JPS5836193A

JPS5836193A - 多相励磁パルスモ−タ駆動回路

Info

Publication number: JPS5836193A
Application number: JP13292381A
Authority: JP
Inventors: Narimoto Tenmiyo; 天明　成元
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1981-08-25
Filing date: 1981-08-25
Publication date: 1983-03-03

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】本発明は多相励磁するパルスモータの駆動回路に関し、
特に励磁回路にパルス幅変調方式の定電流回路を用いて
、モータ回転の立上りの改善と高能率な運転を行う多相
励磁のパルスモータ駆動回路に関する。

パルスモータでは小形で高トルク、高出力および高安定
のもの請求されるため、多相励磁されるのが普通となっ
ている。さらにモータ回転の立上の改善と高能率な運転
を行うため、励磁回路に供給する負荷電流をスイッチン
グ回路によるパルス幅制御によって制御するパルス幅変
調（ＰＷＭ）方式の定電流回路を用いる駆動回路も多く
なっている。この種の多相励磁パルスモーク駆動回路の
従来の例を図を参照して説明する。

第１図は、５相パルスモータの励磁コイルを２−３相励
磁して駆動するパルスモータ駆動回路の一例である。図
において、１は分配回路または相切換回路であり、入力
パルスφ。を受けて励磁の順序を決定するための信号を
作り出す。２人は励磁回路を流れる電流を電圧に変換す
る抵抗、３Ａは分配回路１からの相切換信号φえを受け
て励磁回路を付勢するトランジスタスイッチ、４Ａは比
較回路、５Ａはパルス幅変調器（ＰＷＭ）、６Ａはパル
ス幅変調器５Ａからの出力信号に応じてオン・オフ制御
されるトランジスタスイッチ、７Ａは励磁コイノベ　８
人は励磁回路をオフした場合に励磁コイルに発生する逆
起電力を抑制するダイオードである。これら２八〜８Ａ
から一つの相すなわち人相の励磁回路２ＯＡが構成され
ている。他の相、例えば、Ｂ相、Ｃ相、Ｄ相、Ｅ相の励
磁回路２０Ｂ〜２０Ｂも同様な要素によって構成される
。図では数字の後に相別の記号を付して示されている。

例えば、電流検出抵抗２Ｂ、トランジスタスイッチ３　
Ｂ　、比較回路４Ｂ、パルス幅変調器５Ｂ、トランジス
タスイッチ６Ｂ、励磁コイル７Ｂ、およびダンピングダ
イオード８Ｂによって励磁相Ｂの励磁回路２０Ｂが構成
されている。このパルスモータ駆動回路の動作の概要を
説明する。第３図の波形φ。に示されるような入力パル
スφ。が相切換回路ｌに入力されると、波形φ６〜φ８
に示されるような各励磁相の駆動用の相信号が相切換回
路１がら出力される。このパルスモータ駆動回路は２−
３相励磁を行う駆動方式となっているので、各相信号φ
八〜φＥは、時系列には、常に２つの相または３つの相
の相信号が高レベルとなり、２相励磁。

３相励磁が交互に繰返されて励磁相が順次切換っていく
ような信号となっている。例えば、第３図を参照すると
時刻ｔ。からは、Ａ相信号φＡが高レベルとなり、その
前から高レベルとなっているＤ相信号φＤとＥ相信号φ
Ｅとによって、Ｄ相、Ｅ相および人相の３相励磁となる
。次の時刻【、では、Ｄ相信号が低レベルとなるので、
Ｅ相および人相の２相励磁となる。さらに次の時刻ｔ２
からは、Ｂ相信号φＢが高レベルとなり、その前から高
レベルとなつでいるＥ相信号φＥ　とＡ相信号と輪共に
、Ｅ相、Ａ相およびＢ相の３相励磁となる。このように
２相励磁および３相励磁が交互に繰返されて、励磁相が
順次切換っていくような各励磁相の駆動用の相信号φＡ
〜φ８が各励磁回路２０Ａ〜２０Ｅに与えられる。各励
磁相の励磁回路２０Ａ〜２０Ｅはパルス幅変調器による
定電流制御できる構成をもつので、この定電流制御のた
めの基準電圧ＶＲが比較回路４八〜４Ｅに与えられる。

