JPS59139886A - Brushless motor - Google Patents

Brushless motor

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JPS59139886A
JPS59139886A JP58013054A JP1305483A JPS59139886A JP S59139886 A JPS59139886 A JP S59139886A JP 58013054 A JP58013054 A JP 58013054A JP 1305483 A JP1305483 A JP 1305483A JP S59139886 A JPS59139886 A JP S59139886A
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JP
Japan
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current
output
transistor
voltage
resistor
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JP58013054A
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JPH0527353B2 (en
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Shingi Yokobori
横堀 進義
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication of JPH0527353B2 publication Critical patent/JPH0527353B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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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
    • H02P6/10Arrangements for controlling torque ripple, e.g. providing reduced torque ripple

Abstract

PURPOSE:To eliminate the unnecessary torque loss and abnormal vibration of a brushless motor by controlling via a switching mode power source the collector vs. emitter voltage of an output transistor to become the prescribed current amplification factor capable of being predetermined by a resistor. CONSTITUTION:Assume that the only transistors Q3, Q4 of output transistors Q1-Q3 are conducted by the positional relation between a rotor 1 and an armature winding 3. Since the hFE of the Q4 varies in response to the collector vs. emitter voltage, the collector vs. emitter operation voltage of the Q4 when the loop gain of a negative feedback loop via a differential amplifier 20, a low pass filter 21, a position signal converter 5, Q3, windings L1, L3, Q4, and resistor 13 are sufficiently high are automatically determined, the hFE becomes constant, and the current amplification factor is maintained constantly. On the other hand, the Q3 is similarly operated to automatically determine the collector vs. emitter operation voltage of the Q3 when the loop gain of the negative feedback loop via a differential amplifier 24, a low pass filter 25, a switching mode power source 26, Q3, windings L1, L3, Q4, and resistor 13 is sufficiently high, and the hFE of the Q3 and the current amplification factor become constant.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はテープレコーダ、レコートフ1/−ヤ。[Detailed description of the invention] Industrial applications The present invention relates to a tape recorder and a record player.

ビデオテープレコーダ等に使用できるブラシレスモータ
に関するものである。
This invention relates to a brushless motor that can be used in video tape recorders and the like.

従来例の構成とその問題点 電機子電流をトランジスタで切換え、発生トルクを指令
入力で制御−するブラシレスモータは上述の産業分野で
多く利用されている。8相Wa子巻線を用いた代表的な
構成の従来例を第1図に示1゛。
Conventional Structure and Problems Brushless motors, in which armature current is switched by transistors and generated torque is controlled by command input, are widely used in the above-mentioned industrial fields. A conventional example of a typical configuration using an 8-phase Wa child winding is shown in FIG.

第1図において多極着磁された永久磁石回転子(1)と
電機子巻線(3)のそれぞれの巻線L1〜L8との回転
位置は位置検出器(2)で検出され、位置信号切換回路
(5) (7)へ伝達される。位置信号切換回路(5)
 (7)はそれぞれ8差動構成で、それぞれのコレクタ
が対応する出力トランジスタ* (tl) (8)のそ
れぞれのトランジスタQ1〜QB*Q4〜Q6のベース
へ接続されている。出力トランジスタB¥(6) (8
)はエミッタがそれぞれ共通に接続され、コレクタはプ
ッシュプル構成となるように対応する相同志が接続され
て、電機子巻線(3)の対応する相の一端一それぞれ接
続されている。出力トランジスタ鮮(6)の共通エミッ
タは!# (10へ接続され、出力トランジスタ群(8
)の共通エミッタは抵抗(至)を介して接地されている
。抵抗(至)の接地されていない端子θ→の電圧は電流
出力型差動増幅器(4)の反転入力(−)へ印加され、
差動増幅回路(4)の非反転入力(+)へはトルク指令
電圧(イ)が印加されて差動増幅回路(4)の出力はカ
レントミラー形式で位置信号切換回路(7)へ印加され
る。電機子巻線(3)の他端は共通接続されて差動増幅
回路(9)の反転入力(2)へ接続され、差動増幅回路
(9)の非反転入力(11)は分圧器OQによって電源
αQの電圧のTが印加されている。差動増幅回路(9)
の出力はカレントミラー形式で位置信号切換回路(5)
へ印加される。
In FIG. 1, the rotational positions of the multi-pole magnetized permanent magnet rotor (1) and the respective windings L1 to L8 of the armature winding (3) are detected by a position detector (2), and a position signal is detected. The signal is transmitted to the switching circuits (5) and (7). Position signal switching circuit (5)
(7) each has an 8-differential configuration, and each collector is connected to the base of each transistor Q1 to QB*Q4 to Q6 of the corresponding output transistor * (tl) (8). Output transistor B ¥ (6) (8
), their emitters are connected in common, their collectors are connected to their corresponding phases in a push-pull configuration, and one end of the corresponding phase of the armature winding (3) is connected to each other. What is the common emitter of output transistor Sen (6)? # (connected to 10, output transistor group (8
) are grounded through a resistor (to). The voltage at the ungrounded terminal θ→ of the resistor (to) is applied to the inverting input (-) of the current output type differential amplifier (4),
Torque command voltage (A) is applied to the non-inverting input (+) of the differential amplifier circuit (4), and the output of the differential amplifier circuit (4) is applied to the position signal switching circuit (7) in a current mirror format. Ru. The other ends of the armature windings (3) are commonly connected and connected to the inverting input (2) of the differential amplifier circuit (9), and the non-inverting input (11) of the differential amplifier circuit (9) is connected to the voltage divider OQ. The voltage T of the power supply αQ is applied by the voltage T of the power supply αQ. Differential amplifier circuit (9)
The output is a current mirror type position signal switching circuit (5)
is applied to.

