JPH0799791A

JPH0799791A - モータ駆動回路

Info

Publication number: JPH0799791A
Application number: JP5238289A
Authority: JP
Inventors: Kenji Oe; 健二大江
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec Corp
Priority date: 1993-09-24
Filing date: 1993-09-24
Publication date: 1995-04-11
Anticipated expiration: 2018-07-22
Also published as: JP3429534B2

Abstract

(57)【要約】【目的】直流モータを駆動する駆動回路に関し、直流
モータのコイルに大きな電流を供給することができるモ
ータ駆動回路を提供することを目的とする。【構成】モータの回転によるロータのステータに対す
る相対回転角度に応じた信号を出力する回転位置検出手
段（ＨＥ）と、モータのコイルに交番電流を供給するた
めの複数のスイッチ手段（Ｑ１、Ｑ２）と、回転位置検
出手段が出力する信号に基づいて、所定回転角度毎に複
数のスイッチ手段の全てを所定時間オフにする全オフ信
号を生成出力する全オフ信号生成手段（２，Ｑ５，Ｒ
５，Ｒ６，Ｒ７，Ｃ１，ＣＰ１）と、全オフ信号を受け
たときは複数のスイッチ手段の全てをオフとし、全オフ
信号を受けないときは回転位置検出手段が出力する信号
に基づいて複数のスイッチ手段の内の少なくとも１つを
オンするスイッチ制御手段（３）とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は直流モータに関し、特に
直流モータを駆動する駆動回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＤＣブラシレスモータは、ブラシを有さ
ないため、高信頼性、長寿命であり、発生するノイズも
低い。また、メンテナンス時の不良率も低い。

【０００３】たとえば、電子機器や制御機器は熱に弱
く、発熱を伴う時は冷却を行う必要がある。自然冷却で
は冷却力が不足する場合は、軸流ファン、横流ファン、
遠心ファン等のファンで強制的に冷却する方法が機器の
正常動作確保のために有効である。ＤＣブラシレスモー
タの特性は、たとえばこのような機器冷却用ファンのド
ライブ用等として非常に適している。

【０００４】図３に従来の技術によるブラシレス２相直
流モータ回路の例を示す。マグネットを有するモータの
ロータ（図示せず）は、ステータのコイルＬ１，Ｌ２に
流れる電流によって駆動され、回転する。コイルＬ１，
Ｌ２に流れる電流は、オペアンプＯＰ５１，ＯＰ５２に
よって制御され、交互に流れる。ロータの回転は、ホー
ル素子ＨＥによって検出され、検出信号はオペアンプＯ
Ｐ５１，ＯＰ５２に供給される。

【０００５】ホール素子ＨＥには、抵抗Ｒｈを介して正
電位電源端子Ｖ［Ｖ］が接続され、約Ｖ／Ｒｈ［Ａ］の
電流が流れる。この電流方向に対して交差するように、
ロータに備えられたマグネットから発せられる磁束が、
ホール素子ＨＥを通過すると、起電力が生じる。この起
電力は正弦波信号を形成し、ホール素子ＨＥの検出信号
となる。

【０００６】ロータの回転によりホール素子ＨＥが検出
した正弦波電圧信号は、オペアンプＯＰ５１の＋入力端
子とオペアンプＯＰ５２の−入力端子に供給される。同
時に、その電圧信号に対して正負符号が反転した正弦波
電圧信号が、ホール素子ＨＥからオペアンプＯＰ５１の
−入力端子とオペアンプＯＰ５２の＋入力端子に供給さ
れる。

【０００７】オペアンプＯＰ５１の＋入力端子に供給さ
れる電圧信号と−入力端子に供給される電圧信号とは、
正負符号が反転した信号である。したがって、オペアン
プＯＰ５１の出力は、一定の周期で正電位を有する。

【０００８】オペアンプＯＰ５２の−入力端子に供給さ
れる電圧信号と＋入力端子に供給される電圧信号とは、
正負符号が反転した信号である。そして、オペアンプＯ
Ｐ５２の出力は、一定の周期で正電位を有する。オペア
ンプＯＰ５２の出力信号とオペアンプＯＰ５１の出力信
号とは、周期は同じであるが正負符号が逆になってい
る。

