JP2645604B2 - Drive circuit for brushless motor - Google Patents
Drive circuit for brushless motorInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、ブラシレスモータの駆動回路に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a drive circuit for a brushless motor.
[発明の概要] 本発明は、回転子の位置を検出する検出器とこの検出
器の出力信号を処理する信号処理回路と、この出力を得
て電機子コイルに電流を流すためのスイッチング回路と
を備えたブラシレスモータの駆動回路において、その信
号処理回路の一部には不感帯特性を持たせるとともに、
上記の検出器の出力信号がその不感帯部の範囲内に一定
時間以上ある場合にその駆動回路への電源の供給を遮断
することにより駆動回路の異常発振を防止し、さらに場
合によってはモータまたは駆動回路の焼損、破壊を防止
し、信頼度の高いブラシレスモータを提供することを目
的としたものである。[Summary of the Invention] The present invention provides a detector for detecting the position of a rotor, a signal processing circuit for processing an output signal of the detector, a switching circuit for obtaining the output and flowing a current to an armature coil. In the drive circuit of the brushless motor equipped with, a part of the signal processing circuit has a dead zone characteristic,
When the output signal of the above detector is within a range of the dead zone for a certain period of time or more, the power supply to the drive circuit is cut off to prevent abnormal oscillation of the drive circuit, and in some cases, the motor or the drive An object of the present invention is to provide a highly reliable brushless motor that prevents circuit burnout and destruction.
そして、特に位置検出器が一個の2相ブラシレスモー
タの場合には、この不感帯部の大きさは検出器の配設位
置を中心にして、回転子の無励磁トルクによる停止位置
までの角度幅の2倍よりも小さい角度で検出器の配設位
置の両側に設定することにより、その目的を達成する事
ができるものである。In particular, when the position detector is a single two-phase brushless motor, the size of the dead zone is defined by the angular width from the position of the detector to the stop position due to the non-excitation torque of the rotor. By setting the detector at an angle smaller than twice on both sides of the arrangement position of the detector, the object can be achieved.
[従来の技術] まず従来からの課題として、ブラシレスモータの不起
動点つまり死点の問題と、磁極切り換え時の駆動回路の
発振の問題があり、それについて説明する。[Prior Art] First, there are conventional problems of a non-starting point, that is, a dead point of a brushless motor, and a problem of oscillation of a drive circuit when switching magnetic poles, which will be described.
回転子の位置検出器が1個のブラシレスモータの原理
は第11図(a)〜(e)のごとくであり、説明を加える
と、第11図(a)は2相ユニポーラ式モータの駆動回路
を示しており、例えばホール素子、磁気抵抗素子等によ
る位置検出器3の出力信号は差動増幅器Q1に入力され、
Q1の出力はコンパレータや増幅器で構成される7を経て
電源とモータコイルL1とに直列に接続されるバイポーラ
トランジスタやFET等によるスイッチング素子S1へ入力
されるとともに反転増幅器G1によって位相を反転されて
電源とモータコイルL12とに直列に接続されるスイッチ
ング素子S2へ入力される。The principle of a brushless motor having a single rotor position detector is as shown in FIGS. 11 (a) to 11 (e). In addition, FIG. 11 (a) shows a drive circuit of a two-phase unipolar motor. The output signal of the position detector 3 using, for example, a Hall element, a magnetoresistive element, or the like is input to the differential amplifier Q1,
The output of Q1 is input to a switching element S1 such as a bipolar transistor or FET connected in series with a power supply and a motor coil L1 via a power supply and a motor coil L1 through a comparator and an amplifier 7, and the power is inverted by an inverting amplifier G1. And the switching element S2 connected in series with the motor coil L12.
第11図(b)〜(d)の断面図はブラシレスモータの
断面概要と動作原理を示している。まず始めに第11図
(b)のように永久磁石回転子1が位置している場合、
位置検出器3はN極を検知し固定子鉄芯5に巻かれたコ
イルL2に電流を流して固定込鉄芯をS極に励磁し矢示a
のようにCCW方向に回転子1を回転させる。The cross-sectional views of FIGS. 11 (b) to (d) show the cross-sectional outline and operation principle of the brushless motor. First, when the permanent magnet rotor 1 is positioned as shown in FIG.
The position detector 3 detects the N-pole, applies a current to the coil L2 wound on the stator core 5, excites the fixed core to the S-pole, and indicates an arrow a.
The rotor 1 is rotated in the CCW direction as shown in FIG.
