JPH07118938B2 - モ−タの速度制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はブラシレスモータの速度制御装置に関するもの
である。

従来の技術 近年、音響機器・映像機器などの駆動用モータはその長
寿命化、高信頼性化あるいは形状の薄形化などのため、
刷子、整流子という機械的なスイッチ機構を備えた従来
の直流モータに代わってトランジスタを使った電子的ス
イッチを備えたいわゆるブラシレスモータが用いられる
ことが多くなってきた。また、前記ブラシレスモータの
速度制御装置としては、駆動トランジスタの電流増幅率
（h_FE）等のバラツキによる回転ムラ、トルクムラを抑
えるため、モータの駆動電流に対して帰還がかけられ
る。このような電流帰還を行った速度制御装置の従来技
術としては、例えば、山田博著「精密小形モータの基礎
と応用」（昭和50年７月１日発行）走行電子出版社、23
4頁に示されているようなものがある。

以下、図面を参照しながら、上記した従来のモータの速
度制御装置の一例について説明する。

第４図は従来のモータの速度制御装置の回路結線図であ
る。第４図において、１および２はそれぞれ電源の正側
および負側給電線路であり、３〜６はモータ駆動コイル
である。前記駆動コイル３〜６のそれぞれの一端は前記
負側給電線路２に接続され、また、それぞれの他端は駆
動トランジスタ７〜10のコレクタに接続されると共にダ
イオード11〜14のカソード側に接続されている。前記ダ
イオード11〜14のアノード側は共通接続されトランジス
タ15のエミッタに接続されている。16,17は永久磁石回
転子（図示せず）の位置を検出するためのホール素子で
ある。前記ホール素子16の一方の出力端子は前記駆動ト
ランジスタ７のベースに接続され、前記出力端子とは18
0度位相が異なる信号を出力する他方の出力端子は前記
駆動トランジスタ８のベースに接続されている。前記駆
動トランジスタ7,8の互いのエミッタは共通接続される
と共に抵抗18を介して前記正側給電線路１に接続されて
いる。前記ホール素子17の一方の出力端子は前記駆動ト
ランジスタ９のベースに接続され、前記出力端子とは18
0度位相の異なる信号を出力する他方の出力端子は前記
駆動トランジスタ10のベースに接続されている。前記駆
動トランジスタ9,10の互いのエミッタは共通接続される
と共に抵抗19を介して前記正側給電線路１に接続されて
いる。前記ホール素子16および17の一方の入力端子はそ
れぞれ前記正側給電線路１に接続され、また他方の入力
端子はそれぞれ抵抗20および21を介してトランジスタ22
のコレクタに接続されている。前記トランジスタ22のエ
ミッタは前記負側給電線路２に接続され、同ベースは抵
抗26を介して前記正側給電線路１に接続されると共に前
記トランジスタ15のコレクタに接続されている。前記ト
ランジスタ22のコレクタ、ベース間にはコンデンサ23お
よび抵抗24とコンデンサ25の直列回路が接続されてい
る。前記トランジスタ15のベースは抵抗27を介して前記
正側給電線路１に接続されると共に可変抵抗31と抵抗32
の直例回路を介して前記負側給電線路２に、抵抗28と抵
抗29の直列回路を介して同エミッタに接続されている。
なお、前記抵抗29の両端には温度補償用としてサーミス
タ30が接続されている。また、前記トランジスタ15のベ
ース、エミッタ間にはコンデンサ33が接続されている。

以上のように構成されたモータの速度制御装置につい
て、以下その動作について説明する。

第４図に示したモータは上記の如く２個のホール素子1
6,17と４個の駆動コイル３〜６を使った４相一方向通電
のブラシレスモータである。すなわち、空間的にそれぞ
れ90度ずつ異なった位置に配置された前記駆動コイル３
〜６に、永久磁石回転子の回路に伴って前記ホール素子
16,17で制御された電流が順次流れて回転磁界を生ず
る。この場合、前記駆動コイル３〜６に流れる電流は前
記ホール素子16,17に流れる電流に比例している。この
ホール素子に流れる電流を速度誤差に比例した値にする
ことによりモータトルクを制御している。

すなわち、前記駆動トランジスタ７〜10が順次スイッチ
ングするが、そのスイッチングによって前記駆動コイル
３〜６に電流が流れない期間が存在するので、その通電
休止期間に前記駆動コイル３〜６に発生する逆起電圧を
ダイオード11〜14で整流し、平滑して基準電圧と比較し
増幅することにより、速度誤差に比例した電流をトラン
ジスタ22に流し、ホール素子16,17に流す電流を制御し
駆動トランジスタ７〜10の給電量を制御することにより
回転速度を一定にしている。

