JPS62277087A - 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 産業上の利用分野 本発明はブラシレスモータの速度制御袋ｊｆ？に関する
ものてあ。

従来の技術 近年、音響機器・映像機器などの駆動用モータはその長
寿命化、高信頼性化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ｔｆスイッチ機構を備えた従
来の直流モータに代イっってトランジスタを使った電子
的スイツ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
タの速度制御装置としては駆動コイルに生ずる逆起電圧
を利用する場合と交流タコゼネレータを使う場合が実用
化されているが、構成の簡単さ、経済性などの点から言
うと一般的には逆起電圧を利用する場合の方が有利であ
る。逆起電圧を利用した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図の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
及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前記負
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のノ１ソード側に接続されている。

前記ダイオード１１〜１４のアノード側は共通接続され
トランジスタ１５のエミッタに接続されている。１６．
１７はボス磁石回転子（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３己駆動トランジスタ７のベースに接続され
、前記出力端子とは１８０度位相が異なる信ぢを出力す
る他方の出力端子は面紀駆動トランジスタ８のベースに
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ｌ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のへ−スに
接続され、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（こ接続されている。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１
９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
面紀正側給電線路１に接続され、また他方の端子はそれ
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。

面＝己トランジスタ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を介して前記正側給
７ｒ：、線路１に接続されると共（こ前記トランジスタ
１５のコレクタに接続されている。＠記１〜ランジスタ
２２のコレクタ、ベース間にコンデンサ２３および抵抗
２４とコンデンサ２５の直列回路か接続されている。前
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に接続されろと共に可変抵抗３１と抵抗３
２の直列回路を介して前記負側給電線路２に、抵抗２８
と１１（抗２９の直列−１路を介して同エミッタに接続
されている。なお、前記抵抗２９の両端には温度補償用
、としてサーミスタ３０力・接続されている。また、前
ｎＥ、　ｌ’ランシスタ１５のへ−ス、エミッタ間には
コンデンサ二３３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（二つい
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度ずつ鴇なった位置に
配置された前記駆動コイル３〜６に、ボス磁石回転子に
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〜Ｇに流れろ電流は前λｄ
ホール素子１６．１７に流れろ電流に比例してる。この
ホール素子に流れる電流を速度誤差に比例しなψ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７〜１０が順次スイッ
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３〜６１こ電流が流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〜Ｇに発生するｌ／
！！起電圧をダイオード１１〜１４て整流し、平滑して
基準電圧お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の給
電量を制御することにより回転速度を一定にしている。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記のような構成では、逆起電圧を検出す
るのにダイオードで整流しており、周囲温度の変化に伴
いその順方向電圧が変化するので逆起電圧の検出電圧に
誤差を生じ、その結果、回転速度が変化してしまうとい
う問題点を有していた。そのため、第４図の従来例にも
あるように温度補償用のサーミスタ３０などを必要とし
ていた。

また、発生する逆起電圧そのものの値がダイオードの順
方向電圧以下のような場合には検出不可能であった。

本発明は上記問題点に鑑み、モータ駆動コイルから発生
ずる逆起電圧が小さい場合でも、また周囲温度に変化が
ある場合でも前記逆起電圧を精度良く検出し、その検出
電圧に対応した電圧を速度信号とした優れたモータの速
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 上記間開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ＴＬ腺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ろ位ｔθ検出器と、前記
位置検出器の信号に応動じて前記駆動トランジスタへの
通電状態をＪ［６次切り換える通電切換回路と、前記駆
動コイルのそれぞれの端子電圧がそれぞれの反転入力）
１１４子に印加され、かつ前記一方の給′：ｒＬ線路の
電圧がそれぞれの非反転入力端子に印加された複数個の
反転増幅器と、前記複数個の反転増幅器の出力信号を合
成する手段を備え、その合成信号に対応した電圧と基準
電圧との誤差を増幅して前記駆動トランジスタの人力に
供給することにより、前記駆動トランジスタの給電量を
制御しモータの速度を一定に制御するという構成を備え
たちのである。

作用 本発明は上記した構成によって、各相の駆動コイルに発
生する電圧をそれぞれ反転増幅器により一方の給電線路
の電圧を基準として反転信号に変換すると共に、それぞ
れの反転増幅器の出力信号を合成することにより各相の
逆起電圧のうち最も絶対値の大きなものを包絡した合成
電圧を得、その合成電圧に対応した電圧を速度信号とし
ているので精度良い速度制御ができる。

