JPH05328786A - 二相直流ブラシレスモータの駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 比較的簡単な構成で容易に回転数を切り換え
ることができ、効率の高い回転駆動を行なうこと。 【構成】 二相のモータ駆動コイルへ電流を通電し、ロ
ータを回転駆動する二相直流ブラシレスモータの駆動回
路である。前記二相のモータ駆動コイルのうち、一方の
みを通電して駆動する一相運転と、前記二相のモータ駆
動コイルの両方の相を通電して駆動する二相運転と、が
選択的に切り換えることができる。モータ始動時には、
前記二相運転が所定時間行なわれる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばレーザプリンタ
ーや光・磁気ディスク駆動装置等の冷却用ファン等に使
用される二相直流ブラシレスモータの駆動回路に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、レーザプリンターや光・磁気ディ
スク駆動装置等のＯＡ機器が広く使用されているが、こ
れら機器にあっては機器内が過熱しないように冷却用の
ファンを設けているものが多い。このような冷却用のフ
ァンの一例として、取り扱いが容易で、しかも構成の比
較的簡単な二相直流ブラシレスモータがある。

【０００３】図５は従来の二相直流ブラシレスモータの
基本構成を示す回路図である。この二相直流ブラシレス
モータでは、モータ駆動用コイルＬ１，Ｌ２に電流を流
すことにより、図示省略のロータを回転させるものであ
る。具体的には、ホール素子ＨＥによってロータの位置
を磁気的に検出し、トランジスタＱ１を動作させてコイ
ルＬ１に流れる電流を制御する。そして前記トランジス
タＱ１のコレクタにトランジスタＱ２のベースを接続
し、トランジスタＱ１のオン、オフに反転するようにト
ランジスタＱ２を動作させてコイルＬ２に流れる電流を
制御するものである。

【０００４】ところで、上記のレーザプリンター等のＯ
Ａ機器に装着される冷却用のファンにあっては、例え
ば、高速・低速回転の二速度切り換えによるファンが多
く用いられている。すなわち、こうしたファンはそれ自
体から発生する風切り音等によるノイズが大きいため、
ＯＡ機器の運転時にはそれ程問題が無いものの、動作待
機時には騒音として相対的に大きく感じられるためであ
る。このため、ＯＡ機器運転時には高速（或いは通常）
回転行ない、待機時には機器から発生する熱や騒音等を
考慮し必要風量を確保できる程度の低速（最低）回転に
より、ファンが駆動される。

【０００５】こうした速度切り換えにより回転駆動され
る回路としては、電源電圧を変化させる方法がある。ま
た或いは、図示しないが図５において、ホール素子ＨＥ
を経てコンパレータＩＣ１から出力された信号を積分処
理し、その上で信号のデューティー比を変化させて等価
的に電圧を変化させる方法等がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
方法によれば、回路が複雑になると共に、部品点数が増
えて高価になる。また後者の方法によれば、回路が更に
複雑となるだけでなく、パルス性ノイズによる騒音値が
高くなる等の欠点を有している。本発明は、上記事実に
鑑みなされたものであって、その課題とするところは、
比較的簡単な構成で容易に回転数を切り換えることがで
き、効率の高い回転駆動を行なうことができる二相直流
ブラシレスモータの駆動回路を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に、本発明の二相直流ブラシレスモータの駆動回路で
は、二相のモータ駆動コイルへ電流を通電し、ロータを
回転駆動する二相直流ブラシレスモータの駆動回路であ
って、前記二相のモータ駆動コイルのうち、一方の相の
みを通電して駆動する一相運転と、前記二相のモータ駆
動コイルの両方の相を通電して駆動する二相運転と、が
選択的に切り換えられると共に、モータ始動時には、前
記二相運転が所定時間行なわれるものとしている。

【０００８】

【作用】高速回転時には、二相運転を行ない、モータ駆
動コイルの二相分を通電させてロータを駆動させるた
め、所要の駆動力により高速回転を得る。そして低速回
転時には、一相運転を行ない、前記モータ駆動コイルの
一相分を通電させる、すなわち、一方のモータ駆動コイ
ルを通電すると共に、他方のモータ駆動コイルは休止さ
せる。このため、前記二相分の通電時に比べ、この一相
分の通電時においては、ロータへの駆動力が低下するの
で、所要の低速回転が得られる。また、モータ始動時に
は、二相運転が所定時間行なわれるので、もし予め一相
運転の選択がなされていた場合でも、ロータは確実に回
転駆動される。

