JPH03285593A - Ｄｃブラシレスモータの位置検出回路 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明はＤＣブラシレスモータの制御に関し、特に電圧
駆動のモータ駆動ＩＣによりＤＣブラシレスモータを制
御する制御回路に関する。

［従来の技術］ ＤＣブラシレスモータはステータのコイルに制御した位
相の電流を供給することにより、ロータの永久磁石に力
を作用させてロータを回転させる。

ここで、ロータの回転角度を知ってコイルに電流を供給
することが重要である。ロータの回転角度（位置）検出
方法としては、ホール素子をロータ軌道の近傍に配置し
、ロータの永久磁石が形成する磁場強度の変化を検出す
る方法かよく用いられる。このような電圧信号を入力し
てモータ駆動用を流を制御する電圧駆動のモータ駆動Ｉ
Ｃが多く用いられている。

第２図に従来の技術によるＤＣブラシレスモータの位１
検出部の各部品の＃続を示す、ロータの位置（回転角度
）を検出するために、３つのホール素子Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈ
ｗが用いられている。各ホール素子は、一対の電流入力
端子と一対の電圧出力端子とを有する。ホール素子は、
通常半導体の薄片で電流Ｉの通路を形成し、薄片の厚さ
方向に磁束密度Ｂの磁界を印加し、ＩとＢとに垂直な方
向にホール電圧ｖＨを発生させるものである。

薄片の厚さをｔ、ホール定数をＫ）（とすると、ホール
電圧Ｖ）（は、ＶＨ＝ＫＨＢＩ／ｌで表わされる。ここ
でホール定数ＫＨはキャリア密度に反比例する。定電流
駆動の場合、ホール電圧は磁束密度Ｂに比例し、キャリ
ア密度と厚さとに反比例することになる。ホール素子Ｈ
ｕ、Ｈｖ、Ｈｗは、を源の便宜の点からは図示のように
直列に接続され、電圧Ｖｓの電源から抵抗Ｒ１、Ｒ２を
介して駆動電流を供給される。ホール素子Ｈｕ、Ｈｖ、
Ｈｗに発生したホール電圧は、モータ駆動用ＩＣ１０の
ホール電圧入力端子に供給され、それぞれオペアンプｏ
Ｐ１、Ｏ２０、ｏＰ３で増ｍされる。

このようにして得た３つのホール電圧信号によって、モ
ータドライブＩＣｌ０はブラシレスモータのロータがど
のような位置にあるかを判断し、駆動するための電流を
各コイルに供給する。

［発明か解決しようとする課題］ ホール素子の仕様は、一般には一対の！流入力端子に一
定電圧の電源を接続した時に一定の磁束密度下で発生す
る出力電圧の大小でランク分けされている。このような
使用方法では、ホール素子のキャリア密度ｎや厚さｔに
ばらつきか生じても、流れる電流Ｉがｎとｔとに比例し
、ホール電圧ＶＨがｎとｔとに反比例し、■に比例する
のでｎとｔのばらつきは相殺される。

ところが、第２図（Ａ＞に示すような接続で複数のホー
ル素子を用いた場合には、定電流駆動となり、ｎやｔの
ばらつきがそのまま出力電圧に現れる。この場合、ホー
ル素子の電流出力端子間の電圧降下は必ずしも一定では
なく、したがって、一定電圧印加のもとに組み分けを行
なったホール素子の性能は大きくばらついてしまう、ホ
ール素子の入力抵抗のばらつきは±５０％以上あること
もまれではない、このため、定電圧駆動の条件下で出力
電圧を揃えたホール素子を第２図（Ａ）に示すような接
続で用いると、ホール電圧は±５０％以上ばらつくこと
になってしまう。

すなわち、ホール素子の出力部の等価回路を第２図（Ｂ
）に示すように表した時、ホール素子の電圧発生部の起
電力ｅは、定電流駆動のもとではその電圧か±５０％以
上ばらつく、ホール素子には、内部抵抗Ｒ）（十ＲＨが
伴なうが、オペアンプの入力インピーダンスが内部抵抗
Ｒ）ｔよりも十分大きければ、オペアンプに印加される
電圧はほぼｅとなり、大きくばらつくことになる。ばら
つきを防止するには素子の入力抵抗を選別して用いるか
、並列接続して定電圧駆動せざるを得なくなる。

これらの対策はコストの上昇および電源電流の増加を招
くことになる。

本発明の目的は、定電流駆動した時にばらつきのあるホ
ール素子を用いても、モータ駆動用ＩＣの許容範囲内の
出力電圧を発生させることのできるＤＣブラシレスモー
タの位置検出回路を提供することである。

１課題を解決するための手段］ 従来の技術によれば、出力電圧ｅの大きく異なる複数の
ホール素子を、モータ駆動ＩＣにそのまま接続していた
ため、出力電圧のばらつきがそのままモータ駆動ＩＣの
入力信号のばらつきになっていた。

