(57)【要約】【課題】  ブラシレスモータのホール信号処理において、各ホール出力信号の不均一性に影響されずに均一な通電角間隔の信号を得て相電流出力を得ることができるモータ駆動回路を提供することを目的とする。【解決手段】  ホール信号の出力の非反転出力２ａと反転出力３ａを比較して２値化出力する比較器４と、比較器４の出力の１周期時間をカウントすることで周期時間情報を得る第１のカウンタ６と、第１のカウンタ６の信号を増減させるための一定周波数を入力する発振器１４および分周期１５と、カウンタ情報を一時記憶するラッチ回路８と、ラッチ情報をＮ倍の周波数でカウントする第２のカウンタ１０を有し、対称性が良く連続的な三相電流波形を作ることで回転ムラと騒音及び効率の改善を図ることが出来る。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータが回転することで発生する同一のホール素子から逆極性の一対の出力信号を比較することで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】
請求項１において、比較して得た出力タイミングを演算して３相の相電流各々の通電タイミングを形成することを特徴とするモータ駆動回路。
【請求項３】
請求項２のモータ駆動回路において、上記ホール素子信号の比較器出力を上記ホール信号より十分に小さい周波数で比較信号の１周期もしくは半周期をカウントし、カウンタ情報をラッチ回路に一時記憶し、上記周波数よりｎ倍の周波数によってカウントし、上記ホール素子信号の立上がり若しくは立下りより、１／ｎ×１８０°もしくは１／ｎ×３６０°の周期毎のタイミングを得た結果をモータの通電相切替えに利用することを特徴とするモータ駆動回路。
【請求項４】
請求項３のモータ駆動回路において、ホール素子信号の比較信号の立上がり若しくは立ち下りのタイミングより３０°遅れたタイミングを得ることでモータの通電角６０°毎の通電区間タイミングを得ることを特徴とするモータ駆動回路。
【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信号処理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信号処理について図４及び図５を用いて説明する。
従来の技術では、３相ブラシレスモータを回転する際、３つのホール素子の差動出力信号４０１，４０２，４０３（図４参照）の電気角は１２０°づ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。通常のモータにおいてホール信号の位相と通電切り替えのタイミングは、常に３０°位相のずれた関係になっている。従って、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替えタイミングを生成する必要がある。
【０００３】
上記通電切り替えのタイミングを得るため、まず、図５に示す従来構成回路のホール素子１ａの出力する信号として２ａ，３ａの様に振幅が逆相関係にあるホール出力の差動増幅波形を得る。ホール信号２ａと３ａとの間のホール素子１ｂおよび１ｃはホール素子１ａに対してホール素子取り付け位置が電気角±１２０°相当分ずれており、ホール素子１ｂから得る信号２ｂと３ｂ間の差動出力信号波形４０２として、ホール素子１ｃから得る信号２ｃと３ｃの間の差動出力波形を４０３として示す。波形４０１，４０２，４０３は差動利得アンプ１９の出力に発生する。２０は比較器、１２は論理回路、１３はプリドライブ・Ｈブリッジ、５２はエラーアンプ、５０は電流検出回路、５１はトルク信号入力、５２エラーアンプ５２である。
【０００４】
波形４０１，４０２，４０３で示した内の２つの信号の比較器出力によりホール素子信号の差動波形４０１，４０２，４０３の位相０ゼロクロス点の位置に対して３０°位相遅れ、若しくは進みのタイミングをもつ方形波４０４，４０５，４０６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６０°ごとのタイミングを得ることができる。
【０００５】
以上により得られる６つの通電角６０°毎の出力電流区間毎に各相１６〜１８に所定のトルク指令を与えれば１８０°通電の相電流波形を得ることが出来る。例えば４１０の６０°区間ではＷ相が徐々に減少するトルク指令を、Ｖ相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ＯＮ時間を制御して与え、Ｕ相は上アーム側トランジスタをオンしつづける様に通電を行う。次の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。順次通電相とアームの関係を切り替えて１８０°通電の相電流を実現できる。
【０００６】
具体的には、得たタイミング信号を元に、論理回路１２において各相の転流信号を作成すると共に、プリドライブ・Ｈブリッジ１３を介して各６０°通電区間内を更に細分化した位相変化毎に、図４の区間４１０において前述した様に三相電流の増加または減少するトルク指令を作って与え、電流検出回路５０を介してトルク信号入力５１のエラーアンプ５２に帰還することによってモータ駆動回路を構成できる。
【特許文献１】特開平１−２９８９８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら上記従来の構成では、３つのホール出力信号の振幅不均一性やオフセット不均一性により前記比較器出力信号の切替タイミングがロータ位相と一致しなくなり、均等な間隔で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、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出来ず電流波形が連続的に滑らかに変化しない場合や、通電区間時間のムラにより回転ムラが発生する。
【０００８】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、各ホール出力信号の不均一性に影響されずに均一な通電角６０°間隔の信号を得て所定の波形の相電流出力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】
本発明のモータ駆動回路は、モータが回転することで発生する同一のホール素子から逆極性の一対の出力信号を比較することでロータの位置検出を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によってブラシレスモータの１８０°位相の違う１つのホール素子からの逆極性の一対の出力信号を比較することで正確な電気角１８０°のタイミングを得、これを論理的に３０°シフトすることで精度の高い通電角６０°の切換え相を作り出し、その結果、対称性が良く連続的な三相電流波形を作ることで回転ムラと騒音及び効率の改善を図ることが出来るモータ駆動回路を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明のモータ駆動回路を示す。
【００１２】
このモータ駆動回路は、ホール信号の出力を非反転出力と反転出力を比較し、結果を２値化出力する比較器４と、上記比較器４の出力の１周期時間をカウントすることで周期時間情報を得る第１のカウンタ６と、第１のカウンタ６のカウンタ信号を増減させるための一定周波数を入力する発振器１４および分周器１５と、上記カウンタ情報を一時記憶するラッチ回路８と、ラッチ情報をＮ倍の周波数でカウントする第２のカウンタ１０とを有している。
