JPH03190585A - Brushless dc motor - Google Patents

Brushless dc motor

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JPH03190585A
JPH03190585A JP2097115A JP9711590A JPH03190585A JP H03190585 A JPH03190585 A JP H03190585A JP 2097115 A JP2097115 A JP 2097115A JP 9711590 A JP9711590 A JP 9711590A JP H03190585 A JPH03190585 A JP H03190585A
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coil
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output transistor
phase
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Makoto Goto
誠 後藤
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  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

PURPOSE:To suppress torque ripple easily by providing a stator in which a plurality of coils having effective pitch of 180 deg. electric angle, and a rotor arranged, on the circumference thereof, with a plurality of permanent magnets having trapezoidal flat part magnetized at 60 deg.. CONSTITUTION:A plurality (eight, in the drawing) of permanent magnets 3, alternately magnetized with multi-poles, are arranged on the circumference of a disc 2' thus forming a rotor 2. The permanent magnet 3 is magnetized such that the flux distribution at the flat part will be trapezoidal at electrical angle of 60 deg.. A plurality (six, in the drawing) of air-core coils X1, X2-Z1, Z2, interlinking with the permanent magnets, are arranged thus forming a stator 4. Effective pitch of each coil is set at 180 deg. electric angle, and the coils X1, X2-Z1, Z2 are connected in series or parallel into three-phase coils. Power is fed sequentially from a drive circuit (not shown) to the three-phase coils based on output signals from position detecting elements A-C, arranged in the centers of the coils X1-Z1, thus rotating the rotor 2 around a shaft 1.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、モータ可動部(ロータ)の位置に応じて3相
のコイルに対する給電をトランジスタ等を使用して順次
電子的に切換えてゆくブラシレス直流モータに関するも
のである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a brushless DC motor in which power supply to three-phase coils is sequentially electronically switched using transistors or the like in accordance with the position of a movable part (rotor) of the motor.

ブラシレス直流モータは、ブラシによる火花・ノイズの
発生がなく、長寿命であることから、各種の音響・映像
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相のコイルに片方向の電流を通電(半波駆動
)する方法および両方向の電流を通電(全波駆動)する
方法が示されている。3相のコイルを使用するブラシレ
ス直流モータは、モータ構造および駆動回路が簡単であ
るという利点があり、従来より広く実用化されている。
Brushless DC motors are used in a variety of audio and video equipment because they do not generate sparks or noise due to brushes and have a long lifespan. Japanese Patent Publication No. 55-6938 describes a method of passing current in one direction (half-wave drive) to three-phase coils connected in a star shape and a method of passing current in both directions (full-wave drive) in such a brushless DC motor. (driving) method is shown. Brushless DC motors using three-phase coils have the advantage of simple motor structure and drive circuit, and have been put into practical use more widely than ever.

しかし、従来の3相コイルを使用するブラシレス直流モ
ータでは、発生トルク(マグネットと電流による電磁力
)が回転位置に応じて変動し、大きなトルクリンプルを
生じるという欠点がある。
However, conventional brushless DC motors using three-phase coils have the disadvantage that the generated torque (electromagnetic force due to magnets and current) varies depending on the rotational position, resulting in large torque ripple.

このような欠点を解消するために、本出願人は特願昭5
2−67671号において、そのようなトルクリンプル
を低減させたブラシレス直流モータを提案している(同
実施例ではコイルに片方向の電流を流す半波駆動として
いる)、シかし、上記の方法でトルクリップルを低減す
るためには、マグネットの発生磁束密度(コイルに作用
する磁束)の平坦部分の巾を電気角で120’(1磁極
ピツチを180°とする)以上と広くしなければならず
、単一のマグネットにこのような広巾のN、S極を隣接
して着磁形成することが難かしく、リップルトルクを十
分に低減することができなかった。
In order to eliminate such drawbacks, the applicant has filed a patent application filed in 1973.
No. 2-67671 proposes a brushless DC motor that reduces such torque ripple (in this example, half-wave drive is used in which current flows in one direction through the coil), but the method described above is proposed. In order to reduce torque ripple, the width of the flat part of the magnetic flux density generated by the magnet (magnetic flux acting on the coil) must be made wider than 120' in electrical angle (one magnetic pole pitch is 180°). First, it is difficult to magnetize and form such wide N and S poles adjacent to each other on a single magnet, making it impossible to sufficiently reduce ripple torque.

また、円筒状のマグネットと円筒状の平滑鉄心の間に空
心のコイルを配置するモータや円板状のマグネットと円
板状の鉄板の間に空心のコイルを配置するモータなどの
ような、いわゆるスロットレス形(マグネットが回転し
コイルと鉄心・鉄板がステータに固定)のブラシレス直
流モータやコアレス形(マグネットと鉄板・鉄心が一体
的に回転しコイルがステータに固定)のブラシレス直流
モータにおいては、マグネット表面と鉄心・鉄板までの
ギャップが広いために、コイル部分における磁束密度(
コイルと直交する成分)の平坦部分(N極またはS極の
最も強い部分)の角度中を十分に広くとることがむずか
しく、通常のモータでは601〜90″程度(電気角)
となっている、その結果、このようなブラシレス直流モ
ータにおいては、特公昭55−6938号公報に示され
るごとき電流の通電方法(半波駆動および全波駆動)で
は、発生トルクのリップルが非常に太き(、モータの回
転性能を著しく阻害し実用上大きな問題となっていた。
In addition, motors with an air-core coil placed between a cylindrical magnet and a cylindrical smooth iron core, and motors with an air-core coil placed between a disc-shaped magnet and a disc-shaped iron plate, etc. For slotless type brushless DC motors (magnet rotates and the coil, iron core and iron plate are fixed to the stator) and coreless type brushless DC motors (magnet and iron plate and iron core rotate as one and the coil is fixed to the stator), Because the gap between the magnet surface and the iron core/iron plate is wide, the magnetic flux density (
It is difficult to make the angle of the flat part (strongest part of N pole or S pole) of the component perpendicular to the coil sufficiently wide, and in normal motors it is around 601 to 90 inches (electrical angle).
As a result, in such a brushless DC motor, the ripple in the generated torque is extremely large when using the current supply method (half-wave drive and full-wave drive) as shown in Japanese Patent Publication No. 55-6938. Thick (thick) significantly impedes the rotational performance of the motor, posing a major problem in practice.

本発明は、そのような点を考慮し、3相のコイルを使用
しながらもトルクリップルの極めて少ないブラシレス直
流モータを提供せんとするものである。
The present invention takes these points into consideration and aims to provide a brushless DC motor that has extremely little torque ripple even though it uses three-phase coils.

以下に、本発明を図示の実施例にもとづいて説明する。The present invention will be explained below based on illustrated embodiments.

第1図〜第4図に本発明の一実施例を示す、第1図はそ
のモータ構造を表わす縦断面図であり、回転軸1を取付
けられた磁性体製のロータ2には厚さ方向に多極着磁さ
れた円環状のマグネット3が固着され、一体的に回転す
る0回転軸1はステータのジャナル軸受6とスラスト軸
受7によって支承されている。ステータの鉄板4の表面
部には空心のコイル5が固着され、マグネット3と鉄板
4の間に形成される磁場の軸方向の磁束密度とコイルに
流す電流との相互作用によって所定方向への回転トルク
を得ている。
An embodiment of the present invention is shown in FIGS. 1 to 4. FIG. 1 is a vertical sectional view showing the structure of the motor. A multi-pole magnetized annular magnet 3 is fixed to the stator, and a zero-rotation shaft 1 that rotates integrally is supported by a journal bearing 6 and a thrust bearing 7 of the stator. An air-core coil 5 is fixed to the surface of the iron plate 4 of the stator, and is rotated in a predetermined direction by the interaction between the axial magnetic flux density of the magnetic field formed between the magnet 3 and the iron plate 4 and the current flowing through the coil. It's getting torque.

第2図(a)にマグネット3の磁極配置の一例を示す。FIG. 2(a) shows an example of the magnetic pole arrangement of the magnet 3.

マグネット3は等角度ピッチ(機械角45゜me c 
hw電気角180’ ejりもしくは略等角度ピッチに
N極をS極交互に8極有するように着磁形成されている
The magnet 3 has an equal angular pitch (mechanical angle 45゜me c
It is magnetized to have 8 N poles and 8 S poles alternately arranged at an electrical angle of 180' or approximately equal angular pitch.

第3図にマグネ′ット3の発生する磁場の軸方向の磁束
密度B(φ)の分布を360″e1分示す(他の磁極も
同様である)、ここに、マグネット3の1磁極ピツチを
電気角で180’elとして示している。その分布は、
N極およびS極の磁束密度の最も強い平坦部分の巾を6
0’ el (lift極ピッチの3分の1)となした
台形波もしくは略台形波状となっている。
Figure 3 shows the distribution of the magnetic flux density B (φ) in the axial direction of the magnetic field generated by the magnet 3 over 360''e1 (the same applies to the other magnetic poles). is shown as 180'el in electrical angle.The distribution is
The width of the flat part of the N pole and S pole where the magnetic flux density is the strongest is 6
It has a trapezoidal wave or approximately trapezoidal wave shape with 0' el (1/3 of the lift pole pitch).

第2図(ロ)にステータ例のコイルおよび位置検出用の
ホール素子の配置を示す0本例では、6個の集中巻した
コイルX、、Y、、Z、、X2.Y2゜Z2が等角ピッ
チ(60’ mech=240@ejりもしくは略等角
度”ピッチに配置されている。各コイルの径方向に伸び
たるトルク発生に関与する有効コイル辺の中心ピッチ(
これを実効ピッチと称す)は、マグネット3の1磁極ピ
ツチ(180”effi)に等しく、もしくは略等しく
なされいる(一般には、1M1極ピツチの奇数倍とする
)、その結果、コイルX1とx2は同相となり直列もし
くは並列に接続されて第1相のコイル群Xを形成し、コ
イルY、とY2は第2相のコイル群Yを形成し、コイル
Z1と22は第3相のコイル群Zを形成している。
FIG. 2(B) shows the arrangement of the coils and Hall elements for position detection in the stator example. In this example, six concentrated winding coils X, Y, Z, X2, . Y2゜Z2 are arranged at an equal angular pitch (60' mech = 240@ej or approximately equal angular pitch.The center pitch of the effective coil sides involved in torque generation extending in the radial direction of each coil (
This is called the effective pitch) is made equal to or approximately equal to one magnetic pole pitch (180"effi) of the magnet 3 (generally, it is an odd multiple of the 1M one pole pitch). As a result, the coils X1 and x2 are They have the same phase and are connected in series or parallel to form the first phase coil group X, the coils Y and Y2 form the second phase coil group Y, and the coils Z1 and 22 form the third phase coil group Z. is forming.

コイルχI、YI、Zlの中心部分に位置検出用のホー
ル素子A、B、Cが配置され、マグネット3の磁束密度
を検出し、その出力にもとづいて3相のコイル群x、y
、zへの電流を切換え制御している。これについては後
述する。
Hall elements A, B, and C for position detection are arranged at the center of the coils χI, YI, and Zl, and detect the magnetic flux density of the magnet 3, and based on the output, the three-phase coil groups x, y
, z is switched and controlled. This will be discussed later.

