JPS5996894A

JPS5996894A - ブラシレスモ−タの駆動用スイツチング回路

Info

Publication number: JPS5996894A
Application number: JP58067900A
Authority: JP
Inventors: 鄭　榮春
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-11-22
Filing date: 1983-04-19
Publication date: 1984-06-04
Also published as: BE896365A; KR840001387B1; FR2536605A1; DE3341948A1; US4472664A; IT1169088B; IT8349368A0; KR840002594A

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、二極ブラシレスモータ用の二相、駆動電流を
発生するための又差結合されたスイッチング回路、およ
びそのスイッチング回路を含むブラシレスモータに関す
るものである。

本発明は４本の出力線と、電源をそれら４本の出力線へ
１−１］り換えるために接続された、４１固父差結合さ
れにスイッチング・トランジスタヲソれぞれ含む２組の
スイッチング・トランジスタとを備え、それぞれ２１固
のスイッチング・トランジスタは各出力線へ接続され、
それぞれ２飼のスイッチング・トランジスタはそれぞれ
の各制御トランジスタによシ制＃甥れる、二極ブラシレ
スモータ用の二相駆動電流を発生するための交差結合さ
れたスイッチング回路を提供するものである。

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

本発明６４ブラシレス直匠モータに関するものである。

第１図（Ｂ）に示す、１つの向きにだけ′電流が流れる
種類の電流波形を発生する単極性駆動回路を用いる、ブ
ラシレス直流モータおよびステンビンダモーク用の従来
の、駆動装置は、構成が前年で経済的である。しかし、
その単極性、駆動回路は、それの界磁巻線の効率が低く
、変動が大きく、それに汗ってハンチングが太きく、か
つ応答が遅いことが欠点である。また、その単極性駆動
回路では多相励振電流を必要とする。

しかし、巻線中を流れる電流が双方向であるような双極
性駆動回路により発生された、第１図（へに示すような
種類の電流波形は界磁巻線の効率が高く、性能特性が良
い。それらの駆動特注を得るためには高度な、駆動装置
を必要とする。

この明細書においては、第１図（ＢＪに示す電流特性を
生じ、閉ルーツ制御装置において非同期駆動を行うとと
もに、目己起動開ルーグ制旬ｊ装置において同期駆動全
行うことを可能にする、＾性能の経済的なスイッチング
Ｉ２回路およびそれに関連する制（財）論理回路（！ｌ
−説明するものである。したがって、従来のモータ鹿＠
装置では不可能であった複雑な制＠金二（・ｐブラシレ
スモータで行うことがでキル。

第２図（Ａ）には二相巻線１１〜１８力崎握図的に示さ
れている。それらの二相巻線は、第２図（８１ＶｔＣ示
すように、回転子の周囲にはそれらの二相−８線が１１
〜１８の順序で配置δされる。各場合に巻線の相対的な
向きが４５２図体）Ｋ矢印で示している。したがって、
たとえば、巻線１が時１回りに巻かれるものとすると、
巻線１２　、１５　、１６も時計回ｐＫ巻かれ、巻線１
３　、１４　、１７　、１８が逆時計回シに巻かれる。

しかし、巻線ＩＩ　、　！３　、１５　、１７は線ｗ□
とｗ２ノ間に接続され、巻線１２　、　ｊ４．１６　、
１８が線ｗ３とｗ４の間に接続されるから、２つの巻線
群ＣＩｆ　、　１３　、１５．１７．）と（１２゜１４
、１６．１８）　’ｒ：異なる相の−流により別々に励
振できることに注意されたい。この双極性駆動装置ノ線
Ｗ工、ｗ２．ｗ３．ｗ４［、後で説明するスイッチング
順序で、二相電流が供給されると、第２図（Ｂ）に示す
ように、８つのステップ（１〜８）でハイク回転磁界が
誘導される。

一叡に、二相界磁コイルを有するモータにおける磁極の
数は２Ｎ（Ｎ＝２．４，６，８．・・・）にょ９与えら
れる。本発明においては、双極性二相電＃ＬＶＣより駆
動される磁界における磁極の数と、回転子における磁極
の数は少し異なる。すなわち、界磁コイルに関しては磁
極の数はＰＳ”’　２　Ｘ　２Ｎとなり、回転子コイル
に対しては磁極の数はＰｒ＝２Ｎとなる。

