JPS58215989A - ブラシレス直流モ−タ - 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】 本発明は、ロータの位置に応じて複数相のコイルに対す
る給電をトランジスタ等を使用して電子的に切換えてい
くブラシレス直流モータに関するものである。

ブラシレス直流モータは、トルクリップルが小さく、ブ
ラシによるノイズがなく、長寿命であることから、各種
の音看機器に応用されて０る。特公昭５５−６９８８号
公報には、このようなブラシレス直流モータにおいて、
星形結線された８相のコイルに両方向の電流を通電（全
波駆動）するようになし、コイルの利用効率を向上させ
ることが開示されている。こ口によｎは、多相のコイル
に第１のトランジスタ群によって定電流を供給するよう
にし、第２のトランジスタ群によって多相コイルの共通
接続点の電位が所定の値となるように制御している。

しかし、この様な構成では、コイルに電流を供給する°
端子の他に共通接続端子（単に電圧を検出するために必
要とされる）も、モータ側よル引き出して回路素子に接
続する必要があシ、配線数が多くなシ、製造が繁雑とな
っていた。

また、モータの回転速度の上昇に伴って逆起電力が増大
するために駆動トランジスタは過渡的に過飽和状態とな
シ、回路動作の不安定及び電流リップルの増大を起こし
ていた６電流リツプルは発生トルクのリップルを生じ、
モータの振動や騒音を引き起こすため大きな問題となっ
ていた。さらに、速度制御を施したモータにおいては、
起動加速時点において駆動トランジスタが過飽和状態に
なシ、振動、騒音を生じると共に制御の引き込み特性も
悪化させ、問題となっていた。

本発明は、そのような点を考慮し、多相のコイルに電流
を供給する端子のみの配線（共通接続端子の配線は不要
）によシ安定かつ確実な全波駆動を実現し、かつ駆動ト
ランジスタの過度の飽和を防止するようにしたブラシレ
ス直流モータを提供するものである。

本発明は、界磁手段を有するロータと、複数相のコイル
と、前記ロータの位置を検出する位置検出手段と、前記
コイルに電流を供給する第１の駆動トランジスタ群と、
前記位置検出手段の出力に応じて前記第１の駆動トラン
ジスタ群のうち活性となるトランジスタを選択する第１
の選択手段と、前記コイルと第１の駆動トランジスタ群
による電流路に直列に挿入さ口た第２の駆動トランジス
タ群と、前記第１の駆動トランジスタの通電時の動作電
圧を検出する動作検出手段と、前記位置検出手段の出力
に応じて前記第２の駆動トランジスタ群のうち活性とな
るトランジスタを選択し、その通電電流を前記動作検出
手段の出力に対応した値となす第２の選択手段と、前記
動作検出手段の出力に応じて前記コイルへの電流を変化
させる電流修正手段とを具備し、前記動作検出手段と第
２の選択手段と第２の駆動トランジスタ群は前記第１の
駆動トランジスタの通電時の動作電圧を所定値となすよ
うに動作し、前記第１の駆動トランジスタの通電時の動
作電圧が前記所定値よシも小さくなるとさらに前記電流
修正手段が動作し、前記コイルへの電流を減少させるよ
うにして所期の目的を達成したものである。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第１
図は、本発明の実施例を表わす電気回路結線図である。

第１図において、（１）はロータにとシつけられた界磁
用のマグネット（界磁手段）、Ｘ、Ｙ、Ｚは星形結線さ
れた８相のコイル群、（５）（６）　、　（７）は第１
の駆動トランジスタ群、（８）　、　（９）　、　Ｑｌ
は第２の駆動トランジスタ群、（ロ）は位置検出器、シ
やは電流制御器、（４）は第１の選択器、（ホ）はコイ
ルＸ、Ｙ、Ｚへの合成供給電流を検出するための抵抗（
電流検出手段）、（イ）はコイルへの合成電流を修正す
るための抵抗（１に流修正手段）、Ｏυは第１の駆動ト
ランジスタの通電時の動作電圧を検出する動作検出器、
６υは第２の選択器である。さらに、（７１は速度検出
器、ヴ罎は電流変換器、６υはカレントミラー回路であ
る。

