JPH0216672B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はブラシレスモータの駆動装置に関し、
回転子の回転位置を検出して位置検出信号を発生
する位置検出手段と、前記位置検出信号を駆動コ
イルに通電するためのスイツチング素子（多くは
スイツチングトランジスタ）に分配する分配回路
と、回転指令電圧（速度指令電圧あるいは回転ト
ルク指令電圧）と基準電圧を比較してその比較出
力により前記スイツチング素子の導通孔をコント
ロールするコンパレータを備えた駆動装置におい
て、駆動回路のループ内で高周波発色を起こさせ
て前記駆動コイルへの高周波スイツチング給電を
行なう、きわめて簡単な構成で消電電力の低減を
図ろうとするものである。

ちなみに、前記位置検出手段、前記スイツチン
グ素子、前記分配回路、前記コンパレータ（正確
には比較用トランジスタ）を備えたブラシレスモ
ータの駆動装置は、USP第3662238号あるいは日
本国特許出願公告公報昭和47年第47802号により
公知であり、駆動回路のループ内で高周波スイツ
チングのためのスイツチングキヤリアを発生させ
ると言う考え方は、USP第4153864号あるいは日
本国特許出願公開公報昭和53年第47911号により
公知である。

本発明の後者の資料によつて提案されたスイツ
チングキヤリアの発生方法を広く知られたブラシ
レスモータの駆動装置に適用する場合の具体的な
構成方法を提供するものである。

なお、この種のブラシレスモータにおいて、位
置検出信号に基づいて複数の駆動コイルにスイツ
チング給電を行なうトランジスタに前記位置検出
信号の周期よりも短かい周期でオンオフ動作を行
なわせてブラシレスモータの回転速度を制御する
と言う考え方は、日本国特許公告公報昭和39年第
20396号により公知であり、この文献では機械的
な遠心力ガバナによつてオンオフする信号を作り
出しているが、この遠心力ガバナを半導体による
発振器に置き換えた例としてはUSP第4051417号
あるいは日本国特許公開公報昭和51年第28610号
が知られている。

ところがこれらの文献に示された装置はいずれ
も、位置検出スイツチングを行なうトランジスタ
に位置検出信号よりも高い周波数でオンオフ動作
を行なわせることによつてブラシレスモータの回
転速度を制御したり可変することを目的としてい
るために駆動コイルに断続電流を直接流す様な構
成がとられている。

この様な構成では駆動コイルへの断続周波数を
あまり高くするとモータ部分から障害電波が発生
し、駆動回路部分だけでなく、モータ部分も電磁
シールドする必要があるし、反対に数ＫHzの周波
数で駆動コイルに流す電流を断続させると駆動コ
イルがうなり音を発生してしまう。

スイツチングレギユレータの例からもわかる様
に、負荷にスイツチング給電を行なつて消電電力
の低減を図るためには比較的高い周波数（30〜
100KHz）でスイツチングさせるのが好ましいが
前記文献に示された装置は、もともと消電電力を
出来る限り少なくすると言う目的、言い換えれば
30〜100KHzの高周波スイツチングを行なわせる
目的で構成されたものではないからスイツチング
周波数を高くしようとすると種々の障害が発生す
る。

また、これらの装置ではスイツチング信号を作
り出すために機械的なスイツチや独立した発振器
を必要とし、装置が複雑になると言う問題があつ
た。

本発明はこれらの問題を解消すべく、ブラシレ
スモータの駆動回路のループ内でスイツチングキ
ヤリアを発生させることにより（したがつて特別
な発振器は必要としない）、装置の構成を簡単に
し、しかも、断続的な高周波電流をチヨークコイ
ルによつて直流的な電流に変換したうえで駆動コ
イルに供給することにより、モータ部分からの障
害電波の発生が除去された装置を実現するもので
あり、本発明の構成によるその他の派生的な種々
の効果については順を追つて説明する。

以下本発明の構成を図面に基づいて説明する。
第１図は本発明の一実施例におけるブラシレスモ
ータの駆動装置の回路構成図である。第１図にお
いて、ブラシレスモータの回転子（図示せず）の
回転位置の検出のためのホール素子１，２，３の
出力は位置検出信号増幅器１００に印加され、前
記位置検出信号増幅器１００から３相分の出力が
分配回路２００に印加されている。

一方、チヨークコイル４を中間に介してプラス
側給電線路Ｐとマイナス側給電線路Ｎ（接地点）
の間に直列にスイツチングトランジスタ５，６が
接続され、同様にチヨークコイル７を中間に介し
てスイツチングトランジスタ８，９が接続され、
チヨークコイル１０を中間に介してスイツチング
トランジスタ１１，１２が接続され、前記チヨー
クコイル４、前記トランジスタ５，６によつて第
１のスイツチ回路３００が構成され、前記チヨー
クコイル７、上記トランジスタ８，９によつて第
２のスイツチ回路４００が構成され、前記チヨー
クコイル１０、前記トランジスタ１１，１２によ
つて第３のスイツチ回路５００が構成されてい
る。