次に永久磁石回転子1が回転して第11図(c)の位置
にくると、位置検出器3は無磁界となるために第11図
(a)の差動増幅器Q1の出力は零になり、コイルL1及び
コイルL2に電流は流れず、回転子1には回転トルクが発
生しなくなるが慣性によってCCW方向へ回り続ける。Next, when the permanent magnet rotor 1 rotates to the position shown in FIG. 11 (c), the output of the differential amplifier Q1 in FIG. Thus, no current flows through the coil L1 and the coil L2, and no rotational torque is generated in the rotor 1, but the rotor 1 continues to rotate in the CCW direction due to inertia.
さらに永久磁石回転子1が回転して第11図(d)の位
置にくると、位置検出器3はS極を検知し固定子鉄芯5
に巻かれたコイルL1に電流を流して固定子鉄芯をS極に
励磁しCCW方向に回転子1をなおも回転させる。When the permanent magnet rotor 1 further rotates and comes to the position shown in FIG. 11D, the position detector 3 detects the S pole and detects the stator core 5
A current is caused to flow through the coil L1 wound around the coil to excite the stator iron core to the S pole, and the rotor 1 is still rotated in the CCW direction.
以上のようにして永久磁石回転子1は連続回転する
が、この時に発生する回転トルクは、横軸を回転角度、
縦軸を回転トルクにして示すと第11図(e)に示す特性
図のようになり、発生トルクが零となる死点6が生ず
る。これは先の説明による第11図(c)の位置に回転子
がある場合に対応している。この死点の位置に回転子が
ある場合、モータは起動することができず、又、回転子
に対する負荷が大きい場合、何等かの原因によってこの
死点の位置で回転子が停止させられるとそのまま回転が
停止してしまうというような問題があった。又、この位
置を回転子が通過する前後の磁極の切り換わり点におい
て駆動回路が発振してしまうというような問題があっ
た。As described above, the permanent magnet rotor 1 rotates continuously, and the rotating torque generated at this time depends on the horizontal axis representing the rotation angle,
If the vertical axis is represented by the rotational torque, the characteristic becomes as shown in FIG. 11 (e), and a dead center 6 where the generated torque becomes zero occurs. This corresponds to the case where the rotor is at the position shown in FIG. If the rotor is located at this dead center, the motor cannot start, and if the load on the rotor is large, if the rotor is stopped at this dead center for any reason, There was a problem that rotation stopped. Further, there is a problem that the drive circuit oscillates at the switching point of the magnetic pole before and after the rotor passes through this position.
そこで、このような問題を改良して従来から実施され
ているブラシレスモータの方式に第12図(a)〜(c)
があるのでこれについて説明する。第12図(a)は位置
検出器3を一個設けた外転形(アウターロータ形)ブラ
シレスモータの断面図で、ラジアル(半径)方向に4極
に着磁されたリング状の永久磁石回転子1、4の突極を
有する固定子鉄芯5、固定子鉄芯5に巻かれて直列に接
続されたコイル4からなっている。固定子鉄芯5の突極
形状は回転軸に対して同心的ではなく、永久磁石回転子
1との空隙長(エアーギャップ)は場所によって変化し
ていることが重要であり、これについては、後で説明す
る。尚、2は磁性体でできた回転子ヨークである。To solve such a problem, a brushless motor system which has been conventionally implemented is shown in FIGS. 12 (a) to 12 (c).
This will be described. FIG. 12 (a) is a cross-sectional view of an external rotation type (outer rotor type) brushless motor provided with one position detector 3, and is a ring-shaped permanent magnet rotor magnetized to four poles in a radial (radial) direction. It comprises a stator iron core 5 having 1, 4 salient poles, and a coil 4 wound around the stator iron core 5 and connected in series. It is important that the salient pole shape of the stator iron core 5 is not concentric with the rotation axis, and that the air gap length (air gap) with the permanent magnet rotor 1 varies depending on the location. I will explain later. Reference numeral 2 denotes a rotor yoke made of a magnetic material.
駆動回路はコイルの接続方法によって先に説明した第
11図(a)と同様か、又は、第12図(b)に示すような
2相バイポーラ方式のどちらでもよいし、2相バイポー
ラ方式では第11図(a)のスイッチング素子S1(以下NP
Nトランジスタと仮定する)と電極との間にPNPスイッチ
ングトランジスタS3、NPNスイッチングトランジスタS2
と電源との間にPNPスイッチングトランジスタS4が直列
に接続され、S3のベースからは抵抗を通じてS2のコレク
タへ、S4のベースからは抵抗を通じてS1のコレクタへ接
続され、4個のコイルはすべてが直列接続されてS1のコ
レクタとS2のコレクタ間に接続されている。The drive circuit is the same as the one described earlier depending on the coil connection method.
The switching element S1 (hereinafter referred to as NP) in FIG. 11A may be the same as that shown in FIG. 11A, or may be a two-phase bipolar type as shown in FIG. 12B.