次に、その動作について説明する。電源電圧Ｖｃｃに２
２Ｖが印加されると、周知の構成の速度検出器四はマグ
ネット（１）の同転速度を検出してその速度に対応した
電圧信号ヴυを出力し、電流変換器（７１に入力する。

電流変換器ｑ３は、たとえば差動ｍ圧増幅器と電圧・電
流変換器によって構成され、電圧信号（ハ）と電圧源に
）の電圧値とを比較し、その両者の差電圧に対応した電
流１１を出力（電流吸込）する。電流変換器Ｖ、１の出
力１１はカレントミラー回路６υによって反転され、１
１に相似な電流１４＋　１３　が出力される。カレント
ミラー回路ｅＩＩ）の出力１２は抵抗■によりｋ圧に変
換され、指令信号Ｖ、を作υだしている。また、カレン
トミラー回路ｔ８＋）の出力１３は動作検出器（ロ）に
入力され、電流源１２１の電流値工４と合成されて抵抗
路、ダイオード−２（ハ）、−に供給され、電圧信号ｖ
２を作シだしている。

指令信号Ｖ１と抵抗（ハ）、＠の電圧降下は電流制御器
Ｚｌ）にて比較され、その両者の差に応じた電流が出力
され、第１の選択器（イ）を構成するトランジスタ乙東
、弼、（ハ）の共通エミッタ電流として供給される。電
流制御器Ｑυは、たとえば差動電圧増幅器と電圧・電流
変換器によって構成されている。第１の選択’器（イ）
のトランジスタ（２）、（ハ）、（ハ）の各ベース端子
には、それぞれ位置検出器θυのホール素子（２）。

０１　、　ａ＜の出力電圧が印加され、そのベース電圧
の差に応じて共通エミッタ電流が各コレクタ電流に分配
され、ベース電圧の最も低いトランジスタのコレクタ電
流が最も大きくなシ、他のトランジスタのコレクタ電流
は零またはほとんど零となる。

トランジスター、（ハ）、（２）の各コレクタ電流は第
１の駆動トランジスタ（５）　、、（６）　、　（７）
の各ベース電流となシ、電流増幅されてコイルＸ、Ｙ、
Ｚに供給される。コイルｘ、ｙ、ｚへの供給電流工ａは
抵抗（ハ）の電圧降下として検出され、抵抗に）を介し
て電流制御器Ｑυの反転入力端子に入力される（動作検
出器帥の出力電流１）は零とする）。

これによシ、電流制御器＠］）　、第１の選択器（イ）
。

第１の駆動トランジスタ群（５）　、　（ｆｌ）　、　
（７）および抵抗（イ）と抵抗（ＩＩ’／）によって第
１の帰還ループ（電流帰還ループ）が構成され、検出信
号ｖ３が指令信号Ｖ、と等しくなるように動作している
。その結果、コイルｘ、ｙ、ｚへの供給電流Ｉａは、１
ランジスタ（５）、　（６）　、　（７）のｈＦＥバラ
ツキの影響をはとんど受けなくなυ、 １ａ＃Ｖ、／　Ｒ２６−（１） となる（　’１７＝０としている）。

ここで、Ｒ２６は抵抗（イ）の値である。

また、マグ不ツｌ−（１）の回転に伴って、ホール素子
Ｑ力、（至）、９勺の出力電圧が変化し、対応するコイ
ルに電流を供給するように第１の駆動トランジスタ群（
５）、（６）、（７）の通電を制御し、・切シ換えてい
く。

なお、コンデンサ（ハ）は上述の帰還ループの位相補償
（発振防止）のためにつけている。また、コイルＸ、Ｙ
、Ｚの端子に接続されたコンデンサ図。

に）、弼と抵抗６】ン、■、（ト）の直列回路はｍ流路
の切シ換えに伴って生じるスパイク電圧を低減するもの
である。

次に、動作検出器０η、第２の選択器ＩＩ）および第２
の駆動トランジスタ群（８）　、　（９）　、θＱの動
作について説明する。動作検出器ｏ〃の抵抗（財）、ダ
イオード（財）、（ハ）、０・に生じる基準電圧は、Ｖ
２ｒ　＝２．１　＋　Ｒ４３・（ｉｓ十１４　）　　　
　　　　−・（２）となる−０ここで、２．ｉは８個の
シリコンダイオード＠４Ｊ　、　（４５、−の電圧降下
であシ、Ｒ４３は抵抗（財）の値である。検出トランジ
スタａａ、ｔ）Ｊ、−の各ベース側は検出端子として第
１の駆動トランジスタ群（５）、（６）、（７）の各出
力端子に接続され、各エミッタ側は共通接続され、各コ
レクタ側は電源Ｖｃｃの負極端子に接続されている。

