JPH01136589A - ブラシレスモータの速度制御装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は可動子の位置を検出する位置検出器の無いブラ
シレスモータの速度制御装置に関するものである。

従来の技術 近年、各種モータはその長寿命化、高信頼性化あるいは
形状の薄形化などのため、ブラシレスモータが用いられ
ることが多くなってきた。このようなブラシレスモータ
の速度制御装置としては、従来、山田博著「精密小型モ
ータの基礎と応用」（昭和５０年７月１日発行）総合電
子出版社、２３４頁に示されているようなものがある。

以下図面を参照しながら、上記した従来のブラシレスモ
ータの速度制御装置の一例について説明する。

第５図は従来のブラシレスモータの速度制御装置の回路
構成図である。第５図において、１００１および１００
２はそれぞれ電源の正側および負側給電線路であり、１
００３〜１００６はモータ駆動コイルである。前記駆動
コイル１００３〜１００６のそれぞれの一端は前記負側
給電線路１００２に接続され、また、それぞれの他端は
駆動トランジスタ１００７〜１０１０のコレクタに接続
されると共にダイオード１０１１〜１０１４のカソード
側に接続されている。前記ダイオード１０１１〜１０１
４のアノード側は共通接続され、トランジスタ１０１５
のエミッタに接続されている。１０１６．１０１７は永
久磁石回転子（図示ぜず）の位置を検出するためのホー
ル素子である。

前記ホール素子１０１６の一方の出力端子は前記駆動ト
ランジスタ１００７のベースに接続され、前記出力端子
とは１８０度位相が異なる信号を出力する他方の出力端
子は前記駆動トランジスタ１００８のベースに接続され
ている。前記駆動トランジスタ１００７．１００８の互
いのエミッタは共通接続されると共に抵抗１０１８を介
して前記正側給電線路１００１に接続されている。前記
ホール素子１０１７の一方の出力端子は前記駆動トラン
ジスタ１００９のベースに接続され、前記出力端子とは
１８０度位相が異なる信号を出力する。他方の出力端子
は前記駆動トランジスタ１０１０のベースに接続されて
いる。前記駆動トランジスタ１００９．１０１０の互い
のエミッタは共通接続されると共に抵抗１０１９を介し
て前記正価給電線路１００１に接続されている。前記ホ
ール素子１０１６および１０１７の一方の入力端子はそ
れぞれ前記正側給電線路１００１に接続され、また他方
の入力端子はそれぞれ抵抗１０２０および１０２１を介
してトランジスタ１０２２のコレクタに接続されている
。前記トランジスタ１０２２のエミッタは前記負側給電
線路１００２に接続され、同ベースは抵抗１０２６を介
して前記正側給電線路１００１に接続されると共に前記
トランジスタ１０１５のコレクタに接続されている。前
記トランジスタ１０２２のコレクタ、ベース間にはコン
デンサ１０２３および抵抗１０２４とコンデンサ１０２
５の直列回路が接続されている。前記トランジスタ１０
１５のベースは抵抗１０２７を介して前記正側給電線路
１００１に接続されると共に可変抵抗１０３１と抵抗１
０３２の直列回路を介して前記負側給電線路１００２に
、抵抗１０２８と抵抗１０２９の直列回路を介して同エ
ミッタに接続されている。なお、前記抵抗１０２９の両
端には温度補償用としてサーミスタ１０３０が接続され
ている。また、前記トランジスタ１０１５のベース、エ
ミッタ間にはコンデンサ１０３３が接続されている。

以上のように構成されたブラシレスモータの速度制御装
置について、以下その動作について説明する。

第５図に示したモータは上記の如く２個のホール素子１
０１６．１０１７と４個の駆動コイル１００３〜１００
６を使った四相一方向通電のブラシレスモータである。

すなわち、空間的にそれぞれ９０度ずつ異なった位置に
配置された前記駆動コイル１００３〜１００６に、永久
磁石回転子の回転に伴って前記ホール素子１０１６．１
０１７で制御された電流が順次流れて回転磁界を生ずる
。