【０００９】以上のオペアンプＯＰ５１，ＯＰ５２の両
出力端子に接続されたコイルＬ１，Ｌ２には、交番電流
が流れる。この交番電流により、コイルＬ１，Ｌ２に生
成される磁界は、ロータに備えられたマグネットが生成
する磁界に作用して、モータのロータが回転する。

【００１０】以上のように、２個のオペアンプＯＰ５
１，ＯＰ５２を用いて、モータのコイルＬ１，Ｌ２に流
れる電流を制御することができる。しかし、オペアンプ
ＯＰ５１，ＯＰ５２は、電流供給能力に制限があるため
に、コイルＬ１，Ｌ２に流すことができる電流の大きさ
に限界がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従来のモータ駆動回路
は、オペアンプを用いて、モータのコイルに供給する電
流を制御する。しかし、オペアンプは、電流供給能力に
制限があるために、モータのコイルに供給することがで
きる電流の大きさに限界がある。

【００１２】本発明の目的は、直流モータのコイルに大
きな電流を供給することができるモータ駆動回路を提供
することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明のモータ駆動回路
は、モータの回転によるロータのステータに対する相対
回転角度に応じた信号を出力する回転位置検出手段と、
モータのコイルに交番電流を供給するための複数のスイ
ッチ手段と、回転位置検出手段が出力する信号に基づい
て、所定回転角度毎に複数のスイッチ手段の全てを所定
時間オフにする全オフ信号を生成出力する全オフ信号生
成手段と、全オフ信号を受けたときは複数のスイッチ手
段の全てをオフとし、全オフ信号を受けないときは回転
位置検出手段が出力する信号に基づいて複数のスイッチ
手段の内の少なくとも１つをオンするスイッチ制御手段
とを有する。

【００１４】

【作用】モータのコイルに供給する電流を制御するため
にスイッチ手段を用いることにより、大きな電流をコイ
ルに供給することが可能になる。また、全オフ信号生成
手段を用いることにより、スイッチ手段の切替わり時に
過大電流が流れることを防止することができる。

【００１５】

【実施例】オペアンプを用いて、コイルに供給する電流
を制御する場合には、オペアンプの特性上、電流供給能
力に制限があった。そこで、トランジスタを用いて、コ
イルに供給する電流の制御を行えば、電流の大きさの制
限はほとんど考えなくてもよい。

【００１６】図４は、トランジスタを用いてモータ駆動
を行うブラシレス２相直流モータ回路の例を示す。４つ
のトランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４を用いて、モー
タのステータに備えられたコイルＬ１，Ｌ２に供給する
電流の制御を行う。

【００１７】マグネットを有するモータのロータ（図示
せず）は、ステータのコイルＬ１，Ｌ２に流れる電流に
よって駆動され、回転する。コイルＬ１，Ｌ２に流れる
電流は、トランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４のスイッ
チングにより制御され、交互に流れる。トランジスタＱ
１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４は、駆動用ＩＣ５０により制御さ
れる。

【００１８】正電位電源端子ＶｃｃはトランジスタＱ４
のエミッタに接続され、トランジスタＱ４のコレクタは
コイルＬ２，Ｌ１に接続される。コイルＬ２，Ｌ１は、
トランジスタＱ１のコレクタに接続され、トランジスタ
Ｑ１のエミッタは接地端子に接続される。

【００１９】トランジスタＱ１のベースとトランジスタ
Ｑ４のベースは、駆動用ＩＣ５０に接続される。駆動用
ＩＣ５０が、トランジスタＱ１，Ｑ４をオン状態とし、
トランジスタＱ２，Ｑ３をオフ状態に制御した場合にお
いて、電流は、正電位電源端子Ｖｃｃからトランジスタ
Ｑ４を介してコイルＬ２，Ｌ１に流れる。そして、トラ
ンジスタＱ１を介して接地端子に電流が流れる。

