JPS5893483A - モ−タ駆動装置 - 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、モータ可動部の位置に応じて多相の。

給電を制御するブラシレス直流モータ等に使用されるモ
ータｒｇｌｌｌｌ装置に関する色のである。

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、長寿命であることから各種の
音譬材器に応用されている。このようなブラシレス直流
モータにおいては、位置検出信号に応動して小信号を切
換、制御した後に増幅して多相のコイルへの供給電力を
制御している。

そのために、信号の切換後の増幅回路において、その増
幅度に相聞のバラツキがあると、供給電力（電圧・電流
）の変動を生じ、発生トルクのリップルを生じるために
好ましくない。特にトランジスタを使用する場合には相
関のトランジスタ間でのＭＲバラツキが大きく問題にな
っていた。

このような欠点をなくすために、各相のコイルへの給電
状態を検出し、その検出値が基準信号（または指令信号
）と一致するように帰還ループを構成することによって
、各相間の増幅度のバラツキを補正する方法をとってい
る。これにより、各相のコイルへの給電バラツキが著し
く小さくなリ、モータ性能は向上する。

しかし、このような層還ループを構成すると、高周波領
域における位相まわりに伴って発振を生じることがあり
、問題になっていた。特に、その給電電力に応じて帰還
ループのゲインが変動し、大電流領域において発振しや
すくなっていた。

−本発明は、そのような点を考慮して上述のごとき帰還
ループを有しながらも、その位相補償を確実かつ安定に
施したモータ駆動装置を提供するものである。

本発明によるモータ駆動回路の構成は、同時に複数相の
コイルに電流が供給されるように結線された多相のコイ
ルへの給電を制御する分配・給電手段と、前記多相のコ
イルへの給電状態に応動する出力電圧を得る電圧検出手
段と、前記電圧検出手段の出力と所定の基準信号とを比
較してその両省に応じた出力信号により前記分配・給電
手段の給電量を変化させる比較手段と、前記電圧検出手
段の出力側と前記比較手段の出力側とにわたって介装さ
れ、前記電圧検出手段、゛分配・、給電手段および比較
手段とともに帰還ループを構成する位相補償用のコンデ
ンサとを具備した点を特徴とするものである。

以上、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。第
１図は本発明の一実施例を表わす電気結線図である。第
１図において、（１）はロータに取り付けられた界磁マ
グネット、（ｆｆｉ）（３）　（４）はマグネット（１
）の磁束と鎖交する８相のコイル、（５）　（６）　（
７）　（８）　（９）　Ｏ□はマグネット（１）の磁束
によりロータの回転位置を検出するホール素子、（１ｔ
ａ）はホール素子１５）（６）（７）の出力信号に応動
してコイル（り　（り　（４）への電力を分配する第１
の分配・給電器、（ｌｌｂ）はホール素子（８）　（９
）　０１３の出力信号に応動してコイル（２）　（ａ）
　（４）への電力を分配する第２の分配・給電器、（２
）は３相のコイル（１り　（３）　（４）に生じる端子
電圧（回転による発電電圧と電流による電圧降下の合成
値）を合成し、その給電状態に応じた電圧信号と基準電
狂信＠（または指令信号）を比較して、その両者に応じ
た出力信号を得る比較器、（２）は電圧・電流変換器、
（至）は定電流源である。神は比較器曽、第宇の分配・
給電器（ｌｌｂ）および８相のコイル（２）　（３）　
（４）によって構成される帰還ループの位相補償用のコ
ンデンサであり、８相のコイルへの給電状態の検出電圧
の出力端と比較器（ロ）の出力端の間に直接に（または
抵抗を介して）接続されている。

