JPH0458780A - ブラシレスモータの駆動回路 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、ブラシレスモータの駆動回路に関する。

［発明の概要］ 本発明は、回転子の位置を検出する検出器と、この検出
器の出力信号を処理する信号処理回路と、そこから得た
信号により電機子コイルに電流を流すためのスイッチン
グ回路とを備えたブラシレスモータの駆動回路において
、その信号処理回路の一部には不感帯特性を持たせるこ
とによりモータの通電角を制御し、モータの効率の改善
を行うものである。そして、この不感帯特性は、モータ
が規定回転数に到ったことを検知した時には自動的に通
電角を電気角でπラジアンより狭くして効率を改善する
ことも可能である。

［従来の技術］ まず従来の技術として、回転子の位置検出器が１個の２
相ブラシレスモークの例について第７図（ａ）　　・　
（ｂ）により説明する。

第７図（ａ）は駆動回路図を示しており、位置検出器３
　（例えばホール素子、磁気抵抗素子等によって実現さ
れる）の出力信号は差動増幅器Ｑ１に入力され、Ｑｌの
出力はコンパレータや増幅器で構成される整形回路７を
経て、電源ＶｃｃとモータのコイルＬ１と直列に接続さ
れるスイッチング素子３１（例えばバイポーラトランジ
スタやＦＥＴ等によって実現される）へ入力されるとと
もに反転増幅器（インバータ）Ｇｌによって位相を反転
されて電源とモータのコイルＬ２とに直列に接続される
スイッチング素子Ｓ２へ入力される。

第７図（ｂ）は外転形（アウターロータ）ブラシレスモ
ータを輪切りにした断面図で、ラジアル（半径）方向に
４極に着磁されたリング状の永久磁石回転子ｌ、４個の
突極を有する固定子鉄芯５、固定子鉄芯５の対極に巻か
れて直列に接続された２＆ｌｌのコイル４からなってい
る。固定子鉄芯５の突極形状は回転軸に対して同芯的で
はなく、永久磁石回転子ｌとの空隙長（エアーギヤノブ
）が場所によって変化している（これは、モータの死点
を解消するための手段であるが本発明とは直接関係ない
ので説明を省略する）。尚、２は磁性体でできた回転子
ヨークである。スイッチングトランジスタＳ１と８２の
入力信号は位相が反転し、片方が動作状態でコイルに電
流を流している場合にはもう片方は休止状態でコイルに
電流を流さないという関係になっている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、このような従来のモータにおける一般的な問題
として、特に電機子コイルの巻回数が多くインダクタン
スが大きくなるような場合、さらにはモータを高速回転
させる場合、コイルへの通電を遮断した時に反トルクが
発生しく回転に寄与しない電流が増大する）モータの効
率を悪化させる。すなわち、インダクタンスを有する電
機子コイルＬ１またはＬ２に流れる電流の電流波形は第
５図（ａ）のようになり、この電流波形の終端部分（電
気角でπ）の大きさが効率を悪化させている。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、特に電機子コイルの巻回数が多くインダクタ
ンスが大きくなるような場合、また、モータを高速回転
させるような場合においても効率が悪化しないブラシレ
スモータを作るための駆動回路を提供する事を目的とし
たものである。

このため本発明では、ブラシレスモータの回転子の位置
検出器の出力信号を処理する信号処理回路の一部に不感
帯特性を持たせることにより、モータの通電角を自由に
制御できるようにした。そして、この不感帯特性は、モ
ータが規定回転数に到ったことを検知した時には自動的
に通電角をπラジアン（電気角）より狭くして効率を改
善することも可能にしたものである。

以下に、この動作の原理を説明する。

［作用］ 第１図〜第６図は本発明の作用について説明するもので
あるが、本発明の駆動回路を適用するモータの構造は従
来の例第７図（ｂ）の断面図と同じとして説明する。第
１図は本発明による２相ユニポ一ラ方式の駆動回路図で
ある。第１図の回路図において位置検出器３の出力は、
差動増幅器Ｑ１へ入力され、Ｑｌの出力は信号処理回路
（ここではウィンドコンパレータにより構成される）Ｑ
２、Ｑ３からスイッチングトランジスタＳ１とインバー
タＱ４を経てＳ２に入力される。また、永久磁石回転子
ｌは一般に正弦波状に着磁され、横軸に回転角度、縦軸
に検出位置での磁束密度に対する出力電圧Ｖｓを取ると
第２図の極性図のようになっている。

