JPS62277086A - モ−タの速度制御装置 - 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】 ３、発明の詳細な説明 産業上の利用分腎 本発明はブラシレスモータの速度検出装置に関するもの
である。

従来の技術 近年、音響機器・映像ｉｚなとの駆動用モータはその長
寿命化、高信頼性（Ｌあるいは形状の薄形化などのため
、刷子、整流子という機械的なスイッチ機構を備えた従
来の直流モータに代わってトランジスタを使った電子的
スイッチを備えたいわゆるブラシレスモータが用いられ
ることが多くなってきた。また、前記ブラシレスモータ
の速度１ｉ１１御装置としては、駆動トランジスタの電
流増幅率（ｈＦＥ）等のバラツキによる回転ムラ、トル
クムラを抑えるため、モータの駆動電流に対して帰還が
かけられる。このような電流帰還を行った速度制御装置
の従来技術としては、例えば、山田博著「精蜜小形モー
タの基礎と応用」（昭和５０年７月１日発行）総合電子
出版社、２３４頁に示されているようなものがある。

以下、図面を参照しながら、上記した従来のモータの速
度制御装置の一例について説明する。

第４図は従来のモータの速度制御装置の回路結線図であ
る。第４図において、１および２はそれぞれ電源の正側
および負側給電線路であり、３〜６はモータ駆動コイル
である。前記駆動コイル３〜６のそれぞれの一端は＠記
負側給電線路２に接続され、また、それぞれの他端は駆
動トランジスタ７〜１０のコレクタに接続されると共に
ダイオード１１〜１４のカソード側に接続されている。

前記ダイオード１１〜１４のアノード領は共通接続され
トランジスタ１５のエミッタに接続されている。１６．
１７は永久磁石回転子（図示せず）の位置を検出するた
めのホール素子である。前記ホール素子１６の一方の出
力端子は前記駆動トランジスタ７のベースに接続され、
前記出力端子とは１８０度位相が異なる信号を出力する
他方の出力端子は前記駆動トランジスタ８０ヘースに接
続されている。前記駆動トランジスタ７．８の互いのエ
ミッタは共通接続されると共に抵抗１８を介して前記正
側給電線路１に接続されている。前記ホール素子１７の
一方の出力端子は前記駆動トランジスタ９のベースに接
続さね１、前記出力端子とは１８０度位相の異なる信号
を出力する他方の出力端子は前記駆動トランジスタ１０
のベースに接続されている。前記駆動トランジスタ９，
１０の互いのエミッタは共通接続されると共に抵抗１９
を介して前記正側給電線路１に接続されている。前記ホ
ール素子１６および１７の一方の入力端子はそれぞれ前
記正側給電線路１に接続され、また他方の入力端子はそ
れぞれ抵抗２０および２１を介してトランジスタ２２の
コレクタに接続されている。前記トランジスタ２２のエ
ミッタは前記負側給電線路２に接続され、同ベースは抵
抗２６を介してＩｉ？ｒ記正側給電線路１に接続される
と共にｉ′ｉ？ｒ’：＋己トランジスタ１５のコレクタ
に接続されている。

前記トランジスタ２２のコレクタ、ベース間にはコンデ
ンサ２３および抵抗２４とコンデンサ２５の直列回路が
接続されている。＠記トランジスタ１５のベースは抵抗
２７を介して前記正側給電線路１に接続されると共に可
変抵抗３１と抵抗３２の直列を介して前記９側給電線路
２に、抵抗２８と抵抗２９の直列回路を介して同エミ・
ツタに接続されている。なお、前記抵抗２９の両端には
温度補償用として→ノーーミスタ３０が接続されている
。

また、前記トランジスタ１５のベース、エミ・ツタ間に
はコンデンサ３３が接続されている。

以上のように構成されたモータの速度制御装置について
、以下その動作について説明する。

第４図に示したモータは上記の如く２個のホール素子１
６．１７と４ｇの駆動コイル３〜６を使った４相一方向
通電のブラシレスモータである。すなわち、空間的にそ
れぞれ９０度ずつ異なった位置に配置された前記駆動コ
イル：３〜６に、永久磁石回転子の回路に伴って前記ホ
ール素子１６．１７で制御された電流が順次流れて回転
磁界を生ずる。

