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JP3568075B2 - Drive control circuit for brushless motor - Google Patents
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JP3568075B2 - Drive control circuit for brushless motor - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はVTRやポリゴンミラーのスピンドルモータやディスク型記憶装置等のスピンドルモータに好適なブラシレスモータ駆動制御回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
図1はVTRのキャプスタン軸を直接回転駆動するブラシレスモータの断面図であり、図2は図1に示したブラシレスモータのステータ部の平面図である。ロータ10は中心にキャプスタン軸であるシャフト40が固着され軸受け手段90、100によって回転自在に支持されており、ステータ20と対向する表面に8極の正弦波状の駆動磁極を有する駆動マグネット50が備えられている。
【0003】
ステータ20は軟磁性鋼板に絶縁層を介して銅箔を積層し、エッチング等の方法により回路パターンを形成したステータ基板70(配線基板を兼ねている)をベースに、6個の空心のステータコイル80を60度間隔に回転中心と同軸に配し固着している。これらのステータコイル80は前述した駆動磁極と平面で対向しており、回転中心を挟んで対向する1組の2個が直列に接続され、3組でスター結線の3相ステータコイルを構成している。
【0004】
これらのコイルの中心には2個のホール素子130が、前述した駆動磁極のホール素子に磁束を供給する部分の磁束密度に応じ120度位相差のホール信号U及びVを出力するように配設されている。
【0005】
また、図示しないMR型感磁素子はステータ20上に配設され、ロータ10のFGマグネット60の外周のFG磁極に0.1mm程度の隙間を空けて対向し、FG磁極に応じて1回転当たり360サイクルのFG信号を出力する。FG信号はモータを目的の回転速度に制御する速度制御信号に変換され、駆動電流を制御するようにIC140に内蔵された駆動回路に供給される。
【0006】
前述したホール信号U及びVは和演算及び反転回路をなし合成信号Wを出力する。これらの信号は各々120度位相差の3相位置信号を構成し駆動回路に供給され、駆動回路は3相のステータコイル80に、前述した速度制御信号に応じた大きさの駆動電流を、この位置信号に応じた比率に制御して流すように作用する。この駆動電流により、ステータコイル80は、ロータ10の回転に応じた回転磁界を生じさせ、駆動磁極の磁界との相互作用により回転駆動力を発生する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
このようなブラシレスモータにおいて回転ムラを抑える事は必要不可欠あり、そのためにはホール信号U及びVを和演算し反転回路をなして得られた合成信号Wは出来るだけホール信号U,V信号と同等の波形が要求され、位相差のずれも少なくする必要が有る。
【0008】
前述した反転回路においてホール信号U,Vが120度位相差で同振幅の正弦波としたとき、合成信号Wも120度位相差の正弦波にすることが出来る。このときのホール信号U,V及び合成信号Wの波形は図20に示すような波形となる。しかしながらホール素子には必ず感度のばらつきがあるのでホール信号U,V間に振幅ずれが当然生じる。このとき図21に示すように、ホール信号U,Vが振幅ずれを起こすことにより、合成信号Wは位相がずれてしまう。この位相ずれは、ステータコイル80に流す電流のタイミングをずらし、回転ムラを悪化させる原因となってしまう。また、トルク増大等のため、ホール信号U及びVを正弦波ではなく台形波状の信号としたときも同様に合成信号Wに影響を及ぼし、合成信号Wは歪んだ三角波状の信号になる。このときの各信号の波形は第8図に示すような波形となる。前述した歪んだ三角波状の合成信号Wは非線形変換回路等により、図9に示すようなホール信号U,Vと同等の台形波状の変換信号W’にすることが出来る。しかしながら、ホール信号U,V間の振幅にずれが生じていると、図22に示すように歪みが生じ、且つ、位相もずれてしまう。このため図23に示すようにホール信号U,V間の振幅差が大きくなればなるほど回転ムラが悪化してしまうという問題があった。本発明はこのような問題点に鑑みなされたもので、回転ムラが良好で且つ、安価なブラシレスモータを提供するものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明によるブラシレスモータ駆動制御回路は、駆動磁極を備えるとともに回転自在に保持されるロータと、前記駆動磁極と対向する3相のステータコイルと、前記ロータの回転角度に応じた磁束を供給され、電気角で120度の位相差のホール信号U及びVを出力する2個のホール素子と、前記ホール信号U及びVを合成して前記ホール信号U及びVに対して電気角で120度の位相差の合成信号Wを出力する信号合成手段と、前記ホール信号U,V及び合成信号Wに応じて前記ステータコイルに駆動電流を流すための非線形回路とリミッタとから構成される駆動回路と、前記ホール信号U及びVの振幅差に応じた振幅差信号を出力する振幅制御手段と、前記振幅差信号に応じて前記ホール信号U,V又は双方の振幅を調整する振幅調整手段とを備え、前記ホール信号U及びVの振幅差を軽減するようにしたことを特徴とするものであり、更に、前記振幅調整手段は2つの差動増幅器を含んで構成され、前記差動増幅器のどちらか一方の電流源であるコモン電流を調整することにより前記2つの差動増幅器の出力であるホール信号VuとVvの振幅差を軽減するものであり、前記2つの差動増幅器のコモン電流の値が等しいとき、コモン電流を調整する側の差動増幅器の増幅率が他方の差動増幅器の増幅率に対して5%以上低いことを特徴とするものである。本発明は、上記課題を解決するために、
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例に係るブラシレスモータの外観構成は先に図1及び図2を用いて説明した従来例と略同様な構成であるので図1及び図2を再び用いて説明する。
【0011】
本発明に係るブラシレスモータでは、ロータ10の表面に8極の所定の第3次高調波成分と第5次高調波成分を含ませた台形波状の駆動磁極を有する駆動マグネット50が備えられており、ステータ20は従来例と同様に回路パターンを形成した基板をベースに、6個の空心コイルを60度間隔に回転中心と同軸に配し固着されてる。
【0012】
これらのコイルは前述した駆動磁極と平面で対向しており、回転中心を挟んで対向する1組の2個が直列に接続され、3組でスター結線の3相ステータコイル80を構成している。また、これらのコイルの中心には2個のホール素子130が、前述した駆動磁極のホール素子に磁束を供給する部分の磁束密度に応じ120度位相差のホール信号U及びVを出力するように配設されている。
【0013】
更に、従来例同様にMR型感磁素子が配設されFG信号を出力し、このFG信号は速度制御手段によりモータを目的の回転速度に制御する速度制御信号に変換され、駆動電流を制御するように駆動回路に供給される。
【0014】
(第1実施例)