第２図に駆動トランジスタ（６）と（８）が活性となっ
ている場合の電流路を示す。その電流路は、■側電源→
第２の駆動トランジスタ（８）→コイルＸとＹ→第１の
駆動トランジスタ（６）→抵抗（ハ）→θ側電源 となシ、通電状態にある第１の駆動トランジスタ（６ン
の動作電圧Ｖ。Ｅが他の駆動トランジスタ（５）　、　
（７）の電圧よりも小さくなる。従って、検出トランジ
スター、ｗ、ｆ４の検出電圧Ｖ４（エミッタ側電圧）は
第１の駆動トランジスタの通電時の動作電圧に対応した
値となる。すなわち、 Ｖ４＝　ＶＯＥ　＋　０．７　＋　Ｒ２６・Ｉａ　　　
　　　　　−・−（３）検出電圧ｖ４と基準電圧Ｖ２ｒ
は差動トランジスター、６υによって比較され、ｖ４が
Ｖ、ｒにほぼ等しいかもしくは小さいときにトランジス
タ輪のコレクタ電流１６が出力さ口、カレントミラー（
ダイオード曽、トランジスタ輪、抵抗Ｇ７）、に））に
よって反転、増幅され、第２の選択器＃３１）のトラン
ジスタＩ４゜輪、−の共通エミッタ電流として出力（電
流吸込）される。

また、検出トランジスタｅａ　、　ｔｉ　、−の出力電
圧ｖ４はトランジスターによって基準電圧ｖ２ｒと比較
され、ｖ４がＶ２ｒよシもＶＤ＝＝０．７Ｖ以上小さく
なるとコレクタ電流１７が流れ、電流修正用の抵抗（ロ
）に供給される。

まず、トランジスターがオフのとき（１７＝　ｏ　）の
動作について説明する。第２の選択器６υのトランジス
タ働、ｈ、Ｉ４１の各ベース端子には、位置検出器（ロ
）のホール素子ａ’ｉ　、　（１１；　ａηの出力が印
加さ口、そのベース電圧に応じて共通エミッタ電流をコ
レクタ側に分配する。トランジスタ６→９輪、−の各゛
コレクタ電流は第２の駆動トランジスタ群（８）　、　
（９）　。

ａｏの各未−ス直流となυ、コイルＸ、Ｙ、Ｚへの通電
を一切換え制御している。

従って、動作検出器０〃、第２の選択器ｌ３１）及び第
２の駆動トランジスタ群＋８）　、　（９）　、α１に
よって第２の帰還ループが構成され、検出電圧ｖ４が基
準電圧Ｖ２ｒと等しくもしくは略等しくなるように動作
し、第２の駆動トランジスタの通電電流を第１のＭ動ト
ランジスタの通電電流と等しくする。これについてさら
に説明すれば、第１の駆動トランジスタの通電電流が第
２の駆動トランジスタの通電ｍ流よシも大きくなると、
第１の駆動トランジスタの動作重圧が小さくなシ、動作
検出器ＩＩ）の検出電圧ｖ４が小さくなシ、１６が大き
くなシ、第２の駆動トランジスタのベース電流、従って
コレクタ電流を大きくする。その結果、第２の駆動トラ
ンジスタの通＊直流が第１の駆動トランジスタの通電電
流と等しくなると共に、 Ｖ４　＃　Ｖ２　ｒ　　　　　　　　　　　　　　　・
・・（４）となる。

（２）、（３）、（４）式よシ、第１の駆動トランジス
タの通電時の動作電圧は、 ■ＯＥ＃”　＋　Ｒ４３（Ｌ　＋　ｉｓ）　Ｒ２６・Ｉ
ａ　　　　＋＋　（５）となシ、能動領域内の所定の小
さな電圧値（第１の所定値）となる。