また、前記スイツチ回路３００と前記スイツチ
回路４００を橋絡する様に（橋渡しする様に）駆
動コイル１３と駆動コイル１４が接続され、前記
スイツチ回路４００と前記スイツチ回路５００を
橋絡する様に前記駆動コイル１４と駆動コイル１
５が接続されている。すなわち、前記トランジス
タ６のコレクタと前記トランジスタ９のコレクタ
の間に前記駆動１３と前記駆動コイル１４が直列
に接続され、両駆動コイルの接続中点と前記トラ
ンジスタ１２のコレクタの間に前記駆動コイル１
５が接続されて、前記駆動コイル１３，１４，１
５はいわゆるスター結線がなされている。

なお、前記トランジスタ５，８，１１のコレク
タとマイナス側給電線路Ｎの間にはそれぞれ、フ
ライホイールダイオード１６，１７，１８が接続
され、前記トランジスタ６，９，１２のコレクタ
とマイナス側給電線路Ｎの間にはそれぞれ平滑用
コンデンサ１９，２０，２１が接続されている。

さらに、前記分配回路２００の上側３相出力は
合成回路６００に印加され、前記合成回路６００
の３相出力はそれぞれ前記トランジスタ５，８，
１１のベースに印加される。前記分配回路２００
の下側３相出力はそれぞれ前記トランジスタ６，
９，１２のベースに印加される。また前記トラン
ジスタ６，９，１２のベースにはそれぞれトラン
ジスタ２２，２３，２４のベースが接続され、前
記トランジスタ２２，２３，２４のエミツタはそ
れぞれ抵抗２５，２６，２７を介してマイナス側
給電線路Ｎに接続され、それらのコレクタは共通
接続されてコンパレータ７００の反転入力端子７
００ａに接続されるとともに、抵抗２８を介して
プラス側給電線路Ｐに接続される。また前記コン
パレータ７００の非反転入力端子７００ｂとプラ
ス側給電線路Ｐの間には電流制限のための基準電
圧源２９が接続されている。

回転速度指令電圧入力端子Ｓには抵抗３０を介
してコンパレータ８００の反転入力端子８００ａ
が接続され、前記コンパレータ８００の非反転入
力端子８００ｂとマイナス側給電線路Ｎの間には
回転速度設定のための基準電圧源３１が接続さ
れ、前記コンパレータ８００の出力は前記合成回
路６００に印加されている。

さらに、前記駆動コイル１３，１４，１５のス
イツチ回路側にはそれぞれダイオード３２，３
３，３４のアノードが接続され、前記ダイオード
３２，３３，３４のカソードは共通接続され、こ
れらのカソードとマイナス側給電線路Ｎの間には
抵抗３５が接続され、前記抵抗３５の両端に発生
する電圧は移相回路９００を介して前記コンパレ
ータ８００の反転入力端子８００ａに印加され、
前記記コンパレータ７００の出力ならびに前記分
配回路２００の出力端子２００ｐに現われるパル
ス幅補正出力も前記コンパレータ８００の反転入
力端子８００ａに印加される様に構成されてい
る。

なお、前記移相回路９００はコンデンサ３６と
抵抗３７の直列回路と該直列回路に対して並列に
接続されたコンデンサ３８と前記コンパレータ８
００の反転入力端子８００ａとマイナス側給電線
路Ｎの間に接続されたコンデンサ３９によつて構
成されている。

前記分配回路２００の出力端子２００ｒと前記
トランジスタ６のベースの間にはトランジスタ４
０，４１、抵抗４２によつて構成された第１の電
流ブースターが挿入され、同出力端子２００ｓと
前記トランジスタ９のベースの間にはトランジス
タ４３，４４、抵抗４５によつて構成された第２
の電流ブースターが挿入され、同出力端子２００
ｔと前記トランジスタ１２のベースの間にはトラ
ンジスタ４６，４７、抵抗４８によつて構成され
た第３の電流ブースターが挿入されているが、こ
れらの電流ブースターは前記分配回路２００の出
力電流を一定倍率で増幅するものである。

さらに、前記分配回路２００の出力端子２００
ｒ，２００ｓ，２００ｔと前記トランジスタ６，
９，１２のコレクタの間にはそれぞれダイオード
４９，５０，５１が接続されているが、これらの
ダイオードは前記トランジスタ６，９，１２の小
電流領域における飽和防止機能を有している。そ
こで、前記ダイオード４９の動作を例にとつて説
明する。前記トランジスタ６のコレクタ・エツタ
間電圧が同ベース・エミツタ間電圧にトランジス
タ４１のベース・エミツタ間電圧を加えたものに
前記ダイオード４９のニー電圧（Knee
Voltage）を差し引いた値よりも小さくなろうと
すると、（飽和しようとすると）、分配回路２００
の出力端子２００ｒからの電流が前記トランジス
タ６のコレクタ・エミツタ間にバイパスされてし
まうので、前記トランジスタ６のベース電流が減
少し、完全飽和が阻止される。

