JPH036751B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH036751B2 JPH036751B2 JP57081800A JP8180082A JPH036751B2 JP H036751 B2 JPH036751 B2 JP H036751B2 JP 57081800 A JP57081800 A JP 57081800A JP 8180082 A JP8180082 A JP 8180082A JP H036751 B2 JPH036751 B2 JP H036751B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- voltage
- current
- output
- drive transistor
- transistor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 61
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 15
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 12
- 230000011664 signaling Effects 0.000 claims description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 10
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/08—Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor
- H02P6/085—Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor in a bridge configuration
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は電子整流子型の電動機に関するもので
あり、特に、電源から供給される電力を効率良く
利用するようにしたものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an electronic commutator type electric motor, and particularly to one that efficiently utilizes electric power supplied from a power source.
従来、電子整流子型の電動機では、出力電圧の
一定な直流電源からトランジスタ等を用いて減圧
制御し、たとえば電動機の速度に対応した駆動電
圧を供給していた。 Conventionally, in an electronic commutator type motor, a transistor or the like is used to perform pressure reduction control from a DC power source with a constant output voltage, and supply a driving voltage corresponding to the speed of the motor, for example.
第1図に従来の電子整流子型電動機の構成例を
示す。第1図において、1は直流電源、2は通電
制御機、3,4,5は駆動トランジスタ、6,
7,8は3相のコイル、9はロータにとりつけら
れた界磁用のマグネツトである。上記通電制御器
2はマグネツト9の回転に応じて通電状態となる
駆動トランジスタを切換えると共に、回転速度に
応じた電圧をコイル6,7,8に供給する。従つ
て、直流電源1の電圧は、駆動トランジスタ3,
4,5とコイル6,7,8に分割してかかる。そ
の結果、直流電源1の供給電力はコイルでの有効
消費電力と駆動トランジスタのコレクタ損失の和
となる。 FIG. 1 shows an example of the configuration of a conventional electronic commutator type motor. In FIG. 1, 1 is a DC power source, 2 is a power supply controller, 3, 4, and 5 are drive transistors, 6,
7 and 8 are three-phase coils, and 9 is a field magnet attached to the rotor. The energization controller 2 switches the drive transistors to be energized in accordance with the rotation of the magnet 9, and supplies voltages to the coils 6, 7, and 8 in accordance with the rotational speed. Therefore, the voltage of the DC power supply 1 is the same as that of the drive transistors 3,
4 and 5 and coils 6, 7, and 8. As a result, the power supplied by the DC power supply 1 is the sum of the effective power consumption in the coil and the collector loss of the drive transistor.
通常の電動機においては、駆動トランジスタの
コレクタ損失がかなり大きく、電源の供給電力に
対する有効消費電力の比(電力効率)は小さく、
10%〜30%程度であつた。特に、速度可変範囲の
広い、たとえば多段速度切換えができる電動機
や、駆動力の可変範囲の広い、たとえば巻取用の
電動機では、低速度動作時および低駆動力動作時
の効率が著しく悪くなつていた。 In a normal electric motor, the collector loss of the drive transistor is quite large, and the ratio of effective power consumption to power supplied by the power supply (power efficiency) is small.
It was around 10% to 30%. In particular, electric motors with a wide variable speed range, such as multi-speed switching, and electric motors with a wide variable drive force, such as winding motors, tend to have significantly lower efficiency when operating at low speeds and low driving forces. Ta.
また、第1図のごとき構成では、コイル6,
7,8に片方向の電流しか流れないために、コイ
ル利用率が低く、電動機効率はさらに低かつた。 In addition, in the configuration shown in FIG. 1, the coil 6,
Since current flows only in one direction through the coils 7 and 8, the coil utilization rate is low and the motor efficiency is even lower.
本発明は、そのような点を考慮し、コイルに両
方向の電流を供給するようにし、かつ可変出力の
直流電圧を取り出すことのできるスイツチング方
式の電圧変換手段を使用した電力効率の良い電子
整流子型の電動機を提供することを目的とし、特
に、本発明は可変速度電動装置や可変駆動力電動
装置等に好適なものであり、低速度動作時および
低駆動力動作時での電力効率のすぐれた電動機を
得ようとするものである。 Taking these points into consideration, the present invention provides a power-efficient electronic commutator that uses switching-type voltage conversion means that can supply current to the coil in both directions and extract a variable output DC voltage. In particular, the present invention is suitable for variable speed electric devices, variable driving force electric devices, etc., and has excellent power efficiency during low speed operation and low driving force operation. The aim is to obtain a new electric motor.
すなわち、本発明は、モータ可動部の位置を検
出する位置検出手段と、複数相のコイルと、直流
電源から可変出力の直流電圧を得るスイツチング
方式の電圧変換手段と、前記電圧変換手段の一方
の出力端子と前記コイルの各給電端子の間に接続
されたK個(Kは3以上の整数)の第1の駆動ト
ランジスタからなる第1の駆動トランジスタ群
と、前記コイルへの電流供給を指令する指令信号
に対応し、かつ、前記位置検出手段の出力に応動
して前記第1の駆動トランジスタ群の通電を分配
制御する第1の分配制御手段と、前記電圧変換手
段の他方の出力端子と前記コイルの前記各給電端
子の間に接続されたK個の第2の駆動トランジス
タからなる第2の駆動トランジスタ群と、前記位
置検出手段の出力に応動して前記第2の駆動トラ
ンジスタ群の通電を分配制御する第2の分配制御
手段と、前記電圧変換手段の出力電圧を制御する
動作検出制御手段を具備し、前記第2の分配制御
手段は、第1の基準電圧信号を得る第1の基準電
圧発生手段と、前記第2の駆動トランジスタ群の
通電状態にある前記第2の駆動トランジスタの動
作電圧と前記第1の基準電圧信号を比較し、該比
較出力に応じて前記第2の駆動トランジスタの通
電電流を制御する第1の比較手段を含んで構成さ
れ、かつ、前記動作検出制御手段は、第2の基準
電圧信号を得る第2の基準電圧発生手段と、前記
第1の駆動トランジスタ群の通電状態にある前記
第1の駆動トランジスタの動作電圧と前記第2の
基準電圧信号を比較し、該比較出力に応じて前記
電圧変換手段の出力電圧を制御する第2の比較手
段を含んで構成されたことを特徴とするものであ
り、これにより所期の目的を達成したものであ
る。 That is, the present invention includes a position detection means for detecting the position of a movable part of a motor, a multi-phase coil, a switching type voltage conversion means for obtaining a variable output DC voltage from a DC power supply, and one of the voltage conversion means. A first drive transistor group consisting of K first drive transistors (K is an integer of 3 or more) connected between an output terminal and each power supply terminal of the coil, and commands current supply to the coil. first distribution control means that distributes and controls energization of the first drive transistor group in response to a command signal and in response to the output of the position detection means; the other output terminal of the voltage conversion means; a second drive transistor group consisting of K second drive transistors connected between each of the power supply terminals of the coil; and energization of the second drive transistor group in response to an output of the position detection means. The second distribution control means includes a second distribution control means that performs distribution control, and an operation detection control means that controls the output voltage of the voltage conversion means, and the second distribution control means is provided with a first reference voltage signal that obtains a first reference voltage signal. Voltage generating means compares the operating voltage of the second drive transistor in the energized state of the second drive transistor group with the first reference voltage signal, and according to the comparison output, the second drive transistor The operation detection control means includes a second reference voltage generation means for obtaining a second reference voltage signal, and a second reference voltage generation means for obtaining a second reference voltage signal, and the first drive transistor group. and a second comparing means for comparing the operating voltage of the first driving transistor in the energized state with the second reference voltage signal and controlling the output voltage of the voltage converting means according to the comparison output. It is characterized by the fact that
以下に、本発明を図示の実施例に基づいて説明
する。第2図は本発明の一実施例を表わす回路結
線図である。第2図において、1は直流電源、
3,4,5は第1の駆動トランジスタ、6,7,
8は3相のコイル、9は界磁用のマグネツト、破
線で囲まれている部分11はマグネツト9の磁束
を感知するホール素子41,42,43,44,
45,46からなり、マグネツト9(モータ可動
部)の回転位置を検出する位置検出器、12は位
置検出器11の出力に応動して第1の駆動トラン
ジスタ3,4,5の通電を分配制御する第1の分
配制御器、13,14,15はコイル6,7,8
と第1の駆動トランジスタ3,4,5とによる電
流路に直列に接続された(各入力端子を電源側に
接続され、各出力端子を第1の駆動トランジスタ
3,4,5の各出力端子に接続された)第2の駆
動トランジスタ、16は位置検出器11の出力に
応動して第2の駆動トランジスタ13,14,1
5の通電を分配制御する第2の分配制御器、17
は直流電源1からコイル6,7,8への電流路に
直列に挿入され、直流電源1から可変出力の直流
電圧を得るスイツチング方式の電圧変換器、18
は第1の駆動トランジスタ3,4,5の通電時の
動作電圧を検出し、その検出信号により電圧変換
器17の出力電圧を制御する動作検出制御器であ
る。また、21,22は直流電圧源、23は指令
信号、24は指令信号23に対応した電流i1を出
力する電流変換器、19は電流変換器24の出力
電流i1に応動した電流i2、i3、i4を発生する相以電
流発生器である。 The present invention will be explained below based on illustrated embodiments. FIG. 2 is a circuit diagram showing one embodiment of the present invention. In Fig. 2, 1 is a DC power supply;
3, 4, 5 are first drive transistors; 6, 7,
8 is a three-phase coil, 9 is a field magnet, and a portion 11 surrounded by a broken line is a Hall element 41, 42, 43, 44, which senses the magnetic flux of the magnet 9.