ここで前記駆動コイル３〜６に伝達される電流は、速度
誤差信号で前記トランジスタ22のコレクタと正側給電線
路１との電圧差に対して、抵抗20,21、前記ホール素子1
6,17の入力抵抗、前記駆動トランジスタ７〜10のベース
・エミッタ間電圧、抵抗18,19によりほぼ決定される。
すなわち、モータトルクが各相バラツキなく速度誤差信
号により制御されるよう、駆動電流に対する帰還が行わ
れている。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような構成では、駆動トランジスタ
７〜10のエミッタに抵抗18〜19が接続されているため、
その電圧降下により駆動コイル３〜６に印加し得る最大
電圧が減少する。すなわち、モータの最大トルクが低下
してしまうという問題点を有していた。そのため、電源
電圧に対してトルク的に余裕のないモータにおいては前
記抵抗18〜19の挿入は不可能であり、前記駆動トランジ
スタ７〜10の特性バラツキによる回転ムラ、トルクムラ
を抑えるのは極めて困難であった。また、前記抵抗18〜
19は高電力を要求されることが多く、従って低価格化、
省スペース化の点においても不利であった。

本発明は上記問題点に鑑み、モータの最大トルク低下の
原因であり、低価格化、省スペース化においても不利で
あった駆動トランジスタのエミッタ抵抗を取り去り、か
つ、回転ムラ、トルクムラのない優れた制御特性を有す
るモータの速度制御装置を提供するものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明のモータの速度制御
装置は、一方の給電線路にそれぞれの一端が接続された
複数相のモータ駆動コイルと、前記駆動コイルのそれぞ
れの他端に接続された複数個の駆動トランジスタと、可
動子の位置に応じた信号を得る位置検出器と、前記位置
検出器の信号に応動して前記駆動トランジスタへの通電
状態を順次切換える通電切換回路と、モータの速度に応
じた信号を得る速度検出装置と、前記速度検出装置の出
力信号に対応した電圧と基準電圧との誤差を増幅する誤
差増幅回路と、前記誤差増幅回路の出力を前記駆動トラ
ンジスタへ伝達する誤差信号伝達手段とを有し、前記誤
差信号伝達手段は、前記複数個の駆動トランジスタの各
出力を合成する駆動出力合成手段を備え、前記駆動出力
合成手段の出力を前記誤差信号伝達手段の入力に接続す
るという構成である。

作用 本発明は上記した構成によって、速度誤差信号に応じた
電力を相間のバラツキなしに駆動コイルに伝達すること
ができ、かつ駆動トランジスタのエミッタ抵抗は不要と
なり、従って最大トルクの低下なしに精度良い速度制御
が可能となる。

実施例 以下、本発明の一実施例のモータの速度制御装置につい
て、図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の実施例におけるモータの速度制御装置
の回転構成図である。第１図において、40は電源の正側
給電線路、41,42および43はモータ駆動コイルである。
前記駆動コイル41,42および43のそれぞれの一端は前記
給電線路40に接続され、また、それぞれの他端は駆動ト
ランジスタ44,45および46のコレクタに接続されてお
り、その接続点をそれぞれa,bおよびｃとする。前記接
続点a,bおよびｃと接地間にそれぞれコンデンサ47,48お
よび49が接続され、また前記給電線路40と接地間にはコ
ンデンサ50が接続されている。前記駆動トランジスタ4
4,45および46のエミッタはそれぞれ接地され、また同ベ
ースはそれぞれ抵抗51,52および53を介して接地されて
いる。54,55および56は例えばホール素子等で構成さ
れ、可動子たとえば永久磁石回転子（図示せず）の位置
を検出するため位置検出器であり、その入力端子はそれ
ぞれ給電端子57と接地間に並列に接続され、その出力端
子はそれぞれ電流切換回路58に接続され、前記電流切換
回路58の出力端子は前記駆動トランジスタ44,45および4
6のベースに接続されている。前記接続点a,bおよびｃは
それぞれ抵抗59,60および61を介して反転増幅器62,63お
よび64の反転入力端子に接続されている。前記反転増幅
器62,63および64の非反転入力端子はそれぞれ抵抗65,66
および67を介して前記給電線路40に接続され、同出力端
子はそれぞれ抵抗68,69および70を介して前記反転入力
端子に接続されると共に共通接続されている。その共通
接続点をｄとする。前記給電線路40と前記ｄ点の間には
抵抗71および72からなる分圧回路が接続されている。そ
の分圧点をｅとする。前記給電線路40と前記分圧点ｅと
の間にはコンデンサ73が接続されている。前記分圧点ｅ
は抵抗75を介して誤差増幅器74の反転入力端子に接続さ
れ、前記誤差増幅器74の出力端子は抵抗76およびコンデ
ンサ77の並列回路を介して前記反転入力端子に接続され
ている。