第4図に本実施例における駆動回路の回路結線図を示す
。同図において、x、y、zは環状結線(デルタ結線)
された3相のコイル群、A、B。
FIG. 4 shows a circuit connection diagram of the drive circuit in this embodiment. In the same figure, x, y, z are circular connections (delta connections)
3-phase coil group A, B.

Cは位置検出用のホール素子(第2図)、24゜25.
26は第1の出力トランジスタ群、27゜28.29は
第2の出力トランジスタ群、20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である。第1の出
力トランジスタ24゜25.26は一端(エミッタ側)
が共通接続されて、抵抗20を介して○側電源端子に接
続され、各出力端子(コレクタ端子)は環状結線された
コイルx、  y、  zの各結接点に接続され、制御
端子(ベース端子)への電流によって活性・不活性が制
御される。
C is a Hall element for position detection (Fig. 2), 24°25.
26 is a first output transistor group, 27°28.29 is a second output transistor group, and 20 is a resistor for detecting the combined current supplied to the coils X, Y, and Z. The first output transistor 24°25.26 is one end (emitter side)
are commonly connected and connected to the ○ side power supply terminal via the resistor 20, each output terminal (collector terminal) is connected to each junction of coils x, y, and z connected in a ring, and the control terminal (base terminal ) Activation/inactivation is controlled by the current flowing to the cell.

第2の出力トランジスタ27,28.29は一端(エミ
ッタ側)が共通接続されて■側電源端子に接続され、各
出力端子(コレクタ端子)が第1のトランジスタ24,
25.26の各出力端子に接続され、制御端子(ベース
端子)への電流によって活性・不活性が制御される。ま
た、破線で囲まれた部分21はホール素子A、B、Cに
よって構成される位置検出器、22はホール素子A、 
 B。
The second output transistors 27, 28, and 29 have one end (emitter side) commonly connected to the ■ side power supply terminal, and each output terminal (collector terminal) is connected to the first transistor 24,
It is connected to each output terminal of 25 and 26, and activation/deactivation is controlled by the current to the control terminal (base terminal). In addition, a portion 21 surrounded by a broken line is a position detector constituted by Hall elements A, B, and C, and 22 is a Hall element A,
B.

Cの多出力に応動する第1の出力トランジスタ群24.
25.26の通電を分配制御する第1の分配制御器、2
3はホール素子A、B、Cの各出力に応動する第2の出
力トランジスタ群27.28゜29の通電を分配制御す
る第2の分配制御器である。
A first output transistor group 24 responsive to multiple outputs of C.
25. A first distribution controller that distributes and controls the energization of 26;
Reference numeral 3 denotes a second distribution controller that distributes and controls the energization of the second output transistor group 27, 28, 29 responsive to each output of the Hall elements A, B, and C.

さらに、30はロータ2の回転速度を検出し、その速度
に対応した指令電圧信号84に変換する速度検出器(周
知の各種の構成が利用できる)、31と45は電圧・電
流変換器、32はカレントミラー回路である。
Further, 30 is a speed detector (various known configurations can be used) that detects the rotational speed of the rotor 2 and converts it into a command voltage signal 84 corresponding to the speed; 31 and 45 are voltage/current converters; 32 is a current mirror circuit.

次に、その動作について説明する。電源電圧■。Next, its operation will be explained. Power supply voltage ■.

に20Vが印加されると、速度検出器30の指令信号8
4と直流電源33の電圧値は電圧・電流変換器31にて
比較され、その両者の差に応じた電流が吸収される。
When 20V is applied to the speed detector 30, the command signal 8
The voltage values of DC power supply 4 and DC power supply 33 are compared in voltage/current converter 31, and a current corresponding to the difference between the two is absorbed.

第5図に電圧・電流変換器31の構成例を示す。FIG. 5 shows an example of the configuration of the voltage/current converter 31.

同図において、信号84と電源33は差動トランジスタ
102.103のベース端子にそれぞれ印加され、その
電圧差に応じて定電流源106の電流値を各コレクタ側
に分配する。そのコレクタ電流は、トランジスタ108
.109のカレントミラー回路によって比較・反転され
、ベース接地されたトランジスタ111を介して出力(
電流吸込)される。
In the figure, a signal 84 and a power supply 33 are applied to the base terminals of differential transistors 102 and 103, respectively, and the current value of a constant current source 106 is distributed to each collector side according to the voltage difference. Its collector current is the transistor 108
.. It is compared and inverted by a current mirror circuit 109, and is output (
current sink).

電圧・電流変換器31の出力は、カレントミラー回路3
2によって電流反転され、トランジスタ36の出力は第
1の分配制m器22に供給されてダイオード43と抵抗
44により電圧信号V、に変換される。また、トランジ
スタ37の出力は第2の分配制御器23に供給されて、
ダイオード52゜53と抵抗51によって電圧信号■2
に変換される。
The output of the voltage/current converter 31 is connected to the current mirror circuit 3
2, the output of the transistor 36 is supplied to the first distribution controller 22, and converted into a voltage signal V by a diode 43 and a resistor 44. Further, the output of the transistor 37 is supplied to the second distribution controller 23,
Voltage signal ■2 by diode 52゜53 and resistor 51
is converted to

電圧信号■、と抵抗20の電圧降下は電圧・電流変換器
45にて比較され、その両者の差に応じた電流が出力(
電流吸込)され、第1の差動回路81を構成するトラン
ジスタ48,49.50の共通エミッタ電流として供給
される。
The voltage signal ■ and the voltage drop across the resistor 20 are compared in the voltage/current converter 45, and a current corresponding to the difference between the two is output (
(current sink) and is supplied as a common emitter current of the transistors 48, 49, and 50 forming the first differential circuit 81.

第6図に電圧・電流変換器45の構成例を示す。FIG. 6 shows an example of the configuration of the voltage/current converter 45.

同図において、トランジスタ1200ベース側に電圧信
号■、が印加され、エミッタ側に抵抗20の電圧降下信
号が印加され、その両者の差に応じたコレクタ電流が流
れ、トランジスタ122と123によるカレントミラー
によって電流反転され、第1の差動回路81に供給され
る。
In the same figure, a voltage signal (2) is applied to the base side of the transistor 1200, a voltage drop signal of the resistor 20 is applied to the emitter side, and a collector current flows according to the difference between the two, and is caused by the current mirror formed by the transistors 122 and 123. The current is inverted and supplied to the first differential circuit 81.

差動回路81のトランジスタ48,49.50の各ベー
ス端子にはそれぞれホール素子A、  BC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ッタ
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略零となる。
The output voltages of the Hall elements A and BC are respectively applied to the base terminals of the transistors 48, 49.50 of the differential circuit 81, and the common emitter current is distributed to each collector current according to the difference in base voltage. The collector current of the transistor with the lowest voltage is the largest, and the collector currents of the other transistors are zero or approximately zero.

トランジスタ4B、49.50の各コレクタ電流は第1
の出力トランジスタ群24.25.26の各ベース電流
となり、電流増幅されてコイルX。
The collector currents of transistors 4B and 49.50 are the first
The current becomes the base current of each of the output transistor groups 24, 25, and 26, and the current is amplified to the coil X.

Y、Zに供給される。Supplied to Y and Z.

コイルX、 Y、  Zへの供給電流は抵抗20の電圧
降下として検出され、電圧・電流変換器45に入力され
る。
The current supplied to the coils X, Y, and Z is detected as a voltage drop across the resistor 20, and is input to the voltage/current converter 45.

これにより、電圧・電流変換器45.第1の差動回路8
1.第1の出力トランジスタ群24.25゜26および
抵抗20によって第1の帰還ループ(電流帰還ループ)
が構成され、コイルx、 y。
As a result, the voltage/current converter 45. First differential circuit 8
1. A first feedback loop (current feedback loop) is formed by the first output transistor group 24.25° 26 and the resistor 20.
is composed of coils x, y.

Zへの供給電流は確実に電圧信号v、(従って、速度検
出器30の出力指令信号84)に対応した電流値となし
ている。その結果、出力トランジスタ24,25.26
のhrtのバラツキ等の影響は著しく小さくなる。
The current supplied to Z is ensured to have a current value corresponding to the voltage signal v (therefore, the output command signal 84 of the speed detector 30). As a result, the output transistors 24, 25, 26
The influence of variations in hrt, etc. is significantly reduced.

また、マグネット30回転に伴ってホール素子A、B、
C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の出力トランジスタ24,25.26の
通電を制御し、円滑に切換えてゆく、なお、コンデンサ
46は上述の帰還ループの位相補償(発振防止)につけ
ている。
In addition, as the magnet rotates 30 times, the Hall elements A, B,
As the output voltage of C changes, the energization of the first output transistors 24, 25, and 26 is controlled and smoothly switched so that current is supplied to the corresponding coil. Note that the capacitor 46 is connected to the feedback loop described above. It is used for phase compensation (oscillation prevention).

次に、第2の分配制御器と第2の出力トランジスタの動
作について説明する。第2の分配制御器23は、第1の
出力トランジスタ群24.2526の通電状態にあるト
ランジスタの動作電圧と基準の電圧信号v2を比較する
検出・比較器82と、第2の差動回路83によって構成
されている。
Next, the operation of the second distribution controller and the second output transistor will be explained. The second distribution controller 23 includes a detection/comparator 82 that compares the operating voltage of the transistor in the energized state of the first output transistor group 24.2526 with a reference voltage signal v2, and a second differential circuit 83. It is made up of.

カレントミラー回路32の出力は検出・比較器82に入
力され、抵抗51.ダイオード52.53によって第1
の出力トランジスタ24,25.26の共通接続端子(
エミッタ側)から所定電圧値の基準電圧信号■2を発生
する。
The output of the current mirror circuit 32 is input to the detection/comparator 82, and the resistor 51. The first by diode 52.53
The common connection terminal of the output transistors 24, 25, and 26 (
A reference voltage signal (2) of a predetermined voltage value is generated from the emitter side).

検出トランジスタ54,55.56の各エミッタ側は入
力端子として基準電位点(信号■2の点)に直流的に(
直接または抵抗、ダイオード等を介して)接続され、各
ベース側は検出端子として第1の出力トランジスタ24
,25.26の各出力端子に直流的に接続されている。
The emitter side of each of the detection transistors 54, 55, and 56 is connected to the reference potential point (signal ■2 point) as an input terminal in a DC manner (
(directly or via a resistor, diode, etc.), and each base side is connected to the first output transistor 24 as a detection terminal.
, 25 and 26 in a direct current manner.

その結果、第1の出力トランジスタ24,25.26の
通電状態にあるトランジスタの動作電圧(VCEの絶対
値)と基準電圧信号■2よりもエミッタ・ベース間順方
向電圧(VB!=i0.7V)分小さくなると、対応す
る検出トランジスタが導通し、コレクタ側に電流を出力
する。
As a result, the emitter-base forward voltage (VB!=i0.7V) is lower than the operating voltage (absolute value of VCE) of the first output transistors 24, 25, and 26 in the energized state and the reference voltage signal 2. ), the corresponding detection transistor becomes conductive and outputs a current to the collector side.

