JPH04112693A - モータ駆動装置 - 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〕 本発明は各相の駆動巻線がそれぞれ複数に分割されたモ
ータを駆動するモータ駆動装置に関するものである。

［従来の技術〕 従来のブラシレスモーフ駆動装置、例えば、ホールモー
タ駆動装置は、第６図に示すように、切り替え回路８、
制御回路９、サーボシステム１１、電源１０により構成
されている。ホールモータＭは回転子１、ホール素子２
，３，４、コイル５．６．７を有する。

第８図は第６図示切り替え回路２１の構成を示す。

ホール素子２．３．４の出力はコンパレータ８１．８２
．８３によりディジタル信号８４，８５．８６　（第１
０図参照）に変換され、ディジタル信号８４．８５．８
６をロジック部８７により信号Ｕ＋、Ｕ−，Ｖ＋、Ｖ−
，Ｗ＋、Ｗ−（第１０図参照）に変換し、信号ｕ＋、　
ｕ−、ｖ＋、　ｖ−、ｗ÷、Ｗ−を各トランジスタに印
加し、コイル５，６．７のいわゆるＵ、　Ｖ、　Ｗ相を
プラス、マイナスに駆動する。信号Ｕ＋、ＩＪ−，Ｖ＋
、Ｖ−，Ｗ＋、Ｗ−（１）プラス、マイナスのレベルは
、電源１０により得られるＶｄｒ＋、　Ｖｄｒ−の値と
なる。

第８図に第７図示ロジック部８７の構成を示し、第１０
図に第６図示電源ｌＯ１制御回路９、サーボシステム１
１の構成を示す。サーボシステム１１はモータの速度を
検知するＦＧコイル等による速度検知回路１１１、マイ
クロコンピュータ等によるサーボ演算回路１１２、サー
ボ演算回路１１２の出力信号なり／Ａ変換するＤ／Ａコ
ンバータ１１３により構成されている。

なお、電池のように出力電圧が一定でない電源を用いる
場合は、電源の状態が最悪になったとき、すなわち、出
力電圧が最低になったときでもモータを駆動できるよう
にコイルの抵抗値を設定する必要がある。

従来のホールモータ駆動装置は、このように構成したの
で、電源ｌＯから駆動に必要な電圧および／または電流
が制御回路９により取り出され、これらがホール素子２
，３．４の出力によってコイル５，６．７に切り替え回
路により分配され、所定の位相（時刻）に必要な電圧お
よび／または電流が供給されるようになっている。一部
には、制御回路と切り替え回路が分離されていないもの
もあるが、モータ駆動上は等価な動作をする。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、一般に、メカニカルな負荷は、モータの
起動時の方が定常回転時より重いため、モータを確実に
起動するには大きな電圧（または電流）を加える必要が
あった。

また、定常回転時には回転数から定まる起電力と定常時
の負荷から定まる電流等により駆動に必要なコイルの端
子電圧は起動時よりかなり低くなる。このため、電源の
状態が良く、すなわち、電圧が低くなく、モータが定常
回転している場合には、制御部分で実質的に降下させる
必要のある電圧は大きなものとなる。

この問題点を解決する方法としては、制御部分をいわゆ
るシリーズレギュレータとする方法があるが、この方法
によると、効率、特に定常回転時の効率が悪いという新
たな問題点があった。この問題点を解決する方法として
は、制御部分をスイッチング方式とする方法がある。こ
の方法によると、おおむね満足し得る効率を達成するこ
とができるが、不必要な雑音を発生するという問題点が
あった。

本発明の目的は、上記のような問題点を解決し、雑音を
発生することな（、より高い効率でモータを駆動するこ
とができるモータ駆動装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

このような目的を達成するため、本発明は、各捲線が複
数に分割されたモータの駆動装置において、前記複数に
分割された捲線の各々のうちの少なくとも複数の捲線を
実質的に並列に接続する第１の接続手段と、前記複数の
捲線を実質的に直列に接続する第２の接続手段と、電源
の状態に応じて前記第１の接続手段と前記第２の接続手
段のいずれか一方を選択する選択手段とを具備したこと
を特徴とする。

