JPH04168995A - ブラシレス２相直流モータの起動方法とブラシレス２相直流モータ回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はＤＣブラシレスモータに関し、特に２相のブラ
シレス直流モータの起動方法およびブラシレス２相直流
モータ回路に関する。

［従来の技術］ ＤＣブラシレスモータは、ブラシを有さないため、高信
頼性、長寿命であり、発生するノイズも低い。

、　　たとえば、電子機器や制御機器は熱に弱く、発熱
を伴う時は冷却を行う必要がある。自然冷却では冷却力
が不足する場合は、軸流ファン、横流ファン、遠心ファ
ン等のファンで強制的に冷却する方法が機器の正常動作
確保のために有効である。

ＤＣブラシレスモータの特性は、たとえばこのような機
器冷却用ファンのドライブ用等として非常に適している
。

第２図に従来の技術によるブラシレス２相直流モータ回
路の例を示す。

インペラと結合したロータ１は、コイル２ａ。

２ｂに流れる電流によって駆動され、矢印の方法に回転
する。コイル２ａ、２ｂに流れる電流は、トランジスタ
Ｔｒｉ、Ｔｒ２によって制御され、逆流防止用ダイオー
ドＤ２、Ｄ３を介して流れる。

ロータ１の回転は、ホール素子１８によって検出され、
検出信号はロジック回路１６に供給される。

ロジック回路１６は、検出信号に基づいてコイル２ａ、
２ｂに流す電流をとのように制御すべきかを算出し、抵
抗Ｒ２、Ｒ３を介してトランジスタＴｒｌ、Ｔｒ２のベ
ースに制御信号を供給する。

なお、トランジスタＴＲ１、Ｔｒ２のベースに接続され
たキャパシタＣ１、Ｃ２は電圧安定化、高周波短絡用の
ものである。また、図中Ｄ１は逆流防止用グイオート、
Ｒ１は保護抵抗、Ｃ３、Ｃ４は、電圧安定化高周波短絡
用キャパシタである。

起動時においては、ホール素子１８によってロータ１の
回転位置を検出し、駆動用コイル２ａ。

２ｂに駆動電流を供給することによってロータ１の回転
を開始させる。なお、冷却用ファン等の用途においては
、多少ロータ１が逆転してもその後正転を始めれば問題
はない。しかしながら、モータの製造時においては、ホ
ール素子１８かロータ１に対して適正な位置に取り付け
られるように回路部材の取り付は位置を制御する必要か
ある。このため、自動組み立てに対しては制限が生じ、
量産上の支障をきたす。

［発明が解決しようとする課題］ 以上説明した従来の技術によれば、制御回路にＩｎＳｂ
等で形成されたホール素子を用いている。

このようなホール素子は有限寿命であり、温度特性に制
限がある。また、個々の素子特性にバラツキがあり、特
性を補正する手段が必要である。また、シリコン集積回
路との単一チップの集積化ができない。

また、制御回路にホール素子を用いているため、製造に
際してモータのロータ等に対し、個別にポール素子の取
り付は位置を調整する必要がある。

本発明の目的は、ホール素子を用いないブラシレス２相
直流モータの起動方法を提供することである。

本発明の他の目的は、自動化製造が可能なブラシレス２
相直流モータを提供することである。

［課題を解決するための手段］ 本発明のブラシレス２相直流モータの起動方法は、永久
磁石を有するロータと、各々が単方向に電流を流し前記
ロータを駆動する第１および第２の駆動用コイル回路と
を有し、ブラシを有さない２相直流モータを起動する方
法であって、ロータの位置を検出することなく、第１の
駆動用コイルに駆動電流を流す工程と、第２の駆動用コ
イルに発生する誘導起電力を検出する工程と、検出した
誘導起電力からロータの位置を判断する工程と、ロータ
の位置に基つき、第１および第２の駆動コイルに流す電
流を制御してロータを加速する工程とを含む。