第7図に出力トランジスタ27と25が活性となってい
る場合の電流路を示す。その電流路は、O側電源端子→
第2の出力トランジスタ27→コイルX、Y、Z→第1
の出力トランジスタ25→抵抗20→○側電源端子とな
り、通電状態にある第1の出力トランジスタ25の動作
電圧(Vcりが他の出力トランジスタ24.26の電圧
(v4)よりも小さくなる。その結果、出力トランジス
タ25の動作電圧と基準電圧信号v2が検出トランジス
タ55によって比較され、その差に応じたコレクタ電流
が出力される。各検出トランジスタ54.55.56の
出力電流は合成され(コレクタ側を共通接続)、トラン
ジスタ59、ダイオード57、抵抗58,60のカレン
トミラーによって反転・増幅され、第2の差動回路83
の共通エミッタ電流として吸引される。
FIG. 7 shows the current path when output transistors 27 and 25 are activated. The current path is the O side power supply terminal →
Second output transistor 27 → coils X, Y, Z → first
output transistor 25 → resistor 20 → ○ side power supply terminal, and the operating voltage (Vc) of the first output transistor 25 in the energized state becomes smaller than the voltage (v4) of the other output transistors 24 and 26. As a result, , the operating voltage of the output transistor 25 and the reference voltage signal v2 are compared by the detection transistor 55, and a collector current corresponding to the difference is output.The output currents of each detection transistor 54, 55, and 56 are combined (the collector side is common connection), is inverted and amplified by a current mirror of a transistor 59, a diode 57, and resistors 58 and 60, and is inverted and amplified by a second differential circuit 83.
is attracted as a common emitter current.

差動回路83のトランジスタ63,64.65の各ベー
ス端子にはホール素子A、B、Cの出力が印加され、そ
のベース電圧に応じて共通エミッタ電流をコレクタ側に
分配する。トランジスタ63.64.65の各コレクタ
電流は第2の出力トランジスタ27.28.29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。
The outputs of the Hall elements A, B, and C are applied to each base terminal of the transistors 63, 64, and 65 of the differential circuit 83, and the common emitter current is distributed to the collector side according to the base voltage. The collector currents of the transistors 63, 64, and 65 become the base currents of the second output transistors 27, 28, and 29, and switch and control the energization of the coils X, Y, and Z.

従って、検出・比較器82.第2の差動回路83、第2
の出力トランジスタ27.28.29とコイルX、Y、
Zによって第2の帰還ループが構成され、第1の出力ト
ランジスタ24,25.26の通電状態にあるトランジ
スタの動作電圧(VCりを能動領域内の所定の小さな電
圧値に一致させるように動作する。これについて説明す
れば、第1の出力トランジスタの動作電圧の減少は、検
出・比較器82によって検出・比較されて、その吸込電
流を大きくし、第2の出力トランジスタのベース電流、
従って、そのコレクタ電流を大きくなし、コイルX、Y
、Zへの供給電流を大きくする。第1の出力トランジス
タの出力電流(吸込電流)は前述の第1の帰還ループの
動作によって一定となされているため、第2の出力トラ
ンジスタの出力電流が増大すると、コイルx、 y、 
 zでの電圧降下を大きくすると共に第1の出力トラン
ジスタの動作電圧を大きくする。その結果、第1の出力
トランジスタの動作電圧が一定または略一定となるよう
に第2の出力トランジスタの通電が制御される。
Therefore, the detector/comparator 82. Second differential circuit 83, second
output transistors 27, 28, 29 and coils X, Y,
Z constitutes a second feedback loop, which operates to match the operating voltage (VC) of the energized transistor of the first output transistor 24, 25, 26 to a predetermined small voltage value in the active region. To illustrate this, a decrease in the operating voltage of the first output transistor is detected and compared by the detection and comparator 82 to increase its sink current and increase the base current of the second output transistor.
Therefore, the collector current is increased and the coils X, Y
, increase the current supplied to Z. Since the output current (sinking current) of the first output transistor is kept constant by the operation of the first feedback loop described above, when the output current of the second output transistor increases, the coils x, y,
The voltage drop across z is increased and the operating voltage of the first output transistor is increased. As a result, the energization of the second output transistor is controlled so that the operating voltage of the first output transistor is constant or substantially constant.

このような第2の帰還ループを施すならば、第2の差動
回路83.および第2の出力トランジスタ27,28.
29の動作が安定し、位置検出器21の出力に応動する
通電トランジスタの切換えが確実かつ円滑に行なわれる
If such a second feedback loop is provided, the second differential circuit 83. and second output transistors 27, 28 .
29 is stabilized, and switching of the energizing transistors responsive to the output of the position detector 21 is performed reliably and smoothly.

また、基準電圧信号v2の値は電源電圧■3=20Vよ
りも十分に小さく設定でき、第1の出力トランジスタの
通電時の動作電圧は能動領域内の小さな値に制御されて
いるために、コイルx、 y。
In addition, the value of the reference voltage signal v2 can be set sufficiently smaller than the power supply voltage 3=20V, and the operating voltage when the first output transistor is energized is controlled to a small value within the active region. x, y.

Zへの供給電圧の最大値を十分に大きくとれる。The maximum value of the voltage supplied to Z can be made sufficiently large.

なお、コンデンサ61は第2の帰還ループの位相補償(
発振防止)用であり、第2の出力トランジスタ27,2
8.29に並列接続されたコンデンサ66.68.70
と抵抗67.69.71の直列回路は電流路の切換えに
伴うスパイク状電圧を低減するものである。
Note that the capacitor 61 is used for phase compensation (
oscillation prevention), and the second output transistor 27, 2
Capacitor 66.68.70 connected in parallel with 8.29
The series circuit of resistors 67, 69, and 71 reduces the spike-like voltage caused by switching the current path.

次に、第1図〜第4図に示した実施例の通電動作および
発生トルクについて、第8図(マグネットとコイルの関
係図)、第9図(動作説明波形図)および第10図(電
流路の切換図)を参照して説明する。
Next, regarding the energizing operation and generated torque of the embodiment shown in FIGS. 1 to 4, FIG. 8 (relationship diagram between magnet and coil), FIG. This will be explained with reference to the route switching diagram).

第8図はマグネット3とコイルX1の関係を表わした図
である。一般に、発生トルクは電流と磁束密度の積に比
例する(フレミングの法則)、第8図のコイルX、に電
流iを流した場合を考えると、コイルX1の両端の有効
コイル辺(径方向に伸びたる部分)では電流の向きが逆
になるから、その発生トルクτは τ−に−1(B(θ)−B (θ+α))・・・・・・
(1)となる、ここに、kは比例定数であり、θはマグ
ネット3の一点Rとステータの一点Qを回転中心0より
見た回転角度(電気角)であり、αはコイルX1の実効
ピッチ(有効コイル辺の中心ピッチを電気角で表わした
もの)である。
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the magnet 3 and the coil X1. In general, the generated torque is proportional to the product of current and magnetic flux density (Fleming's law). Considering the case where current i is passed through coil X in Fig. 8, the effective coil sides at both ends of coil Since the direction of the current is reversed in the extended part), the generated torque τ is -1 (B(θ) - B (θ+α))...
(1), where k is a proportionality constant, θ is the rotation angle (electrical angle) between one point R of the magnet 3 and one point Q of the stator when viewed from the rotation center 0, and α is the effective angle of the coil X1. Pitch (center pitch of effective coil sides expressed in electrical angle).

第2図に示すように、コイルX、とX2が’11気的に
同相におかれ、そのコイルX、とX2を直列または並列
に接続して第1相のコイル群Xを形成し、各コイルX、
、X2の実効ピッチαをマグネット3の1磁極ピツチ1
80” el (の奇数倍)に等しくまたは略等しくな
しているやまた、第2相のコイル群Yは第1相のコイル
群Xと電気的に120°e!の位相差を有して配置され
、第3相のコイル群Zは第2相のコイル群Yと120@
elの位相差を有して配置されている。さらに、マグネ
ット3のN極、S極の発生する磁束密度B(φ)は第3
図に示すように60°e 1.の平坦部分を有する台形
波状の分布とな、ている、従って、各相のコイルx、y
、zに電流I!、[Y、■2を供給するときの各相のコ
イルx、 y、  zによるトルクτ8.τ9.τ2は
それぞれ τX′″に1 °Ix (B(θ)−B(θ+180”eiり ・・・・・・(2) r、=に、   Iy  ・ (B(θ+120’ef
fi)−8(θ+300@e jり )   ・=43
)rz =KI  −tz  ・ (B(θ+240”
  ejり−B(θ+420”  e jり l   
 −−(4)となり、その合成発生トルクTは T−τ8+τ7+τ2        ・・・・・・(
5)となる。
As shown in Fig. 2, the coils X and X2 are placed in the same phase, and the coils X and X2 are connected in series or in parallel to form the first phase coil group X. Coil X,
, the effective pitch α of X2 is defined as the 1 magnetic pole pitch 1 of magnet 3
The coil group Y of the second phase is arranged with an electrical phase difference of 120° e! from the coil group X of the first phase. The third phase coil group Z is connected to the second phase coil group Y and 120@
They are arranged with a phase difference of el. Furthermore, the magnetic flux density B(φ) generated by the N and S poles of the magnet 3 is the third
60°e as shown in the figure 1. Therefore, the coils x, y of each phase have a trapezoidal distribution with a flat part.
, the current I in z! , [Y, ■ Torque due to the coils x, y, z of each phase when supplying 2 τ8. τ9. τ2 is 1 °Ix (B(θ)-B(θ+180"ei...(2) r, =, Iy ・ (B(θ+120'ef
fi)-8(θ+300@e jri) ・=43
) rz = KI - tz ・ (B(θ+240"
ejri-B(θ+420" ejri l
--(4), and the resultant generated torque T is T-τ8+τ7+τ2......(
5).

(2)、 (3>、 (4)式より各相のコイルx、y
、zによる発生トルクは、コイルの実効ピッチ両端にお
ける有効コイル辺での磁束密度の差に比例することがわ
かる。第9図(a)にその磁束密度差の回転角度に対す
る変化を示す6各コイルの実効ピッチを180°e!(
の奇数倍)となしていることから、マグネット3の磁束
密度分布と相似または略相似の波形とり、60“elの
平坦部分を有する台形波または略台形波状の波形となる
。また、コイルX、Y、Zではそれぞれ120’eff
iの位相差を有するようになる。
(2), (3>, (4) From formulas, each phase coil x, y
, z is found to be proportional to the difference in magnetic flux density between the effective coil sides at both ends of the effective pitch of the coil. Figure 9(a) shows the change in the magnetic flux density difference with respect to the rotation angle.The effective pitch of each of the six coils is 180°e! (
(odd multiple of ), the waveform is similar or substantially similar to the magnetic flux density distribution of the magnet 3, and is a trapezoidal wave or approximately trapezoidal waveform with a flat portion of 60"el. Also, the coil X, 120'eff for Y and Z each
It has a phase difference of i.

