JPS6331488A - 直流ブラシレスモ−タの駆動方法 - 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） 本発明はプリンタ等に用いられる直流ブラシレスモータ
の駆動方法に関し、特に直流ブラシレスモータの原点位
置決めに関するものである。

（従来の技術） 従来のこの種の直流ブラシレスモータの構造を第３図（
Ｉ）、（Ｈ）、（［）及び（ｒＶ）に丞す。第３図の（
Ｉ）は断面図、（Ｕ）はステータの平面図、（ＩＩＩ）
はロータの平面図、（■）は電機子コイルの結線図であ
る。これらの図において１はステータで、磁性材料より
成るステータヨーク２上に絶縁板３を介して基板４を設
け、該基板４上に複数の電機子コイル５を実装すると共
に、所定の電機子コイル５の中心部にホール素子６を配
し、かつこれらの電機子コイル５を囲うように前記基板
４上に速度検出用パターン７（以下ＦＧパターンと略記
する）を形成した構造となっている。本例の場合、前記
電機子コイル５は、第３図（ＩＩ）に示すように５−１
．５−２．５−３．５−１’　、５−２′。

５−３°の如く円形に６個配されていて、第３図（ＩＶ
）に示すように３相（φ１．φ２．φ３）結線されてお
り、また前記ホール素子６は電気角で１２０°ずつ位相
がずれるように３個接続されている。８は前記ステータ
１の中心部に設けた軸受で、この軸受８は後述するロー
タのシャフトを回転可能に支持１ノている。９はロータ
で、第３図（ＩＩＩ）に示す如く磁性材料より成るロー
タヨーク１０に、扇形にＮ、Ｓ極交互に８等分割着磁さ
れた円板状のマクネット１１と、首記ＦＧパターン７の
ピッチと同じ間隔で分割されてＮ、Ｓ極交互に着磁され
たリング状のマグネット１２とを取付けると共に、ロー
タヨーク１０の中心部にシャフト１３を設けた構造とな
フている。前記マグネット１１はステータ１の電機子コ
イル５と対向し、またマグネット１２はＦＧパターン７
と対向している。

次に、動作原理を簡単に説明する。まず３個のホール素
子６の検出出力によりロータ９の位置を検知し、その位
置での電流を電機子コイル５に通電する。この通電によ
り電機子コイル５はフレミングの左手の法則により電流
力を受けるが、電機子コイル５は固定されているため、
マグネット１１に反力が作用してロータ９が回転する。

ロータ９が回転すると、リング状のマグネット１２によ
ってＦＧパターン７に交流電流が誘起される。そこで誘
起された交流電流をパルス状信号に変換し、そのパルス
幅、つまり誘起電流の周期を計測することにより、直流
ブラシレスモータの加速、減速。

定速制御を行なう。

ところが、上記従来の直流ブラシレスモータでは、位置
検出と速度検出のために、それぞれ３個のホール素子６
と１個のＦＧパターン７を設け、これらの出力する４種
類の信号に基づいて駆動制御が行なわれる。このため回
路部品の数が多くなり、しかもホール素子６の性能のバ
ラツキとか組立時の取付誤差が問題となってくる。

また、電機子コイル５の中心部にホール素子６を配置す
る構造としているために、電機子コイル５の内側にコイ
ルを充分に巻くことができなくなり、そのためトルクが
充分出せなかったり、組立が複雑になるという欠点があ
る。

このような欠点を解消するため、本出願人は、位置検出
素子を取除き速度検出素子だけで制御を行なう直流ブラ
シレスモータの駆動方法を提案している（特開昭５９−
１９４６９２号公報）。以下この方法について第４図な
いし第７図を参照して説明する。

第４図（Ｉ）、（ＩＩ）はこの方法が適用される直流ブ
ラシレスモータのロータ９′の構成を示す断面図及び平
面図で、同図に示すようにロータ９′はロータヨーク１
０’　と円板状マグネット１１′とシャフト１３゛及び
速度検出用スリット板Ｉ４で構成されている。スリット
板１４には周方向に複数のスリット１４ａが形成されて
いる。ステータ１′は、第３図（ＩＩ）においてホール
素子６及びＦＧパターン７を削除したものと同じである
ので、ここでは図を省略している。

？！５図は３相モータの簡易回路図で、図において１５
〜２０はトランジスタ、２１〜２３は電機子コイルであ
り、ここで電機子コイル２１は第１図における電機子コ
イル５−１．５−１°に、２２は同じ（５−２，５−２
’に、２３は同じ＜５−３．５−３’　にそれぞれ対応
する。