［作用コ ロータの位置検出をコイルの誘導起電力で行なう時は、
起動時はロータの位置が判らない。第１の駆動用コイル
に電流を流すと、その近傍にロータの前極があるか、そ
の位置がどこかによってロータは正転、または逆転を開
始する。この時、第２の駆動用コイルに誘導起電力が発
生する。この誘導起電力の極性と大きさを知ることによ
り、ロータの位置を知ることができる。検出したロータ
位置に基づき、駆動コイルに順次駆動電流を流すことに
より、ロータの回転を正方向に開始させることができる
。

［実施例コ 第１図に本発明の実施例によるブラシレス２相直流モー
タ回路を示す。ロータ１は４極の永久磁石を有し、駆動
コイル２ａ、２ｂに駆動電流を流すことにより、矢印の
方向に回転する。駆動用コイル２ａ、２ｂに流れる電流
は、パワートランジスタ回路４によって交互に切り換え
られる。パワートランジスタ回路４は２相の駆動電流を
供給する同極性または異極性のトランジスタを含み、ロ
ジック回路６からの制御信号によって制御される。

ロータ１が回転している時は、駆動用コイル２　ａ。

２ｂの一方に、駆動用電流が流れ、他方のコイルの接続
点５ａ、５ｂから誘導起電力が検出され、ロジック回路
６に入力している。このため、ロータ１の回転時はロー
タ１の回転位置がロジック回路６によって検出され、そ
れに基づいてパワートランジスタ回路４に供給する制御
信号が制御される。ロジック信号６からは、フリップフ
ロップ回路８に信号が送られ、タイミング信号が形成さ
れる。

ロータが回転している時には、コイルに起電力か発生す
るが、ロータが停止している時には、ロータの位置を検
出する手段がない。

そこで、第１図に示すブラシレス２相直流モータの起動
は以下のように行なう。

第３図に示すように、一対の駆動用コイル２ａ。

２ｂの一方２ａを、起動時に電流を流すコイルとし、他
方２ｂを、起動時に誘導起電力を検出するためのコイル
とする。ロータ１は４極の永久磁石を有し、Ｎ極、Ｓ極
が交互に配置されている。

起動時には、ロータ１が停止しているため、いずれのコ
イル２ａ、２ｂにも誘導起電力は発生していない。一方
のコイル２ａに、図示のように上方がＮ極になるように
電流を流す。このＮ極と対向する位置に、Ｓ極またはＮ
極が存在する。さらに、このＳ極、Ｎ極がコイルのＮ極
の右側にあるか左側にあるかによってその位置をＰＬ、
Ｐ２と表わす。ロータの隣接する永久磁石の極は、Ｐｌ
。

Ｐ２に対応してＰ３．Ｐ４の位置にくる。ＰｌにＮ極が
ある場合、Ｐ３にＳ極がくる。起動用コイル２ａのＮ極
に対向して、どの位置にどの極性の磁極が配置されるか
によって、以下に示す表のような起電力が他方のコイル
２ｂに生じる。

たとえば、起動用コイル２ａの主極、Ｎ極に対向してＳ
極が位置Ｐ１に存在すると、Ｎ極とＳ極とは引き合うた
め、ロータは左回りの回転を始める。すなわち、この場
合、逆回転をする。検出用コイル２ｂの検出端に対向す
る位置には、位置Ｐ１のＳ極に対応して位置Ｐ３にＮ極
が配置される。

このＮ極が逆転をするため、検出用コイル２ｂには一極
性の起電力が発生する。

同様に、ロータ１のＳ極が位置Ｐ２にある時は、Ｓ極と
Ｎ極とが引き合い、ロータ１は正転を始める。この時、
Ｎ極が位置Ｐ４から正転を始めるため、検出用コイル２
ｂには十極性の起電力が発生する。このように、ロータ
が正転するか逆転するかによって、検出用コイノ、し２
は逆極性の起電力を発生する。

