JPH0243440B2

JPH0243440B2 -

Info

Publication number: JPH0243440B2
Application number: JP57100406A
Authority: JP
Priority date: 1982-06-10
Filing date: 1982-06-10
Publication date: 1990-09-28
Also published as: JPS58215989A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、ロータの位置に応じて複数相のコイ
ルに対する給電をトランジスタ等を使用して電子
に切換えていくブラシレス直流モータに関するも
のである。

ブラシレス直流モータは、トルクリツプルが小
さく、ブラシによるノイズがなく、長寿命である
ことから、各種の音響機器に応用されている。特
公昭55−6938号公報には、このようなブラシレス
直流モータにおいて、星形結線された３相のコイ
ルは両方向の電流を通電（全波駆動）するように
なし、コイルの利用効率を向上させることが開示
されている。これによれば、多相のコイルに第１
のトランジスタ群によつて定電流を供給するよう
にし、第２のトランジスタ群によつて多相コイル
の共通接続点の電位が所定の値となるように制御
している。

しかし、このような構成では、コイルに電流を
供給する端子の他に共通接続端子（単に電圧を検
出するために必要とされる）も、モータ側より引
き出して回路素子に接続する必要があり、配線数
が多くなり、製造が繁雑となつていた。

また、モータの回転速度の上昇に伴つて逆起電
力が増大するために駆動トランジスタは過度的に
過飽和状態となり、回路動作の不安定及び電流リ
ツプルの増大を起こしていた。電流リツプルは発
生トルクのリツプルを生じ、モータの振動や騒音
を引き起こすため大きな問題となつていた。さら
に、速度制御を施したモータにおいては、起動加
速時点において駆動トランジスタが過飽和状態に
なり、振動、騒音を生じると共に制御の引き込み
特性も悪化させ、問題となつていた。

本発明は、そのような点を考慮し、多相のコイ
ルに電流を供給する端子のみに配線（共通接続端
子の配線は不要）により安定かつ確実な全波駆動
を実現し、かつ駆動トランジスタの過度の飽和を
防止するようにしたブラシレス直流モータを提供
するものである。

本発明は、モータ可動部の位置を検出する位置
検出手段と、複数相のコイルと、前記コイルに電
流を供給する複数個のトランジスタからなる第１
の駆動トランジスタ群と、前記コイルへの電流供
給を指令する指令信号と前記コイルへの電流供給
を修正する電流修正信号に対応し、かつ、前記位
置検出手段の出力に応動して前記第１の駆動トラ
ンジスタ群の通電を分配制御する第１の分配制御
手段と、前記コイルと前記第１の駆動トランジス
タ群による電流路に直列に挿入された複数個のト
ランジスタからなる第２の駆動トランジスタ群
と、前記位置検出手段の出力に応動して前記第２
の駆動トランジスタ群の通電を分配制御する第２
の分配制御手段を具備し、前記第２の分配制御手
段は、検出第１の駆動トランジスタ群の通電状態
にあるトランジスタの動作電圧を検出して前記第
２の駆動トランジスタの制御信号と前記電流修正
信号を得る動作検出手段を含んで構成され、通電
状態にある前記第１の駆動トランジスタの動作電
圧が第１の所定値よりも大きくなると通電状態に
ある前記第１の駆動トランジスタの通電電流を小
さくし、通電状態にある前記第１の駆動トランジ
スタの動作電圧が前記第１の所定値よりも小さく
なると通電状態にある前記第２の駆動トランジス
タの通電電流を大きくするように、前記動作検出
手段の第１の出力信号に応じて前記第２の駆動ト
ランジスタ群の動作状態を制御するようにし、さ
らに、前記動作検出手段は、通電状態にある前記
第１の駆動トランジスタの動作電圧が第２の所定
値（ここに、第２の所定値は前記第１の所定値よ
り小さい）よりも大きい時に、前記電流修正信号
を零になし、前記第１の分配制御手段の動作によ
つて前記コイルへの供給電流を前記指令信号に対
応した他に制御し、かつ、通電状態にある前記第
１の駆動トランジスタの動作電圧が前記第２の所
定値よりも小さくなつた時に、前記第１の駆動ト
ランジスタの動作電圧と前記第２の所定値の差に
応じた値の前記電流修正信号を出力し、前記コイ
ルへの供給電流を前記指令信号に対応した値より
も小さくなるようにして所期の目的を達成したも
のである。

