JPS5893488A - 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、モータ可動部の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等を使用して電子的に切換
えて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、長寿命であることから、各種
の音響機器に応用されている。特公昭５５−６９８８号
公報には、このようなブラシレス直流モータにおいて、
星形結線された８相のコイルに両方向の電流を通電（全
波駆動）するようになし、コイルの利用効率を向上させ
ることが開示されている。これによれば、多相のコイル
に第１のトランジスタ群によって定電流を供給するよう
にし、第２のトランジスタ群によって多相コイルの共通
接続点の電位が所定の値となるように制御している。

しかし、この様な構成では、コイルに電流を供給する端
子の他に共通接続端子（単に電圧を検出するために必要
とされる）も、モータ側より引き出して回路素子に接続
する必要があり、配線数が多くなり、製造が繁雑となっ
ていた。

本発明は、そのような点を考慮し、多相のコイルに電流
を供−給する端子のみの配ＩＩ（共通接続端子の配線は
不要）により安定かつ確実な余波駆動を実現したブラシ
レス直流モータを提供するものである。

・１１ 本発明によるブラシレス直流モータの構成は、モータ可
動部の位置を検出する位−検出手段と、複数相のコイル
と、前記コイルに電流を供給する第１の駆動トランジス
タ群と、前記位置検出手段の出力に応動して前記第１の
駆動トランジスタ群Ｏ通電を分配制御御する第１の分配
制御手段と、前記コイル°と第１の駆動トランジスタ群
による電流路に直列に挿入された第２の駆動トランジス
タ群と、前記位置検出手段の出力に応動して前記第２の
駆動トランジスタ群の通電を分配制御する第２の分配制
御手段とを具備し、前記第２の分配制御手段は、基準電
圧信号を得る基準電圧発生手段と、前記第１の駆動トラ
ンジスタ群の通電状態にあるトランジスタの動作電圧と
前記基準電圧値とを比較する比較手段を含んで構成され
、前記比較手段の出力に応じて前記第２の駆動トランジ
スタ群の動作状態を制御するようにな１れ、かつ、前記
基準電圧発生手段は前記コイルへの供給電流に連動して
、その基準電圧値を変化するように構成され、大電流時
には大きく、小電流時には小さくなるようにしたことを
特徴とするものである。

さらに、本発明によるブラシレス直流モータの構成は、
前記第２の分配制御手段が、一定の基準電圧信号を発生
する基準電圧発生手段と、一端を直流的に前記基準電圧
発生手段の電位点に接続され、一端を直流的に前記第１
の駆動トランジスタ群の各出力端子に接続された複数個
の検出トランジスタとを含んで構成され、前記検出トラ
ンジスタによって前記第１の駆動トランジスタ群の通電
状態にあるトランジスタの動作電圧を前記基準電圧゛信
号と比較して、各検出トランジスタの出力電流の合成値
督乏応じて前記第２の駆動トランジスタ群の動作状態を
制御したことを特徴とするものである。

以下、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回路結線図であ
る。第１図において、（ロ）はロータ・にとりつけられ
た界磁マグネット、（２）Ｑｌ　（１４は星形結線され
た８相のコイル群、に）＠に）は第１の駆動トランジス
タ群と、に）−一は第２の駆動トランジスタ群、（２）
はコイルＵ　Ｑｌ（１４への合成供給電流を検出するた
めの抵抗である。また、破線で囲まれた部分（１０１）
はマグネットｃＡＤｑ）磁束を感知するホール素子（至
）θ１１（２）（ホ）によって構成さｈる位置検出器、
（１Ｇりはホール素子（２）＠（ロ）の出力に応動して
対応する第１の駆動トランジスタ群に）＠に）の通電を
分配制御する第１の分配制御器、（１０ｇ）はホール素
子（至）（至）−の出力に応動して対応する第２の駆動
トランジスタ群−＠−の通電を分配制御する第２の分配
制御器である。さらに、（１１０）はカレントミラー回
路、−と（１０５）はそれぞれ電圧・電流変換器である
。