図3は本発明のブラシレスモータ駆動制御回路の第1実施例を示すブロック図であり、この図に沿って具体的に説明する。まず、ホール信号U,Vをそれぞれ増幅器1,2で増幅し、その出力を絶対値回路3に入力する。それぞれの出力波形は図4(a),(b)のUabs、Vabsのようになり、それらをコンパレータ4にかけ、図5(a),(b)のような矩形波Vcmpに変換する。即ち、コンパレータ4では、絶対値回路3から出力され絶対値Uabs,Vabsの大小を電気角ごとに比較して、この比較結果を“0”と“1”の2値に変換することにより図5(a),(b)に示したような矩形波Vcmpが得られる。このときホール信号U,Vの振幅が図4(a)に示したように同じであれば矩形波のデューティは1:1(θ1=θ2)となり(図5図(a))、一方図4(b)に示したようにホール信号Uの振幅<ホール信号Vの振幅となればVcmpのデューティはずれる(図5図(b))。
【0015】
次に前記コンパレータ4の出力Vcmpを電流に変換し、コンデンサCによって図6に示すような三角波状に平滑する。ここで前記矩形波Vcmpのデューティは三角波のDC成分に変換されたことになり、次段の帰還アンプ5に入力され、基準電圧6と比較増幅し、振幅差を軽減するように前記増幅器1の増幅率を例えばコモン電流を変えるようにして調整する。言い換えると、図5(a),(b)に示した矩形波のデューティーが等しく(θ1=θ2)なるように調整する。この結果、図9に示した如く、これらの作用により増幅器1の出力Vuは、常時増幅器2の出力Vvと同じ振幅の信号が出力される。この振幅調整後の信号Vu及びVvを和演算し、反転手段(加算回路7,非線形回路8,リミッタ9)により反転することにより、波形歪みや位相ずれの少ない常時安定した変換信号W’を出力することが出来る。そして、増幅器1,2からの信号Vu,Vvと変換信号W’をスタータコイル駆動回路11に供給して、3相でブラシレスモータを駆動する。
【0016】
図7は本発明の一実施例に係るブラシレスモータを適用した駆動制御回路の具体的な構成を示した回路図である。HGU,HGVはそれぞれホール素子であり、入力端子は並列に接続され、抵抗R1,R2でバイアス電流が供給されている。各ホール素子HGU,HGVの出力端子はトランジスタQ1〜Q4で構成されている差動増幅器のベース端子に接続されている。トランジスタQ1〜Q4、Q78、抵抗R3〜R11、電流源I1は増幅器1,2を構成しており、トランジスタQ1〜Q4の各々のコレクタには増幅されたホール信号Vu、Vvが出力される。
【0017】
増幅されたホール信号Vu、VvはQ5〜Q8で構成されている差動増幅器のベース端子に接続されている。トランジスタQ5〜Q12、抵抗R12〜R17、電流源I2〜I3、ダイオードD1は加算回路7を構成しており、トランジスタQ13,Q14のコレクタに電流として出力される。出力された電流はバイアス電流I4、I5とともにダイオードD2、D3に供給され、電圧に変換される。そして、それぞれのアノードからトランジスタQ15,Q18のベースに接続される。
【0018】
トランジスタQ15〜Q18、抵抗R18〜R19、電流源I6は非線形回路8を構成しており、トランジスタQ16,Q17のコレクタに電圧として出力され、トランジスタQ19,Q20のベースに接続される。これらのトランジスタQ19,Q20、抵抗R20,R21、電流源I7はリミッタ9を構成しており、トランジスタQ19,Q20のコレクタに変換信号W’として出力される。出力された変換信号W’は増幅したホール信号Vu、Vvともに3相の位置信号としてトランジスタQ21〜Q26のベースに接続される。
【0019】
トランジスタQ21〜Q46、抵抗R23〜R29、抵抗R43、電流源I8〜I10はステータコイル駆動回路11を構成しており、トランジスタQ42のベースに入力された速度制御信号に応じた大きさの電流を位置信号に応じた比率に制御して、トランジスタQ44〜Q46のコレクタに接続されたインダクタンスL1〜L3で示されるステータコイル80に流すように作用する。
【0020】
また、前述したホール信号Vu,Vvはそれぞれの振幅差を検出すべく絶対値回路の入力であるトランジスタQ47,Q48,Q57,Q58のベース端子にも接続されている。トランジスタQ47〜Q60、抵抗R32〜R39、電流源I11〜I12、ダイオードD6〜D7、電圧源E1,E2は絶対値回路3を構成し、トランジスタQ54,Q60のコレクタに矩形波Uabs,Vabsが出力される。
【0021】
矩形波Uabs,Vabsはコンパレータ4の入力であるトランジスタQ65,Q66のベースに接続される。トランジスタQ63〜Q66、電流源I13はコンパレータ4を構成しトランジスタQ64のコレクタに出力され、トランジスタQ67,Q68、電流源I14,I15、抵抗R40、コンデンサCから構成される電圧電流変換回路を介してダイオードD8のアノードに振幅制御信号が出力される。この信号はトランジスタQ69のベースに接続され、トランジスタQ69〜Q78、抵抗R41,R42、電圧源E3、電流源I16,I17で構成される帰還アンプ5における基準電圧6と比較し、増幅してトランジスタQ78のコレクタに電流として出力される。
【0022】
この電流は前述した増幅器1のコモン電流となり、増幅したホール信号Vu,Vvの振幅差に応じてコモン電流を変化させ、最終的にホール信号Vuを、ホール信号Vvと同じ振幅に制御する。
【0023】
前述したホール信号U及びVは信号合成手段7で、和演算及び反転をなし合成信号Wを出力する。ホール信号U及びVは図8に示すように台形波状の信号となり、合成信号Wは歪んだ三角波状の信号になる。このとき合成信号Wは非線形変換回路8により、図9に示すようにホール信号U,Vと同等の台形波状の変換信号W’にすることが出来る。
【0024】
次にロータの駆動磁極について説明する。前記ロータの回転角度に応じて前記ホール素子に磁束を供給する部分の磁極波形は基本波に同相の第3次高調波成分及び第5次高調波成分を含み、前記第3次高調波成分の含有率と前記第5次高調波成分の含有率との差を16%以下にしている。近年、機器の小型化及び効率向上が求められ、このようなブラシレスモータにおいても、駆動電流を低減しトルクを増大する事が求められており、このためには、総磁束量を増すことが有効と考え、駆動磁極を正弦波から台形波状する事を試みた。
【0025】
駆動磁極を正弦波から台形波状にしていくと、マグネットの特性で定まる最大磁束密度は一定であるから、図10に示すように第3次高調波の含有率が増大することに伴って基本波も増大しトルク増大に寄与することが判明した。即ち、図11に示すように例えば駆動磁極に10%の第3次高調波を含有するようにすると、基本波も10%程度増大し、この結果トルクも10%増大する事がわかる。しかし、ホール素子に磁束を供給する部分も同様で、ホール信号もこの第3次高調波成分が含まれ、これらを和演算及び反転をなし合成信号Wを生成すると、ホール信号の波形と異なった歪みを多く含む波形を生じ、第3次高調波成分のみを増していくと、図12(e)に示すように三角波状の合成信号Wのゼロクロス付近の傾斜が小さくなり、非線形変換手段を通じても図12(f)に示すような歪んだ台形波出力となる。これが各相のステータコイル相互の駆動電流の相違となり、トルクのムラとなってモータの回転ムラを悪化させる原因となった。特に第3次高調波の含有率が16%を超えると図12(g)に示すように合成信号Wのゼロクロス付近の傾斜が逆になり、図12(h)に示すように極端に歪んだ変換出力となり、逆方向の駆動トルクが発生するなど使用に耐えなくなる。
【0026】
