JPS59156181A - ブラシレス直流モ−タ - Google Patents

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】 産業上の利用分野 本発明は、コイルへの励磁電流をトランジスタによって
切換えるブラシレス直流モータに関するものである。

従来例の構成と問題点 ブラシレス直流モータでは、ロータ（モータ可動部）の
回転位置を検出して、その検出出方に応じて励磁電流を
多相のコイルに切換えることにより、所定方向にロータ
を回転駆動している。コイルへの励磁電流の切換えは、
複数個の出力トランジスタの活性・不活性を切換え制御
することにより行なわれている。従来、この励磁電流の
切換えに伴って、次のような問題が生じていた。

（υ　谷コイルからみると、急＃なパルヌ電流が流れる
ために、その電流とロータのマグネットの磁束との電磁
力がパルヌ的に光生することになる。その結果、コイル
がパルス的な電磁力の反作用により振動し、コイル鳴き
や鉄心振動を生じていた。すなわち、モータ音やモータ
振動を起こし問題となっていた。特に、平板状マグネッ
トの磁極に対向して円形状または扇形状の空心コイル全
装置した平面対向モータでは、コイルの固定がゆるやか
となり、コイルの振動をおきえることが難かしかった。

（２）各コイルのインダクタンヌと急激なパルス電流に
よりスパイク電圧が生じる。スパイク電圧はパルヌ″電
流の流れをさまたける方向に光生じ、電流の流れ始めの
時に過渡的に出力トランジスタを飽和させ、ＩＪｉＪ磁
電流の脈動を星じさせていた。励磁直流の脈動は電磁力
の脈動となり、モータ音やモータ振動の原因となっでい
た。特に、ビテオテープレコーダ用のモータのように速
度制御を施こすモータでは、速度制御の定常状態におい
て′電磁力の変動やモータ音・振動が生じると、回転速
度変動やテープ走行性能の悪化や不快なノイズ音となり
、大きな問題となっていた。

発明の目的 本９発明は、そのような点を考慮し、励磁電流の切換え
をなめらかにして、モータ音・振動を抑制し、良好な速
度制御の施こせるフラジレス直流モータを提供するもの
である。

発明の構成 不発明のフラジレス直流モータは、界磁用のマグネット
を有するモータ可動部と、前記マグネットの磁束と鎖交
する多相のコイルと、前記コイルに励磁直流を供給する
複数個の出力トランジスタと、１１１記モ一タ可動部の
位置を検出する位置検出手段と、ｍｌ記位置検出手段の
出力信号に応動して表化する出力信号を得る切換信号発
生手段と、指令信号発生手段と、前記切換信号発生手段
の出力信号ＶＣ苅応しｌｃ前記出力トランジスタを活性
にして、前記指令信号発生手段の出力に応動する励磁電
流を前記コイルに供給する分配手段とを具備し、前記分
配手段は、前記切換信号発生手段の出力信号をベース側
に印加された差動トランジスタからなる選択手段を含ん
でイ／（電源れ、前記選択手段の出力によって前記出力
トランジスタの活性・不活性を制御し、かつ前記切換信
号発生手段の出力信号の振幅値を前記指令信号発生手段
の出力に応じて変化させ、ｎＩＪ記励磁励磁電流さい時
に前記振１１も１値を小きくする様に構成して所期の目
的を達成したものでおシ、電流路の切換りを滑らかにて
きモータ音やモータ振動を著しく小さくできる。

