JPS5869489A

JPS5869489A - 直流モ−タ駆動回路

Info

Publication number: JPS5869489A
Application number: JP56165838A
Authority: JP
Inventors: Takayasu Ito; 隆康伊藤; Hideo Nishijima; 英男西島; Isao Fukushima; 福島　勇夫
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1981-10-19
Filing date: 1981-10-19
Publication date: 1983-04-25

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】本発明は直流モータの駆動回路に関するものでＴｏす、
更に評しくは、ＩＣ（集積回路）化に好適な駆動回路Ｋ
ｒ１ｉするものである。

さて、少なくも二つの通電コイルと、Ｎ極領域と、８極
領域を有する磁石板と、前記二つの通電コイルへ交互に
切り換えて直流電流を通電する通電切換手段とを備え、
通電コイルに流れる電流と磁石板に＄Ｐいて発生する磁
束との相互作用により磁石板が回転子として通電コイル
に対して相対的に回転し、骸磁石板の通電コイルに対す
る相対的回転位置に従って前記通電切換手段による通電
切換動作を制御することにより、磁石板の回転子として
の回転動作を継続するようにした直流モータが、例え＃
ｉ磁磁気両画再生装置ＶＴＲ）におけるシリンダ駆動用
モータなどとして知られている。

第１図（イ）はかかる従来の直流モータの原理的構成を
示す側面−、第１図（ロ）は同じく上面図である。

これらの図において、１は円板状の冒−り、２は円板状
の磁石、３Ａ、３Ｂ、４Ａおよび４ＢＦｉそれぞれ第１
Ａ図にその斜視図を示した如き、通電コイルであり、５
＃′ｉ軸である。第１図（ロ）は、磁石板２を上から見
た図であるが、もしこの磁石板２が透明体であるとする
と、点線で示し九如き、通電コイル３Ａ、３Ｂと４ム、
４Ｂが冒−り１上に載置されているのが見える筈である
。各通電コイルは、第１Ａ図に見られる如く、例えば三
角形状の小さなグラスチック製コアＫを芯としてコイル
を三角形状に巻回したものから成っている。

円板状の磁石板２における磁化領域は、第１Ｂ図に示す
如く、中心点のまわりに、６０度の角度でＮ、Ｓ、零、
Ｎ、Ｓ、零の各領域が存在している。なお零領域という
のは、無磁化領域であるが、実際は、点線で示す如く分
割された弱い（８）領域と弱い（Ｎ）領域とから成って
いる。

コイル３ムと３Ｂが一組となり、コイル４Ａと４１が他
の一組とな９、それぞれ組ごとに直流電流が切り換えて
通電される。磁石板２からヨーク１を経て閉磁路が構成
されるので、この磁束と、通電コイル（例えば３ムと３
Ｂ）に流れる直流電流との相互作用によｆｆ）ルクが発
生し、この場合、冒−り１上の通電コイルが固定されて
いるので、磁石板２が軸５と共に同転する。磁石板２の
回転位置により、例えばそれまで通電コイル３Ａと３８
の１ｌｉＫ＆していた直流を、通電コイル４Ａと４Ｂの
組に切り換えて流すととによフ、磁石板２０回転子とし
ての回転動作が継続されるが、この回転動作についてａ
後にも説明する。

第１１１１１において、磁石板２を矢印方向に回転させ
たときに１磁石板２の周辺上の固定点Ｐにおいて観５１
−ｇれる磁束密度の変化を示せば、第２図（支）に示す
如ぐなる。すなわちＮ領域では正の磁束密度が、Ｓ領域
′ｅは負の磁束密度が観測され、零領域では、弱い正と
負の磁束密度が観測される。

第２図（へ）に示す波形を模式的に示すと第２図（ロ）
に示す如くなる。磁界の強さくａ束帯Ｒ）を電気量に変
換するホール素子をＰ点に配置して、その出力波形（第
２図（（）また＃′ｉ（ロ））を観測すれば逆に回転子
（磁石板２）の回転位置を知ることができるので、かか
るホール素子を回転子の回転位置検出器として用いるこ
とができる。

さて、上記に概略説明した如き従来の直流モータでは、
回転子の回転位置検出器（ｆｌえはホール素子）からの
矩形波出力（厳密には第２図に）Ｋ示した如き歪み波形
であるが、これを増幅すると矩形波になってしまうのて
く矩形波出力とする）を用いて、二組の通電コイルの間
での通電切換を行なっていた。このことを具体的に＃Ｉ
３図を参照して説明する。

