JPS5915272Y2

JPS5915272Y2 - ブラシレスモ−タ駆動回路

Info

Publication number: JPS5915272Y2
Application number: JP1976156078U
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: JPS5372121U

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．
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２１．２２．２３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（＋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のエミッタは共通の駆動
電流検出用の抵抗器３を介して接地され、夫々のベース
にアンプ４１、４２．４３の出力がベース電流として
供給されるようになされる。

これらアンプ４１．４２．４３の非反転入力端子には夫
々ホール素子２１，２２，２３の出力端子の一端が接続
される。

このアンプ４１．４２．４３は帰還素子としてコンデン
サ６を用いることにより、交流的な負帰還をがけ、出力
の周波数が高くなる（ロータ１の回転速度が上がること
に相当する。

）につれてアンプ４１．４２゜４３のゲインが下げられ
る。

この場合、アンプ４１゜４２、４３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４１．４２．４３のゲインが最も小さくなる
定格回転時において、アンプ４１．４２゜４３の出力電
圧Ｅ。

がトランジスタ３１．３２．３３にベース電流Ｉｂ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
共通に抵抗器４を介して電源端子に接続されると共に、
その他端は接地される。

また、ホール素子２１゜２２、２３の出力端子の他端が
共通に抵抗器５を介してアンプ４１．４２．４３の反転
入力端子に接続され、この反転入力端子がコンデンサ６
を介してトランジスタ３１．３２．３３のエミッタと抵
抗器３の接続点と接続される。

この場合、この抵抗器５とホール素子２１．２２゜２３
の共通接続点との接続点にはホール素子２１゜２２、２
３の出力電圧の中心電圧が得られる。

上述の構成でホール素子２１．２２．２３は外部磁束密
度Ｂとその入力端子に流れる制御電流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。今、ホール素子２１．アンプ４
１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４１のゲインは充分小さいので、アンプ４１
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４１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の湯
部を表わし、飽和時ではそのコレクタ電流Ｉｃは（’￥
’）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の検出電圧に応じがア
ンプ４２、４３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。

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。

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、検出用の抵抗器３の両端に発生する検出
電圧の周波数は低く、従ってコンテ゛ンサ６を通じアン
プ４１．４２．４３の反転入力端子に供給される検出電
圧のレベルは定格回転時より小さく、アンプ４１．４２
．４３のゲインは上昇する。

これらアンプ４１．４２．４３はトランジスタ３１．３
２゜３３と共にコンデンサ６を負帰還用のインピーダン
スとする交流負帰還アンプとして動作する。

アンプ４１．４２．４３のゲインが増加することにより
、トランジスタ３１．３２．３３のベース電流が大きく
なり、例えばアンプ４１の出力電圧ＥＯが第３図Ｃにお
いて合点鎖線で示すように大振幅のものとなり、同図り
及びＥにおいて一点鎖線で示すように、トランジスタ３
１にベース電流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、起動時における実質的な通電
角は１８０°に近いものとなる。

そして起動時から回転速度が上昇するにつれて抵抗器３
の両端に発生する検出電圧の周波数も上昇し、アンプ４
１．４２．４３の負帰還量が増加し、トランジスタ３１
．３２．３３のベース電流が小さくなる。

そのため定格回転時では前述のように通電角が１２０°
位に小さくなるのである。

なお。

上述の実施例では、検出用の抵抗器３を共通として、各
ステータコイル１１．１２．１３の駆動電流の総合され
たものに応じた検出電圧をアンプ４１、４２．４３に負
帰還するようにしたが、トランジスタ３１．３２．３３
のエミッタに夫々検出用の抵抗器を設けることにより各
相毎の駆動電流を検出して、夫々の検出電圧をコンデン
サを介して負帰還するようにしても良い。

上述せる所から明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°まで少なくでき
且つ鎖交磁束の多いところで通電するので効率は良い。

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続増加し、
次に飽和領域に達し、その複像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
ミッタ度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、３は駆動電流検出用の抵抗器、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を設け、該ロータに対して所定
の位置関係をもたせて複数のステータコイルを設けると
共に、該複数のステータコイルに対応して上記ロータの
回転位置を検出する複数の位置検出素子を夫々設け、上
記複数のステータコイルの夫々の一端を電源の一方の端
子に夫々接続し、該電源の他方の端子を接地し、上記複
数のステータコイルの夫々の他端を夫々複数の駆動用ト
ランジスタを介して負荷電流検出器の一端に夫々接続し
、該負荷電流検出器の他端を接地し、上記負荷電流検出
器の上記一端を帰還用のコンデンサを介して上記複数の
駆動用トランジスタに対応して設けた複数の差動増幅器
の夫々の反転入力端子に接続し、上記複数の位置検出素
子の夫々の一方の出力端子を上記複数の差動増幅器の夫
々の非反転入力端子に夫々接続すると共に上記複数の位
置検出素子の夫々の他方の出力端子を上記複数の差動増
幅器の夫々の反転入力端子に夫々接続し、上記複数の差
動増幅器の夫々の出力信号を上記複数の駆動用トランジ
スタの夫々制御端子に供給し、上記、帰還用のコンデン
サにより上記ロータの回転速度の上昇に応じて上記複数
の差動増幅器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。