JPS5833986A - ブラシレス直流モ−タ - 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】 本発明は、ロータの回転位置に応じて複数相のコイルに
対する給電をトランジスタにより順次切換え°Ｃゆくブ
ラシレス直流モータに関するものである。・ ブラシレス直流モータはトルクリップルが小さく、ブラ
シによるノイズがなく、長舒命であることから、各種の
音響機器に応用されている０例えば、最近ではテープレ
コーダのり−ルモー々としてリール駆動軸に直結して使
用されＣいる。リールモータの場合には、早春時に起動
時間の短い高速回転が要求され、モータへの供給電流は
大きく設定されている。この場合、モータの回転上昇に
伴って逆起電力が増大するため、駆動トランジスタは過
渡的に過飽和状態となり、回路動作の不安定および電流
リップルの増大を起こしていた。電流リップルは発生ト
ルクのリップルを生じ、モ−夕の緩動や騒音を引き起こ
すため大きな問題となっていた。

また、遣度調御を施こした七−夕においＣは、起１ｋ　
加ＪＩ　Ｒｄ　４ｊ　＆　イて駆動トランジスタが過Ｍ
　相状態になり、振動、騒音を生じるとともに制御の引
き込み特性も悪化させ、問題とｔっＣいた。

本発明はそのようｔ閥題京を改良するために、駆動トラ
ンジスタの動作電圧（バイポーラ・トランジスタにおい
てはコレクタ・エミッタ間電圧、電界効果トランジスタ
ーζおいＣはドレイン・ソース喝電圧）を検出して、過
飽和と）Ｚ　６　ｆｆいように供給電流を変化させるよ
うにしたものであり、特に、半導体薬種回路（ＩＣ）化
に適したブラシレス直流モータを提供するものである。

以下本発明の構成を図面に基づいてｆ！ｉ明する。

第１図は本発明の一実施例を表わす電気回路図である。

第１図におい“Ｃ１（ロ）はＮ極とＳ極を着磁された界
磁マグネット、軸輪−はマグネット四の磁束と鎖交゛す
る８相のコイル、（２）Ｑ４（ロ）はマグネット輔の磁
束によりロータの回転位置を検出するホー得ろ速度電圧
変換ＩＩ（速度検出方法および電圧への変換方法ζオ周
知の技術を用いろ）、勾は電圧、電流変換器、＠−に）
はホール素子（ト）（ロ）（財）の出力に応じて共通エ
ミッタ電流を分配する８差動増幅器、−一勢は３相のコ
イル（２）輪軸に電流を供給する駆動トランジスタ、（
財）は８相のコイルＵ　Ｏ−Ｉ　Ｑ４への供給電流の総
和を電圧降下として検出する電流検出抵抗、（至）は８
相のコイル帽Ｉ４への給電を停止させる給電停止信号で
ある。

なお、図示の破線にて囲まれた部分は飽和検出、電流修
正動作をなす回路部分であり、その詳細な動作は後述す
る。

まず、通常（飽和検出、［［修正を除く）の動作につい
て説明する０周知の構成の速度電圧変換盤（至）により
ロータの回転速度に対応した指令電圧信号（２）を得る
。指令信号輔は電圧・電流ド換ｌｌ！（２）に入力され
て直流電圧ＷＡ＠の電圧＠Ｅγと比較され、その両者の
差に応じた電６ｉｌｏが電圧・電流変換器（２）の出力
端子に設入される。

ａｔ図に電圧・電流変換器−の構成を示す、これは、定
電流源（１０１１１）　、ダーリントン接続された差動
増幅ｓ　（トラン９Ｘ　＊　（１０り（１０８）（１０
７）（１０８）、抵抗（１０１）（１Ｇ４バ１ｇ１＠）
（１０１１）カレントミラー回路（トランジスタ（１１
＠）（１１１）　）゛とベース接地トランジスタ（１１
８）　＃よびそのベース抵抗（１１りによって構成され
、指令信号部がＨ７より小さくなるとその差に応じた電
流１．をトランジスタ（１１１１）が吸入するようにな
っている。なお、トランジスターは給電停止信号同に応
動してオン・オフし、通常はオフ吠■にあるが、給電停
止時（ｎの信号が高い場合）にはトラン９スターがオン
となり、トランジスタ（Ｈ８）　ノ吸入電流ｉｔを指令
信号部の値にかかわらず零にする。