第３図は従来の直流モータ駆動回路を示す回路図である
。同図において、６はホール素子の如き回転子の回転位
置検出器、７は通電切換手段、８ａとｓｂａそれぞれ駆
動トランジスタ、９ｍと９ｂはそれぞれコンデンサ、３
と４ｔｉそれぞれ通電コイル、１０はモータ用電圧であ
る。また制御電流発生回路１１ｔ、通電切換手段７の切
換作用によ〕コイル３または４に流れる電流を、モータ
の回転速度が一定になるように制御する回路である・第
３図にかいて、位置検出器６からの矩形波出力で、コイ
ル３．４０順次切換え通電手段７を働かせて、駆動トラ
ンジスタｓａ＊ｇｂで制御電流発生回路１１からの電流
を電流増幅し、コイル３゜４に順次矩形波電流として通
電する。第４図０）に示す１２Ｆｉ、駆動トランジスタ
８ｍ　、８ｂのベー　・スミ圧波形、同ｍ（ｄ）Ｋ示す
１３は、コレクタ電圧波形（コンテン？９ｍ、９ｂなし
の時）をそれぞれ示している。該コレクタ電圧波形１３
かられかるように、コイル３．４への通電を急激にしゃ
断、すなわち急激に駆動トランジスタ８ａ・８ｂをしゃ
断言せた時、コイル３．４に発生する逆起電力とモータ
用電圧１０との和の電圧により前記トランジスタ８ａ、
ＩＩＫ供給される電流により、該トランジスタ８　ａ　
ｔ　８　ｂのオフ抵抗に生じる電圧降下のために、コレ
クタ電位が第４図←）の１３に示す如く急激に上昇する
。この電位上昇で上記駆動トランジスタ８ｍ、８ｂのコ
レクターエミッタ耐圧限度を越えて電位が上昇してしま
い、上記駆動トランジスタ８ｍ、８ｂが破壊してしまう
可能性がある。それを防止するために、１ｌＥ１図に示
す回路例では、コレクターエミッタ間に大容量コンタク
？９ｍ、９ｂが付けである。別の例では、コレクターエ
ミッタ間の一容量の他にコレクターベース間にも比較的
小容量のコンデンサを付けたものもある。そこで、直流
モータの駆動回路のＩＣ化を考え九場合、大容量のコン
タン？は、ＩＣ化に不向きという欠点がある＠本発明の目的は、前記した従来技術の欠点を改善し、コ
イルの順次切換え通電を、徐々に開始してゆっくりしゃ
断するととＫより、コイル端に発生する逆起電力を低減
させて、出力段に設けられた容量を削除、あるいは、容
量値を小さくすることのできる直流モータ駆動回路を提
供することにある。

本発明では、回転子の位置検出器からの、立上り、立下
りの急峻な矩形波出力を、直接コイルの順次通電切換手
段に入力するのではなくて、上記矩形波出力より、台形
波を発生させる手段を設け、上記台形波でコイルの順次
通電切換手段を働かせ、制御電流をコイルに順次台形波
電流で通電して、上記目的を達成するものである。

次に図を参照して本発明の一実施例を説明する。

第５図は、先に概略説明した直流モータの回転ＪＩＵＩ
を改めて正確に説明するための説明図である。

同図においては、磁石板２と二組の通電コイル（３ム、
３Ｂと４ム、４Ｂ）の相対的位置関係を分シ易（するた
めに、中心部に磁石板２を、そしてそ０周辺に通電コイ
ルを配置して示した。

第５図において、６は回転子の回転位置検出器（ＩＩえ
ばホール素子）、磁石板２における着磁状況は先に第１
Ｂ図を参照して詳述したとおりであ夛、各コイル（３ム
、３ｍ、４Ａ、４Ｂ）の巻かれている角ｆは６０度、コ
イルとコイルの隣り合う間隔は３０度、となっており、
磁石板２が回転子となる・先ず第５ＷＪ（ａ）Ｋ示すように、コイル４ムに矢印で
示すように電流が流れたときに、外向きの電流、中心向
きの電流の流れるコイル部分に、７レミングの左手の法
則より、それぞれ右回りの回転トルクが発生する。しか
し、コイル３（ム、Ｉｍ）、４（Ａ、Ｂ）は固定されて
いるので、磁石板２が左回りに回転することになる・位
置角で磁石板２が３０度だけ動いたときに、第５図（ｂ
）に示すような位置関係になる。ここで、コイル３Ｂに
矢印で示すように通電すれば、外向きの電流の流れるコ
イル部分にトルクが発生し、回転運動が維持されること
になる。（（位置角で９０度回転した第５図（ｃ）では
、コイル３Ｂに通電することＫより、中心向きの電流の
流れるコイル部分に、トルクが発生し、回転運動は維持
される０これを、電気角３６０度、即ち、位置角１８０
度について見れば、常に左回りに磁石板２が回転するこ
とがわかる。

