JPS6130516B2

JPS6130516B2 -

Info

Publication number: JPS6130516B2
Application number: JP53105124A
Authority: JP
Inventors: Isao Kobayashi; Mitsuru Hanajima
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1978-08-29
Filing date: 1978-08-29
Publication date: 1986-07-14
Also published as: JPS5532471A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は無刷子直流モータの、特に、駆動回
路に関する。

無刷子直流モータとして、ロータマグネツトよ
りの磁界をホール素子にて検出してこのホール素
子に得られる磁界に応じた電圧をロータの位置検
出信号とし、この位置検出信号に基づいてステー
タコイルに駆動電流を流すようにするものが知ら
れている。

第１図〜第４図は、この種の無刷子直流モータ
の一例で、この例は、位置検出信号に基づいて複
数のステータコイルに直流電流を順次切換えて流
すのではなく、互いにπ／２ずれた２相交流電流を、２相のステータコイルに流すことにより、ロータ
の回転角に無関係に常に一定のトルクが得られ、
トルクむらのない回転をなすようにしたものであ
る。

即ち、第１図はこの無刷子直流モータの縦断面
を示すもので、１は回転軸、２はロータヨーク３
に被着されたロータマグネツトである。

このロータマグネツト２は複数極に着磁された
永久磁石が用いられるものであるが、第２図に示
すように例えば８極に着磁されるとともに、磁束
分布が正弦波状になるように着磁されている。

そして、この場合、ステータコイルは２相設け
られるもので、第３図に示すようにロータマグネ
ツト２よりの磁界に対して同相となる位置に配さ
れている巻線ブロツクC₁とC₂が直列に接続され
て第１のステータコイル４が形成され、ロータマ
グネツト２よりの磁界に対して同相となる位置に
同様に配されている巻線ブロツクC₃とC₄が直列
に接続されて第２のステータコイル５が形成され
る。これら第１及び第２のステータコイル４及び
５はロータマグネツト２に対向するように配され
るとともに互いに電気角で90゜の奇数倍だけ異な
るように配されている。

また、２個のステータコイル４及び５に対応し
てロータマグネツト２の磁界を検出するための２
個のホール素子６及び７が設けられる。即ち、２
個のホール素子６及び７は、第３図に示すように
ロータマグネツト２よりの磁界を検出する位置
に、互いに電気角で90゜異なる位置に配置され
る。

第４図は、この無刷子直流モータの駆動回路を
示すもので、２個のホール素子６及び７には、端
子８を通じて直流電流Ｆが供給されている。

従つて、ロータマグネツト２の回転に応じて、
ホール素子６及び７には正弦波電圧が得られ、こ
の電圧が直線を有する増幅回路９及び１０に供給
される。即ち、ホール素子６及び７の出力に得ら
れる正弦波電圧がオペレーシヨナルアンプ（以下
オペアンプという）１１及び１２の正及び負入力
端子間に印加され、このオペアンプ１１及び１２
の出力により、正弦波電圧の正の半サイクル期間
にはそれぞれトランジスタ１３及び１５が導通状
態となつて、これを通じてステータコイル４及び
５に電流が流れ、負の半サイクル期間にはそれぞ
れトランジスタ１４及び１６が導通状態となつて
これを通じてステータコイル４及び５の電流が流
れる。

従つて、ステータコイル４及び５には、ホール
素子６及び７より得られた電圧に比例した電流が
供給される。

即ち、ロータの回転角をθとすれば、一方のス
テータコイル４に鎖交する磁速B₁及び他方のス
テータコイル５に鎖光する磁束B₂は、 B₁＝Bmsinθ ……(1) B₂＝Bmcosθ ……(2) で表わされる。だしBmは定数である。

また、２個のホール素子６及び７によつて同様
に正弦波状の磁束が検出され、これらホール素子
６及び７には、磁束に比例した電圧が発生し、こ
れがアンプ１０及び１１に供給されるから、各ス
テータコイル４及び５に流れる電流i₁及びi₂は、 i₁＝Ksinθ ……(3) i₂＝Kcosθ ……(4) となる。但し、Ｋは回転角θに無関係の値で、完
成したモータでか電流Ｉが一定ならば定数であ
る。

従つて、ステータコイル４及び５に受ける力
F₁及びF₂は、 F₁＝i₁・B₁＝BmKsin₂θ ……(5) F₂＝i₂・B₂＝BmKcos²θ ……(6) となる。