これらは図13に示すように、駆動磁極の第3次高調波の含有率の増大にともなって回転ムラが増大し、特に含有率が8%以上になると回転ムラは0.3%を超え使用に耐えなくなるという問題を生じた。この問題の解決のため駆動磁極に第5次高調波を含有させると上述の合成信号Wは図12(i)に示すようにゼロクロス付近の傾斜が良好となり変換波形W’の歪みも図12(j)に示すように低下し、良好な回転ムラ特性を呈する。
【0027】
このため、第3次高調波の含有率が16%を超えても、第3次高調波の含有率から第5次高調波の含有率を差し引いた差が16%以下であれば合成信号Wのゼロクロス付近の傾斜が逆にならず、逆方向の駆動トルクも発生することはないし、含有率の差が12%以下であれば良好な回転ムラ特性をも示す。
【0028】
尚、駆動磁極のホール素子に磁束を供給する部分の磁極波形が上述したように第3次高調波成分及び第5次高調波成分を含んでいれば、上述の課題は解決されるので、駆動磁極の他の部分の含有率が異なっても同様の効果を得る。
【0029】
次に非線形変換回路について説明する。前述したように、ホール信号U及びVは信号合成手段で和演算及び反転をなし合成信号Wを出力する。駆動磁極のホール素子に磁束を供給する部分の磁極波形も第3次高調波成分と第5次高調波成分を含ませた台形波状であるから、ホール信号U及びVも図12(a),(b)に示すように台形波状の信号となり、合成信号Wは図12(c)に示すように歪んだ三角波状の信号として得られる。
【0030】
非線形変換手段は入力された三角波状の合成信号Wを図12(d)に示すような台形波状の変換信号W’に変換するよう、入力信号のゼロクロス付近ではゲインが高く、入力信号の振幅が大きくなるにつれてゲインを低下させ最終的には入力振幅が上昇しても出力振幅は殆ど上昇しないような特性の、入力振幅と出力振幅との関係が三角波−台形波変換特性を有する回路手段である。
【0031】
具体的には本実施例の場合、入力振幅を3/4乗した後、更に差動増幅器の対数変換特性を用いて三角波状の信号を台形波状の信号に変換するように構成しており、実験では1/2乗〜1/1乗の間で必要な変換特性が得られ、特に1/2乗〜5/6乗で好ましい三角波−台形波変換特性を得た。
【0032】
次にホール素子の配置について説明する。ロータの駆動マグネットは厳重に注意して製作してもホール素子と対向する面に面振れが残り、ホール素子に供給される磁束の磁束密度がロータの回転により変化する。この影響は、ホール素子出力の振幅が回転内で大きくなる部分と小さくなる部分とが交互に繰り返されるいわゆる1回転1サイクルのAM変調となる。
【0033】
信号合成手段を備えた場合の固有の問題として、2個のホール素子の配置が離れていると、一方のホール素子出力の振幅が大であるときに、他方のホール素子の出力の振幅が小となり、合成信号W及び変換信号W’の波形が変化し、回転ムラ増大の原因となる。
【0034】
図14は駆動マグネットのホール素子と対向する面の面振れが大きい場合に、機械角で表したホール素子の間隔と回転ムラの関係を実験で求めたもので、60度以下で回転ムラ増大の影響が使用可能な0.25%程度に低減され、45度以下では回転ムラ増大の影響は無視し得る0.15%程度に小さくなる。また、図15はステータ基板上に2個のホール素子が機械角で30度の間隔で、前述した駆動磁極に応じ120度位相差のホール信号U及びVを出力するように配設している例を示している。
【0035】
次にホール素子について説明する。前述した非線形変換回路を備えた場合の固有の問題として、ホール素子の感度が温度によって変化し、ホール素子出力の振幅が変化すると、非線形変換手段の出力波形が変化する特性があり、回転ムラの増大につながる場合があり、使用できる温度範囲が限定される。
【0036】
この問題を解決するため、非線形変換手段の変換特性を温度に応じて変化させて出力波形を補償する方法があるが、その回路構成が複雑となる別の問題を生じる。このため、ホール素子に温度特性の良好なGaAs型ホール素子を用いることにより、温度変化によりホール素子出力の振幅が変化することが少なくなり、回路構成を複雑にすることなく、非線形変換手段の出力波形が変化することがなく、温度に対して安定した回転ムラが得られ、使用できる温度範囲が拡大される。
【0037】
本実施例ではホール信号U,V間の振幅差を検知し、この振幅差に応じてホール信号U,Vの振幅を調整し、振幅差が軽減された後の信号を和演算及び反転をなすことにより安定した変換信号W’を出力することが出来るので回転ムラを大きく改善できる。
【0038】
また、図16の回路図で示される駆動回路ではホール信号Uに応じた信号とホール信号Vに応じた信号との差分Xを生成し、ホール信号Vに応じた信号と変換信号W’に応じた信号との差分Yを生成し、変換信号W’に応じた信号とホール信号Uに応じた信号との差分Zを生成し、ステータコイルに駆動電流を制御して流すように駆動回路を構成している。
【0039】
駆動回路手段は3相のステータコイルに、前述した速度制御信号に応じた大きさの電流を、これらの信号の大きさに応じた比率に制御して流すように作用するから、上述したようにホール信号U,V及び変換信号W’が台形波である場合3相のステータコイルの電流の比率の変化が急峻となり、振動や騒音、電磁ノイズの発生量が増大する問題がある。
【0040】
ホール信号Uに応じた信号とホール信号Vに応じた信号との差分Xを生成し、ホール信号Vに応じた信号と変換信号W’に応じた信号との差分Yを生成し、変換信号W’に応じた信号とホール信号Uに応じた信号との差分Zを生成すると、差分信号は第3次高調波信号が打ち消し合い図12(k),(l),(m)に示すように略正弦波状となる。
【0041】
この略正弦波状の信号X、Y及びZに応じて前記ステータコイルに駆動電流を制御して流すように駆動回路を構成することにより、駆動磁極は台形波でトルク増大の効果を得ながら且つ、この3相のステータコイルの電流の比率の変化が緩慢となり、振動や騒音、電磁ノイズの発生量が減少し、上述した問題も解決される。
【0042】
(第2実施例)
次に第2実施例について説明する。前記帰還アンプ5による制御電流波形は図6に示すように多少のリップルを持っている。この電流のリップル分が増幅器1のコモン電流のDC成分に対して比率が大きくなると増幅後の波形に歪みが発生し、変換信号W’にも歪みが発生することとなり結果として回転ムラが悪化してしまう。例えばホール信号Vを増幅する増幅器のコモン電流を固定してホール信号Uを増幅する増幅器のコモン電流を制御した場合を考える。図6のようにホール信号Uの振幅>ホール信号Vの振幅のときはコモン電流のDC成分を下げ、ホール信号Uの振幅<ホール信号Vの振幅のときはDC成分を上げる。ただしリップルの大きさは変化しない。よって図17に示すようにDC成分に対するリップル分の比率は(以下リップル電流比と呼ぶ)、ホール信号Uの振幅>ホール信号Vの振幅になるほど大きくなり、ホール信号Uの振幅<ホール信号Vの振幅になるほど小さくなる。
【0043】
したがって図18に示すようにホール信号U,Vの振幅差が帰還アンプのダイナミックレンジ゛内であれば、ホール信号Uを増幅する増幅器のコモン電流を増やせば増やすほど(すなわちホール信号Uの振幅<ホール信号Vの振幅となればなるほど)回転ムラは減少する。
【0044】
本実施例ではこの点に着目し、図19に示すように、ホール信号U,Vの振幅差が0のときでも、制御する側の増幅器のコモン電流値を他方の増幅器のコモン電流値より5%以上増やし(換言すればそれぞれのコモン電流値が同じとき、制御する側の増幅器の増幅率を他方の増幅器の増幅率より5%以上低くし)、帰還アンプのダイナミックレンジもシフトすることにより一定の振幅ばらつき範囲内の平均のリップル電流比を小さくすることができ、同様に平均の回転ムラも減少することが出来る。ここで増幅器のコモン電流値の差(増幅器の増幅率の差)を5%以上としたのは、5%未満であると効果が小さいためである。尚、この比が20%を越えると帰還アンプのダイナミックレンジが狭くなってしまい、振幅ばらつきを制御できる範囲が狭くなってしまう事があり、この比は20%以下にすることが好ましい。