さて、78は基準電圧発生回路であり、その出力端子増幅
器79の非反転入力端子に接続されている。前記増幅器79
の出力端子はコレクタが接地されたトランジスタ81のベ
ースに接続され、前記トランジスタ81のエミッタは定電
流源80を介して給電線路40に接続されていると共にトラ
ンジスタ83のベースに接続されている。前記トランジス
タ83のエミッタは抵抗84を介して接地されると共に前記
増幅器79の反転入力端子に接続されており、同コレクタ
は抵抗82を介して前記給電線路40に接続されると共に増
幅器85の非反転入力端子に接続されている。前記増幅器
85の出力端子は反転入力端子に接続されボルテージホロ
ワを構成している。前記ボルテージホロワの出力点をｆ
とする。その出力点ｆは前記誤差増幅器74の非反転入力
端子に接続されると共に抵抗89を介して増幅器88の非反
転入力端子にも接続されている。前記誤差増幅器74の出
力端子は抵抗87および86の分圧回路を介して前記給電線
路40に接続されている。前記分圧回路の分圧点は前記増
幅器88の反転入力端子に接続されている。前記増幅器88
の出力は前記電流切換回路58に接続されている。さらに
前記接続点a,bおよびｃはそれぞれ抵抗90,91および92の
一端に接続され、前記抵抗90,91および92の他端は共通
接続されると共に、前記増幅器88の非反転入力端子に接
続されている。

以上のように構成されたモータの速度制御装置につい
て、以下第１図、第２図および第３図を用いて動作を説
明する。

まず第２図は第１図における各点の信号波形図であり、
Va,VbおよびVcはそれぞれa,bおよびｃ点の発生電圧であ
り、V_B44,V_B45およびV_B46はそれぞれ駆動トランジスタ4
4,45および46のベース電圧であり、また、Vdは反転増幅
器62,63および64の出力共通接続点ｄの合成信号を示し
ている。

まず、NS着磁された永久磁石回転子の位置を位置検出器
54,55および56で検出し、その位置検出器信号を電流切
換回路58において、信号処理することにより、第２図の
V_B44,V_B45およびV_B46に示したように電気角で120度通電
期間、240度休止期間で順次切換わる通電切換信号が駆
動トランジスタ44,45および46のベースに印加される。
前記通電切換信号に応じて駆動コイルに順次通電がなさ
れることによりモータは回転する。回転に伴い駆動コイ
ル41,42および43には給電線路40の電圧を中心とした正
弦波状の逆起電圧が発生するが、その様子を表したのが
第２図Va,VbおよびVcであり、斜線部が通電期間で、そ
の他の期間が通電休止期間であり逆起電圧そのものが発
生している。前記逆起電圧Va,VbおよびVcは互いに120度
の位相差を有している。

前記逆起電圧Vaは反転増幅器62,抵抗59,68,65により構
成される反転増幅回路により、給電線路40（Vcc）の電
圧を基準として反転増幅される。VbおよびVcも同様にVc
cを基準として反転増幅される。ところが、前記逆起電
圧Va,VbおよびVcを反転増幅する反転増幅器62,63および
64の各出力は共通に接続されている。この時、前記反転
増幅器62,63および64の各出力が、負荷に対する電流供
給能力として吸い込み側のみで掃き出し側がないよう構
成されていれば、前記反転増幅器62,63および64の共通
出力ｄは前記逆起電力Va,VbおよびVcのうち最も高い電
圧をVcc基準で反転増幅した出力波形となる。その様子
は第２図Vdに示すように電気角で120度を一周期とし、
逆起電圧の大きさに応じたリップル波形となる。すなわ
ち、この信号はモータの速度が上昇し各駆動コイルに発
生する逆起電圧が大きくなると、Vccを基準としてより
低い電圧レベルの信号となる。逆に速度が下降するとそ
の信号レベルは上がる。従って第１図におけるｄ点の電
圧Vdは、モータの速度に応じて変化する。前記電圧Vd
は、抵抗71,72およびコンデンサ73により分圧されると
共に平滑され直流電圧すなわち速度電圧Veに変換され
る。一方、基準電圧発生回路78の出力電圧V_REFは基準レ
ベル変換回路93を介してVcc基準の電圧Vfに変換され
る。誤差増幅器74は前記速度電圧Veと前記基準電圧Vfと
の誤差を増幅し、誤差電圧Vgを出力する。この様子を第
３図に示す。前記誤差電圧Vgはバッファを構成する増幅
器88を介して電流切換回路58に入力される。前記電流切
換回路58は位置検出器54,55および56からの信号をもと
に駆動トランジスタ44,45および46の通電、休止のタイ
ミングを制御すると共に上記増幅器88からの信号の大き
さに応じた信号を前記駆動トランジスタ44,45および46
のベースに供給し得るよう構成されている。また、前記
駆動トランジスタ44,45および46のコレクタ出力は抵抗9
0,91および92を介して前記増幅器88の入力に対し負帰還
ループを構成しており、従って駆動コイルへの給電量は
前記誤差電圧Vgに応じて相間のバラツキなく制御するこ
とができる。すなわち、第１図において、抵抗86,87,89
〜92の値をそれぞれR₈₆,R₈₇,R₈₉〜R₉₂とし、前増幅器88
の両入力間の仮想接地が成立しておりその入力端子電圧
をV₁とすると、 上式において、 Rs＝R₈₇＝R₈₉ とすると、 ここで、Va,Vb,Vcは第２図に示すようにそれぞれ120度
の位相差を持ちVcc中心の振幅を有する正弦波であるの
で、各合成波形は前記駆動コイルの内部インピーダンス
Za、同電流Iaとすると、 Va＋Vb＋Vc＝3Vcc−IaZa （５） となる。

