JPS6129237B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、トランジスタを用いたブリツジ形イ
ンバータで駆動されるモータ速度制御回路に関す
るものである。

一般にモータ速度制御回路は、半導体スイツチ
ング素子で構成されるインバータで駆動されるこ
とが多い。半導体素子としてはサイリスタが利用
されるが、比較的小容量のモータの場合は、第１
図に示すようなトランジスタ形インバータを利用
することが可能である。第１図において、１は駆
動電源、２―ａ，２―ｂおよび２―ｃは電機子コ
イル、３―ａ，３―ｂおよび３―ｃはブリツジの
いわゆる上アームに相当するトランジスタ、４―
ａ，４―ｂおよび４―ｃはいわゆる下アームに相
当するトランジスタである。下アームの共通端１
７は各アームを制御する制御回路の基準電位と接
続される共通端であり、多くの場合、接地端子に
相当する。これに対し上アームは、駆動電源１の
正電位側に接続される。また７―ａ，７―ｂおよ
び７―ｃは上アームを駆動するトランジスタ、５
―ａ，５―ｂおよび５−ｃは上アームに、また６
−ａ，６−ｂおよび６―ｃは下アームに逆並列結
合されたダイオードである。このようなブリツジ
構成において、各アームの入力端子１３―ａ，１
３―ｂおよび１３―ｃ，１４―ａ，１４―ｂおよ
び１４―ｃに第２図に示したようなサイクリツク
なインバータの転流信号が印加され、ロータ（図
示せず）が駆動される。

このような形式のモータの速度制御を行なう方
法として種々のものが考えられるが、単に速度制
御だけではなく高効率を達成する方式として、先
にトランジスタを所定の高周波のパルス幅信号で
オン・オフ動作させる方式について出願（特願昭
49―100903）した。すなわち、第２図に示したイ
ンバータの転流信号にこれより十分周波数の高い
パルス幅信号を重畳し、そのオン・オフの比率を
変更してモータに印加される平均電圧を変化する
ことにより、速度制御を行なうものである。

本発明はこのように、トランジスタによるブリ
ツジで構成され、所定の転流状態にあるトランジ
スタをさらに高周波でオン・オフ動作させロータ
の速度制御を行なう形式のモータにおいて、より
高効率な動作条件を与えることを目的とする。

本発明の具体的構成について述べる前に、第１
図に示すインバータ回路を使つて、トランジスタ
を高周波のパルス幅信号でオン・オフした場合の
動作条件について説明する。第３図に示すよう
に、上アームのトランジスタ３―ａおよび下アー
ムのトランジスタ４―ｂが転流信号により通電状
態にあり、破線矢印に示す電流i₀，i₁′，i₁″のルー
プを経て、電機子コイル２―ａおよび２―ｂに電
機子電流が供給されている場合を考える。今高周
波パルス幅信号により、トランジスタ３―ａおよ
びトランジスタ４―ｂが同時にオフとなるように
制御したときは、電機子コイル２―ａおよび２―
ｂのインダクタンスに蓄積されていたエネルギー
によつて、電流ｉ_aは電流i₂′および電流i₂″のルー
プを経て流れ続けようとする。この電流は駆動電
源１に逆向きに流入する形となり、多くの場合電
源に好ましくない影響を与える。これを防止する
ためには、高周波パルス幅信号を上アームまたは
下アームのいずれか一方のみに印加すればよい。
すなわち、トランジスタ３―ａのみがオフとなる
場合は電流ｉ_aは電流i₁″および電流i₂′の閉じたル
ープで流れ、トランジスタ４―ｂのみがオフとな
る場合は電流ｉ_aは電流i₂″および電流i₁′の閉じた
ループで継続し、駆動電源１に悪影響は与えな
い。また、上アームまたは下アームのいずれか一
方のみに高周波パルス幅信号を印加する方式で
は、高周波で動作可能なトランジスタを全体の半
数に出来る点でも有利である。その意味では高周
波パルス幅信号に関して上アームおよび下アーム
の動作条件は等価であると言える。

しかし、実際に高効率な制御を行なうことを目
的とする場合は、上アームに高周波パルスを印加
する方式と下アームに高周波パルスを印加する方
式は対等ではない。本発明はこの点に着目したも
のである。すなわち、本発明の基本原理は、イン
バータの制御回路との共通端に接続されていない
上アームのみに高周波パルス幅信号を印加するこ
とを基本原理とするものである。このようにする
ことによつて、具体的に以下の利点が得られる。

(1) 高周波動作にもとずくトランジスタの内部損
失を減少することが可能である。

(2) 一般に回路上の処理がわずらわしい上アーム
のトランジスタの制御が比較的容易になる。

(3) 過電流時の電流遮断などが、前記の高周波動
作とは独立に、制御しやすい下アームのトラン
ジスタで可能となる。

これらの本発明の利点のうち、とくに(1)および
(2)について、第４図および第５図により以下に詳
細に説明する。

まず第４図は、下アームの各トランジスタ４―
ａ，４―ｂおよび４―ｃの各ベース側に、それぞ
れ抵抗９―ａ，９―ｂおよび９―ｃとバイアス電
源１０によつて負バイアスを加えた回路を示す。
一般にオンオフトランジスタのカツトオフを完全
にするために、ベースを常時負バイアスとするこ
と自体は周知である。しかし本発明の用途の場合
は、トランジスタのカツトオフ特性よりも、むし
ろカツトオフ時のトランジスタの接合容量を減少
させる上で、この負バイアスの付加がきわめて重
要な意味を持つ。その理由を以下に説明する。す
でに第３図に示した状態をさらに簡単化したのが
第５図である。つまり、下アームのトランジスタ
４―ｂはオンのままであるからこれを短絡して示
し、また上アームのトランジスタ３―ａは単なる
スイツチ１５―ａで示してある。また、下アーム
のトランジスタ４―ａは、近似的にトランジスタ
１２―ａとトランジスタ接合容量１１―ａに置き
かえて示してある。

