JP3248835B2 - ブラシレスモータ用駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ＶＴＲのシリン
ダモータやキャプスタンモータなどに適用するブラシレ
スモータのブラシレスモータ用駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のブラシレスモータ用駆動装置につ
いて、４相のブラシレスモータを例に以下に説明する。
図４は従来のブラシレスモータ用駆動装置のタイミング
図、図５は４相ブラシレスモータの構造図、図６は従来
のブラシレスモータ用駆動装置の概略ブロック構成図で
ある。

【０００３】図５において、４相のブラシレスモータ１
００は、ロータ１０２の外周部に１４極の永久磁石１０
３を固着し、１２個のステータコア１０５のそれぞれに
電機子コイル１０６（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４）を巻き
回し、各々をデルタ接続して４相構成としたステータ１
０４と、ロータ１０２の回転位置を検出する２個のホー
ル素子を備えたロータ位置検出手段１０７とが、それぞ
れモータ基板１１０に配設されて主な機械要素が構成さ
れている。

【０００４】電機子コイル１０６の（Ｌ１とＬ２）およ
び（Ｌ３とＬ４）は、電気角で｛（π／２）＋ｎπ｝ラ
ジアン（ｎ＝０，±１，±２，…）の位相差を有し、電
機子コイル１０６の（Ｌ１とＬ３）および（Ｌ２とＬ
４）は、電気角で略（π＋ｎπ）ラジアン（ｎ＝０，±
１，±２，…）の位相差を有するよう構成されている。

【０００５】ロータ位置検出手段１０７を構成するホー
ル素子は、その出力信号の位相差が電気角で互いに
｛（π／２）＋ｎπ｝ラジアン（ｎ＝０，±１，±２，
…）の位相差を有するよう配設されている。

【０００６】検出した回転位置に応じた位置検出信号
（ｅ₁、ｅ₂）、（ｅ₃、ｅ₄）と、外部から供給される制
御開始電圧信号Ｖｃｔｌとに基づき、電機子コイル１０
６の励磁電流を制御する導通制御信号（ｉ₁、ｉ₂）、
（ｉ₃、ｉ₄）を生成する駆動装置１０８と、導通制御信
号（ｉ₁、ｉ₂）、（ｉ₃、ｉ₄）に基づいて電機子コイル
１０６の励磁電流を生成する駆動出力手段１０９とをモ
ータ基板１１０に配置してブラシレスモータ１００全体
が構成されている。

【０００７】図６において、各々のロータ位置検出手段
１０７は、ロータ１０２の磁極がロータ位置検出手段１
０７を通過する度に互いに逆相の位置検出信号（ｅ₁、
ｅ₂）および（ｅ₃、ｅ₄）を生成し、位置信号発生手段
１０８ａに提供する。なお、位置検出信号（ｅ₁、ｅ₂）
と（ｅ₃、ｅ₄）の位相は、図４に示すように、互いにπ
／２の位相差を持つ。

【０００８】駆動装置１０８は、各々のロータ位置検出
手段１０７に対応した２組の差動増幅器からなる位置信
号発生手段１０８ａと、２組の差動分配器からなる導通
制御手段１０８ｂと、２組の制御増幅器からなる制御量
演算手段１０８ｃと、２組の差動増幅器からなる操作量
演算手段１０８ｄとから構成されている。

【０００９】位置信号発生手段１０８ａおよび導通制御
手段１０８ｂは、ロータ位置検出手段１０７から供給さ
れる位置検出信号（ｅ₁、ｅ₂）と（ｅ₃、ｅ₄）を増幅し
て導通制御信号（ｉ₁、ｉ₂）、（ｉ₃、ｉ₄）を生成し、
駆動出力手段１０９に提供する。

【００１０】導通制御手段１０８ｂは、増幅度調節端子
を備えた差動増幅器からなる差動分配器を備え、導通制
御信号（ｉ₁、ｉ₂）、（ｉ₃、ｉ₄）の振幅は、この増幅
度調節端子に供給される操作量演算手段１０８ｄが提供
する操作信号（ｍ₁、ｍ₂）に基づいて制御される。

【００１１】また、導通制御信号（ｉ₁、ｉ₂、ｉ₃、
ｉ₄）は位置検出信号（ｅ₁、ｅ₂、ｅ₃、ｅ₄）と同相の
矩形波であると共に、導通制御信号（ｉ₁、ｉ₃）は互い
に逆相の矩形波で、同様に、導通制御信号（ｉ₂、ｉ₄）
も互いに逆相の矩形波であり、さらに、導通制御信号
（ｉ₁、ｉ₃）と（ｉ₂、ｉ₄）はそれぞれ互いにπ／２の
位相差を持つ。

【００１２】制御量演算手段１０８ｃは、制御開始初期
設定Ｖｓｅｔと外部から供給される制御開始電圧信号Ｖ
ｃｔｌとに基づいて制御量を演算して制御信号を生成す
る制御増幅器と、この制御増幅器から提供される制御信
号と駆動出力手段１０９のＮＦ端子から供給される励磁
電流信号とに基づいて制御量を演算して制御信号を生成
する制御増幅器とを縦続接続して、制御開始電圧信号Ｖ
ｃｔｌに応じた励磁電流制御信号を操作量演算手段１０
８ｄに提供する。

【００１３】操作量演算手段１０８ｄは、制御量演算手
段１０８ｃから供給される制御信号に基づいて操作量を
演算して操作信号（ｍ₁、ｍ₂）生成し、導通制御手段１
０８ｂに備えた差動分配器の増幅度調節端子に提供す
る。

【００１４】駆動出力手段１０９は、ソース側およびシ
ンク側パワートランジスタ（Ｑ１、Ｑ２）、（Ｑ３、Ｑ
４）からなる２組の電力増幅器を備え、ソース（エミッ
タ）およびシンク（コレクタ）のそれぞれの端子はデル
タ接続された４個の電機子コイル１０６（Ｌ１、Ｌ２、
Ｌ３、Ｌ４）の接続点に接続され、導通制御手段１０８
ｂから供給される導通制御信号（ｉ₁、ｉ₂）、（ｉ₃、
ｉ₄）を組合わせた信号対によってソース側・シンク側
の対となるパワートランジスタをそれぞれ順次駆動し、
電機子コイル１０６に励磁電流を供給するよう構成され
ている。