前記トランジスタ６が比較的小電流（許容電流
の10分の１位）で動作しているときは、前記トラ
ンジスタ６のベース・エミツタ間電圧と同コレク
タ・エミツタ間飽和電圧が、同コレクタ電流の増
加に対してほぼ同じ電圧増加率となるが、コレク
タ電流が大きくなると、前記コレクタ・エミツタ
間飽和電圧にコレクタ抵抗が大きく寄与する様に
なるので、大電流領域においては前記ダイオード
４９による飽和防止（飽和阻止）動作は行なわれ
ない。つまり、ブラシレスモータの定常回転時に
は前記ダイオード４９によつて前記トランジスタ
６の飽和が阻止されるので、前記分配回路２００
からの指令電流に依存した（直流電流増幅率のば
らつきなどに左右されない）円滑なスイツチング
が行なわれ、最も大きな回転トルクを必要とする
ところのブラシレスモータの起動時などにおいて
は前記ダイオード４９は動作しないので、前記ト
ランジスタ６が完全飽和することが出来、きわめ
て都合が良い。

さて、第１図において、ブロツクで表わされて
いる位置検出信号増幅器１００、分配回路２０
０、合成回路６００、コンパレータ７００の一例
円それぞれ第２図、第４図、第６図、第７図に示
し、簡単に動作の概要を説明する。なお、コンパ
レータ８００はコンパレータ７００と同一構成で
あるものとする。

まず、第２図は位置検出信号増幅器１００の具
体的な回路結線図を示したもので、端子Ｂがプラ
ス側給電端子であり端子Ｇがマイナス側給電端子
である。トランジスタ１０１，１０２，１０３，
１０４，１０５，１０６，１０７，１０８、抵抗
１０９がエミツタフオロワ形の定電圧回路を構成
しており、定電圧出力は端子１００ａを介して外
部にも供給される。トランジスタ１１０，１１
１，１１２、抵抗１１３は前記定電圧回路のため
の起動回路を構成しており、いつたん定電圧出力
が現われると前記トランジスタ１１０はオフ状態
となる。

一方、トランジスタ１１４，１１５，１１６、
抵抗１１７，１１８，１１９，１２０，１２１に
よつて第１の差動増幅回路が構成され、トランジ
スタ１２２，１２３，１２４、抵抗１２５，１２
６，１２７，１２８，１２９によつて第２の差動
増幅回路が構成され、トランジスタ１３０，１３
１，１３２、抵抗１３３，１３４，１３５，１３
６，１３７によつて第３の差動増幅回路が構成さ
れ、前記第１の差動増幅回路には入力端子１００
ｂおよび１００ｃを介してホール素子１の出力が
印加され、前記第２の差動増幅回路には入力端子
１００ｄおよび１００ｅを介してホール素子２の
出力が印加され、前記第３の差動増幅回路には入
力端子１００ｆおよび１００ｇを介してホール素
子３の出力が印加されている。また、前記トラン
ジスタ１１５，１２４のコレクタはいずれも第１
の出力端子１００ｈに接続され、前記トランジス
タ１２３，１３２のコレクタはいずれも第２の出
力端子１００ｉに接続され、前記トランジスタ１
３１，１１６のコレクタはいずれも第３の出力端
子１００ｊに接続されている。なお、トランジス
タ１０６，１０８，１１４，１２２，１３０はカ
レントミラー回路を構成し、その共通ベースは定
電流基準端子に１００ｋに接続され、外部の定電
流トランジスタにベース電流を供給する様に構成
されている。

さて、ホール素子１，２，３は回転子マグネツ
トの回転位置φに応じてそれぞれ第３図の１Ａ，
２Ａ，３Ａに示す様な出力電圧波形を発生する
が、それに伴なつてトランジスタ１１５，１２
３，１３１のコレクタ電流はそれぞれ第３図の１
１５Ａ，１２３Ａ，１３１Ａの如く変化する。ま
た、トランジスタ１１６，１２４，１３２のコレ
クタ電流の変化はそれぞれ前記トランジスタ１１
５，１２３，１３１のコレクタ電流の変化に対し
て差動的に変化するので、抵抗１２１，１２９，
１３７の両端にはそれぞれ第３図の１２１Ａ，１
２９Ａ，１３７Ａに示す様な信号波形が現われ
る。

なお、第２図の第１、第２、第３の差動増幅回
路の電圧増幅ゲインは、各差動トランジスタのエ
ミツタ側に挿入された抵抗とコレクタ側の負荷抵
抗との抵抗比によつて定まるが、ホール素子１，
２，３の出力振幅が増大したときには、前記トラ
ンジスタ１１５，１２３，１３１のコレクタ電流
波形と前記抵抗１２１，１２９，１３７の両端の
電圧形はそれぞれ第３図の波線で示した如くな
る。