ここで、コイル３，４がそれぞれム、Ｂと２１１づつあ
るのは、回転効率を上げるためである。

第６図（へ）に示す３３＃′ｉ、、第５図における位置
検出器６の出力波形を示す波形図であるが、これについ
ては先に第２図を参照して説明した。磁石板２におけろ
零領域は　％Ｎ＃領域から覧Ｓ〃領域に磁束密度が、急
峻でなく滑らかに変化するように弱（ＳとＮが着磁しで
あることも先にも説明した。

上記磁石板２に、上記出力波形３３でわかるように磁束
歪手段（零領域の存在）を設けることにより、電気角３
６０度で合成回転トルクが零になる点はなくなるが、仁
の出力波形３３よＶ直接立上り、立下りで同一の傾きを
持つ台形波を作ることは技術的に困難であるので、一度
、第６図（ｃｌ）の３４に示すような矩形波に変換した
後、第６図ｆ）に示すような台形波３５を作るとよい。

第７図は本発明の一実ＪＩＩｆＩＩを示すブロック図で
ある。同図において、第３図におけるのと同一物ＫＦｉ
同一符号を付しであるが、そのほか、１４は台形波発生
回路、１５ｍ、１５ｂはそれぞれ電流増幅器である。

第７図において、回転子の回転位置検出器６からの矩形
波出力を入力された台形波発生回路、　１４は、台形波
を作成して出力し、これによって通電切換手段７を働か
せることにより、電流増幅器１５ｍ＋１５ｂで交互に、
制御電流発生回路１１からの電流を増幅してコイル３と
４へそれぞれ台形波電流として供給する。

第８図は本発明の一実施例を示す具体的回路図である。

同図においては、回転子の回転位置検出器としてホール
素子６ムを用いている。そのほか、１６は差動増幅器、
１７は定電流源（定電流の電流値ｌ。）、１８，１９．
２０はそれぞれトランジスタ、２１＃ｉ工ミツタホロワ
回路、２３．２４はそれぞれトランジスタ、２５は電源
である。

第８図において、ホール素子６Ａの出力を差動増幅器１
６で増幅し矩形波にして台形波発生回路１４へ送る。該
発生回路１４からの台形波でもって通電切換手段７（本
例では、上記台形波出力をベース入力としたトランジス
タ２３，２４かう成る差動スイッチング回路）を働かせ
、制御電流発生回路１１からの電流を交互に切り換えて
電流増幅器１５ｍと１．５　ｂへ供給する（ここではダ
ーリントン接続したトランジスタのベース電流）。この
ようにして、台形波入力電流を増幅して得られる電流が
コイル３と４へ通電されることＫなる。

次に台形波発生回路１４の詳細を説明する＠差動増幅！
！ｓ１６からの２出力を高利得差動増幅器を構成するト
ランジスタ１８．１９のベースに入力する＊１７ａ定電
流源（電流値Ｘｏ）、ＤＩＦｉダイオード、Ｊ　＊　Ｒ
２はそれぞれ抵抗、２ｏはトランジスタである。上記高
利得差動増幅器の出力は、トランジスタ２０と１９の各
コレクタを付き合わせにした点Ｑからｉｉｕ出す。その
ために、高出力インピーダンスとなっている。トランジ
スタ１９０オン、オフに従って、コンデン？ＣＫＩＣ端
子２２を介して充電・放電がなされる。ＩＣ端子２２と
いうのは、コンデンサＣを外付けするのに必要な端子で
６９、本発明と直接関係があるわけではない。

コンデンサＣへの充放電経路を分り易く説明すると次の
如くである。先ずトランジスタ１８がオンしているとき
、ダイオードＤ１と抵抗ＲＩＫ電流が流れるのでトラン
ジスタ２０もオンし、トランジスタ２０、抵抗Ｒ２にも
電流が流れる。このときの電流はコンデンサＣの放電に
より得られる電流である。逆にトランジスタ１９がオン
シテいるときは、トランジスタ１８はオフする＠すると
、ダイオードＤ１　、抵抗Ｒ，Ｋｔｊ電流が流れなくな
るからトランジスタ２０もオフする。そこで定電流源１
７からトランジスタ１９を通った電流はコンテン？Ｃに
流れ込んでその充電を行なう。この時、上記差動増幅器
の出力インピーダンスが大きいために１等価的に電流源
を通しての充放電と考えられる。電流源を通してのコン
デンサＣへの充放電では、時間と充放電される電荷量は
比例する。

すなわち、コンテン？Ｃの容量を００とし、コンデンサ
に蓄えられた電荷量をＱとし、コンデンサの両端電圧を
Ｖとすると、次の式が成立する。

Ｑ−ＩＣｏ■　・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（
１）従って、これを変形して次の式を得る。