NPN switching transistor S3, NPN switching transistor S2 between the electrodes)
The PNP switching transistor S4 is connected in series between the power supply and the power supply.The base of S3 is connected to the collector of S2 through a resistor, the base of S4 is connected to the collector of S1 through a resistor, and all four coils are connected in series. It is connected and connected between the collector of S1 and the collector of S2.
この場合にコイルLに電流を流すことによって発生す
るトルクの形、すなわち、励磁トルクの形は第11図
(e)の類似形となり、第12図(c)で示す特性図の
(A)のように死点が1回転中に4箇所ある。ところ
が、コイルに電流を流さない場合に永久磁石回転子1と
固定子鉄芯5の間に生ずるトルク、すなわち、無励磁ト
ルク(レラクタンストルク、又は、コギングトルクとも
呼ばれる)は固定子鉄芯5の突極の形状により変化させ
ることができ、例えば第12図(a)のように永久磁石回
転子1との空隙長を場所によって変化させることにより
第12図(c)の(B)のような形にすることができる。
従って、励磁トルク(A)と無励磁トルク(B)の合成
トルクは(A+B)のようになり死点を無くすことがで
きる。In this case, the form of the torque generated by applying a current to the coil L, that is, the form of the excitation torque is similar to that of FIG. 11 (e), and is similar to that of FIG. 12 (c). There are four dead points during one rotation. However, the torque generated between the permanent magnet rotor 1 and the stator core 5 when no current flows through the coil, that is, the non-excitation torque (also referred to as reluctance torque or cogging torque) is used for the stator core 5. For example, as shown in FIG. 12 (a), by changing the gap length with the permanent magnet rotor 1 depending on the location as shown in FIG. 12 (a), as shown in FIG. Can be in any shape.
Therefore, the combined torque of the excitation torque (A) and the non-excitation torque (B) becomes as (A + B), and the dead center can be eliminated.
尚、駆動回路第11図(a)及び第12図(b)におい
て、コンパレータQ1や増幅器で構成される7、インバー
タG1をひとまとめにした集積回路8や、更にスイッチン
グ素子S1、S2までを内蔵した集積回路が汎用として市販
されており、これを使用することは経済的に有効であ
る。又、この集積回路の中には、モータ拘束時の保護回
路動作、モータ拘束時のセンサー信号出力等の機能を集
積したものもある。It should be noted that the drive circuit shown in FIGS. 11 (a) and 12 (b) has a built-in integrated circuit 8 including a comparator Q1 and an amplifier 7, an inverter G1 and switching elements S1 and S2. Integrated circuits are commercially available for general use, and their use is economically effective. Some of the integrated circuits have integrated functions such as protection circuit operation when the motor is locked and sensor signal output when the motor is locked.
[発明が解決しようとする課題] しかし、この従来の方法第12図(a)〜(c)では固
定子鉄芯5の突極と永久磁石回転子1との空隙長を変化
させているために、一定空隙長のモータに比べてどうし
ても効率が犠牲になる。又、固定子鉄芯5の突極部分の
形成によって第12図(c)の無励磁トルク(B)の刑が
様々に変化することから、その形状の決定には多くの設
計時間と多くの評価時間を必要としなければならないと
いう問題を有していた。又、第12図(a)の固定子鉄芯
5では回転角に対して非対称の形状となるために、回転
子の回転方向は一方向に限定されてしまう。また逆方向
に回転させる場合、励磁トルク(A)の形は変化しない
が無励磁トルク(B)Nの形が基準角度に対して線対称
になるために合成トルク(A+B)の形は変化してしま
う。従って逆方向に回転させようとする場合には固定子
鉄芯5を裏返しにする必要がある、などいずれの場合も
問題を有していた。[Problems to be Solved by the Invention] However, in the conventional method shown in FIGS. 12 (a) to 12 (c), the gap length between the salient poles of the stator core 5 and the permanent magnet rotor 1 is changed. In addition, efficiency is inevitably sacrificed as compared with a motor having a constant gap length. Also, since the formation of the salient pole portion of the stator core 5 changes the non-excitation torque (B) in FIG. 12 (c) in various ways, it takes a lot of design time and a lot of time to determine its shape. There was a problem that evaluation time had to be required. Further, since the stator core 5 shown in FIG. 12A has an asymmetric shape with respect to the rotation angle, the rotation direction of the rotor is limited to one direction. When the motor is rotated in the opposite direction, the form of the excitation torque (A) does not change, but the form of the non-excitation torque (B) N becomes linearly symmetric with respect to the reference angle, so that the form of the combined torque (A + B) changes. Would. Therefore, there is a problem in any case, such as when the stator is to be rotated in the opposite direction, the stator iron core 5 needs to be turned upside down.
