JPH027890A - モータのスイツチング駆動回路 - 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、複数のモータコイルを順番に切換通電するこ
とにより、連続した回転トルクを得るようにしたモータ
のスイッチング駆動回路に関する。

〔発明の概要〕

ロータの回転位置を示す正弦波状の信号から台形波信号
を形成し、この台形波信号でドライブ回路の動作制御を
行なってドライブ電流波形を台形波状にすることにより
、複数のモータコイルを順番に切換通電するときに発生
するスイッチングノイズを軽減し、スイッチングノイズ
防止用のコンデンサを不要にしたモータのスイッチング
駆動回路である。

〔従来の技術〕

ビデオテープレコーダや小型テープ再生機のテープ駆動
モータとして２相片方向通電モータが用いられている。

２相片方向通電モータの駆動方式としでは、正弦波駆動
方式やスイッチング駆動方式等が知られている。

正弦波駆動方式は本質的にはノイズを発生させないが、
パワートランジスタを能動領域で動作させているので、
発熱が大きくなる問題や電源効率が悪い等の問題がある
。従って、駆動回路を小型にする場合等においては、上
記のような問題が無いスイッチング駆動方式が用いられ
ている。

スイッチング駆動方式は、ロータの回転位置を検出回路
で検出し、その検出出力に基いてスイッチング回路をオ
ン・オフ制？ＩＩＩ　Ｌで、複数のモータコイルを順番
に切換通電することにより連続した回転トルクを得てい
る。このような切換通電をするときに、各モータコイル
に流れるドライブ電流が急激に増加または減少すると大
きな音響ノイズ及び電磁ノイズが発生する。このノイズ
レベルが高いと実用上使用できなくなるので、従来のス
イッチング駆動回路は、ドライブ電流を断続しているパ
ワートランジスタのベースと電源との間、或いはベース
と接地との間にノイズ防止用のコンデンサを挿入し、ド
ライブ電流の波形をなまらせることによりスイッチング
ノイズを軽減していた。

〔発明が解決しようとする課題〕 従来のスイッチング駆動回路は、コンデンサによってド
ライブ電流の波形をなまらせていたので、容量が大きい
コンデンサを使用するとスイッチングのタイミングにず
れが生じ、トルクリップルが悪化する。また、集積回路
の内部にはパワートランジスタのベースに付加するコン
デンサを形成できないので、駆動回路を集積回路で構成
する場合、終段のパワートランジスタを集積回路に外付
けして設けていた。

また、パワートランジスタを集積回路の内部に設けた場
合には、外付けのコンデンサを接続するために、ベース
端子を外部に導出しなければならなかった。このため、
端子数が増加して集積回路の製造コストが高くなってし
まう問題があった。

本発明は上述の問題点にかんがみ、コンデンサを設ける
ことなくスイッチングノイズを軽減できるようにするこ
とを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のモータのスイッチング駆動回路は、複数のモー
タコイルＬａ、、Ｌｂを順番に切換通電することにより
連続した回転トルクを得てロータを回転させるようにし
た回路であり、上記ロータの回転位置に対応した正弦波
状の位置検出信号Ａ、、Ｂ、を出力する位置検出回路１
と、上記正弦波状の信号／’ｚ、Ｂ＋を台形波状の信号
Ａ３　、Ｂ３に変換する台形波形成回路２と、上記台形
波信号Ａ１、Ｂ３によって制御され、上記台形波信号Ａ
、　、Ｂ。

に対応する台形波状のドライブ電流で上記複数のモータ
コイルＬ　ａ　％　Ｌ　ｂを順番にスイッチング駆動す
るドライブ回路３とを備えている。

〔作用〕

ドライブ回路３の動作制御を台形波信号Ａ３、Ｂ、で行
ない、複数のモータコイルＬ　ａ　％　Ｌ　ｂを駆動す
るドライブ電流の波形を台形波状にする。

従って、通電切換時の電流変化が台形波の斜辺１２の傾
きに対応して緩やかとなり、スイッチングノイズが軽減
する。このため、スイッチングノイズ防止用のコンデン
サを全く用いない回路構成となる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例を示すモータ駆動回路の回路
図、第２図は２相スイッチング方式のブラシレスモーフ
の横断面図である。

このモータＭは円筒状のアウターロータヨーク２１の内
周面に４極のマグネット２２ａ、２２ｂ１２３ａ、２３
ｂを装着し、その内側のステータコア２４の表面に２相
の固定子コイル２５Ａ、２５Ｂ、２５Ａ″　２５Ｂ′が
配置されている。なお固定子コイル２５Ａと２５Ａ′と
は電気的に同相であって互に直列に結合されている。同
様に固定子コイル２５Ｂと２５Ｂ′とが直列に結合され
ている。