【００１５】ソース側パワートランジスタ（Ｑ１、Ｑ
２）のコレクタは共に抵抗Ｒｎｆの一端に接続されと共
に励磁電流検出端子ＮＦに接続され、シンク側パワート
ランジスタ（Ｑ３、Ｑ４）のエミッタは共に接地され、
抵抗Ｒｎｆの他端は定電圧電源Ｖｃｃに接続されてい
る。なお、抵抗Ｒｎｆは励磁電流を検出するための抵抗
であり、検出した励磁電流信号Ｖｎｆは励磁電流検出端
子ＮＦから制御量演算手段１０８ｃに提供される。

【００１６】パワートランジスタ（Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、
Ｑ４）のベースに供給される導通制御信号（ｉ₁、ｉ₂、
ｉ₃、ｉ₄）は、制御量演算手段１０８ｃに提供されてい
る制御開始電圧信号Ｖｃｔｌの増減に応じて増減すると
共に、励磁電流検出端子ＮＦの電位の増減に応じて増減
するよう制御量演算手段１０８ｃおよび操作量演算手段
１０８ｄで制御される。

【００１７】また、パワートランジスタ（Ｑ１、Ｑ２）
のベースには、パワートランジスタ（Ｑ３、Ｑ４）のベ
ースの２倍のベース電流が流れるよう導通制御手段１０
８ｂが提供する導通制御信号（ｉ₁、ｉ₂、ｉ₃、ｉ₄）が
設定されおり、パワートランジスタ（Ｑ１、Ｑ２）は飽
和領域動作で駆動される。

【００１８】これらの構成により、ロータ位置検出手段
１０７から供給される位置検出信号に基づいて励磁電流
を制御し、電機子コイル１０６が発生する磁界に応じて
ロータ２に回転駆動力を与えるよう構成したブラシレス
モータ用駆動装置が知られてる。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】従来のブラシレスモー
タ用駆動装置において、駆動出力手段１０９に備えたパ
ワートランジスタ（Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４）は、位置
検出信号（ｅ₁、ｅ₂、ｅ₃、ｅ₄）に基づいて駆動装置１
０８で生成される導通制御信号（ｉ₁、ｉ₂、ｉ₃、ｉ₄）
で駆動される。

【００２０】図４において、パワートランジスタ（Ｑ
１、Ｑ２）のオン／オフ切換えポイントは、位置検出信
号（ｅ₁、ｅ₂）が（ｅ₁＝ｅ₂）のポイントに一致し、パ
ワートランジスタ（Ｑ３、Ｑ４）のオン／オフ切換えポ
イントは、位置検出信号（ｅ₃、ｅ₄）が（ｅ₃＝ｅ₄）の
ポイントに一致する。

【００２１】パワートランジスタ（Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、
Ｑ４）は、位置検出信号（ｅ₁、ｅ₂）の（ｅ₁＞ｅ₂）の
期間でＱ１、（ｅ₁＜ｅ₂）の期間でＱ２、位置検出信号
（ｅ₃、ｅ₄）の（ｅ₃＜ｅ₄）の期間でＱ３、（ｅ₃＞
ｅ₄）の期間でＱ４が、それぞれオンされ、他の期間は
それぞれオフされる。

【００２２】このような動作タイミングで電機子コイル
（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４）を駆動するパワートランジ
スタ（Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４）は、図４に示すよう
に、電機子コイル（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４）に発生す
る逆起電力（Ｌ₁、Ｌ₂、Ｌ₃、Ｌ₄）のうち最も高い逆起
電力（シンク側トランジスタに接続された端子を基準に
して）を発生しているコイルの両端に接続されたトラン
ジスタがオンすると共に、オンしているパワートランジ
スタに接続した電機子コイル１０６に発生している逆起
電力に対し、位相差が１８０度の逆起電力を発生してい
る電機子コイル１０６の両端に接続したパワートランジ
スタはオフしている。

【００２３】このオフしているパワートランジスタで
は、逆起電力によってシンク側パワートランジスタのコ
レクタは定電圧電源Ｖｃｃの電位を越えると共に、トラ
ンジスタのコレクタ・エミッタ間電圧（Ｖ_CE）の絶対最
大定格を越えてパワートランジスタを破壊してしまう恐
れがある。

【００２４】図７は従来のブラシレスモータ用駆動装置
に備えたパワートランジスタの回転数に対するコレクタ
・エミッタ間電圧（Ｖ_CE）特性図である。図７におい
て、従来のブラシレスモータの定常使用回転数は１８０
０（ｒｐｍ）であり、１８００（ｒｐｍ）時におけるシ
ンク側パワートランジスタのコレクタ・エミッタ間電圧
（Ｖ_CE）は約２２．７（Ｖ）であることから、コレクタ
・エミッタ間電圧の絶対最大定格は２２．７（Ｖ）以上
のパワートランジスタが必要となる。

【００２５】従来のブラシレスモータ用駆動装置におい
て、駆動用ＩＣに内蔵されたパワートランジスタ（Ｑ
１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４）のコレクタ・エミッタ間電圧
（Ｖ_CE）は、２０（Ｖ）を越えており、コレクタ・エミ
ッタ間電圧（Ｖ_CE）の絶対最大定格２０（Ｖ）のパワー
トランジスタを組込んだ駆動用ＩＣを製造する低コスト
のＩＣプロセスは使用できず、コレクタ・エミッタ間電
圧（Ｖ_CE）の絶対最大定格値の高いパワートランジスタ
を組込んだコスト高のＩＣプロセスを使用しなければな
らない課題がある。

