JPH0646878B2 - 駆動回路およびこれを用いたモ−タ制御回路 - Google Patents

駆動回路およびこれを用いたモ−タ制御回路

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JPH0646878B2
JPH0646878B2 JP60262453A JP26245385A JPH0646878B2 JP H0646878 B2 JPH0646878 B2 JP H0646878B2 JP 60262453 A JP60262453 A JP 60262453A JP 26245385 A JP26245385 A JP 26245385A JP H0646878 B2 JPH0646878 B2 JP H0646878B2
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14Electronic commutators

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明はモータ制御回路に関し、特にブラシレスモータ
の回転速度制御を行う際に適用して好適なものである。
〔背景技術〕
OA機器はもとより、各種オーデイオ機器においてもモ
ータが多用されている。モータの制御には2種類あっ
て、その1は電流駆動方式であり、他の1は電圧駆動方
式と呼ばれているものである。
上記電流駆動方式はコイル電流を制御する方式である。
この方式では、高出力インピーダンスでモータコイルに
通電するため相切り換え時にモータコイルから逆起電力
が発生し、スパイク電圧が発生するとい問題があること
がわかった。このスパイク電圧は、例えば磁気ヘッド等
によってピックアップされ、不所望なノイズになる。
一方、電圧駆動方式はコイルの印加電圧を制御する方式
である。この方式では、低出力インピーダンス出力段回
路を用いるため、逆起電力をいわば接地ラインに放電す
ることができ、上記悪影響を低減し得る。
なお、モータ及びモータ制御回路については、「DCブ
ラシレスモータと制御回路」(昭和59年11月30日
発行、発行所総合電子出版社、pp83〜116)に記載
されている。
本発明者は、本発明前に本出願人が開発した、電圧駆動
方式のモータ制御回路について、モータコイルに発生す
る逆起電力について検討した。
電圧駆動方式においては、モータコイルを駆動するため
に、第5図(A)に示す所定の電圧レベルの制御信号Vc
を出力回路に供給する。ところが、モータの回転によ
り、逆起電力Va(図中点線で示す)が生じ、この逆起
電力Vaによってモータコイルにながれる電流Iaは第
5図(B)に示すように変化してしまう。
同図(A)に示される電圧駆動方式は120°通電方式を
採用しているため、制御信号Vcより逆起電力Vaのほ
うが大きい区間が生じ、第5図(B)に斜線で示されるブ
レーキ電流が発生し、モータコイルを所望に回転制御し
ずらいこともわかった。
さらに、電流Iaは、通電区間のほぼ中央a,a′で低
下し、最大トルクの必要なaa′点でモータコイルに電
流Iaが流れにくくなる。この結果、モータコイルの起
磁力が低下し、回転効率が悪化する。回転効率を高め、
a,a′点で所定の回転トルクを得るためには電流Ia
を増大する必要があり、低消費電流化が達成できないこ
とがわかった。
本発明者は、上記のような各駆動方式の得失を参酌し、
逆起電力の影響が少なく、かつ電流駆動方式の利点を有
するモータ制御回路を開発した。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、モータコイルの起磁力を一定に保持
し、かつ逆起電力の悪影響を低減し得る低消費電流のモ
ータ制御回路を提供することにある。
本発明の上記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろ
う。
〔発明の概要〕
本願において開示される発明の代表的なものの概要を簡
単に述べれば、下記の通りである。
すなわち、回転位置検出素子の検出信号からレベル変化
が180°毎に表れ、且つその位相差が互いに120°
間隔の信号を得る。そして上記信号により、符号変換回
路から180°ごとにレベル変化しかつ位相差が120