本発明において、このＱ２、Ｑ３は不感帯特性を有し、
上限基準電圧Ｖｕ、下限基ｖＪＬ電圧Ｖ（によってその
入出力特性は第３図のようになっている。すなわち、同
図（ａ）の信号処理回路により、同Ｕ！Ｊ（ｂ）に示す
ようなＱ２とＱ３の動作となり、入・出力の関係が得ら
れる。したがって、入力電圧Ｖｓは同図（Ｃ）に示すよ
うに上・下の基準電圧ＶｕとＶ、によって立上がりと立
下がりが決められ、その出力ＶＯの機能する駆動信号の
幅は規定される。以上の様な、第１図の駆動回路によっ
てモータを起動した場合に発生するトルクについて、次
に第４図により説明する。

第７図（ｂ）に示される永久磁石回転子１の磁界を検出
した位置検出器３からの出力電圧波形は、第１図の差動
増幅器Ｑ１を経て第２図の波形図に示される正弦波状と
なるが、この出力波形が先に第３図の（ａ）、　　（ｂ
）、　　（ｃ）で説明した不感帯特性を有する信号処理
回路Ｑ２、Ｑ３へ入力されると、その出力信号（Ｓｌの
入力信号）は、第４図（Ａ）のようになる。Ｑ４の出力
信号はそれを反転した形となり、Ｓ２への入力信号は同
図（Ｂ）に示したようになる。この（Ａ）、（Ｂ）によ
ってスイッチングトランジスタＳ１及びＳ２を駆動した
場合、そこに発生するトルクは同図（Ｃ）、（Ｄ）のＴ
１及びＴ２の早撃になる。すなわち、不感帯特性により
モータの通電角がθ１＋θ２及びθ３＋θ４だけ減少す
るために、合成トルクＴｌ＋Ｔ２は同図（Ｅ）の様にな
る。

ところで、インダクタンスを有する電機子コイルＬ１、
Ｌ２に流れる電流の電流波形は第５図（ａ）のようであ
るが、上記のように通電角を狭くした場合同図（ｂ）の
ようになり、通電を遮断する時に発生する反トルク（回
転に寄与しなＩ、ｓ電流が増大する）を消去できるので
、モータの効率は飛躍的に向上する。

第６図の回路図は、本発明の更には進歩したもので、特
許請求の範囲第２項に相当するものである。その特徴は
、モータが起動し規定回転に到ったことを検知した時に
、自動的に通電角を狭くする様に働いてモータ効率を改
善する駆動回路であり、第１図との違いについて次に説
明する。モータの起動時においては、電機子コイル４．
４Ｍこ逆起電圧は発生していないため第６図のＸ点の電
圧は＋Ｖｃｃ以下であり、コンパレータＱ５の出力はＬ
レベルである。この信号はアナログスイ・ノチＡＳのＳ
３及びＳ５をＯＮ、Ｓ４及びＳ６をＯＦＦするのでウィ
ンドコンパレータによる信号処理回路Ｑ２、Ｑ３の基準
電圧Ｖｕ、Ｖ、４まともに零である。従ってこの場合不
感帯特性を生しなＧ）のでこの時の発生トルクは第４図
の波形（Ｃ）及び（Ｄ）においてθ１、θ２、θ３、θ
４は零であり、通常のモータと同様ｉ１電角はπとなる
。

次に、モータが起動し回転数が増加し始めるに従って電
機子コイル４．４”に発生する逆起電圧は増大し、ダイ
オードＤ１、Ｄ２を経た第６圓のＸ点にはりプルを含ん
だ電圧が発生するようになる。この電圧をＲ，Ｃのフィ
ルタによって平滑しコンパレータＱ５に加える。第６図
では、コンパレータＱ５の基準電圧を＋Ｖｃｃに設定し
たので、逆起電圧が＋Ｖｃｃを越える回転数に到った時
、Ｑ５の出力はＨレベルに反転する。そこで、今度の場
合にはアナログスイッチＡｓの８４及びＳ６をＯＮ、５
３及びＳ５をＯＦＦするので基準電圧Ｖｕ、■１によっ
て設定される不惑帯部が発生しＳｌ及びＳ２の入力信号
は第４図（Ａ）及び（Ｂ）に示すようになり、この結果
は先に説明したと同様で、通電角がθｌ÷θ２及びθ３
＋θ４だけ減少して合成トルクは第４図（Ｅ）のように
なりモータ効率を向上させる。

