JPS62126888A - ブラシレスモ−タの制御方法 - 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、例えばパソコン等のＯＡ機器のファン駆動部
等に用いられるモータであって、ホールＩＣによるスイ
ッチング回路により電子的に整流されるブラシレスモー
タの制御方法に関するものである。

［従来の技術］ 今日、ホール素子等を用いて整流を行なうブラシレスモ
ータは、整流子による電気的ノイズを発生しない故、パ
ソコン等のＯＡ器に多く用いられ、第１８図及び第１７
図に示す様な小型のブラシレス扁平モータエ０がファン
の駆！！！１部等として使用されている。

この様な小型ブラシレスモータ１０の４極若磁２相モー
タとしては、例えば第１６図に示す如く、モータケース
に回転自在に設けられているモータ軸に固定されたロー
タヨーク１６に、第１７図に示す如く異なる磁極を順次
隣接させる様に例えば略三角形をした４個のロータマグ
ネット１７を３０°毎に配置し、このロータヨーク１８
及びロータマグネッ）１７から戊るロータ１５に対向し
て４個のステータコイル１２を８０°間隔でコイルヨー
ク１１に固定し、併せてホールＩＣ１４等の磁電変換素
子１３を設け、以て該磁電変換素子１３によりロータ１
５の位置を検出する構造とし、ロータ１５の回転位置に
応じた磁電変換素子１３の出力によりステータコイル１
２への電機子電流を制御するものが多い。

そして、４極着磁の２相ブラシレスモータ１０は１８０
°離れて相対する２個ずつのステータコイル１２を直列
として２組のコイル群として電流を流し、以て磁界を生
じさせ、ロータヨーク１Ｂに配置されたロータマグネッ
ト１７の磁極と相俟ってロータ１５の回転力を生じさせ
るものである。

［発明が解決しようとする問題点］ 上述の如く、ホールＩＣを用いたブラシレスモータは構
造が比較的単純であり保守が容易であって、電気的ノイ
ズを生じ難い数多用されつつあるも、低トルク時に大き
な電機子電流が流れ、効率が低い欠点があった。

本発明は、この様な欠点を排し、稼動時における消費電
力に対するモータの効率を高くし得るブラシレスモータ
の制御方法でアル。

［問題を解決するための手段］ 本発明は、出力電圧が磁束密度に応じて変化するリニア
形の磁電変換素子を用いてロータ位置を検出し、該磁電
変換素子の出力により電機子電流を切り換える電機子電
流制御素子の制御電流を制御すると共に、ロータの回転
数に応じて順次ロータが高回転になるに従い前記電機子
電流制御素子を導通させる為の磁電変換素子出力の閾値
電圧を順次高く又は低くすることにより、電機子電流制
御素子の導通時間を短くすることを特徴とするブラシレ
スモータの制御方法である。

［作用］ 本発明は回転数が高くなるに従ってｆｆ１Ｊ！子電流の
導通時間を短くするものである故、起動特等低速回転の
場合には電機子電流の導通時間が長く、多量の電機子電
流を流し、トルクを大きくして迅速な増速が可能であり
、又、通常運転時等の高速回転時における電機子電流の
導通時期は、制御電流の切り換わる時期の如く、低トル
クの部分であって、変換効率の悪い低トルク時期におけ
る電機子電流を遮断する様に導通させる方法である故、
モータへの入力電力を減少させることができ、且つ、モ
ータの効率を高めることができるブラシレスモータの制
御方法である。

［実施例］ 本発明の１実施例として、４極２相型にして、逆起電圧
方式による速度検出が行なわれているホールモータ１０
の制御方法を説明する。

該実施例におけるホールモータ１０のロータ１５は、第
１図に示す様に９０°の範囲に４分割され、順次Ｎ極と
Ｓ極との相異なる磁極が隣接する様にロータヨークｌＢ
へロータマグネッＨ７を設けて構成されている。そして
、ステータコイル１２の機械的中間位置に磁電変換素子
１３としてのホールＩＣ１４を前記ロータ１５の外周近
傍に設けてロータ１５の位置を検出する様にし、このホ
ールＩＣ１４は交鎖する磁束密度により出力電圧が順次
変化するリニア形ホールＩＣ１４を用い、且つ、ロータ
１５の外周には磁極境界線１８を中心線とし、該磁極境
界線１８と直交する直線より外方部分を切り欠くか又は
無着磁部分１９とする。