45 and 46, a position detector detects the rotational position of the magnet 9 (motor movable part); 12 controls distribution of energization of the first drive transistors 3, 4, and 5 in response to the output of the position detector 11; The first distribution controller 13, 14, 15 is the coil 6, 7, 8
and the first drive transistors 3, 4, and 5 (each input terminal is connected to the power supply side, and each output terminal is connected to each output terminal of the first drive transistors 3, 4, and 5). A second drive transistor 16 (connected to the
a second distribution controller that distributes and controls the energization of 5;
is inserted in series in the current path from the DC power source 1 to the coils 6, 7, and 8, and is a switching type voltage converter 18 that obtains a variable output DC voltage from the DC power source 1;
is an operation detection controller that detects the operating voltage of the first drive transistors 3, 4, and 5 when they are energized, and controls the output voltage of the voltage converter 17 based on the detection signal. Further, 21 and 22 are DC voltage sources, 23 is a command signal, 24 is a current converter that outputs a current i 1 corresponding to the command signal 23, and 19 is a current i 2 that responds to the output current i 1 of the current converter 24. , i 3 , i 4 .
次に、その動作について説明する。指令信号2
3は電流変換器24に入力され、電圧源22の電
圧値と比較され、その両者の差に応じた電流i1に
変換される。指令信号23は周知の速度検出手段
および速度電圧変換手段によつて得られるもので
あり、マグネツト9の回転速度に対応してその値
を変化する。 Next, its operation will be explained. Command signal 2
3 is input to the current converter 24, compared with the voltage value of the voltage source 22, and converted into a current i 1 according to the difference between the two. The command signal 23 is obtained by known speed detection means and speed voltage conversion means, and changes its value in accordance with the rotational speed of the magnet 9.
第3図に電流変換器24の具体的な構成例を示
す。指令信号23と電圧源22は差動トランジス
タ111,112のベースにそれぞれ印加され、
その電圧差に応じて定電流源115の電流値が各
コレクタ側に分配される。トランジスタ111の
コレクタ電流は、トランジスタ116と117の
カレントミラーによつて反転され、トランジスタ
112のコレクタ電流と比較され、トランジスタ
118を介して出力(電流吸込)される。 FIG. 3 shows a specific example of the configuration of the current converter 24. The command signal 23 and the voltage source 22 are applied to the bases of the differential transistors 111 and 112, respectively,
The current value of the constant current source 115 is distributed to each collector side according to the voltage difference. The collector current of transistor 111 is inverted by a current mirror of transistors 116 and 117, compared with the collector current of transistor 112, and output (current sinked) through transistor 118.
電流変換器24の出力i1は相似電流発生19に
入力される。相似電流発生器19はトランジスタ
25,26,27,28,29、抵抗30,3
1,32,33からなる第1のカレントミラーと
ダイオード34、トランジスタ35、抵抗36,
37からなる第2のカレントミラーにより構成さ
れ、電流変換器24の出力i1に相似(比例または
略比例)の電流i2、i3、i4を出力する。電流i2は第
1の分配制御器12のダイオード54、抵抗55
により電圧信号V1に変換され、電流i3は第2の分
配制御器16のダイオード81,82、抵抗83
により電圧信号V2に変換され、電流i4は動作検出
制御器18の抵抗61、ダイオード62,63に
より電圧信号V3に変換されている。この電圧V1、
V2、V3は指令信号23に応動して変化する(そ
れぞれに連動変化する。)
まず通常の回転駆動動作について説明する。こ
こで、VMを一定と考える。第1の分配制御器1
2は、コイル6,7,8への電流路(第1の駆動
トランジスタ3,4,5の通電電流路)に直列に
挿入され、その供給電流を検出する電流検出用の
抵抗47と、抵抗47の電圧降下と指令信号23
に応動する電圧信号V1が入力され、その両者に
応動した出力電流を得る電流制御器48と、トラ
ンジスタ50,51,52からなる第1の選択器
53とにより構成されている。 The output i 1 of the current converter 24 is input to the analogous current generator 19 . Similar current generator 19 includes transistors 25, 26, 27, 28, 29 and resistors 30, 3.
A first current mirror consisting of 1, 32, 33, a diode 34, a transistor 35, a resistor 36,
37, and outputs currents i 2 , i 3 , i 4 that are similar (proportional or approximately proportional) to the output i 1 of the current converter 24 . The current i 2 is passed through the diode 54 and resistor 55 of the first distribution controller 12.
The current i 3 is converted into a voltage signal V 1 by
The current i 4 is converted into a voltage signal V 2 by the resistor 61 and diodes 62 and 63 of the operation detection controller 18 . This voltage V 1 ,
V 2 and V 3 change in response to the command signal 23 (change in conjunction with each other). First, the normal rotational drive operation will be explained. Here, consider VM to be constant. First distribution controller 1
2 is inserted in series in the current path to the coils 6, 7, 8 (the current path for the first drive transistors 3, 4, 5), and includes a current detection resistor 47 for detecting the supplied current, and a resistor. 47 voltage drop and command signal 23
The current controller 48 receives a voltage signal V 1 responsive to the voltage signal V 1 and obtains an output current responsive to both signals, and a first selector 53 comprising transistors 50 , 51 , and 52 .
第4図に電流制御器48の具体的な構成例を示
す。トランジスタ121のベース側に電圧信号
V1を入力し、エミツタ側に抵抗47の電圧降下
信号を入力し、その両者の差に応動するコレクタ
電流を得て、トランジスタ122,123のカレ
ントミラーによつて電流反転して出力され、第1
の選択器53に供給される。 FIG. 4 shows a specific example of the configuration of the current controller 48. A voltage signal is applied to the base side of the transistor 121.
V 1 is input, the voltage drop signal of the resistor 47 is input to the emitter side, a collector current responsive to the difference between the two is obtained, the current is inverted by the current mirror of transistors 122 and 123, and is output. 1
is supplied to the selector 53.
第1の選択器53のトランジスタ50,51,
52のエミツタは共通接続され、ベース側に位置
検出器11のホール素子41,42,43の出力
電圧がそれぞれ印加されている。ホール素子4
1,42,43はマグネツト9の磁束を感知し、
その回転位置に応じたアナログ電圧信号を発生す
る。トランジスタ50,51,52は、そのベー
ス電圧の差に応じて共通エミツタ電流を各コレク
タ電流に分配され、ベース電圧の最も低いトラン
ジスタのコレクタ電流が最も大きくなり、他のト
ランジスタのコレクタ電流は零となる。トランジ
スタ50,51,52の各コレクタ電流は第1の
駆動トランジスタ3,4,5の各ベース電流とな
り、電流増幅されてコイル6,7,8へ供給され
る。 Transistors 50, 51 of the first selector 53,
The emitters 52 are commonly connected, and the output voltages of the Hall elements 41, 42, and 43 of the position detector 11 are applied to the base side, respectively. Hall element 4
1, 42, 43 sense the magnetic flux of magnet 9,
An analog voltage signal is generated according to the rotational position. The common emitter current of the transistors 50, 51, and 52 is divided into collector currents according to the difference in their base voltages, and the collector current of the transistor with the lowest base voltage is the largest, and the collector current of the other transistors is zero. Become. The collector currents of the transistors 50, 51, 52 become the base currents of the first drive transistors 3, 4, 5, are amplified and supplied to the coils 6, 7, 8.
