(57)【要約】【課題】各ホール素子の出力信号の不均一性に影響されずに均一通電を行う電気角６０°間隔の信号を得て所定の波形の相電流出力を得る。【解決手段】３相ブラシレスモータは電気角１２０°毎にホール素子が取りつけられ、モータ回転に対し電気角６０°毎もしくは１２０°毎の均等な区間信号が検出できる。実際の通電区間は６０°毎の通電区間よりも信号を３０°遅延させるため、ラッチ回路１９をカウンタ回路１７の後段に設け、さらにその後段にカウンタ回路２１を設け構成する。カウンタ回路１７のカウント値を電気角１８０°もしくは３６０°区間をカウントしたｎ倍の周波数にてカウンタ回路２１でカウントする。ホール信号の電気角の区間をカウントした値と、ｎ倍の周波数でのカウント数が同値になったときのタイミングを得て、カウントした電気角区間の直後から、このカウントした電気角の１／ｎ倍の位相が遅れたタイミングを得る。【選択図】図１
2006020440.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの回転により発生する同一素子から逆極性で一対のホール信号を出力するホール素子と、前記一対のホール信号を比較する比較手段とを備え、前記比較手段の出力する比較信号によりロータの位置検出を行うことを特徴とするモータ駆動回路。
【請求項２】
前記比較手段の出力する比較信号のタイミングから演算して３相の相電流各々の通電タイミングを形成する手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のモータ駆動回路。
【請求項３】
前記比較手段の出力する比較信号を、前記比較信号より小さい周期の周波数によって前記比較信号の１周期もしくは半周期の区間をカウントするカウンタ手段と、前記カウンタ手段のカウント情報を一時記憶するラッチ手段と、前記周波数をｎ倍した周波数によってカウントし、前記比較信号の立ち上がりもしくは立ち下がりから電気角１８０°／ｎもしくは電気角３６０°／ｎの周期毎に得たタイミングによってモータの通電相切り換えを行う手段とを備えたことを特徴とする請求項２記載のモータ駆動回路。
【請求項４】
前記比較手段の出力する比較信号の立ち上がりもしくは立ち下がりのタイミングから、電気角３０°の遅れたタイミングを得て、さらに電気角６０°毎の通電区間のタイミングを得ることを特徴とする請求項３記載のモータ駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレスモータのホール素子の出力信号を処理するモータ駆動回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
以下に、従来のブラシレスモータのホール素子から得たホール信号の処理について、図４及び図５を用いて説明する。
【０００３】
従来の技術では３相ブラシレスモータを回転する際、図４に示すように３つのホール素子からのホール信号の波形４０１，４０２，４０３における電気角は１２０°ずつ位相がずれており、これら３つの信号の大小関係によってロータの位置情報を得ている。通常のブラシレスモータにおいてホール信号の位相と通電切り換えのタイミングは常に電気角３０°位相のずれた関係になっている。したがって、ホール信号を３０°位相シフトすることで補正を行い正しい通電切り換えタイミングを生成する必要がある。
【０００４】
前記通電切り換えのタイミングを得るため、まず、図５に示す従来のモータ駆動回路のホール素子１ａの出力する信号として、ホール信号２ａ，ホール信号３ａのように振幅が逆相関係にあるホール素子から出力の差動出力信号の波形４０１を得る。ホール素子１ｂ及びホール素子１ｃは、ホール素子１ａに対して各ホール素子の取りつけ位置が電気角±１２０°相当分ずれており、ホール素子１ｂから得るホール信号２ｂとホール信号３ｂの差動出力信号を波形４０２として、ホール素子１ｃから得るホール信号２ｃとホール信号３ｃの差動出力信号を波形４０３として示す。
【０００５】
差動出力信号の各波形４０１，４０２，４０３で示した内の２つの信号を入力する比較器５の出力により、ホール素子からの差動出力信号の波形４０１，４０２，４０３における位相ゼロクロス点の位置に対して３０°の位相遅れ、もしくは進みのタイミングを持つ波形４０４，４０５，４０６のような方形波を得ることができる。この出力信号の半周期または１周期を一定クロックでカウントした値を所定の要領で再カウントすることにより電気角６０°毎のタイミングを得ることができる。