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、本発明の実施例を表わす電気回路
結線図である。第１図において、１はロータにと
りつけられた界磁用マグネツト（界磁手段）、Ｘ，
Ｙ，Ｚは星形結線された３相のコイル群、５，
６，７は第１の駆動トランジスタ群、８，９，１
０は第２の駆動トランジスタ群、１１は位置検出
器、２１は電流制御器、２２は第１の分配制御手
段としての第１の選択的、２６はコイルＸ，Ｙ，
Ｚへの合成供給電流を検出するための抵抗（電流
検出手段）、２７はコイルへの合成電流を修正す
るための抵抗（電流修正手段）、４１は第１の駆
動トランジスタの通電時の動作電圧を検出する動
作検出器、６１は第２の選択的であり、この第２
の選択的６１と動作検出器４１は第２の分配制御
手段として動作する。さらに、７０は速度検出
器、７３は電流変換器、８１はカレントミラー回
路である。

次に、その動作について説明する。電源電流
Vccに22Vが印加されると、周知の構成の速度検
出器７０はマグネツト１の回転速度を検出してそ
の速度に対応した電圧信号７１を出力し、電流変
換器７３に入力する。電流変換器７３は、たとえ
ば差動電圧増幅器と電圧・電流変換器によつて構
成され、電圧信号７１と電圧源７２の電圧値とを
比較し、その両者の差電圧に対応した電流i₁を出
力（電流吸込）する。電流変換器７３の出力i₁は
カレントミラー回路８１によつて反転され、i₁に
相似な電流i₂，i₃が出力される。カレントミラー
回路８１の出力i₂は抵抗８２により電圧に変換さ
れ、指令信号V₁を作りだしている。また、カレ
ントミラー回路８１の出力i₃は動作検出器４１に
入力され、電流源４２の電流値I₄と合成されて抵
抗４３、ダイオード４４，４５，４６に供給さ
れ、電圧信号V₂を作りだしている。

指令信号V₁と抵抗２６，２７の電圧降下は電
流制御器２１にて比較され、その両者の差に応じ
た電流が出力され、第１の選択器２２を構成する
トランジスタ２３，２４，２５の共通エミツタ電
流として供給される。電流制御器２１は、たとえ
ば差動電圧増幅器と電圧・電流変換器によつて構
成されている。第１の選択器２２のトランジスタ
２３，２４，２５の各ベース端子には、それぞれ
位置検出器１１のホール素子１２，１３，１４の
出力電圧が印加され、そのベース電圧の差に応じ
て共通エミツタ電流が各コレクタ電流に分配さ
れ、ベース電圧の最も低いトランジスタのコレク
タ電流が最も大きくなり、他のトランジスタのコ
レクタ電流は零またはほとんど零となる。

トランジスタ２３，２４，２５の各コレクタ電
流は第１の駆動トランジスタ５，６，７の各ベー
ス電流となり、電流増幅されてコイルＸ，Ｙ，Ｚ
に供給される。コイルＸ，Ｙ，Ｚへの供給電流Ia
は抵抗２６の電圧降下として検出され、抵抗２７
を介して電流制御器２１の反転入力端子に入力さ
れる（動作検出器４１の出力電流i₇は零とする）。

これにより、電流制御器２１、第１の選択器２
２、第１の駆動トランジスタ群５，６，７および
抵抗２６と抵抗２７によつて第１の帰還ループ
（電流帰還ループ）が構成され、検出信号V₃が指
令信号V₁と等しくなるように動作している。そ
の結果、コイルＸ，Ｙ，Ｚへの供給電流Iaは、ト
ランジスタ５，６，７のh_FEバラツキの影響をほ
とんど受けなくなり、 Ia≒V₁／R₂₆ …(1) となる（i₇＝０としている）。

ここで、R₂₆は抵抗２６の値である。

また、マグネツト１の回転に伴つて、ホール素
子１２，１３，１４の出力電圧が変化し、対応す
るコイルに電流を供給するように第１の駆動トラ
ンジス群５，６，７の通電を制御し、切り換えて
いく。なお、コンデンサ２８は上述の帰還ループ
の位相補償（発振防止）のためにつけている。ま
た、コイルＸ，Ｙ，Ｚの端子に接続されたコンデ
ンサ３０，３２，３４と抵抗３１，３３，３５の
直列回路は電流路の切り換えに伴つて生じるスパ
イク電圧を低減するものである。