コイル6,7,8への供給電流(駆動トランジ
スタ3,4,5の通電電流)は抵抗47の電圧降
下として検出され、電流制御器48に入力され
る。これにより、電流制御器48、第1の選択器
53、第1の駆動トランジスタ3,4,5および
抵抗47によつて第1の帰還ループ(電流帰還ル
ープ)が構成され、コイル6,7,8への供給電
流を確実に電圧信号V1(従つて、指令信号23)
に対応した電流値となしている。その結果、第1
の駆動トランジスタ3,4,5のhFEバラツキの
影響は著しく小さくなる。また、マグネツト9の
回転に伴つてホール素子41,42,43の出力
電圧が変化し、対応するコイルに電流を供給する
ように、第1の駆動トランジスタ3,4,5の通
電を制御し、切り換えてゆく。 The current supplied to the coils 6 , 7 , 8 (the current flowing through the drive transistors 3 , 4 , 5 ) is detected as a voltage drop across the resistor 47 and is input to the current controller 48 . As a result, a first feedback loop (current feedback loop) is configured by the current controller 48, the first selector 53, the first drive transistors 3, 4, 5, and the resistor 47, and the coils 6, 7, 8 to ensure that the voltage signal V 1 (and therefore the command signal 23)
The current value corresponds to As a result, the first
The influence of hFE variations in the drive transistors 3, 4, and 5 is significantly reduced. Further, as the magnet 9 rotates, the output voltages of the Hall elements 41, 42, 43 change, and the energization of the first drive transistors 3, 4, 5 is controlled so that current is supplied to the corresponding coil, Switching.
なお、コンデンサ49は上述の帰還ループの位
相補償のためにつけられている。また、コイル
6,7,8に並列に接続されたコンデンサ94,
96,98と抵抗95,97,99の直列回路
は、通電路の切り換えに伴うスパイク電圧を低減
するものである。 Note that the capacitor 49 is provided for phase compensation of the feedback loop described above. In addition, a capacitor 94 connected in parallel to the coils 6, 7, and 8,
The series circuit of resistors 96, 98 and resistors 95, 97, and 99 reduces the spike voltage caused by switching of the energizing path.
第2の分配制御器16は、第2の駆動トランジ
スタ13,14,15の通電時の動作電圧(コレ
クタ・エミツタ間電圧VCEの絶対値)を検出する
検出・比較器71と、トランジスタ73,74,
75からなる第2の選択器76によつて構成され
ている。 The second distribution controller 16 includes a detection/comparator 71 that detects the operating voltage (absolute value of the collector-emitter voltage V CE ) when the second drive transistors 13 , 14 , 15 are energized; 74,
A second selector 76 consisting of 75 is configured.
相似電流発生器19の出力i3は検出・比較器7
1に入力され、ダイオード81,82、抵抗83
によつて第2の駆動トランジスタ13,14,1
5の共通接続端子(エミツタ側)から所定電圧値
の基準電圧信号V2を発生する。電圧信号V2は電
圧信号V1に連動して変化し(V1、V2は共に指令
信号23に応動して変化する)、コイル6,7,
8への供給電流(すなわち、第1の駆動トランジ
スタ3,4,5通電電流)が大きい時に信号V2
を大きくし、供給電流の小さい時に信号V2を小
さくしている。 The output i3 of the similar current generator 19 is the detector/comparator 7.
1, diodes 81, 82, resistor 83
The second drive transistor 13, 14, 1
A reference voltage signal V 2 of a predetermined voltage value is generated from the common connection terminal (emitter side) of No. 5. The voltage signal V 2 changes in conjunction with the voltage signal V 1 (both V 1 and V 2 change in response to the command signal 23), and the coils 6, 7,
When the supply current to 8 (i.e., the current flowing through the first drive transistors 3, 4, 5) is large, the signal V 2
is made large, and the signal V2 is made small when the supply current is small.
検出トランジスタ87,88,89の各ベース
側は入力端子として基準電位(信号V2の点)に
直流的に(直接または抵抗、ダイオード等を介し
て)接続され、各エミツタ側は検出端子としてそ
れぞれ抵抗84,85,86を介して第2の駆動
トランジスタ13,14,15の各出力端子に接
続されている。その結果、第2の駆動トランジス
タ13,14,15の通電状態にあるトランジス
タの動作電圧と基準電圧信号V2とが比較され、
その動作電圧値が信号V2よりもエミツタベース
間順方向電圧VD分小さくなると、対応する検出
トランジスタが導通し、コレクタ側に電流を出力
する。 The base sides of each of the detection transistors 87, 88, and 89 are connected as input terminals to the reference potential (signal V2 point) in a direct current manner (directly or via a resistor, diode, etc.), and the emitter sides of each are connected as detection terminals. It is connected to each output terminal of the second drive transistors 13, 14, 15 via resistors 84, 85, 86. As a result, the operating voltage of the second drive transistors 13, 14, 15 in the energized state and the reference voltage signal V2 are compared,
When the operating voltage value becomes smaller than the signal V 2 by the emitter-base forward voltage V D , the corresponding detection transistor becomes conductive and outputs a current to the collector side.
第5図に駆動トランジスタ13と4が活性とな
つている場合の電流路を示す。この電流路は
電圧変換器17の出力VM→第2の駆動トラン
ジスタ13→コイル6および7→第1の駆動トラ
ンジスタ4→抵抗47→側電源
となり、通電状態にある第2の駆動トランジスタ
13の動作電圧VCEが他の駆動トランジスタ1
4,15の電圧VCEよりも小さくなる。そして、
検出トランジスタ87,88,89は第2の駆動
トランジスタ13,14,15の電圧VCEと基準
電圧信号V2を比較して、その差に応じたコレク
タ電流を出力する。第5図においては、第2の駆
動トランジスタ13の動作電圧が電圧信号V2よ
りもベース・エミツタ間順方向電圧VD分小さく
なると、検出トランジスタ87が活性となり、コ
レクタ電流を出力する。各検出トランジスタ8
7,88,89の出力電流は合成され(コレクタ
側を共通接続)、ダイオード90と抵抗91によ
つて電圧に変換され、トランジスタ92のベース
に印加される。また、トランジスタ93のベース
には抵抗95,97とダイオード96による所定
の電圧信号が印加されている。トランジスタ9
2,93のベース電圧差に応じて定電流源94の
電流値はトランジスタ92,93のコレクタ電流
に分配され、トランジスタ93のコレクタ電流は
検出トランジスタ87,88,89の出力電流が
小さい時に大きくなり、大きい時に小さくなる。
従つて、通電時の第2の駆動トランジスタの動作
電圧に応じた電流が検出・比較器71のトランジ
スタ93より出力(電流吸込)され、第2の選択
器76に供給する。その供給電流は、第2の駆動
トランジスタの通電時の動作電圧が大きい時に大
きく、小さい時に小さくなる。 FIG. 5 shows the current path when drive transistors 13 and 4 are activated. This current path is the output V M of the voltage converter 17 → the second drive transistor 13 → the coils 6 and 7 → the first drive transistor 4 → the resistor 47 → the side power supply, and the second drive transistor 13 in the energized state The operating voltage V CE is the other drive transistor 1
The voltage V CE of 4 and 15 becomes smaller. and,
The detection transistors 87, 88, 89 compare the voltage V CE of the second drive transistors 13, 14, 15 with the reference voltage signal V 2 and output a collector current according to the difference. In FIG. 5, when the operating voltage of the second drive transistor 13 becomes smaller than the voltage signal V 2 by the base-emitter forward voltage V D , the detection transistor 87 becomes active and outputs a collector current. Each detection transistor 8
The output currents of transistors 7, 88, and 89 are combined (collector sides are commonly connected), converted into a voltage by a diode 90 and a resistor 91, and applied to the base of a transistor 92. Furthermore, a predetermined voltage signal is applied to the base of the transistor 93 by resistors 95 and 97 and a diode 96. transistor 9
The current value of the constant current source 94 is distributed to the collector currents of the transistors 92 and 93 according to the base voltage difference between the transistors 2 and 93, and the collector current of the transistor 93 becomes large when the output currents of the detection transistors 87, 88, and 89 are small. , becomes small when it is large.
Therefore, a current corresponding to the operating voltage of the second driving transistor when energized is outputted (current sucked) from the transistor 93 of the detection/comparator 71 and supplied to the second selector 76 . The supplied current increases when the operating voltage of the second drive transistor is high, and decreases when the operating voltage is low.
第2の選択器76のトランジスタ73,74,
75はエミツタを共通接続され、各ベース端子に
位置検出器11のホール素子44,45,46の
出力が印加され、そのベース電圧に応じて共通エ
ミツタ電流をコレクタ側に分配する。トランジス
タ73,74,75の各コレクタ電流は第2の駆
動トランジスタ13,14,15の各ベース電流
となり、コイル6,7,8への通電を切換え制御
している。 Transistors 73, 74 of the second selector 76,
The emitters 75 are commonly connected, the outputs of the Hall elements 44, 45, and 46 of the position detector 11 are applied to each base terminal, and the common emitter current is distributed to the collector side according to the base voltage. The collector currents of the transistors 73, 74, and 75 become the base currents of the second drive transistors 13, 14, and 15, and switch and control the energization of the coils 6, 7, and 8.