次に、第４図は分配回路２００の具体的な回路
結線図を示したもので、入力端子２００ａ，２０
０ｈ，２００ｉ，２００ｊ，２００ｋにはそれぞ
れ第２図に示した位置検出信号増幅器１００の出
力端子１００ａ，１００ｈ，１００ｉ，１００
ｊ，１００ｋが接続される。第４図において、ト
ランジスタ２０１，２０２，２０３、抵抗２０
４，２０５，２０６、トランジスタ２０７，２０
８，２０９，２１０が３差動スイツチ回路を構成
しており、トランジスタ２１１，２１２，２１３
が３差動増幅回路を構成している。したがつて、
入力端子２００ｈ，２００ｉ，２００ｊにそれぞ
れ第５図の２００Ｈ，２００Ｉ，２００Ｊで示す
様な電圧波形（これらの電圧波形は第３図の電圧
波形１２１Ａ，１２９Ａ，１３７Ａと同一であ
る）が印加されたとき、出力端子２００ｌ，２０
０ｍ，２００ｎ，２００ｒ，２００ｓ，２００ｔ
から流し出される電流波形はそれぞれ第５図の２
００Ｌ，２００Ｍ，２００Ｎ，２００Ｒ，２００
Ｓ，２００Ｔに示す如くなる。なお、これらの出
力端子には適当な負荷が接続されているものとす
る。

また、トランジスタ２２７，２２８，２２９，
２３０，２３１，２３２，２３３，２３４、抵抗
２３５，２３６、ダイオード２３７は入力端子２
００ｈ，２００ｉ，２００ｊに印加される位置検
出信号のレベル変化時の変化勾配に依存したレベ
ル勾配を有するリツプル電圧を発生させるリツプ
ル発生回路を構成しており、出力端子２００Ｐに
適当な負荷が接続されたとき、前記ダイオード２
３７を通つて流れる電流波形は第５図の２００Ｐ
に示す如くなる。

すなわち、入力端子２００ｈ，２００ｉ，２０
０ｊに印加される信号のレベルが基準電圧端子２
００ａのレベルと同じであれば、トランジスタ２
２７，２２８，２２９（これらのトランジスタは
ダブルエミツタ構造となつている）のいずれかに
トランジスタ２３０のエミツタ電流の２倍の値に
エミツタ電流が流れるが、前記入力端子２００
ｈ，２００ｉ，２００ｊに印加される信号のレベ
ルが前記基準電圧端子２００ａのレベルよりも低
くなれば、前記トランジスタ２３０のエミツタ電
流は増加するので、前記トランジスタ２２７，２
２８，２２９の合成コレクタ電流は前記トランジ
スタ２１０のエミツタ電流の３分の２を最大に、
入力端子２００ｈ，２００ｉ，２００ｊに印加さ
れる電圧波形の振幅幅に依存した最小値まで変化
する。

したがつて、抵抗２３５の抵抗値を抵抗２３６
の抵抗値の1.5倍に選定しておくことによつて、
ダイオード２３７を通つて流れる電流は第５図の
２００Ｐに示す如く、零を最小に、最大値は電圧
波形２００Ｈ，２００Ｉ，２００Ｊの振幅に依存
し、電流の変化勾配は前記電圧波形のレベル勾配
に依存する。

つぎに、第６図は合成回路６００の具体的な回
路結線図を示したもので、入力端子６００ｌ，６
００ｍ，６００ｎにはそれぞれ第４図の分配回路
２００の出力端子２００ｌ，２００ｍ，２００ｎ
が接続され、入力端子６００ｙにはコンパレータ
８００の出力が印加され、出力端子６００ｕ，６
００ｖ，６００ｗはそれぞれ第１図のスイツチン
グトランジスタ５，８，１１のベースに接続さ
れ、さらに、入力端子６００ｋは第２図の回路の
出力端子１００ｋに接続される。

さて、第６図の合成回路６００の機能は、入力
端子６００ｙを介して流し出される電流値を適当
な倍率で増倍したうえで（この倍率は抵抗６０
１，６０２，６０３あるいは抵抗６０４の抵抗値
によつて決定される）、入力端子６００ｌ，６０
０ｍ，６００ｎに供給される分配電流に応じた出
力電流を出力端子６００ｕ，６００ｖ，６００ｗ
を介して引き込むもので、トランジスタ６０５，
６０６，６０７はそれぞれスイツチングトランジ
スタ５，８，１１をドライブするためのドライイ
ブトランジスタを構成し、これらのドライブトラ
ンジスタのエミツタ面積は他のNDNトランジス
タのエミツタ面積よりも大きく設定されている。
なお、第６図を始め、これまでに説明してきた個
別回路において、ツエナーダイオード接続された
トランジスタ１０３，１１２を除いてすべての小
電流用NPNトランジスタのエミツタ面積は等し
いものとする。

第６図の回路において、トランジスタ６０８，
６０９，６１０は入力端子６００ｌ，６００ｍ，
６００ｎに供給される分配電流のみによつて前記
ドライブトランジスタ６０５，６０６，６０７が
導通するのを防止するために設けられている。す
なわち、前記分配電流の最大値は第４図の定電流
トランジスタ２３８のコレクタ電流に等しく、前
記トランジスタ２３８のコレクタ電流はトランジ
スタ２２３のコレクタ電流に等しく、前記トラン
ジスタ６０８，６０９，６１０の最大コレクタ電
流は前記トランジスタ２２３のコレクタ電流に等
しいので前記供給電流のすべてが前記トランジス
タ６０８，６０９，６１０によつて吸収される。

第７図はコンパレータ７００あるいはコンパレ
ータ８００の具体的な回路結線図を示したもので
あり、反転入力端子７００ａ、非反転入力端子７
００ｂ出力端子７００ｙを備えており、入力端子
７００ｑは第４図の回路の出力端子２００ｑに接
続される。なお、第７図の回路の構成ならびにそ
の動作については良く知られているのでその説明
は省略する。

