JPH0241280B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は２相ブラシレスモータの駆動回路に係
り、特にホール素子等の位置センサーを使用した
ブラシレスモータにおいて、上記ホール素子等の
位置センサーの出力のアンバランスによつて生ず
る各相のステータコイルの端子間電圧の不揃いに
起因するワウ・フラツタ等の不都合を、上記各相
のステータコイルの端子間電圧に振幅補償を施す
ことにより解消した２相ブラシレスモータの駆動
回路に関する。

第１図は従来から知られているホール素子、オ
ペアンプそしてパワートランジスタで構成された
２相ブラシレスモータの駆動回路例である。な
お、第１図のものにおいて、図示していないがロ
ータマグネツトの磁束分布はほぼ正弦波状に着磁
されており、２相のステータコイルは上記のロー
タマグネツトの磁界に対して電気角で90゜の奇数
倍だけ異なつた位置に配設されている。また、２
個のホール素子は上記のステータコイルに対して
電気角で180゜の倍数なる位置に配設されている。

而して、第１図においてH₁（H₂）はホール素
子、A₁（A₂）は上記のホール素子H₁（H₂）からの
出力電圧を入力とするオペアンプ、Q₁，Q₂（Q₃，
Q₄）はパワートランジスタ、L₁（L₂）はステータ
コイルそしてR₁，R₂，R₃，R₄（R₅，R₆，R₇，
R₈）は抵抗である。また、端子Ｔにはサーボ回
路からの制御電圧が供給され、該制御電圧は上記
のホール素子H₁（H₂）に印加される。上記の端
子Ｔに供給される制御電圧は、モータの回転を周
知の周波数発電機で検出し、これをＦ−Ｖ（周波
数−電圧）変換して得た上記モータの回転数に伴
なつて変化する電圧である。また、上記のホール
素子H₁（H₂）は、電流を流すための一対の端子
と、該電流に対して直角をなす方向に生ずるホー
ル電圧を取り出すための一対の出力端子とを備え
ており、該出力端子からはホール素子に対しての
垂直磁界の強さと電流の積に比例する出力電圧が
取り出される。いま、一般的なオペアンプを考
え、上記のホール素子H₁の一対の出力端子に生
ずる出力電圧をV₁、V₂とし、V₁をオペアンプA₁
の反転入力端子（−）に、またV₂を上記オペア
ンプA₁の非反転入力端子（＋）へ供給すると、
該オペアンプA₁の出力電圧V₀は、V₀＝R₂／R₁（V₁ −V₂）となる。このオペアンプA₁の出力電圧V₀
は、パワートランジスタQ₁，Q₂のベースに供給
され、該パワートランジスタQ₁，Q₂を介した電
流がステータコイルL₁に供給される。

上記した構成からなる２相ブラシレスモータの
駆動回路において、負荷トルクが大きくなつた場
合には、端子Ｔからホール素子H₁（H₂）に供給
される制御電圧も大きくなり、オペアンプA₁
（A₂）の出力も大きくなつてステータコイルL₁
（L₂）に供給される電流は増加する方向にある。
逆に負荷トルクが小さい場合には、端子Ｔからホ
ール素子H₁（H₂）に供給される上記の制御電圧
が小さくなり、オペアンプA₁（A₂）の出力が小さ
くなつてステータコイルL₁（L₂）に供給される電
流は減少する方向にある。上記の端子Ｔに供給さ
れる制御電圧は、上記した如く負荷トルクの変動
に対して、常にモータの中心回転周波数に追従す
べく向きに加えられる。

上記したものでは、ロータマグネツトの回転角
に応じて、ホール素子H₁（H₂）の出力に正弦波
状電圧が得られ、該正弦波状電圧はオペアンプ
A₁（A₂）で増幅された後、パワートランジスタ
Q₁，Q₂（Q₃，Q₄）を介してステータコイルL₁
（L₂）に供給される。従つて、上記のステータコ
イルL₁（L₂）にはホール素子H₁（H₂）の出力電圧
に比例した正弦波状電流が流れる。

いま、上記のロータマグネツトの回転角をθと
し、一方のステータコイルL₁に鎖交する磁束を
B₁、他方のステータコイルL₂に鎖交する磁束を
B₂、一方のステータコイルL₁に流れる電流をi₁、
他方のステータコイルL₂に流れる電流をi₂、上記
一方のステータコイルL₁によりロータマグネツ
トが受ける力をF₁、上記他方のステータコイル
L₂によりロータマグネツトが受ける力をF₂とし、
上記両相のステータコイルL₁，L₂によりロータ
マグネツトが受ける力Ｆを求める。

まず、ステータコイルL₁，L₂に鎖交する磁束
B₁、B₂は次の如くとなる。

B₁＝Bm₁sinθ B₂＝Bm₂cosθ ただし、Bm₁、Bm₂は定数である。また、ス
テータコイルL₁，L₂に流れる電流i₁、i₂は次のよ
うになる。

i₁＝K₁sinθ i₂＝K₂cosθ ただし、K₁、K₂は定数である。更に、ステー
タコイルL₁，L₂によりロータマグネツトが受け
る力F₁、F₂は次のようになる。

