JPS6016186A - 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、指令信号に応じた力を発生するモータに関す
るものである。

従来例の構成とその問題点 （１） フレミングの法則によシ、モータの発生力が界磁マグネ
ットの生じる磁束とコイルに供給する電流の積によって
定まることは広く知られている。

一般に、界磁マグネットの発生磁束は場所によって変動
している。そのため、一定の電流をコイルに通電した場
合の発生力は、マグネットとコイルの相対位置の変化に
伴って変化し、発生力のむらを生じ問題となっていた。

特に、音響、映像機器に広く使用されているブラシレス
形のモータにおいては、機器の性能を向」ニさせるため
に発生力のむらを極力小さくすることが要望されている
。

本出願人は、このような問題に対して、特願昭５２−６
７６７１号に発生力の均一な有鉄心構造のモータを提案
している。この提案は、スロットを有する有鉄心構造の
モータにおいては極めて有用である。

しかシ、スロットレスモータやコアレスモータ等のよう
にスロットのない平滑鉄心を使用する場合には、均一な
発生力を得ることが極めて難かしかった０ 発明の目的 （２） 本発明は、そのような点を考慮してなされ、各種の構造
のモータにおいて、コイルに供給する電流を部分的に変
調するこ、とによシ界磁磁束の場所的な変動をキャン（
！ルし、指令信号に比例した均一な（むらの小さい）発
生力を得ることのできるモータを提供するものである。

発明の構成 本発明のモータは、固定的な磁極を形成する界磁手段と
、コイルと、前記コイルへの供給電流を検出する電流検
出手段と、前記電流検出手段の出力に応動する電流信号
を得る電流発生手段と、モータ可動部の位置に応じた変
調信号を得る変調信号発生手段と、前記変調信号により
前記電流信号を変調した被変調信号を得る変調手段と、
指令信号を得る指令信号発生手段と、前記指令信号と前
記被変調電流信号の両者に応動する電流を前記コイルに
供給する電流供給手段とを具備することによシ所期の目
的を達成したものである。

実施例の説明 以下、これについてブラシレス形のモータを例（３） にとシ、図示の実施例に基いて説明する。第１図は本発
明の一実施例を表わす電気回路図である。

第１図において、Ｑｌ）　ＯＪは直流電源、０３はモー
タ可動部（ロータ）にとシつけられた界磁用のマグネッ
ト、θ弔０υ０・はマクネット（１，１の発生磁束と鎖
交する３相のコイル、（イ）はコイ）ｖ　０４）　Ｈ０
０への合成供給電流を検出する電流検出器、Ｑｌ）は指
令信号■、を発生する指令信号発生器、翰は電流検出器
−の出力ｖ３に応じた大きさの電流信号１１を得る電流
発生器、に）はモータ可動部の位置に応じた変調信号Ｖ
を発生する変調信号発生器、（ハ）は変調信号Ｖによっ
て電流信号１１を変調して被変調電流信号ｉ４を得る変
調器、（ハ）は指令信号Ｖ、と被変調電流信号ｉ４の両
者に応動する電流をコイルに供給する電流供給器である
。

次に、その動作について説明する。指令信号発生器Ｑη
は、たとえば周波数発生器と速度電圧変換器等によって
構成され、マグネッ）　（１３の回転速度（ロータの回
転速度）に対応して変化する電圧信号を発生するもので
あシ、速度の運い時にはその（４） 電圧値は大きくなシ（最大で約０．５Ｖ程度）、速度が
所定値近傍になると小さくなってゆく（最小はＯＶ）。

指令信号ｖ１は電流杭給器（ハ）に入力され、その電圧
値に対応した電流Ｉａをコイ／Ｌ’　（＋４）　ａυθ
Ｑに供給する。コイルへの供給電流１ａは電流検出器（
１）の抵抗−の電圧降下Ｖ５として検出され、電圧信号
■３は電流発生手段に入力される。

第２図に電流発生器に）の具体的な回路例を示す。

指令信号ｖ３はトランジスタ（１０２）と（１０４）の
ベース間電圧差となシ、その大きさに応じて電流源（１
０１）の電流Ｉ６がトランジスタ（１０３）と（１０５
）のコレクタ側に分配される。コレクタ電流Ｉ７と＋８
は電流発生器の第１のカレントミラー（トランジスタ（
１０８）と（１０９）　）によυ比較され、＋７＞１８
のときには電流発生器の第２のカレントミラー（トラン
ジスタ（１１０）と（１１１）　）より電流ｉ、が出力
（吸引）される。ｖ３の値は０≦■。

