(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のモータ駆動コイルに発生する逆起電圧を検出する逆起電圧検出回路と、前記複数の駆動コイルに接続された複数のトランジスタからなる駆動回路と、前記逆起電圧検出回路の出力信号を基に前記駆動コイルへの通電切り替えのタイミング信号を出力する論理回路と、前記論理回路の出力信号であるタイミング信号を前記駆動回路へ順次伝達する通電切替回路により構成されたセンサレスモータの駆動装置において、コンデンサと、前記コンデンサを充放電させ任意の周波数信号を出力する発振回路と、前記コンデンサの発振波形と基準電圧を比較する比較回路と、前記逆起電圧検出回路の出力信号を基に、前記周波数信号の周期よりも短い周期で前記コンデンサを放電させるパルス信号を出力するパルス信号発生回路と、前記比較回路の出力信号をカウントする第１の計数回路と、前記計数回路の出力信号により、複数のモータ駆動コイルへの通電を遮断する通電遮断回路を備え構成されるセンサレスモータの拘束保護回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータの駆動装置のロータ拘束保護回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
モータのロータが停止していることを検出し、モータの焼損等を防止する保護回路としては、従来よりモータの回転数に比例した周波数の信号を出力する周波数発電機の出力信号（以下ＦＧ信号と称す）を用いる方法が考えられ、例えば特開昭６３−９９７９４号公報記載の回路構成が提案されている。図５はその構成図であり、同図において、位置検出回路３の入力は位置検出用ホール素子４の出力と接続され、位置検出回路３の出力は駆動回路２の入力に接続され、駆動回路２の出力はモータ１に接続されている。位置検出回路３は位置検出用ホール素子４の出力信号を増幅または波形整形し出力し、駆動回路２は位置検出回路３の出力信号に応じてモータ１を駆動する。また、位置検出回路３の出力はエミッタが接地されている放電用トランジスタ５のベースに接続され、放電用トランジスタ５のコレクタは一端が接地されている拘束検出用コンデンサ７の他端および拘束検出回路６に接続されている。拘束検出回路６の出力は電流制限回路８に接続され、電流制限回路８の出力は駆動回路２に接続されている。電流検出回路９の入力は駆動回路２に接続され、電流検出回路９の出力は電流制限回路８に接続されている。以上のように構成された従来の拘束保護回路について以下その動作を説明する。
【０００３】
図６は従来の拘束保護回路の動作説明図であり、拘束検出用コンデンサ７の充放電波形Ａを示している。すなわち、位置検出回路３より回転時のみ発生するＦＧ信号によって拘束検出用コンデンサ７の充電をリセットし、モータが拘束した場合、前記ＦＧ信号が出なくなり、拘束検出用コンデンサ７の電位上昇を拘束検出回路６の内部コンパレータで検出する。このようにして拘束状態を検出したとき、電流制限回路８によりモータに流れる電流をモータが焼損しないレベルに制限することにより、モータを保護するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例ではホール素子等の位置検出素子または、周波数発電用のパターンコイル（以下ＦＧパターンコイルと称す）などから得られるロータの回転数に比例した周波数でかつ、モータが停止した際には出力が一定（周波数が零）になる信号が必要であり、前記ホール素子等の位置検出素子または、ＦＧパターンコイルを有さないセンサレスモータには適用が困難である。センサレスモータにＦＧパターンコイルを設置することは可能であるが、モータ形状およびコスト的な制約から設置できない場合も多く存在する。一方、モータ駆動コイルに発生する逆起電圧を波形処理しＦＧ信号として利用することも考えられるが、一般的にセンサレスモータは起動時等モータ駆動コイルに逆起電圧が発生していない場合は、任意の起動用周波数で前記モータの駆動コイルへ順次通電を切り換え、逆起電圧が検出可能になるまでロータを同期モータの如く回転させ、しかるのち、逆起電圧による位置検出モードでモータを駆動しており、ロータが停止している状態でもモータ駆動コイルへの通電は順次切り換わっているため、前記モータ駆動コイル端の電圧は随時変化している。センサレスモータの駆動装置の逆起電圧検出方法は、通常、モータ駆動コイル端の電圧と前記コイルの中性点電圧を比較するものであり、逆起電圧を利用したＦＧ信号は起動時に一定レベル（周波数が零）ではなく、ある周波数（起動周波数）を有した信号となる。