２４ａは電源の正側端子、２４ｂは電源の負側端子を示
している。

前記電機子コイル２１〜２３に流す電流の方向は、２相
励磁の場合、第５図における■、■、■と、図示はして
ないがこれらと反対方向のＯ，■。

○の６種類である。各電機子コイル２１，２２．２３に
矢印■、■、■、○、■、０方向の定電流を流した場合
の出力トルク波形を示したのが第６図である。第６図に
おいて、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、　ａ’は、各出力ト
ルク波形と点線Ｐ−Ｐ’　との交点であり、Ａ。

Ｂ、（：、Ｄ、Ｅ、Ｆ、　Ａ’は、前記ａ、ｂ、ｃ、ｄ
、ｅ、ｆ、　ａ’点のトルクを発生するロータ９′の位
置である。

これら６種類の波形は、電気角で６０°ずつずれた相似
形であり、図示したａ点からｂ点では９、ｂ点から０点
では■、Ｃ点からｄ点では■・・・という具合に電流の
流す方向を６０°ごとに切換えると、点線Ｐ−Ｐ’の上
の部分のリップルの最も少ない出力トルクが得られ、ロ
ータ９′は正回転（第４図（Ｉ）の矢印に方向から見て
時計方向）する。逆回転（反時計方向）の場合は、第６
図の点線Ｑ−Ｑ’の下の部分を利用すればよい。

以上のように、電気角６０°ごとに電流を切換えると、
１周期（ａｘａ’）では６回切換えることになる。また
、この１周期はマグネット　１１　’のＮ、Ｓ極ピッチ
であり、第４図（ＩＩ）から明らかなように、ロータ９
゛の１回転につき４周期となるのて、ロータ９゛の１回
転当り６Ｘ４＝２４回の電流切換えが必要となる。この
とき、例えば速度検出用スリット板目に９［ｉ個のスリ
ット１４ａが等間隔で配列されていると、１回の通電期
間、例えば第６図のａ点からｂ点では、９６÷２４＝４
個のパルス、またはビット情報の０か１かでは２倍の８
個の状態が現われる。

起動時において、ロータ９°のマグネット１１′とステ
ータ１゛の電機子コイル２１〜２３との位置の相対関係
は、第６図のＡ点からＡ′点までの間のどれかである。

従って、初めに方向■の電流を流し、マグネットＩＩ’
か停止するまでの充分な時間を置き、次に方向■の電流
を流し、同様に充分な時間を置くと、方向■の電流を流
した場合に、Ａ点（またはＡ′点）でつり合った状態で
あっても、またＤ点でロックされた状態であっても、方
向■の電流を流すことにより、Ｅ点でロック状態にさせ
ることができる。

このようにすれば、起動時にマグネット１１°がどの位
置にあっても■→■の順で電流を流すことにより、マグ
ネット１１の位置をＥ点に設定できる。そして、それか
ら正回転に駆動する場合には、０−＋＄　士（ｉ）　→
■−’Ｏ→ｅ−・の順番に、また逆回転に駆動する場合
には、多＋　Ｃヒ■→■→■→Ｇ・・の順番に電流を流
してやればよいわけである。そして、その際電流の方向
を切換えるタイミングは、前述したように速度検出用ス
リット板１４からの出力の４個のパルス、また８個の状
態が検知されたときに切換えればよい。起動後は、速度
検出用スリット板１４に対応して設けられた速度検出器
（図示せず）からのパルス数をカウンタ（図示せず）で
カウントし、その数が所定数となるまでモータを駆動す
る。これにより目的位置までモータを回転駆動させるこ
とができる。

次に、モータを正・通雨回転させる場合の方法について
説明する。この場合、回転方向を検知するために、速度
検出用スリット板１４に対応して設けられる２つの速度
検出器を電気角９０°ずらして配置する。そのときの検
出出力φＡ；φＢは第７図のようになり、該φＡ、φＢ
　２ビツト（φＢ：上位ビット、φＡ：下位ビット）を
用いてデジタル的に検出器出力を表わしたのが、第７図
の下に示した値である。

よって、速度検出器のデジタル出力値０→２→３→１→
０・・・が正回転とすると、０→ｌ→３→２→０・・・
が逆回転となる。従って、前述の電流切換えタイミング
は、速度検出用スリット板１４が同じものとすると、４
個のパルスの４倍の１６個の検出器出力値によって決定
されることになる。この場合の駆動方法では、最初の設
定は前述と同様なので省略する。