≦０．５とかなシ小さいため、電流ｉ、はおよそとあら
れせる。ここで、Ｒ１ｏ６は抵抗（１０６）の値であシ
、（５） 抵抗（１０６）と（１０７）の値は等しいものとし、ま
た、トランジスタ（１０２Ｘ１０３Ｘ１０４Ｘ１０５）
のエミッタ換算抵抗は小さいものとして無視した。

電流発生器（イ）の出力１１は変調器（ハ）に入力され
、変調信号発生器−の変調信号Ｖに応じて変調された電
流ｉ４を得ている。変調信号発生器（ハ）はマグネット
（至）の回転に同期した変調信号Ｖを発生している。変
調信号Ｖはトランジスター（至）とダイオード（ハ）（
ロ）からなる差動回路に入力され、その大きさに応じて
電流ｉ、を各コレクタ電流＋２＋１３に分配している。

コレクタ電流１２＊Ｉ、５は変調器の第１のカレントミ
ラー（トランジスタ（至）Ｈ）によシ比較され、１２　
＜　ｔ　５のときには変調器の第２のカレントミラー（
トランジスタ（イ）＠メ）を介して電流１４＝１３　１
２を出力する。すなわち、電流ｉ４は変調信号Ｖに応じ
て変調されたものであシ、 ｖ　＝　０のときには１４＝Ｏ ｙ　＝　Ｍａｘのときには１４””ＩＩｏ　＜　ｖ　＜
ＭａｘのときにはＯ＜　ｉ　４＜　ｉ　。

となっている。

（６） 電流供給器（ハ）は、３相のコイ／ｌ／（１→０υ（Ｉ
Ｇに電流Ｉａを供給する駆動トランジスタψ１）に）（
至）と、コイルと電源の電流路に直列に挿入された抵抗
−からなる前述の電流検出器に）と、被変調電流ｉ４に
応動する信号（抵抗ｔＩ□での電圧降下）を得て電流検
出器（ホ）の出力電圧ｖ３と合成する合成器−と、合成
器６つの出力Ｖ２と指令信号■、が入力されその両市圧
信号に応動した電流ｉ５を出力する制御器−（第３図参
照）と、マグネット（１，１の発生磁束を検出するホー
ル素子ａ］）ｍＭからなる位置検出器４５７１と、ホー
ル素子１１）＠ターの出力に応動して通電すべき駆動ト
ランジスタ（従ってコイル）を選択する差動トランジス
ター＠−からなる選択器−によって構成されている。

第３図に制御器−の具体的な構成例を示す。指令信号Ｖ
、と合成器−の出力Ｖ２は差動トランジスタ（１２２Ｘ
１２４）（Ｄ　ヘ−：ｘ側に入力サレ、そ１７）ｉｌｔ
圧差ｖ、−Ｒ２に応じて電流源（１２１）の電流■、を
トランジスタ（１２３Ｘ１２５）の各コレクタ側に分配
する。コレクタ電流Ｉ、。＋　ｒ　、、　ｉｔ：制御器
の第１のカレントミラー（トランジスタ（１２６Ｘ１２
７）　）によって比較され、■、。〉■４．と（７） なると（ｖ、＞Ｒ２の時）その差Ｉ　１０−１１１がト
ランジスタ（１２８）によシ増幅され、制御器の第２の
カレントミラー（トランジスタ（１２９Ｘ１３０）　）
を介して電流ｉ５　”を出力する。

制御器−の出力電流ｉ５は選択器に）の差動トランジス
ター１７）轡の共通エミッタ電流となる。位置検出器６
′ｈのホール素子輔輪−の出力電圧は差動トランジスタ
ー＠−の各ベース側に印加され、そのベース電圧に応じ
てトランジスタｅ４＠轡はエミッタ電流ｉ５をコレクタ
側に分配する。すなわち、ベース電圧が最も低いトラン
ジスタが最も活性となり、他のトランジスタは不活性と
なる。その結果、位置検出器■の出力により活性となる
トランジスタが選択される。

