JPS5915271Y2

JPS5915271Y2 - ブラシレスモ−タ駆動回路

Info

Publication number: JPS5915271Y2
Application number: JP1976156077U
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: JPS5372120U

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。

本考案は駆動回路″の消費電力を低減して、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゜１２、１３の巻回位置に対
応して配設され、且つロータ１の回転位置に応じた検出
出力を発生する位置検出素子例えばホール素子２１．２
２．２３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（−１
−Ｖｃｃ）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、
夫々のベースに抵抗器４１．４２．４３を含む負帰還ル
ープを有するアンプ５１．５２．５３の出力が供給され
るようになされる。

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が駆動するに十分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
定格回転時において、アンプ５１．５２．５３の出力電
圧Ｅｏ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°となるように設計する。

これらホール素子２１．２２．２３の入力端子の一端は
共通に接続されてインピーダンス変換用のアンプ３の出
力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。

アンプ３はその出力端子と反転入力端子が共通接続され
たもので、その非反転入力端子が抵抗器５を介して電源
端子に接続されると共に、ダイオード６１．６２．６３
を介してトランジスタ３１．３２．３３のコレクタに接
続される。

上述の構成で検出電圧Ｅｉは制御電流Ｉａに比例し、導
通しているトランジスタ３１．３２．３３のコレクター
エミッタ間の最小電圧とダイオード６１゜６２、６３の
順方向電圧降下との和よりなる電圧がホール素子２１．
２２．２３に印加され、その電圧に応じて制御電流Ｉｄ
が制御される。

従って、トランジスタ３１．３２．３３のコレクターエ
ミッタ間の飽和電圧が増加すると、ベース電流が増加す
るようになされ、トランジスタ３１．３２．３３のコレ
クターエミッタ間の飽和電圧が一定レベルになるように
制御される。

又、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の特価
抵抗をＲ１とし、抵抗器４１゜４２、４３の値をＲ２と
すればとなる。

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、制御電流Ｉｄ
が一定であれば、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、飽和時ではそのコレクタ電流Ｉｃは（３％
Ｑ）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３
２．３３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。

かかる定格回転時では、トランジスタ３１．３２．３３
の何れかに必ずコレクタ電流が流れてこれらのコレクタ
電圧は低下している。

即ち第４図においてＴ１□はステータコイル１１の通電
角を示し、Ｔ１□はステータコイル１２の通電角を示し
、Ｔ１３はステータコイル１３の通電角を示し、これら
各相の通電角は定格回転時で１２０°となされ、従って
通電角は互いに重なり合わない。

そして、第４図でトランジスタ３１のコレクタ電圧は実
線で示すものとなり、トランジスタ３２のコレクタ電圧
は一点鎖線で示すものとなり、トランジスタ３３のコレ
クタ電圧は破線で示すものとなる。

この第４図から明かなように定格回転時ではアンプ３の
非反転入力端子に与えられる電圧（以下これを検知電圧
と呼ぶ）は、小さくなり、ホール素子２１．２２．２３
に供給される制御電流Ｉｄも小さくなり、第３図Ｂで実
線にて示すようなレベルの検出電圧Ｅｉを発生するので
ある。

また、起動時では何れのステータコイルも電流が流れて
おらず検知電圧は、起動の瞬間には電源電圧（十Ｖｃｃ
）となるように大きい。

このためホール素子２１．２２．２３に対する制御電流
Ｉｄも大きくなる。

従って第３図Ｂ及びＣにおいて一点鎖線で示すように例
えばホール素子２１の検出電圧Ｅｉ及びアンプ５１の出
力電圧Ｅｏは大きくなり、同図り及びＥにおいて一点鎖
線で示すようにベース電流Ｉｂ及びコレクタ電流Ｉｃの
流れる区間が広がる。

即ち起動時においては実質的なステータコイルの通電角
は１８０°近くの広いものとなるのである。

上述せる所から明かなように、本考案では超微時にトラ
ンジスタ３１．３２．３３のコレクタ電圧が大きくなり
、それに見合ったベース電流Ｉｂ、ホール素子の制御電
流Ｉｄが流れるが、モータの負荷が軽くなるに従いコレ
クタ電流Ｉｃが減少するので、従来のように起動時め最
悪状態を想定して十分な駆黴電流を流せるようにし、然
もその値を起動及び無負荷の何れにおいても一定とする
のに比して駆動回路の消費電力を減少させることができ
る。

また、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検出電圧Ｅ
ｉ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５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５
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°まで少なくでき
るので効率は良い。

これと共に、前述のように駆動回路の消費電力が必要以
上に大きくならないので、この点でも効率を向上するこ
とができる。

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６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７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７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の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８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つ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〜第５図
はその動作説明に用いる波形図、第６図〜第８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、上記複数のステ
ータコイル及び上記複数の駆動用トランジスタの接続点
を複数のダイオードを介して上記複数の位置検出素子の
制御電流回路に接続し、上記複数のダイオードにより上
記複数の駆動用トランジスタの飽和電圧を検出し、上記
複数の駆動用トランジスタの上記飽和電圧が一定レベル
になるように上記複数の位置検出素子の制御電流を変化
させる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。