いま、トランジスタQ、とQ4が導通状態にあるとして
第1図の動作説明を行う。電機子電流はトンンジスタQ
8→巻線Ll )巻線り、−→トランジスタQ4→抵抗
0の経路で流れ、端子α→の電圧とトルク指令入力電圧
(2)とが比較され、負帰還回路によって誤差がゼロと
なるように制御される。この結果、゛ぽ様子m流はトル
ク指令電圧(ト)で制御され、従って、モータの発生ト
ルクはトルク指令電圧αので制御される。一方、巻線L
I、L2.L8の共通接続点は差動増幅回路(9)によ
メる負帰還回路によって電源型圧のTに保持される。し
たがって電機子巻線(3)の電位は電源電圧の7の値を
中心にして変化し、トランジスタQa −Q4はほぼ同
じコレクタ・エミッタ電圧で動作するため、トルク指令
電圧、或はモータ回転数の増加によって巻線L1@L8
の両端の電圧が増加した場合はトランジスタQ8及びQ
4はほぼ同じ程度に飽和に達し、電源電圧の利用率が良
くなる。
The operation of FIG. 1 will now be explained assuming that transistors Q and Q4 are in a conductive state. The armature current is tonister Q
8→Winding Ll) Winding -→Transistor Q4→Resistance 0 The voltage at terminal α→ is compared with the torque command input voltage (2), and the negative feedback circuit makes the error zero. controlled by. As a result, the flow rate m is controlled by the torque command voltage (g), and therefore the torque generated by the motor is controlled by the torque command voltage α. On the other hand, winding L
I, L2. The common connection point of L8 is maintained at the power supply type voltage T by a negative feedback circuit formed by a differential amplifier circuit (9). Therefore, the potential of the armature winding (3) changes around the value of 7 of the power supply voltage, and since transistors Qa-Q4 operate with almost the same collector-emitter voltage, the torque command voltage or motor rotation speed By increasing winding L1@L8
If the voltage across transistors Q8 and Q increases
4 reaches saturation to approximately the same extent, and the utilization rate of the power supply voltage is improved.

この電源電圧はモータ起動時及びモータ回転時に必要な
発生トルクを得るためトランジスタQ8或ハQ4が飽和
しないよう十分高く設定されている。
This power supply voltage is set sufficiently high so as not to saturate the transistor Q8 or Q4 in order to obtain the generated torque necessary for starting and rotating the motor.

ここでトランジスタQ8及びQ4のコレクタ・エミッタ
間には、電源電圧から抵抗0の電圧降下、巻線Ll、L
8の直流抵抗による電圧降下及びモータの回転に伴う巻
線”le L8の逆起電圧の総和を減じた電圧が加わる
。しかるに、電機子電流が小さい時、或はモータ回転数
が低い場合は、トランジスタQa −Q4のコレクタ・
エミッタ電圧は高く、トランジスタQa −Q4の消費
電力は大きくなり、電力損失が大きいという不都合があ
る。
Here, between the collector and emitter of transistors Q8 and Q4, there is a voltage drop of 0 resistor from the power supply voltage, and a voltage drop between the windings Ll and L
A voltage is applied that is the sum of the voltage drop due to the DC resistance of No. 8 and the back electromotive force of winding L8 due to the rotation of the motor. However, when the armature current is small or the motor rotation speed is low, Transistor Qa - Collector of Q4
The emitter voltage is high, and the power consumption of the transistors Qa-Q4 is large, which is disadvantageous in that power loss is large.

また、電源電圧を下げた場合はトランジスタQ8或はQ
4 ti’飽和1′ることになり、その時、本来非導通
であるべきトランジスタQ1.Q2− Qs或はQ6に
も4流が流れるようベース電流が流れるため、モータ発
生トルクに対して有害な電機子電流が流れ、トルク損失
或は異常振動を起こすという不都合が生じる。
Also, if the power supply voltage is lowered, transistor Q8 or Q
4ti' becomes saturated 1', and at that time, the transistor Q1. Since the base current also flows through Q2-Qs or Q6, an armature current that is harmful to the torque generated by the motor flows, causing problems such as torque loss or abnormal vibration.

以上の不都合はブラシレスモータが利用される機器の小
型化、低消費電力化に対して大きな欠点となっている。
The above-mentioned inconveniences are major drawbacks in reducing the size and power consumption of equipment in which brushless motors are used.

発明の目的 本発明は上記の従来例の欠点を除去−fるものであり、
出力トランジスタの飽和を安定に防止するとともに、出
力トランジスタの消費゛電力を低減し、不要なトルク損
失及び異常をなくしたブラシレスモータを提供するもの
である。
OBJECTS OF THE INVENTION The present invention eliminates the drawbacks of the prior art described above.
The present invention provides a brushless motor that stably prevents saturation of an output transistor, reduces power consumption of the output transistor, and eliminates unnecessary torque loss and abnormality.