【００２６】この発明はこのような課題を解決するため
なされたもので、その目的は、コレクタ・エミッタ間電
圧を低く押さえてパワートランジスタを動作させ、コレ
クタ・エミッタ間電圧の絶対最大定格値の高いパワート
ランジスタを組込んでコスト高となるＩＣプロセスは使
わず、コレクタ・エミッタ間電圧の絶対最大定格値の低
いパワートランジスタを組込む安価なＩＣプロセスで製
造したＩＣを用いて大幅にコストダウンしたブラシレス
モータ用駆動装置を提供することにある。

【００２７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
請求項１に係るブラシレスモータ用駆動装置は、電機子
コイルと接続端子とが順次交互に周上に配設されている
状態における各接続端子の中点電位を検出し、この検出
結果に応じて前記ソース側トランジスタから出力する励
磁電流のレベルを制御することによって中点電位が所定
値となるよう制御する制御手段を備えたことを特徴とす
る。

【００２８】駆動装置に、電機子コイルの各接続端子の
中点電位を検出し、この検出結果に応じて前記ソース側
トランジスタから出力する励磁電流のレベルを制御する
制御手段を備えたので、中点電位が所定値となるよう制
御することができる。

【００２９】

【００３０】

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係るブラシレス
モータ用駆動装置の実施の形態を添付図面に基づいて説
明する。図１はこの発明に係るブラシレスモータ用駆動
装置の要部ブロック構成図である。なお、ブラシレスモ
ータのロータやステータ等の機械要素の構成やホール素
子の配設は、先に示した４相ブラシレスモータを使用し
ているので、図５を参照するものとしてここでの説明は
省略する。

【００３２】図１において、ブラシレスモータ用駆動装
置１は、ロータ２の回転位置を検出して位置検出信号
（ｅ₁、ｅ₂、ｅ₃、ｅ₄）を生成するロータ位置検出手段
７と、この位置検出信号（ｅ₁、ｅ₂、ｅ₃、ｅ₄）に基づ
いて電機子コイル６の励磁電流を制御する導通制御信号
（ｉ₁、ｉ₂、ｉ₃、ｉ₄）を生成する駆動装置８とを備え
て構成し、この導通制御信号（ｉ₁、ｉ₂、ｉ₃、ｉ₄）に
基づいて励磁電流を生成する駆動出力手段９から、電機
子コイル６（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４）をデルタ接続し
て４相構成としたステータ４の各々の電機子コイル６に
励磁電流を供給し、外周部に永久磁石３を固着したロー
タ２に回転駆動力を与える。

【００３３】電機子コイル６の（Ｌ１とＬ２）および
（Ｌ３とＬ４）は、電気角で｛（π／２）＋ｎπ｝ラジ
アン（ｎ＝０，±１，±２，…）の位相差を有し、電機
子コイル６の（Ｌ１とＬ３）および（Ｌ２とＬ４）は、
電気角で略（π＋ｎπ）ラジアン（ｎ＝０，±１，±
２，…）の位相差を有するよう構成する。

【００３４】ロータ位置検出手段７は、ロータ２の回転
位置を検出する２個のホール素子ＨＧ１、ＨＧ２を備
え、永久磁石３の回転移動によって磁極がロータ位置検
出手段７を通過する度に、位置検出信号（ｅ₁、ｅ₂、ｅ
₃、ｅ₄）を生成して位置信号発生手段８１に提供する。

【００３５】ホール素子ＨＧ１、ＨＧ２は、その出力信
号である位置検出信号（ｅ₁、ｅ₂）と（ｅ₃、ｅ₄）との
間の位相差が、互いに電気角で｛（π／２）＋ｎπ｝ラ
ジアン（ｎ＝０，±１，±２，…）の位相差を有するよ
う配設する。

【００３６】位置検出信号（ｅ₁、ｅ₂、ｅ₃、ｅ₄）は、
ロータ２の磁極がホール素子ＨＧ１、ＨＧ２を通過する
度に、図４に示すように、位置検出信号（ｅ₁とｅ₂）お
よび（ｅ₃とｅ₄）は互いに逆相で、位置検出信号
（ｅ₁、ｅ₂）と（ｅ₃、ｅ₄）との間の位相差は、互いに
π／２の位相差を持って生成される。

【００３７】駆動装置８は、ロータ位置検出手段７に備
えた２個のホール素子ＨＧ１、ＨＧ２に対応した２組の
差動増幅器からなる位置信号発生手段８１と、２組の差
動分配器からなる導通制御手段８２と、４個の等しい抵
抗値を持つ抵抗素子からなる中点電位検出手段８３と、
制御増幅器と操作量演算増幅器とからなる制御量演算手
段８４と、３差動入力増幅器からなるコイル間電圧リミ
ッタ８５とを備える。

【００３８】また、駆動装置８はロータ位置検出手段７
が提供する位置検出信号（ｅ₁、ｅ₂、ｅ₃、ｅ₄）に基づ
いて導通制御信号（ｉ₁、ｉ₂、ｉ₃、ｉ₄）を生成して駆
動出力手段９に提供すると共に、外部から供給される制
御開始電圧信号Ｖｃｔｌと、駆動出力手段９から供給さ
れる励磁電流信号Ｖｎｆと、４個の電機子コイル６端の
電位を中点電位検出手段８３で検出した中点電位信号Ｖ
ｒｍとに基づいて導通制御信号（ｉ₁、ｉ₂、ｉ₃、ｉ₄）
を制御する。

【００３９】位置信号発生手段８１は差動増幅器８１
ａ、８１ｂを備え、ロータ位置検出手段７が提供する位
置検出信号（ｅ₁、ｅ₂）と（ｅ₃、ｅ₄）に基づき、ロー
タ位置信号（Ｅ₁₂、Ｅ₂₁）と（Ｅ₃₄、Ｅ₄₃）とを生成し
て導通制御手段８２に提供する。

【００４０】差動増幅器８１ａ、８１ｂは差動増幅回路
を備え、ロータ２の回転位置に対応した互いに逆相の位
置検出信号（ｅ₁、ｅ₂）、（ｅ₃、ｅ₄）を差動増幅回路
で増幅し、位置検出信号（ｅ₁、ｅ₃）と同相でロータ２
の正しい検出位置に応じた互いに電気角で（π／２）の
位相差を持つロータ位置信号（Ｅ₁₂、Ｅ₂₁）、（Ｅ₃₄、
Ｅ₄₃）を生成する。