次に、回転方向の切り換え方法を、やはり第６図によっ
て説明する。今、正回転に駆動を開始したとすると、正
回転方向の電流の情報と、それと逆方向の電流の情報と
を用意する。後者は逆回転方向の電流の情報である。例
えば方向■の電流を正回転方向として流している場合、
６辺電流方向を逆回転方向として用意すればよい。

また、速度検出器の出力をカウンタでカウントし、正回
転方向のときはインクリメントして、カラント値が１６
になれば０にもどし、逆回転方向のときにはデクリメン
トし、カウント値が０になれば１６に設定するようにす
る。

そして、第６図のＦ点において回転方向を切換えるなら
ば、Ｄ点において方向■の電流を流して、後は検出器出
力のみを検知し、Ｅ点になれば、正回転方向の電流○と
逆回転方向の電流■の情報の用意だけし、実際に流す電
流は■のままとする。そして、Ｆ点でロック状態になっ
て停止すれば、用意されている逆回転方向の電流■から
流して駆動すればよい。もし、Ｆ点を通過しても、検出
器出力さえ確実に検知すれば、次の正回転方向は○、逆
回転方向は■の情報か用意されるので、位置ずれは生じ
ない。

これらを連続して行うことにより、ホール素子６がなく
てもロータ９°の位置制御が可能である。

速度制御については、従来と同様の方法で行えばよい。

以上のようにして、位置検出用のホール素子６を使用す
ることなく、ロータ９′の原点位置決めが可能となった
。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、前述の本出願人が先に提案した方法にも
更に改良すべき点があることが判明した。ここでこの改
良すべき点について説明する。

第８図は本出願人が先に提案した方法が適用される直流
ブラシレスモータを含むプリンタの一部を示す図である
。同図において、２５がその直流ブラシレスモータであ
る。このモータ２５は既に述べたように位置検出用のホ
ール素子は備えていない。モータ２５のシャフト２６に
はプーリ２７が回転自在に固定されている。プーリ２７
とプーリ２８との間には駆動ベルト２９が巻掛けられて
いる。駆動ベルト２９には図示しないキャリッジが連結
されており、このキャリッジには印字ヘッド３０が搭載
されている。またモータ２５はインクリボン巻取りギヤ
３１にも連結されており、インクリボン３２のリボン送
りのための駆動力を伝達する。

このような構成のプリンタにおいて、上述の方法により
、モータ２５の起動を行なう場合、モータ２５の停止位
置近傍のトルクが小さくなっている。

すなわち、例えば第５図のＦ点を停止位置とするとＦ点
の近傍でトルクが小さくなっていることがわかる。この
ため、インクリボン側の負荷により、ロータ９′が正規
の停止点に正確に位置づけができなくなってしまう。こ
の負荷による位置決め誤差がその後のモータ駆動におい
て比較的大きなトルクリップルを生じさせる原因となり
、その結果、定速駆動が困難になるという問題があった
。

本発明は以上述べた従来技術の問題点を解決するととも
に本出願人が先に提案した方法を更に改良するためにな
されたものであって、正確に原点位置決めを行なうこと
のできる直流ブラシレスモーフの駆動方法を提供するこ
とを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、ステータヨーク上に複数の電機子コイルを設
けて成るステータと、円周方向にＮｉ、ｓＨを交互に分
割青電した円板状のマグネットを前記電機子コイルと対
向するようにロータヨークに設けて成る回転自在なロー
タを備え、前記電機子に所定の励磁方式で通電すること
により回転力を得る直流ブラシレスモータの駆動を制御
する方法であって、前記ロータの位置検出のための位置
検出素子を設けず、速度検出のための複数のスリットが
形成されたスリット板を前記ロータに設け、前記スリッ
ト板から回転速度に比例した周波数のパルス信号を得る
２つの速度検出器を電気角で９０°位相をずらして配置
し、起動時には前記電機子への通電電流を切換えて数相
の励磁をすることにより原点位置決めを行ない、その後
前記速度検出器の出力するパルス数をカウントすること
により前記ロータの位置検出を行なフて回転駆動の制御
を行ない、さらに前記２つの速度検出器の出力及びその
パルス数のカウント結果に基づいて正、逆回転及び回転
方向の切換えの制御を行なう直流ブラシレスモータの駆
動方法を対象とし、前記従来技術の問題点を解決するた
め、原点位置決めの際、少なくとも最後の相を励磁する
前に前記直流ブラシレスモータの負荷を取り除いて原点
位置決めを行なうようにしたものである。

