JPS61207192A - 直流無整流子モ−タの駆動装置 - 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） 本発明は直流無整流子モータの駆動装置に関する。

（従来の技術） 最近の直流無整流子モータには回転子の回転位置の検出
素子として、その手軽さから磁電変換素子、とりわけホ
ール素Ｔが多用されているが、良く知られているように
ホール素子は感度のばらつきが大きく、このため、従来
からホール素ｒの感度のばらつきを回路技術によって吸
収しようとする試みが盛んにｔ？われできた。

例えば、特開昭５８−８６８９２号公報にはその代表的
な技術が開示されている。その動作のポインドは、３個
のホール素ｒの出力を線形増幅して得られた電機ｒコイ
ルへの印加電圧ＶＵ、ＶＶ、ＶＷのなかで、第１の基を
値ＶＣよりも高い電圧の和と、第２の基を値Ｖｌ）より
も低い電圧の和をとって、これらの電圧の和が、制御（
，１号Ｖｌに比例する値に常時・致するようにホール素
ｒのバイアス電圧を制御することにある。

（発明が解決しようとする問題点） １−記従来の駆動装置によれば、電機子コイルへの供給
電圧あるいは供給電流の和が常に制御入力電圧ＶＩに比
例する値に一致するように制御されるので、３個のホー
ル素子のそれぞれに感度ばらつきが生じていてもそれを
吸収するように回路が動作し、したがってホール素子の
出力信号の基本波成分の周波数に対してはトルクリップ
ルの抑制効果を有するが、より高次のトルクリップル成
分については殆ど抑制効果を有うさないという問題があ
る。

例えば、３相全波駆動の直流無整流子モータについて論
じると、各固定−ｒ巻線に誘起される発電電圧波形が純
粋な１］゛弦波であって、しかも各固定ｒ巻線に１］−
弦波電流を流すならば、モータの出力トルクＴは次式で
示されるように・定となる。

Ｔ＝　（ｓｉｎ　Ｏ）２＋　（ｓｉｎ　（０−２−π／
３））２＋　（ｓｉｎ　（０−４＊　π／３））２＝１
．５　　　　　　　　　　　　　　　　（１）なお、（
Ｉ）式において０は回転電気角である。

ところが、一般にはモータの効率を品めるために回転子
の永久磁石にはより強い着磁が施され、その結果、ホー
ル素子の出力信号波形ならびに発電電圧波形のいずれに
も３次成分を始めとする奇数次の高調波成分が含まれる
。

このため、ヒ記従来の装置においては、ホール素ｒの感
度ばらつきに起因するトルクリップルは抑１．＋１でき
ても、ｌ：’５次のトルクリップルについては抑制しき
れないという問題があった。

（問題点を解決するためのｒ段） 本発明は、１−記従来の問題点を解決するため、　　゛
ホール素ｒなどの複数の磁電変換素ｒの出力を増幅する
第１の増幅器と、前記第１の増幅器の出力を増幅してそ
れぞれに対応した固定ｒ巻線に電流を供給する第２の増
幅器からなる複数の増幅手段と、制御人力に依存した出
力を発生する制御増幅器と、前記第１の増幅器から前記
第２の増幅器へのＩＦ力方向出力の和もしくは負方向の
出力の和のζＩＪ−均値が前記制御増幅器の出力に比例
するように前記第１の増幅器の増幅度あるいは前記磁電
変換素ｒへの給電電圧を調節する感度調節手段と、前記
正方向の出力の和もしくは負方向の出力の和に比例した
電流と前記制御増幅器の出力に比例した電流を合成する
合成手段の出力によって前記第２の増幅器の増幅度を調
節する出力調節手段を備えた直流無整流子モータの駆動
装置を提供するもの第２の増幅器への正方向の出力の和
もしくは負方向の出力の和の・［均値が制御増幅器の出
力に比例する様に第１の増幅器の増幅度あるいは磁電変
換素ｒへの給電電圧を調節することによって磁電変換素
ｒの感度ばらつきに起因する基本波成分のトルクリップ
ルを抑制することができると共に、前記ｌＥ右方向出力
の和もしくは負方向の出力の和に比例した電流と制御増
幅器の出力に比例した電流を合成してその出力によって
第２の増幅器の増幅度を調節することによってより高次
のトルクリップルをも抑制することができる。

