JPS59110396A - ブラシレスモ−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】 Ｅ技術分野１ ホール素子を用いたづラシレス七−夕に１別する。

［背景技術］ 従来のブラシレスモータの回路金弟１図に示す０ 図中ＣＢ、Ｑ２ｔｒｉ９互にオシ、オフして口１列に接
続しである固定子巻線Ｌ１％Ｌ２に励磁電流を流すため
のスイッチシタトランジスタ、ＣＩ、Ｃ２はサージ吸収
用コンデシリ、Ｒ２ｔｒｉ１４圧用抵抗、Ｒ１はスイッ
チ：７ジトランジスタＱ１のベース抵抗、ＺＤＩは位１
自：検出回紹（１）に一定電圧の電蝕を与えるためのツ
ェナータイオー１−である。（１）の位置検出回路はホ
ール素子Ｈ２用いた永久磁石形の回転子磁役の位置検出
回路であって、回転子のＳ極、Ｎ極の位１酊によるホー
ル素子Ｈの出力電圧全閾値と比較して鍋値を越えｆｃ、
　［ｌＳ１に出力音発生し、ｎ１１述のスイッチシタト
ラシジスタＱ２會オシ、オフするようになっているもの
で、該スイ・ソチ、７クトランジスタＱ２のオシ、オフ
にＬつてスイッチトランジスタＱ２の］レクタにベース
を接続しであるスイッチシタトランジスタＱｓｋオフ、
オシさせるのである。つまりスイッチシタトランジスタ
Ｑ２がオンのときにスイッチ：７ジトランジスタＱ１の
ベース電流’ｋｌへイパスさせてオフとし、このスイッ
チングトランジスタＱ２のオン時に固定子巻線Ｌ２に励
磁電流全流し、位（■検出回路［’ｌｌの出力が発生し
ないときにはスイッチシタトランジスタＱ２がオフとな
り、そのためスイッチシタトランジスタＱ１のベースに
固定子＠線Ｌ２と抵抗Ｒ１とを介してベース電流か流れ
てスイッチシタトランジスタＣｈ　　Ａンし、このスイ
ッチ−Ｊ’）トランジスタＱｒｋ昇して固定子巻線Ｌｌ
に励磁電流を流し、回転子磁極との間にトルク奮発生さ
せ回転子？回転させる工うになっている。

第２図は上述の位置検出回路ｔｌ＋の内部回路を示し、
かかる回路は上述の永久磁石形の回転子磁極を検出する
ためホール索子Ｈと、該ホール素子Ｈの出力をＪ′１７
幅する演算増幅器Ａと、該演算ハ゛１幅器Ａの出力全入
力して歇値七比叡して所定しベルの方形波からなる出力
′ｆ：発生するシュミットトリガ回に！６　Ｓ　Ｔと、
バにシ１三ットトリガ回路Ｓ′ｒの出カケ片、′幅する
出力段０とからなり、端子■は’４．詠に接続する端子
、端子■は出力端子、端子■は（長地幼子で、第１図回
路の■〜■の各端子と対応する。第３図（ａ）は永久磁
石形の回転子磁ｔにのＮ４夕、Ｓ・ソトトリカ回路５Ｔ
ｌ１７）Ｉ＆ｌ値金示している。従ってシュミツトトリ
ガ回路ＳＴはホール索子Ｈの増１ｉ；５出力か１或仙Ｖ
ｒｅｆを越えると第８図（ｂ）に不丁工うな矩形成を発
生する。ところでこの膨Ｊ旭のために位置検出回路（ｌ
Ｊの検出出力はデユティが５０％とならない。

つまり第１図で承す工うにスイッチシタトランジスタＱ
＋を汐転ごせるためにスイッチシタトランジスタリ２を
動作させるスイッチシタトランジスタ（、Ｊ２のｖ　ｂ
　Ｉ！：のη」１圧つまり出力段０の出力は第８図（ｃ
）で示す状態となる。この第８図（Ｃ）において斜線部
分は回転子の検出磁極がＮ極（又はＳ極）であるにもか
かわらず、強制的に固定子巻線の励磁が反転してＳ極（
Ｎ体）になるため互いに引゛つばり合う部分を示す。従
ってこの部分でモータの効率を大きく低下させる原因と
なっていた。