発明の構成 本発明のブラシトスモータは多極着磁された永久磁石回
転子と、一端が共通接続された復数相の軍機子巻線と、
前記回転子と前記電機子巻線との回転位置を検出する位
置検出器と、前記軍機子巻線の各相に接続された前記相
数に等しい組数のプッシュプル出力トランジスタ対と、
前記電機子巻線の電流路に直列に挿入された可変出力電
圧のスイッチングモード電源と、前記電機子巻線の電流
を検出する第1の電流検出手段と、前記第1の電流検出
手段の出力信号とモータトルク指令入力信号との差を増
幅する第1の増幅器と、前記第1の増幅器の出力を前記
位置検出器の出力に応じて切換え、前記出力トランジス
タ対の一方のトランジスタ群による前記軍機子巻線の通
電相を決定する第1の位置信号切換手段と、前記一方の
トランジスタ群のベース電流に応じた信号を出力する第
2の電流検出手段と、前記第1及び第2の電流検出手段
のそれぞれの出力信号の差を増幅する第2の増幅器と、
前記第2の増幅器の出力を前記位置検出器の出力に応じ
て切換え前記出力トランジスタ対の他方のトランジスタ
群による前記軍機子巻線の通電相を決定する第2の位置
信号切換手段と、前記他方のトランジスタ群のベース電
流に応じた信号を出力する第8の電流検出手段と、nu
記第1及び第8の電流検出手段のそれぞれの出力信号の
差を増幅する第8の増幅器とを具備し、前記一方のトラ
ンジスタ群のベース電流と前記第1の電流検出手段に流
れる電流の比を一定に保つよう前記他方のトランジスタ
群の導通状態を前記第2の増幅器で制御するとともに、
前記他方のトランジスタ群のベース電流と前記第1の電
流検出手段に流れる電流の比をも一定番ζ保つよう前記
スイッチングモード電源の出力電圧を前記第8の増幅器
の出力信号で制御して前記トルク指令入力信号に応じた
トルクを発生するように構成したのもで、出力トランジ
スタの電力損失を必要最小限に押さえ、かつ、その飽和
を防止することにより不要なトルク損失や異常振動をな
くすことができるものである。
Composition of the Invention The brush toss motor of the present invention includes a multi-pole magnetized permanent magnet rotor, a multi-phase armature winding whose one end is connected in common, and
a position detector that detects the rotational position of the rotor and the armature winding; a pair of push-pull output transistors in a number equal to the number of phases connected to each phase of the armature winding;
a switching mode power supply with a variable output voltage inserted in series in the current path of the armature winding; a first current detection means for detecting the current of the armature winding; and an output of the first current detection means. a first amplifier that amplifies the difference between the signal and the motor torque command input signal; and an output of the first amplifier is switched according to the output of the position detector, and one transistor group of the output transistor pair is used for the military aircraft. a first position signal switching means for determining the energized phase of the child winding; a second current detection means for outputting a signal according to the base current of the one transistor group; and the first and second current detection means. a second amplifier for amplifying the difference between the respective output signals of the means;
a second position signal switching means that switches the output of the second amplifier according to the output of the position detector and determines the energization phase of the armature winding by the other transistor group of the output transistor pair; eighth current detection means for outputting a signal according to the base current of the transistor group of nu;
an eighth amplifier for amplifying the difference between the respective output signals of the first and eighth current detection means, the ratio of the base current of the one transistor group to the current flowing through the first current detection means; controlling the conduction state of the other transistor group by the second amplifier so as to keep it constant;
The output voltage of the switching mode power supply is controlled by the output signal of the eighth amplifier so that the ratio of the base current of the other transistor group and the current flowing to the first current detection means is also maintained at a constant value ζ. It is configured to generate torque according to the command input signal, and by suppressing the power loss of the output transistor to the necessary minimum and preventing saturation, it is possible to eliminate unnecessary torque loss and abnormal vibration. It is possible.

来画例の説明 以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第2図
はその構成因である。
DESCRIPTION OF EXAMPLES Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on the drawings. Figure 2 shows its constituent factors.

永久磁石回転子(1)は8taiに着磁され、8相砒機
子巻線(3)は一端が共通接続された巻線Lt、L2゜
L8で構成されている。
The permanent magnet rotor (1) is magnetized to 8tai, and the 8-phase staggered rotor winding (3) is composed of windings Lt, L2°, L8, which are commonly connected at one end.