（実施例） 以ド、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。

第１図は本発明の一実施例における直流兼整流ｒモータ
の駆動装置の回路構成図を示したものである。

第１図においてホール素子（＋）、（２）、（３）は固
定ｒ（図示せず）上に１１：いに１２０°の間隔を保っ
て配置されており、前記ホール素ｆ’（＋）、（２）、
（３）の出力はそれぞれ電流出力型の前置増幅器（３０
）、（４Ｇ）、（５０）の入力端Ｙに供給され、前記前
置増幅器（３０）、（４０）、（５０）の出力はそれぞ
れ抵抗（４）、（５）、（６）の−・端に供給されると
ともに電流出力型のパワー増幅器（［ｉｏ　）　、　（
７０）　、　（８０）（７）非反転入力端ｒに供給され
ている。前記パワー増幅器（ｌｌｉｏ　）　、　（７０
）　、　（８０）の両方向出力端子（ｆｉｏａ　）　、
　（７０ａ　）　、　（８０ａ　）はそれぞれ星形結線
された固定ｒ巻線（７）、（８）、（９）の一端に接続
され、前記前置増幅器（３０）、（４０）、（５０）の
両方向出力端一１（３０ａ　）　、　（４０ａ　）　、
　（５０ａ　）を介して前記パワー増幅器（ＧＯ）、（
７０）、（８０）に供給される出力のうち負方向（前記
両方向出力端Ｊ’（３０ａ）　、（４０ａ）　、（５０
ａ）に電流が流し込まれる方向）の出力に比例した電流
を吸い込む流入端γ（３０ｂ）、（４０ｂ）、（５０ｂ
）は−グいに共通接続されて・端がプラス側給電端子（
１０）に接続された抵抗（１１）の他端に接続されると
ともに比較器（９０）の非反転入力端子とバッファ回路
（１００）の入力端子にも接続され、前記両方向出力端
子（３０ａ）　、　（４０ａ　）　、　（、ＳＯａ　）
からのＩＥ方回の出力に比例した電流を流し出す流出端
ｆ’　（３０ｃ　）　、　（４０ｃ　）　、　（Ｓｅｃ
　）は互いに共通接続されてカレントミラー回路０璽０
）の入力端子に接続され、１１り記カレントミラー回路
（１１０）の第１の出力端子は一端がプラス側給電端子
（１０）に接続された抵抗（１２）の他端に接続される
とともに前記比較器（９０）の反転入力端ｒに接続され
、前記カレントミラー回路（■０）の第２の出力端γ・
は−・端がプラス側給電端１０）に接続された抵抗（Ｉ
３）の他端に接続されるとともに電流出力型の比較器（
１２０）の反転入力端ｒに接続されている。

−・方、制御電月入力端Ｊ’−（２０）には制御増幅器
（１３０）の非反転入力端ｒ・が接続され、前記制御増
幅器（１３Ｇ）の出力はカレントミラー回路（＋４０）
に供給され、このカレントミラー回路（１４０）の第１
の出力端子は・端がプラス側給電端子（１０）に接続さ
れた抵抗（１４）の他端に接続されるとともに比較器（
１５Ｇ）の反転入力端Ｔに接続され、前記カレントミラ
ー回路（１４Ｇ）の第２の出力端子は前記カレントミラ
ー回路（１１０）の第２の出力端ｒ−サともに前記比較
器（１２Ｇ）の反転入力端子に接続され、前記比較器（
１２Ｇ）の出力は増幅度を調節するための；υ制御部ジ
ノ・として前記パワー増幅器（ＧＯ）、（７Ｇ）、（８
０）に供給されている。

また、抵抗（１５）、（ＩＧ）によって給電電圧を分圧
して作られた給電電圧のｌ’＝分の電圧がバッファ回路
（ＩＧＯ）を介して前記抵抗（４）　、　（５）　、　
（６）のそれぞれの他端と、′前記制御増幅器（１３０
）の反転入力端子と、前記パワー増幅器（Ｇｏ　）　、
　（７０）　、　（８Ｇ　）の反転入力端子に供給され
、前記比較ｎ（９０）の出力は前記前置増幅器（３０）
、（４０）　、（５０）オフセット調節端ｆ’（３０ｄ
　）　、　（４０ｄ　）　、　（５０ｄ　）に供給され
ている。