次に、その動作について説明する。電源電圧Ｖｃｃに２
２Ｖが印加されると、指令電圧信号−は直流電源（転）
の電圧値と電圧・電流変換器−にて比較され、その両者
の差に応じた電流が吸入される。

なお、周知の方法にて、ロータの回転速度を検出し、そ
の速度に対応した変換電圧を指令電圧信号−に使用する
。

電圧・電流変換器−の構成例を第２図に示す。

信号−と電源−は差動トランジｘ　ｆｉ　（１５２）　
（１５Ｂ）のベースにそれぞれ印加され、その電圧差に
応じて定電流源（１５０）の電流値を各コレクタ側に分
配する。そのコレクタ電流はトランジスタ（１５７）と
（１５８）からなるカレント【ラーによって比較・反転
され、ベース接地されたトランジスタ（１６Ｇ）を介し
て出力（電流吸込）される。

電圧・電流変換器−の出力は、カレントミラー回路（１
１０）によって電流反転され、トランジスタ■の出力は
第１の分配器（ｔＯＷ）に供給されてダイオード（至）
と抵抗四によ外電圧信号（イ）に変換される。

一方、トランジスターの出力は第２の分配制御器（１０
ｇ）に供給されてダイオードＯＩ＠と抵抗四によ外電圧
信号（ロ）に変換される。

電圧信号（イ）と抵抗（２）の電圧降下は電圧・電流変
換器（１０６）にて比較され、その両者の差に療じた電
流が出力され、第１の差動回路（１０４）を構成するト
ランジスタ＠＠（２）の共通エミッタ電流として供給さ
れる。

第８図に電圧・電流変換器（１０５）の構成例を示す。

トランジスタ（１７１）のベース側に電圧信号印が印加
され、エミッタ側に抵抗（２）の電圧降下信号が印加さ
れ、その両者の差に応じたコレクタ電流が流れ、トラン
ジスタ（１７ｇ）と（１７４）からなるカレントミラー
によって電流反転され、第１の差動回路（１０４）に供
給される。

差動回路（１０４）のトランジスタに）ｅ！４（２）の
各ベース端子には、それぞれホール素子（２）（ト）（
ロ）の出力電圧が印加され、そのベース電圧の差に応じ
て共通工（フタ電流が各コレクタ電流に分配され、ベー
ス電圧の最も近いトランジスタのコレクタ電流が最も太
き（なり、他のトランジスタのコレクタ電流は零または
ほとんど零となる。

トランジスタ＠−（２）の各コレクタ電流は第１の駆動
トランジスタ群曽＠（２）の各ベース電流となり、電流
増幅されてコイルＵＵ（ロ）へ供給される。コイル（２
）（２）鱒への供給電流は抵抗（２）の電圧降下として
検出され、電圧・電流変換器（１０５）の反転入力端子
に入力される。

これにより、電圧・電流変換器（１０５）　、第１の差
動回路（１０４）、第１の駆動トランジスタ群員に）（
２）および抵抗（２）によって第１の帰還ループ（電流
帰還ループ）が構成され、コイル（２）（ロ）（ロ）へ
の供給、電流は確実に電圧信号（イ）（従って、指令電
圧信号く小さくなる。

また、界磁マグネット鵠の回転に伴って、ホール素子（
至）（至）勃の出力電圧が変化し、対応するコイルに電
流を供給するように第１の駆動トランジスタ群に）Ｖ）
（２）の通電を制御し、切り換えてゆ（。

なお、コンデンサに）は、上述の帰還ループの位相補償
のためＩこつけている。

次に第２の分配制御器と、第２の駆動トランジスタ群の
動作について説明する。第２の分配制御器（１０ｇ）は
、第１の駆動トランジスタｌ￥榊＠四の通電状態にある
トランジスタの動作電圧と、基準電圧値を比較する検出
・比較器（ｔＯＳ）と、第２０差動回路（１０ｇ）によ
って構成されている。