従つて、検出・比較器71、第2の選択器7
6、第2の駆動トランジスタ13,14,15、
コイル6,7,8によつて第2の帰還ループが構
成され、第2の駆動トランジスタ13,14,1
5の通電状態にあるトランジスタの動作電圧VCE
を能動領域内の所定の小さな電圧値に一致させる
ように動作し、第1の駆動トランジスタ3,4,
5の通電電流(指令信号23に対応)と等しい電
流が第2の駆動トランジスタ13,14,15に
も流れ、コイル6,7,8には両方向の電流(マ
グネツト9の回転に伴つて電流の向きが変る電
流)が安定に供給される。 Therefore, the detection/comparator 71 and the second selector 7
6, second drive transistors 13, 14, 15,
The coils 6, 7, 8 constitute a second feedback loop, and the second drive transistors 13, 14, 1
The operating voltage of the transistor in the energized state of 5 V CE
The first drive transistors 3, 4,
A current equal to the current flowing through the coils 5 (corresponding to the command signal 23) also flows through the second drive transistors 13, 14, and 15, and current flows in both directions in the coils 6, 7, and 8 (current increases as the magnet 9 rotates). (current whose direction changes) is stably supplied.
これについて説明すれば、第2の駆動トランジ
スタの通電電流が過渡的に第1の駆動トランジス
タの通電電流よりも小さくなると、コイルによる
負荷効果により第1の駆動トランジスタの動作電
圧が減小し、第2の駆動トランジスタの動作電圧
が増加する。この動作電圧の増加は検出・比較器
71により検出され、第2の選択器76を介して
第2の駆動トランジスタのベース電流、従つて、
コレクタ電流を大きくし、その結果、第1の駆動
トランジスタの通電電流(コレクタ電流)と等し
い電流が第2の駆動トランジスタより出力され
る。また、第2の駆動トランジスタの動作電圧は
基準電圧V2に対応した能動領域内の小さな値
(大体V2−VDに等しい)に安定に制御される。な
おコンデンサ77は第2の帰還ループの位相補償
(発振防止)のためにつけている。 To explain this, when the current flowing through the second driving transistor becomes transiently smaller than the current flowing through the first driving transistor, the operating voltage of the first driving transistor decreases due to the loading effect of the coil, and the operating voltage of the first driving transistor decreases. The operating voltage of the second drive transistor increases. This increase in the operating voltage is detected by the detector and comparator 71 and is transmitted via the second selector 76 to the base current of the second drive transistor.
The collector current is increased, and as a result, a current equal to the current flowing through the first drive transistor (collector current) is output from the second drive transistor. Furthermore, the operating voltage of the second drive transistor is stably controlled to a small value (approximately equal to V 2 −V D ) within the active region corresponding to the reference voltage V 2 . Note that the capacitor 77 is provided for phase compensation (prevention of oscillation) of the second feedback loop.
このように、第1の帰還ループと第2の帰還ル
ープによつて、位置検出器11の出力に対応した
コイルに指令信号23に対応した電流が安定に供
給され、マグネツト9の回転に伴つてコイル6,
7,8への電流路は順次切換わり、両方向の電流
が供給される。 In this way, the first feedback loop and the second feedback loop stably supply the current corresponding to the command signal 23 to the coil corresponding to the output of the position detector 11, and as the magnet 9 rotates, the current is stably supplied to the coil corresponding to the output of the position detector 11. coil 6,
The current paths to 7 and 8 are switched sequentially, and current is supplied in both directions.
次に、動作検出制御器18と電圧変換器17に
よる出力電圧VMの制御方法について説明する。
相似電流発生器19の出力i4は動作検出制御器1
8に入力され、抵抗61、ダイオード62,63
によつて第1の駆動トランジスタ3,4,5の共
通接続端子(エミツタ側)から所定電圧値の基準
電圧信号V3を発生する。電圧信号V3は電圧信号
V1に連動して変化し(V1、V3は共に指令信号2
3に応動して変化する)、コイル6,7,8への
供給電流(すなわち、第1および第2の駆動トラ
ンジスタの通電電流)が大きい時に信号V3を大
きくし、供給電流の小さい時に信号V3を小さく
している。検出トランジスタ64,65,66の
各エミツタ側は入力端子として基準電位点(信号
V3の点)に直流的に接続され、各ベース側は検
出端子として直流的に第1の駆動トランジスタ
3,4,5の各出力端子に接続されている。その
結果、第1の駆動トランジスタ3,4,5の通電
状態にあるトランジスタの動作電圧(コレクタ・
エミツタ間電圧降下の絶対値)と基準電圧信号
V3とが比較され、その動作電圧値が信号V3より
もエミツタ・ベース間順方向電圧VD分小さくな
ると、対応する検出トランジスタ64,65,6
6が導通し、コレクタ側に電流を出力する。 Next, a method of controlling the output voltage V M by the operation detection controller 18 and the voltage converter 17 will be explained.
The output i 4 of the similar current generator 19 is the operation detection controller 1
8, resistor 61, diode 62, 63
As a result, a reference voltage signal V3 having a predetermined voltage value is generated from the common connection terminal (emitter side) of the first drive transistors 3, 4, and 5. Voltage signal V 3 is a voltage signal
It changes in conjunction with V 1 (both V 1 and V 3 are command signal 2).
3), when the supply current to the coils 6, 7, and 8 (i.e., the conduction current of the first and second drive transistors) is large, the signal V 3 is made large, and when the supply current is small, the signal V 3 is made large. V 3 is made smaller. The emitters of the detection transistors 64, 65, and 66 serve as input terminals at reference potential points (signal
V 3 point), and each base side is connected as a detection terminal to each output terminal of the first drive transistors 3, 4, and 5 in a direct current manner. As a result, the operating voltage (collector
Absolute value of voltage drop across emitters) and reference voltage signal
When the operating voltage value becomes smaller than the signal V 3 by the emitter-base forward voltage V D , the corresponding detection transistor 64, 65, 6
6 becomes conductive and outputs current to the collector side.
たとえば、第5図のように駆動トランジスタ1
3と4が活性となつている場合では、通電状態に
ある第1の駆動トランジスタ4の動作電圧が他の
駆動トランジスタ3,5の電圧よりも小さくな
る。検出トランジスタ64,65,66は第1の
駆動トランジスタ3,4,5の動作電圧と基準電
圧信号V3を比較し、第5図においては、第1の
駆動トランジスタ4の動作電圧が電圧信号V3よ
りもVD分小さくなると、検出トランジスタ65
が活性となり、コレクタ電流を出力する。各検出
トランジスタ64,65,66の出力電流は合成
され(コレクタ側を共通接続)、ダイオード67、
トランジスタ69、抵抗68,70からなるカレ
ントミラーによつて反転増幅され、電圧変換器1
7に供給される。従つて、通常時の第1の駆動ト
ランジスタ3,4,5の動作電圧に応じた出力電
流が得られる。 For example, as shown in FIG.
When transistors 3 and 4 are activated, the operating voltage of the first drive transistor 4 in the energized state is lower than the voltage of the other drive transistors 3 and 5. The detection transistors 64, 65, 66 compare the operating voltages of the first drive transistors 3, 4, 5 with the reference voltage signal V3, and in FIG. 3 by V D , the detection transistor 65
becomes active and outputs collector current. The output currents of each detection transistor 64, 65, and 66 are combined (collector sides are commonly connected), and a diode 67,
The voltage converter 1 is inverted and amplified by a current mirror consisting of a transistor 69 and resistors 68 and 70.
7. Therefore, an output current corresponding to the operating voltage of the first drive transistors 3, 4, and 5 during normal operation can be obtained.
電圧変換器17は、直流電源1の正極端子
(VS=20V)からコイル6,7,8に至る給電路
に直列にして挿入された給電制御用半導体スイツ
チング素子を構成するところのスイツチングトラ
ンジスタ101と、そのバイアス用抵抗102,
103と、上記スイツチングトランジスタ101
をオン・オフ制御するスイツチング制御器100
と、フライホール・ダイオード105と、インダ
クタンス素子106と、コンデンサ107によつ
て構成されている。スイツチング制御器100
は、たとえば50kHzの三角波電圧信号を作る三角
波発生器と、動作検出制御器18の出力を電圧信
号に変換した後に前記三角波信号と比較するコン
パレータ等の周知の種々の構成を利用でき、動作
検出制御器18の出力信号に応じたデユーテイの
パルス信号を得て、スイツチングトランジスタ1
01をオン・オフ制御する。電圧変換器17の出
力電圧VMは、スイツチングトランジスタ101
のオン時間・オフ時間(実質的なオン時間比率)
に関係して変化する。このスイツチングトランジ
スタ101がオンの時にはVi〓Vsとなり、直流
電源1はインダクタンス素子106を通て負荷側
に電流を供給する。スイツチングトランジスタ1
01がオフになると、フライホール・ダイオード
105がオンとなり、インダクタンス素子106
に蓄えられたエネルギーを負荷側に供給する。そ
の結果、電圧変換器17の出力電圧VMはトラン
ジスタ101のオン時間のデユーテイ(オン時間
比率)に対応した値となる。 The voltage converter 17 is a switching transistor that constitutes a semiconductor switching element for power supply control inserted in series in the power supply path from the positive terminal (V S = 20V) of the DC power supply 1 to the coils 6, 7, and 8. 101 and its bias resistor 102,
103 and the switching transistor 101
Switching controller 100 that controls on/off
, a flyhole diode 105 , an inductance element 106 , and a capacitor 107 . Switching controller 100
For example, various well-known configurations can be used, such as a triangular wave generator that generates a 50 kHz triangular wave voltage signal, and a comparator that converts the output of the motion detection controller 18 into a voltage signal and then compares it with the triangular wave signal. A duty pulse signal corresponding to the output signal of the transistor 18 is obtained, and the switching transistor 1 is
Controls on/off of 01. The output voltage V M of the voltage converter 17 is determined by the switching transistor 101.