［発明の１洋Ｊ］ 不発り」は上述の欠点に鑑みて為されたもので、その目
ｕ＝Ｊとするところは七−夕の駆１＋ＩＪ効率が向上し
たづラシレス七−夕を提供するにある。

（発＄１の開示］ 実施例 第４図は大施例の基本的な回路づロックを示しており、
図において破線で囲まれたつロック中＋１１は第１図回
路における位置検出１ｉＪｊ路ｔｌ）と対応する第１の
位置検出回路で、この位置検出回路（１）ｌｌ′１′第
１のトライバ回路（２）を検出出力で動作させる工うに
なりている。このダニ１１のトライＪ’１回路（２）は
第２のドライバ回路（４）と第１の固定子巻線ヅＡ動回
路（３）とを夫々制御し、例えばオン動作時においては
第２の固定子巻線駆動回路（３）及び第２のドライバ回
路（４）をオフし、逆にオフ動作時には第λの固定子巻
線駆動回路（３）をオンして第２の固定子＠線Ｌ２奮励
磁させると共に、第２のトライバ回路（４）ヲオフする
ようになっている。第２の［ライ八回路（４）は例えば
オン動作時に第１の固定子巻線駆動回路（５）をオフし
、オフ動作時に第１の固定子巻線駆動回路（５）全オシ
するようになっており、第１の固定子巻線駆動回路（５
）はオシ時に第１の固定子巻線Ｌｒケ励磁する工°うに
なっている。破線枠外の（６）は第２の位置検出回路で
、この位置検出回路（６）は巻線から構成され、固定子
巻重の逆起電圧が低くなる位置全検出するために回転子
の接近、離）ｙ、、に応じて交流出力全発生するように
なっている。（８）は予め定めである閾値とｐＯ記交流
出力を整流−」路（７）で整流して得られた整流出力と
を比較するためのコンパレータ回路であって、このコン
パレータ回路（８）は比較出力によって固定子％線駆動
回路（３）、（５）衾デＩｉ　ｊｔｌｌα・口Ｃ固定子
巻線Ｌｌ、Ｌ２の逆起電圧の低いＦＳＨ分での固定子巻
線Ｌ１．Ｌ２の励ｅ１電流を鎖部する工うになっている
。このことは固定子巻線Ｌｌ、Ｌ２が交互に励磁きれる
ため夫々に逆起電圧が発生しており、この逆起電圧Ｅは
脈流状の波形となっているが、この逆起電圧Ｅ♂印加電
圧■との関係は■＝Ｅ＋ｉｒ　となる。を但しｒは固γ
子巷線ＬＩＳＬ２の内部抵抗］従って逆起電圧Ｅの低い
ところでは、つまりトルクが低いところでは大きな電流
ｉが流れて内部抵抗損失ｉ２ｒが増大する問題を浄決す
る。

第５図は実施例１の具体回路全示し、第６図は実施例１
゛のづラシレス七−夕の構造を示している。第６図中（
９）は固定子で、この固定子（９）は中心部より放射状
に主極（９ａ）と、補＆　（９ｂ　）とを交互でかつ等
間隔に４個突出びせたもので、和動する対の主極（９ａ
）には夫々固定子巻線Ｌ　＋　、Ｌ２全巻装しである。

またいずれかの１個の補極（９ｂ）には第２の回転子位
置検出回路（６）の検出用補助巻線Ｌ３全巻装しである
。ホール素子Ｈの配置位置としては補極（９ｂ）の補助
巻線Ｌ３の逆起電圧のピーク位１ｕがホール素子Ｈの出
力の零クロス点と対応する工うにホール素子Ｈは配置σ
れる。ｔ、＋ｏ＋　（ｄ固定子（９）の中心と同心状に
固定子（９）の外周部に回転自在に配置ｒＣされた永久
磁石からなる回転子であって、永久磁石は第６図で示す
ように磁化されたものである。

動作 次に第５図回路の動作を説明すると、補助巻線Ｌ３に発
生する逆起電圧Ｅｔ／′ｉ、整流回路（７）によって全
波整流されてコンパレータ回路（８）の反転入力Ａ１シ
子に入力する。コシパレータ回路（８）はツエす一タイ
オートＺ　Ｄ＋のツェナー電圧を更ＶＣ抵抗Ｒ６とツェ
ナ−タイオードＺＤ２で分圧して得られるツェナータイ
オードＺＤ２のツェナー電圧ヲ繭値Ｖｒｅｆ’とするも
ので、ｌｒｆ記反転入力端子に入力する整流出力と該−
値Ｖｒｅｆ’とを比較し、人力レベルが閾値Ｖｒ　ｅ　
ｆ’（５越えるとオシして出力を１Ｌ〃レベルとする。