この場合、前記駆動コイル３〜６に流れる電流は前記ホ
ール素子１６．１７に流れる電流に比例している。この
ホール素子に流れろ電流を速度誤差に比例した値にする
ことによりモータトルクを制御している。

すなわち、前記駆動トランジスタ７〜１０７Ｊ＜順次ス
イッチングするが、そのスイッチングによって前記駆動
コイル３〜６に電流かが１れない期間が存在するので、
その通電休止期間に前記駆動コイル３〜６に発生する逆
起電圧をダイオード１１〜１４で整流し、平滑して基Ｌ
＄主電圧比較し増幅することにより、速度誤差に比例し
た電流をトランジスタ２２′に流し、ホール素子１６．
１７に流す電流を制御し駆動トランジスタ７〜１０の結
電量を制御することにより回転速度を一定にしている。

ここで前記駆動コイル３〜６に伝達される電流は、速度
誤差信号で前記トランジスタ２２のコレクタと正側給電
線路１との電圧差に対して、抵抗２０．２１、前記ホー
ル素子１６．１７の入力抵抗、前記駆動トランジスタ７
〜１０のベース・エミッタ間電圧、抵抗１８．１９によ
りほぼ決定される。すなわち、モータトルクが各相バラ
ツキなく速度誤差信号により制御されるよう、駆動電流
に対才ろ帰還が行われている。

発明が解決しようとするｌｖ１点 しかしながら上記のような構成では、駆動トランジスタ
７〜１０のエミッタに抵抗１８〜１９が接続されている
ため、その電圧降下により駆動コイル３〜６に印加し得
る最大電圧が減少する。すなわち、モータの最大トルク
が低下してしまうという間厘点を有していた。そのため
、電源電圧に対してトルク的に余裕のないモータにおい
ては前記抵抗１８〜１９の挿入は不可能であり、前記駆
動トランジスタ７〜１０の特性バラツキによる回転ムラ
、トルクムラを抑えるのは極めて困難であった。また、
前記抵抗１８〜１９は高電力を要求されることか多く、
従って低価格化、省スペース化の点においても不利であ
った。

本発明は上記問題点に鑑み、モータの最大トルク低下の
原因であり、低価格化、省スペース化においても不利で
あった駆動トランジスタのエミッタ抵抗を取り去り、か
つ、回転ムラ、トルクムラのない優れた制御特性を有す
るモータの速度制御装置を提供するものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明のモータの速度制御
装置は、一方の給電線路ｆこそれぞれの一端が接続され
た複数相のモータ駆動コイルと、前記駆動コイルのそれ
ぞれの他端に接続された複数個の駆動トランジスタと、
可動子の位置（こ応じた信号を得る位置検出器と、前記
位置検出器の信号に応動して前記駆動トランジスタへの
通電状態を順次切換える通電切換回路と、モータめ速度
に応じた信号を得る速度検出装置と、前記速度検出装置
の出力信号に対応した電圧と基準電圧との誤差を増幅す
る誤差増幅回路と、前記誤差増幅回路の出力を＠記駆動
トランジスタへ伝達する誤差信号伝達手段とを有し、前
記誤差信号伝達手段は、前記複数個の駆動トランジスタ
の各出力を合成する駆動出力合成手段を備え、前記駆動
出力合成手段の出力を前記誤差信号伝達手段の入力に接
続するという構成である。

作用 本発明は上記した構成によって、速度誤差信号に応じた
電力・と相間のバラツキなしに駆動コイルに伝達するこ
とができ、かつ駆動トランジスタのエミッタ抵抗は不要
となり、従って最大トルクの低下なしに精度良い速度制
御が可能となる。