【０００９】

【実施例】本発明に従う二相直流ブラシレスモータの駆
動回路の１実施例について、図１乃至図４を参照しなが
ら説明する。なお、図１はこのモータの駆動回路の構成
説明図であり、図２乃至図３は動作タイミングチャート
である。図１において、本発明の二相直流ブラシレスモ
ータの駆動回路は、直流電圧Ｖｃｃを動作電圧として供
給する電源端子Ｔｖに、抵抗Ｒ４及びトランジスタＱ３
を介して、モータ駆動用コイルＬ１，Ｌ２がそれぞれ接
続される。このモータ駆動用コイルＬ１，Ｌ２はトラン
ジスタＱ１，Ｑ２を介してグランド端子Ｔｏに接続され
ている。モータ駆動用コイルＬ１，Ｌ２は、それぞれ一
相分のコイルを示しており、図示しないが例えば略三角
形の空心状コイルとして形成され、そしてロータと軸線
方向に間隙を有するよう配設される。（いわゆるアキシ
ャルエアギャップ型ブラシレスモータ。）

【００１０】前記トランジスタＱ１，Ｑ２は、モータ駆
動用コイルＬ１，Ｌ２に流れる電流を制御するものであ
る。トランジスタＱ１のベースには、磁電変換素子であ
るホール素子ＨＥと、コンパレータＩＣ３とが、抵抗Ｒ
３を介して接続されている。このホール素子ＨＥと、コ
ンパレータＩＣ３とは、図示省略のロータに近接して配
置されており、このロータの回転に従い、ハイレベル・
ロウレベルの信号が順次出力される。

【００１１】電源端子Ｔｖとモータ駆動コイルＬ１，Ｌ
２との間には、抵抗Ｒ４とトランジスタＱ３が並列に接
続されている。抵抗Ｒ４は回転数設定用であり、この値
の大小により駆動コイルＬ１，Ｌ２に流れる電流を加減
する。トランジスタＱ３のエミッタは電源端子Ｔｖへ、
またコレクタは駆動コイルＬ１，Ｌ２へそれぞれ接続さ
れる。更にトランジスタＱ３のベースには、バイアス抵
抗Ｒ６が接続される。これにより、トランジスタＱ３は
（後述する）ベースへの信号電流により、エミッタ・コ
レクタ間をショートまたはオープン状態とさせ、従って
実質上、抵抗Ｒ４の「入」（トランジスタＱ３のエミッ
タ・コレクタ間がオープン状態），「断」（トランジス
タＱ３のエミッタ・コレクタ間がショート状態）を行な
う。

【００１２】トランジスタＱ２のベースは、抵抗Ｒ５を
介してトランジスタＱ１のコレクタに接続される。また
トランジスタＱ２のベースは、トランジスタＱ５を介し
てグランド端子Ｔｏに接続される。トランジスタＱ５
は、トランジスタＱ２の動作を停止（オフ）または作動
（オン）させる制御用トランジスタであり、トランジス
タＱ２のベースにトランジスタＱ５のコレクタが接続さ
れると共に、トランジスタＱ５のエミッタがグランド端
子Ｔｏに接続される。

【００１３】トランジスタＱ５のベースは、トランジス
タＱ６を介してグランド端子Ｔｏに接続される。トラン
ジスタＱ６は、トランジスタＱ５の動作を規制する制御
用トランジスタである。即ちトランジスタＱ５のベース
に、トランジスタＱ６のコレクタが接続され、トランジ
スタＱ６のエミッタは、グランド端子Ｔｏへ接続され
る。そして、トランジスタＱ６のベースは、抵抗Ｒ９を
介して制御用入力端子Ｔ１に接続される。従って、制御
用入力端子Ｔ１に信号が入力されて、トランジスタＱ６
がオンされた状態においては、トランジスタＱ５のベー
スが０Ｖ（見かけ上、グランド端子Ｔｏに接続される）
になり、トランジスタＱ５はオンしない。

【００１４】続いて、トランジスタＱ５のベースは、コ
ンパレータＩＣ２の出力側に接続されており、しかも抵
抗Ｒ１０を介して電源端子Ｔｖへ接続されている。コン
パレータＩＣ２の非反転入力端子（＋）は、抵抗Ｒ１１
を介して電源端子Ｔｖへ接続されると共に、コンデンサ
Ｃ１を介してグランド端子Ｔｏへも接続される。また、
コンパレータＩＣ２の反転入力端子（ー）には、抵抗Ｒ
１２を介して電源端子Ｔｖへ接続されると共に、抵抗Ｒ
１４を介してグランド端子Ｔｏへも接続される。