【0045】
これまで述べてきた実施例ではいわゆるフィードバック型の構成としたが、いわゆるフィードフォワード型の構成にしても良くまた、実施例においてはいわゆるアキシャルギャップ型のブラシレスモータで説明したが、ラジアルギャップ型のモータであっても本発明は実施可能で同様な効果を得ることが出来る。更に、駆動磁極が同一面に一体的に存在するモータについて説明したが、ステータコイルに磁束を供給する面と、ホール素子に磁束を供給する面とに区分されて存在するようなブラシレスモータも本発明を逸脱するものではないなど、ここで説明した実施例に限らず種々の変形が可能である。
【0046】
【発明の効果】
本発明によればホール信号U,V間の振幅差を検知し、この振幅差に応じてホール信号U,Vの振幅を調整し、振幅差が軽減された後の信号を和演算し合成信号Wとし、非線形回路とリミッタとにより安定した変換信号W’を出力することが出来るので回転ムラを大きく改善できるとともに、3相モータにおいて、ホール素子の使用を2個に抑えることができるので安価で性能の良好なブラシレスモーターを提供することができる。また、増幅器のコモン電流の値が同じとき、調整される側の増幅器の増幅率を他方の増幅器の増幅率より5%以上低くすることにより、リップル電流比を小さくでき、回転ムラを軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】VTRのキャプスタン軸を直接駆動するブラシレスモータの断面図である。
【図2】図1に示したブラシレスモータのステータの平面図である。
【図3】本発明の一実施例に係るブラシレスモータ駆動回路を示すブロック図である。
【図4】絶対値回路の出力波形を示す図である。
【図5】コンパレータの出力波形を示す図である。
【図6】コンデンサにより平滑された波形を示す図である。
【図7】本発明の一実施例に係るブラシレスモータ駆動回路の具体的な構成を示す回路図である。
【図8】ホール信号が台形波状のときのホール信号と合成信号の波形を示す図である。
【図9】ホール信号が台形波状で合成信号を非線形変換回路により変換したときのホール信号と変換信号の波形を示す図である。
【図10】正弦波のみの駆動磁極波形と第3次高調波を15%含んだ台形波状の駆動磁極波形とを比較した図である。
【図11】第3次高調波の含有率によるトルク増大率を示す図である。
【図12】ホール信号,合成信号及び変換信号の波形を示す図である。
【図13】第3次高調波の含有率による回転ムラの比率を示す図である。
【図14】ホール素子の間隔による回転ムラの比率を示す図である。
【図15】本発明の一実施例に係るブラシレスモータ駆動制御回路に使用するブラシレスモータの他のステータの平面図である。
【図16】本発明の一実施例を示す他の回路図である。
【図17】DC電流値に対するリップル電流比を示す図である。
【図18】本発明の第1実施例におけるVに対するUの振幅比による回転ムラの比率を示す図である。
【図19】本発明の第2実施例におけるVに対するUの振幅比による回転ムラの比率を示す図である。
【図20】理想的なホール信号と合成信号の波形を示す図である。
【図21】実際のホール信号と合成信号の波形を示す図である。
【図22】ホール信号に振幅のずれが生じているときのホール信号と変換信号の波形を示す図である。
【図23】従来のブラシレスモータ駆動制御回路を使用したときのVに対するUの振幅比による回転ムラの比率を示す図である。
【符号の説明】
1,2 増幅器
3 絶対値回路
4 コンパレータ
5 帰還アンプ
6 基準電圧
7 加算回路
8 非線形回路
9 リミッタ
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a brushless motor drive control circuit suitable for a spindle motor of a VTR or a polygon mirror or a spindle motor of a disk storage device or the like.
[0002]
[Prior art]
FIG. 1 is a sectional view of a brushless motor that directly drives the capstan shaft of a VTR to rotate, and FIG. 2 is a plan view of a stator portion of the brushless motor shown in FIG. The rotor 10 has a shaft 40, which is a capstan shaft, fixed at the center and is rotatably supported by bearing means 90, 100. A driving magnet 50 having eight sinusoidal driving magnetic poles on the surface facing the stator 20 is provided. Provided.
[0003]
The stator 20 has six air-core stator coils based on a stator substrate 70 (also serving as a wiring substrate) in which a copper foil is laminated on a soft magnetic steel plate via an insulating layer and a circuit pattern is formed by a method such as etching. 80 are arranged coaxially with the rotation center at intervals of 60 degrees and fixed. These stator coils 80 are opposed to the above-described drive magnetic poles in a plane, and two pairs, one set facing each other across the rotation center, are connected in series, and three sets constitute a star-connected three-phase stator coil. I have.
[0004]
At the center of these coils, two Hall elements 130 are arranged so as to output Hall signals U and V having a phase difference of 120 degrees according to the magnetic flux density of the portion for supplying the magnetic flux to the Hall elements of the driving magnetic poles described above. Have been.