実施例 以下、本発明の一実施例のモータの速度制御装置につい
て、図面を参ｌＩｔイしながら説明する。

第１図は本発明の実施例におけるモータの速度制御装置
の回路構成図である。第１図において、４０は電Ｊ１の
正側給電線路、４１．４２および４３はモータ駆動コイ
ルである。前記駆動コイル４１゜４２および４３のそれ
ぞれの一端は前記給電線路４０に接続され、また、それ
ぞれの他端は駆動トランジスタ４４，４５および４６の
コレクタに接続されており、その接続点をそれぞれａ、
ｂおよびＣとする。前記接続点ａ、ｂおよびＣと接地間
にそれぞれコンデンサ４７．４８および４９が接続され
、また前記給電線路４０と接地間にはコンデンサ５０が
接続されている。前記駆動トランジスタ４４．４５およ
び４６のエミッタはそれぞれ接地され、また同ベースは
それぞれ抵抗５１．５２および５３を介して接地されて
いる。５４．５５および５６は例えばホール素子等で構
り見され、可動子たとえばボス磁石回転子（１２１示せ
ず）の位置を検出するための位置検出器であり、その給
電端子５７と接地間に並列に接続され、その出力端子は
それぞれ電流切換回路５８に接続され、前Ｊ己電流切換
回路５８の出力端子は前記駆動トランジスタ４４，４５
および４６のベースに接続されている。前記接続点ａ、
ｂお、よびＣはそれぞれ抵抗５９、Ｇｏおよび６１を介
して反転増幅器６２゜６３および６４の反転入力端子に
接続されている。

前記反転増幅器６２．６３および６４の非反転入力端子
はそれぞれ抵抗６５．６６および６７を介して前記給電
線路４０に接続され、同出力端子はそれぞれ抵抗６８．
６９および７０を介して前記反転入力端子に接続される
と共に共通接続されている。その共通接続点をｄとする
。前記給電線路４０と前記ｄ点の間には抵抗７１および
７２からなる分圧回路か接続されている。その分圧点を
ｅとする。前記給電線路４０と前記分圧点ｅさの間には
コンデンサ７３が接続されている。前記分圧点ｅは抵抗
７５を介して誤差増幅器７４の反転入力端子に接続され
、前記誤差増幅器７４の出力端子は抵抗７６およびコン
デンサ７７の並列回路を介して前記反転入力端子に接続
されている。

さて、７８は基準電圧発生回路であり、その出力端子は
増幅器７９の非反転入力端子に接続されている。前記増
幅器７９の出力端子はコレクタが接続されたトランジス
タ８１のベースに接続され、前記トランジスタ８１のエ
ミッタは定電流源８０を介して給電線路４０に接続され
ていると共にトランジスタ８３のベースに接続されてい
る。前；己トランジスタ８３のエミッタは抵抗８４を介
して接地されると共に前記増幅器７つの反転入力端子に
接続されており、同コレクタは抵抗８２を介して前記給
電線路４０に接続されると共に増幅器８５の非反転入力
端子に接続されている。前記増幅器８５の出力端子は反
転入力端子に接続されボルテージホロワを構成している
。前記ボルテージホロワの出力点を「とする。その出力
点ｆは前記誤差増幅２Ｓ７４の非反転入力端子に接続さ
れろと共に抵抗８つを介して増幅器８８の非反転入力端
子にも接続されている。前記誤差増幅器７４の出力端子
は抵抗８７および８６の分圧回路を介して重犯給電線路
４０に接続されている。前：己分圧回路の分圧点は前記
増幅器８８の反転入力端子に接続されている。前記増幅
器８８の出力は前記電流切換回路５８に接続されている
。さらに前記接続点ａ。

ｂおよびＣはそれぞれ抵抗９０，９１および９２の一端
にｊ？：続され、前記抵抗９０，９１および９２の他端
に共通接続されると共に、前記増幅器８８の非反転入力
端子に接続されている。

以上のように構成されたモータの速度制御装置について
、以下第１図、第２図および第３図を用いて動作を説明
する。

まず第２図は第１図における各点の信号波形図であり、
Ｖａ、ＶｂおよびＶｃはそれぞれａ、ｂおよび０点の発
生電圧であり、Ｖ　８４４　、　Ｖ　８４５およびＶＢ
！６はそれぞれ駆動トランジスタ４４．４５および４６
のベース電圧であり、また、Ｖｄは反転増幅器６２．６
３お、よび６４の出力共通接続点ｄの合成信号を示して
いる。