カレントミラー回路（１１０）の出力は検出・比較器（
１０６）に入力され、抵抗曽ダイオード−（２）によっ
て第１の駆動トランジスタ群（ホ）＠輪の共通接続端子
（エミッタ側）から所定電圧値の基準電圧信号（ロ）を
発生する。

検出トランジスタ＠に）−の各エミッタ側は入力端子と
して基準電位点（信号（嗜の点）に直流的に（直接また
は抵抗を介して）接続され、各ベース側は検出端子とし
て第１の駆動トランジスタ群（２）＠（２）の各出力端
子に接続されている。その結果、ｊＩｌｌの駆動トラン
ジスタ群榊＠（至）の通電状態にあるトランジスタの動
作電圧Ｖｃｇ　（コレクタ・エミッタ間電圧）と基準電
圧信号（ロ）とが比較され、その動作電圧値が信号（ロ
）よりもエミッタ・ベース間順方向電圧ＶＤ分小さくな
ると、対応する検出トランジスタが導通し、コレクタ側
に電流を出力する。

第４図に駆動トランジスタに）とに）が活性となってい
る場合の電流路を示す。その電流路は■側電源→第２の
駆動トランジスター→コイル（２）および（至）→第１
の駆動トランジスタ（２）→抵抗に）→θ側電源 となゆ、通電状態にある第１）の駆動トランジスタ彎の
動作電圧ＶＣＩが他の駆動トランジスタ（ホ）（至）の
電圧Ｙｅｌｌよゆも小さくなる。そして検出トランジス
タ＠＠−は第１の駆動トランジスタ群曽＠（至）の電圧
ＶＣｊＥと基準電圧信号（ロ）を比較して、その差に応
じたコレクタ電流を出力する。第４図においては、第１
の駆動トランジスターの動作電圧が電圧信号（ロ）より
もベース・エミッタ間順方向電圧分小さくなると、検出
トランジスターが活性となり、コレクタ電流を出力する
。各検出トランジスターに）−の出力電流は合成され（
コレクタ側を共通接続）、トランジスター、ダイオード
ｏＩｌ抵抗（２）（至）からなるカレントミラーによっ
て反転増幅され、第２０差動回路（１０８）の共通エミ
ッタ電流として吸引される。

差動回路（１０ｇ）のトランジスターーーの各ベース端
子には、ホール素子（至）（至）−の出力が印加され、
そのベース電圧に応じて共通工疋フタ電流をコレクタ側
に分配する。トランジスタ＠＠４−の各コレクタ電流は
第２の駆動トランジスタ群（１４＠−の各：１１ ベース電流となり、コイル（２）（２）（ロ）への通電
を切換え制御している。

従って、検出・比較器（１０１り　、第２の差動回路（
１０ｇ）　、４１２の駆動トランジスタ鮮■＠−ニょっ
て、ｌＩ！の帰還ループが構成され、第１の駆動トラン
ジスタ群ｗ＠（２）の通電状□態にあるトランジスタの
動作電圧ＶＣｔを能動領域内の所在の小さな電圧値に一
致させるように動作する。これについてさらに説明すれ
ば、第１の駆動トランジスタの動作電圧の減小は、検出
・比較器（１０６）によって検出・比較されてその吸込
電流を大きくし、第２の駆動トランジスタのベース電流
、従ってコレクタ電流を太き（なし、第２の駆動トラン
ジスタの動作電圧（Ｖｃｇ）を小さくし、その結果、第
１の駆動トランジスタの動作電圧が大きくなる。

この様な帰還ループを施こす、ならば、第２０差動回路
（１０Ｂ）および第２の駆動トランジスタ群■＠−の動
作が安定し、位置検出器（１０１）の出力に応動する通
電トランジスタの切換えは確実かつ円滑に行なわれる。

また、基準電圧信号（嗜の値はＶｃｃに較べて十分小さ
く設定できるため、コイル＠（至）（ロ）における電圧
降下がかなり大きくても、通電状態にある第２の駆動ト
ランジスタは活性領域にあって飽和しに（＜、前述の第
１の帰還ループおよび第２の帰還ループは安定に動作す
る。すなわち、コイル（２）（至）ａ◆への供給電圧の
最大値は十分に大きくとれる。