[0005]
An MR type magnetic sensing element (not shown) is provided on the stator 20 and faces the FG magnetic pole on the outer periphery of the FG magnet 60 of the rotor 10 with a gap of about 0.1 mm. An FG signal of 360 cycles is output. The FG signal is converted into a speed control signal for controlling the motor to a target rotation speed, and is supplied to a drive circuit built in the IC 140 so as to control the drive current.
[0006]
The aforementioned hall signals U and V form a sum operation and inversion circuit and output a composite signal W. Each of these signals forms a three-phase position signal having a phase difference of 120 degrees and is supplied to a drive circuit. The drive circuit supplies a drive current of a magnitude corresponding to the above-described speed control signal to the three-phase stator coil 80. It acts so as to control and flow at a ratio according to the position signal. The driving current causes the stator coil 80 to generate a rotating magnetic field corresponding to the rotation of the rotor 10 and generate a rotational driving force by interaction with the magnetic field of the driving magnetic pole.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In such a brushless motor, it is indispensable to suppress the rotation unevenness. For this purpose, the combined signal W obtained by performing a sum operation of the Hall signals U and V and forming an inversion circuit is as equal as possible to the Hall signals U and V signals. Is required, and it is necessary to reduce the deviation of the phase difference.
[0008]
When the Hall signals U and V are sine waves with a phase difference of 120 degrees and the same amplitude in the above-described inverting circuit, the composite signal W can also be a sine wave with a phase difference of 120 degrees. At this time, the waveforms of the hall signals U and V and the composite signal W are as shown in FIG. However, since the Hall elements always have variations in sensitivity, an amplitude shift naturally occurs between the Hall signals U and V. At this time, as shown in FIG. 21, the amplitude of the Hall signals U and V causes an amplitude shift, so that the phase of the synthesized signal W is shifted. This phase shift shifts the timing of the current flowing through the stator coil 80, and causes deterioration in rotation unevenness. Also, when the Hall signals U and V are not sinusoidal but trapezoidal signals due to an increase in torque, the composite signal W is similarly affected, and the composite signal W becomes a distorted triangular signal. At this time, the waveform of each signal is as shown in FIG. The above-described distorted triangular-wave composite signal W can be converted into a trapezoidal-wave converted signal W 'equivalent to the Hall signals U and V as shown in FIG. However, when the amplitude between the Hall signals U and V is shifted, distortion occurs as shown in FIG. 22 and the phase is also shifted. Therefore, as shown in FIG. 23, there is a problem that the larger the amplitude difference between the Hall signals U and V, the worse the rotation unevenness. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide an inexpensive brushless motor having good rotation unevenness.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, a brushless motor drive control circuit according to the present invention includes a rotor having a drive magnetic pole and rotatably held, a three-phase stator coil facing the drive magnetic pole, and a rotation of the rotor. Two Hall elements that are supplied with a magnetic flux according to the angle and output Hall signals U and V having a phase difference of 120 degrees in electrical angle, and combine the Hall signals U and V into the Hall signals U and V. On the other hand, a signal combining means for outputting a combined signal W having a phase difference of 120 degrees in electrical angle, and a drive current flowing through the stator coil according to the Hall signals U and V and the combined signal W. Composed of nonlinear circuit and limiter for A drive circuit, an amplitude control unit that outputs an amplitude difference signal corresponding to the amplitude difference between the Hall signals U and V, and an amplitude adjustment unit that adjusts the amplitude of the Hall signals U and V or both according to the amplitude difference signal Wherein the amplitude difference between the Hall signals U and V is reduced, and the amplitude adjusting means includes two differential amplifiers. The amplitude difference between the Hall signals Vu and Vv, which are the outputs of the two differential amplifiers, is reduced by adjusting the common current that is one of the current sources. Are equal to each other, the amplification factor of the differential amplifier for adjusting the common current is lower than the amplification factor of the other differential amplifier by 5% or more. The present invention has been made in order to solve the above problems.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The external configuration of the brushless motor according to one embodiment of the present invention is substantially the same as the conventional example described above with reference to FIGS. 1 and 2, and will be described with reference to FIGS. 1 and 2 again.
[0011]
In the brushless motor according to the present invention, a drive magnet 50 having trapezoidal drive magnetic poles including predetermined third and fifth harmonic components of eight poles is provided on the surface of the rotor 10. The stator 20 has a base on which a circuit pattern is formed in the same manner as in the prior art, and has six air-core coils arranged coaxially with the center of rotation at intervals of 60 degrees and fixed.
[0012]
These coils are opposed to the above-described drive magnetic poles in a plane, and a pair of two coils facing each other across the center of rotation are connected in series, and three sets constitute a star-connected three-phase stator coil 80. . At the center of these coils, two Hall elements 130 output Hall signals U and V having a phase difference of 120 degrees according to the magnetic flux density of the portion supplying magnetic flux to the Hall element of the driving magnetic pole described above. It is arranged.
[0013]
Further, similarly to the conventional example, an MR type magnetic sensing element is provided and outputs an FG signal. This FG signal is converted by a speed control means into a speed control signal for controlling the motor to a target rotation speed, and controls the drive current. As described above.
[0014]
(First embodiment)
FIG. 3 is a block diagram showing a first embodiment of the brushless motor drive control circuit according to the present invention, which will be specifically described with reference to FIG. First, the hall signals U and V are amplified by the amplifiers 1 and 2, respectively, and the output is input to the absolute value circuit 3. The output waveforms are like Uabs and Vabs in FIGS. 4A and 4B, and are applied to the comparator 4 to be converted into rectangular waves Vcmp as shown in FIGS. 5A and 5B. That is, the comparator 4 compares the magnitudes of the absolute values Uabs and Vabs output from the absolute value circuit 3 for each electrical angle, and converts the comparison result into binary values of “0” and “1”. A rectangular wave Vcmp as shown in (a) and (b) is obtained. At this time, if the amplitudes of the Hall signals U and V are the same as shown in FIG. 4A, the duty of the rectangular wave is 1: 1 (θ1 = θ2) (FIG. 5A), while FIG. As shown in (b), if the amplitude of the Hall signal U <the amplitude of the Hall signal V, the duty of Vcmp deviates (FIG. 5 (b)).
[0015]
Next, the output Vcmp of the comparator 4 is converted into a current, and smoothed by a capacitor C into a triangular waveform as shown in FIG. Here, the duty of the rectangular wave Vcmp is converted into a DC component of a triangular wave, and is input to the feedback amplifier 5 of the next stage, compared with the reference voltage 6, and amplified, so that the amplitude difference is reduced. The gain is adjusted, for example, by changing the common current. In other words, the adjustment is performed so that the duties of the rectangular waves shown in FIGS. 5A and 5B are equal (θ1 = θ2). As a result, as shown in FIG. 9, the output Vu of the amplifier 1 always outputs a signal having the same amplitude as the output Vv of the amplifier 2 due to these actions. By summing the amplitude-adjusted signals Vu and Vv and inverting them by an inverting means (addition circuit 7, nonlinear circuit 8, limiter 9), a constantly stable converted signal W 'with little waveform distortion and phase shift is output. You can do it. Then, the signals Vu and Vv from the amplifiers 1 and 2 and the conversion signal W ′ are supplied to the starter coil drive circuit 11 to drive the brushless motor in three phases.