On time/off time (actual on time ratio)
changes in relation to When this switching transistor 101 is on, V i 〓V s , and the DC power supply 1 supplies current to the load side through the inductance element 106. switching transistor 1
When 01 turns off, the flyhole diode 105 turns on and the inductance element 106
The energy stored in is supplied to the load side. As a result, the output voltage V M of the voltage converter 17 has a value corresponding to the duty (on time ratio) of the on time of the transistor 101.
動作検出制御器18の出力電流は電圧変換器1
7に入力され、電流値が大きくなるとスイツチン
グトランジスタ101のオン時間比率を大きくし
て出力電圧VMを大きくし、電流値が小さくなる
とオン時間比率を少さくして出力電圧VMを小さ
くする。従つて、動作検出制御器18、電圧変換
器17および第1の駆動トランジスタ3,4,5
によつて第3の帰還ループが構成され、前述の第
1の駆動トランジスタ3,4,5の通電時の動作
電圧を検出し、その動作電圧が基準電圧信号V3
に対応した所定値(大体V3−VD程度)となるよ
うに電圧変換器17の出力電圧VMを制御してい
る。これについて説明すれば、第1の駆動トラン
ジスタ3,4,5の動作電圧が減小すると、動作
検出制御器18の出力電流が大きくなり、スイツ
チング制御器100の動作によりスイツチングト
ランジスタ101のオン時間比率を大きくし、電
圧変換器17の出力電圧VMを大きくして、第1
の駆動トランジスタの動作電圧を大きくする。逆
の場合も、同様である。 The output current of the operation detection controller 18 is the voltage converter 1.
7, when the current value increases, the on-time ratio of the switching transistor 101 is increased to increase the output voltage VM , and when the current value decreases, the on-time ratio is decreased to decrease the output voltage VM . Therefore, the operation detection controller 18, the voltage converter 17 and the first drive transistors 3, 4, 5
A third feedback loop is constructed by detecting the operating voltage of the first drive transistors 3, 4, and 5 when they are energized, and the operating voltage is the reference voltage signal V3.
The output voltage VM of the voltage converter 17 is controlled to a predetermined value (approximately V 3 −V D ) corresponding to the voltage. To explain this, when the operating voltage of the first drive transistors 3, 4, and 5 decreases, the output current of the operation detection controller 18 increases, and the on-time of the switching transistor 101 increases due to the operation of the switching controller 100. By increasing the ratio and increasing the output voltage V M of the voltage converter 17, the first
Increase the operating voltage of the drive transistor. The same applies to the reverse case.
次に、第1、第2および第3の帰還ループの全
体の動作について説明する。いま帰還ループが平
衡状態にあるものとすれば、抵抗47の電圧降下
は指令信号23に対応した値となり、第1の駆動
トランジスタ3,4,5および第2の駆動トラン
ジスタ13,14,15は位置検出器11により
選択されたコイルに指令信号23に対応した電流
を供給して(第1および第2の帰還ループ)、第
2の駆動トランジスタ13,14,15の通電状
態のトランジスタの動作電圧は電圧信号V2(従つ
て、指令信号23)に対応した能動領域内の所定
の小さな値となり(第2の帰還ループ)、第1の
駆動トランジスタ3,4,5の通電状態にあるト
ランジスタの動作電圧は電圧信号V3(従つて、指
令信号23)に対応した能動領域内の所定の小さ
な値となる(第3の帰還ループ)。すなわち、直
流電源1の電圧VSは第6図に示すように回路の
各部分に印加される。 Next, the overall operation of the first, second and third feedback loops will be explained. Assuming that the feedback loop is now in equilibrium, the voltage drop across the resistor 47 will be a value corresponding to the command signal 23, and the first drive transistors 3, 4, 5 and the second drive transistors 13, 14, 15 will be A current corresponding to the command signal 23 is supplied to the coil selected by the position detector 11 (first and second feedback loops), and the operating voltage of the second drive transistors 13, 14, and 15 in the energized state is is a predetermined small value in the active region corresponding to the voltage signal V 2 (therefore, the command signal 23) (second feedback loop), and the transistors in the energized state of the first drive transistors 3, 4, 5 are The operating voltage is a predetermined small value within the active region corresponding to the voltage signal V 3 (and therefore the command signal 23) (third feedback loop). That is, the voltage V S of the DC power supply 1 is applied to each part of the circuit as shown in FIG.
このような状態から指令信号23が微小量小さ
くなつた場合を考える。 Let us consider a case where the command signal 23 becomes slightly smaller from such a state.
指令信号23の減少は電流変換器24の出力
i1を大きくし、相似電流発生器19の出力電流
i2、i3、i4の値を大きくし、電圧信号V1、V2、
V3を大きくする。 The decrease in the command signal 23 is the output of the current converter 24.
By increasing i 1 , the output current of the similar current generator 19
By increasing the values of i 2 , i 3 , i 4 , the voltage signals V 1 , V 2 ,
Increase V 3 .
電圧信号V1が大きくなると、第1の駆動ト
ランジスタ3,4,5の通電状態のトランジス
タのベース電流、従つてコレクタ電流が大きく
なり、指令信号23に対応した電流を通電する
(第1の帰還ループ)。従つて、その動作電圧は
小さくなる(第1の駆動トランジスタの通電電
流が第2の駆動トランジスタの通電電流より過
渡的に大きくなる)。 When the voltage signal V 1 becomes large, the base current, and therefore the collector current, of the first drive transistors 3, 4, and 5 in the energized state becomes large, and the current corresponding to the command signal 23 is energized (the first feedback loop). Therefore, its operating voltage becomes smaller (the current flowing through the first drive transistor becomes transiently larger than the current flowing through the second drive transistor).
第1の駆動トランジスタの動作電圧の減小は
第2の駆動トランジスタの動作電圧の増加を引
き起す。その動作電圧の増加は電圧信号V2の
増加より大きく(V2の増加はi3により定まる)、
第2の分配制御器16の検出・比較器71の検
出トランジスタのベース・エミツタ間にかかる
電圧が小さくなり、検出トランジスタの出力電
流を小さくし、検出・比較器71の出力電流
(トランジスタ93のコレクタ電流)を大きく
する。従つて、第2の駆動トランジスタ13,
14,15の通電状態のトランジスタのベース
電流、従つてそのコレクタ電流が大きくなり
(第2の帰還ループ)、第2の駆動トランジスタ
の通電電流が第1の駆動トランジスタの通電電
流が第1の駆動トランジスタの通電電流に等し
くなつて安定となる。また第2の駆動トランジ
スタの動作電圧は電圧信号V2に対応した所定
の値となつている。 A decrease in the operating voltage of the first drive transistor causes an increase in the operating voltage of the second drive transistor. The increase in its operating voltage is greater than the increase in voltage signal V 2 (the increase in V 2 is determined by i 3 ),
The voltage applied between the base and emitter of the detection transistor of the detection/comparator 71 of the second distribution controller 16 becomes smaller, and the output current of the detection transistor becomes smaller. current). Therefore, the second drive transistor 13,
The base currents of the transistors 14 and 15 in the energized state, and therefore their collector currents, increase (second feedback loop), and the energized current of the second drive transistor becomes larger than the energized current of the first drive transistor. It becomes stable as it becomes equal to the current flowing through the transistor. Further, the operating voltage of the second drive transistor is a predetermined value corresponding to the voltage signal V2 .
第1および第2の帰還ループの動作により、
コイル6,7,8への供給電流が定まり、その
電圧降下も定まる。従つて、第1の駆動トラン
ジスタの通電時の動作電圧は、電圧変換器17
の出力電圧VMからコイル6,7,8、抵抗4
7の電圧降下と第2の駆動トランジスタの動作
電圧を引いた残り分となり、通電電流の増加に
伴つて減小する。この第1の駆動トランジスタ
の動作電圧の減小および電圧信号V3の増加は、
動作検出制御器18によつて検出され、その出
力電流を大きくし、電圧変換器17のスイツチ
ングトランジスタ101のオン時間比率を大き
くして、その出力電圧VMを大きくする(第3
の帰還ループ)。その結果、第1の駆動トラン
ジスタの動作電圧を電圧信号V3に対応した所
定の値となすような出力電圧VMを発生して安
定となる(全体が安定状態となる)。 Due to the operation of the first and second feedback loops,
The current supplied to the coils 6, 7, and 8 is determined, and the voltage drop therebetween is also determined. Therefore, the operating voltage of the first drive transistor when it is energized is the same as that of the voltage converter 17.