【００１３】
図２は電気角１８０°をカウントする場合，図３は電気角３６０°カウントする場合のタイミング図を示す。
ホール素子１ａより出力されたホール信号２ａ，３ａは、２０１及び２０２の波形を持ち、比較器４によって比較する。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、正確なデューティ比５０％の矩形波２０３になる。
【００１４】
この矩形波の立上がりエッジもしくは立上がりエッジ、若しくは上記両方のエッジを検出し、カウンタと上記矩形波２０３より十分に高い周波数のクロックを１８０°もしくは３６０°区間をカウントすることで、正確な電気角１８０°もしくは３６０°のカウント数２０４，３０４を計測することができる。
【００１５】
３６０°区間を検出する場合は立上がりエッジもしくは立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、１８０°区間を検出する場合は立上りエッジと立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。
【００１６】
また、ホール素子としては、ホール素子１ｂ，１ｃのホール素子でも上記と同様の方法によって電気角１８０°もしくは３６０°の周期時間を計測できる。
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付けられており、取り付けばらつき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上記６０°毎の通電区間よりも３０°遅れた６０°毎の信号であるので、通電相の切り替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、ラッチ回路８を第１のカウンタ回路６の後段に設け、さらにその後段に第２のカウンタ回路１０を設ける。
【００１７】
第１のカウンタ回路６でカウントした値を電気角１８０°もしくは３６０°カウントした場合のｎ倍の周波数によって第２のカウンタ回路１０でカウントし、上記ホール信号の電気角をカウントした値と、上記ｎ倍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、カウントした電気角の直後から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出来る。
【００１８】
また、ラッチ回路８に情報が記憶されていることから第１，第２カウンタ回路６，１０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８での情報を第２のカウンタ回路１０に移し再カウントする事ができる。
【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、ホール素子の比較出力周期を計測した直後の１８０°区間もしくは３６０°区間をｎ等分することが出来る。
【００２０】
（実施例１）
ホール素子信号の３６０°区間をカウントし、分周器の分周比率ｎ＝１２とした場合、３６０°カウント終了直後の３０°遅れたタイミング３０８を得ることが出来、さらに連続する３０°毎のタイミング信号より２１０°遅れたタイミング３１１を抽出し、３相ブラシレスモータにおいて１２０°づつの３相分のタイミングを得ることでホール素子信号の位相０°もしくは１８０°に対して３０°の遅れを持った６０°毎の通電角タイミング信号を得ることが出来る。
【００２１】
（実施例２）
ホール素子信号の１８０°区間をカウントし、分周器の分周比率ｎ＝６とした場合、１８０°カウント終了直後の３０°遅れたタイミング２０８を得ることが出来、３相ブラシレスモータにおいて１２０°づつの３相分のタイミングを得ることで（実施例１）と同様の６０°毎の通電角タイミング信号を得ることが出来る。ただしこの場合、（実施例１）と比較し、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１８０°の情報で更新されるのでホール素子の取り付け位置ばらつきを除けば回転ムラに対して正確な通電間隔が得られる。
【００２２】
（実施例３）
ホール素子信号の１８０°区間をカウントし、分周器の分周比率ｎ＝６とした場合、１８０°カウント終了直後の３０°遅れたタイミング２０８を得、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２０９〜２１３を得ることで（実施例１）と同様の６０°毎の通電角タイミングを得ることが出来る。この場合、検出するホール素子は１つだけで（実施例１）（実施例２）と同様の通電区間６０°毎のタイミングを得ることが出来る。このとき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付け位置ばらつきに対して通電区間のばらつきが影響されず均一な６０°通電区間を得ることが出来る。
【００２３】
（実施例４）
ホール素子信号の３６０°区間をカウントし、分周器の分周比率ｎ＝１２とした場合、３６０°カウント終了直後の３０°遅れたタイミング３０８を得、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°毎の通電角タイミングを得ることが出来る。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６０°毎のタイミングを得ることが出来る。このとき６０°の通電区間の連続する６区間は均等な時間であり、相対的なホールの取り付け位置ばらつきに対して通電区間のばらつきが影響されず均一な６０°通電区間を得ることが出来る。
【００２４】
以上の（実施例１）〜（実施例４）に示すようにして得たタイミング信号を元に、論理回路１２において各相の転流信号を作成すると共に、プリドライブ・Ｈブリッジ１３を介して各６０°通電区間内を更に細分化した位相変化毎に、図４の区間４１０において前述した様に三相電流の増加または減少するトルク指令を作って与え、図１の電流検出回路５０を介してトルク信号入力５１のエラーアンプ５２に帰還することによってモータ駆動回路を構成できる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
ホール素子を使用して回転位置検出を実施する各種ブラシレスモータのモータ駆動回路に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態に係るモータ駆動回路の回路図
【図２】同実施の形態の電気角１８０°毎に動作させる場合の動作波形図
【図３】同実施の形態の電気角３６０°毎に動作させる場合の動作波形図
【図４】従来装置の回路動作を説明するための図
【図５】従来回路の回路構成図
【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    比較器
５    比較器出力信号
６    第１のカウンタ回路
７    カウント情報
８    ラッチ回路
９    ラッチ情報
１０    第２のカウンタ回路
１１    ３０°毎タイミングパルス
１２    論理回路
１３    プリドライブ・Ｈブリッジ
１４    発振器
１５    分周器
５０    電流検出回路
５１    トルク信号入力
５２  エラーアンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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