また、本発明は、各捲線が複数に分割されたモータの駆
動装置において、前記複数に分割された捲線の各々のう
ちの少なくとも複数の捲線を実質的に並列に接続する第
１の接続手段と、少（とも１つの捲線を実質的に選択す
る第２の接続手段と、電源の状態に応じて前記第１の接
続手段と前記第２の接続手段のいずれか一方を選択する
選択手段とを具備したことを特徴とする。

さらに、本発明は、各捲線が複数に分割されたモータの
駆動装置において、前記複数に分割された捲線の各々の
うちの少なくとも１つの捲線を実質的に選択する第一の
接続手段と、前記複数の捲線を実質的に直列に接続する
第２の接続手段と、電源の状態に応じて前記第１の接続
手段と前記第２の接続手段を選択する選択手段とを具備
したことを特徴とする。

［作　用］ 本発明では、モータのコイルの各々の位相に対応する部
分を複数のコイルに分割し、これらを電源の出力の状態
によって異なった方式で駆動するようにしたので、スイ
ッチング方式のようなノイズを発生することも無く、ま
たいずれの場合にも比較的高い効率で駆動する。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する
。

第１図は本発明の一実施例を示す。

図において、Ｍ、　１４，１０．１１は第６図と同一部
分を示す。５０，６０．７０はコイル（巻線）で、それ
ぞれ、分割コイル（分割巻線）　５１，５２，６１，６
２，７１．７２によりなる。２２は制御回路で、第４図
に示すように構成され、電源１０の電圧が抵抗９３．９
４により分圧され、コンパレータ９２のマイナス端子に
印加され、また、抵抗９５とツェナーダイオード９６に
よりほぼ一定の電圧ＶＤｚがコンパレータ９２のプラス
端子に印加され、ＬＯＷ−ＰＷ倍信号概ね電源電圧がＶ
Ｄｚｘ　（（Ｒ９３＋８９４）／Ｒ９４）よりも低いと
きにＨとなり、電源１０の状態を検出するものである。

２１は切り替え回路で、第２図に示すように構成され、
制御回路２２からのＬＯＷ−ＰＷ倍信号基づき、分割コ
イル５１゜５２．６１，６２，７１．７２を電気的に直
列または並列に接続するものである。

次に・、切り替え回路２１を詳細に説明する。

切り替え回路２１ノ出力端子を、［１，Ｖ、Ｗ、０１．
Ｖｌ。

Ｗｌ、０２．Ｖ２．Ｗ２とする。出力端子Ｕ、　Ｖ、　
Ｗは従来例の出力［Ｊ、Ｖ、Ｗにほぼ対応する。出力端
子Ｕ、Ｖ、Ｗはそれぞれ２つの分割コイルに接続される
が、分割コイル５１，５２，６１，６２，７１．７２を
、それぞれ、Ｖｄｒ＋またはＶｄｒ−に駆動するため、
バイポーラトランジスタを有する。それぞれの端子をプ
ラス、マイナスに駆動するための信号をＵ＋、Ｕ−等の
ように定める。

また、Ｖｌ−０２，Ｗｌ−Ｖ２．　［＋１−Ｗ２間をそ
れぞれ接続するためのバイポーラトランジスタを有し７
、例えば、■１からＵ２に電流が流れるように駆動する
信号をＶＩＭ、　Ｕ２Ｍという。以下、ＶＩＭ、　０２
Ｍ等を独立した信号として説明するが、これらをＯＲ演
算して得られる信号、すなわち、ＬＯＷ−ＰＷがローレ
ベル（Ｌ）のとき、常に、ハイレベル（Ｈ）になる信号
により駆動することにより回路を簡略化することができ
る。

なお、第２図には切り替え回路２１をバイポーラトラン
ジスタにより構成した例を示したが、ＦＥＴＭＯ３トラ
ンジスタ等により構成しても所期の目的を達成すること
ができる。ただ、ＭＯＳ　ｌ−ランジスタやＩＣに内蔵
されたトランジスタを用いる場合は、ＶＩＭ、ＵＩＭ等
により駆動されるトランジスタのように、ＯＦＦ時に逆
方向に電圧が加わる部分はダイオード等による保護をす
る必要がある。また、本実施例では、説明を簡略にする
ため図示しないが、分割コイルの各端子の電圧をダイオ
ード等によって制限し、分割コイルの起電力、例えば、
スパイクにより各制御素子が破壊されるのを防止するこ
とが望ましい。