本発明によれば、第１図（Ａ）に示すように複数のホー
ル素子が直列にｆ＃枕され、各ホール素子の出力電圧端
子の間に一定の抵抗値Ｒを有する抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗ
か接続される。

このようなホール素子の出力部の等価回路を示せば第１
図（Ｂ）のようになる、すなわち、ホール素子の電圧出
力ｅに内部抵抗ＲＨ−ＲＨが接続され、その両端子間に
外付抵抗Ｒが接続され、外付抵抗Ｒの端子間電圧（Ｒ／
　（２ＲＨ十Ｒ））ｅがモータ駆動用ＩＣに入力される
。このようにして、出力電圧のばらつきが少なくなる。

ホール素子の出力電圧ｅは、前述のようにホール素子の
キャリア密度や膜厚に逆比例する。ところでキャリア密
度や膜厚のような要素はホール素子の出力部にもホール
素子の電流入力部にも共通に生ずる。キャリア密度が低
かったつ膜厚が薄いと、電流端子間の抵抗は高く、定電
流駆動した時には高い出力電圧を発生する。この時には
出力部の内部抵抗ＲＨも大きい、この大きな出力抵抗Ｒ
Ｈと小さな抵抗Ｒ”Ｃ″電圧分割回路を作り、抵抗Ｒの
端子間電圧を出力とすると、出力電圧は小さなものにな
る。逆に、キャリア密度が高かったつ膜厚が厚いと、ホ
ール素子の内部抵抗は低くなり、定電流駆動した時の出
力電圧は小さいが、出力部の内部抵抗ＲＨも小さい、し
たがって、一定の抵抗Ｒを外付して電圧分割回路を形成
した時に抵抗Ｒに両端に現われる電圧は相対的に大きく
なる。

このように、ホール素子の出力電圧の大小は一定の抵抗
を出力端子間に接続することにより平均化される。

３実施例］ 本発明の実施例によるＤＣブラシレスモータの位置検出
回路の入力部分は、第１図（Ａ）に示すような回路であ
る。複数のホール素子、図示の場合には３つのホール素
子Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗが直列に接続され、定電流駆動され
る。すなわち、電圧Ｖｓの端子と接地端子との間に負荷
抵抗Ｒ３、Ｒ４を介して３つのホール素子Ｈｕ、Ｈｖ、
Ｈｗが接続される。これらのホール素子の出力電圧端子
には、同一の抵抗値Ｒを有する抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗか
接続され、この抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗの端子間電圧がモ
ータ駆動用ＩＣｌ０の３つの入力端子対に接続され、そ
れぞれのオペアンプＯＰＩ、ＯＲ２、ＯＲ３の入力端子
に接続される。抵抗の値Ｒは、ホール素子の出力回路の
内部抵抗２Ｒ）（の平均値にほぼ等しいように選択する
。すなわち、第１図（Ｂ）に示す等価回路において、出
力電圧ｅを外部に最も有効に引き出すためＲとＲ）（＋
ＲＨとがほぼ等しいように選ぶ、この時、オペアンプに
入力される入力電圧は、（Ｒ／　（２ＲＨ＋Ｒ））ｅと
なる。

本発明のより具体的な実施例を第３図に示す。

モータ駆動用ＩＣｌ０は、モータのステータコイルＬｗ
−Ｌｖ−Ｌｕに駆動を流を供給するための端子Ｐ２、Ｒ
８、ｐＨを有する。これら３相のコイルに供給される電
流は、ビンＰ１２がら抵抗Ｒ９を介して電源ライン２か
ら供給される。これら３相・のコイルＬｗ−Ｌｖ−Ｌｕ
に供給される＠流は３つのホール素子Ｈｗ、Ｈｖ、Ｈｕ
がら供給されるホール電圧で形成される位置検出信号に
よって制御される。ホール素子Ｈｗ、Ｈｖ、Ｈｕは、直
列に接続され、抵抗Ｒ１１１、Ｒ１１２を介して、電源
ライン２と接地ライン１との間に直列に接続されている
。すなわち３つのホール素子は同一電流で駆動される。

ホール素子Ｈｗ、Ｈｖ、Ｈｕの電圧出力端子は、抵抗値
Ｒの抵抗Ｒｗ、Ｒｖ、Ｒｕで短絡され、この抵抗Ｒｗ、
Ｒｖ、Ｒｕの端子間電圧がそれぞれモータ駆動用ＩＣの
ホール電圧入力端子のＲ３−Ｒ４、Ｒ５−Ｒ６、Ｒ９−
１０に入力される。ホール素子の内部抵抗が高く、出力
電圧か高い時には、内部抵抗と外付抵抗Ｒで電圧分割さ
れる分割比が小さくなり、モータ駆動用ｒｃｉｏに入力
する電圧はより小さく縮小される。これと比較してホー
ル素子の内部抵抗か低く、出力電圧か低い時には、内部
抵抗と外付抵抗Ｒの電圧分割の分割比か大きくなり、モ
ータ駆動用ＩＣｌ０に入力する電圧は相対的に大きくな
る。このようにして、ホール素子のばらつきに関わらす
、モータ駆動ＩＣに入力する電圧は平均化される。