From the output voltage V M of coils 6, 7, 8, resistor 4
This is the remaining amount after subtracting the voltage drop of 7 and the operating voltage of the second drive transistor, and decreases as the conducting current increases. This decrease in the operating voltage of the first drive transistor and increase in the voltage signal V 3 results in
The output current is increased by the operation detection controller 18, the on-time ratio of the switching transistor 101 of the voltage converter 17 is increased, and the output voltage V M is increased (the third
feedback loop). As a result, an output voltage V M is generated that makes the operating voltage of the first drive transistor a predetermined value corresponding to the voltage signal V 3 and becomes stable (the whole becomes stable).
指令信号23が大幅に変化する場合でも同様
に安定状態におちつく(上述の微小変化が連続
的に生じるものと考えても良い)。 Even when the command signal 23 changes significantly, it similarly settles into a stable state (the above-mentioned minute changes may be considered to occur continuously).
本実施例の電動機は、次の点で大幅に効率が向
上している。 The electric motor of this embodiment has greatly improved efficiency in the following points.
(1) コイルに両方向の電流を流すため、コイル利
用率が高い。(1) The coil utilization rate is high because current flows in both directions through the coil.
(2) 第1の駆動トランジスタおよび第2の駆動ト
ランジスタの動作電圧が能動領域内の所定の小
さな値であり、そのコレクタ損失が小さい(第
2の帰還ループおよび第3の帰還ループの動作
による)。(2) The operating voltage of the first drive transistor and the second drive transistor is a predetermined small value within the active region, and the collector loss thereof is small (due to the operation of the second feedback loop and the third feedback loop). .
(3) スイツチング方式の電圧変換器を使用してい
るため、電圧変換に伴う損失は極めて小さい。(3) Since a switching type voltage converter is used, the loss associated with voltage conversion is extremely small.
また、第1の帰還ループの動作によりコイルへ
の供給電流は確実に指令信号に対応した値とな
り、前述の第1の駆動トランジスタの通電時の動
作電圧および第2の駆動トランジスタの通電時の
動作電圧の相間のバラツキが小さくなり、その検
出が容易かつ安定となる。 In addition, the operation of the first feedback loop ensures that the current supplied to the coil is at a value corresponding to the command signal, and the operating voltage when the first drive transistor is energized and the operation when the second drive transistor is energized are determined by the operation of the first feedback loop. Variations in voltage between phases are reduced, making detection easier and more stable.
さらに、本実施例では、入力端子側を直流的に
(直接または抵抗、ダイオード等を介して)基準
電圧信号V2またはV3の電位点に接続し、検出端
子側を直流的に駆動トランジスタ3,4,5また
は13,14,15の各出力端子に接続した
PNP形トランジスタからなる検出トランジスタ
64,65,66,87,88,89を使用して
いるために、第1の駆動トランジスタ3,4,5
または第2の駆動トランジスタ13,14,15
の動作電圧の検出に必要とされる素子は、トラン
ジスタ、ダイオード、抵抗だけであり、単一のシ
リコン・チツプ上に集積回路化することが可能と
なる。 Furthermore, in this embodiment, the input terminal side is DC-connected (directly or via a resistor, diode, etc.) to the potential point of the reference voltage signal V2 or V3 , and the detection terminal side is DC-connected to the drive transistor 3. , 4, 5 or 13, 14, 15.
Since the detection transistors 64, 65, 66, 87, 88, 89 made of PNP type transistors are used, the first drive transistors 3, 4, 5
or second drive transistor 13, 14, 15
The only elements required to detect the operating voltage of the device are transistors, diodes, and resistors, which can be integrated on a single silicon chip.
その結果、第2図の電動機の回路部分をモノリ
シツク集積回路にて構成する場合に、外付部品が
少なく製造が容易となる。また、その検出特性も
相間のバラツキも小さく、検出に必要な電流も小
さくて良い。さらに、ラテラル構造のPNP形ト
ランジスタを検出トランジスタに使用すれば、ベ
ース・エミツタ間耐圧およびベース・コレクタ間
耐圧が大きくとれ、信頼性が向上する。 As a result, when the circuit portion of the electric motor shown in FIG. 2 is constructed from a monolithic integrated circuit, the number of external parts is reduced and manufacturing is facilitated. In addition, the detection characteristics have small variations between phases, and the current required for detection can be small. Furthermore, if a PNP transistor with a lateral structure is used as the detection transistor, the base-emitter breakdown voltage and the base-collector breakdown voltage can be increased, improving reliability.
また、本実施例では、第2の駆動トランジスタ
13,14,15の動作電圧と比較する基準電圧
信号V2または第1の駆動トランジスタ3,4,
5の動作電圧と比較する基準電圧信号V3を指令
信号23に応動して変化させ、コイル6,7,8
への供給電流(すなわち、駆動トランジスタの通
電電流)が大きい時に電圧V2、V3を大きくし、
供給電流の小さい時に電圧V2、V3を小さくして
いる。これにより、駆動トランジスタの動作電圧
が、その通電電流の大小にかかわらず、確実に能
動領域内の小さな電圧値となるように電圧変換器
17の出力電圧および第2の駆動トランジスタの
通電電流が制御される。このような特性は、特
に、駆動トランジスタの飽和を考慮すると重要で
ある。 In addition, in this embodiment, the reference voltage signal V 2 to be compared with the operating voltage of the second drive transistors 13, 14, 15 or the first drive transistors 3, 4,
The reference voltage signal V 3 to be compared with the operating voltage of the coils 6, 7, 8 is changed in response to the command signal 23.
When the supply current to (that is, the current flowing through the drive transistor) is large, the voltages V 2 and V 3 are increased,
When the supply current is small, the voltages V 2 and V 3 are made small. As a result, the output voltage of the voltage converter 17 and the current flowing through the second driving transistor are controlled so that the operating voltage of the driving transistor becomes a small voltage value within the active region, regardless of the magnitude of the current flowing therethrough. be done. Such characteristics are important, especially when saturation of the drive transistor is taken into consideration.
これについて、第1の駆動トランジスタ3,
4,5の動作電圧の制御(第3の帰還ループ)を
例にとり説明する。一般に、トランジスタの飽和
電圧は通電電流(コレクタ電流)に比例して大き
くなり、逆に、能動領域は狭くなつてゆく(第7
図参照)。 In this regard, the first drive transistor 3,
The control of the operating voltage (third feedback loop) of Nos. 4 and 5 will be explained as an example. Generally, the saturation voltage of a transistor increases in proportion to the conducting current (collector current), and conversely, the active region becomes narrower (7th
(see figure).
いま、電圧信号V3を一定(抵抗61、ダイオ
ード62,63の両端電圧が一定)の場合を考え
る。第1の駆動トランジスタが飽和状態となりか
つその通電電流を大きくするように動作するなら
ば、通電電流の増大に伴つて動作電圧(この場合
は飽和電圧)が大きくなる。従つて、基準電圧信
号V3と動作電圧との差は小さくなり、検出トラ
ンジスタの出力電流が小さくなり、電圧変換器1
7の出力電圧VMを小さくする。その結果、電圧
変換器17の出力範囲にはまだ十分余裕があるに
もかかわらず、動作検出制御器18の出力電流が
小さいために電圧VMが小さな値で安定してしま
う(第3の帰還ループの誤動作)。 Now, consider a case where the voltage signal V 3 is constant (the voltages across the resistor 61 and diodes 62 and 63 are constant). If the first drive transistor is in a saturated state and operates to increase the current flowing through it, the operating voltage (in this case, the saturation voltage) increases as the current flowing therein increases. Therefore, the difference between the reference voltage signal V 3 and the operating voltage becomes smaller, the output current of the detection transistor becomes smaller, and the voltage converter 1
7's output voltage V M is reduced. As a result, even though there is still sufficient margin in the output range of the voltage converter 17, the output current of the operation detection controller 18 is small, so the voltage V M becomes stable at a small value (third feedback loop malfunction).