さらに、パワー増幅器（ＧＯ）　、　（７Ｇ　）　、　
（８０）から固定子巻線（７）、（８）、（９）に供給
される電流のうち、両方向出力端子（８０ａ）　、（７
０ａ）　、（８０ａ）に流入する電流に比例した電流を
吸い込む流入端子（ＧＯｂ）　、（７０ｂ）　。

（８０ｂ）は互いに共通接続されて一端がプラス側給電
端子（１０）に接続された抵抗（１７）の他端に接続さ
れるとともに前記比較器（１２Ｇ）の非反転入力端子に
も接続され、前記８７７７回路（１００）の出力は抵抗
（１８）とコンデンサ（１９）によって構成されたフィ
ルタ回路を介して前記比較器（１５０）の非反転入力端
−ｒに供給され、前記比較器（１５０）の出力は前記ホ
ール素子（＋）、（２）、（３）に給電されている。

尚、この実施例においては、バッフγ回路（Ｉｏｏ）、
抵抗（１８）、コンデンサ（１９）、比較器（１５０）
にて感度調節手段が構成され、カレントミラー回路（１
１０）のカレントミラー回路（１４０）と抵抗り３）に
よって合成り段が構成され、比較器（１２Ｇ）にて出力
調整手段が構成されている。

以］−のように構成された直流力罠整流γモータの駆動
装置について、第１図および第２図、第３図ならびに第
４図を用いてその動作を説明する。

なお、説明に先だってモータの回転子を構成する永久磁
石の磁束をホール素子で検出したときには基本波に対し
て３次高調波、５次高調波、７次高調波、９次高調波が
それぞれ、１７．７７％、　５４８％、　２．１Ｇ％、
０．７９％の割合で含まれているものとする。また、発
電電圧波形には３次高調波、５次高調波がそれぞれ、８
．３０％、０．７５％の割合で含まれているがそれ以」
二の高次の高調波は含まれていないものとするこれらの
数値は永久磁石としてフェライト系の素材を用いた場合
の実測値に基づいており、発電電圧波形がホール素子の
出力電圧波形に比べて高次の高調波の含イ１“率が低く
なっているのは実際の固定ｒ巻線の形状が扇形のワンタ
ーンコイル状ではなくて、ある程度の巻幅をイアする円
形に近くなっていることに起因する。

まず、第２図は比較ｎ（９０）による制御ループと比較
器（＋２０）による制御ループならびにバッフＹ回路（
１００）　、比較器（１５０）による制御ループをいず
れも開放状態にしたときの信−す波形を、」（シたもの
で、波形Ａがホール素子（＋）、（２）、（３）の差動
出力電圧波形であり、波形Ｂが抵抗（１２）の両端に現
れる信号波形であり、波形Ｃが抵抗（１１）の両端に現
れる信号波形であり、波形１）は給電電圧の２分の１の
電位を基準にしたときの比較器（９０）の出力電圧波形
である。

すなわち、前置増幅器（３０）、（４０）、（５０）は
、後に説明するように抵抗（４）　、　（５）　、　（
６）およびパワー増幅器（ｔｉｅ）、（７０）、（８０
）に供給する出力のうち、東方向成分ニ比例シタ電流を
流出端Ｊ’（３０ｃ）　、（４０ｃ）、（５０ｃ）から
流し出し、負方向成分に比例した電流を流入端子（３０
ｂ）　、（４０ｂ）　、（５０ｂ）から吸収する構成に
なっているので、抵抗（１２）の両端には第２図の電圧
波形Ａの中間電位よりも］−側の電圧を中間電位との差
分だけ加え合わせた値に比例した電月・が現れ、抵抗Ｃ
Ｉ＋）の両端には第２図の電圧波形Ａの中間電位よりも
ド側の電圧を中間電位との差分だけ符ツノを反転して加
え合わせた値に比例した電圧が現れ、比較器（３０）の
出力端自こは両者の差に比例した電ハ波形が現れる。