【０００６】
以上により得られる６つの通電を、電気角６０°毎の出力電流区間毎に、各相に所定のトルク指令を与えれば電気角１８０°通電の相電流波形４０７，４０８，４０９を得ることができる。例えば図４に示す領域４１０の電気角６０°区間ではＵ相（波形４０７）が徐々に減少するトルク指令を、Ｖ相（波形４０８）に徐々に増加するトルク指令を共に下アーム側トランジスタのみのオン時間を制御して与え、Ｗ相（波形４０９）は上アーム側トランジスタをオンし続けるように通電を行う。次の電気角６０°区間ではＵ相に徐々に減少するトルク指令を、Ｗ相側に徐々に増大するトルク指令を共に上アーム側トランジスタのオン時間を制御して与え、Ｖ相は下アーム側トランジスタをオンし続けるように通電を行う。このように順次通電相と上，下アーム側トランジスタの関係を切り換えて電気角１８０°通電の相電流を実現できる。
【特許文献１】特開平２−１８８１８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このような従来の構成では、３つのホール素子から出力のホール信号の振幅不均一性やオフセット不均一性により比較器からの出力信号の切り換えタイミングがロータの位相と一致しなくなり、均等な間隔で電気角６０°毎に切り替わらないのでジッターを生じるという欠点を有していた。このことより、電気角６０°毎の通電区間のバランスがくずれ、電流波形に正弦波などの対称性の良い所定の相電流波形を実現することができず、電流波形が連続的に滑らかに変化しない場合や、通電区間の時間ムラにより回転ムラが発生するという問題があった。
【０００８】
本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、各ホール素子の出力信号の不均一性に影響されずに均一な通電を行う電気角６０°間隔の信号を得て所定の波形の相電流出力を得るモータ駆動回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的を達成するために、本発明に係るモータ駆動回路は、モータの回転により発生する同一素子から逆極性で一対のホール信号を出力するホール素子と、一対のホール信号を比較する比較手段とを備え、比較手段の出力する比較信号によりロータの位置検出を行うことを特徴とする。
【００１０】
また、比較手段の出力する比較信号のタイミングから演算して３相の相電流各々の通電タイミングを形成する手段を備えたこと、さらに、比較手段の出力する比較信号を、比較信号より小さい周期の周波数によって比較信号の１周期もしくは半周期の区間をカウントするカウンタ手段と、カウンタ手段のカウント情報を一時記憶するラッチ手段と、前記周波数をｎ倍した周波数によってカウントし、比較信号の立ち上がりもしくは立ち下がりから電気角１８０°／ｎもしくは電気角３６０°／ｎの周期毎に得たタイミングによってモータの通電相切り換えを行う手段とを備えたこと、さらに、比較手段の出力する比較信号の立ち上がりもしくは立ち下がりのタイミングから、電気角３０°の遅れたタイミングを得て、さらに電気角６０°毎の通電区間のタイミングを得ることを特徴とする。
【００１１】
前記の構成によれば、比較手段によりホール素子から出力する非反転，反転のホール信号を比較した結果を２値化した比較信号を出力し、この比較信号の１周期もしくは半周期の時間をカウンタ手段でカウントすることで周期の時間情報を得る、このカウント情報を増減させるための一定周波数を入力して分周し、またカウント情報を一時記憶するラッチ手段からのラッチ情報をｎ倍の周波数でカウントするカウンタ手段とにより、正確な電気角１８０°のタイミングを得て、このタイミングから論理的に電気角３０°シフトして精度の高い通電を行う電気角６０°の切り換え相を作り、対称性が良く連続的な３相電流を作って回転ムラと騒音及び効率の改善を図ることができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明によれば、３相ブラシレスモータの１つのホール素子から電気角１８０°で位相の違う、つまり逆極性で一対のホール信号を比較することにより正確な電気角１８０°のタイミングを得て、これを論理的に電気角３０°シフトして精度の高い通電を行う電気角６０°の切り換え相を作り出し、その結果、対称性が良く連続的な３相電流を作ることで回転ムラと騒音及び効率の改善を図るモータ駆動回路を実現できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明の実施の形態におけるモータ駆動回路の概略構成を示すブロック図である。ここで、前記従来例を示す図５において説明した構成部材に対応して同等の機能を有するものには同一の符号を付す。また、図２は電気角１８０°区間をカウントする場合、及び図３は電気角３６０°区間をカウントする場合を示すタイミングチャートである。