またパルス幅変調器駆動用の高周波のスイッチングパル
スも、各励磁回路のパルス幅変調器５八〜５Ｅに与えら
れる。基準電圧ＶＲを適当に設定しておくと、励磁回路
２０Ａは相駆動信号φＡによりトランジスタスイッチ３
Ａがオン状態となって動作状態にあるとき、励磁コイル
３Ａに流れる電流値を電流検出抵抗２八により検出し、
検出された電圧を比較回路４Ａによって比較し、比較出
力をパルス幅変調器５Ａに供給し、このパルス幅変調器
５Ａの出力によりトランジスタスイッチ６Ａをオン・オ
フ制御を行うことによって、励磁コイル３Ａを流れる電
流を基準電圧ＶＲに対応したものとするように定電流制
御を行う。このため、基準電圧ＶＲを適当に設定するこ
とにより、励磁コイルに流れる電流を任意に設定できる
。このような励磁回路に定電流制御を行’）　ＰＷＭ変
調方式を用いることにより、励磁コイルにかける電源電
圧を高く設定することで励磁の立上りを改善し、供給す
る電流も負荷状態に応じて、適宜制御されるので高能率
な運転を行うパルスモータ駆動回路が得られるが、この
回路では各励磁相の励磁回路ごとに、比較的に複雑な回
路構成のパルス幅変調回路などの定電流制御回路を持つ
ため回路が複雑であり、コスト的にも高くつくものであ
った。

これに対して、パルス幅変調回路などの定電流制御回路
を各励磁相の励磁回路ごとに持たす、励磁回路の全体を
−まとめにして定電流制御するパルスモータ駆動回路が
提案された。その回路の例を第２図に示す。第２図にお
いて、第１図と同じものは同じ符号を付して一部説明を
省略するが、第２図のパルスモータ駆動回路では、各励
磁相の励磁回路３０Ａ〜３０Ｂは電流検出抵抗、比較回
路、パルス幅変調回路などはもたず、励磁回路全体とし
て、各励磁相を流れる電７流の総電流値を抵抗２１こよ
り検出し、それを基準電圧ＶＲと比較回路４によって比
較し、この比較出方をパルス幅変調器５に供給し、この
パルス幅変調器の出方の高周波スイッチングパルスによ
す、トランジスタスイッチ５をオン・オフ制御して、定
電流制御するようになっている。単相励磁では、励磁回
路の全体を流れる電流も一相の励磁回路を流れる電流と
同じであり、定電流制御も容易に行なえるが、ここテハ
、２−３　相励磁して駆動するパルスモータ駆動回路で
あるため、励磁相数が２相、３相と切換るので各励磁相
の駆動用の相信号φＡ〜φＥにより、励磁相数を判別回
路４ｏにより判別し、定電流制御されるための電流設定
の基準電圧ＶＲを電圧発生回路５０により、複数の基準
電圧を切換えて出力し、比較回路４に加えられるような
構成となっている。そのため、各励磁相の励磁回路ごと
に定電流制御のための比較回路、パルス幅変調回路など
を持たないかわりに、相数判別回路４０と複数個の基準
電圧ＶＲを発生する基準電圧発生回路５ｏとが付加され
ている。なお、第１図では、図示を省略したが、３１は
フリーホイーリングダイオードであり、ＰＷＭ制御のト
ランジスタスイッチ６がオフのときの励磁コイルに流れ
続ける電流を順環電流として流すためのダイオードであ
る。

この第２図のパルスモータ駆動回路の動作を第３図の波
形図を参照して説明する。相切換回路ｌは入力パルスφ
。を受けて第３図に示すような各相信号φＡ〜φＥを出
力する。相数判別回路４０は各相信号φＡ〜φＥから、
２相励磁の時は論理出力°Ｌ。

を、３相励磁の時は論理出力°Ｈ°を出力するような多
数決論理回路で構成されており、第３図に示すような相
判別信号を出力する。基準電圧発生回路５０は、相判別
信号に応じて励磁回路に流れる総電流を設定する基準電
圧ＶＲを切換えて出力する。