一方、駆動用コイル２ａのＮ極に対向して、ロータ１の
Ｎ極か配置されている時は、検出用コイル２ｂに対向し
てＳ極が位置Ｐ３．Ｐ４に配置される。Ｎ極とＮ極とは
反発するため、ロータ１の磁極がＰｌにある時は正転を
開始し、位置Ｐ２１こある時は逆転を開始する。すなわ
ち、位置Ｐ３のＳ極は正転し、位置Ｐ４のＳ極は逆転す
る。検出用コイル２ｂに対向する磁極がＳ極である場合
は、ロータ１の回転に対して検出用コイル２ｂに発生す
る起電力は、Ｎ極が対向する時と逆になる。すなわち、
Ｐ３にＳ極が配置される時には、−極性の起電力が発生
し、位置Ｐ４にＳ極が配置される時は、十極性の起電力
が発生する。

このようにして、正転か逆転かにより極性の異なる起電
力が発生する。

検出用コイル２ｂに対向する磁極かＮ極かＳ極かが判れ
ば、誘導起電力の極性によってロータの位置を判定する
ことができる。

ところで、２相直流モータにおける励磁は、各コイルに
対してそれぞれ１方向に行なわれる。このため、たとえ
ば駆動電流を流すことによって、磁界Ｈが正極性で発生
する場合、このコイルのコアにはＨ＞Ｏの磁束が印加さ
れ、たとえ電流がＯの時でも残留磁束Ｂｒが残る。すな
わち、検出用コイル２ｂにも一定方向の磁束が残ってい
る。ロータ１のどの極性の磁極がこの検出用コイル２ｂ
と対向して配置されるかによって、誘導される起電力の
大きさは異なる。すなわち、コアの極性を反転させる磁
極（Ｎ極）がＳ極が対向配置されれば、誘導される起電
力の値は大きく、他の磁極（Ｓ極）が配置されれば、誘
導される起電力の大きさは小さい。

第５図に、このようなバイアスがある時の起電力の変化
の例を概略的に示す。

ロータ１のＳ極が駆動用コイル２ａのＮ極と対向した時
、検出用コイルのＮ極にロータ１のＮ極が配置され、大
きな起電力が発生し、ロータ１のＮ極が検出用コイル２
ｂのＮ極と対向した時、起電力は小さくなる。Ｓ極、Ｎ
極が交互に到達するたびに、起電力はその振幅を変化さ
せる。

このような起電力の大きさは、第６図に示すような判定
回路によって判定することができる。すなわち、コンパ
レータ１２に検出電圧と共に、第５図に示す起電力の中
間位置の参照電圧Ｖｒｅｆを印加する。検出電圧がＳ極
と表示した高い電圧であるか、Ｎ極と表示した低い電圧
であるかにより、比較結果は反転するため、ロータの極
性を判定することができる。

ロジック回路６は、モータの起動時にはこのようにして
一方のコイル２ａに駆動用電流を流すと共に、他方のコ
イル２ｂに生じる誘導起電力を検出し、ロータの位置を
判定する。ロータの位置が判定された時は、判定したロ
ータの位置に基づいてロータを正転させる位相の電流を
パワートランジスタ回路４を介して、駆動用コイル２ａ
、２ｂに交互に供給し、ロータ１を正転させる。

なお、起動においては、コイル２ａに１回の駆動用電流
を流すのみでなく、コイル２ａ、　　コイル２ｂに交互
に電流を流す起動モードを実行し、その後、両コイルの
電流を断って検出するのが好ましい。この場合は、上述
のコイル２ｂによる起電力検出のみでなく、コイル２ａ
による起電力検出も行なえるので、判定結果がより信頼
性のあるものになる。ロータの位置が判定した時には、
再び駆動用コイル２ａ、２ｂに交互に加速用電流を流し
てロータ１を加速し、低速回転まで加速する。