ホール素子A、B、Cは、それぞれコイルXl。Hall elements A, B, and C are each coil Xl.

Y、、Z、の中心におかれ(第2図)、それぞれの位置
における磁束密度に比例したホール電圧を出力する。従
って、第9図(ロ)に示すように、磁束密度B(φ)の
分布に相似した3相の台形波状の電圧波形を出力する。
It is placed at the center of Y, Z, (Fig. 2) and outputs a Hall voltage proportional to the magnetic flux density at each position. Therefore, as shown in FIG. 9(b), a three-phase trapezoidal voltage waveform similar to the distribution of magnetic flux density B(φ) is output.

第9図(ハ)に示されたごとき3相のホール電圧にもと
づいて、第4図の駆動回路によりコイルX。
Based on the three-phase Hall voltage shown in FIG. 9(c), the coil X is driven by the drive circuit shown in FIG.

Y、Zへの電流路を切換えると、その電流路はロータの
回路に伴って第10図■〜■のように切換ねっていく。
When the current paths to Y and Z are switched, the current paths are switched as shown in FIG.

すなわち、UA、(JB 、UCをそれぞれホール素子
A、B、Cの出力電圧とすると、■ UA、tJ、、U
oの領域CmEO&lQ■)第1の出力トランジスタ2
6と第2の出力トランジスタ28が活性となる1、ご、
のと色、各相のコイルx、yzの抵抗は等しい(または
略等しい)ため、コイルへの合成供給電涼■、はコイル
YにNY−−21,/3、コイルXとZに1.−12−
1t/3と分流する(逆起電圧を無視した場合)、ここ
に、Ix、I、、I2は第10図の(基本)の向きを正
方向とする。
That is, if UA, (JB and UC are the output voltages of Hall elements A, B, and C, respectively, then ■ UA, tJ, , U
o area CmEO&lQ■) First output transistor 2
6 and the second output transistor 28 are activated.
Since the resistances of the coils x and yz of each phase are equal (or nearly equal), the composite supply current to the coils is NY-21,/3 for coil Y, and 1. for coils X and Z. -12-
1t/3 (ignoring the back electromotive force), where Ix, I, , I2 have the (basic) direction in FIG. 10 as the positive direction.

■ U8.[IA、Uoの領域(第1O図■)第1の出
力トランジスタ26と第2の出力トランジスタ27が活
性となる。
■ U8. [Area of IA and Uo (Fig. 1O)) The first output transistor 26 and the second output transistor 27 are activated.

■ U、、UC,UAの領域(第1O図■)第1の出力
トランジスタ25と第2の出力トランジスタ27が活性
となる。
(2) Regions U, UC, and UA (Fig. 1O) The first output transistor 25 and the second output transistor 27 are activated.

■ uo、LJ、、UAの領域(第1O図■)第1の出
力トランジスタ25と第2の出力トランジスタ29が活
性となる。
(2) Region uo, LJ, UA (Figure 1O (2)) The first output transistor 25 and the second output transistor 29 are activated.

■ Uo、UA、UBの領域(第10図■)第1の出力
トランジスタ24と第2の出力トランジスタ29が活性
となる。
(2) Regions Uo, UA, and UB (Fig. 10 (2)) The first output transistor 24 and the second output transistor 29 are activated.

■ UA、Uo、UBの領域(第10図■)第1の出力
トランジスタ24と第2の出力トランジスタ28が活性
となる。
(2) Areas of UA, Uo, and UB (Fig. 10 (2)) The first output transistor 24 and the second output transistor 28 are activated.

次に、■にもとり、順次これを繰り返していく。Next, start with ■ and repeat this step by step.

その結果、マグネット3の回転に伴って各相のコイルx
、 y、  zへの電流1.、I、、I2は、第9図(
C)、 (d)、 (e)に示すように変化していく(
逆起電圧の影響を無視した場合)。
As a result, as the magnet 3 rotates, the coil x of each phase
, y, z current 1. , I, , I2 are shown in Fig. 9 (
It changes as shown in C), (d), and (e) (
(if the effect of back electromotive force is ignored).

いま、■の状態の発生トルクを考えると、(2)。Now, if we consider the generated torque in the state ■, (2).

(3)、 (4)式よりτ工、τ7.τ2は第9図(f
)となり、その合成発生トルクTは完全に一定となる。
From equations (3) and (4), τ work, τ7. τ2 is shown in Figure 9 (f
), and the resultant generated torque T is completely constant.

他の状U(■、■、■、■、■)も同様に一定となる。The other states U (■, ■, ■, ■, ■) are similarly constant.

モータのトルクリップルは、供給電流!、を−定とした
ときの発生トルクの場所的な(回転角度に応じた)変動
であるが、本発明のブラシレス直流モータではその発生
トルクが均一(第9図(f))となり、トルクリップル
は零である。
Motor torque ripple is the supply current! When , is set as - constant, the generated torque varies locally (according to the rotation angle), but in the brushless DC motor of the present invention, the generated torque is uniform (Fig. 9 (f)), and the torque ripple is is zero.

次に、ロータの回転に伴ってコイルX、Y、Zに誘起さ
れる逆起電圧の影響について説明する。
Next, the influence of the back electromotive force induced in the coils X, Y, and Z as the rotor rotates will be explained.

モータコイルに発生する逆起電圧は、ロータの回転速度
Nと有効コイル辺における磁束密度の積に比例する(フ
レミングの法則)、従って、本実施例のごとき構成では
、コイルx、y、zに誘起される逆起電圧ex、eY、
ezは、 ex−に2 ・N・ (B (θ) −B(θ+180° e j! ) )    ・・・
−(6)eY=に2 =N−(B  (θ+120”e
jり−B(θ+300° e l ) )    −=
−(1)eZ −に2  ・N・ (B (θ+240
″ el)−B(θ+420°el))  ・旧・・(
8)となり、速度Nを一定とすれば(K2は比例定数)
、各相のコイルx、y、zの実効ピッチ両端の磁束密度
差に比例する。すなわち、第9図(alの磁束密度差の
波形と相領した波形(60”elの平坦部分を有する台
形波もしくは台形波状の波形)の3相の逆起電圧eX、
eY、e2が生じる。
The back electromotive force generated in the motor coil is proportional to the product of the rotational speed N of the rotor and the magnetic flux density on the effective coil side (Fleming's law). Therefore, in the configuration of this embodiment, the The induced back electromotive force ex, eY,
ez is 2 ・N・ (B (θ) −B(θ+180° e j! ) )...
−(6)eY=2 =N−(B (θ+120”e
jri−B(θ+300° e l ) ) −=
−(1) eZ − to 2 ・N・ (B (θ+240
″el)-B(θ+420°el)) ・Old...(
8), and if the speed N is constant (K2 is a proportionality constant)
, is proportional to the difference in magnetic flux density between the effective pitches of the coils x, y, and z of each phase. That is, the three-phase back electromotive force eX of FIG. 9 (waveform compatible with the waveform of the magnetic flux density difference of al (trapezoidal wave or trapezoidal waveform with a flat part of 60"el),
eY and e2 are generated.

いま、第9図および第10図の■の状態を例にとり考え
ると、第11図に示すように合成電流■。
Now, taking as an example the state of ■ in FIGS. 9 and 10, the composite current ■ as shown in FIG. 11.

は11と12に分流する。ここに、各相のコイル抵抗を
「とする、このとき、電圧・電流関係式%式%) (9) が成立する。
is divided into 11 and 12. Here, if the coil resistance of each phase is ``, then the voltage/current relational expression % formula %) (9) holds true.

逆起電圧ex、eY、e2は第9図(a)のように変化
するから、ロータのどの位置においてもeX+eY+e
2=0        −−00となる。すなわち、環
状結線された3相のコイルX、Y、Zに生じる逆起電圧
ex、eY、e2によるループ電圧は常に零となり、環
状電流は流れない。
Since the back electromotive force ex, eY, e2 changes as shown in Fig. 9(a), eX+eY+e at any position on the rotor.
2=0 --00. That is, the loop voltage due to the back electromotive force ex, eY, e2 generated in the three-phase coils X, Y, and Z connected in a ring is always zero, and no ring current flows.

従って、(9)、 Qω、 (I+)式より1l=21
./3            ・・・・・・021i
 2 =I t / 3             ・
・・・・・0湯となる。同様に、第10図の■、■、■
、■、■においても、(10式が成立し、逆起電圧によ
る影響は発生しないために、ロータが高速回転している
場合の各相のコイルX、Y、Zへの電流1x、IY。
Therefore, from equation (9), Qω, (I+), 1l=21
.. /3 ・・・・・・021i
2 = I t / 3 ・
...It becomes 0 hot water. Similarly, ■, ■, ■ in Figure 10
Also in , ■, and ■, (because Equation 10 holds true and there is no effect of back electromotive force, the currents 1x, IY to the coils X, Y, and Z of each phase when the rotor is rotating at high speed.

■□は第9図(C)、 (d)、 (e)となり、その
発生トルクTは均一となる。
■□ becomes as shown in FIG. 9 (C), (d), and (e), and the generated torque T becomes uniform.

このように、本発明のブラシレス直流モータは、どの回
転速度においても発生トルクが均一(トルクリップルが
零)であり、トルク変動や振動の少ないものである。こ
れは、各相のコイルX、 Y。
As described above, the brushless DC motor of the present invention generates uniform torque (zero torque ripple) at any rotational speed, and has little torque fluctuation or vibration. This is the coils X and Y for each phase.

Zに生じる逆起電圧の波形を60aeI!、の平坦部分
を有する台形波または台形波状の波形となすことにより
、3相の逆起電圧ex、eY、e2の和を常に零となし
、その和電圧(ex十eY+e2)にもとづく環状電流
を零となしている点と、60″el毎ムこ電流路を切換
えて逆起電圧の平坦な部分となる相のコイルに大きな電
流(21t/3)を分流し、他の2相のコイルを直列と
して小さな電流(It/3)を分流させるようにしてい
ることにより得られている。このようなモータは、各相
のコイルの有効コイル辺の実効ピッチをマグネットの1
磁極ピツチ(180°el)の奇数倍となし、かつマグ
ネットの発生する磁束密度の分布でN極、S極の強い平
坦部分のピッチが60°C2の台形波もしくは台形波状
の波形となすことにより容易に実現できる。このように
するならば、マグネットのN極、S極の発生磁束密度の
最も強い部分の平坦部分が60°elと1磁極ピツチ(
180″’effi)の3分の1で良く、単一の円板状
マグネット(または円環状マグネット)に簡単に着磁形
成できると共に、マグネットと鉄板(または鉄心)の間
のギャップが広い場合でも容易に実現できる。
The waveform of the back electromotive force generated at Z is 60aeI! By creating a trapezoidal waveform or a trapezoidal waveform with a flat part of The current path is switched every 60"el, and a large current (21t/3) is shunted to the coil of the phase where the back electromotive force is flat, and the coil of the other two phases is This is achieved by dividing a small current (It/3) in series.In such a motor, the effective pitch of the effective coil side of each phase coil is set to 1 of the magnet.
By making it an odd number multiple of the magnetic pole pitch (180°el) and by making it into a trapezoidal wave or trapezoidal wave-like waveform with a pitch of 60°C2 in the flat part where the N pole and S pole are strong due to the distribution of magnetic flux density generated by the magnet. It can be easily achieved. If we do this, the flat part of the N-pole and S-pole of the magnet where the generated magnetic flux density is strongest will be 60°el and one magnetic pole pitch (
It only requires one-third of 180''effi), can be easily magnetized into a single disc-shaped magnet (or annular magnet), and can be magnetized even when the gap between the magnet and the iron plate (or iron core) is wide. It can be easily achieved.

