JPS5851792A - ブラシレスモ−タの駆動回路におけるオフセツト電圧補償装置 - 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】 本発明はブラシレスモータの駆動回路に係り、特にホー
ル素子等の不平衡電圧（オフセット電圧）を有する位置
センサー、およびオペアンプｉのオフセット電圧、オフ
セット電流を有する増幅器を使用したブラシレスモータ
の駆動回路におけるオフセット電圧補償装置に関する０ 第１図は従来から知らｎているホール素子、オペアンプ
そしてパワートランジスタで構成さ扛たブラシレスモー
タの駆動回路例である。なお、第１図に示されたものは
、オフセット調整を有【７ない２相の場合のブラシレス
モータの駆動回路例である。図においてＨはホール素子
、ＡＩはホール素子Ｈからの出力電圧を入力とするオミ
ア／プ、ＱｌおよびＱ２はパワートランジスタ、Ｌはモ
ータの駆動コイル、そしてＲｔ　＋　Ｒ２＋　Ｒａ　＋
　Ｒ４は抵抗である。

また端子Ｔには、サーボ回路からの制御電圧が供給され
、該制御電圧は上記のホール素子Ｈに印加される０上記
の端子Ｔに供給される制御電圧は、モータの回転を周知
の周波数発電機で検出し、これをＦ−Ｖ変換して得た上
記モータの回転数に伴なって変化する電圧である。上記
のホール素子Ｈは、電流を流すための一対の端子と、該
電流に対して直角をなす方向に生ずるホール電圧を取り
出すための一対の出力端子とを備えており、該出力端子
からはホール素子に対しての垂直磁界の強さと電流の積
に比例する出力電圧が取り出さｎる。

また、ホール素子自体のオフセット電圧は、入力電圧に
ほぼ比例して直線的に変化する。いま一般的なオペアン
プを考え、上記のホール素子Ｈの一対の出力端子に生ず
る出力電圧を％’１ｌＶ−とじ、　Ｖｌをオペアンプの
反転入力端子（−）に、またＶｌをオペアンプの非反転
入力端子（＋）へ供給すると、核オペアンプの出力電圧
ｖｏは　ｖＯ＝Ｒ１（ｖドｖｚ）となる。

１ このオペアンプの出力電圧ＶＯは、パワートランジスタ
に供給さｎ、該パワートランジスタを介シタ電流がモー
タの駆動コイルに供給さｎる、而して、第１図に示さｎ
たブラシレスモーフの駆動回路において、負荷トルクが
大きくなった場合には、端子Ｔからホール素子Ｈに供給
される制御電圧も大モータの駆動コイルＬに供給される
電流は増加する方向にある・逆に負荷トルクが小さい場
合には、ホール素子Ｈに供給される上記の制御電圧が小
さくなり、オペアンプＡ１の出力が小さく々ってモータ
の駆動コイルＬに供給される電流は減少する方向にある
０上記の端子Ｔに供給される制御電圧は、上記した如く
負荷トルクの変動に対して、常にモータの中心回転周波
数に追従すぺ〈向きに加えられる。

上記したｗＪ１図に示された回路において、ボール素子
Ｈのオフセット電圧、およびオペアンプＡ１のオフセッ
ト電圧、オフセット電流が及はす駆動コイルＬの端子間
電圧への影響は、近似的に次式％式％ （１） ただし、上記の（ＩＪ式において、 ｙｏａｌ：ホール素子のオフセット電圧ｖａｓ２：オペ
アンプのオフセット電圧１ｏａ　：オペアンプのオフセ
ットｔａＶｏｓｌ：増幅後のオフセラ）１１圧 であシ、回路中においてＲｒ　＝Ｒｓ　＊　Ｒａ　＝Ｒ
４とする。

一般に、ホール素子Ｈの出力電圧は微少であるため、オ
ペアンプＡ１の増幅率幡トが大きい場合は、コイルＬの
端子間電圧のオフセット電圧への影響が大きくなるもの
である。そして、コイルＬの端子間電圧にオフセットが
生ずると、これがモータの回転速度に比例したトルク・
リップルとなり、該オフセット電圧が増大するに従って
ワウ・フラッタが劣化するものである。上記したオフセ
ット電圧によってワウ・フラッタが劣化するのを防止す
るために、従来においては次に示す方法によりオフセッ
ト調整を行なっていた〇 （１）　ｔ７−ｔ＝ニット整端子を有するオペアンプを
使用する場合 この場合は、各相のオペアンプのオフセント調整端子に
そｎぞれ可変抵抗器を接続し、それぞれ個々にオフセッ
ト調整を行なっていた〇（２）　　オフセット調整端子
を有しないオペアンプを使用する場合　　　　　　　　
　　□この場合は、第２■に示すように可変抵抗器ＶＲ
Ｋよ〕オフセット調整を行なっていた。なお、第２図も
第１図と同様に２相の場合を示してあり。