【０００５】
したがって、センサレスモータの駆動装置において逆起電圧ＦＧを利用して従来のモータ拘束保護回路を用いた場合、モータが何らかの理由により拘束されていてもＦＧ信号は出力されるため、前記ＦＧ信号が出力される毎に、拘束検出用コンデンサは放電され、拘束検出が正確に行われないという問題点がある。また、拘束検出用コンデンサの容量を調整してセンサレスモータの起動周波数で放電されたとき、拘束検出レベルに達するように設定することも考えられるが、その場合、拘束検出用コンデンサは温度特性等ばらつきの小さい高精度の部品となり、コストおよびサイズの面で不利になる。また、電源電圧が低い場合、拘束検出用コンデンサの充放電の振幅も小さくなり、さらに設定が困難になる。
【０００６】
そこで本発明は上記問題点を解消するものであり、モータ拘束時でも出力される逆起電圧ＦＧでもモータが異常に拘束された場合はモータへの通電を遮断して焼損を回避するモータ拘束保護回路であり、起動用周波数を自己発振するセンサレスモータの駆動回路においては起動用周波数を発振するコンデンサとモータ拘束検出用コンデンサを唯一のコンデンサで実現することにより、部品点数およびコスト的に有利であり、さらには、外部からのノイズ等により拘束保護が誤動作した場合に自動復帰するセンサレスモータの拘束保護回路を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、コンデンサと、前記コンデンサを充放電させ任意の周波数信号を出力する発振回路と、前記コンデンサの発振波形と基準電圧を比較する比較回路と、前記逆起電圧検出回路の出力信号を基にパルス信号を出力するパルス信号発生回路と、前記比較回路の出力信号をカウントする第１の計数回路と、前記計数回路の出力信号により、複数のモータ駆動コイルへの通電を遮断する通電遮断回路を備え構成される。
【０００８】
これにより、ホール素子等の位置検出素子またはＦＧパターンを必要とせず、モータが異常に拘束された場合はモータへの通電を遮断して焼損を回避するモータの拘束保護回路を安価に実現することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、複数のモータ駆動コイルに発生する逆起電圧を検出する逆起電圧検出回路と、前記複数の駆動コイルに接続された複数のトランジスタからなる駆動回路と、前記逆起電圧検出回路の出力信号を基に前記駆動コイルへの通電切り替えのタイミング信号を出力する論理回路と、前記論理回路の出力信号であるタイミング信号を前記駆動回路へ順次伝達する通電切り替え回路により構成されたセンサレスモータの駆動装置において、コンデンサと、前記コンデンサを充放電させ任意の周波数信号を出力する発振回路と、前記コンデンサの発振波形と基準電圧を比較する比較回路と、前記逆起電圧検出器の出力信号を基に、前記周波数信号の周期よりも短い周期で前記コンデンサを放電させるパルス信号を出力するパルス信号発生回路と、前記比較回路の出力信号をカウントする第１の計数回路と、前記計数回路の出力信号により、複数のモータ駆動コイルへの通電を遮断する通電遮断回路から構成されるセンサレスモータの拘束保護回路であり、起動用周波数を自己発振するセンサレスモータの駆動回路においては起動用周波数を発振するコンデンサとモータ拘束検出用コンデンサを唯一のコンデンサで実現することにより、ホール素子等の位置検出素子またはＦＧパターンを必要とせず、モータの小型化に関しては非常に有利であり、部品点数およびコスト削減ができるという作用を有する。