JPH01214288A - Ｄｃブラシレスモータ - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は位置検出にホール素子を用いたＤＣブラシレス
モータに関するものである。

［従来の技術］ 一般に低価格の製品に使用されるモータは３相ブラシ付
きモータが多かったが近年電子回路部品の低価格化やブ
ラシによる火花、雑音等の解消、長寿命化の要求によっ
てＤＣブラシレスモータにとって変わりつつある。

このＤＣブラシレスモータのなかで２相式のものは構成
する部品点数が最も少なく、低コスト化に適している。

しかしながら２相式のＤＣブラシレスモータでは平滑さ
れたリップルの小さい安定化電源を使用しなければなら
ないという制限があった。つまりこの２相式ＤＣブラシ
レスモータを商用電源を整流して得られた脈流電源で駆
動した場合、モータ自体が持つトルクリップルと電源の
リップルとが同期し、電源電圧と速度の関係が直線的で
無いため任意の回転数でモータを制御することが難しが
った。

ところが本発明者らは３相以上のＤＣブラシレスモータ
にリップルの大きな脈流電源を用いても電源のリップル
とトルクリップルとの同期現象を回避することができ、
制御性が良く且つ雑音発生が小さいＤＣブラシレスモー
タが実現できることが分かった。第４図に示す回路が本
発明者らが提案した３相ＤＣブラシレスモータの回路で
あり、第５図、第６図はそのモータの機構部を示す。

この３相のＤＣブラシレスモータは主型ａ部１を商用電
源２にダイオードＤ、〜Ｄ４からなる全波整流器３を降
圧用抵抗Ｒ１を介して接続して構成しでおり、全波整流
器３の正極出力は後述の固定子の８線４υ＊　４　Ｖｔ
　４　’Ｈの各一端に接続され、各巻線４υ＋４ｙｙ４
ｙの他端は電流切換回路７のスイッチング泪トランクス
タＱＬＩ、Ｑｖ、Ｑｖのコレクタに接続されている。各
トランジスタＱυ＊　Ｑ　ｖ　ｔ　Ｑ　ｗのエミッタは
全波整流器３の負極出力に接続される。

また各トランジスタＱ　ｕ＝　Ｑ　ｖ−Ｑ　ｗのベース
・エミッタ間にはスイッチング速度向上のための抵抗Ｒ
５１Ｒ番−Ｒｔが夫々接続される。さらに各ベースは抵
抗Ｒ２，Ｒ，、Ｒ，を夫々介してコンパレータＩＣ５の
各対応する出力に接続される。

フンパレータＩＣ５は複数の演算増幅器５ａ・・−を内
職したもので図示する従来例ではその内の３個をＵ、Ｖ
、Ｗ相の電流切り換えのために使用して各演算増幅器５
ａ・・・の比較入力にはホール素子（ホールＩ　Ｃ）Ｈ
ｕ＝　Ｈｖ、Ｈｖの検出出力を接続しである。

上記商用電源２と降圧用抵抗Ｒ０の接続点と、全波整流
器３の負極出力との間にはホール素子Ｈ１，Ｈ，，Ｈｗ
と、電流切換回路７とに制御用電源を与える制御７！１
源部６が抵抗Ｒ６と半波整流器たるダイオードＤ、との
直列回路を介して接続されており、この制御電源部６は
入力する半波の脈流電圧°をツェナーダイオードＺＤ、
によって一定の電圧にクリップして、更にコンデンサＣ
４により平滑し、その平滑された直流電圧をコンパレー
タ■Ｃ５に印加し、また抵抗Ｒ９と、ホール素子Ｈｔｌ
＋Ｈｖ、Ｈ，と、抵抗Ｒ１゜どの直列回路にも印加する
ようになっている。

コンデンサ０２〜Ｃ４はトランジスタＱ　ｕ＝　Ｑ　ｖ
−Ｑｌのオフ時の巻線４　ｕ＋　４　ｖｔ　４　ｙに発
生する逆起電圧を吸収するためのコンデンサであり、又
主電源部１のコンデンサＣ５はノイズ防止用である。

このように回路が構成された３相ＤＣブラシレスモータ
の８！構部の構造は第５図に示すよ）にＮ極、Ｓ極を交
互に周方向に着磁した永久磁石８を内装するとともにシ
ャフト１３を中心に貫挿させた永久磁石回転子９と、複
数極を有した積層鉄心１０にＵ、Ｖ、Ｗ相に対応する３
組の巻Ｉ！ＩＡ４を巻装し、また固定子１１の中央部に
は軸受１２を挿入固定し、また固定子１１の下部には上
記ホール素子Ｈυｙ　Ｈｙ　＊　Ｈｖを配置している。