なお、第１図において、起動／検出時限切り換え回路１
０は、タイミング信号を入力し、カウントして設定され
た２回の起動時間が経過した時、起動モートを検出モー
ドに切り換える信号を発生する。ロジック回路６は初め
は、ロータ１の回転位置を知ることなく所定順序で駆動
用コイル２ａ、２ｂに電流を流すための制御信号を発生
する。このような起動モートを所定回数行い、休止後ロ
ータの回転を検出して再度起動モードを実行し、所定の
時間が経過すると、起動／検出時限切り換え回路１０か
らの信号が供給され、ロジック回路は起動モードから検
出モードに移行する。検出モードにおいては、接続点５
ａ、５ｂから供給される検出信号によってロータ１の回
転位置を検出し、駆動用コイル２ａ、２ｂに供給する電
流を制御する。

なお、図中Ｄ１、Ｒ１、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は、第２図に
示したものと同等の部品である。

なお、パワートランジスタ回路４は、第２図に示すよう
な同極性のバイポーラトランジスタを用いても、一方の
バイポーラトランジスタを逆極性（ｎｐｎに対してｐｎ
ｐ）としてもよい。また、電界効果トランジスタを用い
ることも可能である。

を開始しない場合が有るが、−旦体止後、２回目の起動
モードを実行するとモータは確実に回転を開始する。

センサレスの構成とすることにより、ホール素子を省略
できるので、温度特性を改善することができ、回路寿命
を延長することができ、外付は部品数を減少することが
でき、回路部材取り付けの精度が不要となり、このため
自動組み立てが容易化され、コストダウンが可能となる
。

以上、実施例に沿って本発明を説明したが１、本発明は
これらに制限されるものではない。たとえば、種々の変
更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明で
あろう。

［発明の効果］ ホール素子回路を省略したことにより、構成が簡単化さ
れ、取り付は工程が容易化される。

ホール素子を省略しても、起動モードを２重に実行する
ことにより確実な起動を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例によるブラシレス２相直流モー
タ回路の回路図、 第２図は従来の技術によるブラシレス２相直流モータ回
路の回路図、 第３図は２相直流モータの構成を概略的に示す線図、 第４図はステータの履歴特性を示すグラフ、第５図はス
テータコイルに発生する起電力を示すグラフ、 第６図は起電力の判別を行なう判定回路の回路図である
。 図において、 １　　　　　ロータ ２　　　　　駆動用コイル ４　　　　　パワートランジスタ回路 ５　　　　　接続点 ６．１６　　ロジック回路 ８　　　　　　フリップフロップ １０　　　　　起動／検出時限切り換え回路１８　　　
　　ホール素子回路 Ｒ抵抗 Ｄ　　　　　　ダイオード Ｃキャパシタ Ｔｒ　　　　　　）ランジスタ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）．永久磁石を有するロータと、各々が単方向に電
   流を流し前記ロータを駆動する第１および第２の駆動用
   コイル回路とを有し、ブラシを有さない２相直流モータ
   を起動する方法であって、ロータの位置を検出すること
   なく、第１の駆動用コイルに駆動電流を流す工程と、 第２の駆動用コイルに発生する誘導起電力を検出する工
   程と、 検出した誘導起電力からロータの位置を判断する工程と
   、 ロータの位置に基づき、第１および第２の駆動コイルに
   流す電流を制御してロータを加速する工程と を含むブラシレス２相直流モータの起動方法。
2. （２）．永久磁石を有するロータと、 各々が単方向に電流を流し、前記ロータを駆動する第１
   および第２の駆動用コイル回路と、前記第１および第２
   の駆動用コイルに駆動電流を供給する電流源と、 駆動用コイルに駆動電流を流し、他方の駆動用コイルか
   ら誘導起電力を検出してロータの位置を判定し、その後
   、駆動用コイルに流す電流を制御する制御回路と を有するブラシレス２相直流モータ回路。