実施例の説明 第１図に本発明の一実施例をらられす電気回路図を示す
。第１図において、０υはロータ（モータ可動部）Ｋ″
とりつけられた界磁用のマクイーット、μｓｕｇ　ａ＜
はヌテータに配設された３相のコイル、ｕｅ（１００η
は３相ノコイ＃　＠Ｑ３１１４４）に励磁電流稲、Ｉ、
、Ｉ、’４供給する出力トランジスタ、０均はマグネッ
）（Ｉυの磁束を感知するホール素子（４１）（４ワ（
４３）からなる位置検出器、囲は位置検出器に）の出力
信号（ａｌ　（ｂｌ　（ｃｌに応動して変化する電流路
切換用の信号（ｄｉ　（ｅ）　（ｆ）　’ｔ：出力する
切換１言号発生器、四は励磁電流の大きさを指令する信
号■、を得る指令信号発生器、■υは切換信号ω）（ｅ
ｌ（ｆ）に応じて出力トランジヌタ＠αθα力の通電を
・分配制御する分配器である。また、翰（ハ）はそれぞ
れ直流電源である。

次に、その動作について説明する。指令信号発生器（イ
）の速度検出器（３１）は、たとえば周波数発電機と周
期・電圧変換器にて構成され、モータの回転速度が遅い
とその出力を小さくし、所定の回転速度になると出力電
圧を大きくしてい、く。速度検出Ｂ叫）の出力は電流変
換器例に入力され、抵抗Ｉ３２　ｍｌによる所定の電圧
レベルと比較され、その両者の差電圧に応じた出力電流
ｉ、（吸込電流）を得ている。

＠２図に電流変換器ｔ３４１の具体的な構成例を示す。

入力電圧は差動トランジスタ（１０４Ｘ１０５Ｘ１０６
）（１０７）と抵、抗（１０２Ｘ１０３）によって比較
され、その電圧差に応じて定電流源（１０１）の電流’
Ｉ＋をコレクタ側に分配する。コレクタ電流１１２と１
１３はトランジスタ（１０８Ｘ１０９）によって比較さ
れ、差電流１１３　　’＋２がカレントミラー（トラン
ジスタ（１１０）（１１１））を介して出力され、電流
１１を吸引する。

電１光変換器（３４）の出力１１は、トランジスタ（３
５！　ｔ３らＩ　＋３７ｉ（５Ｕ、抵抗＋３８１　ｔ３
９１　競のカレントミラー回路に入力され、ｉに比例す
る電流１２．１５をそれぞれトランジスタＧ７）と６］
）のコレクタ側から出力する（」＾に抗ｔ３８１　＋３
９ｉいツカ５等しいとすると、１２−１３＝１１）。電
流１２は抵抗（４０）により指令信号■、に変換される
。″すなわち、抵抗１４０）の値をＲ４ｏとすれば ■Ｉ　−Ｒ４０−”　２ ”Ｒ４０”Ｉ　　　　・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・　（１）となる
。切換信号発生器（１つのトランジスタＱ）υの出力室
ａｉ５は定電流源Ｑの定”　７７”ｂ　Ｉ　４と加す♂
合成され、合成１拍、流ｉ５は １５＝１３＋工４ ＝ｉ、＋１４　　　・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・　（２）と
なる。