比較器（１２０）による制御ループが開放状態のときに
はパワー増幅器（ＧＯ）　、　（７０）　、　（８０）
は線形増幅器として働くから第２図の信号波形Ｂ、Ｃを
比較すればわかるように、パワー増幅器（ＧＯ）、（７
０）、（８０）から固定ｒ巻線（７）　、（８）、（９
）に供給される電流のうち、Ｍｉ出電流の総和と流入電
流の総和が一致せず、このままではパワー増幅器（６０
）、（７０）、（８０）の出力電流のバランスがとれな
くなる。

つぎに、第３図は比較器（９０）による制御ループを動
作させたときの信号波形を小したもので、波形Ａが前ｊ
ν〜増幅器（３０）　、（４Ｇ）、（５０）の出力電流
波形であり、波形Ｂが抵抗（１２）の両端に現れる信号
波形であり、波形Ｃが抵抗（１１）の両端に現れる信号
波形であり、波形１）はモータを回転させたときに固定
子巻線（７）　、（８）、（９）に誘起される発電電圧
波形である。

すなわち、第２図の波形りに示した比較器（３０）の出
力によって前１置増幅器（３０）　、　（４０）　、　
（５０）のオフセット調節端ｊ’　（３０ｄ）、（４０
ｄ）　＋＜５０ｄ）　ｆ）電位カ変調を受け、その結果
、前置増幅器（３０）　、（４Ｇ）、（５Ｇ）の出力電
流波形は第３図の波形Ａに示すように、第２図の波形Ａ
の信号波形から３次高調波成分を取り除いた波形となり
、抵抗（Ｉ２）の両端に現れる電圧波形と抵抗（ＩＩ）
の両端に現れる電圧波形が同じ形になる。

一方、固定子巻線（７）　、　（８）　、　（９）には
第３図の波形りに示したような発電波形が現れるから、
パワー増幅器（８Ｇ　）　、　（７０）　、　（８０）
を単なる線形増幅器として動作させたときにモータが発
生するトルクは、第３図の波形Ａに／にされる（ａ　Ｉ
　）　、　（ａ２　）　、　（ａ３　）の電流値と第３
図の波形１〕に示される（ｄ　Ｉ　）　、　（ｄ２）、
　（ｄ３　）の電圧値の積に比例する。

ちなみに、それぞれの積を求めて（ａｔ　Ｘｄｌ＋ａ２
Ｘｄ２＋ａ３Ｘｄ３）を計算すると、トルクリップルは
ほぼ８．５％ｐ−ｐとなり、その最大値は第３図の同転
電気角が３０°、９０　’　、１５０°、２１Ｇ”　、
・・・・の点に現れ、最小値は０”、ＧＯｏ、！２０°
、１８０’　、・・・・の点に現れる。

このトルクリップルを抑制するには前置増幅器（３Ｇ）
、（４０）、（５０）の出力をパワー増幅器（ＧＯ）、
（７Ｇ）。

（８０）において増幅するに際し、抵抗（１７）の両端
に現れる信号波形のリップル含有率が抵抗（１１）の両
端のそれよりも低くなるように前記パワー増幅器（８０
）、（７０）、（８０）の増幅度を調節すれば良い。

第１図に示した直流兼整流ｒモータの駆動装置では、リ
ップルを含んだカレントミラー回路（１１０）の出力電
流にリップルを含まないカレントミラー回路（１４０）
の出力を抵抗（１３）において合成することによって、
リップル含自率が低減された電圧波形を作りだし、この
電圧とパワー増幅器（ＧＯ）、（７０）、（８０）の出
力電流の和に比例した電流が供給される抵抗（１７）の
両端の電圧が一致するように比較器（＋２０）がパワー
増幅器（ｌｌｉＯ）　、　（７Ｇ　）　、　（８Ｇ　）
の増幅度を調節するように構成している。したがって、
固定ｒ巻線（７）　、　（８）　、　（９）に供給され
る総電流のリップル含打率は抵抗（１３）の両端の電圧
波形のリップル含有率にほぼ等しくなる。