【００４１】差動増幅器８１ａ、８１ｂに備えた差動増
幅回路は、例えば、特性の揃った２個のトランジスタの
ベースにホール素子ＨＧ１、ＨＧ２の正負の端子を接続
し、エミッタは定電圧電源Ｖｃｃから電流源を介して共
通接続し、一方、コレクタは各々の負荷抵抗を介して接
続する共通のコレクタ抵抗を経て接地して構成し、各々
のコレクタから位置検出信号（ｅ₁、ｅ₃）と同相の出力
をロータ位置信号（Ｅ₁₂、Ｅ₂₁）、（Ｅ₃₄、Ｅ₄₃）とし
て取り出し、振幅はエミッタ電流を供給する電流源の電
流値で決まる増幅度から決定する。

【００４２】導通制御手段８２は差動分配器８２ａ、８
２ｂを備え、位置信号発生手段８１から供給されるロー
タ位置信号（Ｅ₁₂、Ｅ₂₁）、（Ｅ₃₄、Ｅ₄₃）と、制御量
演算手段８４から供給される操作信号（ｍ₁、ｍ₂）とに
基づき、導通制御信号（ｉ₁、ｉ₂、ｉ₃、ｉ₄）を生成し
て駆動出力手段９に提供する。

【００４３】差動分配器８２ａ、８２ｂは差動増幅回路
を備え、ロータ位置信号（Ｅ₁₂、Ｅ₂₁）、（Ｅ₃₄、
Ｅ₄₃）を飽和増幅し、図４に示すように、デューティ比
が１対１で互いに逆相の矩形波である導通制御信号（ｉ
₁、ｉ₂）、（ｉ₃、ｉ₄）を生成する。

【００４４】導通制御信号（ｉ₁、ｉ₂）と（ｉ₃、ｉ₄）
は、図４に示すように、位置検出信号（ｅ₁、ｅ₂）およ
び（ｅ₃、ｅ₄）が（ｅ₁＝ｅ₂）および（ｅ₃＝ｅ₄）とな
るタイミングで生成され、互いにπ／２の位相差を持
つ。例えば、この導通制御信号（ｉ₁、ｉ₃）の信号対
は、位相（π〜３π／２）の間で駆動出力手段９のパワ
ートランジスタ（Ｑ１、Ｑ３）を駆動し、導通制御信号
（ｉ₂、ｉ₄）の信号対は、位相（０〜π／２）の間で駆
動出力手段９のパワートランジスタ（Ｑ２、Ｑ４）を駆
動する。

【００４５】差動分配器８２ａ、８２ｂは、操作信号
（ｍ₁、ｍ₂）に基づいて増幅度を可変し、導通制御信号
（ｉ₃、ｉ₄）に対する導通制御信号（ｉ₁、ｉ₂）の比率
が、（０．５〜１．５）倍の範囲となるよう制御する。

【００４６】差動増幅回路は、例えば、特性の揃った２
個のトランジスタの一方のベースにはロータ位置信号
（Ｅ₁₂）、（Ｅ₃₄）を接続し、他方のベースにはロータ
位置信号（Ｅ₂₁）、（Ｅ₄₃）を接続すると共に、エミッ
タは共通の電圧制御電流源を介して接地し、コレクタは
導通制御信号（ｉ₁、ｉ₂）、（ｉ₃、ｉ₄）を出力するそ
れぞれの定電流源に接続して構成する。

【００４７】また、差動増幅回路は、ロータ位置信号
（Ｅ₁₂、Ｅ₂₁）が（Ｅ₁₂＞Ｅ₂₁）の時に導通制御信号ｉ
₁を、（Ｅ₁₂＜Ｅ₂₁）の時に導通制御信号ｉ₂を発生し、
ロータ位置信号（Ｅ₃₄、Ｅ₄₃）が（Ｅ₃₄＜Ｅ₄₃）の時に
導通制御信号ｉ₃を発生し、（Ｅ₃₄＞Ｅ₄₃）の時に導通
制御信号ｉ₄を発生するよう動作する。

【００４８】電圧制御電流源の制御端子には操作信号
（ｍ₁、ｍ₂）を接続し、導通制御信号（ｉ₁、ｉ₃）と
（ｉ₂、ｉ₄）が所定の関係となるよう電圧制御電流源を
調節して増幅度を可変する。

【００４９】中点電位検出手段８３は、４個の等しい抵
抗値を持つ抵抗素子（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４）を備
え、それぞれの抵抗素子の一端は駆動出力手段９に備え
たパワートランジスタ（Ｑ１、Ｑ２）のエミッタおよび
パワートランジスタ（Ｑ３、Ｑ４）のコレクタに接続す
る。

【００５０】それぞれの抵抗素子の他端は、パワートラ
ンジスタ（Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４）が所定のタイミン
グで順次駆動された時、電機子コイル６（Ｌ１、Ｌ２、
Ｌ３、Ｌ４）とパワートランジスタ（Ｑ１、Ｑ２、Ｑ
３、Ｑ４）の接続端子（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４）の電
位の中点電位を検出するよう共通に接続し、この共通接
続点から中点電位信号Ｖｒｍを中点制御手段８４ｃに提
供する。

【００５１】制御量演算手段８４は、制御開始手段８４
ａと、励磁電流制御手段８４ｂと、中点制御手段８４ｃ
と、操作量演算手段８４ｄとを備え、外部から供給され
る制御開始電圧信号Ｖｃｔｌと、駆動出力手段９から供
給される励磁電流信号Ｖｎｆと、中点電位検出手段８３
から供給される中点電位信号Ｖｒｍとに基づき、操作信
号（ｍ₁、ｍ₂）を生成して導通制御手段８２に提供す
る。

【００５２】図２はこの発明に係るブラシレスモータ用
駆動装置の制御量演算手段のブロック構成図である。図
２において、制御開始手段８４ａは偏差演算回路と制御
演算回路からなる制御増幅器を備え、制御開始初期設定
Ｖｓｅｔと外部から提供される制御開始電圧信号Ｖｃｔ
ｌとに基づいて制御信号Ｅｖを生成し、励磁電流制御手
段８４ｂに提供する。