トランジスターｖ）−の各コレクタ電流は駆動トランジ
スタｌ１５Ｉ）　６２６３の各ベース電流となり、電流
増幅されてコイルα４α！１９０・に電流を供給する。

コイル０４　ＱＦ９　Ｑ（！への一供給電流（駆動トラ
ンジスタＩＩ）　６２　ｆｉの通電電流）は合成されて
電流検出器−によ）検出され、その出力電圧Ｖ、と被変
調電流ｉ４に応じた信（８） 号が合成され、合成信号ｖ２が制御器ｆｉ金に入力され
る。合成信号ｖ２は ■２＝Ｒ６９・Ｉ　ａ　＋　（Ｒ７０±”６９　）　’
　ａ　−−（３）となる。ここに、Ｒ６９１Ｒ７０は抵
抗−ｔｌの値であり、Ｉａはコイルへの供給電流でおる
。

このように、駆動トランジスタＩＩ）　ｔｉｅ　Ｎ　、
！：電流検出器翰と制御器６警等によって帰還ループを
構成するなラバ、駆動トランジスタ４５ｍ）１１間のｈ
ア、バラツキ等による相間バラツキの影響が小さくなシ
、通電すべきコイルの切換わりもなめらかに行にわれる
。

なお、Ｑ廟はこの帰還ループの位相補償（発振防止）の
ためのコンデンサであシ、また、コイ／Ｉ／Ｑ４）ＭＤ
Ｉに並列接続されたコンデンサｅ建…と抵抗■■輪の直
列回路は通電するコイμの切換えに伴うスパイク電圧を
低減するものである。

この帰還ループは合成信号■２が指令信号Ｖ、と一致す
るように動作し、その平衡状態においてはＶ２＝Ｖ、　
・・・・・・（４） となる。従って、コイルへの供給電流１ａは（９） 信号Ｖ、と被変調電流ｉ４の両者に応動した値となる。

なお、Ｒ７ｏはＲ６９よりも十分大き、くされ（Ｒ，ｏ
＝１にΩ、Ｒ６゜＝０．５６Ω）、Ｉａに較べてｉ４は
十分小さくされている。

このように、コイルへの供給電流Ｉａをモータの回転に
同期した変調信号に応動して変化させるならば、均一な
発生力を得ることができる。これについて第４図の動作
説明の波形図を参照して説明する。第４図（ａ）はコイ
／１１０ΦｔＬｒ−ａ　ＱＱに加わるマグネットＱ、１
０発生磁束密度をマグネット（至）の回転位置を横軸に
とって表わしたものであシ、コイルとマグネットの相対
位置によって磁束密度は周期的に変化する。同一方向へ
の接続的な回転力を得るためにブラシレス形のモータで
は回転位置を位置検出器（ロ）にて検出し、選択器−に
よυ通電すべきコイμを選択して電流を供給するように
なしている。

その通電区間は第４図（ａ）の上側に記している。いま
、一定の電流を選択されたコイルに供給するものとすれ
ば、フレミングの法則よ）発生力は磁束（１０） 密度と電流の積に比例し、第４図（ａ）の実線に示すよ
うに場所的に大幅に変動するようになる。この発生力の
変動は、磁束密度の場所的な変化によって生じるもので
あるから、モータ構造に固有のものであシ、モータ構造
が決まればその波形や変動率も決まシ、量産時でのバラ
ツキも少ない。従って、本発明のようにコイルへの供給
電流１ａをマグネットの回転に同期した信号に応動させ
て変化させるならば均一な発生力を得ることができる。

指令信号ｖ１が一定の場合を考える（第４図（＋））　
）。

第４図（ｃ）は変調信号発生器（ホ）の電圧信号Ｖ（変
調信号）の波形であシ、磁束密度の変動に対応した回転
に同期する周期信号となっている。変調信号Ｖによって
変調された変調器（ハ）の出力電流Ｎ４は、第４図（ｄ
）のように回転位置に応じて変化する。すなわち、ｖ＝
０のときに１４＝０となり、■が大きくなっていくとＮ
４は増加してゆき、ｖ＝Ｍａｘとなるとｉ４はｉ、に等
しくまたは略等しくなる。従って、（５）式にもとづく
コイルへの供給電流Ｉａは第４図（ｅ）に示すようにな
る。発生力１ａ（第４図（ｅ））と磁束密度（第４図（
ａ）の実線）の積であるから、本発明のモータの発生力
は第４図（４）のようになシ、変動の少ない均一な発生
力を得ることができる。

