JPH04117194A - 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、モータ駆動装置に関し、特にホール素子等を
用いて回転子の位相を検知し、この検知によってコイル
に必要な電圧８よび電流の少くとも一方を与えることに
よって連続的にモータを回転する所謂ブラシレス・モー
タ（以下、ホールモータと称する）等のモータの駆動装
置に関する。

［従来の技術］ 従来、ホールモータの駆動装置（以下、ドライバと称す
る）は与えられた電源から駆動に必要な電圧および電流
の少くとも一方を取り出す制御部と、（もちろん多くの
場合この電圧および電流の少くとも一方は所謂サーボシ
ステムによって指定されるもので一定値とは限らないも
のであるが）、これらの電圧・電流をホール素子の出力
によってコイルに分配する切替部とからなっており、（
一部にはこれらが分離されないシステムもあるがモータ
の駆動上は等価な動作をする）、これによってモータの
各コイルには期待された位相（時刻）に必要な電圧およ
び電流の少くとも一方が与えられるように構成されてい
る。

第６図はこの種の従来の一般的なモータ駆動袋！の概略
構成を示す。ここで、０はホールモータであり、回転子
１．ホール素子２，３，４．コイル（捲線）５，６．７
等から成る。８はホール素子２，３．４の出力によって
各コイル５，６．７への駆動電力位相を切り替える切替
部、９は電源部１０から与えられた電源をサーボシステ
ム１１から与えられた指示によって駆動に必要な電圧お
よび電流の少くとも一方に変換する制御部である。

第７図はこのうち切替部８の詳細を示したものである。

まず、ホール素子２，３．４の出力はコンパレータ８１
，８２．８３によってディジタル信号８４、８５．８６
に変換される。ロジック部８７は、ディジタル信号８４
．８５．８６によってコイル５，６．７の所謂Ｕ相、■
相、Ｗ相を駆動する出力Ｕ、Ｖ、Ｗをそれぞれプラス、
マイナスに駆動する司令であるＵ＋、Ｕ−、Ｖ＋、Ｖ−
、Ｗ＋、Ｗ−（７）各信号を作成スル。コレラの各信号
のプラス、マイナスのレベルは電源部１０から与えられ
た各々Ｖｄｒ＋、　Ｖｄｒ−の値となる。

また、第８図は第６図の制御部９．電源部１ｏ。

サーボシステムの簡単な構成例を示す。この中で１１１
はモータの速度を検知する速度検知回路（例えば、Ｆ、
　Ｇ、コイル等による）　、　１１２はマイクロコンピ
ュータ−等によるサーボ演算回路、１１３はその演算結
果を電圧に変換するＤ／Ａコンバータである。

なお、上記のロジック部８７の構成例は第９図に示し、
その回路の動作タイミングは第１０図に示すが、そのロ
ジック動作は一般に知られている周知のものであるので
、その説明は省略する。

［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をもったモータ
は、その起動時には定常回転時よりも負荷が重く、速や
かに起動するためには、大きな電圧（即ち電流）を加え
る必要がある。また、定常回転時には回転数から定めら
れる起電力と、定常時の負荷から定まる電流等とにより
、駆動に必要なコイルの端子電圧は起動時よりもかなり
低くなる。このため、速やかな起動と効率的な定常回転
を必要とする機器では、上記制御部を所謂シリーズレギ
ュレータとすると、特に定常回転時の効率が悪（、一方
スイツチング方式を用いるとおおむね満足しつる効率を
達成することが可能となるが、他方不必要な雑音を発生
するといったような解決すべき課題があった。

本発明の目的は、上述のような課題を解決し、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、起動時
と定常回転時のいずれの場合も比較的高い効率でモータ
を駆動することが可能な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］ 上記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、モータの状
態および負荷の状態の少なくともいずれか一方に応じて
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、モータの状態および負荷の状態の
少なくともいずれか一方に応じて前記第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、モータの状態および負荷の状態の少く
ともいずれか一方に応じて前記第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、これらのコイルを起動時と
定常回転時とで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、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図〜第５図は本発明の一実施例を示し、第６図〜第
１Ｏ図に示した従来例と同様の機能部分には同一の符号
を付している。

第３図は本発明によるモータ駆動装置を含む制御システ
ム全体の構成を示す。本例では、サーボシステム１１か
ら切替部８に送られているスタート信号５ＴＡＲＴが加
えられている。信号５ＴＡＲＴは第４図に示すように、
サーボ演算回路１１２からの出力で、モータ０が起動等
のために大きなトルク、即ち入力電力を必要とする状態
を示している。

上記の切替部は第１図に示すように構成されている。即
ち、まずコイル５，６．７はそれぞれほぼ同等の２つの
部分に分割されている。これらのコイルへの入力を第１
図に示すようにＵ、Ｖ。