【００２０】また、正電位電源端子Ｖｃｃはトランジス
タＱ３のエミッタに接続され、トランジスタＱ３のコレ
クタはコイルＬ１，Ｌ２に接続される。コイルＬ１，Ｌ
２は、トランジスタＱ２のコレクタに接続され、トラン
ジスタＱ２のエミッタは接地端子に接続される。

【００２１】トランジスタＱ２のベースとトランジスタ
Ｑ３のベースは、駆動用ＩＣ５０に接続される。駆動用
ＩＣ５０が、トランジスタＱ２，Ｑ３をオン状態とし、
トランジスタＱ１，Ｑ４をオフ状態に制御したばあいに
おいて、電流は、正電位電源端子Ｖｃｃからトランジス
タＱ３を介してコイルＬ１，Ｌ２に流れる。そして、ト
ランジスタＱ２を介して接地端子に電流が流れる。

【００２２】以上のように、トランジスタＱ１，Ｑ４の
みがオンされた状態とトランジスタＱ２，Ｑ３のみがオ
ンされた状態とが交互に繰り返されることにより、コイ
ルＬ１，Ｌ２には、交番電流が流れる。この交番電流に
よりコイルＬ１，Ｌ２に生成される磁界は、ロータに備
えられたマグネットが生成する磁界に作用して、モータ
のロータが回転する。

【００２３】トランジスタを用いてコイルに供給する電
流を制御すれば、オペアンプと異なり、供給する電流の
大きさにはほとんど制限がない。しかし、トランジスタ
Ｑ１とトランジスタＱ３が同時にオンすると、正電位電
源端子ＶｃｃからトランジスタＱ３およびトランジスタ
Ｑ１を介して、接地端子に電流が流れるので、過大電流
が流れる。すると、この過大電流によりトランジスタＱ
１，Ｑ３は破壊されてしまう。

【００２４】同様に、トランジスタＱ２とトランジスタ
Ｑ４が同時にオンすると、正電位電源端子Ｖｃｃからト
ランジスタＱ４およびトランジスタＱ２を介して、接地
端子に電流が流れるので、過大電流が流れる。すると、
この過大電流によりトランジスタＱ２，Ｑ４は破壊され
てしまう。

【００２５】したがって、トランジスタＱ１とトランジ
スタＱ３とが同時にオンする時間、およびトランジスタ
Ｑ２とトランジスタＱ４とが同時にオンする時間をなく
す制御が必要となる。そのような制御手段を次に説明す
る。

【００２６】図１は、本発明の実施例によるモータ駆動
回路の例を示す。モータ駆動回路により、ブラシレス２
相直流モータを駆動する場合を例に説明する。マグネッ
トを有するモータのロータ（図示せず）は、ステータの
コイルＬ１，Ｌ２に流れる電流によって駆動され、回転
する。ロータの回転は、ホール素子ＨＥによって検出さ
れる。

【００２７】ホール素子ＨＥには、抵抗Ｒｈを介して正
電位電源端子Ｖ［Ｖ］が接続される。これにより流れる
電流の方向に対して交差するように、ロータに備えられ
たマグネットから発せられる磁束が、ホール素子ＨＥを
通過すると、起電力が生じる。この起電力は正弦波信号
を形成し、ホール素子ＨＥの検出信号となる。

【００２８】ロータの回転によりホール素子ＨＥが検出
した正弦波電圧信号は、ホールアンプＯＰ１の＋入力端
子と−入力端子に供給される。ホールアンプＯＰ１に入
力される電圧波形を図２に示す。ホールアンプＯＰ１の
＋入力端子には、波形ＯＰ１＋の正弦波電圧が供給さ
れ、−入力端子には、波形ＯＰ１−の正弦波電圧が供給
される。波形ＯＰ１＋と波形ＯＰ１−とは、お互いに信
号レベルの正負符号が逆となった波形を形成する。