各マグネット２２　ａ、　２２　ｂ、　２３　ａ、　２
３　ｂは夫々電気角で１４０°であり、ＮＳ磁極の境界
位置をＯｏとすると、電気角で１４０”〜２２０６の角
度範囲が空隙部分２６ａ、２６ｂとなっている。また各
コイル２５Ａ、２５Ｂ、２５　Ａ、’、２５Ｂ’の夫々
の巻線ピッチ（往路と復路との間隔）は、例えば電気各
で１００’となっている。

第３図ＩはＡ相の固定子コイル２５Ａ、２５Ａ゛によっ
て発生するトルクを示している。このＡ相の固定子コイ
ルの往路■に鎖交する磁束は第３図Ｉの細！ＩＪＩＡ’
のようになる。即ち、電気角１８０゜の付近の空隙部２
６ａ、２６ｂにおける鎖交磁束は減少している。Ａ相の
固定子コイル２５Ａ、２５Ａ’に連続電流を流すと、往
路■によって生ずるトルクは第３図１のＡ′のようにな
る。また人相の固定子コイルの復路Ｕによって生ずるト
ルクは、電流方向が反対でかつｔｏｏ”の位相差がある
から、第３図■の点ｖＡＢ′のようになる。従って、Ａ
相の固定子コイル２５Ａ、２５Ａ’の往路■と復路Ｕと
によって発生する合成トルクは第３図Ｉの実線へのよう
になる。即ち、電気角１Ｂ０”以上にわたって一方方向
のトルクが得られる。

従って、電気角で１８０°ずつＡ相とＢ相のコイル２５
Ａ、２５Ａ’及び２５Ｂ、２５Ｂ’を所定のタイミング
で切換通電すれば、第３図■のように電源切換え時点の
近傍以外では一定の連続した回転トルクを発生させるこ
とができる。

しかしながら、モータＭをこのように切換通電で駆動す
ると上述したようにスイッチングノイズが発生するので
、ノイズ防止用のコンデンサが不可欠である。実施例で
は、モータＭの駆動回路を第１図のように構成すること
により、ノイズ防止用コンデンサを不要にしている。

第１図において、■は位置検出回路、２は台形波形成回
路、３はドライブ回路であり、台形波形成回路２及びド
ライブ回路３は集積回路４に一体的に形成されている。

位置検出回路１は２相片方向ブラシレスモークＭのステ
ータコア２４上に取付けられたホール素子５と、これと
対向してアウターロータヨーク２１上に取付けられた位
置検出用のマグネット（図示せず）とを備えている。ホ
ール素子５のバイアス電流は、集積回路４の端子４ａか
ら与えられる。

即ち、集積回路４にはホール素子５のバイアス回路とし
て定電流源６が設けられていて、定電流源６から定電？
ａ　Ｉ　Ｈが端子４ａを介してホール素子５に与えられ
る。

バイアス電流１．が与えられることによってホール素子
５は動作し、出力端子５ａ、５ｂからは、互いに位相が
１８０度異ｌ６正弦波の検出信号Ａｔ、Ｂ、がロータの
検出信号として得られる。これらの検出信号ＡＩ　、Ｂ
、は端子４ｂ、４ｃを介して集積回路４に導入され、台
形波形成回路２に与えられる。なお、定電流源６の代り
にバイアス抵抗を用いてもよい。

台形波形成回路２は第１及び第２の差動アンプ７．８に
よって構成されていて、検出信号Ａ３、Ｂ、は第１の差
動アンプ７に与えられて差動増幅される。

第１の差動アンプ７は、エミッタが共通に接続されたト
ランジスタＱＩ、、Ｑ、から成り、ホール素子５の検出
信号Ａ＋ＳＢ＋はこれらのトランジスタＱｓ　、Ｑ９の
ベースに夫々与えられる。共通接続されたエミッタには
、抵抗Ｒ２及びトランジスタＱｔから一定値のバイアス
電流が供給されている。

一定値のバイアス電流を供給するために、バイアス回路
９を設けである。実施例では、定電流源９ａからトラン
ジスタＱ、に定電流Ｌ０を流し、トランジスタＱ、とカ
レントミラー回路を構成するトランジスタＱ６に定電流
Ｉ０のミラー電流を流している。これにより、トランジ
スタＱ１に流れる電流を一定値とし、トランジスタＱ、
　とカレントミラー回路を構成するトランジスタＱ２に
定電流が流れるようにしている。

またトランジスタＱｓ　、Ｑ？でカレントミラー回路を
構成し、トランジスタＱ３に定電流を流すことにより、
トランジスタＱ４　、抵抗Ｒ１に定電流が流れるように
して、第２の差動アンプ８に定電流を流している。