さて、第１図の装置において、チヨークコイル
４，７，１０、フライホイールダイオード１６，
１７，１８、ダイオード３２，３３，３４、抵抗
３５によつて構成された電圧合成手段および移相
回路９００を除けば、その動作は従来から良く知
られているところのブラシレスモータの駆動装置
と大きな差異はない。なお、前記フライホイール
ダイオード１６，１７，１８は従来から、駆動コ
イル１３，１４，１５のインダクタンスによるス
イツチングオフ時のサージ電圧によつてスイツチ
ングトランジスタ６，９，１２が破壊するのを防
止する目的で多用されてきた。

ところが、上側スイツチングトランジスタ５，
８，１１のコレクタと下側スイツチングトランジ
スタ６，９，１２のコレクタの間にチヨークコイ
ル４，７，１０を挿入し、前記上側スイツチング
トランジスタ５，８，１１のコレクタ側から前記
チヨークコイル４，７，１０、前記移相回路９０
０を介して回転制御のためのコンパレータ８００
の入力側に駆動回路の出力信号を帰還させること
によつて、前記コンパレータ８００、合成回路６
００、前記上側スイツチングトランジスタ５，
８，１１によつて構成された駆動回路が一種の移
相発振器として動作し、前記駆動回路のループプ
内でスイツチングキヤリアが生成される。

すなわち、前記移相回路９００はきわめて低い
周波数領域においては駆動回路の出力を負帰還さ
せて系の安定化を図るとともに、駆動コイル１
３，１４，１５に現われる発電電圧成分を最短ル
ープでコンパレータの入力側に帰還させる（回転
指令電圧入力端子Ｓには回転速度検出器や回転位
相検出器からの出力が印加されるが、これらは前
述のUSP第4153864号あるいは日本国特許出願公
開公報昭和53年第47911号などに示される様に比
較的大きな時定数回路を含んでおり、したがつて
前記入力端子７に現われる指令電圧は一般に大き
な位相遅れを有することが多い）ことによつて制
御ゲインを高める機能を有しているが、前記チヨ
ークコイル４，７，１０の駆動コイル側において
電圧位相が遅れ（チヨークコイルを流れる電流位
相が遅れることによつて生ずる）、コンデンサ３
９の両端の電圧位相が180度遅れる様な高周波に
おいては駆動回路の出力側（上側スイツチングト
ランジスタ５，８，１１のコレクタ側）と入力側
では360度の位相差が生じ（もともと負帰還ルー
プによる180度の位相差に前述の180度の位相遅れ
が加わり、全体として360度の位相差となる）、高
周波発振が生じる。

都合の良いことには、この高周波発振は一巡の
ループゲインが充分高ければずつと持続するが、
ブラシレスモータの負荷の増大などによつて回転
子の回転速度あるいは回転位相が大幅に変化し、
入力端子Ｓのレベルが低下してコンパレータ８０
０の始めとする駆動回路のトランジスタが飽和す
る様になると一巡のループゲインが低下して高周
波キヤリアの生成は停止され、その結果、上側ス
イツチングトランジスタ５，８，１０は下側スイ
ツチングトランジスタ６，９，１２と同様に分配
回路２００から供給される位置検出信号によるス
イツチング動作を行なう。

ブラシレスモータの負荷が軽くなると、回転子
の回転速度は上昇して、もとの状態に復帰する
が、さらに負荷が軽くなると、そのままでは回転
子の回転速度は基準値よりも上昇してしまうので
コンパレータ８００の出力トランジスタは遮断状
態に近い動作点で動作するが、この場合にも一巡
のループゲインは充分あるので高周波キヤリアの
生成が行なわれ、上側トランジスタ５，８，１１
はきわめて短かい導通期間を有しながら高周波ス
イツチングを行なう。

結局、前記上側スイツチングトランジスタ５，
８，１１はブラシレスモータの発生限界トルクま
では負荷の増減に依存した導通期間あるいは遮断
期間を有する低速スイツチング動作を行ないつ
つ、高周波発振による高速スイツチング動作をも
行なうことになる。かくして、、一定負荷のもと
でのコンパレータ８００の吸い込み電流波形と、
スイツチングトランジスタ５，８，１１のコレク
タ電流波形はそれぞれ第５図に８００Ｙ，６００
Ｕ，６００Ｖ，６００Ｗに示す如くなる。

ところで、分配回路２００の出力端子２００ｐ
からは第５図の２００Ｐに示す様な電流が吸い込
まれるので、それによつてコンパレータ８００の
出力電流波形がPWM変調され、その結果、コン
デンサ１９，２０，２１の両端に現われる電圧波
形は、第５図の１９Ａ，２０Ａ，２１Ａに示す如
く、滑らかなレベル変化勾配を有する様になるの
ぜ、回転子の円滑な回転を期待することが出来
る。

