JPS5915270Y2

JPS5915270Y2 - ブラシレスモ−タ駆動回路

Info

Publication number: JPS5915270Y2
Application number: JP1976156076U
Authority: JP
Inventors: 光男宇塚
Original assignee: ソニー株式会社
Priority date: 1976-11-19
Filing date: 1976-11-19
Publication date: 1984-05-07
Also published as: JPS5372119U

Description

【考案の詳細な説明】本考案はブラシレスモータ駆動回路に関する。

従来のブラシレスモータ駆動回路はステータコイルの接
続された複数個の駆動用トランジスタをスイッチング動
作させる際に、互いに一部期間が重なり合うようにオン
させたり、また位置検出素子の出力の生じる期間を互い
に一部期間が重なるようにしておいて電気的に駆動用ト
ランジスタのオン状態が重ならないように処理していた
。

本考案はこれら従来のものとは異なる新規な構成のブラ
シレスモータ駆動回路である。

本考案は効率を向上でき、また起動トルクを向上すると
共に、起動時のトルクリップルを減少でき、更に電磁音
を軽減できるブラシレスモータ駆動回路を提案せんとす
るものである。

以下、本考案の一実施例について説明するに、本例は第
１図に示すように、２極の永久磁石からなる円柱状のロ
ータ１と、ロータ１の外周に配されたステータコア２と
、このステータコア２に巻回された３つのステータコイ
ル１１．１２．１３と、これらステータコイル１１．１
２．１３の巻回位置に対応して配設され、且つロータ１
の回転位置に検出出力を発生する位置検出素子例えばホ
ール素子２１゜２２、２３とからなるブラシレスモータ
を駆動するようにしたものである。

そしてホール素子２１．２２゜２３からの検出出力によ
りステータコイル１１．１２゜１３に駆動電流を通電す
ることによりロータ１を回転させるようにしている。

第１図はステータコイル１１のみが通電されたときの駆
動電流の方向を示している。

更に、本例につき第２図以下を参照して詳述するに、ス
テータコイル１１．１２．１３の一端は電源端子（十ｖ
ｃｃ）に共通に接続され、その他端は夫々駆動用のトラ
ンジスタ３１．３２．３３のコレクタに接続される。

トランジスタ３１．３２．３３のエミッタは接地され、
夫々のベースにコンデンサ４１．４２．４３を含む交流
負帰還ループを有するアンプ５１．５２．５３の出力が
ベース電流として供給されるようになされる。

このアンプ５１．５２．５３は帰還素子としてコンデン
サ４１．４２．４３を用いることにより、交流的な負帰
還をかけ、出力の周波数が高くなる（ロ一夕１の回転速
度が上がることに相当する。

）につれてアンプ５１．５２．５３のゲインを下げるよ
うに帰還量が増加する。

この場合、アンプ５１．５２．５３のゲインは定格回転
時にステータコイル１１．１２．１３をトランジスタ３
１．３２．３３が駆動するに必要なベース電流が得られ
るように充分小さく設定する。

又、アンプ５１．５２．５３のゲインが最も小さくなる
電相回転時において、アンプ５１．５２．５３の出力電
圧Ｅｃがトランジスタ３１．３２．３３にベース電流Ｉ
ｂが流れ始める電圧例えば０．６５Ｖ以上となる期間を
１２０となるように設定する。

これらアンプ５１．５２．５３の入力端子には夫々ホー
ル素子２１．２２．２３の出力端子が接続される。

これらホール素子２１．２２．２３の入力端子の一端は
共通に接続されて抵抗器３を介して電源端子に接続され
ると共に、その他端は共通に接続されてダイオード４を
介して接地される。

上述の構成でホール素子２１．２２．２３は外部磁束密
度Ｂと制御電流Ｉｄに対して、Ｅｉ＝ＫＢＩｄなる検出電圧を発生する。

Ｋはホール定数である。そしてアンプ５１．５２．５３
の出力電圧Ｅｏは、ホール素子２１．２２．２３の等価
抵抗をＲ１とし、コンデンサ４１、４２．４３のインピ
ーダンスを２とすれば、Ｅｏ＝Ｅｉ（１＋ゑ）となる。

今、ホール素子２１．アンプ５１及びトランジスタ３１
を例に説明すると、ホール素子２１に第３図Ａに示すよ
うに回転角（電気角の意味である。

以下も同様）θに対して略正弦波状の磁束密度Ｂが作用
すれば、第３図Ｂに示すようにホール素子２１の等価抵
抗及びダイオード４による所定の直流レベルを有する略
正弦波状の検出電圧Ｅｉが発生する。

またアンプ５１のゲインは定格回転時では充分小さいの
で、アンプ５１の出力電圧Ｅｏは第３図Ｃに示すものと
なる。

この出力電圧Ｅｏが例えば０゜６５Ｖを越える点から次
段のトランジスタ３１に第３図りに示すようにベース電
流Ｉｂが流れ始める。

また、トランジスタ３１には第３図Ｅに示すようにコレ
クタ電流Ｉｃが流れる。

そしてアンプ５１の出力電圧Ｅｏが例えば１．２■を越
えるようになると、トランジスタ３１が飽和して、その
コレクタ電流Ｉｃが一定となる。

第３図Ｅの波形はトランジスタ３１の負荷が抵抗Ｒの場
合を表わし、飽和時ではコレクタ電流Ｉｃは（Ｖｆ−）
となる。

また、以上の説明は第３図Ｂ−Ｅにおける実線波形の定
格回転時の場合で、このときステータコイル１１の実質
的な通電角は１２０°と設計的に選択される。

従って他のホール素子２２．２３の検出電圧に応じてア
ンプ５２．５３の出力で上述と同様にトランジスタ３２
．３３が制御されることにより、ステータコイル１２．
１３の実質的な通電角も１２０°となり、各ステータコ
イル１１．１２゜１３に駆動電流の流れる通電区間は互
いに重ならないようになる。