従ってこの−□し＃レベル期間においては第１、第２の
固定子巻線駆動回路（５）、（３）のスイツチンクトラ
：７ジスタＱｌｌ、Ｑ１０のベースを夫々％Ｌ〃レベル
として強制的に固定子巻線駆動回路（３）、（５）をオ
フとする。

一方第１の位置検出回路ｉｌ＋では内蔵ホール素子Ｈか
らは回転子磁極の回転に伴なって第７図（ａ）のような
出力が発生しており、この出力は内蔵演算増幅器Ａで増
幅され、史に内蔵シュ三ットトリカ回路ＳＴ″′Ｃ閾値
検出が第７図（ｂ）の工うに為され、この検出出力は出
力段０．に経て位置検出回路ｉｌ＋から出力し、ドライ
バ回路（２）のトランジスタＱ３で反転されて第７図（
ｅ）に示すような電圧がスイッチンジトラ、７ジ゛スタ
Ｑ１２のベースに印加し、スイッチンタトラシジスタＱ
１２をオンし、固定子巻線Ｌ２に励磁電流會流すのであ
る。また第７図（ｅ）の電圧は更にトランジスタＱ２に
工って反転され、スイッチングトラシジスタＱｕ’ｊ：
動作させる。このスイッチシタトラシジスタＱ＋ｔのベ
ースエ三ツタ間の電圧は第７図（ｄ）であるから、スイ
ッチシタトラシジスタＱＩＩ％ＱＩ２は交互にオン、オ
フ動作することになり、固定子巻線Ｌｌ、Ｌ２には交互
に励磁電流が流れることになる。ところでホール素子Ｈ
の出力は固定子巻＃Ｊ！Ｌｌ、Ｌ２の逆起電圧Ｅに比例
して第７図（ａ）の工うに出力されるため、逆起電圧の
低い部分の励磁電流全カットする必要がある。そこで本
実施例では第６図々示する工うに補助極（９ｂ）に位置
検出回路（６）の補助巻線Ｌ３を巻回しであるため、か
かる袖助巻ＩｖｌｌＬ３の逆起′重圧は第７図（ｅ）の
ような波形となる。実勝部分は整流回路（７）の出力波
形を示（ｆ）のような鷺Ｈルベル信号が出力されるわけ
で、コシパレータ回路（８）の出力が″Ｌｌレベルのと
き、スイツテンタトラシジスタＱＩＩＸＱＩ２のベース
を共にＬ　＃レベルとしてオフさせ、固疋子巻純Ｌｌ、
Ｌ２の励ｉ軍流を！”、７図（２））、（ｈ）に示すよ
うに遮断するのである。

実施例２ 第８図は実施例２の回路を、まｌｔ第９図ｒ／ｉ実施例
の構造全示し、かかる実施例では第２の位置検出回１１
！６＋６１として補助巻＃Ｌ３の代りにホール素子Ｈ６
を田いたもので、このホール素子Ｈｏは第９図のように
第１の位置検出回路ｉｌ＋の配置＠所、っまり主極（９
ａ）と（９ａ）との間の位ｌｉイに対して４５°ずらし
た位置に配置する。この位１ｉ’−Ｃｒ／′ｉ第９図の
斜線部位のいずれの場所でもよい。このホール素子Ｈｏ
の出力ＶＨ１、ｖＨ２け夫々増幅器Ａ１、Ａ２で増φ１
１シ、夫々の増幅出力金コシパレータ回路（８ａ）、（
８ｂ）の非反転入力端子に入力しである。そして］コン
パレータ回路８ａＨ８ｂ）の出力はスイッチシジトラン
ジスタＱｏのベース・１三ツタ間に接続したトランジス
タＱ４のベースに接続するとともに、タイオードＤ２’
、Ｄ＋（ｒ介して、スイ・シナンジトランジスタＱＩ２
のベース昏工三ツタ聞に接続したトランジスタＱ５のベ
ースに接続しである。