すなわち、スロットレス形やコアレス形のブラシレス直
流モータに好適である。しかし、本発明はそのような場
合に限らず、コア・スロット付のブラシレス直流モータ
でも構成できる(これについては後述する)。
That is, it is suitable for slotless type or coreless type brushless DC motors. However, the present invention is not limited to such a case, and can also be configured with a brushless DC motor with a core and slot (this will be described later).

さらに、前述の実施例では、第1の出力トランジスタの
通電時の動作電圧を検出し、その電圧が所定の値となる
ように第2の出力トランジスタを制御(第2の帰還ルー
プ)しているために、安定。
Furthermore, in the above embodiment, the operating voltage of the first output transistor when it is energized is detected, and the second output transistor is controlled (second feedback loop) so that the voltage becomes a predetermined value. For stable.

確実かつ、なめらかな電流の切換えができる。さらに、
第1の出力トランジスタ24,25.26の通電電流を
検出して電圧信号vIに対応した電流を流すようにして
いるために(第1の帰還ループ)、第1の出力トランジ
スタの電流の切換えが安定、確実かつ、なめらかになり
、その動作電圧の検出が容易かつ確実となる。
Allows for reliable and smooth current switching. moreover,
Since the current flowing through the first output transistors 24, 25, and 26 is detected and a current corresponding to the voltage signal vI is caused to flow (first feedback loop), the current switching of the first output transistor is difficult. It becomes stable, reliable, and smooth, and the detection of its operating voltage becomes easy and reliable.

また、入力端子側を直流的に基準電圧信号v2の電位点
に接続し、各検出端子側を直流的に第1の出力トランジ
スタ24,25.26の各出力端子に接続したPNP形
の検出トランジスタ54゜55.56を使用しているた
めに、第1の出力トランジスタ24,25.26の動作
電圧の検出に必要とされる素子は、トランジスタ54.
55゜5659、ダイオード52,53,57、抵抗5
1.58.60となり、単一のシリコン・チップ上に集
積回路(IC)化できる。その結果、第4図の駆動回路
部分をフンチッ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と共に、その検
出特性も相関のバラツキが小さくなり、検出に必要な電
流も小さくて良い。
In addition, a PNP type detection transistor whose input terminal side is DC connected to the potential point of the reference voltage signal v2, and each detection terminal side is connected DC to each output terminal of the first output transistor 24, 25, 26. 54.55.56, the elements required to detect the operating voltage of the first output transistors 24, 25.26 are transistors 54.55.56.
55°5659, diodes 52, 53, 57, resistor 5
1.58.60, and can be integrated into an integrated circuit (IC) on a single silicon chip. As a result, when the drive circuit part shown in Fig. 4 is constructed using a chip integrated circuit, the number of external parts is reduced, making manufacturing extremely easy, and the detection characteristics also have less variation in correlation, making it possible to The current is also small.

また、前述の実施例では、第1の出力トランジスタ24
.25.26の動作電圧と比較する基準電圧信号v2を
指令電圧信号84に応動して変化させ、コイルX、 Y
、  Zへの供給電流(すなわち、第1の出力トランジ
スタの通電電流)が大きい時には信号■2を大きくし、
供給電流の小さいときには信号v2を小さくしている。
Furthermore, in the embodiment described above, the first output transistor 24
.. 25. The reference voltage signal v2 to be compared with the operating voltage of 26 is changed in response to the command voltage signal 84, and the coils X, Y
, When the current supplied to Z (that is, the current flowing through the first output transistor) is large, the signal ■2 is increased,
When the supplied current is small, the signal v2 is made small.

これにより、第1の出力トランジスタ24,25.26
の通電状態にあるトランジスタの動作電圧(VCりが、
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の出力トランジスタ2
7.28.29の通電電流が制御される。すなわち、通
電電流の増加に伴ってトランジスタの飽和領域(飽和電
圧)が増大するが、基準電圧信号■2を連動変化させて
同程度もしくはそれ以上に増大させることにより、第1
の出力トランジスタが飽和領域に至る前に検出、比較し
、第2の出力トランジスタを制御している。これにより
、第2の帰還ループの動作が安定する。
This causes the first output transistors 24, 25, 26
The operating voltage of the transistor in the energized state (VC) is
Regardless of the magnitude of the current, it is ensured that (
the second output transistor 2 so that the voltage value is small)
7.28.29 energizing current is controlled. In other words, the saturation region (saturation voltage) of the transistor increases as the conducting current increases.
The second output transistor is detected and compared before it reaches the saturation region, and the second output transistor is controlled. This stabilizes the operation of the second feedback loop.

第12図に本発明のブラシレス直流モータに使用される
駆動回路の他の構成例を示す、なお、同図において、第
4図の駆動回路で説明したものと同一の機能を有する部
品については同一の符号を付した。第12図において、
21は位置検出器、22は第1の分配制御器、23は第
2の分配制御器、24,25.26は第1の出力トラン
ジスタ、27.28.2’9は第2の出力トランジスタ
、30は速度検出器、31.45は電圧・電流変換器、
32はカレントミラー回路、81は第1の差動回路、8
3は第2の差動回路である。
FIG. 12 shows another configuration example of the drive circuit used in the brushless DC motor of the present invention. In the same figure, parts having the same functions as those explained in the drive circuit of FIG. 4 are the same. The symbol is attached. In Figure 12,
21 is a position detector, 22 is a first distribution controller, 23 is a second distribution controller, 24, 25.26 is a first output transistor, 27.28.2'9 is a second output transistor, 30 is a speed detector, 31.45 is a voltage/current converter,
32 is a current mirror circuit, 81 is a first differential circuit, 8
3 is a second differential circuit.

第1の出力トランジスタ24,25,26、抵抗20、
電圧・電流変換器45、第1の差動回路81にて第1の
帰還ループ(電流帰還ループ)が構成され、指令電圧信
号84に対応した電流が位置検出器21のホール素子A
、B、Cにて選択された出力トランジスタを介してコイ
ルx、y、zに供給される。
first output transistors 24, 25, 26, resistor 20,
A first feedback loop (current feedback loop) is configured by the voltage/current converter 45 and the first differential circuit 81, and a current corresponding to the command voltage signal 84 is transmitted to the Hall element A of the position detector 21.
, B, and C to the coils x, y, and z via selected output transistors.

第2の分配制御器23の検出・比較器90は、第2の出
力トランジスタ27,28.29の通電状態のトランジ
スタの動作電圧とダイオード132゜133、抵抗13
4に生じる基準電圧信号v3を検出トランジスタ136
,138,140によって比較、検出して、その出力信
号をトランジスタ145.146の差動回路によってさ
らに基準電圧信号と比較して、トランジスタ146のコ
レクタ側より出力し、第2の差動回路83の共通エミッ
タ電流として供給している。第2の差動回路83のトラ
ンジスタ63,64.65は位置検出器21のホール素
子A、B、Cの出力に応動して活性、不活性が切換ねり
、第2の出力トランジスタ27.2B、29の通電を制
御している。すなわち、検出・比較器90、第2の差動
回路83、第2の出力トランジスタ27.28.29に
よって第2の帰還ループを構成し、第2の出力トランジ
スタの通電状態のトランジスタの動作電圧を検出して、
その電圧が能動領域内の小さな値となるように第2の出
力トランジスタの通電電流を制御している。
The detection/comparator 90 of the second distribution controller 23 compares the operating voltage of the second output transistors 27, 28, and 29 in the energized state with the diodes 132, 133, and the resistor 13.
The transistor 136 detects the reference voltage signal v3 generated at
, 138 and 140, and the output signal is further compared with a reference voltage signal by the differential circuit of transistors 145 and 146, and is output from the collector side of the transistor 146, and is outputted from the collector side of the transistor 146. It is supplied as a common emitter current. The transistors 63, 64.65 of the second differential circuit 83 are switched between active and inactive in response to the outputs of the Hall elements A, B, and C of the position detector 21, and the second output transistors 27.2B, 29 is controlled. That is, a second feedback loop is formed by the detection/comparator 90, the second differential circuit 83, and the second output transistor 27, 28, 29, and the operating voltage of the second output transistor in the energized state is Detect and
The current flowing through the second output transistor is controlled so that the voltage is a small value within the active region.

このような構成であっても、前述の第9図(C)。Even with such a configuration, the above-mentioned FIG. 9(C).

(d)、 (e)に示した電流の供給がなされ、発生ト
ルクは均一となる。
The currents shown in (d) and (e) are supplied, and the generated torque becomes uniform.

第13図に本発明のブラシレス直流モータに使用される
駆動回路の別の例を示す。本駆動回路は、直流電源から
可変出力の直流電圧を得るスイッチング方式の電圧変換
を介してモータコイルに給電することにより、出力トラ
ンジスタのコレクタ損失を著しく低減したものである。
FIG. 13 shows another example of a drive circuit used in the brushless DC motor of the present invention. This drive circuit significantly reduces the collector loss of the output transistor by supplying power to the motor coil through a switching voltage conversion method that obtains a variable output DC voltage from a DC power source.

同図において、200は直流電源、破線にて囲まれた部
分201は直流電源200とコイルX。
In the figure, 200 is a DC power supply, and a portion 201 surrounded by a broken line is the DC power supply 200 and coil X.

Y、  Zの間に挿入されたスイッチング方式の電圧変
換器、202はホール素子A、B、Cにより構成された
位置検出器、203は位置検出器202の出力に応動し
てコイルx、y、zへの電流路を制御する分配器である
。また、第1のスイッチトランジスタ204,205,
206は、電圧変換器201の負極側出力端子に一端(
エミッタ側)が共通接続され、各出力端子(コレクタ側
)が環状結線された3相のコイルx、y、zの結構点に
接続され、その制御端子(ベース側)への電流を分配器
203により制御され、オン・オフ動作する。
A switching type voltage converter is inserted between Y and Z, 202 is a position detector constituted by Hall elements A, B, and C, and 203 is a coil x, y, This is a distributor that controls the current path to z. Moreover, the first switch transistors 204, 205,
206 has one end connected to the negative output terminal of the voltage converter 201 (
The emitter side) are commonly connected, and each output terminal (collector side) is connected to a plurality of points of the three-phase coil x, y, z connected in a ring, and the current to the control terminal (base side) is connected to the distributor 203. It is controlled by the on/off operation.