又、第12図(b)の回路の場合にも第11図(a)の回
路と同様に磁極の切り換わり点において駆動回路に発振
が生じるという問題は残っていた、つまり第12図(c)
における励磁トルク(A)が零の点の付近で発振を生じ
ることである。Also, in the case of the circuit of FIG. 12 (b), there remains a problem that the drive circuit oscillates at the switching point of the magnetic poles as in the circuit of FIG. 11 (a). )
Oscillation occurs near the point where the excitation torque (A) at zero is zero.
そして、この発振は特に市販の集積回路8を使用する
場合、それがモータ拘束時の保護回路動作やモータ拘束
時のセンサー信号出力等、その機能が多機能で複雑なも
のであるほど、その機能を動作不能にしてしまうという
ような矛盾した問題があった。更に、2相バイポーラ方
式の第12図(b)の駆動回路の場合には、この発振時に
クロスカレントコンダクションと呼ばれる短絡現象が発
生して過大電流が流れ、場合によっては駆動回路の焼
損、破壊に至るという重大な問題を有していた。In particular, when a commercially available integrated circuit 8 is used, the more the function is multi-functional and complicated, such as the operation of the protection circuit when the motor is locked or the output of a sensor signal when the motor is locked, the more the oscillation becomes. Had inconsistent problems, such as rendering the inoperable. Further, in the case of the two-phase bipolar type driving circuit shown in FIG. 12 (b), a short-circuit phenomenon called cross-current conduction occurs during this oscillation and an excessive current flows, and in some cases, the driving circuit is burned or broken. Had the serious problem of
[課題を解決するための手段] 本発明は上記ブラシレスモータの効率が悪いこと、固
定子鉄芯の突極部分の形状決定に多くの時間と労力を有
すること、モータの逆回転が容易でないこと等の欠点を
除去するとともに、回転子の磁極切り換わり点における
駆動回路の発振を無くし、設計が容易で効率が良く、異
常発振等の生じない信頼度の高いブラシレスモータを得
るための駆動回路を提供する事を目的としたものであ
る。[Means for Solving the Problems] The present invention is that the efficiency of the above-mentioned brushless motor is low, that much time and effort is required for determining the shape of the salient pole portion of the stator core, and that the reverse rotation of the motor is not easy. In addition to eliminating the drawbacks such as the above, the drive circuit for eliminating the oscillation of the drive circuit at the magnetic pole switching point of the rotor and obtaining a highly reliable brushless motor that is easy to design, efficient and does not cause abnormal oscillation etc. It is intended to provide.
このため本発明では、回転子の位置検出器の信号処理
回路の一部に不感帯特性を持たせるとともに、位置検出
器の出力信号がその不感帯部の範囲内に一定時間以上あ
る場合には駆動回路への電源の供給を遮断するようにし
たものである。For this reason, according to the present invention, a part of the signal processing circuit of the rotor position detector is provided with a dead band characteristic, and when the output signal of the position detector is within a range of the dead band for a predetermined time or more, the drive circuit is provided. The power supply to the power supply is cut off.
そして、特に位置検出器が一個の2相ブラシレスモー
タの場合には、この不感帯部の大きさは検出器の配設位
置を中心にして、回転子の無励磁トルクによる停止位置
までの角度幅の2倍よりも小さい角度で検出器の配設位
置の両側に渡って設定するようにしたものである。In particular, when the position detector is a single two-phase brushless motor, the size of the dead zone is defined by the angular width from the position of the detector to the stop position due to the non-excitation torque of the rotor. The angle is set to be smaller than twice at both sides of the position where the detector is provided.
以下に、この発明の原理を説明する。 Hereinafter, the principle of the present invention will be described.
[作用] 第1図〜第5図により本発明の作用について説明す
る。第1図は本発明のブラシレスモータを輪切にした断
面図で、その構造は従来例で示した第12図(a)と同様
で4突起、4コイルとして共通にして説明する。しか
し、本発明の回路を適用するモータにおいて図示のよう
に固定子鉄芯5の突極部分の先端形状は回転軸に対して
同芯的であり、永久磁石回転子1との空隙長は場所にか
かわらず一定となっている。従って回転子鉄芯は機械角
90度で対称形状となる。この場合、無励磁トルクの形状
も機械角90度で対称となり、永久磁石回転子1は磁極の
切り換わり点が隣接する固定子鉄芯の突極間空隙の中央
部分に位置して停止する。この位置関係を拡大して展開
図で示すと第2図(b)のdの位置と同じである。[Operation] The operation of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view of a brushless motor of the present invention cut into a circle, and its structure is the same as that of FIG. However, in the motor to which the circuit of the present invention is applied, the tip shape of the salient pole portion of the stator iron core 5 is concentric with the rotation axis as shown in the figure, and the gap length with the permanent magnet rotor 1 is small. Is constant regardless of Therefore the rotor core is mechanical angle
It becomes symmetrical at 90 degrees. In this case, the shape of the non-excitation torque is also symmetrical at a mechanical angle of 90 degrees, and the permanent magnet rotor 1 stops at the switching point of the magnetic pole located at the center of the gap between the salient poles of the adjacent stator core. When this positional relationship is enlarged and shown in a developed view, it is the same as the position of d in FIG. 2 (b).