F₁＝i₁・B₁＝Bm₁・K₁sin²θ F₂＝i₂・B₂＝Bm₂・K₂cos²θ ∴Ｆ＝F₁＋F₂＝Bm₁・K₁sin²θ＋Bm₂・K₂cos²θ ここで、Bm₁・K₁＝Bm₂・K₂とすると Ｆ＝Βm₁・K₁（sin²θ＋cos²θ） ＝Bm₁・K₁ となる。すなわち、トルクむらのない理想的な直
流モータとなり得る。

一方、位置センサーとして使用されるホール素
子は、その出力は入力端子に与えられる電流とホ
ール素子を通過する磁束とに比例するが、同一の
電流、磁束でもばらつきが大きいという欠点があ
る。このため、ホール素子H₁（H₂）に同一の電
流、磁束を与えても、その出力は同一にならず、
すなわち、出力のアンバランスを生ずる。この場
合の、上記のロータマグネツトが受ける力F'は次
のようになる。なお、Bm₁・K₁＜Bm₂・K₂とす
る。

F'＝Bm₁・K₁sin²θ＋Bm₂・K₂cos²θ ＝Ｃ＋Ｄ・cos²θ ＝Ｃ＋Ｄ・（１＋cos2θ）／２ すなわち、ホール素子の出力にばらつきがある
場合には、電気角でπ〔rad〕を周期とするトル
クむらが生ずる。従つて、定速度制御で使用する
時は、上記のホール素子の出力のアンバランスに
より、各相におけるステータコイルの端子間電圧
に違いが生じ、これに起因したワウ・フラツタ成
分が生ずる。

本発明は、上記した従来の位置センサーとして
ホール素子を用いたブラシレスモータの駆動回路
における欠点を解消するためになされたものであ
り、上記位置センサーとして用いられたホール素
子の出力のアンバランスによつて生ずる各相のス
テータコイルの端子間電圧の不揃いに起因するワ
ウ・フラツタ等の不都合を、上記各相のステータ
コイルの端子間電圧に振幅補償を施すことにより
解消したブラシレスモータの駆動回路を提供する
ことを目的とする。

以下、図面を参照しながら本発明による一実施
例について、２相ブラシレスモータの場合を例に
とり説明する。

第２図は、本発明によるブラシレスモータの駆
動回路の一実施例を示すブロツクダイアグラムで
ある。図中Ｔはホール素子の入力電圧端子であ
り、該端子Ｔには第１図を参照して説明したよう
に、サーボ回路からの制御電圧が供給される。な
お、本発明における実施例においては、上記の端
子Ｔには、サーボ回路からの制御電圧に代えて一
定電圧を供給してもよい。１Ａ，１Ｂはホール素
子（第３図の実際回路例ではH₁，H₂に相当）、
２Ａ，２Ｂは増幅手段（第３図の実際回路例では
オペアンプA₁，A₂に相当）、３Ａ，３Ｂはステー
タコイルの端子間電圧に比例した電圧を検出する
振幅レベル検出手段（第３図の実際回路例では
D₁，C₁・D₂，C₂に相当）、４は上記双方の振幅レ
ベル検出手段３Ａ，３Ｂからの各相の電圧を比較
する差動増幅手段（第３図の実際回路例では差動
増幅アンプA₃に相当）、５はリミツタ手段（第３
図の実際回路例ではD₃，D₄，A₄に相当）、６はホ
ール素子１Ａへ入力される端子Ｔからの上記した
入力電圧と負帰還される電圧との結合手段（負帰
還手段）を示している。

上記のホール素子１Ａ，１Ｂからの各ホール素
子の出力電圧は増幅手段２Ａ，２Ｂに供給され、
ここで増幅されて各ステータコイルに供給され
る。該１相のステータコイルの端子間電圧は振幅
レベル検出手段３Ａにより検出され、ここで検出
された上記１相の振幅レベル電圧（ほぼ直流電
圧）は差動増幅手段４へ供給される。また、他の
１相のステータコイルの端子間電圧は振幅レベル
検出手段３Ｂにより検出され、ここで検出された
上記他の１相の振幅レベル電圧（ほぼ直流電圧）
は上記の差動増幅手段４へ供給される。該差動増
幅手段４からの出力はリミツタ手段５を介して上
記した結合手段（負帰還手段）６へ負帰還され、
端子Ｔへ供給されるホール素子入力電圧分と上記
した負帰還による電圧分とがホール素子１Ａに加
わる入力電圧となり、上記した１相ならびに他の
１相のステータコイルの端子間電圧が等しくなる
ように補償される。