第４図は、第１図の装置において抵抗（１７）の両端の
電圧波形のリップル含イｒ率が１３．３％になるように
、抵抗（１３）を流れるカレントミラー回路（１１０）
とカレントミラー回路（＋４０）の出力電流の合成比率
を設定したときの信号波形を示したもので、第４図にお
いて、波形Ａがパワー増幅器（ＧＯ）、（７０）、（８
０）の出力電流波形であり、波形Ｂが抵抗（Ｉ２）の両
端に現れる信号波形であり、波形Ｃが抵抗（１目）の両
端に現れる信号波形であり、波形りは第３図の波形ｌ〕
に示した発電電圧波形と第４図の波形Ａの出力電流波形
の積から得られるトルクリップルの波形を示したもので
ある。なお、このときのトルクリップルの大きさは約２
．８％ｐ−ｐであるところで、永久磁石の青磁波形の高
調波の含有率が先に述べた値と異なる場合には、それに
適した合成比率を設定することによってトルクリップル
の大きさを最小にすることができ、青磁波形が１１：、
弦波に近づ（程トルクリップルは小さくなる。

なお、ホール素子（＋）、（２）、（３）の感度がそれ
ぞれ平均よりも高かったり、あるいは低かったりしても
、それを補償するように比較器（１５０）が動作するの
で、同一装置において３個のホール素−ｒのベアリング
がなされていれば問題はない。また、３個のホール素子
の感度ばらつきをも吸収するには抵抗（１８）とコンデ
ンサ（Ｉ９）によるフィルタをアクティブフィルタなど
に変更して青磁波形の基本波以１−の周波数成分に対し
ては急峻な重下特性を持たせれば良い。

このように、第１図に示した直流熱整流γ−モータの駆
動装置は回路に特別な演算を行わせることなく容易にト
ルクリップルを低減させることができる。

なお、第１図に示した実施例においては比較器（１５０
）からホール素子（１）、（２）、（３）に直接に給電
するように構成しているが、前記比較Ｚ（１５０）の出
力によって前置増幅器（３Ｇ）、（４０）、（５０）の
増幅度を調節するように構成しても同様の効果を得るこ
とができる。また、パワー増幅器（６Ｇ）　、（７０）
、（８０）の増幅度が回路的に精度良（設定されていれ
ば、比較器（１２０）による制御ループは削除しても差
し仕えない。

ところで、比較Ｚ４（９０）による制御ループは、前置
増幅器（３Ｇ）、（４０）、（５０）の正方向の出力と
負方向の出力のバランスを保つために用いられているが
、つぎに示すように前記前置増幅Ｗ（３０）、（４Ｇ）
、（５０）の入力信号の段階でバランスが保たれていれ
ば、前記比較ｍ（９Ｇ）による出力バランス調節ループ
は不認となる。

さて、第５図はパワー増幅器（６０）の具体的な回路構
成例を示す回路結線図であり、パワー増幅器（７Ｇ）、
（８Ｇ）も同一の構成となる。

第５図においてトランジスタ（Ｇｌ）、（Ｇ２）、（８
３）、（８４）、（８５）によって構成された差動段の
伝達フンダクタンスｇ腸は、定電流源（８０ａ）の出力
電流を！Ｓとし、ボルツマン定数をｋとし、電子の電荷
をｑ、接合温度をＴとしたとき次式によってｌ与えられ
る。

ｇ＋ｗ＝Ｉｓ＊ｑ　／２　　＊ｋ　　ｅＴ　　　　　　
　（２）士た、トランジスタ（６１）のコレクタから流
入端１’ＮＯまではカレントミラー回路で連結され、電
流増倍率は５０に設定されているので、入力端ｆｌＮ−
ＩＮ　　間から流入端ｌ’４Ｇまでの伝達フンダクタン
スＧＭｓは次式によってり、えられる。

ＧＭｓ　＝２５＊　Ｉｓｅ　ｑ　／ｋ　＊　Ｔ　　　　
　　　（３）一方、トランジスタ（６Ｂ）に対する出力
トランジスタ（６７）のエミッタ面積の倍率と、トラン
ジスタ（６８）に対する出力トランジスタ（６９）のエ
ミッタ面積の倍率はいずれも２０Ｇに設定されているの
で、入力端Ｊ”ＩＮ　　−ＩＮ　　間から出力端子８０
までの伝達コンダクタンスＧＭ　　は次式によってＩｊ
えられる。