【００１５】トランジスタＱ３のベースは、トランジス
タＱ４を介してグランド端子Ｔｏに接続される。トラン
ジスタＱ４は、トランジスタＱ３の制御用トランジスタ
である。トランジスタＱ３のベースは、トランジスタＱ
４のコレクタに接続され、そしてトランジスタＱ４のエ
ミッタはグランド端子Ｔｏに接続される。更にトランジ
スタＱ４のベースは、抵抗Ｒ８を介して制御用入力端子
Ｔ１へ接続される。従って制御用入力端子Ｔ１に信号が
入力され、トランジスタＱ４がオンされる状態において
は、トランジスタＱ３のべースに電流が供給され、トラ
ンジスタＱ３がオンする。

【００１６】トランジスタＱ３のベースは、抵抗Ｒ７を
介してコンパレータＩＣ１の出力側に接続される。コン
パレータＩＣ１の非反転入力端子（＋）は、抵抗Ｒ１１
を介して電源端子Ｔｖへ接続されると共に、コンデンサ
Ｃ１を介してグランド端子Ｔｏへ接続される。またコン
パレータＩＣ１の反転入力端子（ー）には、抵抗Ｒ１２
を介して電源端子Ｔｖへ接続されると共に、抵抗Ｒ１４
を介してグランド端子Ｔｏへ接続される。なお、図で明
らかなように、抵抗Ｒ１１，コンデンサＣ１及び抵抗Ｒ
１２，Ｒ１４は、コンパレータＩＣ１，ＩＣ２の両方に
共用されている。

【００１７】以下に前記構成の二相直流ブラシレスモー
タの駆動回路について、その動作を図２乃至図４のタイ
ミングチャートを参照して詳述する。なお図２は、二相
運転時を示し、図３は、一相運転時を示す。まず、ロー
タの回転駆動の基本的動作（二相運転）について説明す
る。電源をオンしてモータ駆動用コイルＬ１，Ｌ２に電
流が供給されると、図示省略のロータが回転する。する
とロータの磁極の変化に応じて、（ホール素子ＨＥを介
し）コンパレータＩＣ３からはハイ、ロウの信号が出力
される。この信号がハイレベルの時に、（抵抗Ｒ３を介
した）トランジスタＱ１のベース電圧が高くなり、この
ベースに電流が供給されてトランジスタＱ１がオン状態
になる。このためモータ駆動用コイルＬ１に電流が流
れ、その電磁力によってロータに回転力が付与される。
なお、前記トランジスタＱ１がオンしてモータ駆動用コ
イルＬ１に電流が流れている時は、そのコレクタ電圧は
ロウレベルになるために、トランジスタＱ２のベースも
ロウレベルとなり、トランジスタＱ２はオフ状態とな
る。このためＬ２には電流が流れない。

【００１８】次にロータが回転してコンパレータＩＣ３
からの出力がロウレベルとなると、トランジスタＱ１の
ベースもロウレベルとなるために、トランジスタＱ１が
オフしてモータ駆動用コイルＬ１には電流が流れなくな
る。この時、トランジスタＱ１のコレクタ電圧はハイレ
ベルになるために、トランジスタＱ２のベースもハイレ
ベルとなってトランジスタＱ２がオンする。このためモ
ータ駆動用コイルＬ２に電流が流れ、その電磁力によっ
てロータに回転力が付与される。こうして、コンパレー
タＩＣ３からの出力信号によるハイレベル・ロウレベル
の信号に従い、モータ駆動用コイルＬＩ，Ｌ２に電流が
交互に通電され、二相運転される。

【００１９】さらに、上記に説明した二相運転、及び一
相運転の切り換えによる具体的動作について以下に説明
する。制御用入力端子Ｔ１は、二相運転と一相運転とを
切り換えるための信号入力端子であり、信号がハイレベ
ルの時に二相運転、ロウレベルの時に一相運転を選択で
きる。制御用入力端子Ｔ１にハイレベルの信号が入力さ
れると、まず一方の信号は抵抗Ｒ９を経てトランジスタ
Ｑ６のベースに印加される。するとトランジスタＱ６の
ベースがハイレベルとなり、トランジスタＱ６はオン状
態となる。このためトランジスタＱ５のベースは０Ｖと
なり、トランジスタＱ５はオフとなる。従って、トラン
ジスタＱ５は、トランジスタＱ２へ作用せず、トランジ
スタＱ１，Ｑ２による駆動コイルＬ１，Ｌ２の二相運転
が行なわれる。