１つの相の励磁回路に流れる電流値αに対応する設定電
圧をｖ４とすると、相数判別信号が１Ｌ１で２相励磁の
ときは、設定電圧２　Ｖ、を、相数判別信号がＨ’で３
相励磁のときは設定′嶋圧３ｖヶをそれぞれ切換えて出
力する。入力パルスφ。が相切換回路ｌに供給され、相
信号φＡ〜φＥが出力されて、−励磁指定された相が、
例えば人相、Ｂ相の２相である場合、相信号φＡ〜φＥ
でトランジスタスイッチ３Ａ、３Ｂがオン状態とされ、
入相励磁回路３０ＡとＢ相励磁回路３０Ｂが駆動される
。この時、励磁回路全体を流れる総電流は人相励磁回路
３０１１゜とＢ相励磁回路３０Ｂを流れる電流の和電流
であり、この電流を電流検出抵抗２により検出して比較
回路４に加える。その時、相数判別信号により基準電圧
発生回路５０は２相励磁の場合の基準電圧２Ｖ、を出し
ており、これが比較回路４の他方の入力端に加えられて
いる。比較回路４からの比較出力は、パルス幅変調回路
５に加えられており、電流検出結果と２相励磁の時の基
準電圧２Ｖ、が比較され、その比較結果に応じて、パル
ス幅の変化する高周波スイッチングパルスをパルス幅変
調回路５が生成し、トランジスタスイッチ６に加えて、
直流電源電圧ＶＤＤをスイッチングし、スイッチング幅
が制御され、人相励磁回路、Ｂ相励磁回路に供給される
電流の和が設定値に等しくなるように制御、される。次
の人相、Ｂ相、Ｃ相の３相励磁の場合も、人相、Ｂ相の
２相励磁の場合と同様に、人相励磁回路、Ｂ相励磁回路
、Ｃ相励磁回路に供給される電流の和が、設定値（この
場合、電流設定の基準電圧は３ｖ６）に等しくなるよう
に制御される。以後も同様に、Ｂ相、Ｃ相の２相励磁→
Ｂ相、Ｃ相、Ｄ相の３相励磁→Ｃ相、Ｄ相の２相励磁と
入力パルスφ。に応じて切換えられて駆動される。

ところで第２図のパルスモーク駆動回路で連続運転した
場合、第３図の波形図に示すように、各励磁回路に流れ
る各相電流ＩＡ−ＩＥは、それぞれの相の励磁指定区間
の間相数判別信号の切換りごとに電流値が上昇し、他の
間では電流値が一定であるようなものとなる。これは各
相の励磁回路は誘導性負荷を有するものであり、新たに
励磁指定された励磁回路の立上りが悪いことと、各相の
励磁回路の供給電流を、励磁回路全体の総電流として定
電流制御していることにより起こるものである。

このように、各励磁回路を流れる各相電流ＩＡ−ＩＥは
、励磁指定された相での各電流値は等しくならないため
、このようなパルスモータ駆動回路では構成が簡単にな
ったものの、モータの出力トルクの低下や、ピッチ角度
の不正確が生ずる欠点を有していた。

本発明の目的は上記のような欠点を改善することであり
、回路構成が簡単で各相の電流バランスが取れているこ
の種のパルスモーク駆動回路を提供することである。こ
のため本発明においては、各相の励磁回路に流れる′電
流を制限する電流制限回路を備えることにより、上記目
的を達成している。

本発明において特徴的なことは、第２図のパルスモータ
駆動回路における各相の励磁回路に流れる電流ＩＡ＝Ｉ
Ｅ（第３図参照）の最大値を所定値に押えることによっ
て、各相の励磁回路に流れる電流ＩＡ〜ＩＦのバランス
をとることである。すなわち各相の励磁回路を流れる総
電流値はパルス幅変調方式による定電流制御ループで、
常に設定値になるように制御されているので、各相の励
磁回路に流れる電流の最大値を所定値に制限することに
より、ある相に流れていた所定の制限値を越える電流を
他の相に流れるようにし、電流バランスをとることにし
ている。