電圧−電流変換器−の電流量−はカレントミラー回路（
トランジスタＨ（１−Ｊ抵抗に）（支）（２）に供給さ
れ、その出力電流’ｌｌ’ｌを電流量・に対応した値に
する。飽和検出の動作をしていない場合にはトランジス
ターはオフ状態口１−ｏ）にあり、電流１１゜１茸は共
にＩ・に等しくなるよう番こされている。

電流量、は抵抗−に流れ、その両端に電圧降下を発生す
る。これはトランジスタ曽のベース電圧となり、その増
減に応じ“Ｃ８相のフィル（２）（ＬｉＯ２への合成供
給電流は増減し、抵抗に）の電圧降下と抵抗−の電圧降
下が等しくなるように動作する。その結果 となる、ここでｓ　Ｒ３８は抵抗（２）の抵抗値、Ｒ６
，は抵抗−の抵抗値である。

これについて説明すれば、電流ｉｌが増加するとトラン
ジスターのベース電圧が大きくなり、ベース・エミッタ
間電圧が増加し、エミッタｔ＠、コレクタ電°扼が増大
する。コレクタ電流、けカレントミラー回路（トランジ
スター、ダイオ−″ド細、抵抗（至）ゆ）により反転さ
れ、８差動トランジスタ輪４１４−の共通エミッタ電流
として供給される。トランジスタ＆１ｕＨの各ベース端
子にはホール累子（２）（ロ）初の出力信号が印加され
て＃す、そのベース電圧に応じて共通エミッタ電流を各
コレクタ電流に分配しＣいる。その結果、ベース［Ｅ）
の最も低い−トランジスタに最も大きなコレクタ電流が
流れ、他のトランジスタのコレクタ電流は相対的にかな
り小さな値となる。また、ロータの回転ζζ伴って＊−
に＠子＠曽−の出力電圧がなだらかに変化し、活性とな
る８差動トランジスタもなだらかに切換わってゆ（。

８差動トランジスター＠−の各コレクタ電流はそえぞれ
駆動トランジスタ４ＩＩＩ−輪のベースｔｉとなり、電
流増幅されて真相のコイル（２）（２）鱒に供給される
。その結果、ホール素子＃ｏ４（財）の出方信号に対応
したコイルに電流が通電され、そ−夕の回転を円滑かつ
確実にしている。また、８差動トランジスター＠−の共
通エミッタ電流の増加は８相のコイル＠＠−への給電電
流の増加を生じる。

ｌ相のコイルｏｓ（２）−への合成の給電電流は電流検
出抵抗−の電圧降下として検出され、トランジスターの
エミッタに供給される。その略果、トランジスタ鋳、カ
レントミラー回路（トランジスタＩｓ％ダイオードー１
抵抗−（２）ン、８差励トランジスター＠−１駆動トラ
ンジスター＠■および電流検出抵抗−によって第１の負
帰還ループ（電流帰還ループ）が構成され、駆動トラン
ジスタｗｗ−のｈＦｌバラツキによる変動を小さくして
、各相のコイルミｎ曽への給電電流が実効的に指令電流
ｉｌに対応した値となるようにしている。すなわち。

ダイオード軸の順方向電圧とトランジスターのベース・
エミッタ間電圧が相殺し、実質的に抵抗（２）の電圧降
下Ｒ５５−ｉｔと抵抗−の電圧降下Ｒ１？・Ｉａ　が等
しくなる。