さらに、本実施例では、入力端子側を直流的に（直接ま
たは抵抗を介して）基準電圧信号（ロ）の電位点に接続
し、検出端子側を直流的に第１の駆動トランジスタ群に
）＠に）の各出力端子に接続したＰＮＰ形の検出トラン
ジスタを使用しているために、第１の駆動トランジスタ
群に）ｖｆ（ホ）の動作電圧の検出に必要とされる素子
は、トランジスタ（２）輪唱本ダイオードに）帽転抵抗
四〇〇（至）となり、単一のシリコン・テッ゛ブ上に集
積回路化が可能となる（抵抗、トランジスタ、ダイオー
ドが集積化できることは周知）。その結果、第１図のモ
ータ駆動回路部分をワンチップ集積回路にて構成する場
合に、外付部品が少なくなり、製造が著しく容易となる
。

また、その検出特性も相間のバラツキがなく、検出に必
要な電流も小さくて良い。さらに、ラテラル構造のＰＮ
Ｐ形トランジスタを検出トランジスタとして使用するな
らば、ベース・エミッタ間耐圧およびベース・コレクタ
間耐圧が大きくとれ、コイルでのスパイク電圧によって
破壊される恐れがなくなる。

また、本実施例では、第１の駆動トランジスタ群（２）
＠（２）の動作電圧と比較する基準電圧信号（ロ）を指
令電圧信号−に応動して変化させ、コイル（２）（至）
（２）への供給電流（すなわち、第１の駆動トランジス
タの通電電流）が大きい時に信号（−を太き（し、供給
電流の小さい時に信号（ロ）を小さくしている。

これによ秒、第１の駆動トランジスタ群に）＠（至）の
通電状態にあるトランジスタの動作電圧ＶＣＩ！が、そ
の通電電流の大小にかかわらず確実に能動領域内の小さ
な電圧値となるように第２の駆動トランジスタ群−＠−
の通電電流が制御される。

このような動作は、特に第１の駆動トランジスタが飽和
するときに重要となる。これについて第６図により説明
する。トランジス、夕の飽和電圧は通電電流に比例して
太き（な秒、逆に、能動領域は狭くなってゆく。いま、
電圧信号（錦を一定（抵抗（２）、ダイオード曽輪の両
端電圧が一定）とするならば、第１の駆動トランジスタ
が飽和状態にな−、かつ、その通電電流を大きくするよ
うに動作子るならば、通電電流の増大に伴って動作電圧
（この場合は飽和電圧）が大きくなる。従って、基準電
圧信号（ロ）と動作電圧の差が小さくなり、第２の駆動
トランジスタ群−＠−の供給電流を小さクシ、その結果
、第１の駆動トランジスタの動作電圧がさらに大きくな
るという誤動作を生じる。

一方、本実施例のごとく電圧信号（鴫を通電電流に応動
して連動変化させるならば、上述の誤動作を生じないで
、確実な動作を得ることができる。

なお、コンデンサーは上述の帰還ループの位相補償のた
めにつけられている。また、コイル（２）（２）（ロ）
の端子に接続されたコンデンサー−輪と抵抗−ｍ−の直
列回路は、通電路の切換えに伴うスパイク電圧を低減す
るものである。

前述の実施例では、′８相のコイルを星形結線した例を
示したが、本発明はそのような場合に限らず、一般に、
多相のコイルを有するモータを構成できる。また、駆動
トランジスタはバイポーラ形トランジスタに限らず、電
界効果形トランジスタでも良いことはいうまでもない。