次に本発明の実施例を図を参照して説明する。

第４図は本発明によるパルスモータ駆動回路の一実施例
である。第４図において、１は相切換回路、２八〜２Ｂ
は電流検出抵抗、３八〜３Ｂは相切換回路ｌからの相切
換信号φＡ〜φＥを受けて励磁回路３２Ａ〜３２Ｅを駆
動するトランジスタスイッチ、４は比較器、５はパルス
幅変調器、６はパルス幅変調器５からの出力信号により
オン・オフされ、励磁回路に流れる電流を制御するトラ
ンジスタスイッチ、７Ａ〜７Ｅは各励磁相の励磁コイル
、８八〜８Ｅは励磁回路をオフした場合に発生する逆起
電力を抑制するダイオード、３１はフリーホイーリンク
ダイオード、４０は相数判別回路、５（Ｎｔ相数判別信
号を受けて励磁回路に流れる電流に対する基準電圧を変
えて出力する基準電圧発生回路である。６０は加算器で
あり、各励磁回路に流れる電流を電流検出抵抗により検
出した電圧がそれぞれ入力される。加算器６０はそれら
を加算して励磁回路に流れる総電流値に対応する電圧を
比較回路４に供給する。この第４図のパルスモータ駆動
回路の構成は、第２図の回路と基本的には変ワりがない
が、ここで、特徴的なことは各励磁相の励磁回路に流れ
る電流を所定値に制限するための電流制限回路３３Ａ〜
３３Ｂとして、トランジスタスイッチ９八〜９Ｅを付加
していることである。各励磁相についても同様であるの
で人相の励磁回路３２Ａについて説明する。トランジス
タ９人はベースが電流検出２Ａとトランジスタ３Ｎのエ
ミッタに、コレクタがトランジスタ３人のへ一スに、エ
ミッタがグランドＧＮＤに接続されてイル。トランジス
タ９Ａのベース・エミッタ間電圧をＶｈｅとし、各励磁
相に供給する電流の設定値をαとしたとき、電流検出抵
抗２人の値ＲをＶｂｅ／αより少し低くなるように選ぶ
。このようにしておくと人相の励磁回路に流れる電流が
電流設定値αより少し多く流れると、トランジスタ９Ａ
はオントナリ、トランジスタ３へのベース電位をグラン
ド電位に落とすのでトランジスタ３人はオフとなる。つ
まり人相の励磁相回路に流れる電流はＶ１１ｅ／　Ｒ１
より大きく流れることはない。これは抵抗２人とトラン
ジスタ９Ａで帰還形定電流化回路を構成し、もってトラ
ンジスタ３Ａ、電流検出抵抗２Ａ、）ランジスタ９Ａに
よって、一種の帰還形定電流回路を構成しているからで
ある。人相の励磁回路が付勢されているときのトランジ
スタ９Ａ。

３Ａの動作は、実際は上述のような単純なオン・オフ動
作ではないが、トランジスタ３人のエミッタを通して流
れる電流が検出抵抗２人を通して検出され、この検出量
に応じてトランジスタ３人のベース電位を変えるので、
人相の励磁回路に流れるは所定値ｖｂｅ／Ｒ＋より大き
く流れることはない。

以上の説明より明らかなように、各励磁相に流れる最大
電流はｖｂｅ／Ｒ，以下に押さえられるため、従来のよ
うに各励磁相に流れる電流がアンバランスになることは
ない。

第５図は本発明によるパルスモーク駆動回路の他の実施
例を示す回路構成図である。電流制限回路３３Ａ〜３３
Ｅを比較器構成のオペアンプＩＩＡ〜ｔｔｇと抵抗２Ａ
〜２Ｅによって実現している。

オペアンプＩＩＡ〜ＩＩｇの出力端はトランジスタ３Ａ
〜３Ｅのベースに接続されている。第５図の回路の基本
構成は第４図の回路と同様であるが、第５図の回路では
電流検出抵抗２Ａ〜２ＥおよびオペアンプＩＩＡ〜ＩＩ
ｇで帰還形の定電流化回路を構成し、抵抗２八〜２Ｅ、
アンプＩＩＡ〜１１Ｅおよびトランジスタ３Ａ〜３Ｅで
帰還形定電流回路を構成している。第５図の回路におい
て、１は相切換回路、２Ａ〜２Ｅは電流検出抵抗、３八
〜３Ｂは各励磁回路を駆動するトランジスタスイッチ、
４は励磁回路の総電流値に対応する電圧と基準電圧値と
を比較する比較回路、５はパルス幅変調器、６はトラン
ジスタスイッチ、７Ａ〜７Ｅは各励磁相の励磁コイル、
８八〜８Ｅは励−回路をオフにした場合に励磁コイルに
発生する逆起電力を抑制するダイオード、３１はフリー
ホイーリンクダイオート、４０は相数判別回路、５０は
複数の基準電圧を発生する基準電圧発生回路、６０は励
磁回路の総電流値に対応する電圧を発生する加算器であ
る。これらの回路要素によって、各励磁相の励磁回路は
入力パルスφ。による相信号φＡ〜φＥにより順番に２
相励磁、３相励磁と繰返えされ、その励磁回路の総電流
値が基準電圧に応じてパルス幅変調方式の定電流制御さ
れる。これらは第３図および第４図のパルスモータ駆動
回路の基本動作と変わりがない。どの励磁相の励磁回路
についても同様であるから人相の励磁回路について説明
すると、相切換回路１からの相信号φＡが高レベルのと
き、励磁回路３３Ａを駆動するトランジスタスイッチ３
Ａがオン状態であり、この励磁回路は駆動されて、励磁
コイル７Ａに所定の電流が流れる。この電流は電流検出
抵抗２人を通るので、ここで電流検出が行なわれる。す
なわち励磁回路を流れる電流をα、検出抵抗２への抵抗
値をＲＡとすれば、ＲＡ・αの電圧が検出される。この
電圧と第２の基準電圧発生回路１２からの基準電圧ｖＲ
′とがオペアンプＩＩＡにより比較され、この電圧比較
に応じて、オペアンプＩＩＡが、抵抗２人の電圧が基準
電圧よりも高いと°Ｌ”（出力端アース接続）を、低い
とＨ′をトランジスタ３Ａのベースに印加する。したが
って、基準電圧ＶＲ／を旺・αよりやや大きめの値のＲ
Ａ・βに設定してお（と、入相の励磁回路に流れる電流
がβを越えると、トランジスタ３へのベース電圧をグラ
ンドレベルに近づけるようにオペアンプ１１人が動作す
るので、トランジスタ３人はその導通インピーダンスを
高くし、励磁回路に流れる電流を遮断するように動く。