％Ａ　ｆｉｌ　Ｉ　ｓはトランジスターＭｖ、ｊの共通
エミッタ電流として供給烙れる。トランジスター−（４
）の各ベース側には、位置検出器（ト）のホール累子け
１）　（４２１＋４３＋の出力（ａｌ　（ｂ）　（ｃ）
が印加されている。ホール素子（４１１（４２）　（４
３１はマグネット（Ｊυの磁束を感知し、マグネットα
υの回転に伴って３相のアナログ信号（ａｌ　（ｂｌ　
（ｃ）を出力する（第４図ｋ）参照）。通常、ホール素
子の磁界検出感度が小さく、その出力電圧の振幅値は５
０ｍＶＰＰ程度である。ホール素子（４１）（ｄ　＋４
３ｉの出力（ａｌ　（ｂｌ　（ｃｌの相対電圧差にｊ５
じて、トランジスタ■曽（４）は共通エミッタ電流ｉ５
ヲ各コレクタ側に分配する。トランジスタ費のコレクタ
電流１７はダイオード６η、トランジスタ（財）のカレ
ントミラーにより反転し、抵抗Ｑつに電流路切換用の信
号（切換信号）（ｄ）を得ている。同ｉに、トランジス
タ曽のコレクタ電流１８によって切換伯娯ｅ）を作り出
し、トランジスタ輪のコレクタ電流ｉ、によってｕＪ換
倍信号ｆ）を作り出している（Ｘ己４し、］（ロ）称照
）。切換信号（ｄｉ　（ｅ）　（ｆ）の共通゛電位は抵
抗ｔ６＋ｊ　（Ｉす、トランジスタ輪によって与えられ
ている。捷た、切換信号（ａｌ　（ｅ）　（ｆｌの振幅
値ＷＰＰは、電流ｉ５と抵抗←腸（転）燐の値（抵抗値
は等しい）によって決丑り、 ＷＰＰキＲ５９”５ ＝Ｒ・（ｉ十Ｉ）・・・・−・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・（３ン５９　　１　　４ となる。電圧Ｗ４．と■１は電流変換器（３４）の出力
ｌ、に応じて変化し、ｉ、が大きい時にはｖＭＷＰＰは
大きくなり、１１が小さい時には■７．ＷＰＰは小さく
なる（Ｗｌ、は約３００ｍＶから約１００ｍＶの間ヲｉ
、の値に応じて変化する）。すなわち、指令信号ｖ１の
大ぎさに連動して切換信号（ｄｌ　（ｅ）ば）の振幅値
Ｗ２．全便化させ、■、が小さい時Ｋｖ〒Ｐヲ小さくし
ている。

指令信号Ｖ、は分配器シηの電流制御器（７υの止転入
力端子に加えられ、その反弘入力喘子に扉えられた電流
検出器Ｑ樽の出力Ｖ２と比較きれ、その両者の差に対応
した亙ｆ＞ｉｆ、　ｉ　６を出力する。

第３図に￥（ｉ：流１ｊｉ１］御器（ハ）の具体的な構
成例を示す。

入力電圧差に応じて定電流源（１２１）の電流１１４を
コレクタ電流’＋５と’Ｌ６に分配し、’＋ｓと１１６
をトランジスタ（１２８Ｘ１２９）にて比較し、その差
電流’＋６　’＋５をトランジスタ（１３０Ｘ１３１）
にて増幅し、トランジスタ（１３２）（１３３）、抵抗
（１３４Ｘ１３５）のカレントミラーを介して出力し、
′間流ｉ６を流出している。

電流制御器ｑηの出力電流ｉ６は選択器Ｑりの共通エミ
ッタ電流になっている。選択器（ハ）の差動トランジス
タσΦＶωｑＱの各ベース端子には、切換信号発生器Ｏ
りの出力′電圧（ｄｌ　（ｅｌ　（ｆ）がそれぞれ印加
されている。

切換信号（ｄｉ　（ｅｌ　（ｆ）はマグネッ）（１υの
回転位置（ホール素子Ｆ４１１　ｔ、ｉｗ　ｔｅａの出
力信号（ａｔ　（ｂ）　（ｃｌ）に対応する３相のアナ
ログ電圧信号であり、差動トランジスタ（７４１（７５
（７６はそのベース電圧差に応じて差動的に動作し、共
通エミッタ’ｉｆ　ｌｉｉ　ｌ　ｂを各コレクタ電流に
分配する。