第１の差動アンプ７は、帰還抵抗Ｒ１１、Ｒ９を介して
増幅出力の一部を入力側に負帰還させている。従って、
帰還抵抗と負荷抵抗との抵抗比、即ちＲｓ：Ｒｌｏ及び
Ｒ９：Ｒ１＋を変えることにより第１の差動アンプ７の
ゲインを変えて、その出力振幅を第４図の波形説明図に
おいてＳ、〜Ｓ４に示すように変えることができる。

各出力波形８１〜Ｓ４の立上り又は立下りの傾き角度は
ゲインに対応して変化し、ゲインを小さく抑えた増幅出
力Ｓ、の傾き角度θ、が小さく、ゲインを大きくするに
従って、傾き角度が大きくなる。

実施例では、抵抗比を（１，２〜２．２　）：　１程度
に設定し、第５図の動作波形図Ｉに示すような適当なゲ
インの差動増幅出力Ａｚ、Ｂｚを得ている。

第１の差動アンプ７の増幅出力信号Ａｚ　、Ｂ２は、ト
ランジスタＱｓ、、Ｑ、のコレクタから取出され、第２
の差動アンプ８を構成するトランジスタＱ、。、Ｑ、の
ベースに夫々与えられて差動増幅される。トランジスタ
Ｑ、。、Ｑｌ、コレクタのに接続されている負荷抵抗Ｒ
１ｍ、Ｒ１３と並列に、トランジスタＱ、□、Ｑｌ３の
ベース・エミッタが順方向に接続されている。従って、
トランジスタＱ１゜、Ｑｌ、のコレクタから取出される
増幅出力Ａｚ、Ｂ：＋は、第５図■に示すようにレベル
が上がったところでダイオードクランプ（又はリミット
）され、ピークレベルが０．７Ｖで一定な台形波状とな
る。

台形波信号Ａ３、Ｒ３の斜辺部１２は第４図に示すよう
に、正弦波状の波形によって定まり、第１の差動アンプ
７のゲインに対応する傾きを持っている。また、正弦波
状信号の破線部をトランジスタＱＢ、Ｃ１’ｓでクラン
プレベルＶｃにダイオードクランプすることにより、上
辺部１３を形成している。ダイオードクランプは０．６
Ｖ程度から徐々にクランプを開始して０．７Ｖでクラン
プするので、斜辺部１２と上辺部１３との角部１７が丸
味を帯びる。即ち、正弦波状の信号をダイオードクラン
プすることにより、第５図■に示すような丸味を帯びた
台形波信号Ａｆｆ　、Ｒ３を形成している。

また、ダイオードクランプによって出力レベルが０．７
Ｖ程度となるので、次段との間にレベルシフいるので、
各台形波Ａ３、Ｒ３を加算した電圧■。

（Ｖｕｔｚ　＋　ＶＲ１３）は、例えば０．５■で一定
となる。

これらの台形波Ａ３　、Ｒ３をプリドライブ回路１０に
与えて増幅し、その増幅出力でパワードライブ回路１１
を動作させる。プリドライブ回路１０には２つのアンプ
（図示せず）が設けられていて、各アンプの動作点は一
定電圧■、を基準に設定されている。実施例では各アン
プの動作電圧■２を、第５図■に示すように一定電圧■
１よりも若干低い電圧（約０．５Ｖ）に設定しである。

従って、台形波Ａ、が制御電極に与えられるアンプは、
台形波Ａ、の電位が動作電圧■２を越える期間Ｔ、にお
いてオンする。オンした直後には制御電圧の電位は十分
に立上がっていないので、台形波Ａ、の斜辺部１２の傾
きに従って徐々に上昇し、上辺部１３に達したときに最
大となる。従って、出力電極に流れる負荷電流は、アン
プがオンしてから徐々に上昇し、所定時間経過したとき
に最大電流となる。オフするときにはオンするときと逆
の関係となり、最大電流から徐々に減少して零となる。

台形波Ｂ３が与えられるアンプも同様に動作し、期間Ｔ
２においてオンとなる。

第５図■から明らかなように、台形波Ａ３が動作電圧Ｖ
２を越えている期間Ｔ１と、台形波Ｂ３が動作電圧■２
を越えている期間Ｔ２とが重複している期間Ｔ３がある
。従って、この重複期間Ｔ３においては各アンプが共に
オンとなるので、プリドライブ回路１０の出力、即ちパ
ワードライブ回路１１０人力ＰＩＮは第５図■に示すよ
うに、これらの台形波Ａ、　、Ｂ、が電気各で１８０°
ごとに重なり合った波形となる。これらの台形波Ａ４、
Ｒ４の形状は同じであり、また各台形波Ａ４　、Ｒ４は
一定電圧■３においてクロスしている。