この様な帰還ループを施こすならば、第２の選択器りの
および第２の駆動トランジスタ群（ｓ）　、　（９）　
。

００の動作が安定し、位置検出器０υに応動する通電ト
ランジスタの切換えは確実かつ円滑に行なわれる。なお
、コンデンサーは第２の帰還ループの位相補償（発振防
止）のためにつけられている。

次に、トランジスターおよび抵抗に）による電流修正動
作について説明する。モータの起動時点においては、速
度検出器（７１の出力信号Ｑυが小さく、電流変換器Ｃ
１３の出力電流１１が大きく、カレントミラー回路６Ｄ
の電流’２　＋　ｉｓが大きく、指令信号ｖ１および基
準電圧Ｖ２　ｒは大きく、指令信号Ｖｌに対応した直流
工ａがコイルＸ、Ｙ、Ｚに供給される（第１および第２
の帰還ループの動作）。モータが加速されるにつれて、
コイルの逆起電圧が大きくなシ、第２の駆動トランジス
タが飽和し、第１の駆動トランジスタも飽和していく。

すなわち、第１の駆動トランジスタの通電時の動作電圧
が小さくなシ、検出トランジスタａ埠、　鏝、（財）の
検出電圧ｖ４が小さくなる。ｖ４が（Ｖ２　ｒ−０，７
）Ｖよシも小さくなると、トランジスタ（ト）が活性と
なシ、コレクタ電流１７を抵抗（イ）に出力する。従っ
て、ｖｓ　＝　Ｒ２６’Ｉａ　＋　（Ｒ２７＋　Ｒ２６
）　・ｉｙ　　　　　　−（６）となる。第１の帰還ル
ープの動作によシ、Ｖｓ　＝　ｖｌとなるから、コイル
への供給電流工ａは、となシ、動作検出器（６）の出力
１７によって電流修正さｆｌ、第１の駆動トランジスタ
（５）　、　（６）　、　（７）の過度の飽和を防止し
ている。

このとき、第１の駆動トランジスタの通電時の動作重圧
は、 ＶｃＥ＝　Ｑ、７−４−　Ｒ４３（Ｉ４　＋　ｉｓ）　
　Ｒ２６・工ａ　　　−ｔ８Ｊとなシ、Ｉｔの所定値（
（５）式）よシも小さい第２の所定値に等しくなるよう
に電流修正がなされる。

なお、電流修正用の抵抗（イ）は電流検出用の抵抗（イ
）よシもかなシ大きくしである（Ｒ，＝１０．　、Ｒ２
，＝ＩＫΩ）。

本実施例では、動作検出器−をトランジスタとタイオー
ドと抵抗によって構成しているために、単一のシリコン
・チップ上に集積回路化が可能となる（抵抗、トランジ
スタ、ダイオードが集積化できるととは周知）。その結
果、第１図のモータ駆動回路部分をワンチップ集積回路
にて構成する場合に、外付部品が少なくなシ、製造が著
しく容易となる。また、その検出特性も相間のバラツキ
がなく、検出に必要な電流も小さくて良い。さらに、ラ
テラル構造またはサブストレート構造のＰＮＰ型トラン
ジスタを検出トランジスタとして使用するならば、ベー
ス・エミッタ間耐圧およびベース・コレクタ間耐圧が大
きくとれ、コイルでのスパイク電圧によって破壊される
恐れがなくなる。

また、本実施例では、第１の駆動トランジスタ群（５）
　、　（６）　、　（７）の通電時の動作電圧Ｖ。Ｅを
第１の所定値（（５）式）に制御している。ここで、（
５）式の電流ｉ３．工ａは共に速度検出器（７０の出力
信号（７］）に応動して連動変化している。従って、 Ｒ４３’　ｉ３ □〉１　　　　　　　　　　　　・・・（８）Ｒ２６・
工ａ。