その結果、ベース電圧の最も低い差動トランジスタのコ
レクタ電流が最も大きくなり、他の差動トランジスタの
コレクタ電流はそのベース電圧差に応じた小さな値とな
る。その関係式は ｉ　　＝ｉ　　＋ｉ　　＋ｉ　　　　・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・　　（４）６ｋ　　
　　　ｌ　　　ｍ ｄ　　ｅ−Ｖ、ｌｎ（＋、／　’ｋ）　　・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・　　（５
）ｅ　−ｆ　＝ＶＴ／ｎ（ｉｍ／　ｉ　ｚ）　　・・・
・・・・・・・−・・・・・・・・・・・・・・・・　
　（６）ｆ−ｃｌ＝Ｖ、／ｎ（ｉ、／ｉｍ）　　・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・　
　（７）となる。ここ（ＣＳ＋１＋Ｉ　ｚ、１ｍはそれ
ぞれ差動トランジスタ（７４）ＣＩ物ｑりのコレクタ電
流でめり、Ｖ、　＝　ｋＴ／ｑ（ｋ：ボルツマン定数、
１゛：絶対温度、ｑ：電子電荷量）である。すなわち、
マグネッ）　（ＪＩＪの回転に伴う切換信号（ｄｌ　（
ｅｌ　（ｆ）のアナログ的な変化によす（第４図（ロ）
参照）、差動トランジスタ（７４）　（７６１（７ｔｌ
ｅのコレクタ″巾：流１　ｙ　＋　１１　＋　Ｉｍは（
４）弐〜（７）式に従って差動的に変化していく。

トランジスタ（７−１）　（７！Ｇ　（７ｆ１９の各コ
レクタ電流ｉ□、Ｉｚ、１．。

は出力トランジスタｑ椴αＧ　（１’７）の各ベーヌ奄
流となり、電流増幅された励磁電流Ｉ、、Ｉｈ、Ｉ、が
出力され、コイルＯ’Ｊ　（１３Ｃ１０）に供給される
。コイル（６）α■滲ρ合成の励磁電流Ｉ、＝Ｉ、十Ｉ
、十Ｉ、は電流検出器Ｑ３の抵抗（ハ）の電圧−下とし
て検出され（出力トランジスタのべ一ヌ電流は無視）、
電流制御器（７１）、選択器ｇの、出力トランジスタ（
１５１ＱｅｊＱ力および電流検出器Ｃ！３によって帰還
ループが構成され、コイル（２）け１０勺への励磁電流
１１をイ亀実に指令１８号Ｖ１に対応した値になしてい
る。実際に、は、図示のＶ、とＶ２が等しくなるように
制御がかかり、 Ｉ　、　＝　Ｉ、＋Ｉ、十Ｉ　、＝Ｖ、／Ｒ７７・・・
・・・・・・・・・・・・　（８）となる。ここに、Ｒ
７７は抵抗（ハ）の値である。

なお、コンデンサＣ１Ｆ！ｊは上述の帰還ループの位相
補償（発振防止）のためにつけている。また、コイル叫
μ４α→に並列に接続された抵抗侶υ轡■とコンデンサ
（イ）■（ハ）の直列回路は、通電路の切換えに伴°う
スパイク電圧を低減するものである。

いま、出力トランジスタα５Ｑｔ９σηの電流増幅度り
いが等しいものとすれば、 Ｉ、＝ｈＦ、・ｉ、　　　　・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・−・′（９）Ｉｈ＝ｈＦＥ
・ｉ、　　　・・・・・・・−・・・・・・・・・・・
−・・・・・・・　　００■、＝ｈ　−１・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・　　αυ
ＦＥｍ となる。（９）〜ａυ式から１１．Ｉｚ、Ｉｍを求めて
、（５）〜（７）式に代入し、式変形すると １、／Ｉｇ＝ｅｘｐ（（ｄ−ｅ）／Ｖ、）　　　・−−
−ａ３Ｉ　、／Ｉ、　＝ｅｘｌ）［ｅ−ｆ）／ＶＴ）　
　　＝’・””””　　　０３■ｇ／Ｉ　＋　＝　ｅｘ
ｐ（（ｆ−ｄ）／ＶＴ）　　−−−α勇となる。すなわ
ち、切換信号（ｄｌ　（ｅ）　（ｆｌＯ差電圧に応じた
電流Ｉｇ、Ｉ１．Ｉｉが各相のコイル叫贈α４に供給さ
れる。また、（８）式より合成励磁電流Ｉ、＝Ｉｇ＋Ｉ
、十Ｉ。