[0016]
FIG. 7 is a circuit diagram showing a specific configuration of a drive control circuit to which a brushless motor according to one embodiment of the present invention is applied. HGU and HGV are Hall elements, respectively. The input terminals are connected in parallel, and a bias current is supplied by resistors R1 and R2. The output terminal of each of the Hall elements HGU and HGV is connected to the base terminal of a differential amplifier composed of transistors Q1 to Q4. The transistors Q1 to Q4 and Q78, the resistors R3 to R11, and the current source I1 constitute amplifiers 1 and 2, and the amplified Hall signals Vu and Vv are output to the respective collectors of the transistors Q1 to Q4.
[0017]
The amplified Hall signals Vu and Vv are connected to the base terminals of a differential amplifier composed of Q5 to Q8. The transistors Q5 to Q12, the resistors R12 to R17, the current sources I2 to I3, and the diode D1 constitute an addition circuit 7, and are output as currents to the collectors of the transistors Q13 and Q14. The output current is supplied to diodes D2 and D3 together with bias currents I4 and I5, and is converted into a voltage. Then, the respective anodes are connected to the bases of the transistors Q15 and Q18.
[0018]
The transistors Q15 to Q18, the resistors R18 to R19, and the current source I6 constitute a non-linear circuit 8, and are output as voltages to the collectors of the transistors Q16 and Q17, and are connected to the bases of the transistors Q19 and Q20. The transistors Q19 and Q20, the resistors R20 and R21, and the current source I7 constitute a limiter 9, and are output to the collectors of the transistors Q19 and Q20 as a conversion signal W '. The output converted signal W 'is connected to the bases of the transistors Q21 to Q26 as three-phase position signals together with the amplified hall signals Vu and Vv.
[0019]
The transistors Q21 to Q46, the resistors R23 to R29, the resistor R43, and the current sources I8 to I10 constitute a stator coil driving circuit 11, and store a current having a magnitude corresponding to a speed control signal input to the base of the transistor Q42. Control is performed at a ratio according to the signal so as to flow through the stator coil 80 represented by the inductances L1 to L3 connected to the collectors of the transistors Q44 to Q46.
[0020]
The above-mentioned Hall signals Vu and Vv are also connected to the base terminals of transistors Q47, Q48, Q57 and Q58, which are inputs of an absolute value circuit, for detecting the respective amplitude differences. Transistors Q47 to Q60, resistors R32 to R39, current sources I11 to I12, diodes D6 to D7, and voltage sources E1 and E2 constitute an absolute value circuit 3, and rectangular waves Uabs and Vabs are output to the collectors of transistors Q54 and Q60. You.
[0021]
The rectangular waves Uabs and Vabs are connected to the bases of the transistors Q65 and Q66, which are the inputs of the comparator 4. The transistors Q63 to Q66 and the current source I13 constitute the comparator 4 and are output to the collector of the transistor Q64. An amplitude control signal is output to the anode of D8. This signal is connected to the base of the transistor Q69, compared with the reference voltage 6 in the feedback amplifier 5 including the transistors Q69 to Q78, the resistors R41 and R42, the voltage source E3, and the current sources I16 and I17. Is output as current to the collector.
[0022]
This current becomes the above-mentioned common current of the amplifier 1, changes the common current according to the amplitude difference between the amplified Hall signals Vu and Vv, and finally controls the Hall signal Vu to have the same amplitude as the Hall signal Vv.
[0023]
The above-mentioned hall signals U and V are subjected to sum operation and inversion by a signal synthesizing means 7 to output a synthesized signal W. The hall signals U and V are trapezoidal signals as shown in FIG. 8, and the composite signal W is a distorted triangular signal. At this time, the synthesized signal W can be converted into a trapezoidal converted signal W 'equivalent to the Hall signals U and V by the nonlinear conversion circuit 8 as shown in FIG.
[0024]
Next, the driving magnetic poles of the rotor will be described. A magnetic pole waveform of a portion that supplies a magnetic flux to the Hall element according to the rotation angle of the rotor includes a third harmonic component and a fifth harmonic component in phase with a fundamental wave, and includes a third harmonic component. The difference between the content and the content of the fifth harmonic component is set to 16% or less. In recent years, there has been a demand for miniaturization and improved efficiency of devices, and it has been required to reduce the drive current and increase the torque even in such a brushless motor, and for this purpose, it is effective to increase the total magnetic flux amount. Therefore, I tried to make the driving magnetic pole from a sine wave to a trapezoidal wave.
[0025]
When the driving magnetic pole is changed from a sine wave to a trapezoidal wave, the maximum magnetic flux density determined by the characteristics of the magnet is constant. Therefore, as shown in FIG. It has also been found that this also increases the torque. That is, as shown in FIG. 11, for example, if the driving magnetic pole contains the third harmonic of 10%, the fundamental wave also increases by about 10%, and as a result, the torque also increases by 10%. However, the same applies to the portion that supplies the magnetic flux to the Hall element. The Hall signal also includes this third harmonic component, and when these are summed and inverted to generate a composite signal W, the waveform differs from the Hall signal waveform. When a waveform containing a large amount of distortion is generated and only the third harmonic component is increased, as shown in FIG. 12 (e), the slope of the triangular wave composite signal W near the zero cross becomes small, and even through the non-linear conversion means. A distorted trapezoidal wave output as shown in FIG. This resulted in a difference in the drive current between the stator coils of each phase, resulting in an uneven torque and an increase in the uneven rotation of the motor. In particular, when the content of the third harmonic exceeds 16%, the slope near the zero cross of the composite signal W is reversed as shown in FIG. 12 (g) and extremely distorted as shown in FIG. 12 (h). It becomes a conversion output, and becomes unusable for use, such as the generation of a reverse drive torque.
[0026]
As shown in FIG. 13, the rotation unevenness increases as the content of the third harmonic of the drive magnetic pole increases, and especially when the content exceeds 8%, the rotation unevenness exceeds 0.3%. Has a problem that they cannot endure the When the fifth harmonic is included in the driving magnetic pole in order to solve this problem, the synthesized signal W described above has a good slope near the zero cross as shown in FIG. 12 (i), and the distortion of the converted waveform W ′ is also reduced as shown in FIG. As shown in j), it is reduced, and excellent rotation unevenness characteristics are exhibited.
[0027]
For this reason, even if the content of the third harmonic exceeds 16%, if the difference obtained by subtracting the content of the fifth harmonic from the content of the third harmonic is 16% or less, the combined signal W Does not reverse, no driving torque is generated in the reverse direction, and if the difference in the content is 12% or less, good rotation unevenness characteristics are also exhibited.