【００２９】波形ＯＰ１＋と波形ＯＰ１−は、２相モー
タを構成するコイルＬ１とコイルＬ２の関係に相当し、
２つの波形でロータの回転を表すことができる。これら
の波形の周期は、ロータのマグネットが有する磁極数に
より決まり、磁極数が多いほど周期は短くなる。

【００３０】ホールアンプＯＰ１は、ホール素子ＨＥの
検出信号を増幅し、タイミング回路２に供給する。タイ
ミング回路２は、ホール素子ＨＥの出力信号の切替わり
毎に、コンデンサＣ１に充電された電荷を放電させるた
めの放電パルスを生成する。タイミング回路２から出力
される電圧波形を図２に示す。

【００３１】タイミング回路２は、ホールアンプＯＰ１
の＋入力と−入力が交叉した時点から一定時間継続する
放電パルスを出力する。この放電パルスは、タイミング
回路２内に含まれる交叉を検出する回路と、遅延回路に
よって作られる。交叉を検出する回路によって＋入力と
−入力が交叉したことが検出されると、遅延回路がセッ
トされる。一定時間経過すると遅延回路はリセットされ
る。遅延回路がセットされている時間は、放電パルスの
パルス幅に等しい。

【００３２】タイミング回路２の出力は、トランジスタ
Ｑ５のベースに接続され、放電パルスを供給する。この
放電パルスによりトランジスタＱ５のスイッチングが制
御され、コンデンサＣ１に蓄積された電荷は、トランジ
スタＱ５のコレクタ−エミッタ間を通じて接地端子に放
電される。

【００３３】コンデンサＣ１の端子電圧は、比較器ＣＰ
１に入力される。比較器ＣＰ１の入力電圧波形を図２に
示す。コンデンサＣ１と抵抗Ｒ５の直列接続に電圧Ｖ
［Ｖ］が印加されている。トランジスタＱ５がオフ状態
のとき、比較器ＣＰ１の入力電圧は、時定数（Ｃ１・Ｒ
５）に応じた充電特性を示し、時間とともに増加する。

【００３４】タイミング回路２の出力がローレベルの間
は、トランジスタＱ５はオフ状態である。ホールアンプ
ＯＰ１の＋入力と−入力が交叉すると、タイミング回路
２は一定時間ハイレベルを出力する。タイミング回路２
がハイレベルを出力している間は、トランジスタＱ５は
オン状態となり、コンデンサＣ１が放電される。その
後、比較器ＣＰ１の入力に供給される電圧は、一定時間
ほぼ０［Ｖ］を継続する。

【００３５】つまり、ホール素子ＨＥの出力信号の切替
わり点で放電パルスが発生して、この放電パルスによっ
てコンデンサＣ１がほぼ０［Ｖ］に放電される。放電終
了後は、抵抗Ｒ５を介してコンデンサＣ１が充電され
る。比較器ＣＰ１の入力電圧は三角波に近似可能な充電
電圧波形であり、ホール素子ＨＥの出力信号の切替わり
毎に繰り返される。

【００３６】比較器ＣＰ１には、前記の入力電圧としき
い電圧Ｖｒが入力され、しきい値電圧Ｖｒは比較器ＣＰ
１の非反転入力端子に入力される。しきい電圧Ｖｒは、
抵抗Ｒ６と抵抗Ｒ７の直列接続の分圧により得られる。
しきい電圧Ｖｒは、０［Ｖ］より高く、コンデンサＣ１
の端子電圧のピーク値より十分低く設定されている。

【００３７】比較器ＣＰ１の出力電圧波形を図２に示
す。比較器ＣＰ１は、コンデンサＣ１からの入力電圧が
しきい電圧Ｖｒよりも低いときにハイレベルを出力し、
しきい電圧Ｖｒよりも高いときにローレベルを出力す
る。

【００３８】比較器ＣＰ１の出力は、制御回路３に入力
される。また、制御回路３には、ホールアンプＯＰ１か
らの出力がタイミング回路２を介して入力される。制御
回路３の出力信号は、トランジスタＱ１のベースとトラ
ンジスタＱ２のベースに供給され、トランジスタＱ１，
Ｑ２のスイッチングを制御する。