は指令信号Ｖ、に応じた値になっている。

第４図（イ）〜（へ）にマグネットα刀の回転に伴う各
部分の波形図を示す。第４図（イ）は位置検出器（至）
の出力信号（ａｔ　（ｂｌ’　（ｃｌの波形を示し、第
４図（ロ）は切換信号発・生詰（１１の切換信号（ｄ）
　（ｅ）　（ｆ）の波形を示し、第４図（ハ）に）（ホ
）に各相のコイルα２　Ｃ１３（１４１への励磁電流１
ｇ、Ｉ、。

１１の波形を示し、第４図（へ）に合成励磁電流Ｉ、の
波形を示す（指令信号ｖ１は一定とする）。

各相の励磁電流Ｉ、、Ｉ、、１．は、切換信号（ｄｉ　
（ｅｌ、（ｆ）、のなだらかな変化に対応して滑らかに
切換っていく。

その切換わ９の角度幅Ｚ（電流値が１．の９０％から１
０％になる角度幅）は、切換信号（ｄｌ（ｅｌ（ｆｌの
波形と振幅値ＷＰＰに関係して変化する。すな６ち、−
が大きいときにＺは小さくなり、ＷＰＰが小さいときに
Ｚは大きくなる。Ｚが小さくなると、コイルへの励磁電
流１．、Ｉｈ、’Ｉ、はパルス的な立上りおよび立下り
となるために、コイル振動を訪起してモータ音やモータ
振動の原因となる。また、スパイク市圧も大きくなる。

一方、Ｚが大きくなりすき゛ると、不要な相のコイルに
励磁電流が供給され、発生力の１振動や効率の低下を招
いてしまう。

そこで、本実施例では、七−夕の起動・加速時点のよう
に指令信号Ｖ、（ｉ、に比例）が大きくて大きな励磁電
流■・を供給するときには、切換信号光生詰四の出力信
号（ｄｉ　（ｅｌ　（ｆ）の振幅値ｗＰＰ（ｉ５−１３
＋１４に比例）を大きくして、不要な相への電流を防止
して発生力の低下を防ぎ、大きな起動力によって短時間
に起動・加速が完了するようにしている。また、モータ
の速度制御の安定状態のように指令信号Ｖ、が小さくて
小さな励磁電流■、を供給するときには、切換信号（ｄ
ｉ　（ｅｌ　（ｆ）の振幅を小さめにして、電流切換を
なだらかにしてモータ音・振動を防ぎ、かつ、スパイク
電圧を小さくしてその影響がでないようにしている。こ
れにより、モ、−夕振動に起因する装置性能の低下や不
快音を著しく小さくしている。

第５図に本発明の他の実施例を表わす電気回路図を示す
。本実施例では、各出力トランジヌタ四頭σ力のベース
とエミッタの間（またはベースと電源の一側端子の間）
に電流源（２０１Ｘ２０２Ｘ２０３）を挿入して、選択
器＠の差動トランジスタｆ４　ｆｅ　Ｇ’Ｑの出力１１
．１□”ｍのうちで、その電流値が相対的にかなシ小さ
い相の出力トランジスタラ確実にオフにするようにして
いる。電流源（２０１Ｘ２０２Ｘ２０３）の電流値を電
流制御器（ハ）の出力電流ｉ６（選択器（ハ）の共通エ
ミツク′市流）に゛比例させるならば（電流１直をｉ６
の１／１５程度にする）、不要な相への励磁電流を確実
にオフさせることができると共に、励磁型・流の切換え
に悪影響を与えない。

また、本実施例では、指令信号発生器（イ）の電流変換
器（３４）の出力側にコンデンサ（２０５）、抵抗（２
０４）を挿入シて、ローパスフィルタを形成することに
より、電流１１の急激な変化に対して指令信号Ｖ、およ
び切換信号（ｄ）　（ｅ）　（ｆｌの変化がゆるやかに
なるようにしている。これにより、各相の励磁？「流Ｉ
、、Ｉ、、Ｉ。