但し、１はコンデンサに流入する電流であるがこの場合
１定電流ＩＯ″ｔ’１！するから、上記（２）式を誓き
直すと次の如くなる・但し、ｔは時間である。

上記（３）式から、；ンデンサＣの両端電圧Ｖは、る・
他方、バイアス抵抗Ｒ，、ａ、で分割された電圧で、工
にツタホロワ２４を働かせて基準電圧源を作る。そして
、シミツタ用ダイオードＤ２ｅＤ５で、コンテンｔＣの
他熾電圧が上昇または下降して基準電圧±ｖｙ（但しｖ
ｙ＃ｉダイオードＤ２゜Ｄ、による電圧降下）となると
ころでリミッタをかける。以上で、台形波ができる。

第９図（イ）に示す３６は発生した台形波を示す波形図
である。その振幅３７は２ＶＦで、その中心電位は工建
ツタホロワ２１の出力電位である。第９図（ロ）、（ハ
）に示すｓｓ、３９ｔｆ、それぞれコイル３．４を流れ
る電流、第９図に）、に）に示す４０゜４１Ｆｉ、それ
ぞれ速度制御をかけたときコイル３゜４の他熾に生じる
電位（本実施例では、ダーリントン接続したトランジス
タのコレクタ電位）を示している。急激な電位上昇は生
じないことがわかる。更に、定電流源１７からの電流値
Ｉ０を小嘔くすれば、ＩＣ回路の外に端子２２から付け
るコンデンサＣの容量値も小ざぐできて都合が良い。

本発明によれは、台形波によりコイルの順次切換通電を
行なうようにして通電の切換動作を徐々に開始してゆっ
くりしゃ断し、コイルに発生する逆起電力を小さくでき
るので、直流モータにおける駆動トランジスタの破壊防
止、外付は容量の小型化に効果がめる。

【図面の簡単な説明】

第１図０）は従来の直流モータの原理的構成を示すＩＩ
ｉ面図、第１図０：Ｉ）は同じく上図図、第１Ａ図は通
電コイルの斜視図、第１Ｂ図は磁石板における磁化領域
の説明図、第２図（（）は、第１ＩＩ図において磁石板
２を矢印方向！ｌｃ囲転させたとき、周辺の固定点ＰＫ
て観測される磁束密度の変化を示す波形図、第２図（ロ
）はそれを模式的に示した波形図、”第３図は従来の直
流モータ駆動回路を示す回路図、第４図は第３図の回路
における要部の信号波形図、第５図は直流モータの回転
原理説明図、＃Ｉ６図は第５図における同転位置検出器
６の出力波形図、第７ｍは本発明の一実施例を示すブロ
ック図、第８図は本発明の一実施例を示す具体的回路図
、第・９図は１１１８図の回路における各部信号の波形
図である。符号説明１−・ヨーク、２−磁石板、３．４・・・コイル、５−
輸、６−回転位置検出器、７・・・通電切換手段、８・
・・駆動トランジスタ、９〜・コンデンサ、１ｏ・・・
モータ用電圧、１１・−制御電流発生回路、１２・・・
駆動トランジスタ８０ベース電圧波形、１３・・・コレ
クタ電圧波形、１４−・・台形波発生回路、１５・・・
電流増幅器、１６・・・差動増幅器、１７・・・定電流
源、１８．１９．２０・・・トランジスタ、２１・・・
エミッタホＣＩ’）、２２−ＩＣ１１１子、２３．２４
−）ランジスタ、２５−・電源、３３．３４．３５・・
・回転位置検出器６の出力波形。代理人　弁理士　並　木　昭　夫第１図（イ）　　　　　　　　　　　　　　　　　（ワ）第７
Ａ図第１Ｂ図Ｐ第２図第３図第４図第５図（ａ）　　　　　　（ｂ）　　　　　　（ｃ）第６図第７図第８図

Claims

【特許請求の範囲】

１）少なくも二つの通電コイルと、Ｎ極領域とＳ極領域
を有する磁石板と、前記二つの通電コイルへ交互に切り
換えて直流電流を通電する通電切換手段とを有して成り
、通電コイルに流れる電流と磁石板において発生する磁
束との相互作用によシ磁石板が回転子として通電コイル
に対して相対的に回転し、該磁石板の通電コイルに対す
る相対的回転位置の検出器から得られる位置検出信号に
従って前記通電切換手段による通電切換動作を制御する
ことＫより、磁石板の回転子としての回転動作を継続す
るようにした直流モータにおいて、前記通電切換手段に
入力される回転位置検出器からの位置検出信号を矩形波
でなく台形波とする手段を備え、それにより、通電切換
に際し、一方のコイルから他方のコイルへ不連続に通電
を切り換えるのでなく、それまで通電状１１に：あった
コイルは徐々に電流を減らして無通電状態に至り、同時
に、それまで無通電状態にあったコイルは徐々に電流を
増して通電状態に至る如く、連続的な態様で通電切換を
制御するようにしたことを特徴とする直流モータ駆動回
路。