一方、本実施例のごとく、電圧信号V3を通電
電流に応動して連動変化させるならば、通電電流
の増大に伴う駆動トランジスタの飽和電圧の増加
よりも電圧信号V3の増加を大きくできるために、
検出トランジスタは十分に順方向バイアスされ、
動作検出制御器18の出力電流は大きくなり、電
圧変換器17の出力電圧VMも出力範囲の最大値
まで大きくなる。すなわち、コイルへの供給電流
にかかわらず、電圧変換器17の出力応動範囲内
であれば、第3の帰還ループは確実に動作する。
さらに、コイルへの供給電流の少ない時の駆動ト
ランジスタの動作電圧を小さく設定できるため
に、そのコレクタ損失を著しく小さくできる。 On the other hand, if the voltage signal V 3 is changed in response to the energizing current as in this embodiment, the increase in the voltage signal V 3 can be larger than the increase in the saturation voltage of the drive transistor as the energizing current increases. To,
The detection transistor is fully forward biased and
The output current of the motion detection controller 18 increases, and the output voltage V M of the voltage converter 17 also increases to the maximum value of the output range. That is, regardless of the current supplied to the coil, as long as it is within the output response range of the voltage converter 17, the third feedback loop operates reliably.
Furthermore, since the operating voltage of the drive transistor can be set low when the current supplied to the coil is small, the collector loss can be significantly reduced.
上記の説明は、第2の分配制御器16と第2の
駆動トランジスタ13,14,15からなる第2
の帰還ループの動作における、第2の駆動トラン
ジスタ13,14,15の動作電圧を検出する検
出・比較器71の動作にもあてはまり、電圧信号
V2をコイルへの供給電流(すなわち第2の駆動
トランジスタの通電電流)に連動変化させること
が望ましい。 The above description is based on the second distribution controller 16 and the second drive transistors 13, 14, 15.
This also applies to the operation of the detection/comparator 71 that detects the operating voltage of the second drive transistors 13, 14, 15 in the feedback loop operation of the voltage signal.
It is desirable to change V 2 in conjunction with the current supplied to the coil (ie, the current flowing through the second drive transistor).
しかし、本発明はそのような場合に限らず、基
準電圧信号V2またはV3の一方もしくは両方を一
定となしても良い。第8図に信号V2およびV3を
一定となした本発明の他の実施例を表わす回路結
線図を示す。本例では、定電流源201の電流を
抵抗61、ダイオード62,63に供給してV3
を一定となし、定電流源202の電流を抵抗8
3、ダイオード81,82に供給してV2を一定
としている。このような場合では、前述の第2お
よび第3の帰還ループの誤動作を防ぐために、基
準電圧V2、V3を大きく設定しておく必要がある。
その結果、駆動トランジスタ3,4,5および1
3,14,15でのコレクタ損失は第2図の実施
例より大きくなる。 However, the present invention is not limited to such a case, and one or both of the reference voltage signals V 2 and V 3 may be kept constant. FIG. 8 shows a circuit connection diagram representing another embodiment of the present invention in which the signals V 2 and V 3 are kept constant. In this example, the current of the constant current source 201 is supplied to the resistor 61 and the diodes 62 and 63, and V 3
is constant, and the current of the constant current source 202 is connected to the resistor 8.
3. Supply to diodes 81 and 82 to keep V 2 constant. In such a case, it is necessary to set the reference voltages V 2 and V 3 large in order to prevent the second and third feedback loops from malfunctioning.
As a result, drive transistors 3, 4, 5 and 1
The collector losses at points 3, 14, and 15 are larger than in the embodiment shown in FIG.
さらに、前述の第2図または第8図の実施例に
示した動作検出制御器18の構成では、第1の駆
動トランジスタの動作電圧が所定値(V3−VD)
以上に大きくなるとその出力電流は一定(零)と
なり変化しない。そして、その動作電圧が所定値
(V3−VD)以下になると出力電流は動作電圧に応
動して変化する。第9図にその特性を示す。この
ような特性にするならば、第1の駆動トランジス
タの動作電圧が小さくなり飽和すると、その動作
電圧(飽和電圧)と基準電圧V3との差に応じた
(比例した)電流が出力されるために、飽和が深
い程出力電流が大きくなり、第3の帰還ループの
応答動作が安定、確実になる。また、動作検出制
御器18の応動範囲は狭くて良く、構成も容易と
なる。なお、第1の駆動トランジスタの動作電圧
がV3−VDよりも十分に大きい場合には動作検出
制御器18の出力電流は過渡的に一定(零)とな
るが、第3の帰還ループの動作により電圧変換器
の出力電圧が小さくなり、動作検出制御器18の
出力電流が動作電圧に応動する領域になつて安定
する。 Furthermore, in the configuration of the operation detection controller 18 shown in the embodiment of FIG. 2 or FIG .
If it becomes larger than this, the output current becomes constant (zero) and does not change. Then, when the operating voltage becomes less than a predetermined value (V 3 −V D ), the output current changes in response to the operating voltage. Figure 9 shows its characteristics. If this characteristic is used, when the operating voltage of the first drive transistor becomes small and becomes saturated, a current corresponding to (proportional to) the difference between the operating voltage (saturation voltage) and the reference voltage V3 will be output. Therefore, the deeper the saturation, the larger the output current becomes, and the response operation of the third feedback loop becomes more stable and reliable. Further, the response range of the motion detection controller 18 may be narrow, and the configuration can be simplified. Note that when the operating voltage of the first drive transistor is sufficiently higher than V 3 −V D , the output current of the operation detection controller 18 is transiently constant (zero), but the output current of the third feedback loop is As a result of the operation, the output voltage of the voltage converter becomes smaller, and the output current of the operation detection controller 18 becomes stable in a region that responds to the operation voltage.
以上の実施例のように、第1および第2の駆動
トランジスタによつてコイルに両方向の電流を供
給し、スイツチング方式の電圧変換器により駆動
トランジスタの動作電圧を能動領域内の所定の小
さな値に保つような電子整流子型の電動機を構成
すると、次のような数々の効果が得られる。 As in the above embodiment, the first and second drive transistors supply current to the coil in both directions, and the switching voltage converter adjusts the operating voltage of the drive transistor to a predetermined small value within the active region. By configuring an electronic commutator type motor that maintains
(1) コイル利用率が向上し、効率が良くなる。(1) Improved coil utilization and improved efficiency.
(2) 電力効率が極めて高い。(2) Extremely high power efficiency.
(3) 駆動トランジスタの定格電力が小さくなる。(3) The rated power of the drive transistor becomes smaller.
(4) 駆動トランジスタおよび電圧変換器での発熱
が少ない。(4) Less heat is generated in the drive transistor and voltage converter.
(5) 電圧変換に伴うスイツチング・ノイズはコイ
ルに生じない。(5) Switching noise associated with voltage conversion does not occur in the coil.
(6) 整流子(刷子)雑音が生じない。(6) Commutator (brush) noise does not occur.
(7) ノイズに対するシールドは、電圧変換器の部
分だけで良く、簡単である。(7) Shielding against noise is simple, requiring only the voltage converter.
なお、本発明は回転運動する回転電動機に限ら
ず、モータ可動部が直進的に相対移動する、いわ
ゆる直進電動機の場合も同様に実施できることは
いうまでもない。さらに、マグネツトによる安定
な界磁手段に限らず、固定磁化された界磁手段な
ら、いかなる構造のものでも良く、たとえば直流
励磁される磁極構造のものであつても使用可能で
あるし、コイルの相数も3相に限らず、任意であ
る。 It goes without saying that the present invention is not limited to a rotary electric motor that rotates, but can be similarly applied to a so-called linear electric motor in which a movable part of the motor moves relative to each other in a straight line. Furthermore, it is not limited to stable field means using magnets, but any field means with fixed magnetization may be used. For example, even a magnetic pole structure that is excited by direct current can be used. The number of phases is also not limited to three phases, but is arbitrary.
また、前述の実施例の動作検出制御器18は第
1の駆動トランジスタ3,4,5の通電時の動作
電圧をすべて検出するようになしたが、本発明は
そのような場合に限らず、少なくとも1個の駆動
トランジスタの動作電圧をその通電時に検出する
ようにしても良い。 Further, although the operation detection controller 18 in the above-described embodiment was designed to detect all the operating voltages when the first drive transistors 3, 4, and 5 are energized, the present invention is not limited to such a case. The operating voltage of at least one drive transistor may be detected when it is energized.
また、位置検出手段は前述の実施例に示したご
ときホール素子等の磁電変換素子に限らず、たと
えば高周波結合を利用する方法など周知の各種の
方法が利用可能である。 Further, the position detecting means is not limited to the magneto-electric transducer such as the Hall element shown in the above-mentioned embodiments, and various known methods such as a method using high frequency coupling can be used.
また、駆動トランジスタ3,4,5,13,1
4,15にはバイポーラ形のトランジスタに限ら
ず、電界効果形のトランジスタを使用しても良い
し、スイツチングトランジスタ101もバイポー
ラ形に限らず電界効果形トランジスタやサイリス
タなどの半導体素子を使用できる。 In addition, drive transistors 3, 4, 5, 13, 1
The switching transistors 4 and 15 are not limited to bipolar transistors, but may also be field effect transistors, and the switching transistor 101 is not limited to bipolar transistors, but can also be semiconductor elements such as field effect transistors or thyristors.