なお、第５図において、破線で示した波形はい
ずれも第３図と同じ様に、ホール素子１，２，３
の出力振幅が大きくなつたときの信号波形であ
る。

この様に本発明のブラシレスモータの駆動回路
は、位置検出信号を駆動コイルに分配するための
上側スイツチングトランジスタを含む駆動回路の
ループ内でスイツチングのための高周波キヤリア
を生成する様に構成されているから、特別な発発
振器あるいはスイツチングレギユレータを必要要
とせずに、きわめて簡単に消電電力の節限が行な
えるものであり、さらに第１図に示した構成によ
つて、以下に列挙する様な数々の効果を期待する
ことが出来る。

まず第１に、第１、第２、第３のスイツチ回路
の中間にそれぞれチヨークコイル４，７，１０を
配したことによつて、瞬間的な駆動コイルの短絡
やホール素子の破壊に対してスイツチングトラン
ジスタの電流破壊を防止することが出来る。

すなわち、第１図に示した実施例では、３相巻
線を有するブラシレスモータであつて、しかも単
一通電方式を採用しているために、上側スイツチ
ングトランジスタ５と下側スイツチングトランジ
スタ６が同時導通する危険性は殆んどないが、そ
れでもホール素子が故障したり、駆動コイルの発
熱などによつて絶縁膜が破れて前記スイツチング
トランジスタ５，６に同時に過大電流が瞬間的に
流れることが考えられる。

連続的に持続する過電流に対しては、電流検出
トランジスタ２２，２３，２４、抵抗２５，２
６，２７，２８、基準電圧源２９、コンパレータ
７００によつて構成された電流制限機構が動作す
るので問題はないが、瞬間的な過電流に対しては
回路動作の遅れが存在するために、前記電流制限
機構は動作しきれないし、下側トランジスタのコ
レクタ・エミツタ間が異物などによつて短絡され
る様な事故に対しては前記電流制限機構は全く反
応しない。この様な場合、チヨークコイル４，
７，１０によつて過大な突入電流によるスイツチ
ングトランジスタの破壊の危険性を少なくするこ
とが出来る。

さらに、先にも述べた様に移相回路９００はス
イツチングのための高周波キヤリアの生成のみな
らず、駆動回路の安定性、ひいては制御特性の改
善にも寄与させることが出来る。この場合、比較
的低い周波数成分はコンデンサ３６と抵抗３７を
介して帰還され、高い周波数成分は前記コンデン
サ３６と前記抵抗３７を短絡するかたちでコンデ
ンサ３８を介して帰還される。駆動回路や入力端
子Ｓに接続される検出器の交流特性などによつて
最適数値はかなり変わるので、いちがいには言え
ないが、実際によれば、コンデンサ３６，３８，
３９の容量をそれぞれ0.02μF、2000PE、0.47μF
にしたとき、きわめて良好な結果が得られた。ち
なみに、そのときのチヨークコイル４，７，１０
のインダクタンスは100μHであり、コンデンサ１
９，２０，２１の容量は4.7μFであつた。

ところで、第１図に示した実施例では、移相回
路９００の両端の電圧は電源電圧の変動には無関
係となる様に構成されているので、電源がリツプ
ルを含んでいたとしてもコンデンサ３６，３８，
３９の充電量は変化せず、回転子の円滑な回転に
悪影響を及ぼすことはない。すなわち、第１図か
らもわかる様に、コンパレータ８００の基準電位
点（基準電圧源３１の基準電位点）はマイナス側
給電線路上に設けられ、上側スイツチングトラン
ジスタ５，８，１１には高周波スイツチングと位
置検出信号によるスイツチングの両方に行なわせ
しめ、下側スイツチングトランジスタ６，９，１
２には位置検出信号によるスイツチングのみを行
なわせしめることによつて、通常回転時における
コンデンサ１９，２０，２１の両端の電圧はブラ
シレスモータの負荷が変化しない限り、一定であ
り一方、コンパレータ８００の反転入力端子８０
０ａのマイナス給電線路からの電位にも一定に保
たれるので、移相回路９００の両端の電圧は電源
電圧の変動に関係なく一定となる。

ちなみに、前記コンパレータ８００の基準電位
点をプラス側給電線路上に設けた場合（プラス側
給電線路Ｐと前記コンパレータ８００の非反転入
力端子８００ｂの間に基準電圧源３１を接続した
場合）には前記移相回路９００の両端の電圧は電
源電圧の変化に応じて変化するので、電源リツプ
ルによつてコンデンサ３６，３８，３９の充放電
が繰り返されることになり、駆動回路の動作の安
定性が損なわれる。

また、第１図ですでに説明した様に、分配回路
２００の内部で位置検出信号のレベル変化時の変
化勾配に依存したレベル勾配を有するリツプル電
圧を発生させてコンパレータ８００の入力側に印
加することによつて、スイツチングトランジスタ
５，８，１１のベースに印加される信号にPWM
変調を施しているので、駆動コイルへの電流切り
換えを滑らかにすることが出来、回転子の円滑な
回転を期待することが出来る。

さらに、第１図の実施例では、上側スイツチン
グトランジスタをPNP形のバイポーラトランジ
スタによつて構成するとともに、この上側スイツ
チングトランジスタに高周波スイツチングを行な
わせしめ、NPN形のバイポーラトランジスタに
よつて構成された下側のスイツチングトランジス
タ６，９，１２には位置検出信号によるスイツチ
ングのみを行なわせしめているが、これにも大き
な理由がある。