【００３９】制御回路３は、ホールアンプＯＰ１の＋入
力が−入力より大きく、かつ比較器ＣＰ１の出力がロー
レベルの場合、トランジスタＱ１をオフさせ、トランジ
スタＱ２をオンさせる。また、ホールアンプＯＰ１の＋
入力が−入力より小さく、かつ比較器ＣＰ１の出力がロ
ーレベルの場合、トランジスタＱ１をオンさせ、トラン
ジスタＱ２をオフさせる。比較器ＣＰ１の出力がハイレ
ベルの場合、トランジスタＱ１もトランジスタＱ２もオ
フさせる。

【００４０】したがって、トランジスタＱ１とトランジ
スタＱ２は、一方がオンの状態が交互に切替わる。ただ
し、切替わる際には、一定の時間トランジスタＱ１，Ｑ
２の両方がオフとなる。トランジスタＱ１，Ｑ２の両方
がオフとなる時間は、比較器ＣＰ１の出力がハイレベル
にある時間に相当する。比較の基準となるしきい電圧Ｖ
ｒを高く設定すれば、オフ時間は長くなる。また、時定
数（Ｃ１・Ｒ５）を大きく設定すればオフ時間は長くな
る。

【００４１】トランジスタＱ１がオン状態になると、正
電位電源端子Ｖｃｃから抵抗Ｒ２，Ｒ３、トランジスタ
Ｑ１のコレクタ−エミッタ間を介して、接地端子に電流
が流れる。この時のトランジスタＱ１のコレクタはほぼ
０［Ｖ］になる。これにより、トランジスタＱ４のベー
スにはローレベルの電圧が供給され、トランジスタＱ４
はオン状態となる。

【００４２】トランジスタＱ４がオン状態となると、正
電位電源端子ＶｃｃからトランジスタＱ４のエミッタ−
コレクタ間を介して、コイルＬ２，Ｌ１に電流が流れ、
さらにトランジスタＱ１のコレクタ−エミッタ間を介し
て接地端子に流れる。

【００４３】つまり、トランジスタＱ１がオンすると、
コイルＬ２，Ｌ１が励磁される。抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３の
抵抗値によって、トランジスタＱ４がオン状態の時のベ
ース電流が決定され、さらにトランジスタＱ４のエミッ
タ−コレクタ間に流れるオン電流の大きさも決定され
る。したがって、抵抗Ｒ２，Ｒ３により、コイルＬ２，
Ｌ１に流れる電流は制御される。

【００４４】その後、制御回路３の制御により、トラン
ジスタＱ１がオフ状態となり、一定時間経過後にトラン
ジスタＱ２がオン状態となる。トランジスタＱ２がオン
すると、正電位電源端子Ｖｃｃから抵抗Ｒ１，Ｒ４、ト
ランジスタＱ２のコレクタ−エミッタ間を介して、接地
端子に電流が流れる。これにより、トランジスタＱ３の
ベースにはローレベルの電圧が供給され、トランジスタ
Ｑ３はオン状態となる。

【００４５】トランジスタＱ３がオン状態となると、正
電位電源端子ＶｃｃからトランジスタＱ３のエミッタ−
コレクタ間を介して、コイルＬ１，Ｌ２に電流が流れ、
さらにトランジスタＱ２のコレクタ−エミッタ間を介し
て接地端子に流れる。また、抵抗Ｒ１，Ｒ４により、コ
イルＬ１，Ｌ２に流れる電流は制御される。

【００４６】この時にコイルＬ１，Ｌ２に流れる電流
は、トランジスタＱ１がオン状態のときとは逆方向であ
る。したがって、トランジスタＱ１とトランジスタＱ２
が交互にオンすることにより、コイルＬ１，Ｌ２に流れ
る電流方向は反転する。