（４）式、（５）式より （３）式、（６）式より （８）式で示されるように、前記駆動コイルへの通電電
流Iaは、前記誤差電圧Vgと前記基準電圧Vfの差に比例し
ている。すなわち、前記通電電流Iaは前記駆動トランジ
スタ44,45および46のバラツキに関係なく前記誤差電圧V
gに応じて制御される。この様子を第３図Iaに示す。

なお、第３図において、Ia破線部は負方向の電流であ
り、実際の動作では駆動トランジスタのコレクタからエ
ミッタ方向の電流しか存在しない。従ってこの間の電流
は零となる。

以上のように本実施例によれば、前記駆動トランジスタ
44,45および46のコレクタ出力に対し、前記抵抗90,91お
よび92を介して前記増幅器88の入力へ負帰還ループを設
けることにより、最大トルクを低下させることなく前記
誤差電圧Vgに応じた電流を前記駆動コイル41,42および4
3に相間のバラツキなく供給することができ、優れた制
御特性を得ることができる。

発明の効果 以上のように本発明は、誤差増幅回路の出力を駆動トラ
ンジスタへ伝達する誤差信号伝達手段を有し、前記誤差
信号伝達手段は、前記駆動トランジスタの各出力を合成
する駆動出力合成手段を備え、前記駆動出力合成手段を
介して前記駆動トランジスタの各出力と前記誤差信号伝
達手段の入力に負帰還ループを設けることにより、制御
特性および最大トルク向上をはかっている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例におけるモータの速度制御装置
の回路構成図、第２図、第３図は第１図における各点の
信号波形図、第４図は従来のモータの速度制御の回路結
線図である。 40……給電線路、41,42,43……モータ駆動コイル、44,4
5,46……駆動トランジスタ、54,55,56……位置検出器、
58……電流切換回路、100……速度検出装置、110……誤
差増幅回路、120……誤差信号伝達手段、121……駆動出
力合成手段。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一方の給電線路にそれぞれの一端が接続さ
   れた複数相のモータ駆動コイルと、前記駆動コイルのそ
   れぞれの他端に接続された複数個の駆動トランジスタ
   と、可動子の位置に応じた信号を得る位置検出器と、前
   記位置検出器の信号に応動して前記駆動トランジスタへ
   の通電状態を順次切換える通電切換回路と、モータの速
   度に応じた信号を得る速度検出器と、前記速度検出器の
   出力信号に対応した電圧と基準電圧との誤差を増幅する
   誤差増幅回路と、前記誤差増幅回路の出力を前記駆動ト
   ランジスタへ伝達する誤差信号伝達手段とを備え、前記
   誤差信号伝達手段は、前記複数個の駆動トランジスタの
   各出力に接続した複数個の前記モータ駆動コイルのそれ
   ぞれの他端の電圧を合成する駆動出力合成手段を有し、
   前記駆動出力合成手段の出力を前記誤差信号伝達手段の
   入力に接続してなるモータの速度制御装置。
2. 【請求項２】駆動出力合成手段は、複数個の駆動トラン
   ジスタの各出力に接続した複数相のモータ駆動コイルの
   それぞれの他端に、一端がそれぞれ接続された複数個の
   抵抗により構成され、前記複数個の抵抗の他端は全て共
   通で前記駆動出力合成手段の出力を成し、誤差信号伝達
   手段は前記複数個の運動トランジスタの入力へ供給する
   信号を出力する増幅器と、前記駆動出力合成手段により
   構成された特許請求の範囲第１項記載のモータの速度制
   御装置。