°の出力信号を得て、上記各出力信号を電流合成する。
合成された電流を電圧レベルに変換すると、180°区
間の中央部の60°区間が他の60°区間よりも高いレ
ベルの制御信号が得られる。この制御信号によってモー
タコイルへの通電を制御する。
この制御信号は、180°通電方式を採用するため、逆
起電力が制御信号より大きくなる区間が生じない。その
ため、ブレーキ電流の発生がなく、モータコイルを所望
に回転制御しやすい。
さらに、制御信号は、モータコイルの逆起電力の最も大
きい区間である通電区間の中央部のみが最高レベル(又
は最低レベル)である。そのため、通電区間の中央部の
みでモータコイルの駆動電流が増大されることになり、
逆起電力の悪影響がなく、回転トルクの安定したモータ
制御を行うことができる。
さらに、駆動電流の増大する区間は、通電区間中の中央
部のみであるため、低消費電流でモータ制御が行なえ
る。
〔実施例〕
以下、図面を用いて本実施例を説明する。
まず、本発明の特徴の一つである180°通電方式のつ
いて第6図を用いて説明する。
180°通電方式はモータコイルを駆動するために第6
図(A)に示す所定の電圧レベルの制御信号Vcを出力回
路に供給する方式である。
この通電方式の利点は、同図(A)に示されるモータコイ
ルの逆起電力Vaが生じても、モータコイルに流れる電
流Iaは第6図(B)に示すように、制御信号Vcより逆
起電力Vaが大きい区間がなく制御信号Vaのレベル変
化時にもブレーキ電流が発生しないため、モータコイル
に流れる逆記電力Vaの影響が低減できる。
しかしながら、依然として120°通電方式と同様に、
第6図(B)に示す電流Iaは通電区間のほぼ中央部a,
a′で低下し、最大トルクの必要なa,a′点でモータ
コイルに流れる電流Iaが低下し、回転効率が悪化して
しまう。このa,a′点で所定のトルクを得るために
は、電流Iaを全体に大きくする必要が有り、低消費電
流化が達成できないことがわかった。
そこで、本発明のさらに他の特徴である出力電圧の段階
変化を採用し、第4図(A)に示す如くに、通電区間の中
央部(II,V区間)の出力電圧Voのみを最高レベル
(又は最低レベル)とする。その結果、第4図(B)に示
すようにモータコイルに流れる電流Iは、上記通電区
間の中央部(II,V区間)で補正され、ほぼ一定電流が
得られ、回転トルクの安定したモータ制御が可能とな
る。この出力電圧の最高レベル(又は最低レベル)区間
は逆起電力Vaの大きな区間のみであるため、電流の増
大も回転トルクの必要なII,V区間のみであり、低消費
電流で正確にモータ制御が可能である。
以下、第1図から第4図を参照して本発明を適用したモ
ータ制御回路の一実施例を説明する。なお、第1図はモ
ータの構造を示すものであり、第2図は制御回路の回路
図、第3図及び第4図は回路動作を説明する波形図であ
る。
本実施例の特徴は、低消費電流で均一な回転トルクを得
られるモータ制御を行うことにある。
第1図に示すモータMの概略をのべると、回転子1には
4極の永久磁石2が固定され、その外周部にはモータコ
イルL〜Lが図示のように配されている。上記モー
タMはブラシレスモータの概略を示すものであり、実際
にはモータコイルL〜Lは偏平型になされ、ステー
タ1の下面等に配置された構造のものが多い。
モータの回転位置、換言すれば回転子1の回転位置は第
2図に示す回転位置検出素子H〜Hによって磁気的
に検出される。検出信号U〜Wの位相並びに波形は第3
図(A)〜(C)に示すように変化する。なお、検出素子H
〜Hは当業者間においてホール素子とよばれているも
のである。
トランジスタQ,Qはホール増幅器11を構成する
ものであり、抵抗Rは負荷抵抗である。なお、12,
13もホール増幅器(ホールマトリックスアンプ)であ
り、上記ホール増幅器11同様の回路構成になってい
る。
これらホール増幅器11〜13の出力側は図示のよう結
線され、いわばマトリクス回路を構成している。そして
マトリクス回路によって電流の加算と減算とが行われ、
第3図(E)〜(G)にVa,Vb,Vcとして示すようにホール素子
出力波形に対して30°進相した出力信号が得られ、次
段の波形整形回路14〜16に供給される。波形整形回
路14〜16は図示のようにトランジスタQ11〜Q16