動　　作 この動作全第１Ｏ図の波形図によって説明すると、ホー
ル素子Ｈｏは回転子磁極の硬出に応じて出力を発生して
おり、第１０図（ｅ）の実森で示す工うに出力■ＨＩは
増幅器ＡＩで増幅された後にコンパレータ回路（８ａ）
の非反転入力幅手に入って、ツェナータイオードＺＤ３
のツェナー電圧で設定された１吃仙Ｖｒｅｆ＋によって
比較される。］コンパレータ回路８ａ）はこの比較によ
って第１０図（ｆ）のような出力を発生、し、この出力
が１Ｈｌレベルのとき、りまシ固定子巻＃１ｌＬＩ、Ｌ
２の逆起電圧Ｅが低いさきにトラ：７ジスタＱ５、Ｑ＜
ｋオシし、スイッチシジトランジスタＱＩ２、Ｑ目のベ
ース衾１Ｌ′として強制的にオフし、固定子巻勝Ｌλ、
Ｌ、の励磁′電流？ｆ：連断させる。第１０　図（ｇ）
　ＦｉトランジスタＱ４、Ｑ５のコレクタ・エミ゛シタ
間′ｉ４ｊ、圧Ｖ。Ｆ、倉示す。１同様に第１Ｏ図（ｅ
）の破線に対応するホール素子Ｈａの出力■□２は第１
０図（ｈ）で示すように増幅器Ａ２で増幅された後にコ
シパレータ回路（８ｂ）の非反転入力端子に入力して、
ツエす一タイオートＺ　Ｄ４のツェナー電圧で設定され
几聞仙Ｖｒｅｆ２と比較される。］シシバ−９１路（８
ａ）はこの比較によって第１Ｏ図（１）　Ｉｃ　；ｊ＜
す出力全発生してトランジスタＱ４、Ｑｓ全駆動する。

しかしてこの工うな本実施例では位相角がずれてもホー
ル素子Ｈｏの位置を容易に動かして調整が自由に行なえ
るメリットがある。

実施例３ 第１１図は第５図実施例における］、７パレ一タ回路（
８）の閾値Ｖｒｅｆ’全ｒ３Ｊ　＆担、抗器Ｖ□１で自
在にしたものであって、この閾値Ｖｒｅｆ’に任意に変
えることによって、固定子巻線ＬＩＸＬ２の励磁箱、流
遜断期間を自由に変え、回転子の回転スヒートを変える
ようにしたものである。

実施例４ 第１２図は第８図実施例におけるコンパレータ回路（８
ａＨ８ｂ）の−値Ｖｒｅｆ　１、Ｖｒｅｆ２′に可俵゛
抵抗器■　　■　で任意に可変できるようにし、Ｈａ　
　Ｓ　　Ｒｂ 実施例８゛と同様に固定子４森Ｌ　ｌ、　Ｌ２の励磁′
市流遁断期間を変え回転子の回転スヒードを町俊できる
ようにしたものである。

実施例５ 第１８図は実施例５の具体回路を、第１４図は実施例５
の構造を夫々示し、かかる実施例５は実施例１が回転数
に比例して補助巻＃１Ｌ３の逆起電圧が大きくなる几め
回転数が低いと袖助巻ｉＬ３の出力が出ないことが予想
される７＞５、ホール素子を用いたものである。

つ１り本実ｈ１例では第２図で示しｌと位１１□１゛検
出回路を２個用いたもので、第１の位［ａ検出回路（１
）の出力金弟１のドライブ回路（２）のトランジスタＱ
３のベースに、第２の位置検出回路（６）の出力金弟２
のトライづ回路（４）のトランジスタＱ２のベースに夫
々接続したものであり、各位置検出ｌ！、１１路ｔｌ）
、（６）は第１４図で円くすように主極（９ａ）（９ａ
）ｌムｊの中間位圓に配設してあって、夫々の位■に対
して中心からみて９０ｕずれた位置に設定しであるＯＩ
ｌ、０作 １ず回転子磁極検出に工って夫々の位１１イ検出回路ｔ
１＋、（６）の内蔵ホール素子Ｈの出力は第１５ト１（
ａ）、（ｄｌに示すように位相が１８０°ずれており、
従って、夫々の位置検出回路（１）、（６）の出力は第
１５図（い、（ｅ）のようになり、これの出力はトラン
ジスタＱ３、Ｑ２によって、第１５図（Ｃ）、（ｆ）の
ように反転する。従りて第ｌの固定子巻線駆動回路ｔ５
１、第２の固定子巻線駆動回路（３）のスイッチンジト
ランジスＪ３Ｑ　ＩＩ　、Ｑ１２　Ｖｉ交互にオンオフ
し、固定子も縁Ｌ１、第２に父互に励磁電流ヶ流すので
ある。このときＳＴの閾値Ｖｒｅｆ＋又はＶｙｅｆ２に
よってスイッチシクトラシジスタＱＩＩ、Ｑ１０のデユ
ーティが５０％にならないこと全利用してスイツチンジ
トラシじスタＱ　ＩＩ、Ｑ　１７が両方が共にオフであ
る期間か゛生１ｃ１　この期間が固定子巻肪Ｌ＋、第２
の逆起′市川の低い部分に対応することによって七−夕
の効率が回」ニすることになる。