次に、第２図示ロジック部２１７の動作を説明する。

ロジック部２１７はホール素子からの位相信号８４、８
５．８６と動作モードを示すＬＯＷ−ＰＷ倍信号より出
力を得るようになっている。

（１）　ＬＯＷ−ＰＷ倍信号Ｌ（７）場合この場合は、
通常の動作モードとなり、このモードでは、第５図に示
すように、コイル５０．６０゜７０はそれぞれ直列の１
つのコイルのように駆動されることになる。すなわち、
例え）ｆ、Ｕ相（端子）がＬで、■相がＨである場合は
、ＬＩ２ＭがＨとなり、電流はそれぞれ■相からＵ相に
流れるとともに、Ｗ相からＵ相に流れる。このように、
少なくとも動作中は、ｖｌとＵ２はＵと■の中点のよう
に動作し、Ｗｌとｖ２は■とＷの中点のように、Ｕｌと
Ｗ２はＷとＵの中点のように動作する。

（２）　ＬＯＷ−ＰＷ倍信号Ｈの場合 この場合は電源の状態が良くない場合であり、このモー
ドで、駆動信号ＶＩＭ、Ｖ２Ｍ、・・・、　Ｗ２Ｍ等の
レベルはすべてＬとなり、また、ＶＩ＋、Ｖ２＋はＶ＋
と同相に駆動され、Ｖｌ−、Ｖ２−は■−と、Ｗ１÷、
Ｗ２＋はＷ＋と、・・・、同相に駆動される。すなわち
、３組のコイルが並列に駆動され１つのコイルとして動
作する。

次に、従来例と比較して動作を説明する。

（３）分割コイルのターン数および抵抗値をＮターン、
Ｒオームの従来のコイルの１７２、すなわち、（Ｎ／２
）ターン、（Ｒ／２）オームとした場合、分割コイルを
直列接続した場合は従来例と同一動作をすることになり
、消費電力も同一である。

他方、分割コイルを並列接続した場合は、それぞれの分
割コイルに従来例と同一の電圧が印加されることになり
、それぞれの分割コイルに従来例に比較して２倍の電流
が流れることになる。Ｎ／２ターンの分割コイルは、従
来例と同一の駆動力を持つことになるので、並列接続さ
れた２つの分割コイルは、従来例に比較して２倍の駆動
力を得ることになる。つまり、２つの分割コイルを並列
接続した場合は、通常のエネルギー効率を同等に保ちな
がら、電源の状態が悪い場合の駆動力を２倍に高めるこ
とができる。

（ｂ）　２Ｒオームのコイルを２組だけ有する場合この
場合、コイルの断面積は従来のコイルの１／２とする。

絶縁層の影響を無視すると、１／２の総断面積（２組の
コイルに分割するため）に従来のものと同一ターン数の
コイルを捲くことができ、したがって、個々の抵抗値は
ほぼ２倍の２Ｒになる。

ＬＯＷ−ＰＷがＨの場合は、２Ｒのコイルが並列である
ので、同じ駆動電圧に対する電流（の合計）は同一で、
駆動力は１／２の電流が同一のターン数のコイルに加え
られている、すなわち、１／２の駆動力のものが２組で
、従来の同一の駆動力となる。

ＬＯ’Ｗ−ＰＷがＬの場合は、コイルは抵抗値が４Ｒ、
ターン数が２Ｎとなる。従って、従来と同一の駆動力を
得るには、２倍の電圧を加えて１／２の電流を流せばよ
いことになる。この場合は電源状態が良好な場合である
から、コイルの両端の電圧が２倍であることは問題にな
らないので、元来の電源からの供給が可能である。もし
、問題になる場合は、次に説明するようにコイルの抵抗
値を少し小さめに設定するか、あるいはｔｏｗ−ｐｗを
Ｈとする電圧を調整すれば良い。従って、電源の供給電
圧は同一であるから、供給電力は１／２で良い。つまり
、この場合は、電源の状態が良くないときの駆動力を同
一に保ちながら、電源電圧の晶いときの効率を約２倍に
高めることが可能である。