回転子(1)と電機子巻線(3)との回転位置は位置検
出器(2)で検出され、8組型号として位置信号切換回
# (6) (7)へ印加される。位置信号切換回路(
5)はNPNトランジスタによる8差動構成で、出方ト
ランジスタ群(6)を駆動する。位置信号切換回路(7
)はPNP)ランジスタによる8差動構成で、出力トラ
ンジスタ群(8)を駆動する。出方トランジスタn(6
)はエミッタが共通にスイッチングモード電源(至)の
出力端子に)へ接続されたPNP)ランジスタQ1゜Q
2.Qsから成り、出力トランジスタ群(8)はエミッ
タが共通に電流検出抵抗Qlへ接続されたNPNトラン
ジスタQ4 * Qs # Q6から成る。トランジス
タQlとQ4.Q2とQ5−Q8とQ6はそれぞれコレ
クタ同志が共通に巻線L8. L2. L里へ接続され
ている。カレントミラーによる2つの電流出方端子#O
1)を有する差動増幅回路(4)の非反転入力(十)は
トルク指令電圧(ト)の供給端子へ接続され、反転入力
(−)は抵抗(至)と出力トランジスタ群(8)の共通
エミッタとの接続点α◆へ接続されている。出方端子α
りは位置信号切換回路(7)の共通エミッタへ接続され
、出方端子(至)は一端が接地された抵抗ぐっと共に差
動増幅器(ホ)の非反転入力(+)へ接続されている。
The rotational positions of the rotor (1) and armature winding (3) are detected by a position detector (2), and applied to position signal switching circuits # (6) and (7) as an 8-set model number. Position signal switching circuit (
5) has an 8-differential configuration using NPN transistors and drives the output transistor group (6). Position signal switching circuit (7
) has an 8-differential configuration using PNP) transistors and drives the output transistor group (8). Output transistor n (6
) is a PNP) transistor Q1゜Q whose emitters are commonly connected to the output terminals of the switching mode power supply (to)
2. The output transistor group (8) consists of NPN transistors Q4*Qs#Q6 whose emitters are commonly connected to the current detection resistor Ql. Transistors Ql and Q4. Q2 and Q5-Q8 and Q6 each have a common collector winding L8. L2. It is connected to L-ri. Two current output terminals #O by current mirror
The non-inverting input (10) of the differential amplifier circuit (4) having 1) is connected to the supply terminal of the torque command voltage (T), and the inverting input (-) is connected to the resistor (to) and the output transistor group (8). Connected to the common emitter connection point α◆. Output terminal α
The output terminal (to) is connected to the common emitter of the position signal switching circuit (7), and the output terminal (to) is connected to the non-inverting input (+) of the differential amplifier (e) together with a resistor whose one end is grounded.

差動増幅器に)の反転入力(−)は抵抗03とトランジ
スタ群(8)との接続点O◆へ接続され、出力はローパ
スフィルタぐυ及びカレントミラートランジスタQta
p Q18をを介して位置信号切換回路(5)のエミッ
タへ接続されている。トランジスタQI4は、トランジ
スタQ15C1aとともにカレントミラーを構成し、ト
ランジスタQ18.Q14は等しい電流を出力1゛る。
The inverting input (-) of the differential amplifier) is connected to the connection point O◆ between the resistor 03 and the transistor group (8), and the output is connected to the low-pass filter υ and the current mirror transistor Qta.
It is connected to the emitter of the position signal switching circuit (5) via p Q18. Transistor QI4 forms a current mirror together with transistor Q15C1a, and transistors Q18 . Q14 outputs an equal current.

トランジスタQ14のコレクタはトランジスタQta 
e Q10の共通ベースへ持続されている。トランジス
タQ16゜’JI7はエミッタが共通に電源0Qへ接続
され、トランジスタQ17はダイオード接続されて、カ
レントミラーを構成している。トランジスタQ16のコ
レクタに)は抵抗に)を介して接地されるとともに差動
増幅器−の非反転入力(十〕へ接続されている。差動増
幅器−の反転入力(−)は、抵抗に)とトランジスタ群
(8)との接続点σ4へ接続され、出力はフィルタに)
を介してスイッチングモード電源(至)の制御端子へ接
続されている。スイッチングモード電源に)のwt源端
子は電源αQへ接続されている。
The collector of transistor Q14 is transistor Qta.
e Continued to a common base of Q10. The emitters of the transistors Q16'JI7 are commonly connected to the power supply 0Q, and the transistor Q17 is diode-connected to form a current mirror. The collector of the transistor Q16) is grounded through the resistor) and connected to the non-inverting input (10) of the differential amplifier.The inverting input (-) of the differential amplifier is connected to the resistor). Connected to the connection point σ4 with the transistor group (8), and the output is sent to the filter)
is connected to the control terminal of the switching mode power supply (to). The wt source terminal of the switching mode power supply) is connected to the power supply αQ.

次に第2図の動作について説明す゛る。電機子型流は、
スイッチングモード電源(イ)→出力トランジスタ群(
6)1巻線(3)→出力トランジスタR(8)−e抵抗
に)の経路で流れ、差動増幅回路(4)2位置部号切換
回路(7)、出力トランジスタ群(8)、抵抗03で構
成される負帰還ループによって差動増幅回路(4)の差
動入力がゼロになるように制御される。いま、回転子(
1)と電機子巻線(a)との位置関孫によって出力トラ
ンジスタQ1〜Q6のうち、トランジスタQ8とQ4だ
けが導通状態にあるとする。抵抗03にはトランジスタ
Q4のエミッタ電流だけが流れる。トランジスタQ4の
ペース電流I4は差動増幅回路(4)の電流出力端子O
Iから供給され、電流出力端子に)からも同じ大きさの
電流が抵抗いへ供給されている。抵抗(6)と抵抗a’
ttO値及び流れている電流値をそれぞれR1[1,R
17及びl1ls 117とすれば、差動増幅器に)の
入力電圧V20は Vmo=’Rt7°’17−Rl11’118  °”
−==−−−(1)となる。また、トランジスタQ4の
電流増幅率hFl]は となり、I4”’117であるから、式(1)はとなる
。トランジスタQ4のheldは第8図に示す様にコレ
クタ・エミッタ電圧VOffに伴って変化するから、差
動増幅器(ホ)、ローパスフィルタ←】)、位置信号切
換回路(5)、出力トランジスタQ8、巻線り。
Next, the operation shown in FIG. 2 will be explained. The armature mold flow is
Switching mode power supply (A) → Output transistor group (
6) Flows through the path of 1st winding (3) → output transistor R(8)-e resistor), differential amplifier circuit (4) 2-position switching circuit (7), output transistor group (8), and resistor The differential input of the differential amplifier circuit (4) is controlled to be zero by the negative feedback loop constituted by 03. Now, the rotor (
It is assumed that among the output transistors Q1 to Q6, only transistors Q8 and Q4 are in a conductive state due to the positional relationship between 1) and the armature winding (a). Only the emitter current of the transistor Q4 flows through the resistor 03. The pace current I4 of the transistor Q4 is connected to the current output terminal O of the differential amplifier circuit (4).
A current of the same magnitude is also supplied from the current output terminal to the resistor I. Resistance (6) and resistance a'
The ttO value and the flowing current value are respectively R1[1,R
17 and l1ls 117, the input voltage V20 of the differential amplifier (to the differential amplifier) is Vmo='Rt7°'17-Rl11'118°"
-==---(1). Also, the current amplification factor hFl] of the transistor Q4 is I4'''117, so the equation (1) becomes as follows.The held of the transistor Q4 changes with the collector-emitter voltage Voff as shown in FIG. Therefore, the differential amplifier (e), low-pass filter ←]), position signal switching circuit (5), output transistor Q8, and winding.