ここで、通電角の変更は、先に第３図から明らかなよう
に基準電圧Ｖｕ、■、の電圧値の設定によって任意に行
える。尚、第６図では通電角の切り替え制御信号を得る
ためにＤＩ、Ｄ２、Ｒ，Ｃによる逆起電圧を利用したが
、この他、モータに取り付けた速度発電器の回転信号等
を利用することももちろん可能である。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。本発
明の駆動回路を適用するモータの構造、断面図は従来の
例第７図（ｂ）と同しで良い。第７図（ｂ）は４極４コ
イルの有鉄芯５を固定子としたアウターロータ（外転・
）タイプのブラシレスモーフの断面概略図である。ラジ
アル（半径）方向に４極に着磁されたリング状の永久磁
石回転子１の位置を検出する１個の位置検出器３の出力
信号は一本発明の駆動回路第１図の差動増幅器Ｑ１を経
て不感帯特性を有する信号処理回路Ｑ２とＱ３へ加えら
れた後、スイッチングトランジスタＳ１．５２（Ｓｌと
３２の入力信号はインバータＱ４によって位相が反転し
ている）に伝えられ、２組の電機子コイル４．４゛に電
流を流すことにより固定子鉄芯５を磁化し、永久磁石回
転子１に回転トルクを発生させ回転させる。尚、２は磁
性体でできた回転子ヨークである。

第６図の回路図は本発明の他の実施例でモータが起動し
規定回転に到った時に自動的に通電角を変更するように
した駆動回路で、先に説明した第１図と構成は同じであ
るが、基準電圧Ｖｕ、Ｖ。

を自動的に変換して与える点が異なっている。ここで、
電機子コイル４．４“に発生する逆起電圧はダイオード
Ｄ１、Ｄ２、抵抗Ｒ１コンデンサＣによって検出され、
コンパレータＱ５によって＋Ｖｃｃと比較され、その出
力信号はアナログスイッチＡＳｏ）３３〜Ｓ６を制御し
て基準電圧Ｖｕ、■、を自動的に供給する。

尚、３個の位置検出器を持っ３相ブラシレスモーク、２
個の位置検出器を持っ４相ブランレスモークの駆動回路
についても、この不感帯特性を同様に通用することが可
能である。

［発明の効果］ 以上、本発明は回転子の位置を検出する検出器と、この
検出器の出力信号を処理する信号処理回路と、そこから
得た信号により電機子コイルに電流を流すためのスイッ
チング回路とを備えたブラシレスモーフの駆動回路にお
いて、前記信号処理回路に不感帯特性を持たせることに
より、モータの通電角の制御を可能にした。この際、モ
ータの回転中には通電角をπ（電気角）より減少させる
ことにより通電を遮断する時に発生する反トルク（回転
に寄与しない電流が増大する）を消去でき、モータ効率
を大幅に向上させることができる。又、この不感帯特性
は、モータの起動時には通電角を通常と同様にπ（電気
角）とし、モータの回転状態にあってはπより狭くする
ように自動的に制御する事も可能であり、多くの効果を
示すものである。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図は本発明の詳細な説明で、第１図は、本
発明に係わるモータの駆動回路図、第２図は、永久磁石
回転子の着磁極性図、第３図（ａ）、　　（ｂ）、　　
（ｃ）は不感帯特性を有する信号処理回路の入出力を示
すもので、（ａ）は回路図、（ｂ）は動作図、（ｃ）は
入力出力特性図、第４図はモータの回転状態おける合成
トルクの発生する過程を示す各部の波形を（Ａ）〜（Ｅ
）に示す波形図である。第５図（ａ）、　　（ｂ）はモ
ータの電機子コイルの１ｉ流波形を示す波形図である。 第６図は本発明の他の実施例の駆動回路図、第７図（ａ
）、　　（ｂ）は、従来のモータを説明する図面で＜ａ
＞は駆動回路図、（ｂ）は断面図である。 Ｑｌ・・・差動増幅器 Ｑ２．Ｑ３・・・信号処理回路 １・・・永久磁石回転子 ２・・・回転子ヨーク ３・・・位置検出器 ４．４°　・・・電気子コイル ５・・・固定子鉄芯 以上 出願人　セイコー電子部品株式会社 代理人　弁理士　林　　敬　之　助 口 りｆ１４石峻ｉイラｉ４１「戸】 第２図 第３図（ａ） 侶弓然理へ動１′￥図 第３図（ｂ） １８号処理の出力涙し図 第３図（ｃ） 電流液形図 第５図 香８μの波形図 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転子の位置を検出する検出器と、該検出器の出
   力信号を処理する信号処理回路と、該信号処理回路の出
   力信号を得て電機子コイルに電流を流すためのスイツチ
   ング回路とを備えたブラシレスモータの駆動回路におい
   て、前期信号処理回路の一部に不感帯特性を持たせ、該
   不感帯特性によりモータの回転状態にあっては通電角を
   電気角より狭くしたことを特徴とするブラシレスモータ
   の駆動回路。
2. （２）前記不感帯特性は、モータの回転数が設定値に到
   達した状態にあって、自動的に通電角を電気角より狭く
   するように設定自在にしたことを特徴とする請求項第１
   項記載のブラシレスモータの駆動回路。