JPS59216485A - ブラシレスモ−タ駆動回路 - 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】 本発明はブラシレス七−り駆動回路に係り、パワーアン
プの電源電圧とステータコイル電圧のピーク１１０とが
略等しくなるようにパワーアンプのゲインを制御し、消
費電力が少なくモータ庖駆動し得るブラシレスモータ駆
動回路を提ＩＪｔリ−ることを目的とする。

ブラシレスモータの丁ｌ−イル駆暇ノｈン人どしく、パ
ワーアンプの出力インピーダンスの大小に応じＣ電流駆
動ど電圧駆動とがあり、その駆動波形から正弦波駆動と
スイッチング駆動どかある。

このうち電流駆動で゛は出力１〜ルクを比較的安定に制
御し得るもパワーアンプの出力−ｒンピータンスを大に
設定しなければならないことから（正弦波駆動、スイッ
チング駆動に拘らず）パワーアンプでの消費電力が大で
ある。

一方、電圧駆動では回転速度を比較的寮定に制御し得る
も、正弦波駆動ではパワーアンプでの消費電力が大であ
り、多相モータでｔ、１、各相間のゲインを同一にしな
いと各相コイルへのパワー供給にむらを生じて回転むら
を生じ、又、スイッチング駆動では電気的雑音ヤ騒合、
振動が人である。

ここでは電圧駆動、正弦波駆動の６極右磁２相ホールモ
ータについて考えてみる。

第１図は一般のホール七−夕のロータ及びステータの展
開図、第２図は従来のホールモータの駆動回路０片−例
のブロック系統図を示し、各図中、同−描成部分には同
一番号をｆ」づ。第１図において、６極者磁のロータマ
グネット（以下、ロータという）１とステータ］−り２
どの間にはステータコイル３ａへ・３　ｄ及び電気角９
０°離間して配されたホール素子’Ｉｔ、４２が夫々設
（プられており、］」−夕１ど］−り２どの間の磁界の
強さは第３図（△）に示づ如くである。

いま、：」イルＪ　ｔｌ　・−３（ｌに第１図に示す方
向に電流が１Ｌれるにうに−し−３駆動回路から端子５
８゜５　ｂ間及び端子５（ン、５ｄ間に大々電圧が印加
されると、ロータ１（ｉ同図に承り位置から矢印方向に
回転される。これにＪ、す、ロータ１のＮ　４１の中心
に対向し！ζホール素子／１１の出力端子６１ａ。

６１１）から第３図（［３）に示づ一電圧（端子（３＋
１１から見た端子（３＋ａの電１ｆｆｌ）Ｃｏｔ、ロー
タ１のＮ極ど３４Ｊｉどの間に対向したホール素子４２
の出力端子Ｇ２ａ、６ｚｂから同図（Ｃ）に示づ電圧（
端子６２１）から見た端子６２ａの電位）００２が大々
電気角９０°の位相差を以でどり出される。

ホール出力電圧ｅｏ、　、　Ｃｏ２は端子１１に入来づ
る速度制御電圧ＶＣに（同図（１）））にてそのゲイン
を可変制御されるゲイン可変差動パワーアンプ８＋　、
８２及び８３　＋　８．＋に印加されて夫ｌ？増幅され
、出力端子５ａ−５ｄより大々同図（「）〜（１」）に
示す信号ａ・〜ｄとして取出されてコイル３８〜３ｄに
供給される。

速度制御電圧ＶＣが人になるとぐ同図１＞）パワーアン
プ８１〜８４のゲインは大どさ１′シ、」イル３ａ〜３
ｄの印加電圧が人になってロータ１の回転速度は大とさ
れる。

ここで、端子５ｂから見た端子５ａの電位をｃａｂ　、
端子５ｄから見た端子５Ｃの電位をｅｃｄど覆ると、こ
れはステータコイル３ａ　、３ｂ及び３ｃ　、３ｄに印
加される電圧（コイル電圧）であるから、コイル電圧の
ピークｆｉｉ′ｉをｅ１モータの回転角速度をωとする
と、 となる。又、モータは二１イル３ａ〜３ｄを通る磁束密
度と回転角速瓜どに比例した逆起電力を生じ、この比例
定数を１りｅ、磁束密１褒の最大１直をＢとするど、コ
ーｒル３ａ　、３ｂによる逆起電力Ｗ　ａｂ、コイル３
ｃ、３＋Ｉによる逆起電力Ｗｃｄは、どなる。

一万、」−（ル３ｉ１，３１１に流れる電流をＩ　ａＪ
コイル３Ｃ＋３（Ｉに流れる電流をＩｃｄ、コーｒル抵
抗１ｉｉ′Ｊを同一とし−Ｕ　ＲＭとＪると、］イル電
圧ｅａｂ、ｅｃｄは、 となる。