また、前述の実施例では、電圧変換器の出力電
圧は直流電源より低くしたが、本発明はそのよう
な場合に限らず、たとえば乾電池等の低電圧電源
から高い出力電圧に変換し、コイルに供給するよ
うにしても良い。また、電圧変換器の構成は前述
の実施例に限定されず、インバータ方式、周波数
変調型チツパ方式、パルス幅変調型チツパ方式等
の各種の方法、構成を採用し得る。その他、本発
明の主旨にもとづいて種々の変形が可能である。 Furthermore, in the above-mentioned embodiment, the output voltage of the voltage converter was lower than the DC power supply, but the present invention is not limited to such a case. It may also be supplied. Further, the configuration of the voltage converter is not limited to the above-described embodiment, and various methods and configurations such as an inverter type, a frequency modulation type chipper type, and a pulse width modulation type chipper type can be adopted. In addition, various modifications are possible based on the gist of the present invention.
以上の説明から明らかなように、本発明の電動
機は電力効率が著しく改善される利点を有する。
従つて、本発明にもとづいて、たとえば音響・映
像機器に使用する電子整流子型の電動機を構成す
るならば、消費電力の極めて小さい省電力機器と
なすことができる。 As is clear from the above description, the electric motor of the present invention has the advantage of significantly improved power efficiency.
Therefore, if an electronic commutator type electric motor for use in, for example, audio/visual equipment is configured based on the present invention, it can be made into a power-saving device with extremely low power consumption.
第1図は従来の電動機の構成図、第2図は本発
明の一実施例を表わす回路結線図、第3図は電流
変換器の具体的な構成例図、第4図は電流制御器
の具体的な構成例図、第5図は第2図の回路動作
を説明するための図、第6図は第2図の回路各部
における電圧配分を示す図、第7図はトランジス
タの動作領域を表わす図、第8図は本発明の他の
実施例を表わす回路結線図、第9図は動作検出制
御器の検出特性を表わす図である。
1……直流電源、3,4,5……第1の駆動ト
ランジスタ、6,7,8……コイル、9……マグ
ネツト、11……位置検出器、12……第1の分
配制御器、13,14,15……第2の駆動トラ
ンジスタ、16……第2の分配制御器、17……
電圧変換器、18……動作検出制御器、19……
相似電流発生器、23……指令信号、24……電
流変換器、41,42,43,44,45,46
……ホール素子、48……電流制御器、63……
第1の選択器、64,65,66,87,88,
89……検出トランジスタ、71……検出・比較
器、76……第2の選択器、100……スイツチ
ング制御器、101……スイツチングトランジス
タ。
Fig. 1 is a configuration diagram of a conventional electric motor, Fig. 2 is a circuit connection diagram representing an embodiment of the present invention, Fig. 3 is a diagram showing a specific configuration example of a current converter, and Fig. 4 is a diagram of a current controller. 5 is a diagram for explaining the circuit operation of FIG. 2, FIG. 6 is a diagram showing the voltage distribution in each part of the circuit of FIG. 2, and FIG. 7 is a diagram showing the operating area of the transistor. FIG. 8 is a circuit connection diagram showing another embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a diagram showing detection characteristics of the operation detection controller. 1... DC power supply, 3, 4, 5... First drive transistor, 6, 7, 8... Coil, 9... Magnet, 11... Position detector, 12... First distribution controller, 13, 14, 15... second drive transistor, 16... second distribution controller, 17...
Voltage converter, 18... Operation detection controller, 19...
Similar current generator, 23... Command signal, 24... Current converter, 41, 42, 43, 44, 45, 46
... Hall element, 48 ... Current controller, 63 ...
first selector, 64, 65, 66, 87, 88,
89...detection transistor, 71...detection/comparator, 76...second selector, 100...switching controller, 101...switching transistor.
Claims (1)
と、複数相のコイルと、直流電源から可変出力の
直流電圧を得るスイツチング方式の電圧変換手段
と、前記電圧変換手段の一方の出力端子と前記コ
イルの各給電端子の間に接続されたK個(Kは3
以上の整数)の第1の駆動トランジスタからなる
第1の駆動トランジスタ群と、前記コイルへの電
流供給を指令する指令信号に対応し、かつ、前記
位置検出手段の出力に応動して前記第1の駆動ト
ランジスタ群の通電を分配制御する第1の分配制
御手段と、前記電圧変換手段の他方の出力端子と
前記コイルの前記各給電端子の間に接続されたK
個の第2の駆動トランジスタからなる第2の駆動
トランジスタ群と、前記位置検出手段の出力に応
動して前記第2の駆動トランジスタ群の通電を分
配制御する第2の分配制御手段と、前記電圧変換
手段の出力電圧を制御する動作検出制御手段を具
備し、前記第2の分配制御手段は、第1の基準電
圧信号を得る第1の基準電圧発生手段と、前記第
2の駆動トランジスタ群の通電状態にある前記第
2の駆動トランジスタの動作電圧と前記第1の基
準電圧信号を比較し、該比較出力に応じて前記第
2の駆動トランジスタの通電電流を制御する第1
の比較手段を含んで構成され、かつ、前記動作検
出制御手段は、第2の基準電圧信号を得る第2の
基準電圧発生手段と、前記第1の駆動トランジス
タ群の通電状態にある前記第1の駆動トランジス
タの動作電圧と前記第2の基準電圧信号を比較
し、該比較出力に応じて前記電圧変換手段の出力
電圧を制御する第2の比較手段を含んで構成され
た電動機。 2 第1の基準電圧発生手段は、指令信号に応動
して第1の基準電圧信号を変化することを特徴と
する特許請求の範囲第1項記載の電動機。 3 第2の基準電圧発生手段は、指令信号に応動
して第2の基準電圧信号を変化することを特徴と
する特許請求の範囲第1項記載の電動機。[Scope of Claims] 1. A position detection means for detecting the position of a movable part of a motor, a multi-phase coil, a switching type voltage conversion means for obtaining a variable output DC voltage from a DC power supply, and one of the voltage conversion means. K (K is 3) connected between the output terminal of the coil and each power supply terminal of the coil.
a first drive transistor group consisting of first drive transistors (an integer greater than or equal to); a first distribution control means for distributing and controlling energization of a group of drive transistors;
a second drive transistor group consisting of a second drive transistor; a second distribution control means for distributing and controlling energization of the second drive transistor group in response to the output of the position detection means; The second distribution control means includes a first reference voltage generation means for obtaining a first reference voltage signal, and an operation detection control means for controlling the output voltage of the conversion means. A first device that compares the operating voltage of the second drive transistor in a energized state with the first reference voltage signal, and controls the energization current of the second drive transistor in accordance with the comparison output.
and the operation detection control means includes a second reference voltage generation means for obtaining a second reference voltage signal, and a first drive transistor group in which the first driving transistor group is energized. An electric motor comprising: second comparison means for comparing the operating voltage of the drive transistor of the drive transistor with the second reference voltage signal and controlling the output voltage of the voltage conversion means according to the comparison output. 2. The electric motor according to claim 1, wherein the first reference voltage generating means changes the first reference voltage signal in response to a command signal. 3. The electric motor according to claim 1, wherein the second reference voltage generating means changes the second reference voltage signal in response to a command signal.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57081800A JPS58198188A (en) | 1982-05-15 | 1982-05-15 | Motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57081800A JPS58198188A (en) | 1982-05-15 | 1982-05-15 | Motor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58198188A JPS58198188A (en) | 1983-11-18 |
| JPH036751B2 true JPH036751B2 (en) | 1991-01-30 |
Family
ID=13756557
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57081800A Granted JPS58198188A (en) | 1982-05-15 | 1982-05-15 | Motor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58198188A (en) |
-
1982
- 1982-05-15 JP JP57081800A patent/JPS58198188A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58198188A (en) | 1983-11-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4472666A (en) | Brushless DC motor | |
| US4359674A (en) | Control system for a DC motor | |
| US4527102A (en) | Drive system for a DC motor with reduced power loss | |
| JPH0216117B2 (en) | ||
| US6172474B1 (en) | Motor with electronic distributing configuration | |
| JPS644439B2 (en) | ||
| EP1659682A1 (en) | Motor with electronic distributing configuration | |
| JPH0456556B2 (en) | ||
| JPH036750B2 (en) | ||
| JPH036751B2 (en) | ||
| US4682096A (en) | Switching regulator system for a motor driving circuit | |
| JPH0542235B2 (en) | ||
| JPH0239196B2 (en) | ||
| JPH0239197B2 (en) | ||
| JPS5833987A (en) | Brushless dc motor | |
| JPH036749B2 (en) | ||
| JPH0226479B2 (en) | ||
| JPS6111556B2 (en) | ||
| JPH0216671B2 (en) | ||
| JPS58186388A (en) | DC motor | |
| JPH0241277B2 (en) | ||
| JPH0243435B2 (en) | ||
| JPS6243440B2 (en) | ||
| JPH0243436B2 (en) | ||
| JPS6326637B2 (en) |