回転子1の位置検出器3として例えばホール素子があ
り、この設定位置は第2図(b)のb位置、すなわち隣
接する固定子鉄芯の突極間空隙の中央武分dの位置より
も回転方向に角度θ1だけ手前(進み位相)とする。こ
れが遅れ位相でも原理的には本発明の効果は変わるもの
ではない。For example, a Hall element is used as the position detector 3 of the rotor 1, and this set position is set to be lower than the position b in FIG. 2B, that is, the position of the central arm d of the gap between the salient poles of the adjacent stator cores. The rotation direction is set to the front (leading phase) by the angle θ1. Even if this is a lag phase, the effect of the present invention does not change in principle.
一方、モータの永久磁石回転子1は一般に正弦波状に
着磁され、横軸に回転角度、縦軸に検出位置での磁束密
度に対する出力電圧Vsを取ると第2図(c)のような磁
気特性の曲線図となっている。On the other hand, the permanent magnet rotor 1 of the motor is generally magnetized in a sine wave shape, and the horizontal axis represents the rotation angle, and the vertical axis represents the output voltage Vs with respect to the magnetic flux density at the detection position, as shown in FIG. This is a characteristic curve diagram.
次に第3図の回路図で2相ユニポーラ方式の駆動回路
について、従来の駆動回路第11図(a)との相違を中心
に説明する。第3図の回路において位相検出器3の出力
は差動増幅器Q2へ入力され、Q2の出力はウインドコンパ
レータで構成された信号処理回路Q3、Q4からS3に入力さ
れる。Next, a description will be given of a two-phase unipolar drive circuit with reference to the circuit diagram of FIG. 3, focusing on differences from the conventional drive circuit of FIG. 11 (a). In the circuit shown in FIG. 3, the output of the phase detector 3 is input to a differential amplifier Q2, and the output of Q2 is input to signal processing circuits Q3, Q4, which are composed of window comparators, to S3.
このQ3、Q4は不感帯特性を有し、上限基準電圧Vu、下
限基準電圧Vlによってその入出力特性は第4図のように
処理される。すなわち、同図(a)の信号処理回路によ
り、同図(b)に示すようなQ3、Q4の動作となり、入・
出力の関係が得られる。したがって入力電圧Vsは同図
(c)に示すように上・下の基準電圧VuとVlによって立
上がりと立下がりが決められ、その出力Voの機能する駆
動信号の幅は規定される。このVu、Vlを先の角度θ1の
2倍より小さな適当な値θ2に設定する。この関係を位
置検出器の出力電圧に換算すると第2図(c)の位置
a、b、c、dのようになる。但し、θ2は位置検出器
3の設定位置bを中心にして両側になるべく均等に配置
するのが望ましい。The Q3, Q4 has a dead band characteristics, the upper limit reference voltage Vu, the input-output characteristic by the lower limit reference voltage V l is processed as Figure 4. That is, the operation of Q3 and Q4 as shown in FIG.
The output relationship is obtained. Therefore the input voltage Vs is rising and falling by the reference voltage Vu and V l of the upper and lower as shown in FIG. 3 (c) are determined, the width of the drive signal function of the output Vo is defined. The Vu, sets the V l small appropriate value θ2 than twice the previous angle .theta.1. When this relationship is converted into the output voltage of the position detector, the results are as shown at positions a, b, c, and d in FIG. 2 (c). However, it is desirable that θ2 be arranged as equally as possible on both sides with the set position b of the position detector 3 as the center.
次に、第3図の回路のS3の出力Voは抵抗R1とコンデン
サC1で構成される積分回路を通った後、コンパレータQ5
の+入力端子により接続される。Q5の−入力端子には抵
抗により分割された基準電圧Vrが入力される。Q5の出力
はNPNスイッチングトランジスタS4のベースに入力されS
4のコレクタは電源の+側に直列に入った制御用NPNトラ
ンジスタS5の、ベースに接続される。S4のコレクタと電
源+Vccには抵抗R2が接続される。Next, the output Vo of S3 in the circuit of FIG. 3 passes through an integrating circuit composed of a resistor R1 and a capacitor C1, and then passes through the comparator Q5.