まず、ＮＳ着磁されたホス磁石回転子の位置を位置検出
器５４．５５お５よび５６で検出し、その位置検出器信
号を電流切換回路５８において、信号処理することによ
り、第２図のＶＢ４４．ＶＧ４ＳおよびＶ［１４６に示
したように電気角で１２０度通主通電、２４０度体止期
間で順次切換わる通電切換信号が駆動トランジスタ４４
，４５および４Ｇのベースに印加されろ。前記通電切換
信号に応して駆動コイル（こ順次通電がなされるこ７と
によりモータは回転する。回転に伴い駆動コイル４１．
４２および４３には給電線路４０の電圧を中心とした正
弦波状の逆起電圧が発生するが、その様子を表したのが
第２図Ｖａ、ＶｂおよびＶｃであり、斜線部が通電期間
で、その他の期間が通電体ＬＬ期間であり逆起電圧その
ものが発生している。前記逆８　電圧Ｖａ、Ｖｂおよび
Ｖｃは一σいに１２０度の位相差を有している。

前記逆起電圧Ｖａは反転増幅器６２．抵抗５９゜６８．
６５により構成される反転増幅回路（二より、給電線路
４０（Ｖｃｃ）の電圧を基準として反転増幅されろ。ｖ
ｂおよびＶｃも同様にＶＣＣを基準として反転増幅され
る。ところが、前Ｊ己逆起電圧Ｖａ、ＶｂおよびＶｃを
反転増幅する反転増幅・器６２，６３および６４の各出
力は共通に接続されている。この時、＠紀反転増幅器６
２．６３および６４の各出力が、負荷に対する電流供給
能力として吸い込み側のみて掃き出し側がない、よう構
成されていれば、＠紀反転増幅器６２．ら３および６４
の共通出力ｄは前記逆起’：！′７：王Ｖａ、Ｖｂおよ
びＶｃのうち最も高い電圧をＶｃｃ基準で反転増幅した
出力波形となる。その様子は第２図Ｖｄに示すように電
気角で１２０度を一周期とし、逆８電圧の大きさに応じ
たリップル波形となる。すなわち、この信号のモータの
速度が上昇し各駆動コイルに発生する逆起電圧が大きく
なると、Ｖｃｃを基準としてより低い電圧レベルの信号
となる。

逆に速度が下降するとその信号レベルは上がる。

従って第１図におけるｄ点の電圧Ｖｄは、モータの速度
に応して変化する。前記電圧Ｖｄは、抵抗７１７２およ
びコンデンサ７３により分圧されると共に平滑され直流
電圧すなわち速度電圧Ｖｅに変換される。一方、基孕電
圧発生回路７８の出力電圧ＶＲＥＦは基準レベル変換回
路９３を介してＶｃｃ基準の電圧Ｖｔに変換される。誤
差増幅器７４は前３己速度電圧Ｖｅ七前記基準電圧Ｖｆ
との誤差を増幅し、誤差電圧Ｖｇを出力する。この様子
を第３図に示す。前記誤差電圧Ｖｇはバッファを構成す
る増幅器８８を介して電流切換回路５８に入力される。

前記電流切換回路５８は位置検出器５４．５５および５
６からの信号をもとに駆動トランジスタ４４，４５およ
び４６の通電、休止のタイミングをｉｌ＋御すると共に
上記増幅器８８がらの信号の大きさに応じた信号を前記
駆動トランジスタ４４．４５および４６のベースに供給
し得るよう構成されている。また、前記駆動トランジス
タ４４．４５および４６のコレクタ出力は抵抗９０．９
１および９２を介して前記増幅器８８の入力に対し負帰
還ループを構成しており、従って駆動コイルへの給電量
は前記誤差電圧Ｖｇに応して相間のバラツキな（制御す
ることができる。すなわち、第１図において、抵抗８６
，８７．８９〜９２の値をそれぞれＲ８Ｇ　、　Ｒ８７
、Ｒ８９〜Ｒ９２とし、前増幅器８８の両入力間の仮想
接地が成立しておりその入力端子電圧をＶ【とすると、
Ｒ８９Ｋ９０ Ｒ，Ｓ　＝　Ｒ８７＝　Ｒ８９ とすると、 Ｖ　ａ＋　Ｖ　ｂ　＋　Ｖ　ｃ　　３　Ｖ　Ｉ＝ここで
、Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃは第２図に示すようにそれぞれ１２
０度の位相差を持ちＶｃｃ中心の糸幅を有する正弦波で
あるので、各合成波形は前記駆動コイルの内部インピー
ダンスＺａ、同電流ｒａとすると、 Ｖａ＋Ｖｂ＋Ｖｃ＝３Ｖｃｃ−１ａＺａ　　（５）とな
る。