次に、動作検出器４１、第２の選択器６１およ
び第２の駆動トランジスタ群８，９，１０の動作
について説明する。動作検出器４１の抵抗４３、
ダイオード４４，４５，４６に生じる基準電圧
は、 V₂r＝2.1＋R₃・（i₃＋I₄） …(2) となる。ここで2.1Vは３個のシリコンンダイオ
ード４４，４５，４６の電圧降下であり、R₄₃は
抵抗４３の値である。検出トランジスタ５２，５
３，５４の各ベース側は検出端子して第１の駆動
トランジスタ群５，６，７の各出力端子に接続さ
れ、各エミツタ側は共通接続され、各コレクタ側
は電源Vccの負極端子に接続されている。

第２図に駆動トランジスタ６と８が活性となつ
ている場合の電流路を示す。その電流路は、側電源→第２の駆動トランジスタ８→コイル
ＸとＹ→第１の駆動トランジスタ６→抵抗２６→
側電源となり、通電状態にある第１の駆動トランジスタ
６の動作電圧V_CEが他の駆動トランジスタ５，７
の電圧よりも小さくなる。従つて、検出トランジ
スタ５２，５３，５４の検出電圧V₄（エミツタ側
電圧）は第１の駆動トランジスタの通電時の動作
電圧に対応した値となる。すなわち、 V₄＝V_CE＋0.7＋R₂₆・Ia …(3) 検出電圧V₄と基準電圧V₂rは差動トランジスタ
５０，５１によつて比較され、V₄がV₂にほぼ等
しいかもしくは小さいときトランジスタ５０のコ
レクタ電流i₆が出力され、カレントミラー（ダイ
オード５５、トランジスタ５６、抵抗５７，５
８）によつて反転、増幅され、第２の選択器６１
のトランジスタ６２，６３，６４の共通エミツタ
電流として出力（電流吸込）される。

また、検出トランジスタ５２，５３，５４の出
力電圧V₄はトランジスタ５９によつて基準電圧
V₂rと比較され、V₄がV₂rよりもV_D≒0.7V以上小
さくなるとコレクタ電流i₇が流れ、電流修正用の
抵抗２７に供給される。

まず、トランジスタ５９がオフのとき（i₇＝
０）の動作について説明する。第２の選択器６１
のトランジスタ６２，６３，６４の各ベース端子
には、位置検出器１１のホール素子１５，１６，
１７の出力が印加され、そのベース電圧に応じて
共通エミツタ電流をコレクタ側に分配する。トラ
ンジスタ６２，６３，６４の各コレクタ電流第２
の駆動トランジスタ群８，９，１０の各ベース電
流となり、コイルＸ，Ｙ，Ｚへの通電を切換え制
御している。

従つて、動作検出器４１、第２の選択器６１及
び第２の駆動トランジスタ群８，９，１０によつ
て第２の帰還ループが構成され、検出電圧V₄が
基準電圧V₂rと等しくもしくは略等しくなるよう
に動作し、第２の駆動トランジスタの通電電流を
第１の駆動トランジスタの通電電流と等しくす
る。これについてさらに説明すれば、第１の駆動
トランジスタの通電電流が第２の駆動トランジス
タの通電電流よりも大きくなると、第１の駆動ト
ランジスタの動作電圧が小さくなり、動作検出器
４の検出電圧V₄が小さくなり、i₆が大きくなり、
第２の駆動トランジスタのベース電流、従つてコ
レクタ電流を大きくする。その結果、第２の駆動
トランジスタの通電電流が第１の駆動トランジス
タの通電電流と等しくなると共に、 V₄≒V₂r …(4) となる。

(2)，(3)，(4)式より、第１の駆動トランジスタの
通電時の動作電圧は、 V_CE≒1.4＋R₄₃・（I₄＋i₃）−R₂₆・Ia …(5) となり、能動領域内の所定の小さな電圧値（第１
の所定値）となる。

この様な帰還ループを施こすならば、第２の選
択器６１および第２の駆動トランジスタ群８，
９，１０の動作が安定し、位置検出器１１に応動
する通電トランジスタの切換えは確実かつ円滑に
行なわれる。なお、コンデンサ６５は第２の帰還
ループの位相補償（発振防止）のためにつけられ
ている。