そして上記軸受１２に上記シャフト１３を円滑に回転す
るように挿通し、永久磁石回転子９の内周面と固定子１
１の外周面との間及び永久磁石回転子９の内天井面と軸
受１２の上面との間に０．５輪−程度のギヤツブを持た
せている。

さて第４図回路に於いてまず商用型ｒＪ２が投入される
と、制御電源部６の出力が立ち上がり、ホール素子Ｈい
Ｈ，、Ｈｗの機能が働き始める。この時ホール素子Ｈυ
、Ｈｖ、Ｈｖはその位置に対向した各永久磁石回転子９
の磁極の磁束密度に応じた信号を出力する。ホール素子
Ｈｖｔ　Ｈｖ、　Ｈ、は第６図に示すように機械角６０
度で互いに配置されたホール素子Ｈυｇ　Ｈｙ　Ｉ　Ｈ
ｖには位相が２π／３ずっずれた検出出力が現れる。こ
の出力を各コンパレータＩＣ５の演算増幅器５　ｃ、　
５　ｂ、　５　ａで波形整形して第７図（ａ）、（ｂ）
、（ｅ）に示す方形波を出力し、夫々の”Ｈ”期間のみ
隣の相へ電流を流すように対応するトランジスタＱυ、
ＱｖｓＱｖをオンする。このオン時に対応する巻線４　
ｕ、４　Ｖ＋　４　ｙに電流が流れ、各巻線４　ｕ＋　
４　ｖｔ　４　ｙには回転トルクが発生し、全体として
これら回転トルクを合成した合成トルクによってモータ
が回転する。この合成トルクのリップルは２相ＤＣプラ
シレスモークのトルクリップルに比べて小さくなってい
る為、電源の脈動を受けにくくなっている。

商用電源２を遮断すると制御電源部６はオフするが、モ
ータ自体は慣性力で徐々に回転数を落としながら停止す
る。

［発明が解決しようとする課題］ ところで第４図に示す従来例回路では上述の特徴を有し
、制御電源部６は制御用電源を安定化するためにツェナ
ーダイオードＺＤ、と平滑用コンデンサＣ１により一定
電圧Ｖｚに平滑安定化しているが、例えば１００■の商
用電Ｔｉ２を使用している場合には第８図において破線
で示すようにｆτ×１００なる半波の脈流電圧が制御電
源部６の電源入力端に印加されるため、該制御電源部６
の出力電圧は実線で示すようにリップル分が多く安定性
に優れているとは言えなかった。

つまり負の半波では出力電圧Ｖｚが低下するので、電流
切換回路７のトランジスタＱＵ、Ｑｖ、Ｑｗへのベース
電流の供給が一時的に低下することになる。従ってトラ
ンジスタＱυ＋ＱｖｔＱｗをスイッチングさせるのに必
要なベース電７ＸＩ［］≧Ｉ　ｃ／ｈＦＨを確保を出来
なかった。尚図示する回路におけるベース電流Ｉｂは次
のように表せる。

Ｉ　ｂ＝　（Ｖ　ｏｐ　−Ｖ　ｂｅ）／　Ｒｂ但しＶｏ
ｐは演算増幅器５　ａ、　５　ｂ、　５　ｃの出力電圧
、Ｖｂｅはスイッチング時のトランジスタＱυ＝Ｑｖ、
Ｑ。のベース・エミッタ間電圧、Ｒｂはベース抵抗で、
抵抗Ｒ２，Ｒ、、Ｒ、に相当する。セしてＶｏｐは演算
増幅器５　ａ、　５　ｂ、　５　ｃをフンパレータとし
て使用しているため、Ｖｏｐ＝Ｖｚ　　Ｖｒで示される
。但しＶｒは演算増幅器の出力電圧の最大値と最小値と
の差電圧である。

本発明は上述の問題点に鑑みて為されたもので、その目
的とするところは、簡単な構成の制御電源部から安定し
た出力電圧が得られて、安定した動作が得られるＤＣブ
ラシレスモータを提供するにある。