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、パルス信号発生回路の出力信号をカウントする第２の計数回路と前記第２の計数回路の出力信号により第１の計数回路をリセットすることを特徴とした請求項１記載のセンサレスモータの拘束保護回路であり、起動用周波数を自己発振するセンサレスモータの駆動回路においては起動用周波数を発振するコンデンサとモータ拘束検出用コンデンサを唯一のコンデンサで実現され、ホール素子等の位置検出素子またはＦＧパターンを必要とせず、モータの小型化に関しては非常に有利であり、部品点数およびコスト削減ができ、かつ、拘束保護が動作する時間を安定させ、ノイズ等による誤動作を防止するという作用を有する。
【００１１】
【実施例】
以下本発明の実施例について、図面を参照して説明する。
【００１２】
（実施例１）
図１において１はモータであり、モータを駆動することにより発生する逆起電圧を含むモータ出力信号ＢＥＭＦは逆起電圧検出回路２０に入力され波形整形される。逆起電圧検出回路２０の出力は論理回路３０およびエッジ回路６０の入力に接続されている。論理回路３０の出力は通電切替回路４０の入力に接続され、通電切替回路４０の出力は駆動回路２の入力に接続され、駆動回路２の出力はモータに接続されている。エッジ回路６０の出力は発振回路８０の入力に接続され、充放電コンデンサ９０の一方の端子は接地され、他方の端子は発振回路８０および比較回路１００の非反転入力端子に共通接続されている。発振回路８０の出力は起動ロジック７０の入力に接続され、起動ロジック７０の出力は論理回路３０に接続されている。比較回路１００の反転入力端子は定電圧源１１０を介して接地され、比較回路１００の出力はカウンタ１２０を介して電流遮断回路１３０に接続され、電流遮断回路１３０の出力は駆動回路２に接続されている。カウンタ１２０はモータのスタート／ストップ指令信号により、カウント数がリセットされる。
【００１３】
以上のように構成された実施例について、以下その動作を説明する。
まず、定常回転時のセンサレス駆動について説明する。
【００１４】
モータ駆動コイルに発生する逆起電圧を逆起電圧検出回路２０により波形整形し、前記波形整形信号は論理回路３０により論理処理され出力される。通電切替回路４０は論理回路３０の出力信号に応じて駆動回路２の構成要素である複数のトランジスタを順次ＯＮ、ＯＦＦ切り替えてモータ駆動コイルに通電を行うことでモータを駆動することができる。
【００１５】
次に、起動時について説明する。
モータ起動時は駆動コイルに逆起電圧が発生していないため、定常回転時のように逆起電圧検出回路２０の出力を基にモータを駆動することはできない。そこで、発振回路８０と充放電用コンデンサ９０により、モータが追従可能な任意の周波数の発振波形を発生させ、前記発振波形を基に、起動ロジック７０において逆起電圧検出回路２０の出力信号に代わるロジック信号を出力し、論理回路３０へ入力する。論理回路３０は起動ロジック７０の出力信号を基に、定常時と同様に通電切替回路４０および駆動回路２を介してモータ駆動コイルに通電を行うことにより、モータを起動させることができる。
【００１６】
次に、モータが何らかの異常により拘束した場合の保護動作について説明する。
【００１７】
図２は本発明の実施例１における拘束保護回路の動作を表す動作説明図であり、同図において、信号Ａは充放電コンデンサ９０の充放電波形であり、比較回路１００の反転入力端子の電圧レベルＶＮと比較された結果信号Ｂが出力される。前記信号Ｂはカウンタ１２０により計数され、カウンタ１２０は信号Ｂが６パルス入力されるとＨｉｇｈレベルを出力する。図２においてモータは信号Ａの３パルス目で起動しており、信号Ａはモータ起動後、充放電周期よりも速い（モータの回転数に比例した）エッジ回路６０の出力信号により放電されるため常に電圧レベルＶＮ以下となっている。