へ惚界磁コイルと同期する四極回転子の回転順序が第３
図に示されている。双極性二相電流（でおける交番する
相とは独立に、それは當に有効である。第３図に示すよ
うに、四極回転子の１回転は４５度の歩進を８回行って
達成される。第１図（Ａ）のグラフ（ａ）は、駆動回路
と、後で説明する制御論理回路とにより制御された時に
巻線１１　、１．３　、１５　、１７を流れる電流の向
きを示す。このグラフは線Ｗ工とＷ　の間の電位の差（
ＷニーＷ２）も示す。同様に、第１図（Ａ）のグラフ（
ｂ）は巻線１２　、１４　、１６　、１８を流れる電流
の回さを示す。このグラフは線Ｗ３とＷ４の間の電位の
差（Ｗ、、、−Ｗ４）も示している。それらの電流波形
は回転磁界を生ずる。この回転磁界の角度はグラフ上に
示されている。

回転磁界を得るための駆動回路と制御論理回路は第４図
に示されている。次に、第４図を参照してそれらの回路
について説明する。

第４図（Ａ）に示されているように、スイッチング増幅
回路は電源２７と、スイッチング・トランジスタＱ工〜
０４２よびＱ５〜Ｑ８とを有する。トラ〉７ジスタＱ工
〜Ｑ４は又差結合され、トランジスタ０５〜Ｑ８は交差
結合される。トランジスタＱ□〜Ｑ８を切シ換えるため
に、制御トランジスタＱ９のコレクタとエミッタｌはス
イッチング・トランジスタＱ工、Ｑ２のペースへ接続さ
れ、制御トランジスタＱＩＯのコレクタとエミッタはス
イッチング・トランジスタ。３゜Ｑ４のペースへ接続さ
れ、制御トランジスタ。０、のコレクタとエミッタはス
イッチング・トランジスタＱ５　＋　Ｑ６のペースへ接
続され、制御トランジスタＱ□２のコレクタとエミッタ
はスイッチング・トランジスタＱ７＋ＱＢのペースへ接
続すれる。

一対のトランジスタＱ工、Ｑ２とＱ３．　Ｑ４がター／
オンオたはターンオフさせられると、線Ｗ工とｗ２の間
の出力の極性が変えられ、壕だ、任意のトランジスタ対
Ｑ５＋Ｑ６とＱ７　ｐ　ＱＢがターンオンまたはターン
オフさせられると、線ｗ３とｗ４の間の出方の極性が変
えられるっ　したがって、トランジスタＱ工〜Ｑ４とＱ
５〜ＱＢｋ独立したバイポーラ・スイッチとして動作さ
せ、かつそれらのトランジスタを適切な時刻にターンオ
ンまたはターンオフさせたとすると、位相差が９０度で
ある二相電流を発生できる。

まず第１に、トランジスタＱ、がターンオンされると、
線Ｗ工とＷ２がそれぞれ＋、−となるようにトランジス
タＱ□とＱ２がターンオンされる。この時にはトランジ
スタＱ工。はターンオフされなければならない。次に、
トランジスタＱ９がターンオフされ、トランジスタＱ工
。がターンオンされると、線Ｗ工とＷ２がそれぞれ＋、
−となるようにトランジスタＱ３．Ｑ４がターンオンさ
れる。

上記のように、線Ｗ工とＷ２は、制御トランジスタ対工
。、Ｑ、のスイッチング動作に従って双極性駆動ケ行う
ことができ、線Ｗ３とＷ４は、制御トランジスタＱ工□
１Ｑ１２のスイッチング動作に従って双極性駆動を行う
ことができる。