【００５３】制御開始手段８４ａは予め設定された制御
開始初期設定Ｖｓｅｔを基準として制御開始電圧信号Ｖ
ｃｔｌを比較し、制御開始電圧信号Ｖｃｔｌが制御開始
初期設定Ｖｓｅｔを下回る場合は制御信号Ｅｖを生成せ
ず、制御開始電圧信号Ｖｃｔｌが制御開始初期設定Ｖｓ
ｅｔを上回る場合は、両者の偏差に応じた制御信号Ｅｖ
を生成する。

【００５４】偏差演算回路は、例えば、演算増幅器で構
成した減算回路からなり、プラス側に制御開始初期設定
Ｖｓｅｔを、マイナス側には外部から提供される制御開
始電圧信号Ｖｃｔｌを供給して両者の偏差を演算し、偏
差信号を生成する。

【００５５】制御演算回路は、例えば、演算増幅器で構
成した増幅回路からなり、偏差演算回路が提供する偏差
信号を増幅して制御信号Ｅｖを生成する。

【００５６】励磁電流制御手段８４ｂは、偏差演算回路
と制御演算回路からなる制御増幅器を備え、制御開始手
段８４ａから提供される制御信号Ｅｖと、駆動出力手段
９から供給される励磁電流信号Ｖｎｆとに基づいて制御
信号Ｅｃを生成し、中点制御手段８４ｃと操作量演算手
段８４ｄとコイル間電圧リミッタ８５とに提供する。

【００５７】励磁電流制御手段８４ｂは、電機子コイル
６を駆動する励磁電流の帰還信号である励磁電流信号Ｖ
ｎｆが、制御信号Ｅｖに追従するように制御量を演算し
て励磁電流を安定化するよう制御する。

【００５８】偏差演算回路は、例えば、演算増幅器で構
成した減算回路からなり、プラス側に制御信号Ｅｖを、
マイナス側には励磁電流信号Ｖｎｆを供給して両者の偏
差を演算し、偏差信号を生成する。

【００５９】制御演算回路は、例えば、演算増幅器で構
成した増幅回路と積分回路からなり、偏差演算回路が提
供する偏差信号に基づいて比例演算や積分演算等の制御
演算を行い、励磁電流信号Ｖｎｆが制御信号Ｅｖと常に
等しくなるような制御信号Ｅｃを生成する。

【００６０】中点制御手段８４ｃは、制御増幅器と可変
利得増幅器とを備え、制御増幅器は制御目標値（Ｖｃｃ
／２）と中点電位検出手段８３から供給される中点電位
信号Ｖｒｍとに基づき、制御信号Ｅｎを生成して可変利
得増幅器に提供すると共に、可変利得増幅器はこの制御
信号Ｅｎと励磁電流制御手段８４ｂから供給される制御
信号Ｅｃとに基づいて中点制御信号Ｅｍを生成し、操作
量演算手段８４ｄに提供する。

【００６１】また、中点制御手段８４ｃは、中点電位信
号Ｖｒｍが制御目標値（Ｖｃｃ／２）と等しくなるよう
制御増幅器によって制御量を演算して制御信号Ｅｎを生
成すると共に、制御信号Ｅｃを増幅する可変利得増幅器
の増幅度を制御信号Ｅｎで調節することにより、制御信
号Ｅｃに対して（０．５〜１．５）倍の範囲の中点制御
信号Ｅｍを生成する。

【００６２】中点制御手段８４ｃに備えた制御増幅器は
偏差演算回路と制御演算回路とからなり、電機子コイル
６（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４）接続点の端子（Ｔ１、Ｔ
２、Ｔ３、Ｔ４）間の中点電位である中点電位信号Ｖｒ
ｍが、制御目標値（Ｖｃｃ／２）である定電圧電源Ｖｃ
ｃ（本実施の形態では、１８Ｖ）の略１／２（約９Ｖ）
の電位と常に等しくなるよう制御量を演算して制御信号
Ｅｎを生成する。

【００６３】偏差演算回路は、例えば、演算増幅器で構
成した減算回路からなり、プラス側に制御目標値（Ｖｃ
ｃ／２）を、マイナス側には中点電位信号Ｖｒｍを供給
して両者の偏差を演算して偏差信号を生成する。

【００６４】制御演算回路は、例えば、演算増幅器で構
成した増幅回路と積分回路からなり、偏差演算回路が提
供する偏差信号に基づいて比例演算や積分演算等の制御
演算を行って制御信号Ｅｎを生成する。

【００６５】中点制御手段８４ｃに備えた可変利得増幅
器は差動増幅回路からなり、差動増幅回路の増幅度を制
御信号Ｅｎに基づいて可変して制御信号Ｅｃに対して
（０．５〜１．５）倍の範囲の中点制御信号Ｅｍを生成
する。

【００６６】差動増幅回路は、例えば、特性の揃った２
個のトランジスタの一方のベースには基準電圧を接続
し、他方のベースには制御信号Ｅｃを接続すると共に、
コレクタはそれぞれ負荷抵抗を介して定電圧電源に接続
し、エミッタは共通の電圧制御電流源を介して接地し、
コレクタから中点制御信号Ｅｍを得る構成とする。

【００６７】電圧制御電流源は共通接続したエミッタへ
供給する電流値を設定する設定端子を備え、制御信号Ｅ
ｎを接続して可変可能な構成とする。

【００６８】差動増幅回路の増幅度は共通接続したエミ
ッタの電流値に比例することから、エミッタ電流を供給
する電圧制御電流源の電流設定端子に外部から設定電圧
を供給してエミッタ電流を可変し、差動増幅回路の出力
振幅を可変することができる。