第2のスイッチトランジスタ207,208゜209は
、電圧変換器201の工種側出力端子に一端(コレクタ
側)が共通接続され、各出力端子(エミッタ側)が第1
のスイッチトランジスタ204.205,206の各出
力端子に接続され、その制御端子(ベース側)への電流
を分配器203により制御され、オン・オフ動作する。
The second switch transistors 207, 208 and 209 have one end (collector side) commonly connected to the work type side output terminal of the voltage converter 201, and each output terminal (emitter side)
It is connected to each output terminal of the switch transistors 204, 205, and 206, and the current flowing to its control terminal (base side) is controlled by the distributor 203 to perform on/off operation.

次に、その動作について説明する。マグネット3(第1
図参照)の回転速度を速度検出器210にて検出し、そ
の回転速度に応じた電圧信号■。
Next, its operation will be explained. Magnet 3 (first
The rotation speed of the motor (see figure) is detected by the speed detector 210, and the voltage signal (■) corresponds to the rotation speed.

を出力する。速度検出器210の出力電圧vdに応じて
、電圧変換器201のスイッチング制御器222はスイ
ッチングトランジスタ221をオン・オフさせ、そのオ
ン時間比率(オン時間/オン・オフ周期時間)を制御し
ている。スイッチング制御器222は、たとえば三角波
発生器とコンパレータ等によって構成され(周知の各種
の構成が利用できる)、入力された電圧に対応したデユ
ーティ比のパルス信号を作り、スイッチングトランジス
タ221をオン・オフ制御する。スイッチングトランジ
スタ221による出力パルス電圧はダイオード223.
インダクタンス素子224.コンデンサ225にて平滑
され、電圧変換器201の出力電圧■。はスイッチング
トランジスタ221のオン時間比率に対応した値、すな
わち、速度検出器210の出力電圧V、に対応した値と
なる。
Output. According to the output voltage vd of the speed detector 210, the switching controller 222 of the voltage converter 201 turns on and off the switching transistor 221, and controls the on-time ratio (on-time/on-off cycle time). . The switching controller 222 is composed of, for example, a triangular wave generator and a comparator (a variety of known configurations can be used), and generates a pulse signal with a duty ratio corresponding to the input voltage to control the switching transistor 221 on and off. do. The output pulse voltage from the switching transistor 221 is passed through the diode 223.
Inductance element 224. The output voltage of the voltage converter 201 is smoothed by the capacitor 225. is a value corresponding to the on-time ratio of the switching transistor 221, that is, a value corresponding to the output voltage V of the speed detector 210.

電圧変換器201の出力電圧■。は、第1のスイッチト
ランジスタ204,205,206および第2のスイッ
チトランジスタ207,208゜209を介して3相の
コイルx、y、zに印加されるや マグネット3の回転位置を位置検出器202にて検出し
、その位置に応じた電圧信号を分配器203に入力する
0分配器203は、電流供給器211と第1の差動回路
212と第2の差動回路213とカレントミラー回路2
14.215216によって構成され、第1および第2
の差動回路212,213のトランジスタ238,23
9゜240.241,242,243の各ベース端子に
は、それぞれ位置検出器202の出力電圧が印加されて
いる。
Output voltage of voltage converter 201■. is applied to the three-phase coils x, y, and z via the first switch transistors 204, 205, 206 and the second switch transistors 207, 208, and 209, and the rotational position of the magnet 3 is detected by the position detector 202. The 0 divider 203 which detects the voltage signal and inputs the voltage signal according to the position to the divider 203 has a current supply device 211, a first differential circuit 212, a second differential circuit 213, and a current mirror circuit 2.
14.215216, the first and second
The transistors 238 and 23 of the differential circuits 212 and 213 of
The output voltage of the position detector 202 is applied to each base terminal of 9°240.241, 242, and 243, respectively.

電流供給器211は第1および第2の差動回路212.
213に共通エミッタ電流を供給している。第1の差動
回路212はトランジスタ238゜239.240のベ
ース電圧(位置検出器202の出力)に応動して1個の
トランジスタが活性となり、共通エミッタ電流をコレク
タ側に分配する。
Current supply 211 connects first and second differential circuits 212 .
A common emitter current is supplied to 213. In the first differential circuit 212, one transistor is activated in response to the base voltage of the transistors 238, 239, and 240 (output of the position detector 202), and the common emitter current is distributed to the collector side.

トランジスタ238,239,240の各コレクタ電流
は、第1のスイッチトランジスタ204゜205.20
6の各ベース電流となり、位置検出器202の出力に応
じた第1のスイッチトランジスタを常時1個オン状態に
している。
Each collector current of the transistors 238, 239, 240 is
6 base currents, and one first switch transistor corresponding to the output of the position detector 202 is always turned on.

また、第2の差動回路213はトランジスタ241.2
42,243のベース電圧(位置検出器202の出力)
に応じて1個のトランジスタが活性となり、共通エミッ
タ電流をコレクタ側に分配する。トランジスタ241,
242.243の各コレクタ電流は、それぞれカレント
ミラー回路214.215,216を介して第2のスイ
ッチトランジスタ207,208.209+7)各ベー
ス電流となり、位置検出器202の出力に応じた第2の
スイッチトランジスタを常時1個オン状態になしている
Further, the second differential circuit 213 has a transistor 241.2.
42,243 base voltage (output of position detector 202)
In response to this, one transistor becomes active and distributes the common emitter current to the collector side. transistor 241,
The respective collector currents of 242 and 243 become base currents of the second switch transistors 207, 208, and 209+7) through current mirror circuits 214, 215, and 216, respectively, and the second switch transistors according to the output of the position detector 202 One transistor is always on.

すなわち、位置検出器202の出力に応動して分配器2
03は、第1のスイッチトランジスタ204.205,
206と第2のスイッチトランジスタ207,208,
209をオン、オフ制御し、ロータ2(第1図参照)の
回転に伴って3相のコイルx、y、zへの電流路を第1
0図■〜■のように順次切換えている。
That is, in response to the output of the position detector 202, the distributor 2
03 is the first switch transistor 204, 205,
206 and second switch transistors 207, 208,
209 is turned on and off, and as the rotor 2 (see Figure 1) rotates, the current path to the three-phase coils x, y, and z is switched to the first
They are switched sequentially as shown in Figure 0.

いま、第1のスイッチトランジスタ206と第2のスイ
ッチトランジスタ207がオンになっている場合(第1
(1■に相当)を考えると、第14図のように電流が流
れる。従って、 V、 =Vに  2 ・Vct (sat)     
 ・・・・・・041=r −i、 十ex     
  ・・・・・・0!9−2 r −i2− (ey 
+e2)   −−(16)11=il+i□    
    ・・・・・・07)となる、ここに、「はコイ
ルの抵抗分である。前述の説明(第9図)より、本発明
のブラシレス直流モータでは常に eX+eY十eZ−0 が成立する〔OI)式参照〕、その結果、i、−21,
/3           ・・・・・・0DDi2=
1./3            ・・・・・・0!+
t= (3/2・1/r) ・ 〔Vo−2°VCt+口t+ex)・・・・・・(
至) となる。
If the first switch transistor 206 and the second switch transistor 207 are currently on (the first
(corresponding to 1), a current flows as shown in Fig. 14. Therefore, V, = V 2 ・Vct (sat)
・・・・・・041=r −i, 10ex
...0!9-2 r -i2- (ey
+e2) --(16)11=il+i□
...07), where " is the resistance of the coil. From the above explanation (Fig. 9), in the brushless DC motor of the present invention, eX + eY + eZ - 0 always holds. OI) formula], the result is i, -21,
/3 ・・・・・・0DDi2=
1. /3...0! +
t= (3/2・1/r) ・ [Vo-2°VCt+mouth t+ex)・・・・・・(
).

ここで、電圧変換器201の出力電圧vcを一定とした
ときの発生トルク変動がトルクリップルとなる・vCl
isatlはスイッチトランジスタの飽和電圧であり、
一定と考えてよい。
Here, the generated torque fluctuation when the output voltage vc of the voltage converter 201 is constant becomes the torque ripple.・vCl
isatl is the saturation voltage of the switch transistor,
It can be considered constant.

従って、(イ)式よりコイルに供給される電流!、はコ
イルXの逆起電圧exに関係するようにな、るが、逆起
電圧exは回転速度Nを一定とすれば、(6)式より磁
束密度差に比例し、第9図(a)の実線のように60″
elの平坦部分を持つ台形波状に変化する〔すなわち、
第9図(a)の各波形が各逆起電圧ex、e、、、e2
の波形と考えて良い〕、また、第14図のような状態は
、第9図および第10図の■の状態に相当することから
、この期間におけるeXは一定である。
Therefore, the current supplied to the coil from equation (a)! , becomes related to the back electromotive force ex of the coil ) as shown in the solid line 60″
changes into a trapezoidal waveform with a flat part of el [i.e.
Each waveform in FIG. 9(a) represents each back electromotive force ex, e, , e2
], and since the state shown in FIG. 14 corresponds to the state (■) in FIGS. 9 and 10, eX is constant during this period.

従って、(至)式より合成電流1tが一定となり、αm
、O’J式に対応した一定の電流i、、+2が各相のコ
イルに分流する。他の状態においても同様であり、ロー
タ2の回転に伴って各相のコイルX。
Therefore, from equation (to), the composite current 1t becomes constant, and αm
A constant current i, , +2 corresponding to the O'J equation is shunted to the coils of each phase. The same applies to other states, and as the rotor 2 rotates, the coils X of each phase.

Y、  Zには第9図(c)、 (d)、 (e)のよ
うな電流■8゜rY、i□が供給される。その結果、合
成の発生トルクT=τ工+τ7+τ2は第9図(f)の
ように均一(トルクリップルは零)となる。
Currents ■8°rY, i□ as shown in FIGS. 9(c), (d), and (e) are supplied to Y and Z. As a result, the combined generated torque T=τwork+τ7+τ2 becomes uniform (torque ripple is zero) as shown in FIG. 9(f).

本駆動回路においては、スイッチング方式の電圧変換器
201を使用して、直流電源200の電圧■s”’20
Vから所望の直流電圧■x (速度検出器210の出力
信号に対応)を得て、オン・オフ動作する第1および第
2のスイッチトランジスタ204,205,206,2
07.208209により3相のコイルX、Y、Zに供
給している。
In this drive circuit, a switching type voltage converter 201 is used to convert the voltage of the DC power supply 200 to
The first and second switch transistors 204, 205, 206, 2 operate on and off by obtaining a desired DC voltage x (corresponding to the output signal of the speed detector 210) from V.
07.208209 is supplied to three-phase coils X, Y, and Z.