従つて、ロータマグネツト２が受ける力Ｆは、Ｆ＝F₁＋F₂ ＝BmK（sin²θ＋cos²θ）＝BmK ……(7) となり、ロータの回転角θに関係なく一定のもの
となる。

こうして、この無刷子直流モータによれば、２
相のステータコイルに、互いにπ／２ずれた２相交流信号を通電することにより、ロータの回転角に無
関係に一定のトルクを得ることができ、トルクむ
らのない直流モータが実現できるものである。

ところで、ホール素子は、これを流れる電流の
方向に垂直方向に磁界が与えられると、出力端子
に電流値と磁束の積に比例した出力電圧が得られ
るものであるが、ホール素子はその材料により積
感度が異なり、ホール素子に流す電流が同じであ
つても出力電圧は異なる。例えば、InSb（イン
ジウム・アンチモン）からなるホール素子は積感
度が大きく、これに流す電流が小さくても比較的
大きい出力電圧が得られるのに対し、Ge（ゲル
マニウム）やGaAs（ガリウム砒素）からなるホ
ール素子は積感度が小さく、InSbのホール素子
に比較して出力電圧も小さい。しかしながら
InSbのホール素子は温度特性が悪く、複雑な温
度補償回路が必要となるのに対し、GaAaのホー
ル素子は温度特性が良く、温度補償も簡単になる
という利点がある。

そこで、GaAsのホール素子わ使用するのが回
路構成上、好ましい。ところが、上述したように
InSbのホール素子に比べて積感度が小さいの
で、その補償をする必要がある。

その一方法としては、先ず、ホール素子に流す
直流電流を大きくすることが考えられる。

ところが、ホール素子に流す直流電流値を大き
くする、消費電力が大きくなる欠点があるととも
にホール素子が発熱し、種々の悪影響がある。し
かもホール素子の定格電流以上には大きくできな
いからホール素子に流す直流電流は制限され、一
定値以上の出力電圧は得られない。

そこで、ホール素子に流す直流電流の大きさを
変えずに実質的にステータコイル４及び５に供給
する電流を大きくする方法として、上述した第４
図の駆動回路では、増幅回路９及び１０のゲイン
を大きくすることが考えられる。

しかしながら増幅回路９及び１０のゲインを大
きくすると次のような不都合が生じ、好ましくな
い。

即ち、増幅回路９及び１０では一般に直流オフ
セツト電圧が発生し、これが、ホール素子の出力
としての正弦波信号に重畳されるため、正弦波信
号の正の半サイクルと負のサイクルとで非対象な
波形となり、モータのトルクリツプルの原因とな
る。

しかも、この増幅回路９及び１０での直流オフ
セツトはアンプのゲインが高いほど大きくなり、
それだけトルクリツプルも大きくなる。従つて、
アンプ９及び１０のゲインはそれほど上げること
はできないのである。

この発明は、上述した欠点を一掃できるように
したもので、以下、この発明による無刷子直流モ
ータの一例を、上述したトルクむらのない無刷子
直流モータの場合を例にとつて第５図以下を参照
しながら説明しよう。

第５図において、２０は正の直流電圧Ｅ_Bの得
られる端子である。また、２１は発振器で、これ
よりは一定周期のパルス信号Ｓ_A（第６図Ａ）が
得られ、これがスイツチ回路２２に供給されて、
このスイツチ回路２２が、信号Ｓ_Aの「１」の期
間にオンとされる。従つて、端子２０とスイツチ
回路２２との接続点P₁にはパルス状電圧Ｓ_B（第
６図Ｂ）が得られる。そして、このパルス状電圧
Ｓ_Bがアンプ２３にて増幅されてこのアンプ２３
の出力電圧がホール素子２４及び２５の電源とさ
れる。従つて、ホール素子２４及び２５は、抵抗
を通じてパルス状電流が流れる。

一方、このときホール素子２４及び２５には、
ロータマグネツト２よりの正弦波状磁界Ｓ_C（第
６図Ｃ）が与られているので、ホール素子２４及
び２５には、これにパルス状電流が流れている間
だけ磁界の強さに比例した電圧が得られる。そし
て、これがアンプ２６及び２７により増幅され
て、アンプ２６及び２７の出力には検出磁界の強
さに応じて変化するパルス状電圧Ｓ_D（ただし、
アンプ２６の出力とアンプ２７の出力とではπ／２だけ位相が異なる。）が得られる。このとき、アン
プ２６及び２７においては直流オフセツト電圧Ｖ
_DCが生じるが、発振器２１よりのパルス信号Ｓ_A
がスイツチ回路２８及び２９に供給されて、これ
らスイツチ回路２８及び２９が信号Ｓ_Aの「１」
の区間でオンとされるため、アンプ２６及び２７
の出力側に設けられた結合用コンデンサ３０及び
３１をスイツチ回路２８及び２９との接続点P₂及
びP₃に得られる電圧は、そのベース部分がアース
電位（零電位）にクランプされたものとなり、直
流オフセツト電圧は除去される。

