ比較した
信号を論理組合せしてモータ回転速度に比例するクロッ
ク信号を発生し、FG信号発生部は前記データ入力部と
クロック信号発生部との出力信号の入力を受けてFG信
号を出力することを特徴とする。
のBLDCモータにおいては、モータ駆動回路は、モー
タの回転のために3相の電流を制御し、前記モータの回
転速度に関する情報を検出し、速度制御部は前記モータ
駆動回路から前記モータの速度に関する情報の入力を受
けて、モータの速度を定速に維持するための制御電圧を
前記モータ駆動回路に出力することを特徴とする。
基づいて詳細に説明する。
号発生回路の構成図である。図1に示したように、本発
明の第1実施形態によるFG信号発生回路は、PNP型
トランジスタQ1〜Q6及び抵抗R1、R2からなり、
モータ駆動回路11から発生する3相の電圧U、V、W
の中性点を出力する中性点出力部13と、前記中性点出
力部13の出力信号とモータ12の逆起電力BEMFと
を比較して出力する比較器14とからなる。
態の作用は次の通りである。まず、外部の速度制御部で
あるサーボの制御により、モータ駆動回路11からモー
タ12に電圧が印加されると、モータ12が駆動され
る。
スタQ1〜Q6にはモータ駆動回路11から出力される
3相の電圧がそれぞれ順次に入力される。すなわち、U
V、VW、WU順にハイとローが順次に出力される。
次に対をなして、つまりトランジスタ(Q1、Q5)、
(Q2、Q6)、(Q3、Q4)の順序で対をなして、
オンになりつつ電流経路が形成される。例えば、U相か
らV相に電流がながれると、つまりU相とV相がそれぞ
れハイとローの状態であれば、PNP形ランジスタQ1
とPNP形トランジスタQ5がオンになる。
抗R1、R2の値が同一である場合、U相にかかる電圧
の半分がかかるようになり、この電圧Vcは比較器の非
反転端子に入力される。
からU相への電流経路の形成時においても前記過程と同
様に、中性点出力部13の出力Vcは各相の電圧の半分
がかかるようになる。
BEMFが発生するが、この逆起電力BEMFは比較器
14の反転端子に入力される。
部13の出力電圧Vcと前記逆起電力BEMFとを比較
してFG信号FGを発生するようになる。
施形態によるFG信号発生回路は実際モータ駆動の際に
スイッチングにより、逆起電力BEMFにインパルスが
存在する短所がある。
回路はこのような第1実施形態の短所を補完するための
ものである。図2は本発明の第2実施形態によるFG信
号発生回路の構成図である。図2に示したように、本発
明の第2実施形態によるFG信号発生回路は、ホールセ
ンサ(不図示)によって検出されたホール信号と同一な
周波数を有するパルス形態の信号(以下、ホール信号の
ゼロクロシング信号とする)ZEROの入力を受けて反
転及び非反転して出力するデータ入力部31と、モータ
の逆起電力BEMFとモータ3相U、V、Wの出力をそ
れぞれ比較した信号を論理組合せてモータ回転速度に比
例するクロック信号を発生するクロック信号発生部21
と、前記データ入力部31とクロック信号発生部21と
の出力信号の入力を受けてFG信号FGを出力するFG
信号発生部37とからなる。
LLと基準電圧Vfを比較し、ホール信号と周波数が同
一なパルス形態のゼロクロシング信号ZEROを出力す
る比較器32と、前記比較器32の出力端に順次に連結
されたインバータ33、34、35、36を含み、前記
クロック信号発生部21は、逆起電力BEMFと各相
U、V、Wの電圧とを比較する三つの比較器22、2
3、24と、前記比較器22、23の出力をNAND演
算して出力するNANDゲート25と、前記比較器2
3、24の出力をNAND演算して出力するNANDゲ
ート26と、前記比較器22、24の出力をNAND演
算して出力するNANDゲート27と、前記NANDゲ
ート25、26、27の出力をAND演算して出力する
ANDゲート28とを含む。
ンバータ36から出力される信号がデータ端子Dに入力
され、前記インバータ30から出力される信号がクロッ
ク端子CKに入力されるDフリップフロップ38と、前
記インバータ35から出力される信号がデータ端子Dに
入力され、前記インバータ29から出力される信号がク
ロック端子CKに入力されるDフリップフロップ39
と、前記Dフリップフロップ38、39の反転出力信号
AQ′、BQ′の入力を受けてNAND演算して出力す
るNANDゲート40とからなる。
態の作用について図3から図8を参照して説明する。図
3、図4は、本発明の第2実施形態の各部波形図であ
り、図5から図8は、本発明の第2実施形態の実際の実