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、図面を参照しながら説明する。

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は電源の正
１１１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、上び
４６のコレクタ（こ接続されており、その接続点をそれ
ぞれａ、ｂおよびＣとする。前＝己接続点ａ、ｂ及びＣ
と接地間にはそれぞれのコンデンサ４７．４８および４
，９が接続され、また前記給電線路４０七接地間にはコ
ンデンサ５０が接続されている。前シ己駆動トランジス
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成され、可動子たとえば永久磁石回
転子（図示せず）の位置を検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、前記
電流切換回路５８の出力端子は前二己駆動トランンスタ
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５９．６０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（５４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７ｏを介して前足反転入力端子に接続され
ろと共に共通接読されている。その共通接続点を（１と
する。前：己給電線路４０と前５８６点の間には抵抗７
１および７２からなる分圧回路が接続されている。その
分圧点をｅとする。＠配給電線路４０と前記分圧点ｅと
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
ると共にトランジスタ８３のベースに接続されている。

前記トランジスタ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７９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に接続さえると共に増幅器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ｆとする。その出力点ｆは
前記誤差増幅器７４の非反転入力端子に接続されると共
に抵抗８つを介して増幅器８８を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８
７および８６の分圧回路を介して前記給電線路４０に接
続されている。前記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の一端に接続され、前記抵抗９０．９１および９
２の他端は共通接続されるお共に前記増幅器８８の非反
転入力端子に接続されている。

さて、第２図は前記反転増幅３６２．６３および６４の
具体的回路結線図の一例を示すものである。第１図にお
ける前記反転増幅器６２，６３゜６４およびその周辺回
路が第２図のそれぞれ破線で囲ったブロック１０１，１
０２，１０３に対応している。第２図において第１図と
同様な構成要件は同じ図番で示しである。またブロック
１０１゜１０２．１０３は同一構成なので１０１につい
て詳細に説明し１０２，１０３について説明は省く。

トランジスタ１１１はベース、コレクタが接続され定電
流源１１０を介して給ＴＬ腺路４０に接続されろと共に
トランジスタ１１２のベースに接続されている。前記ト
ランジスタ１１１および１１２のエミッタは接地されて
いる。前記トランジスタ１１２のコレクタは抵抗１１３
およびダイオード接続されたトランジスタ１１４を介し
て前記給電線路４０に接続されている。駆動コイル４１
と駆動トランジスタ４４のコレクタとの接続点ａは抵抗
５９を介してトランジスタ１２１のへ−スに接続されて
いる。前記トランジスタ１２１とトランジスタ１２２は
エミッタが共通接続され差動トランジスタ対を構成して
いる。前記エミッタ共通接続点はトランジスタ１２５の
コレクタに接続され、前記トランジスタ１２５のへ−ス
は前記トランジスタ１１１のへ−スに接続され、同エミ
ッタは接地されている。前記トランジスタ１２１のコレ
クタは抵抗１２３を介して前記給電線路４０に接続され
ると共にトランジスタ１１６のエミッタに接続されてい
る。前記トランジスタ１２２のコレクタは抵抗１２４を
介して前記給電線路４０に接続さてると共にトランジス
タ１１５のエミッタに接続され、同ベースは抵抗６５を
介して前記給ＴＬ線路４０に接続されている。前記トラ
ンジスタ１１５．１１６はベースが共通接続されると共
に前記抵抗１１３と前記トランジスタ１１２のコレクタ
と接続点に接続されている。１宵紀トランジスタ１１５
のコレクタはエミッタか接地されたトランジスタ１１７
のベースに接続されると共にトランジスタ１１つのコレ
クタに接続されている。前記トランジスタ１１７のコレ
クタすなわち、ブロック１０１の出力端子は抵抗６８を
介して前記トランジスタ１２１のベースに接続されると
共に他のブロック１０２，１０３の出力端子と共通接続
され端子ｄに接続されている。前記トランジスタ１１７
のコレクタ、ベース間には位相Ｋｌ　間コンデンサ１１
８が接続されている。前記トランジスタ１１６のコレク
タはトランジスタ１２０のコレクタ、ベースおよび前５
己トランジスタ１１９のベースの接続点に接続されてい
る。また、前記トランジスタ１１９および１２０のエミ
ッタは互いに接地されている。