【００２０】制御用入力端子Ｔ１に入力されたハイレベ
ルの信号の他方は、抵抗Ｒ８を経てトランジスタＱ４の
ベースに印加される。トランジスタＱ４のベースがハイ
レベルになり、トランジスタＱ４がオン状態となる。す
るとトランジスタＱ３のベースは実質上０Ｖとなり、ベ
ース電流が流れてトランジスタＱ３がオン状態となる。
このため、トランジスタＱ３のエミッタ・コレクタ間が
ショートされるので、並列に接続されていた抵抗Ｒ４も
ショートされる。このように、二相運転の場合には、駆
動コイルＬ１，Ｌ２と電源端子Ｔｖとの間に、抵抗Ｒ４
が介在されないため、励磁電流の損失がない。従って、
効率の良い、しかも高回転数による回転駆動が実現でき
る。本実施例では、二相運転で、３０００ｒｐｍ乃至４
０００ｒｐｍの回転数が得られる。

【００２１】次に、制御用入力端子Ｔ１に、ロウレベル
の信号が入力されると、まず一方の信号は、抵抗Ｒ９を
経てトランジスタＱ６に印加される。トランジスタＱ６
のベースはロウレベルであるため、トランジスタＱ６は
オフ状態となる。この時、トランジスタＱ５のベースに
は、電源端子Ｔｖからバイアス抵抗Ｒ１０を経て、所定
の電圧が印加される。するとトランジスタＱ５のベース
電流が流れて、トランジスタＱ５オン状態となる。この
ため、トランジスタＱ２のベースは０Ｖとなると共に、
トランジスタＱ２はオフ状態となり、駆動コイルＬ２へ
の電流が停止される。従って、コンパレータＩＣ３から
の出力信号がハイ、ロウレベルに従い送出されるが、ハ
イレベルの時だけトランジスタＱ１及び駆動コイルＬ１
に通電される、即ち一相運転が行なわれる。

【００２２】制御用入力端子Ｔ１に入力されたロウレベ
ルの信号の他方は、抵抗Ｒ８を経てトランジスタＱ４の
ベースに印加される。トランジスタＱ４のベースはロウ
レベルのため電流がながれず、トランジスタＱ４はオフ
状態となる。このため、トランジスタＱ３はオフ状態と
なる。このため、駆動コイルＬ１及びトランジスタＱ１
には、電流が電源端子Ｔｖから抵抗Ｒ４を介して流れ
る。一相運転の場合は、二相運転の場合に比べてロータ
の回転力が低下し、従って低回転数による回転駆動が行
なえる。加えて、抵抗Ｒ４の抵抗値を任意に設定するこ
とにより、回転数の変化比をより大きくとることが可能
となる。こうして一相運転と二相運転との自由な選択に
より高速回転と低速回転との二速の回転数が得られると
共に、（回転数設定用）抵抗Ｒ４により変化比の大きい
速度設定が実現できる。本実施例での一相運転では、１
０００ｒｐｍ乃至２０００ｒｐｍの回転数が得られる。

【００２３】ところで、もし一相運転のまま駆動を停止
して、再度その状態で始動しようとする場合、或いは始
動時間を短くしようとする場合等、一相運転の状態では
充分な回転駆動力を得られないことがある。ましてや、
駆動コイルＬ１が接続される回路中に抵抗Ｒ４のような
損失物が介在されているのは、始動回転力を得る上でマ
イナス要因である。このため始動が行なわれなかった
り、始動に時間を要することがある。本発明の二相直流
ブラシレスモータの駆動回路によれば、上記一相運転の
選択に関わらず、始動時の所定時間を二相運転を行なう
よう構成されている。この動作について以下に説明す
る。