その結果、第1および第2のスイッチトランジスタにお
けるコレクタ損失および電圧変換器201による変換損
失はかなり小さくなり、第4図、第12図に示されるよ
うなアナログ動作する第1および第2の出力トランジス
タ24,25゜26.27.28.29にて消費される
コレクタ損失に比較して大幅に小さくなる。特に、その
効果はコイル電圧■、(第14図)が小さい時に大きく
、本駆動回路の電力損失は著しく小さくなっている。
As a result, the collector losses in the first and second switch transistors and the conversion losses caused by the voltage converter 201 are considerably reduced, and the first and second output transistors operating in analog form as shown in FIGS. This is significantly smaller than the collector loss consumed at 24, 25°, 26.27.28.29. Particularly, the effect is large when the coil voltage (2) (FIG. 14) is small, and the power loss of this drive circuit is significantly reduced.

さらに、第13図の駆動回路においては、電圧変換器2
01の出力電圧V。を検出して、第1および第2のスイ
ッチトランジスタのベース電流を、voが小さい時に小
さく、voが大きい時に大きくすることにより、ベース
電流損失も低減している。
Furthermore, in the drive circuit of FIG.
01 output voltage V. By detecting this and making the base currents of the first and second switch transistors small when vo is small and large when vo is large, base current loss is also reduced.

これについて説明すれば、分配器203の電流供給器2
11は電圧変換器201の出力電圧■。
To explain this, the current supply 2 of the distributor 203
11 is the output voltage ■ of the voltage converter 201.

を抵抗227によって検出し、その電圧値V。が大きく
なると第1および第2の差動回路212゜213の共通
エミッタ電流を大きくし、第1および第2のスイッチト
ランジスタ204,205゜206.207,208.
209へのベース電流を大きくする。逆に、電圧変換器
201の出力電圧VCが小さくなると電流供給器211
の出力電流が小さくなり、第1および第2のスイッチト
ランジスタのベース電流を小さくしている(スイッチト
ランジスタがオン・オフ動作するように十分なベース電
流が常に供給される)。
is detected by the resistor 227, and its voltage value V. When becomes larger, the common emitter current of the first and second differential circuits 212, 213 is increased, and the first and second switch transistors 204, 205, 206, 207, 208, .
Increase the base current to 209. Conversely, when the output voltage VC of the voltage converter 201 becomes smaller, the current supplyer 211
This reduces the output current of the first and second switch transistors, thereby reducing the base currents of the first and second switch transistors (sufficient base current is always supplied so that the switch transistors operate on and off).

その結果、起動・加速時の大電流動作時(V、が大きく
なりコイルへの供給電流が大きくなる時)にも十分なベ
ース電流を第1と第2のスイッチトランジスタに供給す
ると共に、定速回転時の小電流動作時(voが小さくな
りコイルへの供給電流も小さくなる時)には、そのベー
ス電流は必要最小限の値よりも少し多い程度まで小さ(
している。
As a result, sufficient base current is supplied to the first and second switch transistors even during large current operation during startup and acceleration (when V increases and the current supplied to the coil increases), and at a constant speed. During small current operation during rotation (when vo is small and the current supplied to the coil is also small), the base current is small (to a point slightly higher than the minimum required value).
are doing.

これにより、第1と第2のスイッチトランジスタの小電
流通電時のベース電流損失は著しく軽減される。
As a result, the base current loss when a small current is passed through the first and second switch transistors is significantly reduced.

前述の実施例では、3相のコイルX、、X2゜y、、y
2.z、、z2を平面的に重なり合わないように配置し
た例〔第2図(ハ)参照〕を示したが、本発明はそのよ
うな場合に限らず、3相のコイルを重ね合わせるように
配置しても良い、これについて、第15図および第16
図を参照して説明する。
In the above embodiment, the three-phase coils X,,X2゜y,,y
2. Although an example is shown in which z, , and z2 are arranged so that they do not overlap in a plane (see Figure 2 (c)), the present invention is not limited to such a case, but can also be applied to a case where three-phase coils are arranged so as not to overlap each other in a two-dimensional manner. 15 and 16.
This will be explained with reference to the figures.

第15図は波巻きにした1相分のコイル400を表わし
ている。8極着磁されたマグネット3〔第2図(a)参
照〕に対向して、120° elずつ位相をずらした3
相のコイル400を重ね合わせて3相のコイルx、  
y、  zを形成するようにしている。
FIG. 15 shows a wave-wound coil 400 for one phase. Opposing the 8-pole magnetized magnet 3 [see Figure 2 (a)], the magnet 3 is shifted in phase by 120° el.
The phase coils 400 are superimposed to form a three-phase coil x,
y and z are formed.

各相のコイル400は有効コイル辺のピッチを180″
effi(の奇数倍)となし、発生トルクの変動を小さ
くしている。
The coil 400 of each phase has an effective coil side pitch of 180''
effi (odd multiple of) to reduce fluctuations in generated torque.

第16図は集中巻きした8個のコイル411゜412.
413,414,415,416,417゜418を直
列接続してl相分のコイル群となしている。
Figure 16 shows eight concentratedly wound coils 411°412.
413, 414, 415, 416, 417°, 418 are connected in series to form a coil group for l phase.

さらに、前述の実施例では、スロットレス形のブラシレ
ス直流モータを例(第1図)にとって説明したが、本発
明はそのような場合に限らず、コア・スロント付のブラ
シレス直流モータも構成できる。
Further, in the above-mentioned embodiments, a slotless type brushless DC motor was explained as an example (FIG. 1), but the present invention is not limited to such a case, and a brushless DC motor with a core and a front can also be configured.

第17図に本出願人が特願昭52−67671号にて提
案したコア・スロット付のモータの−例を示す。同図に
おいて、ロータ501に取付けられたマグネット502
は等角度(90°mech)または略等角度に4極の磁
極が着磁形成されている。マグネット502の発生する
磁束密度の分布は、第3図に示すように、60@ej!
の平坦部分を有する台形波または台形波状の波形となし
ている。
FIG. 17 shows an example of a motor with a core and slot proposed by the present applicant in Japanese Patent Application No. 52-67671. In the figure, a magnet 502 attached to a rotor 501
Four magnetic poles are magnetized and formed at equal angles (90 degrees mech) or approximately equal angles. As shown in FIG. 3, the distribution of magnetic flux density generated by the magnet 502 is 60@ej!
It has a trapezoidal or trapezoidal waveform with a flat portion.

マグネット502の磁極に対向してステータ鉄心(コア
)503が配置され、ステータ鉄心503は主突極50
4と補助突極505がそれぞれ3個設けられている。3
個の主突極はそれぞれ240゜ei!(または120°
 el)の位相差を設けて配置され、巻線用の溝506
に3相のコイルX、Y。
A stator core 503 is arranged opposite to the magnetic poles of the magnet 502, and the stator core 503 is connected to the main salient pole 50.
4 and three auxiliary salient poles 505 are provided. 3
Each main salient pole is 240°ei! (or 120°
The winding groove 506 is arranged with a phase difference of el).
3-phase coils X and Y.

2が巻装されている。2 is wrapped.

各主突極の両端の溝のピッチを96’mech(192
°el)、各補助突極の両端の溝のピッチを24°me
ch(48°el)程度となされている。各コイルx、
 y、  zの実効ピッチ(磁束を集めるピッチ)は、
はぼ主突極の両端の溝のピッチ(190” el)に等
しくなり、マグネット502の1磁極ピツチ(180”
 ejりにほとんど等しくなされている。
The pitch of the grooves at both ends of each main salient pole is set to 96'mech (192
°el), the pitch of the grooves at both ends of each auxiliary salient pole is 24°me
ch (48°el). Each coil x,
The effective pitch of y and z (pitch that collects magnetic flux) is
is equal to the pitch of the grooves at both ends of the main salient pole (190" el), and is equal to the pitch of one magnetic pole of the magnet 502 (180" el).
It is done almost equally to ejri.

従って、このようなモータに第4図、第12図または第
13図のような駆動回路によって第9図(c)、 (d
)、 (e)のような電流を供給するならば、発生トル
クは均一(トルクリップルが小さい)となる。
Therefore, such a motor is driven by a drive circuit as shown in FIGS. 4, 12, or 13 in FIGS. 9(c) and (d).
), (e), the generated torque will be uniform (torque ripple is small).

なお、各主突極504の先端には補助溝507が24°
mech毎に3個ずつ設けられ、巻線用溝506と補助
溝507が等角度ピッチ(24゜me c h)または
略等角度ピッチに配置され、コギントルクも小さくなる
ようにしている。
Note that an auxiliary groove 507 is provided at the tip of each main salient pole 504 at a 24° angle.
Three winding grooves 506 and auxiliary grooves 507 are provided for each mech, and the winding grooves 506 and the auxiliary grooves 507 are arranged at an equal angular pitch (24 degrees mech) or a substantially equal angular pitch, so that the coggin torque is also reduced.

なお、前述の本発明の各実施例では、ホーール素子を使
用して位置検出器を構成したが、本発明はそのような場
合に限らず、周知の他の手段(フォトカップラ一方式、
高周波結合方式、過飽和インダクタ方式等)を用いても
良いことはいうまでもない。
In each of the above-described embodiments of the present invention, the position detector is constructed using a Hall element, but the present invention is not limited to such a case.
Needless to say, a high frequency coupling method, a supersaturated inductor method, etc.) may be used.