Ｗ、　Ｕｌ、　Ｖｌ、　Ｗｌ、　０２．　Ｖ２．　Ｗ２
とする。なお、Ｕ。

ｖ、Ｗは前述の従来例のＵ、Ｖ、Ｗとほぼ対応する。こ
れらの入力の９本の端子は、Ｕ、Ｖ、Ｗはそれぞれ２個
のコイルに接続されるが、各々Ｖｄｒ＋またはＶｄｒ−
に駆動するためのトランジスタを有し、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−Ｕ２．Ｗｌ−Ｖ２．　Ｌｌｌ−Ｗ２間はそ
れぞれを接続するためのトランジスタを有し、例えばＶ
ｌからＵ２へ電流が流れるように駆動する信号をＶＩＭ
　、その反対方向への駆動信号を０２Ｍというふうに呼
ぶこととする。以下の説明では信号ＶＩＭ、Ｕ２Ｍ等は
独立した信号であるが、多少の消費電力の増大を許せば
、これらの論理和（ＯＲ）に相当する信号、即ち信号５
ＴＡＲＴがローレベルのときに常にハイレベルになる信
号で駆動することにより回路を簡略化できる。

また、本例では所謂バイポーラトランジスタによって構
成しているがＦ、Ｅ、Ｔ、　（電界効果トランジスタ）
やＭ、０．Ｓ、）ランジスタ等でも同じように構成する
ことが可能である。ただし、Ｍ、０、Ｓ、トランジスタ
や１．Ｃ，（集積回路）に内蔵されたトランジスタを用
いる場合には、信号ＶＩＭ、　ＵＩＭ等によって駆動さ
れるトランジスタのように、ＯＦＦ時に逆方向に電圧の
加わる部分はダイオード等による保護が必要である。ま
た、本例では、説明の簡略化のために図示していないが
、コイル５，６．７の各端子はダイオード等によって電
圧を制御して、コイルの起電力（スパイク等）によって
各制御素子が破壊されるのを防ぐ事が望ましい。

次に、第２図に示したロジック部８７の動作をタイミン
グ図の第５図を参照して説明する。ロジック部８７はホ
ール素子２，３．４によって得られた位相信号８４，８
５．８６及び動作モードを示す信号５ＴＡＲＴにより出
力を得る。以下、信号５ＴＡＲＴの各モードのレベルに
よって説明することとする。

信号５ＴＡＲＴがローレベルの場合は本装置は通常の動
作モードとなる。このモードでは、第５図に示すように
、コイル５，６．７はその各々が直列の１個のコイルの
ように駆動される。即ち、例えばＵ相（端子）がローレ
ベルで■相（端子）がハイレベルの時には信号Ｕ２Ｍが
ハイレベルとなり、Ｕ相（端子）がローレベルでＷ相（
端子）がハイレベルの時には信号ＵＩＭがハイレベルを
とることにより、電流は各々■からＵへＷからＵへと流
れる。このようにしてｖｌ及びＵ２はＵと■の中点のよ
うに、またＷｌ及び■２はＶとＷの中点のように、さら
にＵｌ及びＷ２はＷとＵの中点のように、少なくとも駆
動中は動作する。

次に、信号５ＴＡＲＴがハイレベルの時、即ち本装置が
十分な駆動力を必要とするモードのときの動作を説明す
る。このモードではＶＩＭ、　Ｖ２Ｍ、・・・、　Ｗ２
Ｍ等の駆動信号はすべてローレベルとなる。また、Ｖ１
＋、Ｖ２＋はＶ＋と同位相に、Ｖｌ−、Ｖ２−　ハＶ−
ト同位相に、Ｗ１＋、Ｗ２＋はＷ＋と同位相に、・・・
というように駆動される。即ち、３組のコイル５，６．
７はそれぞれ並列に駆動される１個のコイルとして動作
する。

以上のように本例によると信号５ＴＡＲＴがハイレベル
のモードでは（以下、モード１と称する）、並列接続の
コイルとして駆動され、信号５ＴＡＲＴがローレベルの
モードでは（以下、モード０と称する）直列接続のコイ
ルとして駆動される。

ここで、従来の装置との比較のために、従来の装置でＮ
ターン、Ｒオームのコイルを単にＮ／２ターン、Ｒ／２
オームのコイル２個に分割した場合を考える。この場合
はモード０の動作が従来の装置と同等であり、即ち定常
時の消費電力が同等であることは自明である。また、モ
ード１で最大の出力を必要とする場合には各々のＲ／２
オームのコイルに同じ電圧が加えられるわけであるから
、それぞれのコイル５，６．７に２倍の電流が与えられ
、ターン数はＮ／２であるから従来の装置と同等の駆動
力を持つので、合計で概ね２倍の駆動力を得ることがで
きる。すなわち、本例によると通常のエネルギー効率を
同等に保ちながらスタート時の駆動力を約２倍に高める
ことが可能である。