オフセット調整は各相ごとに行なう必要があった。

しかし、上記した従来の方法にょクオフセット調整を行
なうものにおいては、以下に示す欠点がある。

（１）　　各相ごとに、可変抵抗器を調整することによ
りオフセット調整を行なう必要がある。

（２）　　ホール素子のオフセット電圧は、ホール素子
への入力電流の大小によって変化するため、モータを定
速制御して使用する場合には、負荷トルクの大きさによ
り入力電流が変動し、ポール素子自体のオフセット電圧
も変化する。

従って、無負荷状態でコイル端子間のオフセット電圧を
零になるように調整しても、使用状態の負荷に対しては
オフセット調整をした意味がない。

逆に使用状態の負荷を予め想定して（ホール素子に一定
の電圧または電流を印加しておく）、可変抵抗器を調整
する方法も考えられるが、この場合は、予めホール素子
に印加すべき一定の電圧値または電流値の設定が非常に
困難である。

（３）　　オフセット電圧は微少であるため、調整に際
しては多くの手間を必要とする。

更に上記した以外に、調整者が熟練者でない場合には多
くの時間を要するとともに誤調整も生ずる、素子自体の
経時変化が大きい等の欠点がある。

本発明は、上記した従来技術でのオフセット調整におけ
る欠点を解消するためになさｔたものであり、負荷トル
クの大小ならびにドリフト等に係りなく、モータを駆動
するコイルの端子間電圧のオフセット電圧を、無調整に
よシ零付近になるように補償するブラシレスモータの駆
動回路におけるオフセット電圧補償装置を提供すること
を目的とする〇 以下、図面を参照しながら本発明による実施例について
説明する。

本発明の所期の目的を達成するための構成としては２種
類考えられるが、まずはそのブロック構成を第３図なら
びに第４図に示し説明する。第３図ならびに第４図にお
いて、端子ＴＩにはホール素子の出力電圧が供給さｎ、
端子Ｔ２にはモータの駆動コイルの端子間電圧が出力さ
扛る０１は増幅器であり、その利得をＡとする０フイー
ドバツク系に介在された２はローパスフィルタ、３は増
幅器でその利得をＢとする０上記のローパスフィルタ２
および増幅器５はそｎぞれ個別のブロックとして示さｎ
ているが、これを１つにまとめてアクティブ・ローパス
フィルタとして構成してよいことは言うまでもない。な
お、後述する実施例としての第５図〜第８図においては
、第６図ならびに第４図に示された点線内はオペアンプ
で構成されて　゛いるＯ いま、第３図ならびにＷＪ４図の構成のものにおいて、
各変数を昼下のように定めて考察してみる。

ｖｏａｌ：ホール素子のオフセット電圧ｙｏｓｔ：オペ
アンプのオフセット電圧■０９１：増幅後のオフセット
電圧 ｙｏｓｏ：コイルの端子間電圧のオフセット電圧Ａ：ホ
ール素子の電圧増幅利得 Ｂ：帰還ループの利得 ｉ３図に示した構成のものにおいて、コイルの端子間電
圧のオフセット電圧ｙｏａｏは次式で示される０ ｙｏｓｏ　＝　匣＝　五−、（ｙｏｓｔ＋Ｖｏａ２）　
　　　　（２）１＋８　　　　１十Ｂ ただし、上記の（２）式において ＶＯＢＸ　＝　Ａ　（ｖｎｓｘ＋ｖｏｓ２）は、オフセ
ント電圧に対する補償回路がない場合のコイルの端子間
電圧のオフセット電圧である〇従って、第６図の構成か
らなるオフセット電圧補償回路にニジ、コイルの端子間
電圧のオフセット電圧は、］ゴ一式減少される〇 また、＠４図に示した構成のものにおいては、コイルの
端子間電圧のオフセット電圧ｖｏａｏは次式％式％ ） ）（３） ただし、上記の（３）式におい等 Ａ　　（ＶＯ８１＋ＶＯ３２）＝　　ＶＯＢＸは、オフ
セット電圧に対する補償回路がない場合のコイルの端子
間電圧のオフセット電圧である０従って、１１！４図の
構成からなるオフセット電圧補償回路により、コイルの
端子間電圧のオフセット電圧は、−［ｖｘτ１に減少さ
ｎる０ 上記した（２）　、　（３）式とも、帰還ループの利得
Ｂを十分に大きくとることにより、コイルの端子間電圧
のオフセット電圧７０日０を、十分に減少させることが
可能である。

而して、第５図、１８６図、ｗＪＺ図は、上記の第６図
に示した構成からなる実施回路例である０なお、各図と
もそれぞれ１相の回路についてのみ示しである◎ａＲ５
図に示すものは、バッフ了−を必要とする場合の回路例
である。図中の点線で囲まｎたＦはアクティブ・ローパ
スフィルタでアリ、Ａ２はオペアンプ、４はフィルタ・
コンデンサである０上記のフィルタ・コンデンサ４に並
列に接続さｎた５はツェナーダイオードであり、上記の
フィルタ・コンデンサ４の端子間電圧を最小限に押える
ためのものである０バツフアーは利得１のオペアンプＡ
６で構成されておＶ、上記のアクテイブ・ローパスフィ
ルタＦからの出力は、オペアンプＡ１の非反転入力端子
（＋）へ帰還されている〇ここで、上記したツェナーダ
イオード５を介在させた理由について、更に詳細に説明
する。