次に、その動作について説明する。例えば速度検出器（
周知の構成を用いる）によりロータの回転速度に対応し
た電圧信号−が、第１の分配・給電器（ｌｌａ）の電圧
・電流変換器（至）の非反転入力端子に印加される。一
方、電圧・電流変換器（２）の反転入力端子には抵抗な
ｐの端子電圧が印加され、その両者の差電圧に対応した
電流が出力される。電圧・電流変換器（ロ）の出力電流
は、トランジスタ（ハ）ＩＩ４（２）によって構成され
るｆａｌの差動分配器軸の共通エミッタ電泳となる。ト
ランジスタ＠■に）の各ベー′ス端子には°ホール素子
（５）　（６）　（７）の出力信号が印加されており、
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
電流に分配している。その結果、ベース電圧の最も低い
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ｈ小さな値（
はとんど零）となる。またマグネットの回転に伴ってホ
ール素子（５）　（６）　（７）の出力電圧がなだらか
に変化するため、活性となるトランジスタもなだらかに
切換わってゆ（。

差動分配器り◆のトランジスタ＠（ハ）に）の各コレク
タ電流はそれぞれに駆動トランジスタに）＠に）のベー
ス電流となっている。そのため、差動分配器ｏ４にて選
択された相のコイルにのみ電流を供給するように動作す
る。８相のコイル（２）　（３）　（４）への供給電流
は合成されて、抵抗（ロ）を通りｅ側電源端子に帰って
ゆく。その結果、抵抗（ロ）の両端には、８相のコイル
（り　（３）　Ｉ）への合成の供給電流に対応した電圧
降下が発生する。この抵抗（２）の電圧降下は電圧・電
流変換器に）にて電圧信号−と比較され、その両者が一
致するように出力電流を変化させる。

すなわち、電圧・電流変換器榊、差動分配器０＜、駆動
トランジスター＠に）および抵抗（２）に劣って第１の
帰還ループを構成し、電圧側＠ｆｌに対応した′電流が
８相のコイル（２）　（３）　（４）に供給されるよう
に動作している。その結果、トランジスタ（２）＠鴫ｈ
ｖＥバラツキ薯ζよる供給電流の変動が小さくなり、発
生トルクの変動は少なくなる。なお、電圧・電流変換器
（２）の反転入力端子と出力端子の闇に介装されるコン
デンサ翰は上記帰還ループに伴う発振を防止する効果が
ある。このコンデンサ勾は電圧・電流変換１！０３の出
力端子と電源端子の間に接続しても良い。

駆動トランジスタ曽ｖ）−による給電電流およびモータ
の回転速度に伴って、各相のコイル（２）　（３）　（
４）の端子電圧（電流による電圧降下と回転による発電
電圧の和）は変動する。従って、駆動トランジスタ＠＠
（２）の通電電流に連動して、駆動トランジスタｆＩｌ
−一の通電電流を変化させることが必要となる。これは
、比較器（２）と第２の分配・給電器（ｌｌｂ）によっ
て行なわれる。

次に、これについて説明する。′８′相のコイル（２）
（ｓ）　Ｉ）の端子電圧は合成され、その合成電圧は抵
抗−を介して比較器（２）に入力される。比較器（２）
ｉ、ｔ。

抵抗−一による基準電圧源と定電流源（２）とトランジ
スター輔、抵抗に）曽による差動回路とトランジスタ＠
−によるカレントミラー回路によって構成されている。

比較器（２）に入力される合成電圧値（Ａ）は基準電圧
源で生成される基準電圧値（Ｂ）と差動回路で比較され
、その両者に対応した電流をカレントミラー回路のトラ
ンジスターに吸入する。比較器（至）の出力電流（吸入
電流）はＩＩ２の分配・給電器（ｌｌｂ）の第２の差動
分配＠ＯＳのトランジスタ１１４＠−の共通エミッタ電
流となっている。

差動分配器（２）のトランジスタｗ−一の各ベース端子
には、それぞれホール素子（６）（９）鱒の出力信号が
印加されており、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ている。

その結果、ベース電圧の最も高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！的にかなゆ小さな値（はとんど零）となる。