[0028]
In addition, if the magnetic pole waveform of the portion that supplies the magnetic flux to the Hall element of the driving magnetic pole includes the third harmonic component and the fifth harmonic component as described above, the above-described problem is solved. Similar effects can be obtained even if the contents of the other parts of the magnetic pole are different.
[0029]
Next, the nonlinear conversion circuit will be described. As described above, the hall signals U and V are summed and inverted by the signal synthesizing means to output a synthesized signal W. Since the magnetic pole waveform of the portion for supplying the magnetic flux to the Hall element of the driving magnetic pole also has a trapezoidal waveform including the third harmonic component and the fifth harmonic component, the Hall signals U and V are also shown in FIGS. As shown in FIG. 12B, the signal becomes a trapezoidal wave, and the combined signal W is obtained as a distorted triangular wave signal as shown in FIG.
[0030]
The nonlinear conversion means has a high gain near the zero crossing of the input signal and an amplitude of the input signal so as to convert the input triangular-wave synthesized signal W into a trapezoidal-wave converted signal W ′ as shown in FIG. The circuit means has a characteristic in which the relationship between the input amplitude and the output amplitude has a triangular wave-trapezoidal wave conversion characteristic such that the gain decreases as the size increases and the output amplitude hardly increases even if the input amplitude eventually increases. .
[0031]
Specifically, in the case of the present embodiment, the input amplitude is raised to the power of 3/4, and then the triangular signal is converted into a trapezoidal signal by using the logarithmic conversion characteristic of the differential amplifier. In the experiment, necessary conversion characteristics were obtained between 1/2 power and 1/1 power, and particularly preferable triangular wave-trapezoidal wave conversion characteristics were obtained from 1/2 power to 5/6 power.
[0032]
Next, the arrangement of the Hall elements will be described. Even when the rotor drive magnet is manufactured with great care, surface runout remains on the surface facing the Hall element, and the magnetic flux density of the magnetic flux supplied to the Hall element changes due to the rotation of the rotor. This effect is so-called AM modulation of one cycle per rotation in which a portion where the amplitude of the Hall element output increases in rotation and a portion where the amplitude decreases in rotation are alternately repeated.
[0033]
As an inherent problem in the case where the signal synthesizing means is provided, if the arrangement of the two Hall elements is separated, when the amplitude of the output of one Hall element is large, the amplitude of the output of the other Hall element is small. And the waveforms of the combined signal W and the converted signal W ′ change, causing an increase in rotation unevenness.
[0034]
FIG. 14 shows the relationship between the interval between Hall elements expressed in mechanical angles and rotation unevenness when the surface deflection of the surface of the drive magnet facing the Hall element is large. The effect is reduced to a usable level of about 0.25%, and at 45 degrees or less, the effect of increased rotation unevenness is reduced to about 0.15%, which can be ignored. FIG. 15 shows that two Hall elements are arranged on a stator substrate so as to output Hall signals U and V having a phase difference of 120 degrees according to the above-mentioned drive magnetic poles at intervals of 30 degrees in mechanical angle. An example is shown.
[0035]
Next, the Hall element will be described. An inherent problem in the case where the above-described nonlinear conversion circuit is provided is that, when the sensitivity of the Hall element changes with temperature and the amplitude of the output of the Hall element changes, the output waveform of the nonlinear conversion means changes. This can lead to an increase and limits the temperature range that can be used.
[0036]
In order to solve this problem, there is a method of changing the conversion characteristic of the non-linear conversion means according to the temperature to compensate for the output waveform. However, another problem arises in that the circuit configuration becomes complicated. For this reason, by using a GaAs type Hall element having good temperature characteristics as the Hall element, the amplitude of the Hall element output is less likely to change due to a temperature change, and the output of the non-linear conversion means can be reduced without complicating the circuit configuration. The waveform does not change, stable rotation unevenness with respect to temperature is obtained, and the usable temperature range is expanded.
[0037]
In this embodiment, the amplitude difference between the Hall signals U and V is detected, the amplitude of the Hall signals U and V is adjusted according to the amplitude difference, and the signal after the amplitude difference is reduced is subjected to the sum operation and inversion. As a result, a stable converted signal W 'can be output, so that rotation unevenness can be greatly improved.
[0038]
The drive circuit shown in the circuit diagram of FIG. 16 generates a difference X between a signal corresponding to the Hall signal U and a signal corresponding to the Hall signal V, and generates a difference X according to the signal corresponding to the Hall signal V and the conversion signal W ′. A drive circuit is configured to generate a difference Y between the signal and the converted signal W ′, generate a difference Z between the signal corresponding to the converted signal W ′ and the signal corresponding to the Hall signal U, and control and drive a drive current to the stator coil. are doing.
[0039]
The drive circuit means acts to flow a current of a magnitude corresponding to the above-described speed control signal to the three-phase stator coil at a ratio corresponding to the magnitude of these signals, and thus acts as described above. When the hall signals U and V and the conversion signal W 'are trapezoidal waves, the change in the ratio of the current of the three-phase stator coil becomes steep, and there is a problem in that the amount of vibration, noise, and electromagnetic noise increases.
[0040]
A difference X between a signal corresponding to the Hall signal U and a signal corresponding to the Hall signal V is generated, a difference Y between a signal corresponding to the Hall signal V and a signal corresponding to the conversion signal W ′ is generated, and the conversion signal W is generated. When the difference Z between the signal corresponding to the 'and the signal corresponding to the Hall signal U is generated, the third harmonic signal cancels out the difference signal as shown in FIGS. 12 (k), (l) and (m). It has a substantially sinusoidal shape.
[0041]
By configuring the drive circuit so as to control and supply a drive current to the stator coil in accordance with the substantially sinusoidal signals X, Y and Z, the drive magnetic pole obtains an effect of increasing torque with a trapezoidal wave, and The change in the ratio of the currents of the three-phase stator coils becomes slow, the amount of vibration, noise, and electromagnetic noise is reduced, and the above-described problem is solved.
[0042]
(Second embodiment)
Next, a second embodiment will be described. The control current waveform by the feedback amplifier 5 has some ripples as shown in FIG. If the ratio of the ripple of the current to the DC component of the common current of the amplifier 1 becomes large, distortion occurs in the amplified waveform, and distortion occurs in the converted signal W ′. As a result, the rotation unevenness worsens. Would. For example, consider a case in which the common current of the amplifier that amplifies the Hall signal V is fixed and the common current of the amplifier that amplifies the Hall signal U is controlled. As shown in FIG. 6, when the amplitude of the Hall signal U> the amplitude of the Hall signal V, the DC component of the common current is reduced, and when the amplitude of the Hall signal U <the amplitude of the Hall signal V, the DC component is increased. However, the magnitude of the ripple does not change. Therefore, as shown in FIG. 17, the ratio of the ripple component to the DC component (hereinafter referred to as the ripple current ratio) increases as the amplitude of the Hall signal U> the amplitude of the Hall signal V, and the amplitude of the Hall signal U <the amplitude of the Hall signal V. It becomes smaller as the amplitude increases.