すなわち、これまでの各ブロツクの説明からも
わかる様に、この種のシステムはモノリシツク
IC化した方が部品点数も飛躍的に減少するし、
回路特性も容易に揃えることが出来るので、動作
の安定性が向上し、信頼性も向上するだけでな
く、生産コストも低下する。ところが、大電流を
流すことの出来るPNP形バイポーラトランジス
タとNPN形バイポーラトランジスタと同一のチ
ツプ上に形成することは現在の技術ではかなりの
困難やチツプサイズの大幅な増大を招いてしま
う。しかも、高周波スイツチングを行なわせた場
合にはスイツチング損失が増大して、位置検出信
号による低周波スイツチングに比べて電力損失が
大きくなる。

第１図の装置では、これらのことを加味して、
上側トランジスタ５，８，１１とフライホイール
ダイオード１６，１７，１８を除く半導体部分と
殆んど抵抗部分をモノシリツクIC化する様に考
慮されている。すなわち、最も多くの電流が流れ
る下側トランジスタ６，９，１２をICチツプ上
に形成したとしても、これらのトランジスタは比
較的低い周波数でオンオフ動作を行なつており、
オンオフの切り換え時に少しの期間だけ活性領域
で動作する（電流の切り換えを滑らかにするた
め）だけであるから、これらのトランジスタにお
ける電力損失はきわめて少ない。例えば、コレク
タ電流0.5Aのときのコレクタ・エミツタ間オン
電圧を0.6V程度にすることは容易であるから、
下側スイツチングトランジスタ６，９，１２をワ
ンチツプ上に形成したとしても熱抵抗の比較的大
きなICパツケージ（例えば16〜22ピンのデユア
ルインラインのプラスチツクパツケージ）にチツ
プを収納することが出来る。したがつて、ICチ
ツプ上に同居させることが困難であり、しかも良
好な高周波特性が要求されるPNP形大電流トラ
ンジスタ（上側スイツチングトランジスタ５，
８，１１）と、効率の良い電力回生のためには低
い動作抵抗と低い二ー電圧（Knee Voltage）が
要求されるフライホイールダイオード１６，１
７，１８はデイスクリート部品もしくは別チツプ
のICで構成し、これらを除いた部分をモノリシ
ツクIC化した方がシステム設計が合理的になる。

ところで、第１図の実施例では３相巻線を有す
るブラシレスモータで、しかも、スター結線され
た駆動コイルからダイオード３２，３３，３４を
介して移相回路９００が接続されているが、駆動
コイルの結線はデルタ結線であつても良いし、第
８図に示す様にスター結線された駆動コイル１
３，１４，１５の接続中点に移相回路９００の一
端を接続することも出来るし、第９図に示す様に
２相巻線を有するブラシレスモータにも全く同様
に適用することが出来る。

さらには、本発明の基本思想であるところの駆
動コイルに位置検出信号に基づいてスイツチング
給電するスイツチングトランジスタの出力側とコ
ンパレータ（いずれもブラシレスモータの駆動回
路を構成している）の入力側にチヨークコイルと
移相回路を挿入することによつて、駆動回路のル
ープ内でスイツチングキヤリアを発生させ、前記
スイツチングトランジスタに位相検出信号に基づ
く低周波のスイツチングと、スイツチングキヤリ
アによる高周波のスイツチングを行なわせると言
う考え方は、第１０図に示す様に半波駆動方式の
ブラシレスモータにも適用することが出来る。

第１０図において、第１のスイツチングトラン
ジスタ５と、第１のチヨークコイル４と、第１の
駆動コイル１３によつて、プラスチツク側給電線
路Ｐとマイナス側給電線路Ｎの間に接続された第
１の直列回路３５０が構成され、第２のスイツチ
ングトランジスタ８と第２のチヨークコイル７と
第２の駆動コイル１４によつて第２の直列回路４
５０が構成されている。また、回転子（図示せ
ず）の回転位置をホール素子１によつて検出して
位置検出信号を前記第１、第２のスイツチングト
ランジスタに分配する分配回路２５０と、回転指
令電圧と基準電圧を比較するコンパレータ８００
と、前記コンパレータの出力と前記分配回路の出
力を合成して前記第１および第２のスイツチング
トランジスタに印加する合成回路６００を備えて
いる。さらに、ダイオード３２，３３、抵抗３５
によつて、前記第１および第２の駆動コイルに現
われる電圧を合成する合成回路１０００が構成さ
れ、前記合成回路１０００の出力電圧を前記コン
パレータ８００の入力側に移相回路９００を介し
て帰還させることによつて、前記第１、第２のス
イツチングトランジスタに位置検出信号による比
較的周波数の低いスイツチング動作と、前記移相
回路９００による高周波スイツチング動作を行な
わせている。

なお、第１０図において、駆動コイル１３，１
４に並列に接続されたコンデンサ１９，２０はチ
ヨークコイル４およびチヨークコイル７とともに
高周波キヤリアを平滑する目的で用いられてい
る。