次に、飽和検出・電流修正手段（第１図の破線部ンの動
作について説明する。トランジスターのコレクタ電流り
はダイオード−ｆＩＩ％抵抗−に供給され、駆動トラン
ジスタ＠＠−の共通接続点の電位よ争所定電圧値（約１
．７Ｖｇ度）シフトした基準の電位点Ａを作り出してい
る。各検出トランジスタ（２）−一の入力端子側（エミ
ッタ）は直流的に（直接または抵抗を介して）上記の基
準の電位点Ａに接続され、かつ各検出トランクスタ＠−
一の検出端子側（ベース）は直流的に（直接または抵抗
を介してン各駆動トランジスタ＃−一の出力端子（コレ
クタ］に接続されている。検出トランクスタ＠−一のエ
ミッタ・ベース間順方向電圧は約・、マＶであるから、
通電状態にある駆動トランジスタ（例えば−］のコレク
タ・エミッタ間の動作電圧がＩ　Ｖ　（＝ｌ、テＶ−（
Ｌ〕Ｖ）以下になると検出トランジスターはオフ状態か
らアクティブ状態にかわ失コレクタ偶に電流を供給する
。すなわち、各検出トランクスター−−は各駆動トラン
ジスターーーの飽和（動作電圧が所定値以下になる事）
を検出して、その度合に応じたコレクタ電流を供給する
。

検出トランジスタ′＠＠−の出方電流は合成されて令し
ントミラー増幅同Ｗ！（トランジスタ■、ダイオード■
、抵抗（財）に）により構成され、増幅利得トＩを有す
る）に供給され、その出力電流に応じた電流」１を抵抗
（２）に流している。電流ｉｓ＃に流れると抵抗一番ζ
電圧降下が生じるため、トランジスターのコレクタ電流
１１が減少し、前述の電流帰還ループの動作によって駆
動トランジスタ＠−一の透電電流、すなわちコイル＠（
２）−への供給電１１港少する。その結果、コイル＠（
至）（ロ）での電圧降下が減少し、駆動トランジスター
−句の動作電圧を大きくする。

すなわち、検出トランジスタ＠＠−、カレントミラー増
幅回路（トランジスタ曽、ダイオード−１抵抗＠−）、
抵抗勢、トランジスター、抵抗−および電流帰還ループ
によって駆動トランジスターｍ−の過飽和を防止する第
２の負帰還ループ（飽和検出★−ブンが構成されている
。また、駆動トランジスターーーの動作電圧がすべてＩ
Ｖ以上ある場合には、検出トランジスタ＠＠−はすべて
オフ状態にあるため、上述の負帰還動作は行なわれず指
令信号−にのみ対応した電流が各相のコイル＠−一に供
給される。

なお、曽は上述の飽和検出ループの位相補償用コンデン
サ７あり、指令信号側のローパスフィルタの機能もかね
ている。トランジスタ（財）のベースの抵抗値、Ｒ，は
抵抗（２）の抵抗値である。

さらに、本実施例におけるコンデンサ軸は、各相コイル
ｕＩ曽輪への給電の開始時および停止時において、給電
電流の変化をゆるやかにする効果がある。これについて
説明すれば、給電停止信号−が高くなった時に電圧・電
流変換ＩＮＩの出力電流ｉやは急峻に零になる。いまコ
ンデンサに）がないとすれば、ｉ・の急激な変化はｉｌ
の変化とな後、最終的にコイルへの給電電流の急激な変
化となる。各相のコイル（２）ＩＪ４＠はかなり大きな
インダクタンス成分を有しているため、給電電流が急激
に変化す−はスパイク電圧吸収用のダンピングＣＲであ
るが、大電流の急峻なしゃ断に対しては十分にスパイク
電圧を除去できｒ（い、その結果、駆動トランジスタ＠
−一に高電圧２がかかり、耐圧破壊、劣化、彎命低減等
を生じて好ましくない、またコンデンサ軸はローパスフ
ィルタを形成するため、コイルｔｒｓｒｔｓｕ；、の給
電電流Ｉｎの疏化はゆるやかになり、上述のスパイク電
圧は極めて小さな値となる。