この様に磁極境界線１８を対称線とする無着磁部分１８
を形成することによりロータ１５の磁極とホールＩＣ１
４との距離が部分的に遠くなり、ホールＩＣ１４の出力
電圧を生じさせる為にホールＩＣ１４と交鎖する磁束は
、その磁束方向を逆転するに際して一時的にその磁束密
度が低くなる様にする。

そして、ホールＩＣ１４はホール素子と適宜の増幅部で
構成される素子であり、第３図に示す様に磁気検出部へ
の磁束密度が零のときに出力電圧が交叉する対称出力特
性を有するリニア形ホールＩＣ：１４を用いることとす
る故、前記無着磁部分１９を形成したことによる磁束密
度の変化と相俟って、本実施例におけるホールＩＣ１４
の出力電圧は第４図に示す様に高電位と低電位との間で
緩やかな順次変化を提することとなる。

又、本発明におけるブラシレスモータ１０の電気回路は
第１図に示した９０°間隔の４個のステータコイル１２
を　１８０°離れて相対する２個のコイル毎の直列とし
て２組のコイル群とし、第２図に示す様に、電機子電流
制御素子２１としてのパワートランジスタをもって前記
ステータコイル１２へ電機子電流を導通、遮断する様に
する。

更に、ロータ１５の回転速度検出はステータコイル１２
の逆起電力の大きさにより検出するものとし、電機子電
流が非導通時にステータコイル１２に発生する銹導電圧
をダイオード３１を介して取り出すことにより検出する
。

そして１本発明においては、この逆起電力を平滑回路３
２にて直流電圧とし、比較器３５により基準電圧と比較
し、ロータ１５の回転速度が早くなるに従って比較器３
５の出力が低くなる様にし、前記ホールＩＣ１４の出力
と併せて電機子電流制御素子２１の導通時間をロータ１
５の回転数が高くなるに従って短くなる様にする。

即ち、第４図に示したホールＩＣ１４出力を制御電流制
御トランジスタ２５のベースへ入力すると共に比較器３
５の出力を制御電流制御トランジスタ２５のエミッタ電
圧として、該ベース電圧とエミッタ電圧とにより閾（し
きい）値電圧Ｖｏを決定するものとし、モータ１０の始
動後、回転数の上昇による比較器３５の出力の低下に伴
って′ＦＬ機子電子電流制御素子２１制御電流の導通時
期を短くし、以て制御電流が減少する様にし、且つ、ロ
ータ１５の停止時における比較器３５の出力電圧によっ
ては、ホールＩＣ１４の出力交点におけるホールＩＣ＋
４出力電位において制御電流制御トランジスタ２５の出
力が第５図に示す様に制御素子２１の導通電位となって
電機子電流を流す様に制御電流制御トランジスタ２５の
ベースに対してバイアス抵抗２Ｂを挿入する。

この様にバイアス抵抗２Ｂ及び比較器３５出力を設定す
ることにより、電機子電流制御素子２１を導通させるホ
ールＩＣ１４の出力電圧に対する閾値電圧Ｖｏをロータ
１５の停止時にはホールＩＣ１４の出力交点電位とした
故、第５図に示す様にロータ１５が停止している状態か
ら起動させる場合には２組のコイル群のいずれか１組の
ステータコイル１２に常に電機子電流Ｉｃが流れ、トル
ク死点は兎も角、常にロータ１５に対して回転トルクを
生じさせて迅速な回転上昇を得ることができる。

そして、ロータ１５の回転上昇に伴って比較器３５の出
力が低下すると、制御電流制御トランジスタ２５のエミ
ッタ電位が低くなり、第６図に示す様にホールＩＣ１４
の出力電圧に対する閾値電圧Ｔｏが低くなり、電機子電
流Ｉｃの不導通時間が生じることになる。