及びL8、出力トランジスタQ4、抵抗(ハ)で構成さ
れる負帰還ループのループゲインが十分高い時は入力f
’ll 圧Vg oはゼロとなるようにトランジスタQ
4のコレクタ・エミッタ動作電圧が自動的に決まる。
When the loop gain of the negative feedback loop consisting of L8, output transistor Q4, and resistor (c) is sufficiently high, the input f
'll Transistor Q so that the voltage Vg o is zero
The collector-emitter operating voltage of 4 is automatically determined.

従って式(3)より となる。式(4)の右辺は一定であるから、トランジス
タqのhpmは一定になる。トルク指令電圧が変われば
トランジスタQ4のエミッタ電流も変わり、第8図から
トランジスタQ4のコレクタ・エミッタ電圧も自動的に
変わる。イい換えれば、トランジスタQ4は電流増幅率
が一定に保たれるようにエミツタ電流に応じてコレクタ
・エミッタ電圧が自動制御されるから、巻線L1.L8
の両端の電位も電機子電流に対応して決まり、安定に動
作する。
Therefore, it follows from equation (3). Since the right side of equation (4) is constant, the hpm of transistor q is constant. When the torque command voltage changes, the emitter current of transistor Q4 also changes, and from FIG. 8, the collector-emitter voltage of transistor Q4 also changes automatically. In other words, since the collector-emitter voltage of transistor Q4 is automatically controlled according to the emitter current so that the current amplification factor is kept constant, winding L1. L8
The potential across both ends of the armature is determined according to the armature current, resulting in stable operation.

モータの回転数の増加に伴う電機子巻線逆起電圧の増加
、或は電機子電流の増加に伴う電機子巻線直流電圧降下
の増力実によって、トランジスタQ8のコレクタ・エミ
ッタ電圧は減少する。第8図に示したように、トランジ
スタのコレクタ・エミッタ電圧が減少すると、電流増幅
率も低下するから、トランジスタQ8はコレクタ電流に
比してベース電流が増加する。トランジスタQ3のベー
スN 流Iaは位置信号切換回路(5)を介してトラン
ジスタQ1Bから供′″給′され、その大きさはトラン
ジスタQ14のコレクタ電流と等しい。又、トランジス
タQ14のコレクタ電流はカレントミラートランジスタ
Q17゜Q16を介して抵抗に)へ印加されている。従
って低紙に)の電流値をI2□とすれば 122−18     °  ・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・  (5)である。
The collector-emitter voltage of transistor Q8 decreases due to an increase in the armature winding back electromotive force as the motor rotation speed increases, or an increase in the armature winding DC voltage drop as the armature current increases. As shown in FIG. 8, when the collector-emitter voltage of the transistor decreases, the current amplification factor also decreases, so the base current of transistor Q8 increases compared to the collector current. The base current Ia of the transistor Q3 is supplied from the transistor Q1B via the position signal switching circuit (5), and its magnitude is equal to the collector current of the transistor Q14. It is applied to the resistor () through the transistor Q17°Q16.Therefore, if the current value of (lower paper) is I2□, then it is 122-18°...
・・・・・・・・・・・・ (5).

一方、トランジスタQ8のコレクタ電流iosは、巻線
L1.L8を介してトランジスタQ4のコレクタ電流ど
なり、トランジスタQ4の電流増幅率11FFは式(4
)の値に保持されているから、 となる。
On the other hand, the collector current ios of transistor Q8 flows through winding L1. The collector current of transistor Q4 increases through L8, and the current amplification factor 11FF of transistor Q4 is expressed by the formula (4
), so it becomes .

であるから、式(6)より となる。Therefore, from equation (6) becomes.

差動増幅器−の入力電圧Vatは、抵抗に)の抵抗値を
R2□として、 V24””R2□・IS  R11l・11B   ・
・・・・・・・・・・・ (8)であり、式(7) #
 (8)より となる。
The input voltage Vat of the differential amplifier is as follows: V24""R2□・IS R11l・11B・
・・・・・・・・・・・・ (8) and formula (7) #
(8) From now on.