今、スイツチ１５―ａがオフのときは、実線で
示した電流ｉ_aが流れており、トランジスタ１２
―ａのエミツタコレクタ間電位はほぼ零の状態で
あり、トランジスタ接合容量１１―ａには電荷は
ない。次にスイツチ１５―ａが閉じた瞬間、この
トランジスタ接合容量１１―ａを駆動電源１の電
圧まで充電するための電流ｉ_cが図のように急激
に流れる。このトランジスタ接合容量１１―ａを
通して、トランジスタ１２―ａのベースに瞬時電
流が流入し、トランジスタ１２―ａの電流増巾率
だけ増巾されたコレクタ電流ｉ_c′が流れる。ｉ
_c′の流れる区間は一般に短いが、電流ｉ_c′の大き
さはスイツチ１５―ａとトランジスタ１２―ａで
電流短絡された大きな値となるため、スイツチ１
５―ａとトランジスタ１２―ａでの瞬時消費電力
は非常に大きくなる。前記電流ｉ_c′は、駆動電源
１自体に悪影響を与えるのみならず、スイツチ１
５―ａ、すなわちトランジスタ３―ａには、コレ
クタ電流ｉ_c′値にトランジスタ３―ａの内部電位
降下を乗じた大きな損失を発生する。一般にパワ
ートランジスタの容量はかなり大きく、高周波数
で繰返し発生するこの損失にともなうモータ全体
の効率低下ならびにトランジスタ自体の温度上昇
は無視しえない。この損失を除去するためには、
第４図に示したバイアス電源１０が大きな効果を
与える。すなわち、トランジスタ１２―ａのベー
スを負バイアスとすることにより、トランジスタ
接合容量１１―ａを通して流れる電流ｉ_cは、ト
ランジスタ１２―ａのベースに流れず、バイアス
電源１０の方に吸収されるため、トランジスタ１
２―ａは導通せず、前述したコレクタ電流ｉ_c′は
流れない。下アームのトランジスタの負バイアス
に関しては、下アームのトランジスタ全体のエミ
ツタが共通でかつ制御回路とも共通になつている
ため、１つのバイアス電源で下アームの３つのト
ランジスタを共通に負バイアスにすることができ
る。

もし、高周波断続動作を下アームのトランジス
タで行なう方式の場合は、逆に上アームのトラン
ジスタを負バイアス状態にするための処置が必要
である。しかし上アームのトランジスタのエミツ
タ電位が他のアームのトランジスタのオン・オフ
によつて変動することから、上アームの３つのト
ランジスタ各々について３つの負バイアス電源を
設けねばならず、これを実行することは極めて困
難であり、その意味で上アームを高周波で動作さ
せる方式は大きな意味を持つ。

次に、上記上アームのトランジスタを、NPN
トランジスタのみで構成する場合の例を第６図に
より説明する。

第６図は上アームのトランジスタ３―ａ乃至３
―ｃをパルストランスなどの変成器１６―ａ乃至
１６―ｂで駆動する例を示す。第１図に示した回
路では上アームのトランジスタをPNPトランジス
タとNPNトランジスタの組合わせで行なつてい
る。これはたとえばNPNのダーリントン回路を
行なうと、高電位のバイアス電源を要するなど回
路処理上のわずらわしい問題を避けるためであ
る。しかし一般のシリコンパワートランジスタで
はPNPのものは高価であり、できるだけNPNの
ものを利用すべきである。第６図は安価な変成器
を利用することによつてこれを可能としている。
すなわち、上アームトランジスタが常時高周波信
号で動作するという前提でこれが可能となる。一
般に、パワートランジスタではターンオフ時間が
大きく、高周波信号のオン／オフのパルス幅比を
ある程度以上にすると、出力はほぼ直流的にな
る。言い換えれば、常時高周波信号によつて駆動
されるという設計条件が可能であり、変成器のよ
うに直流信号を通過しえない素子の利用が可能と
なる。このような点も上アームのトランジスタに
高周波を印加する場合にのみ得られる利点であ
る。

以上に述べたように、本発明によれば、高効率
でかつ安定性の高いモータ速度制御が可能であ
り、工業的に効果が高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の対象であるブラシレスモータ
制御回路の構成例、第２図、第３図および第５図
はその動作を示す図、第４図および第６図は本発
明による実施例を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 中性点非接地Ｙ結線された電機子巻線と、３
   個のトランジスタを駆動電源の正電位側に接続さ
   れてなる上アームおよび３個のトランジスタを負
   電位側に接続されてなる下アームからなるインバ
   ータと、前記６個のトランジスタのオンオフを制
   御するトランジスタの制御回路とを備え、前記負
   電位側がトランジスタの制御回路の設地端子に接
   続される共通端であるモータ速度制御回路におい
   て、前記共通端に接続された一つのバイアス電源
   を備え、前記トランジスタの制御回路が、前記イ
   ンバータの上アームの転流信号を前記インバータ
   の下アームの転流信号の周波数よりも高い周波数
   のパルス幅信号でオン・オフ制御することを特徴
   とするモータ速度制御回路。