ＯＮ　　＝５００　＊１３＊ｑ　／ｋ　＊７　　　　　
（４）なお、定電流源（ｔｆＯａ）は、実際には第１図
の電流出力型の比較に＋（１２０）の出力に依イｒした
電流を供給するように構成される。

つぎに、第６図は第１図の前置増幅器（：ｌＯ）、（４
０）、（５０）の具体的な構成例を小す回路結線図であ
り、第５図とほぼ同様の増幅回路の前段に差動段を追加
した構成となっている。

なお、Ｖ　端子は第１図のバッファ回路（１６０）の出
力電圧が供給される端子であり、■、端ｒがオフセット
調節端ｒである。

（発明の効果） 本発明の直流無整流子モータの駆動装置は、以上のよう
に固定子上に配置されて回転子磁石による磁界を検出す
る複数の磁電変換素子と、前記各磁電変換素子の出力を
増幅する第１の増幅器と、前記第１の増幅器の出力を増
幅してそれぞれに対応した固定子巻線に電流を供給する
第２の増幅器からなる複数の増幅手段と、制御電圧入力
端子に印加される制御人力に依存した出力を発生する制
御増幅器と、前記第１の増幅器から前記第２の増幅器へ
の＋Ｆ、方向の出力の和もしくは負方向の出力の和の平
均値が前記制御増幅器の出力に比例するように前記第１
の増幅器の増幅度あるいは前記磁電変換素子への給電電
圧を調節する感度調節手段と、前記正方向の出力の和も
しくは負方向の出力の和に比例した電流と前記制御増幅
器の出力に比例した電流を合成する合成ｐ段と、前記合
成重・段の出力によって前記第２の増幅器の増幅度を調
節する出力調節手段を備えているので、基本波成分だけ
でなく、より高次のトルクリップルをも抑制することが
できかつ回路に特別な演算を行わせることなく容易にト
ルクリップルの低減を図ることができ、人なる効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における直流無整流ｒ・モー
タの駆動装置の回路構成図、第２図、第３図、第４図は
第１図の装置の動作を説明するための信号波形図、第５
図はパワー増幅器の具体例を示す回路結線図、第６図は
前置増幅器の具体例を示す回路結線図である。 （１）、（２）、（３）　”−ホール素ｒ、　（７）、
（８）、（９）　−・・固定ｒ巻線、　（＋３）、（＋
８）・・・抵抗、　（＋９）・・・コンデンサ、　（２
０）・・・制御電圧入力端子、　（３０）、（４０）、
（５０）・・・前置増幅器、　（ＧＯ）、（７Ｇ）、（
８０）・・・パワー増幅器、　（１００）・・・バッフ
ｙ　１ｉｊｌ路、　（＋１０）、（１４０）・・・カレ
ントミラー回路、　（１２０）、（１５０）・・・比較
器、　（＋３０）・・・制御増幅器。 １．２．６・　・ホール素子 第１　図 第２　図 第３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）固定子上に配置されて回転子磁石による磁界を検
   出する複数の磁電変換素子と、前記各磁電変換素子の出
   力を増幅する第１の増幅器と、前記第１の増幅器の出力
   を増幅してそれぞれに対応した固定子巻線に電流を供給
   する第２の増幅器からなる複数の増幅手段と、制御入力
   に依存した出力を発生する制御増幅器と、前記第１の増
   幅器から前記第２の増幅器への正方向の出力の和もしく
   は負方向の出力の和の平均値が前記制御増幅器の出力に
   比例するように前記第１の増幅器の増幅度あるいは前記
   磁電変換素子への給電電圧を調節する感度調節手段と、
   前記正方向の出力の和もしくは負方向の出力の和に比例
   した電流と前記制御増幅器の出力に比例した電流を合成
   する合成手段と、前記合成手段の出力によつて前記第２
   の増幅器の増幅度を調節する出力調節手段を具備してな
   る直流無整流子にモータの駆動装置。
2. （２）合成手段の出力と第２の増幅器の出力の和に比例
   した電圧を比較する比較器によつて前記第２の増幅器の
   増幅度を調節するように構成した特許請求の範囲（１）
   項記載の直流無整流子モータの駆動装置。