ま嘗、グネッ１、）。回転、ユ伴ってホール素子（８）
　（９）（２）の出力電圧がなだらかに変化するため、
活性となるトランジスタもなだらかに切換わってゆく。

差動分配器（２）の′トランジスタ（Ｉ４＠（至）の各
コレクタ電流は、それぞれ拡張形増幅器Ｑ＊ｕ　Ｑｌに
て増幅された後に駆動トランジスタ＠＠−のベース電流
として供給され、電流増幅されて各相のコイル（２）（
３）　（４）　Ｋ供給される。その結果、電源のΦ側端
子より上側の駆動トランジスタｌ１１ｔｕ　ｒｕのいず
れか１個を過って８相のコイル（２）　（３）　（４）
のいずれか２相のコイルに電流が供給され、下側の駆動
トランジスタｔｓ＠（２）のいずれか１個を通って電源
のｅａｆｆ端子に層る。その電流路は、マグネット（１
）の回転に伴うホール素子（６）〜曽の出力に応動して
、第１および第２の分配・給電器（ｔｘａ）　（１ｔｂ
）によりなだらかに切り換えられてゆく。

拡張形増幅器曽は２個のトランジスタ＠ｒ１υと抵抗−
によって構成され、トランジスターと−のベースを共通
接続し、トランジスターをダイオード接続してその二疋
ツタ抵抗■を介してトランジスタＩｎのエミッタに接続
している。これにより、拡張形増幅（２）の電流増幅度
は入力電流（トランジスターへの供給電流）に応じて大
幅に変化し、小電流レベルではほぼ一定であるが、大電
流レベルではその電流値に応じて指数関数的に大きくな
る特性を有している（第２図参照）。他の増幅器αη（
至）も同じ特性を有している。

Ｃのように、８相のコイルへの給電状態を検出し、その
検出電圧と基準電圧（または指令電圧）を比較して、そ
の両者が一致するように第２の帰還ルｉブを構成するな
らば、上側の駆動トランジスターーーの通電状態の維持
および切り換えがなめらかとなり、信号−の変化による
コイル（！＞　（１）　（４）への供給電流の変化に対
してすみやかに応答する。

また、増幅器−ｖ）ｏｓおよび駆動トランジスターーー
の間の増幅度バラツキの影響を著しく小さくできる利点
もある。　− 八番ζ位相補償用コンデンサーの効果について、第８図
を参照しで説明する。第８図は第１図に示される帰還ル
ープのゲインを示した図である。第８図において、ａは
比較器（２）のゲインｓ　ｔｙｌ、　ｂ２ｍｂ４はそれ
ぞれ拡ｉ形増幅器０１１（財）（至）のゲイン、ｃｌ。

Ｊｅｅ３は駆動トランジスタ＠＠−のｈＦＥである。

また、差動分配１ｌｏ４は単にスイッチで示した。

いま、分配器（２）のスイッチが「１」にあたゆ、下側
の駆動トランジスタに）がアクティブ動作をしている時
を考えると電流の通路は ｅ電源→上側の駆動トランジスター→コイル（２）→コ
イル（３）→下側の駆動トランジスタ（財）→抵抗（２
）→ｅ電源 となる、帰還ループの発振が問題となる周波数は通常ｔ
ｅｏＫＨｚ〜１０ＭＨＺとかなり高い周波数であるため
、このような周波数領域においては、コンデンサ＠（ロ
）（至）は短絡状態となり、各相のコイル（２）　（３
）（４）は実質的に抵抗Ｗに）−により交流的に接地さ
れた状態となる。このとき、帰還ループのループゲイン
は、 となる。ここにｉ＝１．２．８であり、差動分配器（ト
）の状態に対応してかわる。また、αはコイル（り　（
３）　（４）のインピーダンスによる電圧分割比である
。

帰還ループの安定性は、ループゲインが１となる角周波
数−・における位相特性によって判定され、一般に、ｖ
ｏが小さい程安定度を大きくとれる。一方、ω０が小さ
いと帰還のかかる周波数範囲が小さくなり好ましくない
。このような理由からωＯの設定の自由度が広く、かつ
各部分のゲインノくラツキに対して十分に安定な（変化
しない）仁とが望ましい。また、コンデンサ（至）の容
瀘値Ｃ８６は小さも１程、実装面積が小さくなり好まし
い。