以上の説明から明らかなように、本発明のブラシレス直
流モータは発生トルクが均一(トルクリップルが小さい
)であり、トルク変動の著しく小さいものである。従っ
て、本発明にもとづいて、たとえば音響・映像機器用の
ブラシレス直流モータを構成するならば、高性能な機器
を実現できる。
As is clear from the above description, the brushless DC motor of the present invention generates uniform torque (small torque ripple) and has significantly small torque fluctuations. Therefore, if a brushless DC motor for, for example, audio/visual equipment is constructed based on the present invention, a high-performance equipment can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例のモータ構造を表わす縦断面
図、第2図(a)および(b)は同実施例におけるマグ
ネットの磁極の配置を表わす図およびコイルとホール素
子の配置を表わす図、第3図はマグネットの発生磁束密
度の分布図、第4図は本発明の実施例における駆動回路
図、第5図および第6図はそれぞれ電圧・電流変換器の
具体的な構成例を示す回路図、第7図は第4図の動作説
明用の回路図、第8図は同実施例におけるマグネットと
コイルおよびホール素子の関係を示す図、第9図(a)
。 (b)、 (c)、 (d)、 (e)、 (f)は第
1図乃至第4図に示す実施例の動作を説明するための波
形図、第10図は同実施例におけるコイルへの電流路の
切換わりを示す図、第11図はそのコイルへの電流を説
明するための図、第12図および第13図はそれぞれ本
発明で使用し得る駆動回路の他の例を示す結線図、第1
4図は同実施例におけるコイルへの電流を説明するため
の図、第15図および第16図は本発明で使用するコイ
ルの他の構成図(1相分)を示す図、第17図は本発明
に使用できる他のモータ構造を表わす構成断面図である
。 1・・・・・・回転軸、2・・・・・・ロータ、3・・
・・・・マグネット、4・・・・・・ステータ、5・・
・・・・コイル、XI〜Z2゜X、Y、Z・・・・・・
コイル、A、B、C・・・・・・ホール素子、2I・・
・・・・位置検出器、22.23・・・・・・第1と第
2の分配制御器、24,25.26・・・・・・第1の
出力トランジスタ、27.28.29・・・・・・第2
の出力トランジスタ、30・・・・・・速度検出器、3
1゜45・・・・・・電圧・電流変換器、32・・・・
・・カレントミラー回路、81.83・・・・・・第1
と第2の差動回路、82.90・・・・・・検出・比較
器、200・・・・・・直流電源、201・・・・・・
電圧変換器、202・・・・・・位置検出器、203・
・・・・・分配器、204,205,206・・・・・
・第1のスイッチトランジスタ、207,208゜20
9・・・・・・第2のスイッチトランジスタ、210・
・・・・・速度検出器、211・・・・・・電流供給器
、212゜213・・・・・・第1と第2の差動回路、
214,215゜216・・・・・・カレントミラー回
路、222・旧・・スイッチング制御器、400,41
1〜418・旧・・コイル、501・・・・・・ロータ
、502・・・・・・マグネット、503・・・・・・
ステータ鉄心、504・・・・・・主突極、505・・
・・・・補助突極。
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing the structure of a motor according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2(a) and (b) are diagrams showing the arrangement of the magnetic poles of the magnet and the arrangement of the coil and Hall element in the same embodiment. 3 is a distribution diagram of the magnetic flux density generated by the magnet, FIG. 4 is a drive circuit diagram in an embodiment of the present invention, and FIGS. 5 and 6 are specific configuration examples of voltage/current converters, respectively. 7 is a circuit diagram for explaining the operation of FIG. 4, FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the magnet, coil, and Hall element in the same embodiment, and FIG. 9(a)
. (b), (c), (d), (e), (f) are waveform diagrams for explaining the operation of the embodiment shown in Figs. 1 to 4, and Fig. 10 is a coil diagram in the same embodiment. 11 is a diagram for explaining the current flowing to the coil, and FIGS. 12 and 13 each show other examples of drive circuits that can be used in the present invention. Wiring diagram, 1st
Figure 4 is a diagram for explaining the current to the coil in the same embodiment, Figures 15 and 16 are diagrams showing other configuration diagrams (for one phase) of the coil used in the present invention, and Figure 17 is a diagram for explaining the current to the coil in the same embodiment. FIG. 7 is a configuration cross-sectional view showing another motor structure that can be used in the present invention. 1...Rotating shaft, 2...Rotor, 3...
...Magnet, 4...Stator, 5...
...Coil, XI~Z2゜X, Y, Z...
Coil, A, B, C...Hall element, 2I...
...Position detector, 22.23...First and second distribution controller, 24,25.26...First output transistor, 27.28.29. ...Second
Output transistor, 30...Speed detector, 3
1゜45...Voltage/current converter, 32...
...Current mirror circuit, 81.83...1st
and second differential circuit, 82.90...detector/comparator, 200...DC power supply, 201...
Voltage converter, 202...Position detector, 203.
...Distributor, 204, 205, 206...
・First switch transistor, 207, 208° 20
9...Second switch transistor, 210.
...Speed detector, 211...Current supply device, 212°213...First and second differential circuit,
214,215゜216... Current mirror circuit, 222 Old... Switching controller, 400,41
1-418 Old... Coil, 501... Rotor, 502... Magnet, 503...
Stator core, 504...Main salient pole, 505...
...Auxiliary salient pole.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)N極とS極の永久磁極を交互に複数極着磁され、
円周上において磁束密度の分布を平坦部分が電気角60
゜程度の台形波状にされたマグネットを有するロータと
、前記マグネットの磁束と鎖交する位置に配置され、各
コイルの実効ピッチを電気角180゜程度にされ、前記
各コイルの実効ピッチ両端における前記マグネットの発
生磁束密度差の分布を前記ロータの回転角度について平
坦部分が電気角60゜程度の台形波状にされ、複数個の
前記コイルを環状結線されて形成された3相のコイル群
と、前記ロータの回転位置を検出する位置検出手段と、
環状結線された前記3相のコイル群の3個の結節点と直
流電源の一端の間の電流路を形成する3個のトランジス
タからなる第1の出力トランジスタ群と、前記3個の結
節点と前記直流電源の他端の間の電流路を形成する3個
のトランジスタからなる第2の出力トランジスタ群と、
前記コイル群への電流供給を指令する指令信号に対応し
、かつ、前記位置検出手段の出力信号に応動して前記3
相のコイル群のうちで前記発生磁束密度差の分布が平坦
部分にある相の前記コイル群の一方の結節点に電流を供
給するように前記第1の出力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、前記位置検出手段の
出力信号に応動して前記平坦部分にある相の前記コイル
群の他方の結節点と前記直流電源の電流路を形成するよ
うに前記第2の出力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2の出力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する動作検出手段と、前
記第2の出力トランジスタ群の動作電圧を検出した前記
動作検出手段の出力信号に応動して前記第2の出力トラ
ンジスタ群の通電電流を制御し、通電状態にある前記第
2の出力トランジスタの動作電圧が大きくなると通電電
流を大きくし、動作電圧が小さくなると通電電流を小さ
くする制御手段を含んで構成されたブラシレス直流モー
タ。
(1) Multiple permanent magnetic poles of N pole and S pole are magnetized alternately,
The flat part of the distribution of magnetic flux density on the circumference is electrical angle 60
A rotor having a magnet having a trapezoidal wave shape of approximately 180° is disposed at a position interlinking with the magnetic flux of the magnet, and the effective pitch of each coil is approximately 180° electrical angle, and the effective pitch of each coil is The distribution of the magnetic flux density difference generated by the magnet is made into a trapezoidal wave shape with a flat part having an electrical angle of about 60 degrees with respect to the rotation angle of the rotor, and a three-phase coil group formed by connecting a plurality of the coils in a ring; position detection means for detecting the rotational position of the rotor;
a first output transistor group consisting of three transistors forming a current path between the three nodes of the three-phase coil group connected in a ring and one end of the DC power supply; a second output transistor group consisting of three transistors forming a current path between the other ends of the DC power supply;
In response to a command signal instructing current supply to the coil group and in response to an output signal of the position detection means,
controlling distribution of energization of the first output transistor group so as to supply current to one node of the coil group of the phase in which the distribution of the generated magnetic flux density difference is flat among the coil groups of the phase; 1 distribution control means, and the second output so as to form a current path of the DC power source with the other node of the coil group of the phase located in the flat portion in response to the output signal of the position detection means. a second distribution control means for distributing and controlling energization of the transistor group; , controlling the conduction current of the second output transistor group in response to an output signal of the operation detecting means that detects the operating voltage of the second output transistor group, and controlling the conduction current of the second output transistor group in the energized state. A brushless direct current motor that includes a control means that increases the applied current when the operating voltage increases and decreases the applied current when the operating voltage decreases.
(2)N極とS極の永久磁極を交互に複数極着磁され、
円周上において磁束密度の分布を平坦部分が電気角60
゜程度の台形波状にされたマグネットを有するロータと
、前記マグネットの磁束と鎖交する位置に配置され、各
コイルの実効ピッチを電気角180゜程度にされ、前記
各コイルの実効ピッチ両端における前記マグネットの発
生磁束密度差の分布を前記ロータの回転角度について平
坦部分が電気角60゜程度の台形波状にされ、複数個の
前記コイルを環状結線されて形成された3相のコイル群
と、前記ロータの回転位置を検出する位置検出手段と、
環状結線された前記3相のコイル群の3個の結節点と直
流電源の一端の間の電流路を形成する3個のトランジス
タからなる第1の出力トランジスタ群と、前記3個の結
節点と前記直流電源の他端の間の電流路を形成する3個
のトランジスタからなる第2の出力トランジスタ群と、
前記コイル群への電流供給を指令する指令信号に対応し
、かつ、前記位置検出手段の出力信号に応動して前記3
相のコイル群のうちで前記発生磁束密度差の分布が平坦
部分にある相の前記コイル群の一方の結節点に電流を供
給するように前記第1の出力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、前記位置検出手段の
出力信号に応動して前記平坦部分にある相の前記コイル
群の他方の結節点と前記直流電源の電流路を形成するよ
うに前記第2の出力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、前記指令信号に応動して電圧値を変化させる基準
電圧信号を得る基準電圧発生手段と、前記第2の出力ト
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
と前記基準電圧信号を比較する比較手段と、前記第2の
出力トランジスタ群の動作電圧を比較した前記比較手段
の出力信号に応動して前記第2の出力トランジスタ群の
通電電流を制御し、通電状態にある前記第2の出力トラ
ンジスタの動作電圧が大きくなると通電電流を大きくし
、動作電圧が小さくなると通電電流を小さくする制御手
段を含んで構成されたブラシレス直流モータ。
(2) Multi-pole magnetization with alternating N and S permanent magnetic poles,
The flat part of the distribution of magnetic flux density on the circumference is electrical angle 60
A rotor having a magnet having a trapezoidal wave shape of approximately 180° is disposed at a position interlinking with the magnetic flux of the magnet, and the effective pitch of each coil is approximately 180° electrical angle, and the effective pitch of each coil is The distribution of the magnetic flux density difference generated by the magnet is made into a trapezoidal wave shape with a flat part having an electrical angle of about 60 degrees with respect to the rotation angle of the rotor, and a three-phase coil group formed by connecting a plurality of the coils in a ring; position detection means for detecting the rotational position of the rotor;
a first output transistor group consisting of three transistors forming a current path between the three nodes of the three-phase coil group connected in a ring and one end of the DC power supply; a second output transistor group consisting of three transistors forming a current path between the other ends of the DC power supply;
In response to a command signal instructing current supply to the coil group and in response to an output signal of the position detection means,
controlling distribution of energization of the first output transistor group so as to supply current to one node of the coil group of the phase in which the distribution of the generated magnetic flux density difference is flat among the coil groups of the phase; 1 distribution control means, and the second output so as to form a current path of the DC power source with the other node of the coil group of the phase located in the flat portion in response to the output signal of the position detection means. a second distribution control means for distributing and controlling energization of a group of transistors, the second distribution control means comprising a reference voltage generation means for obtaining a reference voltage signal that changes a voltage value in response to the command signal; Comparing means for comparing the operating voltage of transistors in the energized state of the second output transistor group with the reference voltage signal; and responding to an output signal of the comparing means comparing the operating voltage of the second output transistor group. control means for controlling the conduction current of the second output transistor group, increasing the conduction current when the operating voltage of the second output transistor in the energized state increases, and decreasing the conduction current when the operation voltage decreases; A brushless DC motor consisting of:
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7036205B2 (en) 1998-03-25 2006-05-02 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method of manufacturing stator for brushless motors
JP2008278748A (en) * 2008-06-23 2008-11-13 Seiko Epson Corp Motor, and drive system of motor

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JP2008278748A (en) * 2008-06-23 2008-11-13 Seiko Epson Corp Motor, and drive system of motor

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