直流ブラシレスモータの負荷を取り除く方法としては、
例えばインクリボンの巻取り機構が負荷となる場合には
、一定方向へのリボン巻取りのために設けられる遊星ギ
ヤ機構の動作を利用する方法がある。この方法では、電
源投入後の原点位置決め時に遊星ギヤがどちらかのアイ
ドルギヤと完全に噛み合うようにモータを駆動しく第１
図（１）参照）、その後逆方向に駆動する。ただし、こ
のとき、遊星ギヤがいずれのアイドルギヤとも噛み合う
ことがないように駆動する（第１図（ＩＩ）参照）。こ
れにより、遊星ギヤがフリーとなり、すなわち負荷かゼ
ロとなり、ロータを正確に位置付けできるようになる。

（作　用ン 本発明の方法によれば原点位置決めを行う際、直流ブラ
シレスモータの負荷を解除するので、負荷による位置決
め誤差がなくなり、ロータを常に正規の停止点に位置づ
けることが可能となる。このため、その後のモータ駆動
において比較的大きなトルクリップルが発生せず、良好
な定速駆動が可能となる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について第１図及び第２図を参
照して詳細に説明する。

本実施例の方法は第４図ないし第７図により既に説明し
た直流ブラシレスモータに適用される。

ここではこの直流ブラシレスモータを第８図のような機
構中で使用する場合を例に述べる。本方法は、原点位置
決めの際、少なくとも最後の相を励磁する前に直流ブラ
シレスモータ２５の負荷を取り除いたことに特徴がある
。

第１図は本実施例の方法を説明するためのもので、直流
ブラシレスモータ２５の回転力を利用してインクリボン
３２（第８図）を一定方向に巻取るための遊星ギヤ機構
を示す図である。この遊星ギヤ機構は、直流ブラシレス
モータ２５の駆動軸（シャフト）にとりつけられたモー
タギヤ３５と、３個のアイドルギヤ３６，３７．３８と
、遊星ギヤ３９と、リボン巻取りギヤ４０（第８図の３
１に対応）とから構成される。

ここで遊星ギヤ機構の動作を説明する。第１図（Ｉ）で
モータギヤ３５が左回転している場合、遊星ギヤ３９は
アイドルギヤ３６を介してリボン巻取りギヤ４０を右回
転させる。

また第１図（ＩＩＩ）でモータギヤ３５が右回転してい
る場合、遊星ギヤ３９はアイドルギヤ３７及び３８を介
してリボン巻取りギヤ４０を右回転させる。

第１図（ＩＩ）は（Ｉ）から（ＩＩＩ）への移行する部
分を示したもので、（１）のモータギヤ３５が左回転か
ら右回転に変わった際、遊星ギヤ３９がアイドルギヤ３
６と噛合する位置からアイドルギヤ３７と噛合する位置
まで移動する間、リボン巻取りギヤ４０は止まっている
。言いかえると、直流ブラシレスモータ２５か回転方向
を変え、遊星ギヤ３９が移動する間、モータ２５にとっ
てのリボン駆動負荷は“ゼロ”になる。本実施例ではこ
れを利用して直流ブラシレスモータ２５の起動時の原点
位置合わせを行なう。以下この原点位置合わせにつき第
２図を参照して説明する。

第２図は直流ブラシレスモータ２５の出力トルク波形を
示すもので第６図と同様の図である。図中の太線は起動
時のトルク変化を表わしたものである。今、遊星ギヤ２
９の移動する為に、直流ブラシレスモータ２５の駆動、
言いかえると駆動電流の切換え数が３回となる様な機構
であるとする。

直流ブラシレスモータ２５の起動時に原点位置合わせを
する方法について述べると、第２図の太線の様にまず正
回転方向（右回転）に３回以上（たとえば■→■→■→
○）、直流ブラシレスモータ２５が安定するに十分な時
間をとりながら電流を切り換える。その結果、最初の遊
星ギヤ３９の位置にかかわらず、遊星ギヤ機構は第１図
（Ｉ）の状態になる。またロータ９゛はリボン巻取り機
構の負荷のためＯの電流によりＧ点で安定する。この時
点ではロータ９′が最適に安定すべきＡ′点とＧ点との
間には図示の如くαの誤差が生じている。