験波形図である。
し、ホール信号HALLと基準信号Vfとが比較器32
に入力される。比較器32はホール信号HALLが基準
信号Vfより大きい場合にはハイ状態の信号を出力し、
ホール信号HALLが基準信号Vfより小さい場合には
ロー状態の信号を出力する。つまり、比較器32は図3
で示したようにパルス形態のゼロクロシングした信号Z
EROを出力する。
Oはインバータ33、34、35、36を通じて全体的
に信号遅延が行われ、この信号ZEROの反転及び非反
転された信号がそれぞれのDフリップフロップ38、3
9のデータ端子Dに入力される。
起電力BEMFが誘起されるが、この逆起電力BEMF
には図5に示したようにインパルスが存在するようにな
る。前記逆起電力と3相の各コイルU、V、Wの電圧と
はそれぞれの比較器22、23、24で比較されて出力
される。この時の各信号1、2、3の波形を図3及び図
6に示した。図3及び図6に示したように、比較器2
2、23、24はそれぞれ入力される逆起電力と同様な
インパルスを有する信号を出力する。
器22、23、24の出力1、2、3は二つずつそれぞ
れのNANDゲート25、26、27で対をなして入力
され、NANDゲート25、26、27でNAND演算
されて出力される。この時の出力信号1′、2′、3′
を図3に示した。それぞれのNANDゲート25、2
6、27の出力信号1′、2′、3′は図3に示したよ
うに、位相だけが異なって周波数及び振幅は同一であ
る。
出力信号1′、2′、3′はANDゲート28に入力さ
れてAND演算されて出力され、この時の波形4を図4
及び図6に示した。
反転されてDフリップフロップ39のクロック端子CK
に入力され、インバータ30をもう一度通過した非反転
信号はDフリップフロップ38のクロック端子CKに入
力される。
フリップフロップ39との出力端には、クロック信号C
Kによって図4及び図8に示した波形を有する信号A
Q、AQ′、BQ、BQ′がそれぞれ出力される。
NDゲート40に入力され、NANDゲート40は入力
された信号AQ′、BQ′をNAND演算して図4また
は図8に示した波形を有するFG信号FGを出力する。
は図4または図8に示したように、雑音がない。
35、36は反転及び信号の遅延役割を果すので、イン
バータ33、34、35、36の個数は多様に設計して
インバータ35、36の出力信号がDフリップフロップ
38、39に入力されるようにすることも可能であり、
前記データ入力部31のインバータに入力される入力信
号はホール信号HALLをゼロクロシングした信号ZE
ROの代わりにホール信号HALLを直接使用してもよ
い。
7、40もANDゲートとインバータなどを利用して代
替し得、これ以外にも多様な論理組合せが可能である。
に適用した例について説明する。図9は本発明の実施形
態によるFG信号発生回路を有するBLDCモータの構
成図である。図9に示したように、本発明の実施形態に
よるBLDCモータは、回転子54と固定子55とから
なり、固定子55に印加される電流の方向を順次にスイ
ッチングして前記回転子54が回転するようにするモー
タ部51と、前記モータ部51の回転子54が回転する
ように前記固定子55の3相の電流を制御し、前記モー
タ部51の回転子54の回転速度に関する情報を検出す
るモータ駆動回路52と、前記モータ駆動回路52から
前記回転子54の速度に関する情報の入力を受けて、回
転子54の速度を定速に維持するための制御電圧を前記
モータ駆動回路52に出力する速度制御部53とからな
る。
よるBLDCモータの動作は次の通りである。まず、使
用者が電圧を印加してモータ部51の固定子の3相コイ
ルに電流が順次にスイッチングされて流れると、モータ
部51の回転子54が回転するようになり、3相の電流
及び逆起電力BEMFにはスイッチングによるインパル
スが発生する。この時の波形を図5に示した。
G信号発生回路においては前記第2実施形態の動作過程
を通じてインパルスを除去した図4または図8に示した
波形を有するFG信号FGを発生して速度制御部53に
出力する。この時、速度制御部53は入力されたFG信
号FGの周期が一定の基準値より大きいと、モータ部5
1の回転子54が目標回転速度より速く回転しているこ
とであるので、速度制御電圧を減少させる。また、FG
信号FGの周期が一定の基準値より小さいと、モータ部
51の回転子54が目標回転速度より遅く回転している
ことであるので、速度制御電圧を増加させる。
を通じて回転子54の回転速度は定速を維持するように
なる。