の急激な変化がなくなり、ヌパイク電圧の発生が抑制さ
れる。なお、このコンチン′ｊ（２０５）　ｆ：）ラン
ラスタβ１ンのコレクタ側と電源端子の間に接続してロ
ーパスフィルタを構成し、切換信号、（ｄｌ　（ｅｌ　
（ｆｌの急激な変化のみを防止するようにしても良い。

第５図の実施例の全体の動作は、前述の第１図の動作と
同様であり、説明を省略する。

本発明の構成のブラシレス直流モータは、コイルに発生
する逆起電圧（交番電圧）を検出してパルス信号を作り
、そのパルス信号の周期にもとづいて速度制御をなすモ
ータに好適である（たとえば、特公昭５７−１８４３３
号公報または特公昭５７−１８４３４号公報に記載の電
動機）。その理由は、励磁電流が小さい時に切換信号の
振幅を小さくし、励磁電流が大きい時に切換信号の振幅
を大きくしていることから、電流の大きい時であっても
電流を供給するコイルが確実に切換えられ、検出パルス
信号に誤差（励磁電流の分流分による電圧降下による誤
差）が生じないために、パルス信号の周期は確実にモー
タの回転速度に対応するものとなる。従って、モータ負
荷が大きい場合にも、確実な速度制御が可能となる。

なお、前述の各実施例では、回駆形のブラシレス直流モ
ータを例にとって説明したが、本発明はそのような場合
に限らず、モータ可動部が直進移動スるブラシレス直流
モータでβっでも良い。その他、本発明の主旨を変えず
して種々の父形が可能である。

発明の効果 本発明のブラシレス直流モータは、電流路の切戻りが滑
らかになり、モータ音やモータ振動は著しく小式〈なっ
ている。

従って、不死明にもとづいて、ビテオテープレコーダ用
のキャプスタンモータやシリンダモータを構成するなら
ば、プレイ時の定常°仄１にでの音・振動が小さくなり
、晶性能・高品位な装置となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を表わす市：気回路図、第２
図は電流変換器の具体的な構成例を表わす図、第３図は
′ＦＬｉ、流制御器の具体的な４１イｉ：成例を表わす
図、第４図（イ）〜（ハ）は不発明の実施例の動作を説
明するための波形図、第５図は本発明の他の実施例を表
わす電気回路図である。 （１１）・・・、！７ｖ磁用のマダイ・ット、ｕｚｔ１
剣に）・・・コイル、ＵωＭ　Ｑ７Ｊ・・・出力トラン
ジヌタ、（１均・・・位置検出器％　ｏ９）−°。 切換信号元手ａＪ、（４）・・・指令信号発生器、３Ｄ
・・・分配器、作」・・直１ｊ＋（電源、（３１１・・
・速度検出器、（３・ト・・電流変換器、（７１）・・
・電流制御器 代理人　　　森　　本　　義　　弘 第３１ Ｔｒｒｃ 第２図 ｒＣ ｔｔ ′リ　　　　−ｔｉｙｆ　　、、、ｚ””７ （−）　　１６４　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　イ；第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　界磁用のマグネットを有するモータ可動部と、前
   記マグネットの磁束と頼又する多相のコイルと、前記コ
   イルに励磁電流を供給する複数個の出力トランジスタと
   、前記モータ可動部の。 位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段の出
   力信号に応動して便化する出力信号を得る切換信号発生
   手段と、指令信号発生手段と、前記切換信号発生手段の
   出力信号に対応した前記出力トランジスタを活性にして
   、ＤｊＪ記指令信号発生手段の出力に応動する励磁電流
   を前記コイルに供給する分配手段とを具備し、前記分配
   手段は、前記切換信号発生手段の出力信号全ベース側に
   印加された差動トランジスタからなる選択手段を含んで
   構盛され、前記選択手段の出力によって前記出力トラン
   ジスタの活性・不活性を制御し、かつ８７１記切換信号
   発生手段の出力信号の振幅値を前記指令信号発生手段の
   出力に応じて変化させ、前記励磁電流が小さい時に前記
   振幅値を小さくするようにしたブラシレス直流モータ。