この状態においてモータが何らかの異常により拘束されると、モータ駆動コイルに誘起される逆起電圧が検出されなくなることによりエッジ回路６０から信号が出力されなくなり、充放電コンデンサ９０は起動時のように充放電され信号Ａは再び電圧レベルＶＮと交差する。このとき逆起電圧検出回路２０が起動のための通電を検出し、エッジ回路６０を介して充放電用コンデンサ９０を放電することが考えられるが、前記起動のための通電は充放電コンデンサ９０の発振波形を分周・ロジック処理することで作成されるため同期が取れており影響はない。したがって、このままモータが拘束状態を継続した場合、カウンタ１２０は信号Ｂのパルスをスタート／ストップ信号でリセットされてから６パルス計数した後、Ｈｉｇｈを出力する。カウンタ１２０の出力がＨｉｇｈになると電流遮断回路１３０によりモータ駆動コイルに流れる電流を遮断することにより、モータを過電流による破壊から保護することができる。
【００１８】
上記の構成により、起動用周波数を発振するコンデンサとモータ拘束検出用コンデンサを唯一のコンデンサで実現することができ、ホール素子等の位置検出素子またはＦＧパターンを必要としないためモータの小型化を容易にし、部品点数およびコスト削減が可能なモータの拘束保護回路が実現できる。
【００１９】
なお、本実施例において、カウンタ１２０は信号Ｂを６パルス計数するとＨｉｇｈを出力するようにしたが、カウンタ１２０のカウント数はモータが確実に起動するパルス数以上で、かつモータが拘束時の過電流により破壊に至る時間以内の任意のパルス数で設定可能である。
【００２０】
（実施例２）
図３は、本発明の実施例２の回路構成図である。なお、同図において、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００２１】
図３において、エッジ回路６０の出力はマスク回路１５０を介して第２のカウンタ１４０の入力に接続され、第２のカウンタ１４０の出力は第１のカウンタ１２０の入力に接続されている。論理回路３０の出力はマスク回路１５０に入力され、マスク回路１５０はエッジ回路６０の出力信号から駆動コイルへの通電切換時に発生するノイズ（逆起電圧の成分以外）を除去する。
【００２２】
以上のように構成された実施例２について以下その動作を説明する。定常回転時のセンサレス駆動および起動時の動作については実施例１と同様であり、その動作を省略する。
【００２３】
図４は、実施例２の動作説明図である。同図において、Ａは充放電コンデンサ９０の充放電波形であり、比較回路１００の反転入力端子の電圧レベルＶＮと比較された結果信号Ｂが出力される。信号Ｂは第１のカウンタ１２０により計数され、第１のカウンタ１２０は信号Ｂが５パルス入力されるとＨｉｇｈレベルを出力する。図４においてモータは信号Ａの３パルス目で起動しており、モータが回転することにより駆動コイルに誘起される逆起電圧を逆起電圧検出回路２０により検出し、逆起電圧検出回路２０の出力を基にエッジ回路６０を介してマスク回路１５０により信号Ｄが出力される。第２のカウンタ１４０は信号Ｄが２パルス入力される毎にパルス信号Ｅを出力し、パルス信号Ｅにより第１のカウンタ１２０はリセットされる。すなわち、モータの定常回転中は常に第１のカウンタ１２０はリセットを繰り返される。
【００２４】
この状態においてモータが何らかの異常により拘束されると、モータ駆動コイルに誘起される逆起電圧が検出されなくなることによりマスク回路１５０から信号が出力されなくなり、第２のカウンタ１４０による第１のカウンタ１２０のリセットは行われない。このとき逆起電圧検出回路２０が起動のための通電を検出し、エッジ回路６０からエッジ信号が出力されることも考えられるが、マスク回路１５０により通電切換のタイミングで出力されるエッジ信号はマスクされるため影響はない。したがって、このままモータが拘束状態を継続した場合、第１のカウンタ１２０は信号Ｂのパルスを第２のカウンタ１４０により最後にリセットされてから５パルス計数した後、Ｈｉｇｈを出力する。カウンタ１２０の出力がＨｉｇｈになると電流遮断回路１３０によりモータ駆動コイルに流れる電流を遮断することにより、モータを過電流による破壊から保護することができる。