[0043]
Therefore, as shown in FIG. 18, if the amplitude difference between the Hall signals U and V is within the dynamic range の of the feedback amplifier, the more the common current of the amplifier for amplifying the Hall signal U is increased (that is, the amplitude of the Hall signal U < The more the amplitude of the Hall signal V becomes, the less the uneven rotation is.
[0044]
In this embodiment, attention is paid to this point, and as shown in FIG. 19, even when the amplitude difference between the Hall signals U and V is 0, the common current value of the amplifier on the controlling side is set to be 5 times smaller than the common current value of the other amplifier. (In other words, when the respective common current values are the same, the gain of the controlling amplifier is made 5% or more lower than the gain of the other amplifier) and the dynamic range of the feedback amplifier is also shifted to be constant. The average ripple current ratio within the range of the amplitude variation can be reduced, and the average rotation unevenness can also be reduced. Here, the reason why the difference in the common current value of the amplifier (the difference in the amplification factor of the amplifier) is 5% or more is that if the difference is less than 5%, the effect is small. If this ratio exceeds 20%, the dynamic range of the feedback amplifier becomes narrow, and the range in which the amplitude variation can be controlled may become narrow. Therefore, this ratio is preferably set to 20% or less.
[0045]
In the embodiments described so far, a so-called feedback type configuration is used. However, a so-called feed-forward type configuration may be used. In the embodiments, a so-called axial gap type brushless motor has been described. Even so, the present invention can be implemented and the same effect can be obtained. Further, the description has been given of the motor in which the drive magnetic poles are integrally provided on the same surface. However, a brushless motor in which a magnetic flux is supplied to the stator coil and a magnetic flux is supplied to the Hall element in a divided manner is also described. The present invention is not limited to the embodiments described herein, and various modifications are possible without departing from the invention.
[0046]
【The invention's effect】
According to the present invention, the amplitude difference between the Hall signals U and V is detected, the amplitude of the Hall signals U and V is adjusted according to the amplitude difference, and the amplitude difference is reduced. The signal is summed to produce a composite signal W, which is calculated by a non-linear circuit and a limiter. A stable conversion signal W 'can be output, so that rotational unevenness can be greatly improved. In addition, a three-phase motor can reduce the use of Hall elements to two, thereby providing an inexpensive and high-performance brushless motor. be able to. Also, when the value of the common current of the amplifier is the same, the ripple current ratio can be reduced by reducing the gain of the amplifier to be adjusted by 5% or more from the gain of the other amplifier, thereby reducing rotation unevenness. Can be.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a brushless motor that directly drives a capstan shaft of a VTR.
FIG. 2 is a plan view of a stator of the brushless motor shown in FIG.
FIG. 3 is a block diagram showing a brushless motor drive circuit according to one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing an output waveform of an absolute value circuit.
FIG. 5 is a diagram showing an output waveform of a comparator.
FIG. 6 is a diagram showing a waveform smoothed by a capacitor.
FIG. 7 is a circuit diagram showing a specific configuration of a brushless motor drive circuit according to one embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing waveforms of a hall signal and a composite signal when the hall signal has a trapezoidal waveform.
FIG. 9 is a diagram showing the waveforms of the Hall signal and the converted signal when the synthesized signal is converted by a non-linear conversion circuit with the trapezoidal waveform of the Hall signal.
FIG. 10 is a diagram comparing a driving magnetic pole waveform including only a sine wave with a trapezoidal driving magnetic pole waveform including 15% of a third harmonic.
FIG. 11 is a diagram showing a torque increase rate depending on the content of the third harmonic.
FIG. 12 is a diagram showing waveforms of a hall signal, a composite signal, and a converted signal.
FIG. 13 is a diagram showing a ratio of rotation unevenness depending on a content rate of a third harmonic.
FIG. 14 is a diagram showing a ratio of rotation unevenness depending on an interval between Hall elements.
FIG. 15 is a plan view of another stator of the brushless motor used in the brushless motor drive control circuit according to one embodiment of the present invention.
FIG. 16 is another circuit diagram showing one embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a diagram showing a ripple current ratio with respect to a DC current value.
FIG. 18 is a diagram showing a ratio of rotation unevenness depending on an amplitude ratio of U to V in the first embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a diagram illustrating a ratio of rotation unevenness according to an amplitude ratio of U to V according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a diagram showing waveforms of an ideal Hall signal and a composite signal.
FIG. 21 is a diagram showing waveforms of an actual hall signal and a composite signal.
FIG. 22 is a diagram showing waveforms of a Hall signal and a conversion signal when an amplitude shift occurs in the Hall signal.
FIG. 23 is a diagram showing a ratio of rotation unevenness based on an amplitude ratio of U to V when a conventional brushless motor drive control circuit is used.
[Explanation of symbols]
1,2 amplifier
3 Absolute value circuit
4 Comparator
5 Feedback amplifier
6 Reference voltage
7 Addition circuit
8 Nonlinear circuit
9 Limiter

Claims (1)

駆動磁極を備えるとともに回転自在に保持されるロータと、
前記駆動磁極と対向する3相のステータコイルと、
前記ロータの回転角度に応じた磁束を供給され、電気角で120度の位相差のホール信号U及びVを出力する2個のホール素子と、
前記ホール信号U及びVを合成して前記ホール信号U及びVに対して電気角で120度の位相差の合成信号Wを出力する信号合成手段と、
前記ホール信号U,V及び合成信号Wに応じて前記ステータコイルに駆動電流を流すための非線形回路とリミッタとから構成される駆動回路と、
前記ホール信号U及びVの振幅差に応じた振幅差信号を出力する振幅制御手段と、
前記振幅差信号に応じて前記ホール信号U,V又は双方の振幅を調整する振幅調整手段とを備え、
前記ホール信号U及びVの振幅差を軽減するようにしたことを特徴とするブラシレスモータ駆動制御回路。
A rotor having a driving magnetic pole and rotatably held;
A three-phase stator coil facing the drive magnetic pole;
Two Hall elements that are supplied with a magnetic flux according to the rotation angle of the rotor and output Hall signals U and V having a phase difference of 120 degrees in electrical angle;
Signal combining means for combining the Hall signals U and V and outputting a combined signal W having a phase difference of 120 degrees in electrical angle with respect to the Hall signals U and V;
A drive circuit comprising a non-linear circuit for passing a drive current to the stator coil according to the Hall signals U and V and the composite signal W, and a limiter ;
Amplitude control means for outputting an amplitude difference signal corresponding to the amplitude difference between the Hall signals U and V;
Amplitude adjusting means for adjusting the amplitude of the Hall signals U, V or both according to the amplitude difference signal,
A brushless motor drive control circuit, wherein an amplitude difference between the hall signals U and V is reduced.
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