［￥１題を解決する手段］ 本発明はＮ極、Ｓ極を交互に周方向に着磁した永久磁石
回転子と、巻線の電流方向が固定された複数組の磁極を
有する固定子と、該固定子に装着され通過する永久磁石
回転子の磁極の極性を検出するホール素子と、このホー
ル素子の検出出力により制御され、上記固定子の各巻線
に電流を供給する電流切換回路とを備え、前記固定子の
ａｍとして３相以上のものを用いるとともに、電流切換
回路の主電源として商用電源を整流する整流回路と降圧
用抵抗とからなる主電源部の脈流出力を用いたＤＣブラ
シレスモータにおいて、上記商用電源と上記降圧用抵抗
との接続点と、上記電流切換回路及びホール素子に制御
用電源を供給する制御電源部の入力端との間に抵抗とダ
イオードとの直列回路を挿入するとともに、制御電源部
の電源入力端に上記主電源部の電源出力端を順方向のダ
イオードを介して接続して構成される。

［作用］ しかして本発明の制御電源部では負の半波領域での電力
供給を主電源部の電源出力端に発生する電圧をダイオー
ドを介して制御電源部の電源入力端に印加することによ
って行う。つまり固定子の巻線に印加される主電源部の
全波整流された出力電圧から少なくとも電力供給を受け
るため負の半波領域でも制御電源部から電力供給が行な
われ、安定した制御用電源電圧を確保できることになる
。

し実施例］ 以下本発明を実施例により説明する。

及１乱１ 第１図は３相式ＤＣブラシレスモータに用いた実施例１
の回路を示す。この第１図回路に示すように本実施例は
制御電源部６の電源入力端にダイオードＤ、’と抵抗Ｒ
、ｌとの直列回路を介して降圧用抵抗Ｒ１と商用電源２
の接続点を接続し、更に主電源部１の正極の電源出力端
をダイオードＤ。

と上記抵抗Ｒ８゛を介して接続し、また各巻線４Ｕ＋４
　Ｖ、　４　Ｖと主電源部１の出力端との間に順方向の
ダイオードＤ７を挿入している点で第４図回路と相違す
るものである。

次に本実施例の動作を第４図と相違する回路について説
明する。

まず制御電源部６には例えば１００■の商用電！２を半
波整流して得られたＦτＸ１００Ｖなる電圧（第２図の
イ曲Ｍ）が印加されているのは第４図回路と同様である
が、主電源部１の全波整流された出力電圧（第２図の口
面＃ｌ）が印加される。

従って制御電源ＭＳ６の出力電圧Ｖｚ（第２図のハ曲Ｍ
）の低下が殆どなく、安定することになり、結果電流切
換回路７のトランジスタＱｕ＝Ｑ□Ｑｖを確実にスイッ
チングさせることができるのである。

一方ダイオードＤ７は巻＃Ｉ４υ＊４Ｖ＊’ＬＷの逆起
電圧が制御電源部６へ印加させるのを防ぐためのもので
ある。

つまり通常においては逆起電圧Ｖｍが主電源部１の出力
電圧との和電圧として制御電源部６に印加されても良い
が、第３図（ａ）に示すように商用型！！２がｔ時点で
遮断された場合にモータが慣性でしばらく回転するため
その間に逆起電圧■鴫が制ｇ４電源部６に供給され、制
御電源部６の出力電圧ＶＺは第３図（ｂ）のように緩や
かに低下して行く。

従って商用Ｘ源６が遮断されているにも拘わらず、逆起
電圧のみでトランジスタＱ　ｕ＝　Ｑ　ｖ、Ｑ　ｖがス
イツチングすることになる。この時制御電源部６の出　
　　　−力電圧Ｖｚで正常にトランジスタＱυｔ　Ｑ　
ｖ　＊　Ｑ　ｗを制御しておれば問題が無いが、電流切
換回路７の正常動作範囲以下の電圧に出力電圧Ｖｚが低
下すると、スイッチングの順序や、８Ｍ４υｙ４ｙｔ４
ｖに流す電流が不安定となって、振動や騒音を発生する
ことがある。そこで実施例回路ではダイオードＤ７によ
り逆起電圧Ｖｍが制御電源部６に印加されるのを阻止し
ており、従っそ、電源遮断時点から制御電源部６には電
力供給が無くなるため、コンデンサＣ１の電荷が急速に
放出され、結果出力電圧Ｖｚは第３図（ｅ）のように急
速に低下し、上述のような異常動作による振動発生や騒
音発生が起きないのである。