これは一種の負帰還形の定電流回路を構成している。ｗ
Ｊ磁磁路路流れる各相の電流は第２図の波形図に示すよ
うに入力パルスに応じて段階的に変化し、トランジスタ
３Ａの動作もスイッチング的なものとなるが、基本的な
動作は帰還形の定電流回路の動作と変わりがない。

なお、オペアンプＩＩＡ〜ＩＩＥの出力をトランジスタ
３八〜３Ｅに印加するのにかえ、トランジスタ３人〜３
Ｅの間に電流制御用のトランジスタを介挿してそのベー
スにオペアンプＩＩＡ−１１ｇの出力を印加するように
してもよい。

以上に説明したように、いずれの実施例においても、要
するに各励磁相の励磁回路に電流制限用の回路を設ける
ことにより、各励磁相に流れる電流を所定値に押え、多
相駆動する場合の各励磁相の電流バランス゛を崩すこと
のないようにする。このように多相励磁のパルスモータ
駆動回路を構成することにより、簡単な構成で出力トル
クの低下やピッチ角度が不正確になることの虞れのない
パルスモータ駆動回路が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のパルス幅変調方式の定電流制御を各励磁
回路に用いる２−３相励磁パルスモ一タ駆動回路の回路
構成図、第２図は励磁回路を全体としてパルス幅変調方
式の定電流制御している２−３相励磁のパルスモータ駆
動回路の回路構成図、第：３図はその波形図、第４図は
本発明のパルスモーク駆動回路の一実施例を示す回路構
成図、第５図は本発明のパルスモーク駆動回路の他の実
施例を示す回路構成図である。ｌ：相切換回路　　　　４，４八〜４Ｅ：比較回路５．
５Ａ〜５Ｅ：バルス幅変調回路＋１Ａ〜１１Ｅ：オペアンプ　　Ｉ２：基準電圧発生回
路４０：相数判別回路　　　　５０：基準電圧発生回路
６０：加算器

Claims

【特許請求の範囲】

（１）励磁相数に応じた設定電流に対応する複数の基準
電圧を発生する基準電圧発生回路と、この基準電圧き励
磁相の総通電電流値に対応する電圧とを比較する比較回
路と、この比較回路の出力に応じて励磁回路の通電電流
をパルス幅制御するスイッチング回路を備えるパルス幅
変調方式の多相励磁パルスモータ駆動回路において、そ
れぞれが励磁回路のそれぞれの通電電流を制限する電流
制御回路を備えたことを特徴とする多相励磁パルスモー
タ駆動回路。
（２）電流制限回路は帰還形定電流化回路である前記特
許請求の範囲第（１）項記載の多相励磁パルスモータ駆
動回路。
（３）　　電流制限回路は、励磁回路の電流を電圧に変
換する手段、および励磁回路の電流制御素子の制御電圧
を該電圧に応じて制御する制御手段で構成した前記特許
請求の範囲第（２）項記載の多相励磁パルスモータ駆動
回路。
（４）　　電流制限回路は、励磁回路の電流を電圧に変
換する手段、およびこの電圧を基準電圧と比較する手段
を含み、前記電圧が基準電圧を越えるとき励磁回路の通
電を実質上止める構成とした前記特許請求の範囲第（２
）項記載の多層励磁パルスモーク駆動回路。