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図を用いてその動作を
説明する。ここで、第３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Ｃ点の発生電圧であり、ＶＢ４４．ＶＢ４５およ
びＶＢ４Ｇ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６
２．６３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着磁された永久磁石回転子の位置を位置検出
器５４．５５および５６で検出し、その位置検出信号を
電流切換回路５８において信号処理することにより、第
３図のＶＢ４４．　ＶＢ４５およびＶＢ４Ｇに示したよ
うな電気角で１２０度通主通電、２４０度休止期間で順
次切変換わる通電切換信号が駆動トランジスタ４４．４
５および４Ｇのへ一スに印加される。前記通電切換信号
に応じて駆動コイルに順次通電がなされることによりモ
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３図Ｖ
ａ、ＶｂおよびＶｃであり、斜部が通電期間で、その他
の期間が通電停止期間であり逆起電圧そのものが発生し
ている。前記逆起電圧Ｖａ、ＶｂおよびＶｃは互いに１
２０度の位相差を有している。ここで、前記３つの信号
処理のしかたは同一なのでＶａの信号処理について詳し
く説明する。

前記逆起電圧Ｖａは反転増幅器６２の反転入力端子に印
加されるが、前記反転増幅器６２の具体的回路結線の一
例は第２図の如くなっており、抵抗５９を介して差動ト
ランジスタ対を構成している一方のトランジスタ１２１
のベースに入力される。

前記差動トランジスタ対の他方のトランジスタ１２２、
のベースには給電線路４０の電圧が入力される。ここで
、前記給電線路４０の電圧をＶｃｃとする。いま、Ｖａ
がＶｃｃよりも高くなると、前記トランジスタ１２１の
コレクタ電流が増加し前記トランジスタ１２２のコレク
タ電流が減少するので抵抗１２３の電圧降下が抵抗１２
４の電圧降下よりも太き（なる。トランジスタ１１５お
よび１１６のベース共通接続点の電圧はダイオード接続
されたトランジスタ１１４の順方向電圧と定電流が流れ
る抵抗１１３の電圧降下の和電圧に一定に保たれている
ので、前記トランジスタ１１５のエミッタ・ベース間電
圧が前記トランジスタ１１６のそれより大きくなり、前
記トランジスタ１１５のコレクタ電流が増加し前記トラ
ンジスタ１１６のコレクタ電流が減少する。また、カレ
ントミラー回路を構成するトランジスタ１１９および１
２０のコレクタ電流は等しい。従って、出力トランジス
タ１１７のベース電流が増加することになり、コレクタ
・エミッタ間電圧が減少するので出力電圧は下がる。ま
た、逆にＶａがＶｃｃよりも低（なると上記とは逆の回
路動作で出力電圧は上がる。ことろで、前記出力トラン
ジスタ１１７のコレクタ帰還抵抗６８を介して前記トラ
ンジスタ１２１のベースに接続されており前記抵抗５９
と前記抵抗６８の抵抗比によって増幅器としての利得が
決まる。いま、仮に前記２つの抵抗値が等しいとすると
前記出力トランジスタ１１７のコレクタすなわち回路ブ
ロック１０１からの出力信号は、入力信号である逆起電
圧Ｖａを給電線路４０の電圧レベルＶｃｃを基準に反転
した信号となる。

同様に逆起電圧ｖｂは回路ブロック１０２にて、逆起電
圧ＶＣは回路ブロック１０３にてＶ　ｃ、　ｃを基準に
反転した信号に変換されろ。ところで、前記回路ブロッ
ク１０１．１０２および１０３のそれぞれの出力トラン
ジスタのコレクタは共通接続され端子ｄに接続されてい
るので、その端子（Ｉの信号は３つの出力トランジスタ
のコレクタ電圧のうち最も低い電圧が優先され、合成信
号波形は第３図Ｖ　ｄのように電気角で１２０度を一周
期として逆起電圧の大きさに応じたリップル波形となる
。

すなわち、この信号は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を基慴と
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。

上記した説明から明らかなように反転増幅器６２゜６３
および６４の出力信号を合成することにより、モータ駆
動コイル４１．４２および４３の各通電体１ヒ期間の逆
起電圧を３相分合わせて検出でき、しかｔ）その検出電
圧の精度は前記反転増幅器６２゜６３および６４の出力
トランジスタが飽和状態にならないかぎりきわめて良好
である。