【００２５】
また、外乱ノイズ等により第１のカウンタが誤カウントした場合でも、モータの定常回転中第１のカウンタ１２０は第２のカウンタ１４０により常にリセットを繰り返されるので、拘束保護回路が誤動作し、モータ電流を誤って遮断することは極めて少ないといえる。また、予想を超えるようなノイズが一時的に入力され、それにより拘束保護回路が誤動作しモータ電流を遮断した場合でも、モータが惰性で回転することにより逆起電圧は発生しており、信号Ｄおよび信号Ｅは出力される。すなわち、万が一拘束保護回路が誤動作した場合でも第１のカウンタ１２０は直ちにリセットされ、拘束保護回路の誤動作は解消しモータ駆動コイルへの通電は自動的に復帰する。
【００２６】
さらに、モータの定常回転中第１のカウンタ１２０は第２のカウンタ１４０により常にリセットを繰り返されるので、信号Ａの何パルス目で起動してもモータが拘束してから正確に信号Ａの５パルス目で電流が遮断されるため、モータが拘束されてからモータ駆動コイルへの電流を遮断するまでの時間は一定とすることができ、正確な時間設定が可能となる。
【００２７】
上記の構成により、起動用周波数を発振するコンデンサとモータ拘束検出用コンデンサを唯一のコンデンサで実現することができ、ホール素子等の位置検出素子またはＦＧパターンを必要としないためモータの小型化を容易にし、部品点数およびコスト削減が可能でかつ、拘束保護が動作するまでの時間を正確に設定することができるモータの拘束保護回路が実現でき、さらに、ノイズ等により誤動作した場合には自動的に通電を復帰することができる。
【００２８】
なお、本実施例において、第１のカウンタ１２０は信号Ｂを５パルス計数するとＨｉｇｈを出力するようにしたが、第１のカウンタ１２０のカウント数はモータが確実に起動するパルス数以上で、かつモータが拘束時の過電流により破壊に至る時間以内の任意のパルス数で設定可能である。また、同様に第２のカウンタ１４０のカウント数も２パルスに限定されるものではない。
【００２９】
【発明の効果】
上記実施例の記載から明らかなように、請求項１記載の発明によれば、起動用周波数を自己発振するセンサレスモータの駆動回路においては起動用周波数を発振するコンデンサとモータ拘束検出用コンデンサを唯一のコンデンサで実現することができ、ホール素子等の位置検出素子またはＦＧパターンを必要とせず、モータの小型化に関しては非常に有利であり、部品点数およびコスト削減ができるという優れた効果が得られる。
【００３０】
さらに、請求項２に記載の発明によれば、拘束保護が動作する時間を安定させ、ノイズ等による誤動作を防止し、万が一ノイズ等により誤動作した場合には自動的に通電を復帰することができるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１によるモータ拘束保護回路を示す回路構成図
【図２】本発明の実施例１におけるモータ拘束保護回路の動作説明のためのタイミング図
【図３】本発明の実施例２によるモータ拘束保護回路を示す回路構成図
【図４】本発明の実施例２におけるモータ拘束保護回路の動作説明のためのタイミング図
【図５】従来のモータ拘束保護回路の回路構成図
【図６】従来のモータ拘束保護回路の動作説明図
【符号の説明】
１  モータ
２  駆動回路
２０  逆起電圧検出回路
３０  論理回路
４０  通電切替回路
６０  エッジ回路
７０  起動ロジック
８０  発振回路
９０  充放電コンデンサ
１００  比較回路
１１０  定電圧源
１２０  カウンタ
１３０  電流遮断回路
２００  パルス信号発生回路
【図１】
0004114257.tif 000002
【図２】
0004114257.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0004114257.tif 000006
【図６】
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