よって構成されていて、高利得の差動増幅を行い第3図
の(E)(F),(G)の波形を飽和したパルス状の第3図の(H),
(I),(J)に示す出力信号波形整形する回路である。
なお、トランジスタQ18は定電流を得るものであり、抵
抗R,R,トランジスタQ17,基準電圧Vrefは波形
整形回路14〜16に基準バイアスを供給するものであ
る。
トランジスタQ21〜Q23はPNPカレントミラー回路を
構成し、第3図(H)〜(J)に示すような出力信号Ua,V
a,Waを得る。ここで出力信号Ua〜Waが検出信号
U〜Wに対し30°ずつ進相し、かつ互いに120°ず
つ位相差があることに注意されたい。
上記出力信号Ua〜Waは次段のマトリクス回路21〜
23に供給される。
マトリクス回路21〜23は同一の回路構成であるの
で、21について説明する。
マトリックス回路21は符号変換回路211,電流合成
回路212,及び電流電圧変換回路213より構成され
ている。
符号変換回路211はインバータ回路31〜33,アン
ド回路34〜37,オア回路38,39構成される。符
号変換回路211からの3つの出力信号Ua′,V
a′,Wa′は電流合成回路212に入力され、出力電
流IOUを送出する。この電流合成回路212はトランジ
スタQ31〜Q36により構成される3つの差動対によりな
る。
特徴的な事項はトランジスタQ31,Q32によりなる差動
対の定電流源をIとした時、他の差動対(Q33
34),(Q35,Q36)の定電流源がその半分の値0.5
Iとなっていることである。そのため、後述する真理値
表に示される如き、電流合成回路212の出力電流IOU
の段階変化が達成できる。
上記符号変換回路211,電流合成回路212の回路動
作は上記信号Ua,Va,Waのレベル変化と上記U
a′、Va′,Wa′のレベル変化と出力電流IOUとの
間に下記に示す真理値表を満足する如くに行なわれる。
尚、真理値表の出力電流IOUの電流値は、電流合成回路
212のトランジスタQ31,Q32で構成される差動対の
定電流源の電流値Iを基準として示してある。
この出力電流IOUは次段の電流電圧変換回路213に入
力され、第4図(A)に示される出力電圧VOUに変換され
る。この電流電圧変換回路213は、カレントミラー回
路を構成するトランジスタQ41,Q42と、このトランジ
スタQ41,Q42の各エミッタ電極に接続された抵抗
12,R13と、トランジスタQ42のコレクタ電極に接続
し、他端が基準電圧Vref′に結線された抵抗R11及び定
電流源よりなる。抵抗R12の抵抗値は抵抗R13の2倍の
値を有し、定電流源の電流値は前記電流合成回路212
のトランジスタQ31,Q32からなる差動対の定電流源の
電流値Iを基準として2Iの値を有している。
出力電流IOUが真理値表の様に0Iから2Iまで変化す
るのでトランジスタQ41のコレクタ電流は0Iから2I
まで変化する。ところが、トランジスタQ42のコレクタ
電流は抵抗R13が抵抗R12の1/2の値しかもたないた
め、0Iから4Iまで変化する。ところが定電流源は常
に2Iで電流を引いているため、抵抗R11には±2Iの
電流が流れることになり、抵抗R11の電圧降下として得
られる出力電圧VOUはVref′−2IR11≦VOU≦Vref′+
2IR11とあらわされ、第4図(A)の波形の実現され
る。出力電圧VOUは、第4図(A)に示すように段階的にレ
ベル変化し、II(V)区間となる180°通電区間の中央
部の60°が最大値(最小値)になる。
このII(V)区間は、第5図で述べた逆起電力Vaの最大
発生区間に相当する。そしてII(V)区間の出力電圧VOU
すなわちモータの回転制御を行う制御信号VOUは、逆起
電力Vaが発生して回転トルクが低減するII(V)区間に
おいて最大値になる。従って、第2図の出力回路24か
らモータコイルLに流れる駆動電流LがII(V)区間
において増大する。
この回路動作は第4図(B)に示すように駆動電流I
ほぼ均一化するものであり、回転トルクのむらが是正さ
れる。
また各出力回路24〜26はプッシュプル回路にて構成
されていて、その出力インピーダンスは低インピーダン
スである。従って、駆動電流Iが図示のようにレベル
変化しても、スパイクノイズとはならない。
以下同様の回路動作がマトリクス回路22,23と出力