発振器２１よりのパルス信号Ｓ_Aは、また、遅
延回路例えば単安定マルチバイブレータ３２を通
じてサンプリングパルス形成回路３３に供給され
て、パルス電圧Ｓ_Dのパルス区間内で立ち上がる
幅のせまいパルスＳ_E（第６図Ｅ）がこれより得
られる。そして、このサンプリングパルスＳ_Eが
スイツチ回路３４及び３５に供給されて、パルス
Ｓ_Eのパルス幅区間で、これらスイツチ回路３４
及び３５がオンとされることによりパルス電圧Ｓ
_Dがサンプリングされて、そのサンプリング電圧
が、ホールド用コンデンサ３６及び３７に充電さ
れてホールドされる。そしてこのホールド電圧Ｓ
_F（第６図Ｆ）がオペアンプ３８及び３９を通じ
て、それぞれ正弦波状電圧の正の半サイクル期間
と負の半サイクル期間とで切換えてステータコイ
ル４及び５に駆動電流を供給するためのトランジ
スタ４０，４１及び４２，４３に供給されて、第
４図の例の場合と同様にステータコイル４及び５
に、ホール素子２４及び２５より得られた電圧に
ほぼ比例した電流が供給される。

このようにして、この発明によれば、ホール素
子にパルス状電流を供給し、このパルス状電流の
パルス周期に同期したサンプリングパルスにより
ホール素子の出力電圧をサンプリングホールド
し、そのホールド電圧によりステータコイルに駆
動電流を供給するようにして、従来と同様のモー
タ駆動ができる。そして、この発明では、ホール
素子にはパルス状電流を流せばよいので、直流電
流の値に比して電流のピーク値を大きくできる。

例えば、1mAの直流電流を流した場合と、デ
ユーテイフアクタ１／１０のパルス電流で、そのピーク値を10mAにした場合とでは、パルス電流の平均
電流からみれば同じになる。

従つて、実質的にホール素子に流す電流を大き
くすることができるから、サンプリングホールド
した電圧でみれば、ホール素子の出力として大出
力が得られたのと等価である。従つて、アンプ２
６，２７及び３８，３９のゲインを大きくする必
要がないので、直流オフセツト電圧も大きくなる
ことはなく、トルクリツプルも少なくてすむ。

また、ピーク値の大きい電流をホール素子に流
しても、消費電力はそのパルス状電流の平均値で
決まるので、少ない消費電力ですむ。また、発熱
も、パルス電流のピーク値に等しい直流電流を流
すのに比べて少ない。

また、第５図の例においては、アンプ２６及び
２７で発生する直流オフセツト分はスイツチ回路
２８及び２９よりなるクランプ回路によつて除去
されるので、このアンプ２６，２７で発生する直
流オフセツト電圧は無視できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は無刷子直流モータの一例の構
造を説明するための図、第４図はその駆動回路の
一例を示す回路図、第５図はこの発明による無刷
子直流モータの駆動回路の一例を示す図、第６図
はその説明のための波形図である。１はロータ軸、２はロータマグネツト、４及び
５はステータコイル、６，７，２４及び２５はホ
ール素子、２１は発振器、３３はサンプリングパ
ルス形成回路、３４及び３５はサンプリング回路
としてのスイツチ回路、３６及び３７はホールド
用コンデンサである。

Claims

【特許請求の範囲】

１ロータマグネツトの磁界を検出して回転位置
信号を得るためのホール素子と、このホール素子
にパルス状電流を供給する回路と、上記ホール素
子よりパルス状電圧が供給され、このパルス状電
圧を上記パルス状電流のパルスに同期したサンプ
リングパルスによりサンプリングホールドするサ
ンプリングホールド回路と、このサンプリングホ
ールド回路より得られたサンプリングホールド電
圧を増幅して駆動コイルに供給するようにする増
幅回路を設けてなる無刷子直流モータ。