その他、本発明の主旨を変えずして、種々の変形が可能
である。

さらに、前述の実施例では、第１の駆動トランジスタｌ
￥榊＠（至）の動作電圧と比較する基準電圧信号（ロ）
は指令電圧信号−に応動して変化させるようにしたが、
定電圧源から供給して常に所定の基準電圧信号を保持さ
せるようにしてもよい。゛以上本発明によれば、第１の
駆動トランジスタ群の通電状態にあるトランジスタの動
作電圧を検出し、その電圧が所定の値となるように第２
の駆動トランジスタ群の通電状態にあるトランジスタの
動作状態を制御するので、モータのコイルへの接続端子
数は少なくてよく、部品点数、製造工数は低減される。

また、駆動回路とコイルとの接続数の減小により、例え
ば、第１図の回路をワンチ、プ集積回路にて構成する場
合には、その出力ビン数も少な（なる。

従って、本発明に基づいて、音響機器または映像機器用
のブラシレス直流モータを構成するならば、安価に性能
の良い機器を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を表わす電気回路結線図、第
２図および第８図はそれぞれ電圧・電流変換器の構成例
を表わす回路図、第４図は第１図の回路の動作を説明す
るための図、第５図はトランジスタの動作領域を表わす
図である。 （ロ）・・・マグネット、■０４・・・コイル、９４＠
（至）・・・第１の駆動トランジスタ群、に）ｗ僑・・
・検出トランジスタ、ＧＩＩ＠−・・・第２の駆動トラ
ンジスタ群、−・・・電圧・電流変換器、（１０１）・
・・位置検出器、（１０２）・・・第１の分配制御器、
（１０Ｂ）・・・第２の分配制御器、（１０４）・・・
第１の差動回路、（１０５）・・・電圧・電流変換器、
（１０６）・・・検出・比較器、（１０Ｂ）・・・第２
０差動回路、（１１０）・・・カレントミラー回路代理
人　森本義弘 第２図 第３図 １２／ ＋ 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　モータ可動部の位置を検出する位置検出手段と、
   複数相のコイルと、前記コイルに電流゛を供給する第１
   の駆動トランジスタ群と、前記位置検出手段の出力に応
   動して前記第１の駆動トランジスタ群の通電を分配制御
   する第１の分配制御手段と、前記コイルと第１の駆出手
   段の出力に応動して前記第２の駆動トランジスタ群の通
   電を分配制御する第２の分配制御手段とを具備し、前記
   第２の分配制御手段は基準電圧信号を得る基準電圧発生
   手段と、前記第１の駆動トランジスタ群の通電状態にあ
   るトランジスタの動作電圧と前記基準電圧値とを比較す
   る比較手段を含んで構成され、前記比較手段の出力に応
   じて前記第２の駆動トランジスタ群の動作状態を制御す
   るようになされ、かつ、前記基準電圧発生手段は前記コ
   イルへの供給電流に連動してその基準電圧１　値を変化
   するように構成され、大電流時には太キ（、小電流時に
   は小さくなるようにしたブラシレス直流モータ。 ２　モータ可動部の位置を検出する位置検出手段と、複
   数相のコイルと、前記コイルに電流を供給する第１の駆
   動トランジスタ群と、前記位置検出手段の出力に応動し
   て前記第１の駆動トランジスタ群の通電を分配制御する
   第１の分配制御手段と、前記コイルと第１の駆動トラン
   ジスタ群による電流路に直列に挿入された第２の駆動ト
   ランジスタ群と、前記位置検出手段の出力に応動して前
   記第２の駆動トランジスタ群の通電を分配制御する第２
   の分配制御手段とを具備し、前記第２の分配制御手段は
   所定の基準電圧信号を発生する基準電圧発生手段と２、
   一端を直流的に前記基準電圧発生手段の電位点に接続さ
   れ、一端を直流的に前記第１の駆動トランジスタ群の各
   出力端子に接続された複数個の検出トランジスタとを含
   んで構成され、前記検出トランジスタによって前記第１
   の駆動トランジスタ群の通電状態にあるトランジスタの
   動作電圧を前記基準電圧信号と比較して、各検出トラン
   ジスタの出力電流の合成値に応じて前記第２の駆動トラ
   ンジスタ群の動作状態を゛制御するようにしたブラシレ
   ス直流モータ。