なお、コイルＬｗと接地間には抵抗Ｒ７とキャパシタＣ
７との直列接続とからなるスナバ回路が接続され、コイ
ルＬｗにノイズが生じた時等にその電圧変化を吸収する
役目を果たす、同様に、コイルＬｖおよびＬ　ｕと接地
間には、抵抗Ｒ６とキャパシタＣ６との直列接続および
、抵抗Ｒ５とキャパシタＣ５との直列接続か接続される
。なお、位相補償回路端子ビンＰ１５とコイル駆動を流
の流れるビンＰ１２および電源ラインの間にはキャパシ
タＣ８およびＣ９が接続され、ビンＰ１５と接地間に接
続されているＲ１と共に、位相補償回路を形成している
。ホール素子Ｈｗの電圧出力端子の信号は、抵抗ＲＩＯ
とキャパシタＣ１２および抵抗Ｒ１１とキャパシタＣ１
３を介して、それぞれ交流成分のみとされ、回転数検出
器の入力端子Ｐ２３、Ｒ２２に入力されている。また、
端子Ｐ１のアンプ出力は、抵抗Ｒ１０２、キャパシタＣ
ｌ０Ｉ、ＣｌＯ２で形成される積分回路を介して、積分
信号入力端子Ｐ２６に供給されている。

なお、キャパシタＣｌ０１Ｃ１ｌは、フィルタの定数を
定める素子、キャパシタＣ１と０２は＋１２Ｖの電源ラ
インの安定化のためのキャパシタ、キャパシタＣ３とＣ
４は、−ｉ−５Ｖの電源ラインの安定化のキャパシタで
ある。スイッチ４は、モータのオン・オフを指示するス
イッチであり、このスイッチをオンすると、端子５の電
圧は接地電位とされ、オフすると端子５の電位は抵抗Ｒ
２を介して５ｖ電源に引き上げられる。ピンＰ１７はク
ロック信号入力端子７から抵抗Ｒ３を介して、クロック
信号を入力する。

モータ駆動用ＩＣｌ０は、たとえば日立製作所から入手
できるＨＡ１３４７６と呼ばれるＩＣで構成できる。こ
の場合、ホール入力の作動入力電圧範囲は６０〜２００
ｍＶｐ−ｐであり、電源電圧の変化を考慮した場合、実
質的には７０〜１８０ｍｖ程度にホール出力電圧のばら
つきを抑えなければならない、しかも、ホール素子・マ
グネット間寸法のばらつき、マグネットの磁束密度のば
らつきがあるので、市販のホール素子の一般規格品を使
用したのでは、選別をしないとこの電圧範囲に満足させ
ることはほぼ不可能である。第３図の回路において、出
力抵抗Ｒｗ、Ｒｖ、Ｒｕを接続することによって、特に
選別をしなくてもホール素子の出力規格を許容範囲に納
めることが容易となった。

このため、ホール素子の選別、管理に要する費用を節約
することができる。また、ホール素子を並列駆動する場
合と比べると、大きな電流を使用しなくても安定した出
力を得ることが可能となった。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、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〕 性能にばらつきのあるホール素子を複数個用いて、規格
化された複数のホール入力端子に入力を供給する際に、
ホール信号電圧を均一化させることかできる。

このため、ホール素子の性能のばらつきによる種々の問
題を解決することかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本構成を示し、第１図（Ａ）は接続
を示す回路図、第１図（Ｂ）はホール素子出力部の等価
回路を示す回路図、 第２図（Ａ）、（Ｂ）は第１図（Ａ）、（Ｂ）に対応す
る従来の技術を示す回路図、 第３図は本発明のより具体的な実施例によるモータ駆動
回路を示す回路図である。 接地ライン 電源ライン スイッチ オン・オフ信号端子 モータ駆動用ＩＣ キャパシタ 抵　　抗 ホール素子 コイル ＩＣのピン

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）、ＤＣブラシレスモータのロータの回転位置を検
   出するための回路であって、 各々が電流入力端子と電圧出力端子とを有し、ロータの
   形成する磁場を検出するための複数のホール素子と、 前記各ホール素子の出力端子間に接続された抵抗と、 前記複数のホール素子の出力端子に接続され、入力電圧
   を増幅する複数の増幅器と を含むＤＣブラシレスモータの位置検出回路。
2. （２）、前記抵抗は、前記複数のホール素子の出力抵抗
   の平均値とほぼ等しい抵抗値を有する請求項１記載のＤ
   Ｃブラシレスモータの位置検出回路。