JPS592585A - 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、ロータ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μ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４！１１機器に応用されている。持分ＦＩＢ　５５
−６９８８号公報には、このようなブラシレス直流モー
タにおいで、星形結線された８相のコイμに両方向の電
流を通！（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、仁の様な構成では、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、ｆＲ造が繁雑とな
っていた。

また、モータの回転速度の上昇に伴って逆起電力が増大
するために駆動トランジスタは過渡的に過飽和状態とな
り、回路動作の不安定および電流リップルの増大を起こ
していた。電流リップルは発生トルクのリップルを生じ
、モータの振動や騒音を引き起こすため大きな問題とな
ってぃ１こ。さらに、速度制御を施こしたモータにおい
ては、起動加速時点ｌζおいて駆動トランジスタが過飽
和状態になり、振動、騒音を生じると共に制御の引き込
み特性も悪化させ１問題となっていた。

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線（共通接続端子の配線は不要
）により安定かつ確実な全波駆動を実現するとともに１
部品点数、製造工数を低減し、さらに駆動トランジスタ
の過度の飽和を防止するようにしたフ“ラシレヌ直流モ
ータを提供するものである。

本発明のブラシレス直流モータは、界磁手段を有するロ
ータと、複数相のコイ〜と、前記ロータの位置を検出す
る位置検出手段と、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じ
て前記第１の駆動トランジスタ群のうち活性となるトラ
ンジスタを選択する第１の辿択手段と、前記コイμと第
１の駆動トランジスタ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、前記第１の駆動トランジ
スタの通電時の動作電圧を検出する動作検出手段と、前
記位置検出手段の出力に応じて前記第２の駆動トランジ
スタ群のうち活性となるトランジスタを選択してその通
＊、電流を前記動作検出手段の出力に対応した値となす
第２の選択手段と。

指令信号発生手段と、前記動作検出手段の出力に応じて
前記指令信号発生手段の出力を変化させる修道一手段と
、距ｉ　ｔ−修正手段の出力の１１箇波成分を低減スる
ローバヌフィルタと、ｉＩＩＭＵ２０−パヌフィルタの
出力に対応した値を前記コイルに供ｋＪする電流供彰５
手段とを具備することにより所期の目的を達成したもの
である。

以）１本発明の災＆例を５面にもとづいて説明する。第
１図は本発明の一実施例を表わす電気回路結線囚である
。第１図において、（υはロータにとりつけられた界磁
用のマグネット（界磁手段）。

ＣＸ）　（Ｙ）　（Ｚ）　ハル形結線された８相（１）
　：Ｉイ／Ｌ’群、（５）　（６１（７）は第１の駆動
トランジスタ群、　（ｇ＋（９）αｑは第２の駆動トラ
ンジスタ群、ＣＩηは位置検出器、　Ｃ１１ｌは電流制
細器、四は第１の過゛択器、曽はコイ／Ｌ／（３）（２
）（３）への合成供給電流を（喚出するための抵抗（電
流を飯田手段）、的は錦１の駆動トランジスタの通電時
の動作電圧を検出器る１作わＺ出熱、　ｆｆ１ｊは第２
の選択器。

抑は速度検出器、ａｌｌは電流変換器、　ｇ３ａは修正
器。

６１Ｊｆｉｌ、ｔローバスフィルりである。

次に、その動作について説明する。電源！ｌｉ、比Ｖｃ
ｃに２２Ｖが印加されると５周知の構成の速度検出器−
はマグネット（１ンの回転速度を検出してその速度に対
応した電圧信号−を出力し、電流変換器−に入力する。

電流変換器−は、たとえば差動電圧増幅器と窄；ＥＥ−
ｆｔｊ流変流器換器って構成され、電圧信号−と電圧源
−の電圧値とを比較し、その両者の差電圧に対応した電
流１１を出力（電流吸込）する。電流変換器−の出力ｉ
、は動作検出器（２）の出力量、と共に修正器−に入力
され、電流変換器（へ）の出力ｉ１に相似な電流ｉ３と
、電流変換器ｒＢ３）の出力１、と動作検出器（ロ）の
出力Ｉ、の差に比例する電流ｉ２（災１ｌ−１９）を得
ている。速度検出器−１電流変換器關および修正器鈴４
）によ−）で指令信号発生手段を構成し、修正器Ｈによ
って指令信号ｌ、を動作検出器（ロ）の出力ｉ、に応じ
て変化させる修正手段を構成している。