となるように、抵抗に）、−の値Ｒ２６＊　Ｒ４３を選
定するならば、第１の所定値はコイルへの供給ｍ流Ｉａ
に連動変化し、Ｉａが大きくなると大きくなる。

このような動作は、特に、第１の駆動トランジスタの飽
和電圧を考慮すると重要となる。これについて第８図を
参照して説明する。トランジスタの飽和電圧は通ＷＬ電
流に比例して大きくなυ、逆に、能動領域は狭くなって
いくが、第１の所定値を通電電流に連動して大きくして
いくならば、第１の駆動トランジスタの通電時の動作電
圧はその通電電流の大小にかかわらず確実に能動領域内
の小さな電圧値となるように第２の駆動トランジスタ（
８）　、　＜９）　、　Ｑ＊の通電電流が制御される（
第２の駆さらに、第１の駆動トランジスタの通電時の動
作電圧が前記第１の所定値よシかなシ小さくなると、動
作検出器（Ｌ４υのトランジスタ６９が活性となシ、電
流修正用の抵抗（イ）に電流１７を供給してコイルへの
ｍ流工ａを減少させ、第１の駆動トランジスタの過度の
飽和を防止させている。これによシ、起動・加速段階に
おけるコイルへの供給電流のリップル（特に、電流路が
切換わる時点でのリップル）が著しく小さくなシ、騒音
、振動が大幅に軽減される。

なお、前述の実施例では、８相のコイルを星形結線した
例を示したが、本発明はそのような場合に限らず、一般
に、多相のコイルを有するモータを構成できる。また、
駆動トランジスタはバイポーラ形トランジスタに限らず
、電界効果形トランジスタでも良いことはいうまでもな
い。その他、本発明の主旨を変えずして種々の変形が可
能である。

以上の説明にて理解されるように、本発明のブラシレス
直流モータでは、第１の駆動トランジスタ群の通電状態
にあるトランジスタの動作電圧を検出し、その電圧が所
定の値（第１の所定値）となるように第２の駆動トラン
ジスタ群の通電状態にあるトランジスタの動作状態を制
御するので、モータジイルへの接続端子数は少なくて良
く、部品点？、　＊造工数は低減される。

また、第１の駆動トランジスタの動作電圧が前述の所定
値（第１の所定値）よシもかなｐ小さくなると、コイル
への供給電流を減少させる電流修正手段が動作し、トラ
ンジスタの過度の飽和を防止して騒音、振動を軽減して
いる。

従って、本発明に基づいて、音響機器または映像機器用
のブラシレス直流モータを構成するならば、安価に性能
の良い機器を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を表わす電気回路結線図、第
２図は第１図の回路の動作を説明するための図、第８図
はトランジスタの動作領域を表わす図である。 （１）　−−−マグネット、（Ｘ）　、　（Ｙｌ　、　
（Ｚ）−：ｌ　イ＃、（５）　、　（６）　。 （７）・・・第１の駆動トランジスタ、（８）　、　（
９）　、　Ｈ・・・第２の駆動トランジスタ、Ｑｌ）・
・・位置検出器、Ｑυ・・・電流制御器、（２）・・・
第１の選択器、（ホ）・・・電流検出用の抵抗、翰・・
・電流修正用の抵抗、恒・・・動作検出器、６υ・・・
第２の選択器、翰・・・速度検出器、Ｑ３・・・電流変
換ｉ、ｅｕ−・・カレントミラー回路 代理人　森本義弘 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、　界磁手段を有するロータと、複数相のコイルと、
   前記ロータの位置を検出する位置検出手段と、前記コイ
   ルに電流を供給する第１の駆動トランジスタ群と、前記
   位置検出手段の出力に応じて前記第１の駆動トランジス
   タ群のうち活性となるトランジスタを選択する第１の選
   択手段と、前記コイルと第１の駆動トランジスタ群によ
   る電流路に直列に挿入された第２の駆動トランジスタ群
   と、前記第１の駆動トランジスタの通電時の動作電圧を
   検出する動作検出手段と、前記位置検出手段の出力に応
   じて前記第２の駆動トランジスタ群のうち活性となるト
   ランジスタを選択し、その通電電流を前記動作検出手段
   の出力に対応した値となす第２の選択手段と、前記動作
   検出手段の出力に応じて前記コイルへの電流を変化させ
   る電流修正手段とを具備し、前記動作検出手段と第２の
   選択手段と第２の駆動トランジスタ群は前記第１の駆動
   トランジスタの通電時の動作電圧を所定値となすように
   動作し、前記第１の駆動トランジスタの通電時の動作電
   圧が前記所定値よりも小さくなるとさらに前記電流修正
   手段が動作し、前記コイルへの電流を減少させるように
   したブラシレス直流モータ。