【００１５】
図１に示すホール素子１ａより出力されたホール信号２ａ及びホール信号３ａは、図２に示すホール信号波形２０１及びホール信号波形２０２に示すように反転，非反転出力の波形を持ち、比較器１５によって比較が行われる。ホール信号２ａとホール信号３ａの比較出力は、他のホール素子１ｂ，１ｃの信号を利用しないため、正確なduty比５０％の矩形波２０３になる。この矩形波２０３の立ち上がりエッジもしくは立ち上がりエッジもしくは前記両方のエッジを検出してカウンタ回路によって、矩形波２０３より十分に小さい周期の周波数を発振する発振器からの出力周波数によって、電気角１８０°区間をカウントすることで正確な電気角１８０°のカウント数２０４（図２参照）、もしくは電気角３６０°区間をカウントすることで正確な電気角３６０°のカウント数３０４（図３参照）を計測することができる。
【００１６】
電気角３６０°区間を検出する場合は立ち上がりエッジもしくは立ち下りエッジのどちらかを検出し、カウント数３０４のようなカウントアップを行うことができる。また、電気角１８０°区間を検出する場合は立ち上りエッジと立ち下りエッジの両方を検出し、カウント数２０４のようなカウントアップを行うことができる。さらに、ホール素子としては１ａ以外の１ｂまたは１ｃのホール素子でも前記と同様の方法によって電気角１８０°もしくは３６０°区間の周期時間を計測できる。
【００１７】
３相ブラシレスモータにおいては電気角１２０°毎にホール素子が取りつけられており、取りつけバラツキを除けばモータ回転に対し電気角６０°毎もしくは１２０°毎の均等な区間信号が検出できる。しかしながら実際の通電区間は前記６０°毎の通電区間よりも３０°遅れた６０°毎の信号であるので、通電相の切り換えを行うには信号を遅延させる必要がある。この遅延を行うため、図１に示すようにラッチ回路１９をカウンタ回路１７の後段に設け、さらにその後段にカウンタ回路２１を設ける。
【００１８】
カウンタ回路１７でカウントした値を電気角１８０°もしくは３６０°の区間をカウントした場合のｎ倍の周波数によってカウンタ回路２１でカウントし、前記ホール信号の電気角１８０°もしくは３６０°の区間をカウントした値と、ｎ倍の周波数でのカウント数が同値になった場合のタイミングを得ることで、カウントした１８０°もしくは３６０°の区間の直後から、このカウントした電気角の１／ｎ倍の位相が遅れたタイミングを得ることができる。また、ラッチ回路１９にカウント情報１８が記憶されていることからカウンタ回路１７，２１のカウンタ情報が変化もしくは喪失されていてもラッチ回路１９に記憶されたカウント情報１８をカウンタ回路２１に移して再びカウントすることができる。
【００１９】
以上の構成より、カウントした電気角の１／ｎ倍のタイミングを連続的に得ることが可能になりホール素子の比較器１５の出力周期を計測した直後の電気角１８０°区間もしくは電気角３６０°区間をｎ等分することができる。
【００２０】
本実施の形態における実施例１としてホール素子からのホール信号の比較器出力１６における電気角３６０°区間をカウントし、発振器２３の出力周波数を分周する分周器２４の分周比率ｎを１２とした場合、３６０°区間のカウント終了直後の３０°遅れたタイミング３０８を得ることができ、さらに、連続する３０°毎のタイミング信号より電気角２１０°遅れたタイミング３１１を抽出して、３相ブラシレスモータにおいて、１２０°ずつの３相分のタイミングを得ることでホール素子のホール信号の位相０°もしくは１８０°に対して３０°の遅れを持った６０°毎の通電区間のタイミング信号を得ることができる（図３参照）。
【００２１】