［発明の効果］ 本発明は上述のように構成しであるので、トルクリップ
ルが電源リップルと同期現象を起こすことなく、モータ
の安定動作を確保でき、しかも安定化電源を使用しない
分だけコストの低減と小型化が図れ、また降圧用抵抗に
よって電気的時定数Ｌ／Ｒが小さく設定できるため、起
動時のコイル電流と定常時のコイル電流との差を少なく
でき、電流切換回路に使用するスイッチング素子のオフ
時のストレスが小さくなるという特徴を確保し、しかも
上記商用電源と上記降圧用抵抗との接続、αと、上記電
流切換回路及びホール素子に安定化した制御用電源を供
給する制御Ｉ′！ｌ源部の入力端との間に抵抗とダイオ
ードとの直列回路を挿入するとともに、制御電源部の電
源入力端に上記主電源部の電源出力端を順方向のダイオ
ードを介して接続したので、制御電源部の入力電源とし
て半波の脈流電圧を与えても、負の半波領域では少なく
とも主電源部より出力される電圧が電源入力端に供給さ
れるため安定した出力電圧を発生することができ、結果
安定したモータの動作が得られ、又ダイオードを一つ追
加するだけで実現できるから回路が簡単に済むという効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の気体回路図、第２図。 第３図は同上の動作説明用波形図、ｔｊｉす図、は従来
例の気体回路図、第５図は同上の機構部の一部破断し且
つ省略した分解斜視図、第６図は同上の永久磁石回軟子
と固定子とホール素子の構成関係説明図、第７図は同上
の動作説明用の波形図、第８図は同上の制御電源部の動
作説明用波形図である。 １・・・主電源部、２・・・商用ｔａ、３・・・全波整
流器４υＨ４ｙ＋　４　ｖ・・・巻線、５・・・コンパ
レータＩＣ６・・・制御電源部、７・・・電流切換回路
、Ｑυ＝Ｑｖ、ＱＶ・・・トランジスタ、ＨυＩ　Ｈｙ
　Ｉ　Ｈ＠・・・ホール素子、ＤＳ’ｌＤＩ・・・ダイ
オード、Ｒ５・・・降圧用抵抗、Ｒ１”・・・抵抗、Ｃ
１・・・平滑用コンデンサ、ＺＤ、・・・ツェナーダイ
オードである。 代理人　弁理士　石　１）長　七 第５図 第６図 第７図 （ｂ） （Ｃ） 第８図 手続補正書く自発） １、事件の表示 昭和６３年特許願第３７７８９号 ２、発明の名称 ＤＣブラシレスモータ ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　大阪府門真市大字門真１０４８番地名称（５８
３）松下電工株式会社 代表者　　三　　好　　俊　　夫 ４、代理人 郵便番号　５３０ ５、ｆｉｌｉ正命令の日付 自　　発 （１）本願明細書第５頁第６行の「吸収」を「抑制」−
ツ と訂正する。 （２）同上同頁第１９行乃至第２０行の「内天井面と軸
受１２の上面」を「内周面とホール素子Ｈ，Ｊ。 Ｈｖ、Ｈ，の磁極検知面」と訂正する。 （３）同上第６頁第７行の［ホール素子Ｈ，，Ｈｖ、　
Ｈｌは」を削除する。 （４）同上第８頁第１０行の「出力電圧の最大値と最小
値との」を「電源電圧と出力電圧との」と訂正する。 （５）図面中第６図を別紙のように訂正する。 代理人　弁理士　石　１）長　七 慣６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｎ極、Ｓ極を交互に周方向に着磁した永久磁石回
   転子と、巻線の電流方向が固定された複数組の磁極を有
   する固定子と、該固定子に装着され通過する永久磁石回
   転子の磁極の極性を検出するホール素子と、このホール
   素子の検出出力により制御され、上記固定子の各巻線に
   電流を供給する電流切換回路とを備え、上記固定子の巻
   線として３相以上のものを用いるとともに、電流切換回
   路の主電源として商用電源を整流する整流回路と降圧用
   抵抗とからなる主電源部の脈流出力を用いたＤＣブラシ
   レスモータにおいて、上記商用電源と上記降圧用抵抗と
   の接続点と、上記電流切換回路及びホール素子に制御用
   電源を供給する制御電源部の入力部との間に抵抗とダイ
   オードとの直列回路を挿入するとともに、制御電源部の
   電源入力端に上記主電源部の電源出力端を順方向のダイ
   オードを介して接続したことを特徴とするＤＣブラシレ
   スモータ。