尚実施例５は１つの位置検出回路に対して１つの固定子
巻線ケ鹿動するので、２相、３相、２相Ｐ−Ｐ万人等の
どのブラシしス七−夕にも対応させることができるもの
である。

［発明の効果］ 本発明は上述のようなづラシレス七−夕において、固定
子巻線の逆起電圧が低い期間で検出出力を発生させて第
１の位置検出回路の検出出力でオフされたスイッチシタ
素子の次にオシさせられる別のスイッチシタ素子をオフ
させる第２の回転子磁毬位匝検出用の位置検出回路金有
しであるから、位置検出回路の出力で一方のスイッチシ
タ素子がオフされても次のスイッチシタ素子が「１ちに
オシすることがなく、固定子巻線の逆起ｕｉｕ−か低い
期間においては固定子巻成の励磁が行々われるこて、全
体の効率が同上するというυれに幼果に努する。

【図面の簡単な説明】

第１図は促来例の回路図、第２図は従来然及び本発明の
実施例に用いる位１ｉ？ｆ検出回路の回路（１：１成し
１、第３図は第２図々示回路の動作数１カ川波ル図、第
４図は不発りｊの実施例１の回路１ｔ＃　Ｉ戊図、ε（
５５し１は同上の回路図、第６図は向上の概Ｈ６ｈ’ｉ
成１：Ｋｊ、第７図は向上の動作説明用波形図、り５８
し１−不発ＩＪ、１の実施例２の回路図、第９図はｌ１
ｉｌ−ヒの概略Ｇ７ｉ成図、第１Ｏ図は向上の動作説明
用波形図、り、、ｌ１図は同」−の実施１例３０回路図
、第１２し１は同上の実ｈｉｉ−＋例４の回路図、第１
３図は本発明の実Ｉａ例５の回路図、！１１１４図は向
上の概略構成図、第１５図は同上の動作説明用波形図で
あり、ｔ＋ｌＶｉ第１の位置検出回路、（６）は第２の
位置検出回路、（９）は固定子、（９ａＮｄ主体、（９
ｂ）は細棒・、（１０）は回転子、ＱＩＩ％Ｑ１２はス
イッチシグトうシジスタ、Ｌｌ、第２は固定子巻巖、第
３は他励巻線、Ｈ，Ｈｏはホール素子、ＳＴはシュ三ツ
１〜トリ力回路である。 代理人　弁理士　　石　■（長　七

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｆ’ｌ　ｌ　　永久磁石形回転子の回転による韓昇に工
   って出力音生じるホール素子を備え、ホール素子のイツ
   チンタ素子と、夫々のスイッチング素子に接続されて対
   応するスイッチング素子のオン時に励磁′ｔｌｊ、流が
   流れる２つの固定子巻線とを１１ｉ］え、回転子磁極と
   固定子巻線との間にトルク全発生させて回転子を回転駆
   動するブラシレス七−夕において、固定子巻線の逆起電
   圧が低い期間において検出出力を発生させて、上記位置
   検出回路の検出出力でオフされたスイッチング素子の次
   にスジさせられる別のスイッチング素子をオフきせる９
   ＪＪＪ２の回転子磁梯位ｉ″、ｉ、検出用の位置検出回
   路を有して成ることを特徴とするブラシレス七−夕。 （２＋　　固定子の主極と主極との間に設けた袖４９り
   に補助巻線を巻装して該補助巻紐の逆起電圧を予め設定
   しである闇値と比較して検出出力勿発生させる第２の位
   置検出回ｉｌ！８を設け、この第２の位置検出回路の検
   出出力で固定子巻線の逆起市、圧の低い期間中食スイッ
   チング素子をオフさせるようにして成ることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のづラシレス七−夕。 （３）　　第２の位置検出回路を第１の位１ｈ：検出回
   路に対して構出出力が９０：１位相ずれるように配Ｉｆ
   ｆ（Ｌ、第２の位置検出回路にはホール素子を設けてこ
   のホール素子の出力を閾値と比較して検出出力を発生す
   るようにして成ることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載のブラシレスを一夕。 （４）　　互いに中心からみた角鼓が９００である相隣
   股せる固定子の主極に夫々第１、第２の位１４検出回路
   を配設して夫々の検出出力で各別に各主極に巻装し、で
   ある固定子巻線に接続したスイッチング素子をオシ、オ
   フするようにして成ることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載のブラシしス七−夕。