トランジスタQa (17) h、Il’はトランジス
タQ4と同様に第8図に示す様にコレクタ・エミッタ電
圧に伴って良化するから、差動増幅器(ハ)、ローパス
フィルタに)、スイッチングモード電源(ホ)、出力ト
ランジスタQ8、巻線L 171tF L @ s出力
トランジスタQい抵抗(2)で構成される負帰還ループ
のループゲインが十分高い時は、入力電圧Vlはゼロと
なるようにトランジスタQ8のコレクタ・エミッタ動作
電圧が自動的に決まる。従って式(9)よりとなる。式
Q0の右辺は一定であるから、トランジスタQJIのh
ail’は一定1(な、ろ。
Transistor Qa (17) h, Il' improves with the collector-emitter voltage as shown in Figure 8, like transistor Q4, so it can be used as a differential amplifier (c), low-pass filter), switching mode power supply ( e), output transistor Q8, winding L 171tF L @s When the loop gain of the negative feedback loop consisting of output transistor Q8 and resistor (2) is sufficiently high, the output voltage of transistor Q8 is set so that the input voltage Vl becomes zero. Collector-emitter operating voltage is automatically determined. Therefore, it follows from equation (9). Since the right side of equation Q0 is constant, h of transistor QJI
ail' is constant 1 (nah.

ここで、スイッチングモード電源(ホ)は制御入力すな
わち差動増幅器(ハ)の出力電圧の高低に応じて出力電
圧が変化するようになっている。
Here, the output voltage of the switching mode power supply (E) changes depending on the level of the control input, that is, the output voltage of the differential amplifier (C).

トルク指令111EEIE(ハ)が変われば、トランジ
スタQ4のエミッタ電流、さらにトランジスタQ8のエ
ミッタ電流も変わり、第8図から、トランジスタQ8゜
Q4のコレクタ・エミッタ電圧も自動的に変わる。
When the torque command 111EEIE(c) changes, the emitter current of the transistor Q4 and also the emitter current of the transistor Q8 change, and as shown in FIG. 8, the collector-emitter voltage of the transistor Q8°Q4 also changes automatically.

この電圧はトランジスタQB=Q4の特性で決まり、所
定のエミッタ電流を流すために最低必要な電圧である。
This voltage is determined by the characteristics of the transistor QB=Q4, and is the minimum voltage required to cause a predetermined emitter current to flow.

更に、素子ばらつき、トランジスタの温度変化に応じて
自動的に決まり、電流増幅率が一定に保持されているか
らトランジスタQs j−’ Q4 ハ飽和することな
く最低の電力消費の動作状態を維持する。スイッチング
モード電源に)の出力電圧は、トランジスタQ8のコレ
クタ・エミッタ間電圧、巻線り、、L8の直流抵抗によ
る電圧降下、トランジスタQ4のコレクタ・エミッタ間
電圧、抵抗(至)の電圧降下、及びモータ逆起電圧の総
和に等しくなり、電源alとの差はスイッチングモード
電源に)の内部損失となる。しかるに、スイッチングモ
ード電源であるため、電圧変換に係る電力効率は十分高
く、電機子電流の変化、或は、モータ回転数の変化によ
る電力損失は直列制御方式の電源を使用する場台に比べ
てはるかに小さい。またフィルタに)はローパスフィル
タであり、差動増幅器−を含む負帰還ループの安定性を
改善する。
Furthermore, since the current amplification factor is automatically determined according to element variations and transistor temperature changes and is kept constant, the transistor Qs j-' Q4 maintains an operating state with the lowest power consumption without saturation. The output voltage of the switching mode power supply (switching mode power supply) is the voltage between the collector and emitter of transistor Q8, the voltage drop due to the winding, the DC resistance of L8, the voltage between the collector and emitter of transistor Q4, the voltage drop across the resistor, and It is equal to the sum of the motor back electromotive voltages, and the difference from the power supply al is the internal loss of the switching mode power supply. However, since it is a switching mode power supply, the power efficiency related to voltage conversion is sufficiently high, and the power loss due to changes in armature current or motor rotation speed is lower than in a case where a series control type power supply is used. much smaller. Also, the filter) is a low-pass filter that improves the stability of the negative feedback loop that includes the differential amplifier.

第4図は可変出力電圧のスイッチングモード電源の一実
施例を示す。エミッタが電源端子(2)に接続されたス
イッチングトランジスタQ1Bのコレクタはコイル■を
介して出力端子のへ接続されている。ダイオード(イ)
はカソードがトランジスタQ1gのコレクタへ接続され
、アノードが接地されている。出力端子3θは平滑コン
デンサーを介して接地されている。比較器(至)の反転
入力(−)は出力端子に)へ接続され、非反転入力(+
)は制御端子(ハ)へ接続されている。比較器に)の出
力は制御回路0ηへ印加され、さらにスイッチングトラ
ンジスタQsBのベースへ印加される。制御回路0めは
トランジスタQ1aのスイッチング状態を制御し、ダイ
オードに)、コイルに)、コンデンサ■で構成される平
滑回路を介して出力電圧が比較器(至)へ帰還される。
FIG. 4 shows one embodiment of a variable output voltage switching mode power supply. The collector of the switching transistor Q1B, whose emitter is connected to the power supply terminal (2), is connected to the output terminal via the coil (2). Diode (a)
has a cathode connected to the collector of transistor Q1g, and an anode grounded. The output terminal 3θ is grounded via a smoothing capacitor. The inverting input (-) of the comparator (to) is connected to the output terminal (), and the non-inverting input (+
) is connected to the control terminal (c). The output of the comparator) is applied to the control circuit 0η and further applied to the base of the switching transistor QsB. The control circuit 0 controls the switching state of the transistor Q1a, and the output voltage is fed back to the comparator (to) through a smoothing circuit composed of a diode), a coil), and a capacitor (2).