さて、第３図に示した３相の逆起電圧の合成信弓Ｖｄは
第１図に示したように抵抗７１．７２およびコンデンサ
７３で分圧されると共に平滑され速度に応じた直流電圧
すなわち速度電圧に変換されろ。一方、基準電圧発生回
路７８の出力電圧ＶＲＥＦは基準レベル変換回路９３を
介してＶｃｃ基準の電圧に変換される。ここで前記基準
レベル変換回路９３について説明する。増幅器７９の非
反転入力端子に前記基準電圧発生回路７８からの出力電
圧が入力され、また反転入力端子には抵抗８４の端子電
圧が入力されている。前記増幅器７９、トランジスタ８
１および８３の増幅率がきわめて大きいとすると前シ己
増幅器７つの２つの入力端子はイマジナルショートとな
るので前記抵抗８４の端子電圧はＶＩＩＥＦとなる。こ
こで、前記抵抗８４の値と抵抗８２の値が等しいすると
、前記抵抗８２の端子電圧もＶＲＩ！Ｐとなる。その電
圧をボルテージホロワ８５を介して接続点ｆｌ−はＶｃ
ｃ基準とした基準電圧ＶＲＥＦを発生させることができ
る。そして、Ｖｃｃを基準とした前記速度電圧と＠記基
準電圧とを誤差増幅器７４にて比較しその誤差を増幅し
、バッファを構成する増幅器８８を介して電流切換回路
５８に入力する。前記電流切換回路５８は位置検出３５
４．５５および５６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制
御すると共に上記増幅器８８か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
へ−スに供給し、それらの給電量を制御することにより
モータの速度を制御することができろ。

発明の効災 以上のように本発明は、モータ駆動コイルのそれぞれの
端子電圧がそれぞれの反転入力端子に印加され、かつ一
方の給電線路の電圧がそれぞれの非反転入力λ゛ｊＸ子
に印加された複数個の反転増幅器と、面二己複数個の反
転増幅器の出力信号を合成する手段を備え、その合成信
号に対応した電圧と基準電圧との誤差を増幅して前記駆
動トランジスタの入カニこ供給するこ七に、より、前記
駆動トランジスタのＬドＪを制御するようにしているの
で、前記反転増幅器の出力トランジスタが飽和状態にな
らないかぎり、きわめて精度良く前５己駆動コイルに発
生する逆起電圧を検出するこおができる。また、従来必
要であった逆起電圧検出用の整流ダイオードが不要とな
り、発生する逆起電圧が小さい場合でｔ〕その検出が可
能になり、また周囲温度の変化）こ（４１４う検出器５
王の誤差をなくすことができるので優れたモータの速度
制御装置を実現できる。

【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
の回路図、第２図は反転増幅器の具体的な一例を示す回
路結線図、第３図は第１図における各点の信号波形１１
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。 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、５９，６０，
６１．・・・・・・第１の抵抗、６２．６３．６４・・
・・・・反転増幅器、６８゜０９．７０・・・・・・７
Ａ２の抵抗、７１．７２・・・・・・第３び〕１氏抗。 代理人の氏名　弁理士　中尾Ｗｔ、”ＪＪ　　ほか１名
第３図 ｆ胡（崖）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）一方の給電線路にそれぞれ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
   を順次切り換える通電切換回路と、前記駆動コイルのそ
   れぞれの端子電圧がそれぞれの反転入力端子に印加され
   、かつ前記一方の給電線路の電圧がそれぞれの非反転入
   力端子に印加された複数個の反転増幅器と、前記複数個
   の反転増幅器の出力信号を合成する手段を備え、その合
   成信号に対応した電圧と基準電圧との誤差を増幅して前
   記駆動トランジスタの入力に供給することにより、前記
   駆動トランジスタの給電量を制御しモータの連度を一定
   に制御してなるモータの速度制御装置。
2. （２）複数個の反転増幅器のそれぞれは、その反転入力
   端子が第１の抵抗を介してモータ駆動コイルと駆動トラ
   ンジスタの接続点に接続され、その非反転入力端子が一
   方の給電線路に接続され、その出力端子が第２の抵抗を
   介して前記反転入力端子に接続されてなり、また前記複
   数個の反転増幅器の出力信号を合成する手段は、それぞ
   れの前記出力端子を共通接続すると共に第３の抵抗を介
   して前記一方の給電線路に接続してなる特許請求の範囲
   第１項記載のモータの速度制御装置。