また、第１０図において、分配回路２５０の機
能は第１図の位置検出信号増幅器１００と同じ様
にホール素子１の出力を差動増幅器によつて増幅
したうえで、差動出力をスイツチングトランジス
タ５および８に供給するもので、半波駆動方式で
あるために下側スイツチングトランジスタが存在
しないから、第１図、第８図、第９図において用
いられている分配回路２００の機能は必揚としな
い。

また、第１図の実施例ではスイツチングトラン
ジスタを始め、各トランジスタにはいずれもバイ
ポーラトランジスタを用いているが、これらは
FETなどのユニポーラトランジスタであつても
良いし、大電力のスイツチングを行なう場合には
スイツチングトランジスタ５，８，１１，６，
９，１２の代わりに高速サイリスタなどの他のス
イツチング素子を用いることも出来る。

以上に示した様に本発明のブラシレスモータの
駆動装置では、位置検出信号に基づいて駆動コイ
ルにスイツチング給電するスイツチング素子の出
力側と、駆動回路を構成するコンパレータの入力
側との間に、チヨークコイルと電圧合成手段およ
び移送回路を接続することによつて、駆動回路の
ループ内でスイツチングキヤリアを生させ、前記
スイツチング素子に位置検出信号に基づく低速の
スイツチングと、前記スイツチングキヤリアによ
る高速のスイツチングを行なわせているので、き
わめて簡単な構成で消電電力の低減が出来、大な
る効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるブラシレス
モータの駆動装置の回路構成図、第２図は位置検
出信号増幅器の一例を示す回路結線図、第３図は
その各部の信号波形図、第４図は分配回路の一例
を示す回路結線図、第５図は第１図および第４図
の各部の信号波形図、第６図および第７図はそれ
ぞれ合成回路および、コンパレータの一例を示す
回路結線図、第８図、第９図、第１０図はいずれ
も本発明の別の実施例を示す回路構成図である。 ４，７，１０……チヨークコイル、５，８，１
１……スイツチングトランジスタ（上側）、６，
９，１２……スイツチングトランジスタ（下側）、
２００……分配回路、３００，４００，５００…
…スイツチ回路、６００……合成回路、８００…
…コンパレータ、９００……移相回路、１０００
……合成回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１のチヨークコイルを中間に介して電源に
   対して直列に接続された第１および第２のスイツ
   チング素子を有する第１のスイツチ回路と、第２
   のチヨークコイルを中間に介して電源に対して直
   列に接続された第３および第４のスイツチング素
   子を有する第２のスイツチ回路と、前記第１のチ
   ヨークコイルと前記第２のスイツチング素子の接
   続点と、前記第２のチヨークコイルと前記第４の
   スイツチング素子との接続点を橋絡する様に接続
   された駆動コイルと、これらの接続点にそれぞれ
   接続された第１および第２の平滑コンデンサと、
   前記第１、第２の平滑コンデンサの両端の電圧を
   合成する電圧合成手段と、回転子の回転位置を検
   出して位置検出信号を発生する位置検出手段と、
   前記位置検出信号を前記第１、第２、第３、第４
   のスイツチング素子に分配する分配回路と、回転
   指令電圧と基準電圧を比較するコンパレータと、
   前記コンパレータの出力と前記分配回路の出力を
   合成して前記第１および第３のスイツチング素子
   に印加する合成回路と、前記電圧合成手段の出力
   側と前記コンパレータの入力側との間に接続され
   て、前記コンパレータから前記電圧合成手段に至
   る一巡のループで高周波発振を生じせしめる移相
   回路を具備し、前記第１および第３のスイツチン
   グ素子に前記位置検出信号に依存した低速のスイ
   ツチング動作と前記高周波発振による高速スイツ
   チング動作を行なわせるように構成したブラシレ
   スモータの駆動装置。 ２ 電源間に接続された第１のスイツチング素
   子、第１のチヨークコイル、第１の駆動コイルか
   らなる第１の直列回路と、電源間に接続された第
   ２のスイツチング素子、第２のチヨークコイル、
   第２の駆動コイルからなる第２の直列回路と、前
   記第１のチヨークコイルと前記第１駆動コイルの
   接続点と、前記第２のチヨークコイルと前記第２
   駆動コイルの接続点とにそれぞれ接続された第１
   および第２の平滑コンデンサと、前記第１、第２
   の平滑コンデンサの両端の電圧を合成する電圧合
   成手段と、回転子の回転位置を検出して位置検出
   信号を前記第１、第２のスイツチング素子に分配
   する分配回路と、回転指令電圧と基準電圧を比較
   するコンパレータと、前記コンパレータの出力と
   前記分配回路の出力を合成して前記第１および第
   ２のスイツチング素子に印加する合成回路と、前
   記電圧合成手段の出力側と前記コンパレータの入
   力側との間に接続されて、前記コンパレータから
   前記電圧合成手段に至る一巡のループで高周波発
   振を生じせしめる移相回路を具備し、前記第１お
   よび第２のスイツチング素子に前記位置検出信号
   に依存した低速のスイツチング動作と前記高周波
   発振による高速スイツチング動作を行なわせるよ
   うに構成したブラシレスモータの駆動装置。