回路25,26とについて行われ、モータコイルL
に図示のように駆動電流が流れる。
〔効果〕
(1)モータコイルの通電区間のうち逆起電力の最大発生
区間に相当する区間に駆動電流を制御する制御信号の電
圧レベルを最大又は最小レベルとしたので、逆起電力の
発生による駆動電流の変化を低減することができ、モー
タを安定に回転駆動する為消費電流を少なくできる。と
いう効果が得られる。
(2)モータから発生する逆起電力の出力電流への影響を
低減し得るとともに、低出力インピーダンスの出力回路
を用いて電圧駆動しているので、スパイクノイズ等の不
要なノイズ発生を低減する、という効果が得られる。
以上に、本発明者によってなされた発明を実施例にもと
づい具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定さ
れるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変
形可能であることはいうまでもない。例えば上記モータ
はより多相のモータであってもよい。またモータの回転
速度制御を可変するように構成してもよい。
〔利用分野〕
以上の説明では、主として本発明者によってなされた発
明をその背景となった利用分野であるHDD(Hard dis
k driver)ブラシレスモータの制御に適用した場合につ
いて説明したが、それに限定されるものではなく、VT
Rやオーデイオ機器等に広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第4図は本発明の一実施例を示すものであっ
て、 第1図はモータの基本的構造を示す斜視図、 第2図はモータ制御回路の回路図を示し、 第3図は回路動作を説明する波形図を示し、 第4図(A),(B)は逆起電力の出力電流への影響の低減を
説明する波形図を示し、 第5図は本発明者によって検討された逆起電力の発生を
説明する波形図を示すものであり、 第6図は(A),(B)は180°通電方式の特徴を示す図で
ある。 M…モータ、L〜L…モータコイル、U〜W…検出
信号(ホール素子出力信号)、I〜I…駆動電流、
Vo…制御信号、11〜13…ホールマトリックスアン
プ、14〜16…波形整形回路、21〜23…マトリク
ス回路、24〜26…出力回路。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ブラシレスモータのためのモータ制御回路
    であって、 複数の回転位置検出素子(H、H、H)からの互
    いに異なる位相の複数の検出信号を受ける複数の増幅回
    路(11、12、13)と、 上記複数の増幅回路の出力を合成することによって上記
    複数の検出信号に対して異なる位相にされた互いに異な
    る位相の複数の第1合成信号(Va、Vb、Vc)を形
    成する第1合成手段と、 上記複数の第1合成信号の相互の合成によってそれぞれ
    対応される上記検出信号と同じ位相にされかつそれぞれ
    180°毎に階段状にレベル変化する複数の第2合成信
    号(V、VOV、VOW)を形成する第2合成手段(2
    1、22、23)と、 それぞれ出力エミッタフォロワトランジスタを持ちそれ
    ぞれ対応する第2合成信号に応じて対応するモータコイ
    ルに供給すべき出力信号を形成する複数の出力回路(2
    4、25、26)と、 を備えてなることを特徴とするモータ制御回路。
JP60262453A 1985-11-25 1985-11-25 駆動回路およびこれを用いたモ−タ制御回路 Expired - Lifetime JPH0646878B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS55117486A (en) * 1979-03-02 1980-09-09 Ina Sankyo Kk Driving circuit for brushless motor
JPS6082089A (ja) * 1983-10-07 1985-05-10 Shibaura Eng Works Co Ltd Sm型acサ−ボモ−タの起動回路

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