もうひとつのケースとして２Ｒオームのコイルを２組持
つ場合を考える。このために、従来の装置の％の断面積
の捲線を仮定する。このとき絶縁層等の影響を無視する
と、局の総断面積（２組のコイルに分割するため）に従
来のものと同じターン数のコイルを捲く事が可能であり
、したがって、個々の抵抗値はほぼ２倍の２Ｒとなる。

この場合、モード１では２Ｒオームのコイルが並列であ
るから、同じ駆動電圧に対する電流の合計は同じであり
、駆動力は％の電流が同一のターン数のコイルに加えら
れている（即ち％の駆動力の）ものが２組で、従来装置
と同一の駆動力となる。

また、モードＯではコイルは４Ｒオーム、２Ｎターンと
なる。したがって、従来の装置と同一の駆動力を得るた
めには２倍の電圧を加えて局の電流を流せばよい。この
場合、モード０は通常の負荷に対応できれば良く、コイ
ルの両端の電圧はあまり大きい必要はない。より大きな
電圧が必要な場合には、コイルの抵抗値を少し小さめに
設定すればよい。よって、元来の電源からの供給が可能
であり、電源の供給電圧は同じであるから供給電力は局
でよい。つまり、この場合は本例によるとスタート時の
駆動力を同じに保ちながら、定常時の効率を約２倍に高
めることが可能である。

上記の本発明実施例では、定常時の効率、またはスター
ト時の駆動力を一定に保ったまま、他方を改善するもの
であるが、当然この中間の処理も設定可能で定常時の効
率もスタート時の駆動力も従来装置よりも改善すること
も可能である。

咀ｑ太見旦 上記の本発明実施例では３相の各コイルを２分割した例
を示したが、３相以外の総数のモータにも同様に適用で
きることは明白であり、一方コイルは３組以上に分割し
ても同様に直／並列に接続できることは容易に類推でき
る。また、分割したコイルはそのすべてを起動時に並列
に接続し、すべてを定常時に直列に接続する必要は無く
、たとえば３分割のコイルのうちで起動的には２組のみ
を並列とし、定常時には３組の全てを直列にするといっ
たように構成することにより、効率は幾らか低下するも
のの回路を簡略化できる。各組のコイルは、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にその
起電力がおよそ等しくなるように設計するのが望ましい
が、上記のように全てを並列に接続しない場合には並列
に接続される組のバランスのみを重視すればよい。

また、本発明実施例ではホールモータを前提に説明した
が、ブラシを用いたＤＣモータにも同様に適用できるこ
とは勿論である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によればモータのコイルを
分割し、これらのモータを起動時／定常回転時にそれぞ
れ適した駆動方式で駆動するようにしたので、ノイズを
発生する可能性の大きなスイッチング方式によらずに起
動時、定常時ともに効率の高いモータの駆動が可能とな
る効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例のモータ駆動回路の主要部
分の構成を示す回路図、 第２図は、第１図中のロジック部８７の詳細な構成例を
示す回路図、 第３図は、本発明実施例の装置全体の構成を示すブロッ
ク図、 第４図は、第３図中のサーボシステム１１の詳細な構成
例を示すブロック図、 第５図は、第１図、第２図の実施例の動作タイミングを
示すタイミング図、 第６図は、従来の駆動装置全体の構成を示すブロック図
、 第７図は、従来の駆動回路の主要部分を示す回路図、 第８図は、第６図中の制御部９．電源部１０゜サーボシ
ステム１１の詳細例を示すブロック図、第９図は、第７
図中のロジック部８７の詳細例を示す回路図、 第１０図は、従来の装置の動作タイミングを示すタイミ
ング図である。 ０・・・ホールモータ、 １・・・モータＯの回転子、 ２．３．４・・・モータ０のホール素子、５．６．７・
・・モータＯの駆動コイル、８・・・切替部、 ９・・・制御部、 ｌＯ・・・電源部、 １１・・・サーボシステム、 ８１．８２．８３・・・コンパレータ、８７・・・ロジ
ック部、 １１１・・・速度検知回路、 ・・・サーボ演算回路、 ・・・Ｄ／Ａ コンバータ。 第２図 ？ ０モーフ ±　≧ 第８ 図 Ｆ：Ａ：Ｂ：Ｃ：Ｄ：Ｅ’Ｆ：Ａ：１３第１Ｏ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、 モータの状態および負荷の状態の少なくともいずれか一
   方に応じて前記第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、 モータの状態および負荷の状態の少なくともいずれか一
   方に応じて前記第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、 モータの状態および負荷の状態の少くともいずれか一方
   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。