【００２４】コンパレータＩＣ１，ＩＣ２は、それぞれ
タイマー手段として動作する。それぞれのコンパレータ
反転入力端子（ー）には、抵抗Ｒ１２，１４による電源
電圧の分圧された電圧が印加されている。また同様にそ
れぞれのコンパレータ非反転入力端子（＋）には、抵抗
Ｒ１１とコンデンサＣ１とにより決定される時定数の電
圧が印加される。従って、図４に示すように、電源をオ
ンすると、コンパレータ反転入力端子（ー）に印加され
ている分圧電圧に対して、コンパレータ非反転入力端子
（＋）における時定数電圧が徐々に上昇する。そしてこ
の時定数電圧が前記分圧電圧に達するまでの時間におい
ては、それぞれのコンパレータＩＣ１，ＩＣ２の出力側
は０Ｖとなる。そして時定数電圧が分圧電圧に達した後
は、ぞれぞれのコンパレータＩＣ１，ＩＣ２の出力側に
は、ハイレベルの電圧が出力される。因みに本実施例に
よれば、時定数は、約０．５〜１秒に設定されている。

【００２５】こうしてトランジスタＱ３のベース電位
は、始動後の上記時定数により決定された時間の間は、
実質上０Ｖとなり、トランジスタＱ３はオン状態とな
る。即ち抵抗Ｒ４はショートされる。またトランジスタ
Ｑ５のベース電位も同様に、時定数による時間の間は、
実質上０Ｖとなるため、トランジスタＱ５はオフ状態と
なり、二相運転が実行される。

【００２６】以上、本発明に従う二相直流ブラシレスモ
ータの駆動回路についての１実施例について説明した
が、本発明はかかる実施例に限定されるものでなく、本
発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可
能である。例えば、本実施例では、モータ駆動コイルへ
の通電の流れを一方向へとした、いわゆる半波通電方式
を例にとって説明したが、全波通電方式を採用してもよ
い。また、低速回転を得るために、モータ駆動コイルの
一方を通電させる際の切り換え方法として、本実施例で
は制御用トランジスタＱ３乃至Ｑ６を用いたが、この他
に継電器等を用いても差しつかえない。

【００２７】また本実施例では、二相運転時は回転数設
定用抵抗Ｒ４をショートさせて用いているが、例えば二
相運転時において、抵抗Ｒ４の挿入とショートとの切り
換えを随時行なうことにより、回転数の変化を多くする
ようにしてもよい。この他に抵抗Ｒ４を予め数種類の抵
抗値を用意しておき、任意に切り換えるようにしてもよ
い。更にタイマー手段として、コンパレータＩＣ１，Ｉ
Ｃ２を用いたが、これに限定されることはない。

【００２８】

【発明の効果】本発明の二相直流ブラシレスモータの駆
動回路によれば、二相のモータ駆動コイルのうち、一相
運転と二相運転とを選択的に切り換えられ、モータ始動
時にはこの選択に関わらず二相運転が所定時間行なわれ
る構成とした。従って、比較的簡単な構成で容易に回転
数が切り換えられ、しかも効率の高い回転駆動が実現で
きる二相直流ブラシレスモータの駆動回路が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従う二相直流ブラシレスモータの駆動
回路の１実施例を示す構成説明図である。

【図２】図１に示した二相直流ブラシレスモータの駆動
回路の動作説明をするためのタイミングチャートであ
り、二相運転時を示す。

【図３】図１に示した二相直流ブラシレスモータの駆動
回路の動作説明をするためのタイミングチャートであ
り、一相運転時を示す。

【図４】本実施例の図１に示すタイマー手段のタイミン
グチャートである。

【図５】従来の二相直流ブラシレスモータの駆動回路を
示す構成説明図である。

【符号の説明】

ＨＥ ホール素子 ＩＣ１,ＩＣ２，ＩＣ３ コンパレータ Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３ トランジスタ Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６ トランジスタ Ｌ１，Ｌ２ モータ駆動コイル Ｒ１乃至Ｒ１０ 抵抗 Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１４ 抵抗 Ｃ１ コンデンサ Ｔｖ 電源端子 Ｔｏ グランド端子 Ｔ１ 制御用入力端子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 二相のモータ駆動コイルへ電流を通電
   し、ロータを回転駆動する二相直流ブラシレスモータの
   駆動回路であって、 前記二相のモータ駆動コイルのうち、一方の相のみを通
   電して駆動する一相運転と、前記二相のモータ駆動コイ
   ルの両方の相を通電して駆動する二相運転と、が選択的
   に切り換えられると共に、 モータ始動時には、前記二相運転が所定時間行なわれ
   る、ことを特徴とする二相直流ブラシレスモータの駆動
   回路。