【００６９】操作量演算手段８４ｄは電圧増幅器Ａと電
圧増幅器Ｂとを備え、電圧増幅器Ａは中点制御手段８４
ｃから供給される中点制御信号Ｅｍに基づいて操作信号
ｍ₁を生成し、また、電圧増幅器Ｂは励磁電流制御手段
８４ｂから供給される制御信号Ｅｃに基づいて操作信号
ｍ₂を生成し、導通制御手段８２に提供する。

【００７０】電圧増幅器（Ａ、Ｂ）は同様の差動増幅回
路で構成し、中点制御信号Ｅｍおよび制御信号Ｅｃを、
図１に示した、導通制御手段８２に備えた差動分配器
（８２ａ、８２ｂ）を構成する差動増幅器の電圧制御電
流源の制御電圧設定範囲に合せてスケーリングする。

【００７１】スケーリングは差動増幅回路の増幅度を設
定してなされ、増幅度は差動増幅回路のエミッタへ供給
する電流値を設定する電圧制御電流源を設定して行う。

【００７２】コイル間電圧リミッタ８５は、制御量演算
手段８４に備えた励磁電流制御手段８４ｂが提供する制
御信号Ｅｃと駆動出力手段９に備えたシンク側パワート
ランジスタ（Ｑ３、Ｑ４）のシンク端子電圧とに基づい
て導通制限信号（Ｉ₃、Ｉ₄）を生成し、導通制御手段８
２が提供する導通制御信号（ｉ₃、ｉ₄）とパラレル接続
して駆動出力手段９に提供する。

【００７３】コイル間電圧リミッタ８５は、駆動出力手
段９のソース側パワートランジスタ（Ｑ１、Ｑ２）とシ
ンク側パワートランジスタ（Ｑ３、Ｑ４）が何れかの組
合わせでオンした時（例えば、Ｑ１とＱ３がオンの
時）、電機子コイル６の端子Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４の
内でオンしたパワートランジスタに接続している端子
（例えば、Ｔ１とＴ３）間の電圧が、予め設定した値よ
りも上昇しないように制限する。

【００７４】例えば、ソース側パワートランジスタＱ１
とシンク側パワートランジスタＱ３がオンしている場
合、端子Ｔ１と端子Ｔ３間の電機子コイル電圧を制限す
る動作を説明する。電機子コイル電圧Ｖｌ、定電圧源電
圧Ｖｃｃ、ソース側・シンク側パワートランジスタＱ１
・Ｑ３のコレクタ・エミッタ間電圧Ｖ_CE1・Ｖ_CE3、制限
電圧Ｖ_LIMとする。

【００７５】ソース側パワートランジスタＱ１とシンク
側パワートランジスタＱ３がオンしている時の電機子コ
イル電圧Ｖｌは、Ｖｌ＝Ｖｃｃ−（Ｖ_CE1＋Ｖ_CE3）と表
せ、また、中点制御手段８４ｃによる中点電位制御によ
ってコレクタ・エミッタ間電圧Ｖ_CE1、Ｖ_CE3は、（Ｖ
_CE1＝Ｖ_CE3）となる。

【００７６】この電機子コイル電圧Ｖｌが制限電圧Ｖ
_LIMを下回る（Ｖ_LIM＞Ｖｌ）ように制限するためには、
シンク側パワートランジスタＱ３のコレクタ・エミッタ
間電圧Ｖ_CE3が、常にＶ_CE3＞（Ｖｃｃ−Ｖ_LIM）／２と
なるようにコイル間電圧リミッタ８５で制御する。な
お、ソース側パワートランジスタＱ２とシンク側パワー
トランジスタＱ３がオンしている時、およびシンク側パ
ワートランジスタＱ４のコレクタ・エミッタ間電圧Ｖ
_CE4についても同様となるように制御する。

【００７７】コイル間電圧リミッタ８５は、ベースを入
力端子とし、エミッタを共通接続すると共に定電流回路
に接続し、コレクタ回路にカレントミラー回路を配した
３個のトランジスタからなる３差動入力増幅回路で構成
する。

【００７８】定電流回路は一端を定電圧電源Ｖｃｃに、
他端を３差動入力増幅回路の共通接続したエミッタに接
続し、励磁電流制御手段８４ｂから供給される制御信号
Ｅｃに応じた定電流を供給する。

【００７９】３差動入力増幅回路のトランジスタのベー
スには駆動出力手段９のシンク側トランジスタＱ３、Ｑ
４のシンク端電圧をそれぞれ入力する。なお、他の１個
のトランジスタのベースには基準電圧として（Ｖｃｃ−
ＶLIM）／２を入力すると共に、コレクタはカレントミ
ラー回路を配せず接地する。

【００８０】カレントミラー回路はエミッタを共に接地
し、ベースを共通接続して一方をバイアス側、他方を増
幅側とした２個のトランジスタで構成し、バイアス側の
トランジスタのコレクタはベースに接続すると共に３差
動入力増幅回路のトランジスタのコレクタに接続する。

【００８１】カレントミラー回路の増幅側のトランジス
タのコレクタは導通制限信号（Ｉ₃、Ｉ₄）の出力端と
し、導通制御手段８２が提供する導通制御信号（ｉ₃、
ｉ₄）とパラレル接続して駆動出力手段９に提供する。

【００８２】シンク側パワートランジスタＱ３がオンし
て、端子Ｔ３の電位Ｖ_CE3＜（Ｖｃｃ−Ｖ_LIM）／２にな
るとカレントミラー回路は、シンク側パワートランジス
タＱ３のベース電流（導通制御信号ｉ3）を減少させて
Ｖ_CE3＞（Ｖｃｃ−Ｖ_LIM）／２となるように導通制限信
号Ｉ₃発生する。

【００８３】導通制限信号Ｉ₃によってシンク側パワー
トランジスタＱ３のベース電流が減少して端子Ｔ３の電
位Ｖ_CE3が上昇すると、中点電位検出手段８３から供給
される中点電位信号Ｖｒｍは上昇するが、中点制御手段
８４ｃによる中点電位制御によってソース側パワートラ
ンジスタＱ１のコレクタ・エミッタ間電圧Ｖ_CE1も上昇
し、電機子コイル電圧Ｖｌは制限電圧Ｖ_LIMを下回る値
となる。