制御端子に)へ印加される電圧と出力電圧との差がゼロ
になるように負帰還ループが動作し、出力電圧は制御端
子(至)の電圧に追従する。
The negative feedback loop operates so that the difference between the voltage applied to the control terminal (to) and the output voltage becomes zero, and the output voltage follows the voltage at the control terminal (to).

上記実施例において、モータの回転に伴って回転子(1
)と電機子巻線(3)の回転位置が変って、トランジス
タQ1〜Q6のうち導通するトランジスタが変化しても
、上述と同様の動作でトランジスタQ1〜Q6の動作電
位は巻線電流に対応して安定に変化する。
In the above embodiment, as the motor rotates, the rotor (1
) and the rotational position of the armature winding (3) and which of the transistors Q1 to Q6 is turned on changes, the operating potential of the transistors Q1 to Q6 corresponds to the winding current with the same operation as described above. and change stably.

なお、上記実施例は8相の場合について説明したが、本
発明は8相に限る必然性はなく、また、本発明の主旨を
変えずに種々の変形(例えば、位置信号切換回路(5)
或は(7)の出力側に電流増幅回路を挿入し、ぞの増幅
率に相当する分だけ抵抗α力或は抵抗に)の値を大きく
する方法、或は電流出力端子(ハ)韓やカレントミラー
トランジスタQ1s * Ql 4ノ屯流比を1以外の
値にして抵抗α′I)に)の値を変えろ方法等)、応用
の存゛「ることは言うまでもない。
Although the above embodiment has been described for the case of 8 phases, the present invention is not necessarily limited to 8 phases, and various modifications (for example, position signal switching circuit (5)) may be made without changing the gist of the present invention.
Alternatively, insert a current amplification circuit on the output side of (7) and increase the value of the resistance α force or resistance by the amount corresponding to the amplification factor, or connect the current output terminal (c) to the It goes without saying that there are many applications in which the current mirror transistor Q1s*Ql4 ratio is set to a value other than 1 and the value of the resistor α'I) is changed.

また、スイッチングモード電源についても種々の方式が
存するが、これらの方式によって本発明の主旨が損なわ
れないことは明白である。
Further, there are various systems for switching mode power supplies, but it is clear that the gist of the present invention is not impaired by these systems.

発明の詳細 な説明した様に、本発明のブラシレスモータは、抵抗で
予め決め得る常に一定の電流増幅率になるよう出力トラ
ンジスタのコレクタ・エミッタ電圧をスイッチングモー
ド電源で制御することによって出力トランジスタの電力
損失を必要最小限に押さえ、かつ、出力トランジスタの
飽和を防止することによって不要なトルク損失や異常振
動をなくすことができるものである。また、出力トラン
ジスタのコレクタ・エミッタ動作電圧は素子ばらつき、
動作電流、或はトランジスタ温度に自動的に追従するた
め、極めて安定した動作が得られる。したがって、ブラ
シレスモータ使用機器の小型化、低消費電力化に特に有
効である。
As described in detail, the brushless motor of the present invention controls the power of the output transistor by controlling the collector-emitter voltage of the output transistor with a switching mode power supply so that the current amplification factor is always constant and can be predetermined with a resistor. By suppressing loss to the necessary minimum and preventing saturation of the output transistor, unnecessary torque loss and abnormal vibration can be eliminated. In addition, the collector-emitter operating voltage of the output transistor may vary due to element variations.
Since it automatically follows the operating current or transistor temperature, extremely stable operation can be achieved. Therefore, it is particularly effective in reducing the size and power consumption of equipment using brushless motors.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はブラシレスモータの従来例の構成図、第2図は
本発明の一実施例の構成図、第8図はトランジスタのコ
レクタ・エミッタ電圧と電流増幅率の関係を示すブラフ
、第4図はスイッチングモード電源の一実施例の構成図
である。 (1)・・・回転子、(2)・・・位置検出器、(3)
・・・電機子巻線、(4)・・・差動増幅回路、(5)
 (7)・・・位置信号切換回路、(6)(8)・・・
出力トランジスタ群、(11aηに)・−・抵抗、OQ
・・・トルク指令電圧、翰(ハ)・・・差動増幅器、Q
◇に)・・フィルタ、に)・・・スイッチングモード電
源、■・・・比較器、0υ・・・制御回路、@・・・出
力端子、に)・・・制御端子、Be・・・電源端子 代理人  森本義弘
Fig. 1 is a block diagram of a conventional example of a brushless motor, Fig. 2 is a block diagram of an embodiment of the present invention, Fig. 8 is a graph showing the relationship between collector-emitter voltage and current amplification factor of a transistor, and Fig. 4 1 is a configuration diagram of an embodiment of a switching mode power supply. (1)...rotor, (2)...position detector, (3)
... Armature winding, (4) ... Differential amplifier circuit, (5)
(7)...Position signal switching circuit, (6)(8)...
Output transistor group (to 11aη) ---resistance, OQ
...torque command voltage, wire (c)...differential amplifier, Q
◇)...Filter, N)...Switching mode power supply, ■...Comparator, 0υ...Control circuit, @...Output terminal, N)...Control terminal, Be...Power supply Terminal agent Yoshihiro Morimoto