次に、トランジスタ５９および抵抗２７による
電流修正動作について説明する。モータの起動時
点においては、速度検出器７０の出力信号７１が
小さく、電流変換器７３の出力電流i₁が大きく、
カレントミラー回路８１の電流i₂，i₃が大きく、
指令信号V₁および基準電圧V₂rは大きく、指令信
号V₁に対応した電流IaがコイルＸ，Ｙ，Ｚに供
給される（第１および第２の帰還ループの動作）。
モータが加速されるにつれて、コイルの逆起電圧
が大きくなり、第２の駆動トランジスタが飽和
し、第１の駆動トランジスタも飽和していく。す
なわち、第１の駆動トランジスタの通電時の動作
電圧が小さくなり、検出トランジスタ５２，５
３，５４の検出電圧V₄が小さくなる。V₄が
（V₂r−0.7）Ｖよりも小さくなると、トランジス
タ５９が活性となり、コレクタ電流i₇を抵抗２７
に出力する。従つて、 V₃＝R₂₆・Ia＋（R₂₇＋R₂₆）・i₇ …(6) となる。第１の帰還ループの動作により、V₃＝
V₁となるから、コイルへの供給電流Iaは、 Ia＝１／R₂₆〔V₁−（R₂₇＋R₂F）・i₇〕 …(7) となり、動作検出器４１の出力i₇によつて電流修
正され、第１の駆動トランジスタ５，６，７の過
度の飽和を防止している。

このとき、第１の駆動トランジスタの通電時の
動作電圧は、 V_CE＝0.7＋R₄₃（I₄＋i₃）−R₂ ⁶・Ia …(8) となり、第１の所定値（(5)式）よりも小さい第２
の所定値に等しくなるように電流修正がなされ
る。なお、電流修正用の抵抗２７は電流検出用の
抵抗２６よりもかなり大きくしてある（R₂₆＝
Ω，R₂₇＝1KΩ）。

本実施例では、動作検出器４１をトランジスタ
とダイオードと抵抗によつて構成しているため
に、単一のシリコン・チツプ上に集積回路化が可
能となる（抵抗，トランジスタ，ダイオードが集
積化できることは周知）。その結果、第１図のモ
ータ駆動回路部分をワンチツプ集積回路にて構成
する場合に、外付部品が少なくなり、製造が著し
く容易となる。また、その検出特性も相間のバラ
ツキがなく、検出に必要な電流も小さくて良い。
さらに、ラテラル構造またはサブストレート構造
のPNP型トランジスタを検出トランジスタとし
て使用するならば、ベース・エミツタ間耐圧およ
びベース・コレクタ間耐圧が大きくとれ、コイル
でのスパイク電圧によつて破壊される恐れがなく
なる。

また、本実施例では、第１の駆動トランジスタ
群５，６，７の通電時の動作電圧V_CEを第１の所
定値（(5)式）に制御している。ここで、(5)式の電
流i₃，Iaは共に速度検出器７０の出力信号７１に
応動して連動変化している。従つて、 R₄₃・i₃／R₂₆・Ia＞１ …(8) となるように、抵抗２６，４３の値R₂₆，R₄₃を
選定するならば、第１の所定値はコイルへの供給
電流Iaに連動変化し、Iaが大きくなる。

このような動作は、特に、第１の駆動トランジ
スタの飽和電圧を考慮すると重要となる。これに
ついて第３図を参照して説明する。トランジスタ
の飽和電圧は通電電流に比例して大きくなり、逆
に、能動領域は狭くなつていくが、第１の所定値
を通電電流に連動して大きくしていくならば、第
１の駆動トランジスタの通電時の動作電圧はその
通電電流の大小にかかわらず確実に能動領域内の
小さな電圧値となるように第２の駆動トランジス
タ８，９，１０の通電電流が制御される（第２の
駆動トランジスタが飽和していない場合）。

さらに、第１の駆動トランジスタの通電時の動
作電圧が前記第１の所定値よりなり小さくなる
と、動作検出器４１のトランジスタ５９が活性と
なり、電流修正用の抵抗２７に電流i₇を供給して
コイルへの電流Iaを減少させ、第１の駆動トラン
ジスタの過度の飽和を防止させている。これによ
り、起動・加速段階におけるコイルへの供給電流
のリツプル（特に電流路が切換わる時点でのリツ
プル）が著しく小さくなり、騒音、振動が大幅に
軽減される。