双極性二相電流を発生するために、第６図に示す順序で
トランジスタＱ、〜Ｑ工、をターンオンさせ、またはタ
ーンオフさせるものとすると、第１図（Ｂ）に示されて
いる二相電流を得ることができる。制御トラン・ゾスタ
Ｑ、〜Ｑ工、は制御電流信号音、〜１４によりそれぞれ
制御される。第７図はトランジスタＱ、〜Ｑ工。のペー
スへ流れる信号１１〜１４を表す２進論理信号を示す。

第７図において、信号０はトランジスタ００図、２のタ
ーンオンを表し、信号１はトランジスタ９゜〜Ｏ工、の
ターンオフを表し、各ステップに対して求められる信号
ｉ□〜ｉ４の順序を示す。

第４図ＣＢ）は信号１□〜１４ｆｔ供給する駆動論理回
路を示す。４分の１分周カウンターｃ工と四者択−ｆコ
ーダＩＣ２が２ビツト２進リングカウント動作を行う。

第７図に示されている順序で同じ出力音発生するために
、ナンドｒ−）加、２１が四者択−デコーダＩＣ２の出
力端子へ接続され、ナンドデート加の出力端子がインバ
ータ３１と抵抗器Ｒ達弁して制御トランジスタＱ、へ接
続されるとともに、抵抗器Ｒ２を介して制御トランジス
タＱＩＱへ接続され、ナンドダート２１の出力端子がイ
ンバータ３２と抵抗器Ｒを介して制御トランジスタＱ□
、へ接続されるとともに、抵抗器Ｒ４を介して制御トラ
ンジスタロ工２へ接続される。

テ゛コーダＩＣ２の出力端子ＩＫ現われる出力が０とな
シ、デコーダＩＣ２の出力端子２，３．４１Ｃ現われる
出力が１となると、ｉ工＝０．　ｉ、＝１　、ｉ３＝　
１゜ｉ＝０である。デコーダＩＣ２の出力端子に現われ
る出力がＯとなシ、デコーダＩＣ２の出力端子１゜３．
４に現われる出力が１となると、１□＝１゜ｉ　−０＊
　ｉ　−１ｐ　ｉ４”＝　０である。デコーダＩＣ２３の出力端子３に、現われる出力がＯとなり、デコーダＩ
Ｃ２の出力端子２，３．４に現われる出力が１となると
、ｊ１＝１　＋　ｊ２−０　＊　ｊ３””　Ｏａ　１４
−１である。デコーダＩＣ２の出力端子４に現われる出
力がＯとなり、デコーダＩＣ２の出力端子１，３．４に
現われる出力が１となると、１□−Ｑ、１２＝＝ｌ。

ｉ　　−０＋　１４＝１である。

それらの４回のステップの間に、出力信号１□〜ｉ４　
は制御トランジスタ０９〜Ｑ１２のベースへ与えられ、
第６図に示すスイッチング動作が行われ、スイッチング
トランジスタＱ１７＝ＱＢのスイッチングにより第１図
に示す二相電流を得ることができる。

駆動論理回路における４分の１分周回路の入力・（ルス
と、駆動論理回路の線へ〜Ｗ４から得られた二相電流と
の関係が第８図に示されている。カウンターＣ工への入
力パルスとカウンターＣ２の入力端子Ｄ工、Ｄ、におけ
る出力信号との関係が第４図に示されている。

カウント動作の速さはカウンタＩｃ工への入力・母ルス
の周波数に従って変化し、かつ二相電流の周波数は線Ｗ
工、Ｗ、における二相電流の周波数もそれによシ変えら
れるから、カウンタＩＣ工はモータの回転速度を制御す
る。また、カウンタＩＣ□へ与えられるアップ／ダウン
制御信号によりカウンタ（Ｃ工のカウント順序を変える
ことができるから、モータの回転の向きも変えることが
できる。入力パルスがない時はモータは回転トルクと同
程度の減速係数で回転と停止する。したがって、パルス
がカウンタＩＣ□の入力端子へ与えられると、開ルーツ
における周波数制御により歩進制御が行われる。