また、起動時では、ロータ１の回転速度は定格回転時よ
り小さいので、アンプ５１．５２．５３の負帰還量は少
なく、アンプ５１．５２．５３のゲインは定格回転時よ
り大きい。

従って第３図Ｃにおいて一点鎖線にて示すように、例え
ばアンプ５１の出力電圧Ｅｏは大振幅のものとなり、同
図り及びＥにおいて一点鎖線にて示すように、トランジ
スタ３１のベース電流Ｉｂ及びコレクタ電流Ｉｃの流れ
る区間が定格回転時より広がり、起動時では実質的な通
電角は１８０°に近いものとなる。

そして、回転速度が上昇するにつれて、ホール素子２１
．２２．２３の検出電圧Ｅｉの周波数が上昇するので、
アンプ５１．５２．５３の負帰還量が増加してそのゲイ
ンが下がり、通電角がせまくなり、前述のような定格回
転動作となるのである。

上述せる所から明らかなように、本考案では起動時には
駆動用のトランジスタが飽和するに十分なベース電流が
流れるようにアンプ５１．５２．５３の出力電圧ＥＯが
増加するので、通電角が３相の場合で１８０°近くまで
広がり、第４図Ｂに示すように実効的な起動トルクが向
上する。

従来では起動時でも通電角が１２０°であるため、第４
図Ａに示すような起動トルクが生じていたのである。

然も、ロータ１からステータコイル１１．１２．１３に
対する鎖交磁束が正弦波状の場合では、通電角が１２０
°の場合に比して、通電角が１８０°近くの場合の方が
トルクリップルを減少することができる。

また、鎖交磁束が正弦波状に変化する場合では、通電角
が大きくなる程平均的な鎖交磁束は減少することになり
、従って効率（電気的エネルギーを機械的エネルギーに
変換する変換効率）が悪くなるが、本考案では定格回転
時では通電角を起動時に比べて１２０°前後まで少なく
でき且つ鎖交磁束が多いところで通電させるので効率は
良い。

更に本考案では電磁音を低減することができる。

即ち、従来のようにトランジスタが完全なオン・オフ動
作を行なうときでは、第５図において破線で示す鎖交磁
束に対して１相当りの駆動電流は実線で示すように急激
なレベル変化を有するものとなる。

ここでステータコイル１１．１２．１３は第６図Ａに示
すようにある区間同一方向に駆動電流が流れるように構
成されているから、第６図Ｂに示すように近接するステ
ータコイルの導線間で駆動電流による電流力が発生し、
駆動電流のレベルが急激に変化するとこの電流力も急激
に変化して、そのため電磁音が発生していたのである。

これに対して本考案では駆動用とトランジスタの動作は
、通電の最初は能動領域を通り徐々に電流が増加し、次
に飽和領域に達し、その後徐々に電流が減少するもので
あるから、第７図において実線で示すように駆動電流の
レベル変化が緩和されることになる。

従って電磁音を低減できるのであり、従来のように駆動
用のトランジスタのコレクタ・ベース間、コレクタ・エ
ミッタ間にコンデンサを挿入して電磁音を減少させる必
要がない利点がある。

なお、本考案は第１図に示すものと異なり、ロータがス
テータコアの外側に配されるブラシレスモータにも適用
でき、また位置検出素子としては、ホール素子以外に磁
気抵抗素子、充電素子等を用いるようにしても良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案を適用しうるブラシレスモータの構成図
、第２図は本考案の一実施例の接続図、第３図及び第４
図はその動作説明に用いる波形図、第５図〜第７図は電
磁音の低減の説明に用いる図である。１はロータ、１１．１２．１３はステータコイル、２１
゜２２、２３はホール素子、３１．３２．３３は駆動用
のトランジスタである。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

永久磁石よりなるロータと、複数のステータコイルと、
上記ロータの回転位置を検出する複数の位置検出素子と
よりなるブラシレスモータに対し、上記複数のステータ
コイルに夫々複数の駆動用トランジスタを接続し、上記
複数の位置検出素子の検出出力を夫々交流負帰還ループ
を有する複数のアンプに供給し、該複数のアンプの出力
を上記複数の駆動用トランジスタの夫々の制御端子に夫
々供給し、上記交流負帰還ループにより上記ロータの回
転速度の上昇に応じて上記複数のアンプの夫々のゲイン
を下げるようにして上記複数の駆動用トランジスタを制
御し、起動時に上記複数のステータコイルに通電区間の
重なりをもつ駆動電流を流すと共に定格回転時に上記複
数のステータコイルに通電区間の重なりのない駆動電流
を流すようにしたことを特徴とするブラシレスモータ駆
動回路。