これについて更に詳しく説明する。電流検出器−の出力
■３に比例する電流を信号Ｖによって変調して被変調電
流ｉ４を作シ出しているためにｉ４はＶ６に応動する。

ここで、ｉ　４＜＜　Ｔ　ａであるからｖ３−Ｒ６９・
Ｉａと考えて良い。このｖ５を（１）式に代入すると、
となる。変調信号Ｖによる変調器（ハ）の利得をｇ　（
ｖ）とおくと ’ａ　＝　ｇ　（ｖ）・１１　・・・・・・（７）とな
シ、Ｖ＝Ｏのときにｇ（ｖ）＝　０　＊　ｖ　＝Ｍａｘ
のときにｇ（ｖ）＝　１　、０＜ｖ＜Ｍａｘのときに０
　＜　ｇ　（ｖ）＜　１となっている。（５）　、　（
６）　、　（７）式よシ、コイルへの供給電流Ｉａと指
令信号Ｖ、の関係は、 となる。従って、コイルへの供給電流１ａは指令信号Ｖ
、に比例すると共に、変調信号Ｖの値に応じて変換利得
Ｉａ／Ｖ、が変化している。すなわち、第４図（ｅ）に
示すように回転位置によって変化する電流Ｉａが位置検
出器６″Ｉ）の出力によって選択されたコイルに供給さ
れる。その結果、指令信号Ｖ、の値に比例する発生力が
得られると共に、発生力のむらは大幅に低減されている
。また、コイルへの供給電流Ｉａの変化率（最小伯／最
大値）は とな夛、変調信号Ｖの大きさや波形のバラツキの影響を
受け難いため量産時の性能も安定する（発生力のむらは
小さくなっている）。

これについて説明すれば、変調信号Ｖは次のような方法
によって得ることができる。

（１）　変調信号を作シ出すための専用の検出器ロータ
に多極マグネットを取シ付け、ステータにホール素子を
取付ける）を設ける （２）　電流供給器（２）の位置検出器−のホール素子
（１３） ←１）ｉｌψ輪の出力電圧信号から合成して作り出す。

一般に、変調信号Ｖの大きさや波形は量産時に個々のモ
ータによってかなり変動する（たとえばホール素子の感
度バラツキや取付はバラツキはかなシ大きい）。従って
、変調信号Ｖにより直接コイルの供給電流Ｉａを変調す
ると、量産時のバラツキが大きく、必要とする変化率の
電流を安定に得られない。しかし、前述の実施例のごと
き構成になすならば、変調信号Ｖのバラツキによってコ
イルへの供給電流Ｉａの波形は少し影響を受けるが、そ
の変化率はほとんど変化しない（変調器（ハ）の出力電
流ｉ４は最大でｉ４、最小で０と制限されている）。

その結果、量産時でも十分に安定した発生力のむらの小
さい高性能のモータとなる。

さらに、前述の実施例に示すように、駆動トランジスタ
のｈＦＥバラツキの影響を低減する帰還ループを含んで
電流供給器（ホ）を構成するならば、本発明のモータの
発生力のむらの低減効果は安定となる。

マタ、前述の実施例ではブラシレス形のモータ（１４） を例にとり説明したが、本発明はそのような場合に限ら
ず、ブラシ付きのモータであっても適用できる。第５図
に本発明の他の実施例を表わす回路結線図を示す。第５
図において、（１１）はブラシ・コミュテータを介して
電流が供給されるモータの３４２部であυ、０３けスパ
イク電圧低減用のコンデンサである。まだ、電流供給器
−は１個の駆動トランジスタ６１）と電流検出器い）と
合成器に）と制御器Ｏ′ｉ惨によって構成され、合成器
−の出力Ｖ２が指令信号ｖ１と一致するように動作する
帰還ループを形成している。その他の構成および動作は
、前述の第１図の実施例と同様であり説明を省略する。