第３図ならびに第４図に示した構成からなる回路におい
て、オフセット電圧補償回路の効果を大きくした場合を
考える。オフセット電圧に対する補償効果を大きくする
ために、フィードバック系の利得を大きくすると、補償
電圧のリップル分が大きくなり、十分に補償することが
できなくなる。

そこで、ローパスフィルタの時定数を大きくして、上記
のリップル分を小さくしようとすると、今度はモータの
起動時に補償電圧が定常状態（零付近）に落ち着くまで
に時間がかかるという問題が生ずる。このために、上記
したツェナーダイオード５等をフィルタ・コンデンサ４
に並列に接続し、該フィルタ・コンデンサ４の端子間電
圧を最小限に押えるようにしている０′１ 第６図に示すものは、バッファーを必要としない場合の
回路例であり、第５図中のバッファー（オペアンプＡ３
）を除いては、構成は第５図に示したものと全く同様で
あり、バッファーを介在させなくても上記と同様の効果
が得られるものである。第７図に示すものも、バッファ
ーを必要としない場合の回路例である０第６図に示した
ものと比較して、フィルタ・コンデ／す４に互いに逆並
列接続されたシリコンダイオード６を並列に接続する点
が異なり、その他の構成は第６図に示したものと同様で
ある。このように、オフセット電圧補償回路により、コ
イル端子間のオフセント電圧は零付近に補償されるため
、ツェナーダイオードの代りに、シリコンダイオードの
順方向ノくイアスミ圧Ｖ、を利用することもできる。

第８図は、第４図に示した構成からなる実施回路例であ
り、この場合も１相の回路についてのみ示しである。バ
ッファー（利得１のオペアンプＡ５で構成される）を使
用し、フィルタ・コンデンサ４には並列に上記したシリ
コンダイオード６が接続され、アクティブ・ローパスフ
ィルタＦかもの出力は、オペアンプＡ１０反転入力端子
（→へ帰還される。

上記した第５図〜第８図に示した実施回路例では、いず
扛もフィルタ・コンデンサ４に並列にツェナーダイオー
ド５またはシリコンダイオード６が接続されに構成とな
っており、ローパスフィルタの時定数を大きくした場合
でも、短時間のうちに補償電圧を定常状態にもっていく
ことができる０なお、上記の実施例における位置センサ
ーとしてのホール素子は、光または磁気センサーでもよ
く、また増幅器としてはオペアンプに限定さｎるもので
はなくトランジスタアンプで構成してもよい。

以上記載した如く本発明によれば、ホール素子等の位置
センサーと、該位置センサーからの出力をオペアンプ等
の増幅器で増幅する手段と、モータの駆動コイルに駆動
電流を供給するパワートランジスタとを備えてなるブラ
シレスモータの駆動回路において、上記モータの各相の
コイル端子電圧をａ−パスフィルタに通して直流成分を
取り出すとともに、上記直流成分を増幅した後に上記オ
ペアンプ等の増幅器にネガティブ・フィードバックする
ようになし、更に上記ローパスフィルタジを構成するフ
ィルタ・コンデンサの端子間電圧を最小に押えるため、
該フィルタ・コンデンサに並列にツェナーダイオードま
たはシリコンダイオードを接続する構成となしたので、
ホール素子やオペアンプ等にＬり生ずる各相のコイル端
子間電圧のオフセット電圧を無調整に工り零付近になる
。ように補償することのできるブラシレスモータの駆動
回路におけるオフセット電圧補償装置を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来におけるオフセット調整を有しないモータ
駆動回路の一例、第２図は従来における可変抵抗器によ
りオフセット調整を行なうようにしたモータ駆動回路の
一例、第６図ならびに第４図は本発明による装置のブロ
ック構成図、第５図、ｗ、６図、ｗＪ１図は第６図に示
す構成からなる実施回路例、第８図は第４図に示す構成
からなる実施回路例である口 １１−ホール素子、Ａ１ニオペア／プ、Ｑｌ、Ｑ２：パ
ワートランジスタ、Ｌ：駆動コイル、Ｆニアクチイブ・
ローパスフィルタ、Ａ２：オペアンプ、４：フィルタ・
コンデンサ、５：ツェナーダイオード、６：シリコンダ
イオード。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ホール素子等の位置センサーと、該位置センサーからの
   出力をオペアンプ等の増幅器で増幅する手段と、モータ
   の駆動コイルに駆動電流を供給するパワートランジスタ
   とを備えてなるブラシレスモータの駆動回路において、
   上記モータの各相のコイル端子電圧をローパスフィルタ
   に、通して直流成分を取シ出すとともに、上記直流成分
   を増幅した後に上記オペアンプ等の増幅器にネガティブ
   ・フィードバックするようになし、更に上記ローパスフ
   ィルタを構成するフィル４り・コンデンサの端子間電圧
   を最小に押えるため、該フィルタ・コンデンサに並列に
   ツェナーダイオードまたはシリコンダイオードを接続し
   たことを特徴とするブラシレスモータの駆動回路におけ
   るオフセット電圧補償装置〇