モータの回転角と磁極数との関係は次式で表すことがで
きる。

ＰＳここＩＣＸＤ　：　１歩進機シの回転角、ＰＳ：界磁巻
線の磁極数である。

一方、第９図に示されているように、デコーダＩＣ２の
入力端子りよ、Ｄ２へ２ビツト・カウント信号が与えら
れたとすると、信号ｌ□〜ｉ４の出力が得られ、カウン
ターＣ工が入力Ａ？ルスをカウントするにつれて二相電
流が線Ｗ工〜Ｗ４に流れる。

回転子の位置に従う２ビツト・カウント信号がデコーダ
ＩＣの入力端子Ｄ工、Ｄ２へ帰還されるものとすると、
閉ループ速度制御が行われる。この原理を第七図を参照
して説明することにする。

モータ田の回転子２４にとシつけられてその回転子とと
もに回転する位置指示２進符号化シリンダ５の表面に、
２ビツト２進データが記載される。

それらの２進データは回転子の磁極位置より１歩進位置
だけ進んでいなければならない、リードＡ工。

Ｂ工に接続されているセンサＳ□、　５２ＶＣより、回
転磁界よ＃）１歩進位置だけ常に進んでいるカラントガ
−夕がデコーダＩＣ２の入力端子Ｄ□、Ｄ２へ与えられ
る。

データ・１３号がデコーダＩＣ２の入力端子Ｄ□、Ｄ２
へ与えられると、１歩進位置だけ進んでいる双極性二相
電流が線′Ｎ工〜Ｗ４を介して界磁巻線へ与えられる。

そうすると、進んでいる回転磁界のためにトルクが発生
される。

第４図（８）におけるデコーダＩＣ２０入力端子Ｄ工。

Ｄ２へ与えられる４歩進データが、界磁巻線に同期させ
られている回転子の位置よシ１歩進位置だけ進んでいる
よう（ｌこするために、位置指示２進符号化シリンダ５
のマーク（２逆打号化信号）が回転子の位置より１歩進
位置だけ進むようシてそれらのマークは配置される。そ
うすると、センサム工。

Ｂ工からの信号がそれらの信号は同期されている回転子
の位置より常に進んでいるから、閉ループ非同期モータ
駆動が行われる。

駆動回路と、それの論理回路が半導体と抵抗器で構成さ
れるから、それらの回路は１個のテップに集積化でき、
したがって容易に大量生産できる。

したがって、２×２Ｎ個の磁極を有する固定子と、この
固定子の磁極数の半分の磁極を有する回転子とで構成さ
れている二相モータを双極性二相電流で駆動できるから
、巻線の励磁効率を高くでき、小さい体積で高いトルク
を得ることができ、閉ループ制御による同期駆動ばかり
でなく、閉ループ制御による非同期駆動によって速量制
御を行うことができる。チー？はもちろん、小′准力を
制御する場合には、種々の制御機能を実行できる直流ブ
ラシレスモータを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）　、　（Ｂ）は双極性二相電流と単極性二
相電流の波形をそれぞれ示す波形図、第２図（Ａ）　、　（Ｂ）　ｉ’ｔ：双極性二相モータ
用の二相界磁巻線の構成を示す線図と、二相電流で励磁
された時の回転磁界をそれぞれ示し、第３図は回転サイクルの種々の点における双極性二相モ
ータの概略縦断面図、第４図（Ａ）　ｅ　（Ｂ）は双極モータ用の駆動電流を
本発明に従って発生するための又差結合スイッチング回
路の回路図、第５図い）、（ｓ）　、　（ｃ）は閉ループでモータを
非同期駆動するための構成を示す線図、第６図はモータの各歩進における各制御トランジスタの
状態とスイッチング・トランジスタの各出力線に現われ
る出力の極性を示す説明図、第７図はモータの各歩進に
おいて制ｔｉｌｌ　）　：５７　ノスタのベースに流れ
る電気信号を表す２進論理侶号を示す説明図、第８図は駆動論理回路の４分の１分周カウンタの入力パ
ルスと駆動論理回路から得られた二相電流との関係を示
す波形図、第９図はモータの各歩進におけるデコーダの各入力端子
に与えられる２ビツト・カウント信号を示す説明図、第１０図はモータの各歩進における回転子の位置と検出
符号の関係を示す説明図。１１〜１８・・・二相巻線、加、２１・・・ナンドヶ９
−ト、η・・・モータ、δ・・・２進符号化シリンダ、
谷・・・醒源、３１　、３２・・・アンドｒ−ト、Ｉｃ
ｍ・・・カウンタ、ＩＣ２・・・デコーダ、Ｑ工〜Ｑ８
川スイ−ツチング・トランジスタ、出願人代理人　　猪　　股　　　清ＥＺｇ、／　（Ａ　）（Ｂ）石τ２　（Ａ）ＴＥｇ、６ＴＺｇ、７ＴＺｇ、８