修正器−の出力ｔｚはローバヌフイルターに入力され＋
　ｂの高周波成分を低減すると共に、抵抗−の両端に電
圧信号■１を発生している。

また、修正器（財）の出力ｉ３は動作検出器３◇に入力
され、電流源＠湯の電流値Ｉ４と合成されて抵抗に）。

ダイオード＠４に）に）に供給され、電圧信号ｖ２を作
り出している。

電圧信号■１と抵抗（ホ）の電比降下は電流制御器Ｃ＋
Ｕにて比較され、その両者の差に応じた電流が出力され
、第１の選択器（イ）を構成するトランジスタ（ハ）Ｃ
Ｉ４に）の共通エミッタ電流として供給される。電流制
御器３υは、たとえば差動電圧増幅器と電圧・電流変換
器によって構成されている。

第１の選択器四のトランジスタ＠ｇ４に）の各ベース端
子には、それぞれ位置検出器０◇のホール素子（２）０
３α膏の出力電圧が印加され、そのベース電圧の差に応
じて共通エミッタ電流が各コレクタ電流に分配され、ベ
ース電圧の最も低いトランジスタのコレクタ電流が最も
大きくなり、他のトランジスタのコレクタ電流は零また
はほとＡ、ど零となる。

トランジスタ＠（ハ）に）の各コレクタ電流は第１の駆
動トランジスタ（５Ｊ　（６）　（７）の各ベース電流
となり。

電流増幅されてコイｙｖ　（Ｘ）　（Ｙ）　ＣＺ）への
供給される。コイル（Ｘ）（Ｙ）α）への供給電流Ｉａ
は抵抗（ハ）の電圧降下■３として検出され、１流制御
器ｅυの反転入力端子に入力されや。

これにより、電流制御器シｖ、第１の選択器（ハ）。

第１の駆動トランジスタ群（５）（６）（７）および抵
抗（ホ）によって第１の帰還ループ°（電流帰還μｍブ
）が構成され、検出信号Ｖ３が電圧信号ｖ１と等しくな
るように動作している。その結果、コイ１ｖ００（Ｙ）
ＣＺ）への供給電流Ｉａは、トランジスタ（５Ｊ　（６
１（７）のｈ□バラツキの影響をほとんど受けなくなり
。

ｌａ中　ｖＩ／Ｒ２６・・・　（１ン となる。ここに、Ｒ２６は抵抗（ホ）の値である。また
。

マグネット（１）の回転をと伴って、ホール素子０２　
Ｑ３　Ｑ４１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（５）（６
）（７）の通電を制御し、切り換えてゆく。なお、コン
デンサ圀は上述の帰還ループの位相補償（発振防止）の
ためにつけている。また、コイルｏｏ（資）α）の端子
憂こ接続されたコンデンサ（２）に）（ロ）と抵抗ｅｌ
Ｉ）（１１ＣＩ［９（７）　直列回路は、電流路の切り
換えに伴って生じるスパイク電圧を低減するものである
。

次に、動作検出器（ロ）、第２の選択器ヴυおよび第２
の駆動トランジスタ（８１（９）　００の動作について
説明する。動作検出器θカの抵抗に）、ダイオ−１−に
）に生じる基準電圧は ｖ！　ｒ　ＩＩ＝２−１　＋Ｒ４ｓ口ａ＋Ｉ４）　　・
・・（４）となる。ここに、　２．ＩＶは８個のシリコ
ンダイオ−ｖＨＨ（／Ｊ４の電圧降下であり、Ｒ４３は
抵抗に）の値である。検出トランジスタ０５２０，３）
　１１の各ベース側は検出端子として第１の駆動トラン
ジスタ（ｆＪ　（６）　（７）の各出力端子に接続され
、各エミッタ側は共通接続され。

各コレクタ側は電源ＶＣＣの負極端子に接続されている
。

第２図に駆動トランジスタ（６）と（８）が活性となっ
ている場合の電流路を示す。その電流路はΦ側型源→第
２の駆動トランジスタ（８）→コイ／Ｌ１０゜と（ト）
→第１の駆動トランジ７り（６）−抵抗（ホ）→ｅ側電
電 源なり１通電状態にある第１の駆動トランジスタ（６）
の動作電圧ＶＣＥが他の駆動トランジスタ（５）（υの
電圧よりも小さくなる。従って、検出トランジスタＱ）
２　Ｍ　１５４）の検出電圧Ｖ４（エミッタ側電圧）は
第１の駆動トランジスタの通電時の動作電圧に対応した
値となる。すなわち。