また、電流供給器に）は必らずしも帰還ループを含んで
いる必要はない。第６図に本発明の他の実施例を表わす
電気回路図を示す。本実施例においては、コイル部（２
００）に電流Ｉａを供給する電流供給器に）の構成を簡
単化し、帰還ループを用いない方法にＩ−でいる。電流
供給器（イ）のトランジスタ（２０５）のエミッタ端子
における電圧Ｖ、（合成型輪の出力電圧は、Ｉ　２０　
＞＞　ｉ　４でトランジスタ（２０７）のベース電流を
無視すると Ｒ４＝　Ｖ　＋　＋２ＶＢ！　−−（ｚｃｉＶ４　＝Ｒ
２０９’　Ｉａ　＋　２ＶＢＢ　＋　Ｒ２０６・ｉ４　
・”・・・αυ　′となる。ここに、ＶＢゆけトランジ
スタのベース・エミッタ間順方向電圧降下であり、Ｒ２
Ｏ３，Ｒ２１］、は抵抗（２０６Ｘ２０９）の値である
。００．αＤ式よシ、コイル部（２００）への供給電流
Ｉａは、 １　・・・・・・＠ Ｉａ−（扁）・〔■、−Ｒ２０６・ｉ４〕となる。すな
わち、コイルへの供給電流Ｉａは指令信号Ｖ、と被変調
電流ｉ４の両者に対応した値となっている。なお３４２
部（２００）はブラシ・コミュテータや位置検出器とス
イッチトランジスタによってコイルへの電流を切換える
周知の各種の分配手段を備え、モータの回転位置に応じ
て通電するコイルを切換えている。その他の部分の構成
および動作は、前述の第１図の実施例と同様であシ、説
明を省略する。

また、前述の各実施例では、被変調電流ｉ４と電流検出
器（ホ）の出力■６とを合成するようにしたが、本発明
はそのような場合に限定されるものではない。第７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
施例に・おいては、変調器（ハ）の出力ｉ４をトランジ
スタ（３０３Ｘ３０４）からなるカレントミラーによっ
て反転し、抵抗（３０１）からなる合成器（３０２）に
供給している（その他の構成・動作は第１図に示した実
施例と同様であシ、説明を省略する）。

電流供給器（イ）の動作によシ、 ｖ５＝ｖ３ となる。ここで、　・・・・・・０３ Ｖ３＝　Ｒ６，・Ｉａ　−−（４４ ｖ５＝ｖ、−Ｒ５ｏ、・ｉ４・・・・・・０時であるか
ら、０式に代入して整理するととなる。Ｒ５０１−Ｒ７
０＋Ｒ，６９とすれば、０９式は（５）式と一致する。

従って、本実施例における電流Ｉａおよび発生力は前述
の第１図の実施例と同じになる。すなわち、発生力のむ
らは大幅に小さくなっている。

また、３相のコイルに片方向の電流を供給する構（１７
） 成に限らず、両方向に電流を供給するようにしても良い
（たとえば、特公昭５５−６９３８号公報に記載の方法
）。さらに、３相に限らず、一般に多相のコイルを有す
るモータに、本発明は適用可能である。また、回転力を
発生するモータに限らず、直進力を発生し、直進移動す
るモータにも適用できる。また、マグネットによる界磁
に限らず、固定的な磁極を形成する界磁方法（たとえば
、コイルに電流を流して界磁する方法）ならば、いかカ
る方法でも使用できる。その他、本発明の主旨を変えず
して個々の変形が可能である。

発明の効果 以上本発明のモータは発生力のむらが著しく小さくでき
る大きな利点を有する。従って、本発明にもとづいて、
音曖・映像機器用のブラシレヌモータを構成するならば
、安定かつ高性能な装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を表わす電気回路図、第２図
は電流発生器の具体的な構成例図、第３図（１８） は制御器の具体的な構成側図、第４図は動作説明用の波
形図、第５図、第６図および第７図はそれぞれ本発明の
他の実施例を・表わす電気回路図である。 （ｌ］）（至）・・・直流電源、０．１・・・マグネッ
）、（１４（ｌｆ９θＱ・・・コイル、翰・・・電流検
出器、ｅ〃・・・指令信号発生器、翰・・・電流発生器
、（財）・・・変調信号発生器、（ハ）・・・変調器、
に）・・・電流供給器、←１６ａ　Ｉｎ・・・駆動トラ
ンジスタ、（ト）（３０２）・・・合成器、に）・・・
制御器、６７１・・・位置検出器、（ハ）・・・選択器
、０１）　（２００）・・・コイル部代理人　森　本　
義　弘 （１９）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、　固定的な磁極を形成する界磁手段と、コイルと、
   前記コイルへの供給電流を検出する電流検出手段と、前
   記電流検出手段の出力に応動する電流信号を得る電流発
   生手段と、モータ可動部の位置に応じた変調信号を得る
   変調信号発生手段と、前記変調信号により前記電流信号
   を変調した被変調信号を得る変調手段と、指令信号を得
   る指令信号発生手段と、前記指令信号と前記被変調電流
   信号の両者に応動する電流を前記コイ７しに供給する電
   流供給手段とを具備するモータ。