【００４７】以上のようにしてコイルＬ１，Ｌ２は励磁
され、電流磁界を発生する。この電流磁界により、コイ
ルＬ１，Ｌ２と相対回転可能なロータのマグネット（図
示せず）には電磁相互作用が働き、ロータは回転する。

【００４８】駆動ＩＣ１は、前述のホールアンプＯＰ
１、タイミング回路２、制御回路３、比較器ＣＰ１、ト
ランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ５を有する。したがって、モ
ータのコイルＬ１，Ｌ２は、駆動ＩＣ１の内部のトラン
ジスタＱ１，Ｑ２と駆動ＩＣ１の外部に設けられたトラ
ンジスタＱ３，Ｑ４の４個のトランジスタで駆動され
る。

【００４９】モータのロータの回転位置はホール素子Ｈ
Ｅにより検出され、ホール素子ＨＥの出力信号は駆動Ｉ
Ｃ１に入力される。駆動ＩＣ１は、ホール素子ＨＥから
の信号に応じてトランジスタＱ１とトランジスタＱ２を
スイッチング制御する。

【００５０】駆動ＩＣ１は、トランジスタＱ１とトラン
ジスタＱ２を交互にオンする切替わり点において、トラ
ンジスタＱ１，Ｑ２の両方をオフにする一定時間を有す
る。この時間は、トランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタは
ハイレベルとなり、トランジスタＱ３，Ｑ４もオフとな
る。

【００５１】したがって、トランジスタのスイッチング
切替わり点においても、トランジスタＱ１とトランジス
タＱ３が同時にオンとなったり、トランジスタＱ２とト
ランジスタＱ４が同時にオンとなることがないので、過
大電流が流れることもなく、トランジスタが破壊される
こともない。

【００５２】なお、本実施例では、２相直流モータに用
いるモータ駆動回路の場合について説明したが、３相以
上の直流モータについても同様に駆動制御を行うことが
できる。

【００５３】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
種々の変更、改良、組合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。

【００５４】

【発明の効果】従来のモータ駆動回路は、オペアンプを
用いて制御するのでモータのコイルに供給する電流供給
能力に制限があるのに対し、モータのコイルに供給する
電流をスイッチ手段により制御することにより、高出力
のモータを実現することができる。また、スイッチ手段
に過大電流が流れることを防止しているために、モータ
駆動回路は故障し難い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例によるモータ駆動回路の回路図
である。

【図２】図１のモータ駆動回路内において検出される電
圧波形である。

【図３】従来の技術によるブラシレス２相直流モータ回
路の概略図である。

【図４】トランジスタを用いてモータ駆動を行うブラシ
レス２相直流モータ回路の概略図である。

【符号の説明】

１駆動ＩＣ２タイミング回路３制御回路ＨＥホール素子ＯＰオペアンプＣＰ比較器Ｒ抵抗ＣコンデンサＱトランジスタＬモータ巻線コイル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】モータの回転によるロータのステータに
対する相対回転角度に応じた信号を出力する回転位置検
出手段（ＨＥ）と、モータのコイルに交番電流を供給するための複数のスイ
ッチ手段（Ｑ１、Ｑ２）と、前記回転位置検出手段が出力する信号に基づいて、所定
回転角度毎に前記複数のスイッチ手段の全てを所定時間
オフにする全オフ信号を生成出力する全オフ信号生成手
段（２，Ｑ５，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｃ１，ＣＰ１）と、前記全オフ信号を受けたときは前記複数のスイッチ手段
の全てをオフとし、該全オフ信号を受けないときは前記
回転位置検出手段が出力する信号に基づいて該複数のス
イッチ手段の内の少なくとも１つをオンするスイッチ制
御手段（３）とを有するモータ駆動回路。
【請求項２】前記全オフ信号生成手段は前記オフ信号
を出力する所定時間を決定すべく、コンデンサ（Ｃ１）
と抵抗手段（Ｒ５）を有する充電回路と、前記コンデン
サの蓄積電位と所定電位とを比較することにより全オフ
信号を生成する比較手段（ＣＰ１）とを含む請求項１記
載のモータ駆動回路。