（１）式においてＩＴ（Ｓ）ｌｓ＝ｃ。＝１とおき、（
ω６ＣＨｂｉＣｉ　Ｒａｏ／２　）２＞　１となること
を考慮してω。について解くと ａｌｇ　＝：　ａ／ＣＢ６　　・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・（２）となる。ここにａは比較器（至）のゲインで
あり、第１図のごとき構成で−は １ｇ？　　　　・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・（３）Ｒ８８＋Ｒ１１９ （２）　ｅ　（３）式より、１）（ループゲインが１と
なる角周波数ω０は抵抗０ＬＳＯＩＩと定電流源（２）
とコンデンサ（至）の値によって定まることがわかる。

すなわち、その値―。は他の回路部分のゲイン（ｂｔ、
ｂｅｍ　１）Ｊｌｅ　Ｃ１＊　Ｃ−２ｅａ８等）に無関
係に一定となる。従って、これらのゲインの量産時での
バラツキや各相間でのバラツキや電流レベル蕃と応じた
増幅器曽＠（至）の変化に対して、安定確実な位相補償
が可能となる。さらに、抵抗＠−の抵抗値１ｊｓａ　ｅ
　ＲＩＩ９を大きくすることにより、コンデンサ（至）
の容凰値ＣＳａをかなり小さくすることができ、その実
装面積も小さくなる。

なお、６ｉ１述の実施例では、給電電流を一定に保つよ
うに帰還ループ（抵抗（２）、ＩＫ圧・電流変換器（２
）９分配器（ロ）、駆動トランジスタ（ホ）１１を構成
して、トランジスタ間のｈＦＥバラツキの影譬を小さく
し、所定の電流をなだらか、に切換えるようになしてい
る。しかし、本発明はそのような場合に限定されるもの
ではなく、上記帰還ループは必らずしも必要ではない（
あるほうが好ましい）。また８相に限らず一般に多相の
モータ駆動回路を構成できる。さらに、８相のコイルへ
の通電状態の検出手段、比較器２分配・、給電器の構成
は、前述の実施例に限定されるものではない。その低木
発明の主旨を変えずして種々の変形が可能である。

以上本発明のモータ駆動装置は、多相のコイルへの給電
状態を一定とするような帰還ループを有しながらも、そ
の位相補償を安定かつ確実なものとなしている。その結
果本発明に基づいて、音響機器用ブラシレス直流モータ
の駆動回路を構成するならば、性能の安定した機器が得
られる利点を有する。　−

【図面の簡単な説明】

＠１図は本発明の一実施例を示す電気回路図、第２図は
拡張形増幅器の電流増幅度の特性図、第８図は本発明の
詳細な説明するゲインブロック図である。 （］）・・−・・・・・・界磁マグネット、（２）　（
３）　（４）・・・・・・・・・コイル、（５）〜ＯＱ
・・・・・・・・・ホール素子、（ｉｌａ）　（ｌｔｂ
）・・・・・・・・・分配・給電器、斡・・・・・・・
・・比較器、（至）・・・・・・・・・電圧・電流変換
器、（Ｉ→曽・・・・・・・・・差動分配器、＠＠（ロ
）・・・・・・・・・拡張形増幅器、（至）＠（ハ）（
ハ）−一・・・・・・・・・駆動トランジスタ代理人　
森本義弘

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．１％時に複数相のコイルに電流が供給されるように
   結線された多相のコイノ％の給電を制御すする分配・給
   電手段と、前記多相のコイルへの給電状態に応動する出
   力電圧を得る電圧検出手段と、前記電圧検出手段の出力
   と所定の基準信号表を比較してその両者に応じた出力信
   号により前記分配・給電手段の給電量を変化させる比較
   手段と、前記電圧検出手段、分配・給電手段および比較
   手段によって構成される帰還ループの位相補償用のコン
   デンサとを具備し、前記コンデンサの一端を前記電圧検
   出手段の出力側に接続し、かつ前記コンデンサの他端を
   前記比較平岐の出力４［ｌ＃と接続したモータ駆＊１に
   置。