Ｖ４　”　ＶＣＥ＋　０．７　＋Ｒ１６・ｌａ　　　”
’　（３）検出電圧■４と基準電圧Ｖ２．は差動トラン
ジスタ曽（２）によって比較され、■４が■２ｒにほぼ
等しいかもしくは小さい時にトランジスターのコレクタ
電流１６が出力され、カレントミラー（ダイオード−１
Ｆヲンジスター、抵抗ｔ５７１１５８１）によって反転
、比較され、第２の選択器（７υのトランジスタ（２）
―（２）の共通エミッタ電流として出力（電流吸込）さ
れる。

また、検出トランジスター−（財）の出力電圧ｖ４はト
ランジスターによって基準電圧■２ｒ　　と比較され。

ｖ４が■２ｒよりもＶＤ４＝０．７Ｖ以上小さくなると
、コレクタ電ｍ　ｉ　ｓが流れ、カレントミラー（ダイ
オード−、トランジスタ例、抵抗１日−）により反転、
増幅されて修正器（財）に出力（電流吸込）される。

まず、トランジスターがオフの時（１ｓ＝０，１ｏ−０
）の動作について説明する。第２の選択器（２）のトラ
ンジスタ（２）（２）（７４１の各ベース端子には１位
置検出器Ｑηのホール素子（ト）００ηの出力が印加さ
れ、そのベース電圧に応じて共通エミッタ電流をコレク
タ側に分配する。トランジスタ（２）−ｆｆ４１の各コ
レクツ電流は第２の駆動トランジスタ（８１（９）　Ｑ
［）の各ベース電流となり、コイ／ｖ　（Ｘ）　（Ｙ）
　（Ｚ）への通電を切換え制御している。

従って、動作検出器（４］）　、　ｊ１３２の選択器Ｖ
υおよび第２の駆動トランジスタ群（８１（９）　（Ｉ
Ｑによって第２の帰還ル−プが構成され、検出電圧■４
が基準電圧Ｖ２ｒ、＝等しくもしくは略等しくなるよう
に動作し。

第２の駆動トランジスタの通電電流を第１の駆動トラン
ジスタの通電電流と等しくする。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通ＮＷＩ、流が第
２の駆動トランジスタの通電電流よりも大きくなると、
第１の゛駆動トランジスタの動作電圧が小さくなり、動
作検出器（ロ）の検出電圧■４か小さくなり、ｉ６が大
きくなり、第２の駆動トランジスタのベーヌ電流、従っ
て、コレクタ電流を大きくする。その結、果、第２の駆
動トランジスタの通Ｗｉ、電流が第１の駆動トランジス
タの通電電流と等しくなると共に。

■４中Ｖ２ｒ　　　　　　　　　　・・・（４）となる
。（２＋　、　（３）　、　（４＋式より、第１の駆動
トランジスタの通電時の動作電圧は ＶＣＫφ１．４　＋Ｒ４ｓ’　（１３＋１４）−Ｒｖ６
・Ｉａ　　　−（５）となり、能動領域内の所定の小さ
な電圧値（第１の所定値）となる。

この様な帰還〜−フ゛を施こすならば、第２の選択器（
７カおよび第２の駆動トランジスタ（８）（旬ＯＱの動
作が安定し１位置検出器Ｏυ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。なお、コンデ
ンサｆｆｌは第２の帰還ルーズの位相補償（発振防止）
のためにつけられている。

第１の帰還ループおよび第２の帰還ループの動作によっ
て、コイｙｖ　（Ｘ）　（Ｙ）　＠）への供給電流１ａ
は確実に電圧信号Ｖ、に対応した値となる（電流供給手
段）。

次に、トランジスターおよび修正器−について説明する
。モータの起動時点においては、速度検出器−の出力信
号か小さく、電流変換器−の出力電流１１か大きく、修
正器−の出力電流ｉ！、１ｇが大きく、電圧信号ｖ１お
よび基準電圧ｖ！ｒは大きく。