この場合、前記駆動コイル１００３〜１００６に流れる
電流は前記ホール素子１０１６，１０１．７に流れる電
流に比例している。このホール素子に流れる電流を速度
誤差に比例した値にすることにより、モータトルクを制
御している。すなわち、前記駆動トランジスタ１００７
〜１０１０が順次スイッチングするが、そのスイッチン
グによって前記駆動コイル１００３〜１００６に電流が
流れない期間が存在するので、その通電休止期間に前記
駆動コイル１００３〜１００６に発生する逆起電圧をダ
イオード１０１１〜１０１４で整流し、平滑して基準電
圧と比較し増幅することにより、速度誤差に比例した電
流をトランジスタ１０２２に流し、ホール素子１０１６
．１０１７に流す電流を制御し駆動トランジスタ１００
７〜１０１０の給電量を制御することにより回転速度を
一定にしている。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のように構成した従来のブラシレスモ
ータの速度制御装置では、可動子の位置を検出するため
の位置検出素子１，０１６．１０１７が必要であり、よ
り一層の低価格化、小型化等の実現が困難である。

本発明は上記問題点に鑑み、可動子の位置検出器を無く
することにより、ブラシレスモータの低価格化、小型化
、高信頼性化、合理化等を実現可能とするブラシレスモ
ータの速度制御装置を提供するものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明のブラシレスモータ
の速度制御装置は、複数相のモータ駆動コイルと、前記
駆動コイルに設けられた複数の駆動トランジスタと、前
記駆動コイルの通電切り換え信号を前記駆動トランジス
タへ順次伝達する通電切り換え回路と、前記通電切り換
え回路に適当な周波数を有する信号を入力する基準信号
発生器と、前記駆動コイルの通電休止期間において前記
駆動コイルに発生する逆起電圧と前記駆動コイルの通電
切り換え信号との位相差を検出する位相差検出器と、前
記位相差検出器の出力を増幅する誤差増幅器と、前記誤
差増幅器の出力をトルク指令信号として構成したもので
ある。

作用 本発明は上記した構成によって、モータ駆動コイルに発
生する逆起電圧と、基準信号発生器の出力と同期した同
コイルの通電切り換え信号との位相差を検出し、その検
出位相差に応じてモータ駆動トルクを制御し、基準信号
発生器の出力に対して駆動コイルの逆起電圧を一定位相
関係に保つように、帰還ループすなわち位相制御ループ
を構成しているので、従来必要であった可動子の位置検
出器無しでブラシレスモータの駆動および速度制御が可
能となり、より低価格、小型、高信頼性等の特徴を有す
るブラシレスモータを実現している。