この誤差αをほぼゼロにしなければ以後の定速駆動制御
に支障をきたしてしまう。そこでロータ９′がＧ点に安
定した後、逆回転方向（左回転）に３回以下（たとえば
■→■）直流ブラシレスモータ２５が安定するに十分な
時間をとりながら電流を切換える。すると、遊星ギヤ機
構は第１図（ＩＩ　）の状態となるため、直流ブラシレ
スモータ２５に加わるリボン巻取機構の負荷は“ゼロ”
となり、ロータ９′は最適な位置Ｅ点にくる。したがっ
て前記の誤差αはほぼゼロとすることができる。その後
の駆動制御は前述の方法と同様に行なえばよく、安定な
モータ駆動制御が行なえるようになる。

（発明の効果） 以上詳細に述べたように、本発明によりば、位置検出の
ためにホール素子を用いた従来の方法の問題点を解決す
ることができるとともに、直流ブラシレスモータの原点
位置決め時に負荷を取り除くため負荷の影響によるトル
クリップルに起因する定速駆動の支障をなくすことが可
能となる。したがって、部品コストを小さくかつ組立工
数を少なくできるので低価格な直流ブラシレスモータか
提供できる。また、トルクも充分出せ、かつ安定した定
速駆動ができるようになる利点がある。

【図面の簡単な説明】 第１図（Ｉ）〜（ＩＩＩ）は本発明の一実施例の方法を
説明するためのもので遊星ギヤ機端の動作を示す図であ
る。第２図は直流ブラシレスモータの原点位置決め動作
の説明図である。第３図は従来の直流ブラシレスモータ
を示す構造図であり、（Ｉ）は断面図、（ｎ）はステー
タの平面図、（［）はロータの平面図、（ＴＶ）は電機
子コイルの結線図である。第４図は本出願人が先に提案
した直流ブラシレスモータを示す構造図であり、（Ｉ）
はロータの断面図、（ｎ）はロータの平面図である。第
５図は３相モータの回路図、第６図はその出力トルク波
形を示す図、第７図は第４図の直流ブラシレスモータに
おける速度検出用スリットの動作説明図、第８図は第４
図の直流ブラシレスモータを使用したプリンタの一部を
示す構造図である。 ■・−・ステータ、　　　　２・・・ステータヨーク、
３・・・絶縁板、　　　　４・・・基板、５・・・電機
子コイル、　８・・・軸受、９、９’　−・・ロータ、
　　　１０．１０’　・・・ロータヨーク、１１　、Ｉ
ｔ’−・・マグネット、ｌ　３−・・シャフト、１４・
・・速度検出用スリット板、 １５〜２０−・・トランジスタ、２１〜２３・・・電機
子コイル、２４ａ＝電源の正側端子、２４ｂ・・・電源
の負側端子、２５−・・直流ブラシレスモータ、２６−
・シャフト、２７、２８−・・プーリ、　　　２９・・
・駆動ベルト、３０−・・印字ヘッド、　　３１・・・
巻取りギヤ、３２・・・インクリボン、　　３５・・・
モータギヤ、３６．３７．３８−・−アイドルギヤ、３
９−・・遊星ギヤ、４０・・・リボン巻取りギヤ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ステータヨーク上に複数の電機子コイルを設けて成るス
   テータと、円周方向にＮ極、Ｓ極を交互に分割着磁した
   円板状のマグネットを前記電機子コイルと対向するよう
   にロータヨークに設けて成る回転自在なロータを備え、
   前記電機子に所定の励磁方式で通電することにより回転
   力を得る直流ブラシレスモータの騒動を制御する方法で
   あって、 前記ロータの位置検出のための位置検出素子を設けず、 速度検出のための複数のスリットが形成されたスリット
   板を前記ロータに設け、 前記スリット板から回転速度に比例した周波数のパルス
   信号を得る２つの速度検出器を電気角で９０°位相をず
   らして配置し、 起動時には前記電機子への通電電流を切換えて数相の励
   磁をすることにより原点位置決めを行ない、その後前記
   速度検出器の出力するパルス数をカウントすることによ
   り前記ロータの位置検出を行なって回転駆動の制御を行
   ない、 さらに前記２つの速度検出器の出力及びそのパルス数の
   カウント結果に基づいて正、逆回転及び回転方向の切換
   えの制御を行なう直流ブラシレスモータの駆動方法にお
   いて、 原点位置決めの際、少なくとも最後の相を励磁する前に
   前記直流ブラシレスモータの負荷を取り除いて原点位置
   決めを行なうことを特徴とする直流ブラシレスモータの
   駆動方法。