【００８４】なお、ソース側パワートランジスタＱ２と
シンク側パワートランジスタＱ３とがオンしている時、
およびシンク側のパワートランジスタＱ４の場合も同様
に動作する。

【００８５】図３はこの発明に係るブラシレスモータ用
駆動装置に備えたパワートランジスタの回転数に対する
コレクタ・エミッタ間電圧（Ｖ_CE）特性図である。

【００８６】この実施の形態におけるブラシレスモータ
の定常使用回転数１８００（ｒｐｍ）では、パワートラ
ンジスタ（Ｑ３、Ｑ４）のコレクタ・エミッタ間電圧
（Ｖ_CE）が約１４．１（Ｖ）に押さえられており、コレ
クタ・エミッタ間電圧（Ｖ_CE）の絶対最大定格が２０
（Ｖ）のパワートランジスタを組込む低コストのＩＣプ
ロセスで製造した駆動用ＩＣを使用することができる。

【００８７】このように、請求項１に係るブラシレスモ
ータ用駆動装置は、駆動装置８に電機子コイル６の各接
続端の中点電位を検出して中点電位信号Ｖｒｍを生成す
る中点電位検出手段８３を備えると共に、制御量演算手
段８４に中点電位検出手段８３が検出した中点電位信号
Ｖｒｍに基づいて中点制御信号Ｅｍを生成する中点制御
手段８４ｃを備えたので、中点制御信号Ｅｍに基づいて
操作量演算手段８４ｄで処理した操作信号ｍ₁で導通制
御手段８２に備えた差動分配器が提供する導通制御信号
（ｉ₁、ｉ₂）の振幅を可変し、駆動出力手段９のソース
側パワートランジスタ（Ｑ１、Ｑ２）から流れ出す励磁
電流を制御し、中点電位が定電圧電源Ｖｃｃの電位の１
／２となるよう制御することができる。

【００８８】また、請求項２に係るブラシレスモータ用
駆動装置は、駆動装置８に制御量演算手段８４が提供す
る制御信号Ｅｃとシンク側トランジスタのシンク端子電
圧とに基づいて導通制限信号（Ｉ₃、Ｉ₄）を生成して駆
動出力手段９に提供するコイル間電圧リミッタ８５を備
えたので、駆動出力手段９に備えたソース・シンク動作
をするパワートランジスタがオンした時、電機子コイル
６に接続したソース端とシンク端との間の電位が、予め
設定した値を上回らないよう制限することができる。

【００８９】図１において、駆動出力手段９はソース側
パワートランジスタ（Ｑ１、Ｑ２）およびシンク側パワ
ートランジスタ（Ｑ３、Ｑ４）を対として順次組合わせ
て駆動する電力増幅器を備え、それぞれのソース側およ
びシンク側パワートランジスタのエミッタおよびコレク
タは、端子（Ｔ１、Ｔ２）、（Ｔ３、Ｔ４）を介してデ
ルタ接続された４個の電機子コイル６（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ
３、Ｌ４）の接続点に接続すると共に、中点電位検出手
段８３に備えた抵抗素子（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４）に
接続する。

【００９０】導通制御手段８２から供給される導通制御
信号（ｉ₁、ｉ₂）、（ｉ₃、ｉ₄）により、ソース側・シ
ンク側の対となるパワートランジスタをそれぞれ順次駆
動し、電機子コイル６に励磁電流を供給する。

【００９１】ソース側パワートランジスタ（Ｑ１、Ｑ
２）のコレクタは、ともに抵抗Ｒｎｆを介して定電圧電
源Ｖｃｃに接続し、シンク側パワートランジスタ（Ｑ
３、Ｑ４）のエミッタは共に接地に接続する。

【００９２】例えば、駆動時の対となるパワートランジ
スタ（Ｑ１、Ｑ３）は、エミッタおよびコレクタを端子
（Ｔ１、Ｔ３）を介して電機子コイル（Ｌ１、Ｌ４）お
よび（Ｌ１、Ｌ２）の接続点に接続し、ベースには導通
制御手段８２が提供する導通制御信号（ｉ₁、ｉ₃）が供
給される。

【００９３】同様に、駆動時の対となるパワートランジ
スタ（Ｑ２、Ｑ４）は、エミッタおよびコレクタを端子
（Ｔ２、Ｔ４）を介して電機子コイル（Ｌ２、Ｌ３）お
よび（Ｌ３、Ｌ４）の接続点に接続し、ベースには導通
制御手段８２が提供する導通制御信号（ｉ₂、ｉ₄）が供
給される。

【００９４】導通制御信号（ｉ₁、ｉ₂、ｉ₃、ｉ₄）でパ
ワートランジスタ（Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４）を駆動す
る順序を、位置検出信号（ｅ₁、ｅ₂、ｅ₃、ｅ₄）のタイ
ミングを基準にして説明する。

【００９５】位置検出信号（ｅ₁、ｅ₂）が（ｅ₁＞ｅ₂）
の期間でパワートランジスタＱ１、（ｅ₁＜ｅ₂）の期間
でパワートランジスタＱ２、位置検出信号（ｅ₃、ｅ₄）
が（ｅ₃＜ｅ₄）の期間でパワートランジスタＱ３、（ｅ
₃＞ｅ₄）の期間でパワートランジスタＱ４がそれぞれオ
ンし、他の期間ではそれぞれのパワートランジスタはオ
フしている。

【００９６】ソース側パワートランジスタ（Ｑ１、Ｑ
２）のオン／オフ切換えポイントは、位置検出信号（ｅ
₁、ｅ₂）の（ｅ₁＝ｅ₂）のタイミングに一致し、シンク
側パワートランジスタ（Ｑ３、Ｑ４）のオン／オフ切換
えポイントは、位置検出信号（ｅ₃、ｅ₄）の（ｅ₃＝
ｅ₄）のタイミングに一致する。