（４）式、（５）式より Ｉ　ａＺａ＝３　（Ｖｃ　ｃ−Ｖ＋） （３）式、（６）式より （８）式で示されるように、前記駆動コイル・＼の通電
電流１ａは、前記誤差電圧Ｖ　ｇと前記基準電圧Ｖｒの
差に比例している。すなわち、前記ｊｉ６電電流Ｊａは
前記駆動トランジスタ４−４．４５および４０のバラツ
キに関係なく前記誤差電圧Ｖｇに応して制御される。こ
の様子を第３図１ａに示す。

なお、第３図において、ｌａ破線部は負方向の電流であ
り、実際の動作では駆動トランジスタのコレクタからエ
ミッタ方向の電流じが存在しない。

従ってこの間の電流は零となる。

以上の、ように木実絶倒によれば、前記Ｈｇ７　、動ト
ランジスタ４４，４５および４６のコレクタ出力に対し
、前記抵抗９０，９１および９２を介して前記増幅器８
８の入力へ負帰還ループを設けることにより、最大トル
クを低下させることなく前記誤差電圧Ｖｇに応じた電流
を前記駆動コイル４１゜４２および４３に相間のバラツ
キなく供給することができ、倭れた制御特性を得ること
ができる。

発明の効果 以上のように本発明は、誤差増幅回路の出力を駆動トラ
ンジスタべ伝達する誤差信号伝達手段を有し、前記誤差
信号伝達手段は、前記駆動トランジスタの各出力を合成
する駆動出力合成手段を備え、前記駆動出力合成手段を
介して前記駆動トランジスタの各出力と前記誤差信号伝
達手段の入力に負帰還ループを設けることにより、制御
特性および最大トルク向上をはかっている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例におけるモータの速度制御装置
の回路構成図、第２図、第３図は第１図における各点の
信号波形図、第４図は従来のモータの速度制御の回路結
線図である。 ４０・・・・・・給電線路、４１，４２．４３・・・・
・・モータ駆動コイル、４４，４５．４６・・・・・・
駆動トランジスタ、５４，５５．５６・・・・・・位置
検出器、５８・・・・・・電流切換回路、１００・・・
・・・速度検出装置、１１０・・・・・・誤差増幅回路
、１２０・・・・・・誤差信号伝達手段、１２１・・・
・・・駆動出力合成手段。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　ほか１名！Ｒ２図 ■ 第３図 相

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）一方の給電線路にそれぞれの一端が接続された複
   数相のモータ駆動コイルと、前記駆動コイルのそれぞれ
   の他端に接続された複数個の駆動トランジスタと、可動
   子の位置に応じた信号を得る位置検出器と、前記位置検
   出器の信号に応動して前記駆動トランジスタへの通電状
   態を順次切換える通電切換回路と、モータの速度に応じ
   た信号を得る速度検出装置と、前記速度検出装置の出力
   信号に対応した電圧と基準電圧との誤差を増幅する誤差
   増幅回路と、前記誤差増幅回路の出力を前記駆動トラン
   ジスタへ伝達する誤差信号伝達手段とを備え、前記誤差
   信号伝達手段は、前記複数個の駆動トランジスタの各出
   力を合成する駆動出力合成手段を有し、前記駆動出力合
   成手段の出力を前記誤差信号伝達手段の入力に接続して
   なるモータの速度制御装置。
2. （２）駆動出力合成手段は、複数個の駆動トランジスタ
   の各出力端子に一端か接続された複数個の抵抗により構
   成され、前記複数個の抵抗の他端は全て共通で前記駆動
   出力合成手段の出力を成し、誤差信号伝達手段は前記複
   数個の駆動トランジスタの入力ヘ供給する信号を出力す
   る増幅器と、前記駆動出力合成手段により構成された特
   許請求の範囲第１項記載のモータの速度制御装置。