Claims

【特許請求の範囲】（１）二極ブラシレスモータ、駆動用の二相電流を作る
ためのスイッチング回路において、４本の出力線と、前記４本の出力線ＶＣ電源を切替えるために接続てれた
、４叫又差結合されたスイッチング・トランジスタの２
組とを備え、それぞれ２個のスイッチング・トランジス
タは各出力線へ接続され、それぞれ２ｆ固のスイッチン
グ・トランジスタはそれぞれの各制御トランジスタによ
ｐ制御されることを特徴とするブラシレスモータの、駆
動用スイッチング回路。（２、特許請求の範囲第１項記載のスイッチング回路で
あって、第１と第２のスイッチング・トランジスタのベ
ースは第１の制御トランジスタへ接続され、第３と第４
のスイッチング・トランジスタのベースは第２の制御ト
ランジスタへ接続され、第５と第６のスイッチング・ト
ランジスタのベースは第３の制御トランジスタへ接続さ
れ、第７と第８のスイッチング・トラン・ゾスタのベー
スは第４の制御トランジスタへ接続されていることを特
徴とするスイッチング回路。（３）特許請求の範囲第２項記載のスイッチング回路で
あって、第１と第４のスイッチング・トランジスタは交
差結合され、第２と第３のスイッチング・トランジスタ
は交差結合され、第５と第８のスイッチング・トランジ
スタは又差結合され、第６と第７のスイッチング・トラ
ンジスタは交差結合されていることを特徴とするスイッ
チング回路。（４）特許請求の範囲第３項記載のスイッチング回路で
あって、第１の出力線への電源は第２と第３のスイッチ
ング・トランジスタにより制御され、第２の出力仔へ電
源は第１と第４のスイッチング・トランジスタによシ制
御され、第３の出力線への電源は第６と第７のスイッチ
ング・トランジスタによ多制御され、第４の出力線への
電源は第５と第８のスイッチング・トランジスタにより
制御されることを特徴とするスイッチング回路。（５）特許請求の範囲第４項記載のスイッチング回路で
あって、第１と第２の出力線は第１の組の巻線に接続さ
れ、第３と第４の出力線は第２の組の巻線に接続されて
いることを特徴とするスイッチング回路。（６）特ｒＩ：ｍＷ求の範囲第１〜５項のいずれかに記
載のスイッチング回路であって、節１鉤トランノスタは
、四者択−デコーダに接続でれている４分の１分周カウ
ンタを含む駆動論理回路により制御され、前記デコーダ
の２つの出力端子はナツトｒ−）へ接続され、各ナンド
ケ゛−トの出力端子はそれぞれの１ｌｌｔｌ）ランジス
タとそれぞれのインバータへ接続され、各インバータの
出力端子はそれぞれの制御トランジスタべ接続されてい
ることを特徴とするスイッチング回路。（７）特許請求の範囲第（６）項記載のスイッチング回
路であって、モータの回転にょシ得られプζ制御信号は
、閉ルーグによる非同期駆動を行うようにデコーダへ与
えられることを特徴とするスイッチング回路。（８）特許請求の範囲第７項記載のスイッチング回路ア
あって、検出器によりモータの回転を検出するためにセ
ンサが設けられ、それらのセンサはデコーダの入力線へ
接続され、２進符号が設けられている／す／グが回転す
るためにモータの回転子の軸にとりつけられ、その回転
子の位置を検出フ−るためにそれらの符号はセンサによ
り検出されることを特徴とするスイッチング回路。