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、多極着磁された永久磁石回転子と、一端が共通接続
された複数相の電機子巻線と、前記回転子と前記電機子
巻線との回転位置を検出゛f−る位置検出器と、前記電
機子巻線の各相に接続された前記相数に等しい組数のプ
ッシュプル出力トランジスタ対と、前記it’ll子巻
線の電流路に直列に挿入された可変出力電圧のスイッチ
ングモード電源と、前記電機子巻線の電流を検出する第
1の電流検出手段と、前記第1の電流検出手段の出力信
号とモータトルク指令入力信号との差を増幅゛[る第1
の増幅器と、前記第1の増幅器の出力を前記位置検出器
の出力に応じて切換え、前記出力トランジスタ対の一方
のトランジスタ群による前記電機子巻線の通電相を決定
Tる第1の位置信号切換手段と、前記一方のトランジス
タ群のベース電流に応じた信号を出力する第2の電流検
出手段と、前記第1及び第2の電流検出手段のそれぞれ
の出力信号の差を増幅−リ′る第2の増幅器と、前記第
2の増幅器の出力を前記位置検出器の出力に応じて切換
え、前記出力トランジスタ対の他方のトランジスタ群に
よる前記電機子巻線の通電相を決定1°る@2の位置信
号切換手段と、前記他方のトランジスタ群のベース電流
に応じた信号を出力する第8の電流検出手段と、前記第
1及び第8の電流検出手段のそれぞれの出力信号の差を
増幅する第8の増幅器とを具備し、前記一方のトランジ
スタ群のベース電流と前記第1の電流検出手段に流れる
電流の比を一定に保つよう前記他方のトランジスタ群の
導通状態を前記第2の増幅器で制御するとともに、前記
他方のトランジスタ群のベース電流と前記第1の電流検
出手段に流れる電流の比をも一定に保つよう前記スイッ
チングモードm源の出力電圧を前記第8の増幅器の出力
信号で制御して、前記トルク指令入力信号に応じたトル
クを発生ずるようにしたブラシレスモーク。 2.第2の電流検出手段として、第1のカレントミラー
と第1の抵抗を用い、第1の増幅器として電流出力型の
差動増幅器を用い、前記電流出力を前記第1のカレント
ミラーで@1の位置信号切換器と前記第1の抵抗とに分
配し、前記第1の抵抗の両端の電圧を前記第2の電流検
出手段の出力と′リ−ることを特徴とする特許請求め範
囲第1項記載のブラシレスモータ。 8、第8の電流検出手段として、第2のカレントミラー
と第2の抵抗を用い、第2の増幅器として電流出力型の
差動増幅器を用い、前記電流出力を前記第2のカレント
ミラーで第2の位置信号切換器と前記第2の抵抗とに分
配し、前記第2の抵抗の両端の重圧を前記第8の電流検
出手段の出力とすることを特徴とする特許請求の範囲第
1項記載のブラシレスモータ。 4、 スイッチングモード電源は、電源端子と出力端と
制御端子とを具備し、前記制御端子に印加される第8の
増幅器の出方電圧に応じた電圧を出力することを特徴と
する特許請求の範囲第1項記載のブラシレスモータ。
[Claims] 1. Detecting a multi-pole magnetized permanent magnet rotor, a multi-phase armature winding whose one end is commonly connected, and the rotational position of the rotor and the armature winding. a position detector, push-pull output transistor pairs of a number equal to the number of phases connected to each phase of the armature winding, and inserted in series in the current path of the child winding. a switching mode power supply with a variable output voltage, a first current detection means for detecting a current in the armature winding, and a difference between an output signal of the first current detection means and a motor torque command input signal.゛[ru 1st
and a first position signal that switches the output of the first amplifier according to the output of the position detector and determines the energizing phase of the armature winding by one transistor group of the output transistor pair. a switching means, a second current detecting means for outputting a signal corresponding to the base current of the one transistor group, and amplifying and reproducing the difference between the respective output signals of the first and second current detecting means. a second amplifier, and the output of the second amplifier is switched according to the output of the position detector, and the energization phase of the armature winding by the other transistor group of the output transistor pair is determined 1°@2 a position signal switching means, an eighth current detecting means for outputting a signal corresponding to the base current of the other transistor group, and amplifying the difference between the respective output signals of the first and eighth current detecting means. an eighth amplifier, the conduction state of the other transistor group is controlled by the second amplifier so as to maintain a constant ratio between the base current of the one transistor group and the current flowing to the first current detection means. and controlling the output voltage of the switching mode m source by the output signal of the eighth amplifier so that the ratio of the base current of the other transistor group and the current flowing to the first current detection means is also kept constant. The brushless smoke generates torque according to the torque command input signal. 2. A first current mirror and a first resistor are used as the second current detection means, a current output type differential amplifier is used as the first amplifier, and the current output is detected by the first current mirror. Claim 1 characterized in that the voltage across the first resistor is distributed between a position signal switch and the first resistor, and the voltage across the first resistor is connected to the output of the second current detecting means. Brushless motor as described in section. 8. As the eighth current detection means, a second current mirror and a second resistor are used, a current output type differential amplifier is used as the second amplifier, and the current output is detected by the second current mirror. 2 position signal switching devices and the second resistor, and the heavy pressure across the second resistor is used as the output of the eighth current detecting means. Brushless motor as described. 4. The switching mode power supply includes a power supply terminal, an output terminal, and a control terminal, and outputs a voltage corresponding to the output voltage of the eighth amplifier applied to the control terminal. Brushless motor as described in Range 1.
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