パワードライブ回路１１には、モータコイルＬａに通電
するアンプと、モータコイルＬｂに通電するアンプとが
設けられていて、台形波Ａ４がモークコイルＬａのアン
プの制御電極に与えられ、台形波Ｂ４がモークコイルＬ
ｂ用のアンプの制御電極に与えられる。これらのアンプ
は、制御電極の電位が第５図■に示す動作電圧■４を越
えているときにオンとなる。従って、期間Ｔ４において
モータコイルＬａに通電され、期間Ｔ、においてモータ
コイルＬｂに通電さ−れる。

台形波Ａ４、Ｂ４の斜辺部１４が所定の傾きを持ってい
るので、モータ駆動電源Ｖｓから各モータコイルＬａｓ
　ｔ、ｂに供給するドライブ電流は、通電開始時には零
から徐々に増加し、制御電極の電位が台形波Ａ４、Ｂ４
の上辺部１５の電位に達したときに一定の最大電流とな
る。通電終了時にはこの逆に、最大電流から零まで徐々
に減少する。

即ち、ドライブ電流の波形は台形波となる。このため、
通電開始時及び通電終了時における電流の変化が緩やか
となり、スイッチングノイズを大幅に軽減することがで
きる。従って、スイッチングノイズ防止用のコンデンサ
をパワートランジスタのベースに付加することなく低ノ
イズのスイッチング駆動が可能となる。

またドライブ回路３を駆動するための台形波Ａ８、Ｂ３
の上辺の角部１７に丸味を付けであるので、斜辺部１２
と上辺部１３との角部における電圧変化が緩やかである
。従って、コイル電流が増加状態から一定状態に変わる
とき、及び一定状態から減少状態に変わるときのノイズ
も小さく抑えることができる。

また、実施例のドライブ回路３は、モータコイルＬａに
通電する期間Ｔ、とモータコイルＬｂに通電する期間Ｔ
、とを、電流切換時点の近傍の期間Ｔ６でオーバーラン
プさせている。従って、電流切換時点の近傍で生じるト
ルクの落ち込みを補償することができ、トルクリップル
を大幅に低減することができる。また、コンデンサを用
いていないので、スイッチングのタイミングずれがなく
、ノイズ防止に伴うトルクリップルの悪化を無くすこと
ができる。

実施例の駆動回路はドライブ電流を台形波状にしている
が、基本的にはスイッチング駆動であるので、オン時に
パワートランジスタを飽和動作させて発熱ロスを従来の
スイッチング駆動回路と同程度に小さくすることができ
る。

なお、ホール素子５を集積回路４に一体的に設けてもよ
く、また２相片方向通電モータ以外のモータ、例えば３
相片方向通電モータを駆動することもできる。

〔発明の効果〕

本発明は上述したように、ロータの回転位置に対応する
正弦波状の検出信号をｕ形波に変換し、この台形波でド
ライブ回路の動作制御を行なうことにより、ドライブ電
流波形を台形波状にして複数のモータコイルをスイッチ
ング駆動するようにしたものである。従って、スイッチ
ング時のコイル電流変化が小さくなり、ノイズが極めて
少ないスイッチング駆動を行なうことができ、しかもス
イッチングノイズ防止用のコンデンサを不要にできる。

このため、全体の集積回路化が容易となると共に、集積
回路に部品を外付けする必要がな（なるので、小形化及
び低コスト化が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すモータ駆動回路の回路
図、第２図は２相ブラシレスモータの断面図、第３図は
第２図のモータの回転トルクを示す波形図、第４図は出
力波形の形状を説明するための波形図、第５図は各部の
動作を説明するだめの波形図である。 なお図面に用いた符号において、 １−−−−−−一〜−−−−・−・−・位置検出回路２
−−−−−−−・・−＝−・−・・・台形波形成回路３
−・・・・−・・・−・−−−−−−ドライブ回路５−
・・・・−・・・−・ホール素子 ７・−・−・・−・−・・・・−第１の差動アンプ８・
−−−−一・−・−・−・−・第２の差動アンプ１０・
−−−−−一・−・−・−・・・プリドライブ回路１１
・−・−・−・−・・−・−パワードライブ回路Ｌａ、
Ｌｂ−・・・−・・−モータコイルである。 代 理 人 土 屋 勝 ／メーーー飄 巴力１形 ＠４巳

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 複数のモータコイルを順番に切換通電することにより連
   続した回転トルクを得てロータを回転させるようにした
   モータのスイッチング駆動回路において、 上記ロータの回転位置に対応した正弦波状の位置検出信
   号を出力する位置検出回路と、 上記正弦波状の信号を台形波状の信号に変換する台形波
   形成回路と、 上記台形波信号によって制御され、上記台形波信号に対
   応する台形波状のドライブ電流で上記複数のモータコイ
   ルを順番にスイッチング駆動するドライブ回路とを備え
   るモータのスイッチング駆動回路。