実施例 以下本発明の一実施例のブラシレスモータの速度制御装
置について、図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の実施例におけるブラシレスモータの速
度制御装置の回路構成図である。第１図において、駆動
コイル１〜３の一端は共通で、前記駆動コイル１の他端
はダイオード４のアノードとダイオード５のカソードと
駆動トランジスタ１０および、１３のコレクタに接続さ
れ、前記駆動コイル２の他端はダイオード６のアノード
とダイオード７のカソードと駆動トランジスタ１１およ
び１４のコレクタに接続され、前記駆動コイル３の他端
はダイオード８のアノードとダイオード９のカソードと
駆動トランジスタ１２および１５のコレクタに接続され
ている。前記ダイオード４，６゜８のカソードおよび前
記駆動トランジスタ１０゜１１．１２のエミッタはバッ
ファ回路５０の出力に接続され、前記ダイオード５，７
．９のアノードおよび前記駆動トランジスタ１３，４４
．１５のエミッタは接地されている。前記駆動トランジ
スタ１０〜１５の各ベースは電力増幅器４３の出力にそ
れぞれ接続され、前記電力増幅器４３の入力は論理回路
４２の出力に接続されている。ここで前記論理回路４２
および前記電力増幅器４３は通電切り換え回路４４を構
成している。前記論理回路４２の入力は分周回路４１の
出力Ｄ１に接続され、前記分周回路４１の入力は基準信
号発生器４０の出力に接続されている。前記分周回路４
１の他の出力Ｄ２と前記論理回路４２の出力Ｕ１゜Ｕ２
．ｖｔ　、Ｖ２．Ｗ、、Ｗ２は位相差検出パルス発生回
路２８に入力され、前記駆動コイル１゜２．３の一端Ｕ
、、ＶＯ、ｗ、はバッファ回路２１゜２２．２３に入力
されている。前記バッファ回路２１．２２．２３（７）
各出力Ｕｌｌ、　ＶＢ、　ＷＩＩＬｔ比較器２７に入力
されると共に抵抗２４，２５．２６を介して共通接続さ
れ、この共通接続点Ｎｉｌは前記比較器２７に入力され
ている。前記比較器２７の出力ＰＤは前記位相差検出パ
ルス発生回路２８の出力により制御される。ここで前記
各構成要素２１〜２８は位相誤差検出器２０を構成し、
前記出力ＰＤは前記位相誤差検出器２０の出力となって
いる。前記位相誤差検出器の２０の出力ＰＤは抵抗３２
を介して演算増幅器３１の反転入力端子に接続され、前
記演算増幅器３１の反転入力端子と出力端子の間には、
抵抗３３とコンデンサ３４の直列回路とコンデンサ３５
が挿入されている。

前記演算増幅器３１の非反転入力端子は抵抗３６゜３７
により一定バイアス電圧が印加されている。

ここで前記各構成要素３１〜３７により、誤差増幅器３
０を構成し、前記誤差増幅器３０の出力ＥＡＯは、前記
バッファ回路５０の入力に接続されている。

以上のように構成されたブラシレスモータの速度制御装
置について、以下その動作を説明する。

第２図は本発明の詳細な説明図であり、駆動コイル逆起
電圧と駆動コイル通電波形の位相関係を示すものである
。第２図（ａ）は前記逆起電圧（破線部）と前記通電波
形（実線部）の位相関係が最適状態にある場合であり、
同図（ｂ）　、　（ｃ）は位相差φだけ最適状態からず
れた場合を示している。ここで第１図において、基準信
号発生器４ｏの出力は分周回路４１２通電切り換え回路
４４．駆動トランジスタ１０〜１５を通して駆動コイル
１〜３に伝達されている。従って、前記駆動コイル１〜
３の通電波形は、前記基準電圧発生器４ｏの出力と同期
している。また、前記駆動コイル１〜３の逆起電圧は、
モータ回転数に応じてその周波数および位相が変化し、
モータ回転数は駆動コイルへの給電量すなわちバッファ
回路５ｏの出力により、制御される。従って、バッファ
回路５ｏの出力により、モータ回転数すなわち駆動コイ
ル逆起電圧の周波数および位相を制御することにより、
基準信号発生器４０の出力と同期した駆動コイル通電波
形と、駆動コイル逆起電圧との位相差を制御することが
可能となる。そこで、第２図（ｂ）　、　（Ｃ）に示し
たように、駆動コイル逆起電圧と駆動コイル通電波形と
の間に位相差φのずれを生じた場合、その位相差φを位
相差検出器２０および誤差増幅器３０により検出増幅し
、φが零となるようバッファ回路５０の出力を制御する
位相制御ループを設けることにより、第２図（ａ）に示
すような最適通電状態を確保しつつ、基準信号発生器の
出力に応じた回転数でモータを制御することが可能とな
る。従って、可動子の位置検出器の無いブラシレスモー
タを安定かつ効率よ（駆動すると同時に、位相制御によ
る回転数制御を可能にしている。