ここで、回路の消費電力は大部分パワーアンプ８１〜８
４で消費されるものであり、電源１２の電圧をＥとする
と、パワーアンプ８１〜８４での消費電力Ｐｔは、 Ｐｔ　−（Ｅ　−ｌ　ｅａｂ　ｌ　）　・ｌ　Ｉａｌ＋
ｌ　十（Ｅ−１ｅｃｄ　ｌ　）　・ｌ　Ｉｃｄｌ　　　
　　（５）どなり、（４）式、６）式より、 ｅ−Ｋｅ−Ｂ・ω Ｐｔ−ＲＭ・（Ｂ（Ｉ　ｃｏｓωｔｌ＋１ｓｉｎωｔ、
Ｉ）−ｅ）（６）となる。

（６）式において、従来の回路では一般にパワーアンプ
８１〜８４の電源電圧である電源１２の電圧Ｅとコイル
電圧ｅａｂ　、　ｃｃｄのピーク値ｅとを比較した場合
、モータが規定回転数で回転している定常動作時、Ｅは
ｅよりも極め°Ｃ人さく、これにＪ、す、消費電力が大
になる欠点があった。

本発明は上記欠点を除去しＩこものであり、第４図以下
と共にその一実施例について説明覆る。

第４図及び第５図は夫々本発明になるブラシレスモータ
駆動回路の一実施例−のブロック系統図及び具体的回路
図を示し、各図中、第２図と同一構成部分には同一’ｆ
ｆｉ号を１；」シてての説明を省略する。

１０はゲイン一定のＤＣ−ＤＣ−１ンバータで、速度制
御電圧ＶＣをゲイン倍した電圧ＶＭを出力し、この電圧
ＶＭはパワーアンプ８１〜８４に電源電圧として供給さ
れると共に、ダイオードＤ５を介してゲイン一定の差動
アンプ９の■入力端子に供給される。

ここで、電圧ＶＭが差動アンプ９に供給される以前では
、電圧ＶＭはパワーアンプ８１〜８４に供給され′Ｃい
ないため、コイル電圧ｅａｂ　、　ｅｃｄは共に０（Ｖ
）であり、差動ア丹９のＯ入ノ〕端子電圧もＯ’　（Ｖ
　）である。これにより、差動アンプ９の■入力端子に
電圧ＶＭが印加された瞬間その出力Ｖｆは上昇し、パワ
ーアンプ８１〜８４のゲインは上昇する。以後、ボール
素子４＋　、４２の出力電圧ｃｏ、　、　ｅＯ２はパワ
ーアンプ８１へ・８□１にてゲイン倍されてコイル電圧
ｅａｂ　、　ｅｃｄとして取出される。

コイル電圧ｅａｂはダイオードＤ＋、Ｄ２により、コイ
ル電圧ｅｃｄはダイオードＤ３　、Ｄ４により大々整流
されて差動アンプ９の○入力端子に供給され、ここで、
その■入力端子に印加される速度制御電圧ＶＭ　（即ち
パワーアンプ８１〜８４の電源電圧と同じ）とその○入
力端子に印加されるコイル電圧ｅａｂ　、　ｅｃｄを整
流された電圧（即ち、ピーク値ｅ）とが等しくなるよう
にその出力■ｆによりパワーアンプ８１〜８４のゲイン
が可変制御される。

第５図中、差動アンプ９の入力電圧はオペアンプＰ＋、
抵抗Ｒ３，トランジスタＱ９によってその大きさに応じ
た電流に変換され、この電流によりトランジスタＱ１〜
Ｑ３１抵抗Ｒ，＋、Ｒｓ、ダイオードＤａ　、Ｄｙにて
構成されるゲイン可変部のトランジスタＱ＋、及び１−
ランジスタＱ６〜Ｑｓ、抵抗Ｒ６，Ｒ７，ダイオードＤ
ａ　、Ｄｓにて構成されるゲイン可変部のトランジスタ
Ｑ６の夫々のコレクタ電流が可変されてパワーアンプ８
１〜８４の夫々のゲインが可変される。この場合、差動
アンプ９のコレクタ電流は、トランジスタＱ＋　、０４
〜Ｑ５で構成されるカレン］・ミラー回路によりトラン
ジスタＱ＋　、Ｑｅの］レクタ電流に変換される。

上記の如く、差動アンプ９において速度制御電圧ＶＭ　
（パワーアンプ８１〜８４の電源電圧）とコイル電１１
ｅａｂ　、　ｅｃｄのピーク値とが等しくなるようにそ
の出力Ｖ［によりパワーアンプ８１〜８４のゲインが可
変される様子を第６図示の原理図に基いて説明する。

第６図中、ｅＯはホール素子用）ｊ電圧ｅｏ、　、　ｅ
Ｏ２のピーク値、ｅは−ｌｌイルミｅａｂ　、　ｅｃｄ
のピーク＋１１−１．０＋はパワーアンプ８１〜８４の
ゲイン、Ｇ２は差動アンプ９のゲインであり、定数ＡＩ
。