而して、第３図は第２図に示したブロツクダイ
アグラムに準じた２相ブラシレスモータの駆動回
路の実際例である。なお、第１図と同一部分には
同一符号を付し、重複する説明は省略する。第２
図において説明したステータコイルの振幅レベル
検出手段３Ａ，３Ｂは、ダイオードD₁、コンデ
ンサC₁およびダイオードD₂、コンデンサC₂によ
り構成されている。１相のステータコイルL₁の
端子間電圧は、そのピーク値がダイオードD₁に
より検出され、該検出値はコンデンサC₁にホー
ルドされる。また、他の１相のステータコイル
L₂の端子間電圧は、そのピーク値がダイオード
D₂により検出され、該検出値はコンデンサC₂に
ホールドされる。また差動増幅手段４は差動増幅
アンプA₃で構成され、該差動増幅アンプA₃の反
転入力端子（−）には、上記したステータコイル
L₁の端子間電圧のピーク値をダイオードD₁で検
出して得たコンデンサC₁のホールド電圧が供給
される。また上記の差動増幅アンプA₃の非反転
入力端子（＋）には、ステータコイルL₂の端子
間電圧のピーク値をダイオードD₂で検出して得
たコンデンサC₂のホールド電圧が供給される。
更に、上記したリミツタ手段５は、ダイオード
D₃，D₄およびアンプA₄で構成され、その出力は
ホール素子H₁に負帰還される。

第３図において、トランジスタQ₁およびトラ
ンジスタQ₃のエミツタとアース間は、それぞれ
ステータコイルL₁およびL₂の端子間電圧となる。
該端子間電圧は、それぞれダイオードD₁、コン
デンサC₁、ダイオードD₂、コンデンサC₂により
検出された各相のステータコイルL₁，L₂の振幅
電圧に比例したほぼ直流電圧である。上記のステ
ータコイルL₁，L₂の振幅電圧に比例したそれぞ
れの電圧は差動増幅アンプA₃に入力される。そ
して、上記の差動増幅アンプA₃からの出力は、
リミツタおよび増幅機能を有するリミツタ手段
（D₃，D₄，A₄で構成）を介して、上記２相のうち
１相のホール素子H₁の入力電圧に負帰還される。
いま、ステータコイルL₁の端子間電圧がステー
タコイルL₂の端子間電圧よりも大きい場合を考
えると、差動増幅アンプA₃の反転入力端子（−）
への入力電圧が増加するため、該差動増幅アンプ
A₃の出力はその差分だけ減少する方向にある。
上記差動増幅アンプA₃の出力はリミツタ手段で
反転されて増加する方向となり、これがホール素
子H₁へ加えられる。この電圧はアースに対して
ホール素子H₁の入力電圧を減少させる向きに加
えられるので（ホール素子H₂の一端はアース電
位となつている）、負帰還されたことになる。従
つて、ステータコイルL₁の端子間電圧が、ステ
ータコイルL₂の端子間電圧と等しくなるように
振幅補償される。

なお、上記した一実施例においては、２相ブラ
シレスモータの場合を例にとり説明したが、多相
の場合であつても１相を基準として、各相を比較
する構成とすることにより、上記したと同様に実
施できるものである。

以上記載した如く本発明によれば、位置センサ
ーであるホール素子と、該ホール素子の出力を増
幅する増幅手段と、ステータコイルに駆動電流を
供給するパワートランジスタとを各相毎に備えて
成る２相ブラシレスモータの駆動回路において、
各相のステータコイルの端子間電圧に比例した電
圧を検出する振幅レベル検出手段と、該振幅レベ
ル検出手段により検出された上記各相の電圧を差
動増幅する差動増幅手段と、該差動増幅手段から
の出力をリミツタ手段と、該リミツタ手段の出力
を１相のホール素子入力電圧または電流に負帰還
する負帰還手段とを備えてなるので、ホール素子
の出力のアンバランスがあつても、各相のステー
タコイルの端子間電圧が等しくなるように振幅補
償することができ、特に定速制御で使用する時の
ワウ・フラツタの改善に絶大なる効果を奏するブ
ラシレスモータの駆動回路を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の２相ブラシレスモータの駆動回
路を示す回路図、第２図は本発明による一実施例
を示すブロツクダイアグラム、第３図は本発明に
よる一実施例である２相ブラシレスモータの駆動
回路を示す回路図である。 １Ａ，１Ｂ：ホール素子、２Ａ，２Ｂ：増幅手
段、３Ａ，３Ｂ：振幅レベル検出手段、４：差動
増幅手段、５：リミツタ手段、６：結合手段（負
帰還手段）、Ｔ：ホール素子入力電圧端子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 位置センサーであるホール素子と、該ホール
   素子の出力を増幅する増幅手段と、ステータコイ
   ルに駆動電流を供給するパワートランジスタとを
   各相毎に備えて成る２相ブラシレスモータの駆動
   回路において、各相のステータコイルの端子間電
   圧に比例した電圧を検出する振幅レベル検出手段
   と、該振幅レベル検出手段により検出された上記
   各相の電圧を差動増幅する差動増幅手段と、該差
   動増幅手段からの出力をリミツタするリミツタ手
   段と、該リミツタ手段の出力を１相のホール素子
   入力電圧または電流に負帰還する負帰還手段とを
   具備し、上記ホール素子の出力のアンバランスに
   よる上記各相のステータコイルの端子間電圧の不
   揃いを等しくなるように振幅補償したことを特徴
   とする２相ブラシレスモータの駆動回路。