Are connected by the + input terminal. A reference voltage Vr divided by a resistor is input to a negative input terminal of Q5. The output of Q5 is input to the base of NPN switching transistor S4 and
The collector of 4 is connected to the base of the control NPN transistor S5 that is connected in series with the + side of the power supply. A resistor R2 is connected between the collector of S4 and the power supply + Vcc.
以上の様な回路によって第1図のモータを駆動した場
合の動作は第5図(a)〜(c)のようになる。横軸は
回転角、縦軸は各部の電圧で、その測定点は第3図の回
路の中の記号と共通である。第5図(a)はモータ回転
時、第5図(b)は回転子がなんらかの原因で前述の角
度θ2の範囲以外に拘束された時、又第5図(c)は回
転子がなんらかの原因で角度θ2の範囲以内に拘束され
た時の各部の波形を示している。第5図(a)と(b)
では従来の駆動方法と同じ動作になるが、第5図(c)
のように、回転子が前述の角度θ2の範囲以内に拘束さ
れた場合、コンデンサC1の充電電圧が上昇し、基準電圧
Vrを越えるとS4がONとなり、S5がOFFして電源電圧+Vcc
の供給を遮断する。The operation when the motor of FIG. 1 is driven by the circuit as described above is as shown in FIGS. 5 (a) to 5 (c). The horizontal axis is the rotation angle, and the vertical axis is the voltage of each part. The measurement points are common to the symbols in the circuit of FIG. FIG. 5 (a) shows when the motor is rotating, FIG. 5 (b) shows when the rotor is constrained outside the range of the angle θ2 for some reason, and FIG. 5 (c) shows when the rotor is for some reason Shows waveforms of the respective parts when the position is restricted within the range of the angle θ2. FIG. 5 (a) and (b)
In this case, the operation is the same as that of the conventional driving method, but FIG.
When the rotor is constrained within the range of the angle θ2 as described above, the charging voltage of the capacitor C1 increases and the reference voltage
When it exceeds Vr, S4 turns on, S5 turns off and the power supply voltage + Vcc
Cut off supply.
[実施例] 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第
1図は4突極4コイルの有鉄芯5を固定子としたアウタ
ーロータタイプのブラシレスモータの断面図である。固
定子鉄芯5の突極部分の先端形状は回転軸に対して同心
的であり、永久磁石回転子1との空隙長は場所にかかわ
らず一定で良い。[Example] Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of an outer rotor type brushless motor in which an iron core 5 having four salient poles and four coils is used as a stator. The tip shape of the salient pole portion of the stator core 5 is concentric with the rotation axis, and the gap length with the permanent magnet rotor 1 may be constant regardless of the location.
半径方向に4極に着磁されたリング状の永久磁石回転
子1の位置を検出する1個の位置検出器3は、回転子の
無励磁トルクによる停止位置、すなわち固定子鉄芯突極
間空隙の中央部分第2図(b)のdよりも回転方向に角
度θ1だけ手前(進み位相)に配設する。One position detector 3 for detecting the position of the ring-shaped permanent magnet rotor 1 magnetized to four poles in the radial direction is a stop position due to the non-excitation torque of the rotor, that is, between the stator core salient poles. The center portion of the air gap is disposed at an angle θ1 in the rotation direction (advance phase) with respect to d in FIG. 2 (b).
第3図は2相ユニポーラ方式の駆動回路を示し、位置
検出器3の出力信号は、第4図の入出力特性のごとく不
感帯を有するQ3、Q4、S3に加えられ、信号処理される。
第2図(c)の不感帯部θ2は、Vl、Vuによって任意に
設定出来るので、位置検出器3の設定位置bを中心にし
て両側になるべく均等に、先の角度θ1の2倍より小さ
な適当な値θ2に設定する。トランジスタS3の出力Voは
抵抗R1とコンデンサC1で構成される積分回路を通った
後、コンパレータQ5の+入力端子に接続される。Q5の−
入力端子には抵抗により分割された基準電圧Vrが入力さ
れる。Q5の出力はNPNスイッチングトランジスタS4のベ
ースに入力されS4のコレクタは電源の+側に直列に入っ
た制御用NPNトランジスタS5のベースに接続される。S4
のコレクタと電源+Vccには抵抗R2が接続される。FIG. 3 shows a two-phase unipolar driving circuit. The output signal of the position detector 3 is applied to Q3, Q4 and S3 having a dead zone as shown in the input / output characteristics of FIG.