において、スイッチングの際に発生するインパルスを濾
過して雑音のないFG信号を発生させることにより、モ
ータの回転速度を正確に制御する長所を有するFG信号
発生回路及びこれを有するBLDCモータ及びBLDC
モータ駆動回路を提供することができる。
路の構成図である。
路の構成図である。
ある。
ある。
ある。
ある。
モータの構成図である。
Claims (9)
- 【請求項1】 ホール信号に対応する第1信号の入力を
受けて反転及び非反転して出力するデータ入力部と、モ
ータの逆起電力とモータの3相の出力をそれぞれ比較し
た信号を論理組合せしてモータ回転速度に比例するクロ
ック信号を発生するクロック信号発生部と、前記データ
入力部とクロック信号発生部の出力信号とが入力されて
一定の周期を有するFG信号を出力するFG信号発生部
とを含むBLDCモータ駆動回路。 - 【請求項2】 前記第1信号は前記ホール信号と同一な
周波数を有するパルス形態の信号であることを特徴とす
る請求項1に記載のBLDCモータ駆動回路。 - 【請求項3】 前記データ入力部は、前記ホール信号と
基準電圧とを比較して、パルス形態の信号である前記第
1信号を出力する第1比較器と、前記第1比較器の出力
端に連結された第1インバータとを含むことを特徴とす
る請求項2に記載のBLDCモータ駆動回路。 - 【請求項4】 前記データ入力部は、前記第1インバー
タの出力を反転する第2インバータと、前記第2インバ
ータの出力を反転する第3インバータと、前記第3イン
バータの出力を反転する第4インバータとをさらに含む
請求項3に記載のBLDCモータ駆動回路。 - 【請求項5】 前記クロック信号発生部は、モータの逆
起電力と各相の電圧とを比較する第2、第3、第4比較
器と、前記第2比較器と第3比較器との出力をNAND
演算して出力する第1NANDゲートと、前記第3比較
器と第4比較器との出力をNAND演算して出力する第
2NANDゲートと、前記第4比較器と第2比較器との
出力をNAND演算して出力する第3NANDゲート
と、前記第1、第2、第3NANDゲートの出力をAN
D演算して出力する第1ANDゲートと、前記第1AN
Dゲートの出力を反転する第5インバータとを含む請求
項1、2、3または4のいずれかに記載のBLDCモー
タ駆動回路。 - 【請求項6】 前記クロック信号発生部は、前記第5イ
ンバータの出力を反転する第6インバータをさらに含む
ことを特徴とする請求項5に記載のBLDCモータ駆動
回路。 - 【請求項7】 前記FG信号発生部は、前記第1比較器
の出力信号と同相の信号をデータ端子に入力され、前記
第5インバータから出力される信号がクロック信号に入
力される第1Dフリップフロップと、前記第1比較器の
出力信号を反転した信号をデータ端子に入力され、前記
第6インバータから出力される信号がクロック端子に入
力される第2Dフリップフロップと、前記第1、第2D
フリップフロップの反転出力信号が入力されてNAND
演算して出力する第4NANDゲートとを含むことを特
徴とする請求項6に記載のBLDCモータ駆動回路。 - 【請求項8】 回転子と固定子とからなり、固定子に印
加される電流の方向を順次にスイッチングして前記回転
子が回転するようにするモータ部と、 前記モータ部の回転子が回転するように前記固定子の3
相の電流を制御し、ホール信号のゼロクロシングした信
号を発生し、前記モータ部の回転子の回転速度に関する
情報を検出するFG信号発生回路とを有するモータ駆動
回路と、 前記モータ駆動回路から前記回転子の速度に関する情報
の入力を受けて、回転子の速度を定速に維持するための
制御電圧を前記モータ駆動回路に出力する速度制御部と
を含み、 前記FG信号発生回路は、 ホール信号に対応する第1信号の入力を受けて反転及び
非反転して出力するデータ入力部と、 モータの逆起電力とモータの3相の出力とをそれぞれ比
較した信号を論理組合せてモータ回転速度に比例するク
ロック信号を発生するクロック信号発生部と、 前記データ入力部とクロック信号発生部との出力信号の
入力を受けて一定の周期を有するFG信号を出力するF
G信号発生部とからなるBLDCモータ。 - 【請求項9】 前記速度制御部は、前記モータ駆動回路
から前記モータの速度に関する情報であるFG信号の入
力を受けて、モータの速度を定速に維持するための制御
電圧を前記モータ駆動回路に出力することを特徴とする
請求項8に記載のBLDCモータ。
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