本実施例では、電源の状態が良い場合の効率、または電
源の状態が悪い場合の駆動力を一定に保ったまま、他方
を改善する例を説明したが、当然、この中間のシステム
も設定可能であり、電源の状態が良い場合の効率も、電
源の状態が悪い場合の駆動力も改善することが可能であ
る。

また、本実施例では、３相の各コイルを２分割する例を
説明したが、３相以外の相数の場合にも適用可能である
ことは自明である。

なお、分割コイルは全てを並列に接続したり、全てを直
列に接続する必要はなく、例えば、１つのコイルが３つ
の分割コイルよりなる場合は、電圧が低いときは２組の
みを並列に接続し、電圧が高いときは３組を直列に接続
することにより、性能は幾らか低下するものの、回路を
簡略化することができる。

同様に、１つのコイルが２つの分割コイルよりなる場合
は、電圧が低いときは１組のみを駆動し、高いときは２
組全てを直列接続することにより、回路を非常に簡略化
することができる。

また、各組のコイル、特に、並列に接続されるものは、
その電流をバランスさせるため、その起電力がほぼ等し
くなるように設計することが望ましいが、上述したよう
に、全てを並列に接続しない場合は、並列に接続する組
のバランスのみを重視すれば良い。

さらに、本実施例では、ホールモータとその駆動装置の
例を説明したが、ブラシを有するＤＣモータでも所期の
目的を達成することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように１本発明によれば、上記のように構
成したので、雑音を発生させることなくより高い効率で
モータを駆動することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
第１図示切り替え回路２１の構成を示す回路図、 第３図は第２図示ロジック部２１７の構成を示す回路図
、 第４図は第１図示制御回路２２の構成を示す回路図、 第５図は第２図示各部のタイミングの一例を示すタイミ
ングチャート、 第６図は従来のモータ駆動装置の構成を示すブロック図
、 第７図は第６図示切り替え回路８の構成を示す回路図、 第８図は第７図示ロジック部８７の構成を示す回路図、 第９図は第６図示制御回路９、電源１０、およびサーボ
システムの構成を示す図、 第１Ｏ図は第７図示各部のタイミングの一例を示すタイ
ミングチャートである。 Ｍ・・・ホールモータ、 １・・・回転子、 ２．３．４・・・ホール素子、 ５．６．７・・・コイル、 ８・・・切り替え回路、 ９・・・制御回路、 ｌＯ・・・電源、 １１・・・サーボシステム。 第 ３図 ？−−− 第６ 図 第７ 図 ≧　≧ 第８図 第１Ｏ図 第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）各捲線が複数に分割されたモータの駆動装置におい
   て、前記複数に分割された捲線の各々のうちの少なくと
   も複数の捲線を実質的に並列に接続する第１の接続手段
   と、前記複数の捲線を実質的に直列に接続する第２の接
   続手段と、電源の状態に応じて前記第１の接続手段と前
   記第２の接続手段のいずれか一方を選択する選択手段と
   を具備したことを特徴とするモータ駆動装置。 ２）各捲線が複数に分割されたモータの駆動装置におい
   て、前記複数に分割された捲線の各々のうちの少なくと
   も複数の捲線を実質的に並列に接続する第１の接続手段
   と、少くとも１つの捲線を実質的に選択する第２の接続
   手段と、電源の状態に応じて前記第１の接続手段と前記
   第２の接続手段のいずれか一方を選択する選択手段とを
   具備したことを特徴とするモータ駆動装置。 ３）各捲線が複数に分割されたモータの駆動装置におい
   て、前記複数に分割された捲線の各々のうちの少なくと
   も１つの捲線を実質的に選択する第一の接続手段と、前
   記複数の捲線を実質的に直列に接続する第２の接続手段
   と、電源の状態に応じて前記第１の接続手段と前記第２
   の接続手段を選択する選択手段とを具備したことを特徴
   とするモータ駆動装置。