ところで、磁電変換素子１３であるホールＩＣ１４をス
テータコイル１２の機械的中間位置に設けた場合、ホー
ルＩＣ１４出力とモータ１０のトルク特性の位相はｆ５
７図に示す様にホールＩＣ１４出力の交点と該２相モー
タ１０におけるトルク死点とが一致することになる。

従って、本発明における制御方法により、電機子電流を
通す為のホールＩＣ１４出力の閾値電圧を降下させるこ
とにより電機子電流が非導通となる時期は、回転の上昇
に伴って回転トルクの低い部分から順次非導通となるも
のであり、回転トルクの高トルク部分を残す様に電機子
電流を導通させることとする故、モータ１０の効率を高
くしてモータ１０の定速回転運転を行なうことができる
制御方法である。

即ち、回転数が目標値よりも高くなった場合には電機子
電流の導通時間が短く、トルクの絶対量が減少して回転
数の低下となり、負荷の増加等により回転数が低下した
場合には電機子電流の導通時間が長く、回転トルクの増
加により増速され、所定の回転数に安定することとなる
。

尚、上記実施例はホールＩＣ１４出力が第３図に示され
る様に、ホールＩＣ１４と交鎖する磁束の向きが逆転し
ても対称であると同時に磁束密度が零の場合の二重力電
位が比較的高いホールＩＣＩ４を用いたものであるも、
第８図に示す如く、磁束密度が零のときに、その二重力
が低くても出力電圧が交叉する対称出力特性を有してい
れば足りる。

この様な特性のホールＩＣ１４を用いた場合、その二重
力Ｖ＾、ＶＢは第９図に示す様に比較的低電位で交叉し
つつ同一出力波形を繰り返すこととなる。従って、第１
０図に示す様に、ホールＩＣ１４の出力を反転トランジ
スタ２日によりその出力電位を反転させるものとし、こ
の反転出力を制御電流制御トランジスタ２５のベース入
力とする。

この場合においても、前記実施例と同様にロータ１５の
停止時には、第１１図に示す様に磁束密度が零のときの
ホールＩＣ１４出力電位、即ち、二重力Ｖ＾、ＶＢの交
点電位で制御電流制御トランジスタ２５が導通する様な
閾値電圧Ｖｏとなる様に反転トランジスタ２８のバイア
ス抵抗２６及び負荷抵抗２８を定め、且つ、比較器３５
の出力はロータ１５の回転上昇に伴ってその出力が順次
低下する様にする。

従って、反転トランジスタ２８の作用によりロータ１５
の回転上昇に伴ってホールＩＣ１４の出力に対する閾値
電圧Ｖｏは順次上昇し、第１２図に示す様に電機子電流
Ｉｃの非導通時間を生じさせること前記実施例と同様で
ある。

尚、第２図及び第１Ｏ図に示した電気回路は、比較器３
５の出力を、回転数の上昇に伴って比較器３５の出力電
圧を低下させて制御電流制御トランジスタ２５に帰還さ
せるものとしたが、比較ｓ３５の出力を回転数の上昇に
伴って上昇させることもあり、又、制御電流制御トラン
ジスタ２５のベースにはバイアス抵抗に換えて制限抵抗
を用いる場合等、制御Ｔｒｊ、ｔＩｔ制御トランジスタ
２５周辺の回路は適宜容易に変更し得るものである。

この様に本発明は磁電変換素子１３としてのホールＩＣ
１４にリニア形を用い、該磁電変換素子１３と交鎖する
磁束の逆転に際して磁束密度の順次低下及び順次上昇を
与える方法である故、ロータ１５に設ける切欠き又は無
着磁部分１９の形状は第１３図に示す様に順次ロータ１
５の周縁から深くし、磁極境界線１８位置で最も深くな
る形状の切欠きとする場合、又はロータ１５の周縁部分
においてＮ極とＳ極との磁極境界線１８に近づくに従っ
て順次磁力の小さなマグネットを用いる場合等着磁パタ
ーンを変える場合があり、更に、磁電変換素子１３とし
てはホールＩＣ１４に限ることなく、磁束密度に応じて
出力電圧を変化させるホール素子やホール抵抗を用いる
こともできることは云う迄もない。