また、実施例２としてホール素子からのホール信号の電気角１８０°区間をカウントし、分周器２４の分周比率ｎを６とした場合、１８０°区間のカウント終了直後の３０°遅れたタイミング２０８を得ることができ、３相ブラシレスモータにおいて、１２０°ずつの３相分のタイミングを得ることで実施例１と同様の６０°毎の通電区間のタイミング信号を得ることができる。この場合、実施例１と比較してカウントする周期時間が半分となり、３相分の周期情報を使用するので常に通電区間が６０°毎に直前の電気角１８０°の情報で更新されるのでホール素子の取りつけ位置のバラツキを除けば回転ムラに対して正確な通電間隔が得られる（図２参照）。
【００２２】
また、実施例３として１８０°区間をカウントし分周比率ｎを６とした場合、電気角１８０°区間のカウント終了直後の３０°遅れたタイミング２０８を得て、その直後よりさらに連続する３０°毎のタイミング信号（タイミングパルス２２）から６０°毎の信号２０９〜２１３を得ることで、実施例１と同様の６０°毎の通電区間のタイミング信号を得ることができる。この場合、検出するホール素子は１つだけで実施例１，２と同様の通電区間で６０°毎のタイミングを得ることができる。このとき電気角６０°の通電区間の連続する３区間は均等な時間であり、相対的なホール素子の取りつけ位置のバラツキに対して通電区間のバラツキが影響されず均一な電気角６０°の通電区間を得ることができる。
【００２３】
さらに、実施例４として電気角３６０°区間をカウントし分周比率ｎを１２とした場合、電気角３６０°区間のカウント終了直後の３０°遅れたタイミング３０８を得て、その直後よりさらに連続する３０°毎のタイミング信号から６０°毎の信号３０９〜３１３を得ることで、実施例１と同様の６０°毎の通電区間のタイミングを得ることができる。この場合、検出するホール素子は１つだけで実施例３と同様の通電区間で６０°毎のタイミングを得ることができる。このとき電気角６０°の通電区間の連続する６区間は均等な時間であり、相対的なホール素子の取りつけ位置のバラツキに対して通電区間のバラツキが影響されず均一な６０°の通電区間を得ることができる。
【００２４】
以上の実施例１〜４に示す方法で得たタイミング信号を元に論理回路６において、各相への転流する信号を作成すると共に各６０°の通電区間内をさらに細分化した位相変化毎に図４の領域４１０において、前述したように３相電流の増加または減少するトルク指令を作ってモータに与え、かつ電流検出回路１１を介してトルク入力１２のエラーアンプ１３に帰還すればモータ駆動回路を構成できる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明に係るモータ駆動回路は、ブラシレスモータの１つのホール素子からの逆極性で一対のホール信号を比較し正確な電気角１８０°のタイミングを得て、これを論理的に電気角３０°シフトして精度の高い通電を行う電気角６０°の切り換え相を作り出し、対称性が良く連続的な３相電流波形を作り回転ムラと騒音及び効率の改善ができ、３相ブラシレスモータのホール素子の信号処理等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態におけるモータ駆動回路の概略構成を示すブロック図
【図２】本実施の形態の相電流出力を得る電気角１８０°をカウントする場合の各信号波形を示すタイミングチャート
【図３】本実施の形態の相電流出力を得る電気角３６０°をカウントする場合の各信号波形を示すタイミングチャート
【図４】従来の相電流出力を得る各信号波形を示すタイミングチャート
【図５】従来のモータ駆動回路の概略構成を示すブロック図
【符号の説明】
【００２７】
１ａ〜１ｃ  ホール素子
２ａ〜２ｃ  ホール信号
３ａ〜３ｃ  ホール信号
４  差動利得アンプ
５，１５  比較器
６  論理回路
７  プリドライブ（Ｈブリッジ）
８  Ｕ相出力
９  Ｖ相出力
１０  Ｗ相出力
１１  電流検出回路
１２  トルク入力
１３  エラーアンプ
１６  比較器出力
１７，２１  カウンタ回路
１８  カウント情報
１９  ラッチ回路
２０  ラッチ情報
２２  タイミングパルス
２３  発振器
２４  分周器
【図１】
2006020440.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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