Δ２としてゲインＧ１．Ｇ２を、 どずれば、差動アンプ９の入力Ｖ８は、Ｖｅ　＝ＶＭ　
−Ｇｌ　ｅｏ　　　　　　　　　　　　（８）どなり、
差動アンプ９の出力Ｖｆは Ｖｆ＝Ｇ２　Ｖｅ　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　（９）となる。ω式〜０）式より、 となる。

（１０）式において、定数ＡｌＡ２をφどするど、Ｖｅ
＝Ｏ（１１） となる。又、第６図より、 Ｖｅ　＝ＶＭ−Ｇｌ　ｅ。

一■図−ｅ　　　　　　　　　　　　（１２）どなる。

（１１）式、（１２）式より、ＶＭ　＝ｅ となり、速度制御電圧ＶＭ　（パワーアンプ８１〜８４
の電源電圧）どコイル電圧ｅａｂ　、　ｃｃｔｌのピー
ク値ｅとが等しくなる。

以上のことを上記（６）式にあてはめて考えてみるに、
本実施例においてはパワーアンプ８１〜８．１の電源電
圧とコイル電圧ｅａｂ　、　ｅｃｄのピーク１直ｅとを
等しく得るので、本実施例では（６）式に（１３いて実
質上、Ｅ　−ｅとみなし得、これにより、パワーアンプ
８１〜８４での消費電力Ｐ［を従来回路のものに比して
非常に少なりシ得る。

なお、第４図、第５図に示す回路では平滑用コンデンサ
ＣＩを用いているため、パワーアンプ８１〜８４の出力
電圧ａ−ｄの波形は第３図（Ｅ）へ・（１１）に示り如
く円滑であるが、平滑用コンアン４ノＣ１を用いなけれ
ば同図（Ｅ）〜（＋−１）に破線で示１如さ台形波どな
る。ホール素子４１゜４２の感度差及びパワーアンプ８
１〜８４のゲイン差が存在し“Ｃも、本実施例ではパワ
ーアンプ８１〜８４の電源電圧ＶＭとコイル電圧ｅａｌ
］。

ｅｃｄのピーク如０どが等しくなるように制御されてい
るのでピーク値ｅは４相ども同一とし得、パワーアンプ
８１〜８４の出力電圧ａ−ｄが台形波形になってもモー
タとしての性能を損うことはない。

上述の如く、本発明になるブラシレスモータ駆動回路は
、パワーアンプの電源電圧に速度制御電圧に応じた電圧
を用い、ステータコイルに印加される電圧のピーク値と
該パワーアンプの電源電圧とが略等しくなるように該パ
ワーアンプのゲインを可変制御するように（苫成したた
め、パワーアンプを用いた電圧駆動、正弦波駆動のブラ
シー、スモークのパワーアンプ消′！Ａ電力を、従来回
路のものに比して小にし得、パワーアンプの電源電圧と
ステータコイル電圧のピーク値との関係に河ら？Ｉｊ　
ｐＭを払わなかった従来の（−夕に化しで発熱を抑え得
、又、経済的である等の特長を右−リ−る。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般のホールモータのローフ及びステー夕の展
開図、第２図は従来回路の一例のブロック系統図、第３
図（Ａ）〜（＋−１’）は一般のホールモータ及び本発
明回路の動作説明用信号波形図、第４図及び第５図は夫
々本発明回路の一実施例のブロック系統図及びその具体
的回路図、第６図は本発明回路の主要動作を説明するた
めの原理ブロック系統図である。 ３ａ〜３ｄ・・・ステータコイル、４１．４２・・・ホ
ール素子、８１〜８４・・・ゲイン可変差動パワーアン
プ、９・・・差動アンプ、１０・・・ＤＣ−ＤＣコンバ
ータ、１１・・・速度制御電圧入力端子、１２・・・電
源、Ｄ＋　〜Ｄ５・・・ダイオード。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ロータ７グネツトがらの磁界とＬｌ−タ駆動用スｊ−タ
   ニ１（ルとの泪ヌ４位置を検出覆る磁界検出素子の出力
   を増幅しく該スノー一タコイルに印加するパワーアンプ
   ヲ了丁し、該パワーアンプのゲインを速瓜制御電Ｌ１−
   に応じ−Ｃ可変制御してロータを駆動づるブラシレスモ
   ータ駆動回路において、該パワーアンプの電源電１■に
   該速度制御電圧に応じた電圧を用い、該ステータコイル
   に印加される電圧のビーク１１ｑど該パワ−アンプの電
   ）１工電１ｆとが略等しくなるように該パワーアンプの
   ゲインを可変制御ＪるＪ：うに構成してなることを特徴
   どりるブラシレスモータ駆動回路。