また、該磁電変換素子１３の出力に対する閾値電圧ｖＯ
を定める為の回転検出は、逆起電力方式に限ることなく
、ＡＣタコジェネレータ方式、又はエンコーダによるパ
ルス周波数検出方式等適宜の回転数検出方法が採用でき
、適宜の速度検出方法による出力電圧を基準電圧と比較
して制御電流制御トランジスタ２５へ帰還させる場合も
有る。

更に、前記実施例において制御電流制御トランジスタ２
５及び電機子電流制御素子２１としてのパワートランジ
スタも、適宜、ＦＥＴ、ＵＪＴ等の素子に置き換えて使
用することもできる。

そして、本発明に係る方法は前述の如く４コイル、４極
着磁の２相機に限ることなく、ステータコイル１２が６
個用いられた場合、又、第１４図に示す様にステータコ
イル１２が２ｆＩの場合や、ロータが６極着磁又はＳ極
着磁等の場合においても同様に効率の良い運転が可能で
あり、又、２相機に限ることなく、３相機であってもス
テータコイル１２の切換時は第１５図に示す様にトルク
の低い時期である故、同様に効率の改善を成し得るもの
である。

尚、前記実施例はロータ１５を平板状とするフラットモ
ータであったが、ロータ１５が円筒状であっても、同様
に効率良い運転を成し得るブラシレスモータ１０の制御
方法であることは云う迄もない。

［発明の効果］ 本発明は回転数の上昇に伴って低トルク部分の電機子電
流を非導通とする方法である故、高トルク時を利用して
定速度回転を得ることができ、モータｌＯの効率を高め
てモータｌＯを使用することができ、且つ、始動時には
電機子電流の非導通時期を無くして大きなトルクを得る
ことができ、定回転速度化の上昇を迅速に行ない得るブ
ラシレスモータ１０の制御方法である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明におけるブラシレスモータのロータ、ス
テータコイル及び磁電変換素子等を示す要部平面図、第
２図は本発明におけるブラシレスモータの電気回路の一
例を示す図、第３図はホールＩＣの出力特性を示す図に
して、第４図は本発明に使用した場合のホールＩＣ出力
を示す図、Ｓ５図及び第６図はホールＩＣ出力と電機子
電流の導通時期とを示す図にして、第７図はホールＩＣ
出力と回転トルクとの関係を示す図であり、第８図、第
９図は他の特性のホールＩＣを用いた場合の出力特性図
、第１θ図はこのホールＩＣを用いる場合の電気回路例
を示す図、第１１図及び第１２図はこの場合のホールＩ
Ｃ出力と電機子電流の導通時期とを示す図にして、第１
３図及び第１４図は他の実施例におけるロータ等を示す
図であり第１５図は３相機のトルク特性を示す図、第１
６図及び第１７図は従来一般のブラシレスモータの構造
を示す断面図及びそのロータの平面図。 １０＝モータ、１１：ステータヨーク、１２＝ステータ
コイル、　　１３＝磁電変換素子、１４＝ホールＩＣ，
１５＝ロータ、　　　１６＝ロータヨーク、１７＝ロー
タマグネツト、１８＝磁極境界線、　　１９＝無着磁部
分、２１＝電機子電流制御素子、　　２５＝制御電流制
御トランジスタ、　　２Ｂ＝バイアス抵抗、２８＝呵転
トランジスタ、　　２９＝負荷抵抗、３１＝ダイオード
、　　３２＝平滑回路、　　３５；比較器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 出力電圧が磁束密度に応じて変化するリニア形の磁電変
   換素子を用いてロータ位置を検出し、該磁電変換素子の
   出力により電機子電流を切り換える電機子電流制御素子
   の制御電流を制御すると共に、ロータの回転数に応じて
   順次ロータが高回転になるに従い、前記電機子電流制御
   素子を導通させる為の磁電変換素子出力の閾値電圧を順
   次高く又は順次低くすることにより、電機子電流制御素
   子の導通時間を短くすることを特徴とするブラシレスモ
   ータの制御方法。