【００９７】なお、抵抗Ｒｎｆは励磁電流を検出するた
めの抵抗であり、パワートランジスタ（Ｑ１、Ｑ２、Ｑ
３、Ｑ４）の駆動タイミングに応じて抵抗Ｒｎｆに流れ
る励磁電流による電圧降下を検出し、励磁電流検出端子
ＮＦを介して励磁電流信号Ｖｎｆを励磁電流制御手段８
４ｂに提供する。

【００９８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係るブ
ラシレスモータ用駆動装置は、駆動装置に、電機子コイ
ルの各接続端の中点電位を検出して中点電位信号を生成
する中点電位検出手段を備えると共に、制御量演算手段
に、中点電位検出手段が検出した中点電位信号に基づい
て中点制御信号を生成する中点制御手段を備え、中点制
御信号に基づいて操作量演算手段で処理した操作信号で
導通制御手段に備えた差動分配器が提供する導通制御信
号の振幅を可変し、駆動出力手段のソース側パワートラ
ンジスタから流れ出す励磁電流を制御し、中点電位が定
電圧電源Ｖｃｃの電位の１／２となるよう制御すること
ができるので、パワートランジスタのコレクタ・エミッ
タ間の最大電圧を従来より大幅に低くおさえることがで
きる。

【００９９】また、本発明に係るブラシレスモータ用駆
動装置は、駆動装置に制御量演算手段が提供する制御信
号とシンク側トランジスタのシンク端子電圧とに基づい
て導通制限信号を生成して駆動出力手段に提供するコ
イル間電圧リミッタを備え、駆動出力手段に備えたソー
ス・シンク動作をするパワートランジスタがオンした
時、電機子コイルに接続したソース端とシンク端との間
の電位が、予め設定した値を上回らないよう制限するこ
とができるので、シンク側のパワートランジスタのコレ
クタ・エミッタ間電圧が最大定格電圧を越えないよう制
限することができる。

【０１００】よって、コレクタ・エミッタ間電圧を低く
押さえてパワートランジスタを動作させ、コレクタ・エ
ミッタ間電圧の絶対最大定格値の高いパワートランジス
タを組込んでコスト高となるＩＣプロセスは使わず、コ
レクタ・エミッタ間電圧の絶対最大定格値の低いパワー
トランジスタを組込んだ低コストのＩＣプロセスで製造
したＩＣを用いて大幅にコストダウンしたブラシレスモ
ータ用駆動装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るブラシレスモータ用駆動装置の
要部ブロック構成図

【図２】この発明に係るブラシレスモータ用駆動装置の
制御量演算手段のブロック構成図

【図３】この発明に係るブラシレスモータ用駆動装置に
備えたパワートランジスタの回転数に対するコレクタ・
エミッタ間電圧（Ｖ_CE）特性図

【図４】従来のブラシレスモータ用駆動装置のタイミン
グ図

【図５】４相ブラシレスモータの構造図

【図６】従来のブラシレスモータ用駆動装置の概略ブロ
ック構成図

【図７】従来のブラシレスモータ用駆動装置に備えたパ
ワートランジスタの回転数に対するコレクタ・エミッタ
間電圧（Ｖ_CE）特性図

【符号の説明】

１…ブラシレスモータ用駆動装置、２…ロータ、３…永
久磁石、４…ステータ、６…電機子コイル、７…ロータ
位置検出手段、８…駆動装置、９…駆動出力手段、８１
…位置信号発生手段、８１ａ、８１ｂ…差動増幅器、８
２…導通制御手段、８２ａ、８２ｂ…差動分配器、８３
…中点電位検出手段、８４…制御量演算手段、８４ａ…
制御開始手段、８４ｂ…励磁電流制御手段、８４ｃ…中
点制御手段、８４ｄ…操作量演算手段、８５…コイル間
電圧リミッタ、Ｅ₁₂、Ｅ₃₄、Ｅ₂₁、Ｅ₄₃…ロータ位置信
号、Ｅｃ、Ｅｎ、Ｅｖ…制御信号、Ｅｍ…中点制御信
号、ＨＧ１、ＨＧ２…ホール素子、Ｉ₃、Ｉ₄…導通制限
信号、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４…電機子コイル、Ｌ₁、
Ｌ₂、Ｌ₃、Ｌ₄…逆起電力、ＮＦ…励磁電流検出端子、
Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４…パワートランジスタ、Ｒ１、
Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒｎｆ…抵抗、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、
Ｔ４…端子、Ｖｃｃ…定電圧電源、Ｖｃｃ／２…制御目
標値、Ｖｃｔｌ…制御開始電圧信号、Ｖｎｆ…励磁電流
信号、Ｖｒｍ…中点電位信号、Ｖｓｅｔ…制御開始初期
設定、ｅ₁、ｅ₂、ｅ₃、ｅ₄…位置検出信号、ｉ₁、ｉ₂、
ｉ₃、ｉ₄…導通制御信号、ｍ₁、ｍ₂…操作信号。

フロントページの続き (72)発明者 水本 正夫 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−206393（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−255490（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−245982（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 6/16 H02P 6/12 H03F 3/45

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】多極の駆動磁極を有する永久磁石を配設し
   たロータの回転位置を検出して位置検出信号を発生する
   ロータ位置検出手段と、この位置検出信号に基づいて励
   磁電流を制御する導通制御信号を発生する駆動装置と、
   を備え、 前記ロータと、励磁電流を流して磁界を発生するために
   各々をデルタ接続した４相以上の電機子コイルを配設し
   たステータと、前記駆動装置から供給される導通制御信
   号に基づいてシンク側及びソース側トランジスタを動作
   させて励磁電流を生成する駆動出力手段とからなり、前
   記電機子コイルが発生する磁界に応じて前記ロータに回
   転駆動力を生ずるよう構成したブラシレスモータを駆動
   するブラシレスモータ用駆動装置において、前記電機子コイルと各電機子コイルを接続する接続端子
   とが順次交互に周上に配設されている状態における前記
   各接続端子の中点電位を検出し、この検出結果に応じて
   前記ソース側トランジスタから出力する励磁電流のレベ
   ルを制御することによって前記中点電位が所定値となる
   よう制御する制御手段を 備えたことを特徴とするブラシ
   レスモータ用駆動装置。