Dead zone portion θ2 of FIG. 2 (c) is, V l, it can be set arbitrarily by Vu, as much as possible evenly on both sides around the setting position b of the position detector 3, smaller than twice the previous angle θ1 Set to an appropriate value θ2. The output Vo of the transistor S3 passes through an integrating circuit composed of the resistor R1 and the capacitor C1, and is then connected to the + input terminal of the comparator Q5. Q5−
A reference voltage Vr divided by a resistor is input to the input terminal. The output of Q5 is input to the base of an NPN switching transistor S4, and the collector of S4 is connected to the base of a control NPN transistor S5 in series with the + side of the power supply. S4
The resistor R2 is connected to the collector of the power supply and the power supply + Vcc.
第7図は2相バイポーラ方式の駆動回路に対し本発明
を適用した例を示したもので、差動増幅器Q2以降の構成
と動作は第3図と同様である。FIG. 7 shows an example in which the present invention is applied to a two-phase bipolar drive circuit. The configuration and operation after the differential amplifier Q2 are the same as those in FIG.
第8図は本発明を適用した別の実施例で、2極2コイ
ルの有鉄芯ブラシレスモータの断面概略図であり、その
駆動回路は第7図と共通である。FIG. 8 is a schematic sectional view of another embodiment to which the present invention is applied, which is a cross-sectional view of a two-pole, two-coil iron-core brushless motor, and its driving circuit is common to FIG.
第9図と第10図は4極2コイルの偏平型無鉄芯ブラシ
レスモータの永久磁石回転子と固定子を平面図で示した
例で、駆動回路は第7図と共通である。FIGS. 9 and 10 are plan views showing a permanent magnet rotor and a stator of a flat type ironless brushless motor having four poles and two coils, and the drive circuit is the same as that of FIG.
尚、従来のブラシレスモータ第12図(a)に本発明の
駆動回路第3図又は第7図だけを適用することももちろ
ん可能であるが、その場合には、回転子の無励磁トルク
による停止位置が変化し、第2図のdが第6図のdの位
置になることに注意すれば同様の動作が得られる。It is of course possible to apply only the drive circuit of FIG. 3 or FIG. 7 of the present invention to the conventional brushless motor of FIG. 12 (a), but in that case, the rotor is stopped by the non-excitation torque of the rotor. A similar operation can be obtained by noting that the position changes and d in FIG. 2 becomes the position d in FIG.
又、3個の位置検出器を持つ3相ブラシレスモータ、
2個の位置検出器を持つ4相ブラシレスモータの駆動回
路についても、差動増幅器Q2以降の回路を付加すること
によって同一の動作が可能である。Also, a three-phase brushless motor with three position detectors,
The same operation can be performed for a drive circuit of a four-phase brushless motor having two position detectors by adding a circuit after the differential amplifier Q2.
[発明の効果] 以上、本発明は回転子の位置を検出する検出器とこの
検出器の出力信号を処理する信号処理回路と、そこから
得た信号により電機子コイルに電流を流すためのスイッ
チング回路とを備えたブラシレスモータの駆動回路にお
いて、前記信号処理回路の一部には不感帯特性を持た
せ、前記検出器の出力信号がその不感帯部の範囲内に一
定時間以上ある場合にはその駆動回路への電源の供給を
遮断することにした。[Effects of the Invention] As described above, the present invention provides a detector for detecting the position of a rotor, a signal processing circuit for processing an output signal of the detector, and switching for flowing a current to an armature coil based on a signal obtained therefrom. And a drive circuit for a brushless motor having a circuit, wherein a part of the signal processing circuit has a dead zone characteristic, and when the output signal of the detector is within a range of the dead zone for a predetermined time or more, the drive is performed. The power supply to the circuit was cut off.
又、ブラシレスモータの死点の問題を保護回路の動作
で回避することにより、固定子鉄芯の突極部形状は対
称、一定空隙長での設計が可能となるため従来のような
複雑形状設計が不要となり容易になる。さらに、固定子
鉄芯突極部の形状が対称であるから、モータの回転方向
を逆転する場合でも固定子鉄芯を裏返しにする必要もな
く駆動回路の選択によって容易に実施できる。又、固定
子鉄芯突極部と永久磁石回転子の空隙長が一定であるか
ら効率良いモータ設計が可能となるなど多くの効果を示
すものである。In addition, by avoiding the problem of the dead point of the brushless motor by the operation of the protection circuit, the salient pole portion shape of the stator iron core can be designed with a symmetrical and constant gap length. Becomes unnecessary and becomes easy. Further, since the shape of the salient pole portions of the stator iron core is symmetric, even when the rotation direction of the motor is reversed, it is not necessary to turn the stator iron core upside down, and this can be easily performed by selecting a drive circuit. Further, since the gap length between the stator core salient pole portion and the permanent magnet rotor is constant, it is possible to achieve many effects such as efficient motor design.