電圧信号ｖ１に対応した電流１ａかコイル００　（Ｙ）
　（Ｚ）に供給される（第１おまび第２の帰還ルーフ゛
の動作）。

モータが加速されるにつれてコイルでの逆起電圧が大き
くなり、第２の駆動トランジスタが飽和し。

第１　ノＷｊＡ　Ｄ　）ランジヌタも飽和していく。

すなわち、第１の駆動トランジスタの通電時の動作電圧
が小さくなり、検出トランジスタψ″！Ｊ−一の検出電
圧Ｖ、が（Ｖ２．−０．７）Ｖよりも小さくなると。

トランジスターが活性になり、コレクタ電流１８を出力
する。電流１．はカレントミツ−！こよって反転。

増幅されて電流ｉ、となり、修正器（財）０）抵抗［１
こ供給されて電圧降下を生じ、トランジスターσ）出力
電流ｉ２を小さくする（　ｉｚは１ｌ−ｉ、に比例）。

こ０）電流１２はローパスフィルタ（転）に入力され、
電圧信号■、を得ている。１２とＶ、の関係（伝達関数
用よ−，Ｒ−ｅｊ、−−、−、、−、、、、（６）Ｇ（
Ｓ）″”　１　＋Ｓ　Ｃ９５（Ｒ９３＋Ｒ９４）トナル
。ここに、Ｃ９５はコンデンサ（至）の容量値であり、
　Ｒ９３ｔ　Ｒ９４１，を抵抗！１１ｔ’）４１１７）
抵抗値テアル。ｉ！Ｇｌ）減少に伴って■１は小さくな
り、コイルへσ〕供給電流１ａも小さくなる。

従って、第１の駆動トランジスタ（５１（６１（７）の
飽和（動作電圧が小さい動作状態）を動作検出器■のト
ランジスターにより検出して、出力室、流１．を大きく
シ、修正器（財）により指令電流信号１２を小さくし、
ローパスフィルターの出力電圧Ｖ、を小すくシて、コイ
／ｌ’　００　（Ｙ）　（Ｚ）への供給電流Ｉ１１を減
少させ。

Ｖ！ｒ−０，７申ｖ４　　　　　　　　・・・（７）と
なるように動作する。このとき、第１の駆動トランジス
タの通電時の動作電圧は Ｖ（ＨｘＯ，７＋Ｒ４３（１ｇ＋Ｌ）−Ｒｇａ’ｌａ　
　　”””となり、第１の所定値（（５）式）よりも小
さい第２の所定値に等しくなるように電流Ｉａを修正す
る。

従って、駆動トランジスタの過度の飽和を防止して第１
および第２の帰還ループの動作を安定Ｉこし、電流リッ
プρを小さくしている（ローノ（ヌフイルターの出力電
圧ｖ１はコンデンサーにまり高も）周波数成分を低減さ
れている）。その結果、モータ振動や騒音か著しく小さ
くなる。

本実施例では、動作検出器に）をトランジスタとダイオ
ード乙、抵抗によって構成して（Ａるた？ｈ　ｌこ。

単−のシリコン・チップ上に集積回路化が可能となる（
抵抗、トフンジヌタ、ダイオードが乗積化できることは
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
相聞のバラツキがなく、検出に必要な電流も小さくて良
い。

さらに、フチフル構造またはサブストレート構造のＰＮ
Ｐ形トヲンジヌタを検出トランジスタとして使用するな
らは、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１本実施例では、第１の駆動トランジスタ群（５）
（６１（７）の通電時の動作電圧ＶＣＥを第１の所定値
（（δ）式）に制御している。ここで、（５）式の電流
ｔ３゜Ｉａは共に速度検出器−の出力のηに応動して連
動変化している（ｉｏ”０の場合）。従って。

−１ｈ３’　　”　　　）　　ｌ　　　　　　　　　　
　　　　　　・・・　（９ンＲ２６・Ｉａ となるように、抵抗（イ）輪の値Ｒｘｓ　ｅ　Ｒ４３を
選定するならば、第１の所定値はコイルへの供給電流Ｉ
ａに連動変化し、Ｉａか大きくなると大きくなる。