駆動コイル逆起電圧と駆動コイル通電波形との位相差φ
の検出方法としては、既に発明者が特願昭６：２−１５
０６３７号公報で提案しているように、駆動コイル通電
休止期間において検出する方法がある。

以上のように本実施例によれば、モータ駆動コイルを基
準信号発生器の出力に同期して順次通電し、その通電波
形と駆動コイル逆起電圧との位相差φを位相差検出器お
よび誤差増幅器により検出増幅し、その増幅信号により
位相差φが零となるよう駆動コイルへの給電量をバッフ
ァ回路の出力により制御し、駆動コイル逆起電圧の周波
数および位相差を制御するといった位相制御ループを設
けることにより、可動子の位置検出器の無いブラシレス
モータを安定かつ効率よ（駆動すると同時に、位相制御
による回転数制御を可能にしている。

なお、第１図の例では、駆動コイル１〜３への給電量を
バッファ回路５０により制御したが、第３図に示すよう
に誤差増幅器３０の出力ＥＡＯと鋸歯状波発生器６０の
出力とを比較回路６１により比較し、その比較出力によ
りトランジスタ６２をスイッチングし、インダクタンス
６３およびコンデンサ６４による平滑出力により制御し
てもよい。また、第４図に示すように誤差増幅器３０の
出力ＥＡＯに応じて駆動トランジスタ１３〜１５の出力
電流を、バッファ回路７０．トランジスタ７１〜７３．
モータ電流検出抵抗７４により制御してもよい。

発明の効果 以上のように本発明は、モータ駆動コイルを基準信号発
生器の出力に同期して順次通電し、その通電波形と駆動
コイル逆起電圧との位相差φを位相差検出器および誤差
増幅器により検出増幅し、その増幅信号をトルク指令信
号として駆動コイルへの給電量を制御し、駆動コイル逆
起電圧の周波数及び位相を制御する位相制御ループを構
成することにより、従来必要であった可動子の位置検出
器を用いること無く、ブラシレスモータが安定かつ効率
よく駆動できると同時に、モータ回転数の位相制御も可
能となる。従って、回路部をＩＣ化することにより、構
成部品が極めて少な（、低価格化、小型化が可能で、高
信頼性を有し、しかも高精度な位相制御による回転数制
御を採用したブラシレスモータの速度制御装置を実現す
ることができる。

なお、本発明の実施例では三相全波駆動方式の場合につ
いて示したが、他の駆動方式、例えば、二相余波駆動方
式や二相半波駆動方式、三相半波駆動方式等においても
本発明と同様の方式によるブラシレスモータの速度制御
装置が実現可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるブラシレスモータの
速度制御装置の回路構成図、第２図は第１図の動作原理
図、第３図および第４図は本発明の他の実施例における
ブラシレスモータの速度制御装置の回路構成図、第５図
は従来のブラシレスモータ速度制御装置の回路構成図で
ある。 １〜３・・・・・・駆動コイル、１０〜１５・・・・・
・駆動トランジスタ、２０・・・・・・位相差検出器、
３０・・・・・・誤差増幅器、４０・・・・・・基準信
号発生器、４４・・・・・・通電切り換え回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　複数相のモータ駆動コイルと、前記駆動コイルに設け
   られた複数の駆動トランジスタと、前記駆動コイルの通
   電切り換え信号を前記駆動トランジスタへ順次伝達する
   通電切り換え回路と、前記通電切り換え回路に適当な周
   波数を有する信号を入力する基準信号発生器と、前記駆
   動コイルの通電休止期間において前記駆動コイルに発生
   する逆起電圧と前記駆動コイルの通電切り換え信号との
   位相差を検出する位相差検出器と、前記位相差検出器の
   出力を増幅する誤差増幅器と、前記誤差増幅器の出力を
   トルク指令信号としてなるブラシレスモータの速度制御
   装置。