なお、柵は電流帰還ループの位相補償用コンデンサであ
る。また、トランジスタ（２）のコレクタはトランジス
ターのコレクタ側に接続しても良い。

飽和検出ループの動作による駆動トランジスターーーの
動作電圧Ｖ（ｌと給電電流Ｉａの特性をｗ４８図に示す
、これより％　ｖａｔが小さくなると給電電流Ｉａが急
激に小さくｔろことがわかる。なお、第１図の実施例で
は指令電流ｉｏに連動して飽和検出のスレッショルドと
なる基準電位点Ａの電圧を変化させているために、大電
流指令時にはそのスレツシツルド電圧が大きくなり、ま
た、小電流指令時にはスレフシ厘ルド電圧が小さくなり
、トランジスタのコレクタ電流に対する飽和電圧特性を
補正している。その結果、上述の飽和検出動作が確実に
なる。

しかし、本発明はそのような場合に限らず、電流１宜を
定電流にしても良い、＠４図にその具体例を示す、ここ
では、第１図のトランジスタ（２）、抵抗−を単化一定
値の定電流＄ｌ１ｉ（１２０）となしている。

また、零発＠ζζ示した構成（第１図の破線部ンは抵抗
、トランジスタ、ダイオードのみを使用しており、ＩＣ
化に最遍な回路構成となしている。

また、その位相補償コンデンサ（２）は指令信号■のロ
ーパスフィルタおよび給電停止時の電流のなだらかな変
化にも効果がある。なお、前述の実施例の速度電圧変換
器−をなくし、指令電圧信号（至）を一定電圧にするな
らばテープレコーダ等のワールモータ駆動用として利用
できる・まだ・パイフーラ・トランジスタに限らず電界
効果トランジスタを使用しても同様な構成で実施できる
。その他、本発明の主旨を変えずし゛Ｃ種々の変形がで
きることはいうまでもな・い。

以上本発明によれば、飽和検出・電流修正手段を設けて
、駆−トランジスタの飽和度を軽減するように給電電流
を減らし°Ｃ１１るので、起動、加速時における電流分
配が円滑となり、電流リップル（特に通電すべきコイル
の切換わり時点におけるリブプル）が著しく低減される
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す電気回路図、第２図は
第１図の電圧・電流変換器の具体的な構成図、１１１１
１！！１は飽和検出動作による駆動トランジスタのｖｃ
Ｂと給電電流値の特性図、第４図は本発明の他の実施例
を示す電気回路図である。 （ロ）・・・界磁マグネット、（２）ＯＪＩ　ｍ−・・
コイル、（２）＠（ロ）・・・ホール素子、　＠−・・
速度電圧変換器、（至）・・・指令信号、ｍ−・・電圧
・電流変換器、＠−輪・・−駆動トランジスタ、＠−一
・・・検出トランジスタ代理人　森本義弘

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｌ　　界ｉｌｌマグネットを有するロータと、前記界磁
   マグネットの磁束と鎖交する複数相のコイルと、前記ロ
   ータの回転位置を検出する位置検出手段と、前記位置検
   出手段の出力信号に応じて前記各相のフィルへの給電を
   制御する駆動トランジスタ群と、前記駆動トランジスタ
   群の共通接続点の電位より所要電圧銀シフトした電位点
   を作る基準電圧発生手段と、入力端子側を直流的に前記
   基準電圧発生手段の電位点に接続され、かつ検出墳子側
   を直流的に前記駆動トランジスタの出力噛子に接続され
   た複数個の検出トランジスタと、前記各検出トランジス
   タの出力電流の合成値に応じて前記各相のコイルへ流す
   電流値を変化させる電流修正手段を具備し、前記検出←
   う゛ンジスタによって前記駆動トランジスタの動作電圧
   を検出し、その動作電圧が所定値以下になると前記電流
   修正手段を動作させて前記各相のコイルへの給電電流を
   変化させるようにしたことを特徴とするブラシレス直流
   モータ。