このような動作は、特に、第１の駆動トランジスタの飽
和電圧を考慮すると重要である。これについて第８図を
１照して説明する。トランジスタの飽和電圧は通昂、ｉ
ｉｊ流に比例して大きくなり、逆ｌ、能動領域は狭くな
ってゆくが、第１の所定値を通！＃電流に遅動して大き
くしてゆくならば、第１の駆動トランジスタの通電時の
動作電圧はその通電電流の大小１こかかわらず確実に能
動領域内の小さな亀比値となるように第２の駆動トラン
ジスタ（明（９〕αＱの通驚％Ｊ、汎か制御される（第
２の駆動トランジスタが飽和していない場合）。

さらに、第１の駆動トランジスタの通電時の動作に比か
前記第１の所定値よりかなり小さくなると、動作検出器
（ロ）のトランジスタ■が活性となり。

修正器１８４１の抵抗−に電流１９を供給して、電流１
２を小；ｇ（Ｌ、、ローパスフィルターの出力電圧Ｖ、
を小さクシ、コイルへの電流Ｉａを減少させ、第１の駆
動トランジスタの過度の飽和を防止させている。

これにより、起動・加速段階におけるコイルへの供給電
流のリツ７′／ｌ／（特に、電流路か切換わる時点での
リップル）か著しく小さくなり、音、振動か大幅に軽減
される。また、ローパスフィルターのコンテンサーによ
って電扼１□の脈動を平滑しているために、コイルへの
供給ＮｋＩａのリップルは著しく小さくなる。ここで、
動作検出器（ロ）の出力ｔ　流ｉ　、を修正器１８４１
のトランジスタ（資）のコレクタ側に加えても良い。

なお、　ＲＯ述の実施例では、８相のコイルを星形結線
し１こ例を示したが１本発明はそのような場合に限らす
、一般に、多相のコイルを有するモーフを構成できる。

また、駆動トランジスタはノ（イポーラ形トランジヌク
に限らず、ｔａＷ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、本発明の主旨を艮えずして抽々
の良形が可能である。

以上の説明にて理解されるように１本発明のブラシレス
直流モータでは、第１の駆動トランジスタ群の通電状態
にＪＩるトランジスタの動作電圧を検出し、その電圧か
所定の値（第１の所定値）とな不ように第２の駆動ｌ・
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。

モータコイルへの接続端子数は少なくて良く１部品点数
、製造工数は低減される。

また、第１の駆動トランジスタの動作電圧が前述の所定
値（ｐ１１０所定値）よりもかなり小さくなると、修正
手段によ−って指令信号１２を笈化させ、コイμへの供
給−流を減少させて、トランジスタの過度の飽和をＶＪ
肚し、音、振動を軽減している。

従って、本発明にもとづいて、音！機器または映像機器
用のゾラシレス血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図は第１図の回路の動作を説明するための図、第８図
はトランジスタの動作領域を表わす図である。 （１）・・・マグネット、（５Ｊ（６）（７）・・・第
１の駆動トランジスタ群、（８）　（９）　（ｌ［）・
°・第２の駆動トランジスタ群、０υ・・・位置検出器
、（ロ）・・・電流制御器、（２）・・・第１の選択器
、（ハ）・・・電流検出用の担１抗、０◇・・・動作検
出器、ヴＪ・・・第２の選択器、−・・・速ｉ検出熱、
輸・・・電流変換器、−・・・修正器、（イ）・・・ロ
ーパスフィルタ、（Ｘ）（Ｙ）（２））・・・コイル 代理人　森木義弘 第２図 第３図 動作電圧（も）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、界磁手段を１するロータと、複数相のコイルと、前
   記ロータの位置を検出する位置検出手段と、　ｉｔｔ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じて前記第１の駆動トラン
   ジスタ群のうち活性となるトランジスタを選択する第１
   の選択手段と、前記コイルと第１の駆動トランジスタに
   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、前記第１の駆動トランジスタの通電時の動作電肚
   を検出する動作検出手段と。 Ｉｕ記位置検出手段の出力に応じて前記第２の駆動トラ
   ンジスタ群のうち活性となるトランジスタを選択してそ
   の通電電流を前記動作検出手段の出力に対応した値とな
   す第２の選択手段と。 指令信号発生手段と、前記動作検出手段省出力に応じて
   前記指令信号発生手段の出力を変化させる修正手段と、
   前記修正手段の出力の高周波成分を低減するローパスフ
   ィルタと、前記ローパスフィルタの出力に対応した値を
   前記コイルに供給する電流供給手段とを具備しているブ
   ラシレス直流モータ。