なお、前述の実施例では、３相のコイルを星形
結線した例を示したが、本発明はそのような場合
に限らず、一般に、多相のコイルを有するモータ
を構成できる。また、駆動トランジスタはバイポ
ーラ形トランジスタに限らず、電界効果形トラン
ジスタでも良いことはいうまでもない。その他、
本発明の主旨を変えずして種々の変形が可能であ
る。

以上の説明にて理解されるように、本発明のブ
ラシレス直流モータでは、第１の駆動トランジス
タ群の通電状態にあるトランジスタの動作電圧を
検出し、その電圧が所定の値（第１の所定値）と
なるように第２の駆動トランジスタ群の通電状態
にあるトランジスタの動作状態を制御するので、
モータコイルへの接続端子数は少なくて良く、部
品点数、製造工数は低減される。

また、第１の駆動トランジスタの動作電圧が前
述の所定値（第１の所定値）よりもかなり小さく
なると、コイルへの供給電流を減小させる電流修
正手段が動作し、トランジスタの過度の飽和を防
止して騒音、振動を軽減している。

従つて、本発明に基づいて、音響機器または映
像機器用のブラシレス直流モータを構成するなら
ば、安価の性能の良い機器を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を表わす電気回路結
線図、第２図は第１図の回路の動作を説明するた
めの図、第３図はトランジスタの動作領域を表わ
す図である。１…マグネツト、Ｘ，Ｙ，Ｚ…コイル、５，
６，７…第１の駆動トランジスタ、８，９，１０
…第２の駆動トランジスタ、１１…位置検出器、
２１…電流制御器、２２…第１の選択器、２６…
電流検出用の抵抗、２７…電流修正用の抵抗、４
１…動作検出器、６１…第２の選択器、７０…速
度検出器、７３…電流変換器、８１…カレントミ
ラー回路。

Claims

【特許請求の範囲】

１モータ可動部の位置を検出する位置検出手段
と、複数相のコイルと、前記コイルに電流を供給
する複数個のトランジスタからなる第１の駆動ト
ランジスタ群と、前記コイルへの電流供給を指令
する指令信号と前記コイルへの電流供給を修正す
る電流修正信号に対応し、かつ、前記位置検出手
段の出力に応動して前記第１の駆動トランジスタ
群の通電を分配制御する第１の分配制御手段と、
前記コイルと前記第１の駆動トランジスタ群によ
る電流路に直列に挿入された複数個のトランジス
タからなる第２の駆動トランジスタ群と、前記位
置検出手段の出力に応動して前記第２の駆動トラ
ンジスタ群の通電を分配制御する第２の分配制御
手段を具備し、前記第２の分配制御手段は、前記
第１の駆動トランジスタ群の通電状態にあるトラ
ンジスタの動作電圧を検出して前記第２の駆動ト
ランジスタの制御信号と前記電流修正信号を得る
動作検出手段を含んで構成され、通電状態にある
前記第１の駆動トランジスタの動作電圧が第１の
所定値よりも大きくなると通電状態にある前記第
２の駆動トランジスタの通電電流を小さくし、通
電状態にある前記第１の駆動トランジスタの動作
電圧が前記第１の所定値よりも小さくなると通電
状態にある前記第２の駆動トランジスタの通電電
流を大きくするように、前記動作検出手段の第１
の出力信号に応じて前記第２の駆動トランジスタ
群の動作状態を制御するようにし、さらに、前記
動作検出手段は、通電状態にある前記第１の駆動
トランジスタの動作電圧が第２の所定値（ここ
に、第２の所定値は前記第１の所定値より小さ
い）よりも大きい時に、前記電流修正信号を零に
なし、前記第１の分配制御手段の動作によつて前
記コイルへの供給電流を前記指令信号に対応した
値に制御し、かつ、通電状態にある前記第１の駆
動トランジスタの動作電圧が前記第２の所定値よ
りも小さくなつた時に、前記第１の駆動トランジ
スタの動作電圧と前記第２の所定値の差に応じた
値の前記電流修正信号を出力し、前記コイルへの
供給電流を前記指令信号に対応した値よりも小さ
くなるようにしたことを特徴とするブラシレス直
流モータ。