第1図〜第5図は本発明の実施の説明で、第1図は本発
明に係わるブラシレスモータを輪切りにした断面図、第
2図(a)はモータのロータとステータの関係の展開
図、第2図(b)は(a)図の要部を拡大した展示図、
第2図(c)は位置検出器の出力電圧を示す波形図、第
3図は駆動回路図、第4図(a),(b),(c)は不
感帯部を構成する信号処理回路の(a)は回路図、
(b)は動作の状態図、(c)は入出力特性図、第5図
は、各状態における各部の波形を示すもので、(a)は
回転時の駆動回路各部の状態を示す波形図、(b)は回
転子が不感帯部θ2の範囲以外に拘束された時の駆動回
路各部の状態を示す波形図、(c)は回転子が不感帯部
θ2の範囲以内に拘束された時の駆動回路各部の状態を
示す波形図である。 第6図(a),(b),(c)は従来のブラシレスモー
タに本発明の駆動回路だけを適用する場合の位置検出器
の配設を説明する図で、第7図は本発明の他の実施例の
駆動回路図、第8図は本発明の別の実施例のモータの断
面図、第9図は本発明の別の実施例の回転子の平面図、
第10図は第9図のロータに適用される固定子の平面図で
ある。 第11図(a)〜(e)は、従来の問題点を説明する図面
で(a)は駆動回路図、(b)〜(d)は回転子の動作
状態を説明する平面図、(e)は発生トルクと死点を示
す特性図、第12図(a),(b),(c)は改善された
従来のモータの説明図で、(a)は断面図、(b)は駆
動回路の回路図で、(c)は合成トルクの発生を説明す
る特性図である。 1……永久磁石回転子 2……回転子ヨーク 3……位置検出器 4,4′……電機子コイル 5……固定子鉄芯 6……不感帯部 7……コンパレータ、増幅器 8……集積回路1 to 5 are explanatory views of an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a cross-sectional view of a brushless motor according to the present invention, and FIG. 2 (a) is a development view of a relationship between a rotor and a stator of the motor. , FIG. 2 (b) is an enlarged view of the main part of FIG.
2 (c) is a waveform diagram showing the output voltage of the position detector, FIG. 3 is a drive circuit diagram, and FIGS. 4 (a), (b) and (c) are diagrams of a signal processing circuit constituting a dead zone. (A) is a circuit diagram,
(B) is a state diagram of the operation, (c) is an input / output characteristic diagram, FIG. 5 is a waveform diagram of each part in each state, and (a) is a waveform diagram showing a state of each part of the drive circuit during rotation. (B) is a waveform diagram showing the state of each part of the drive circuit when the rotor is restrained outside the range of dead zone θ2, and (c) is driving when the rotor is restrained within the range of dead zone θ2. FIG. 3 is a waveform diagram showing a state of each part of the circuit. 6 (a), 6 (b) and 6 (c) are diagrams for explaining the arrangement of a position detector when only the drive circuit of the present invention is applied to a conventional brushless motor, and FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view of a motor according to another embodiment of the present invention, FIG. 9 is a plan view of a rotor of another embodiment of the present invention,
FIG. 10 is a plan view of a stator applied to the rotor of FIG. 11 (a) to 11 (e) are drawings for explaining a conventional problem, in which (a) is a drive circuit diagram, (b) to (d) are plan views for explaining an operation state of a rotor, and (e). ) Is a characteristic diagram showing a generated torque and a dead point, FIGS. 12 (a), (b) and (c) are explanatory views of an improved conventional motor, (a) is a sectional view, and (b) is a drive FIG. 4C is a circuit diagram of the circuit, and FIG. 4C is a characteristic diagram illustrating generation of a synthetic torque. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Permanent magnet rotor 2 ... Rotor yoke 3 ... Position detector 4, 4 '... Armature coil 5 ... Stator iron core 6 ... Dead zone part 7 ... Comparator, amplifier 8 ... Integration circuit
Claims (1)
器の出力信号を処理する信号処理回路と、該信号処理回
路の出力信号を得て電機子コイルに電流を流すためのス
イッチング回路とを備えたブラシレスモータの駆動回路
において、前記信号処理回路の一部には不感帯特性を持
たせるとともに、前記検出器の出力信号が前記不感帯部
の範囲に一定時間以上ある場合には前記駆動回路への電
源の供給を遮断することを特徴とするブラシレスモータ
の駆動回路。1. A detector for detecting a position of a rotor, a signal processing circuit for processing an output signal of the detector, and a switching for obtaining an output signal of the signal processing circuit and flowing a current to an armature coil. And a drive circuit for a brushless motor including a circuit, wherein a part of the signal processing circuit is provided with a dead zone characteristic, and the driving is performed when an output signal of the detector is within a range of the dead zone for a predetermined time or more. A drive circuit for a brushless motor, wherein supply of power to the circuit is cut off.
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