JPS634436B2 - - Google Patents

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JPS634436B2
JPS634436B2 JP55148375A JP14837580A JPS634436B2 JP S634436 B2 JPS634436 B2 JP S634436B2 JP 55148375 A JP55148375 A JP 55148375A JP 14837580 A JP14837580 A JP 14837580A JP S634436 B2 JPS634436 B2 JP S634436B2
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JP
Japan
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voltage
motor
motor drive
rotation speed
coil
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JP55148375A
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English (en)
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JPS5775591A (en
Inventor
Yoshinori Okada
Isao Fukushima
Chikayuki Okamoto
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JPS5775591A publication Critical patent/JPS5775591A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/06Arrangements for speed regulation of a single motor wherein the motor speed is measured and compared with a given physical value so as to adjust the motor speed

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、モータを省電力で駆動させるための
モータ駆動回路に関するものである。
従来、モータを駆動する駆動電圧源としては、
モータに対する種々の要求を満たすべく、最大負
荷、最高回転数の状態でも、モータの諸特性のバ
ラツキ等に対する制御マージンを十分もち、安定
した駆動ができるような高電圧を常時必要として
いた。
さらに、上記駆動電圧源の電圧変動にも、十分
余裕をもつた制御を行なうためには、電源電圧を
高目の電圧にする必要があつた。このため定常時
のモータ駆動に必要以上の電力を消費するという
欠点があつた。
一例として、家庭用VTRで、磁気テープを一
定速度でおくるために用いられている従来のキヤ
プスタン用3相ブラシレスモータについて、第1
図、第2図を用いて説明する。
第1図は従来のモータ駆動回路図で、1はモー
タコイルに両方向通電するようにしたキヤプスタ
ン用3相ブラシレスモータ、2は駆動電圧源、3
〜8はモータ駆動用トランジスタ、9は回転数検
出器、10は回転制御回路である。
第2図は、モータの運転状態が変化したときの
コイル電圧振幅値の変化を、その一相分について
示す図で、11a〜11cはモータコイル電圧振
幅値、12a〜12c、13a〜13cは前記モ
ータ駆動用トランジスタ3〜8のコレクタ・エミ
ツタ間電圧、18a〜18cおよび19a〜19
cはモータコイル電流による電圧降下分、14は
設定すべき最低限のモータ駆動電圧、15は電源
電圧変動を考慮した場合の必要な定電圧である。
まず、第1図において、キヤプスタン用3相ブ
ラシレスモータ1は、駆動電圧源2によりモータ
駆動用トランジスタ群3〜8で構成された回路を
介して駆動される。一方、キヤプスタン用3相ブ
ラシレスモータ1の回転数を検出する回転数検出
器9の出力に応じて、回転制御回路10が、前記
モータ駆動用トランジスタ群3〜8を作動させ
て、キヤプスタン用3相ブラシレスモータ1の回
転数を一定にする。
今、前記キヤプスタン用3相ブラシレスモータ
1に対して、定常回転数より高いある回転数で、
ある負荷まで制御性能が要求される場合には、第
2図aに示すように、最大要求時に発生するモー
タコイル電圧振幅値(1相分のみ図示)11aお
よび前記トランジスタ群3〜8の活性領域最小コ
レクタ・エミツタ間電圧12a,13aを加えた
電圧14を、最低限のキヤプスタン用3相ブラシ
レスモータ1の駆動電圧として設定する必要があ
る。
さらに、前記電圧14の電圧変動を考慮すれ
ば、電圧14より高目の電圧15をモータ駆動電
圧源2としなければならない。
ところでよく知られているように、モータコイ
ル電圧の内、モータ逆起電力電圧は回転数に比例
して減少する。このため定常回転時には、第2図
bに示すように、最大要求時の振幅11aと定常
回転時の振幅11bとの差分の電圧だけ、モータ
コイル電圧が小さくなり、この分だけコレクタ・
エミツタ間電圧12b,13bが増加することと
なる。即ちコレクタ・エミツタ間電圧は必要以上
に大きくなり、これに応じた電力が損失として消
費されるという欠点があつた。
また負荷が軽くなると、モータコイル電流が減
少する。このために、モータコイル電流とモータ
抵抗の積である電圧降下分は、最大要求時(第2
図a)の18a,19aから負荷軽減量に応じ
て、同図cの18c,19cに減少する。したが
つて、その差電圧の分だけ前記コレクタ・エミツ
タ間電圧12c,13cが増加し、前記の場合と
同様に、増加したコレクタ・エミツタ間電圧に応
じた電力が損失として消費されるという欠点があ
つた。
本発明は、前述した従来技術の欠点を除去し、
むだな消費電力の少ないモータ駆動回路を提供す
ることにある。
上記目的を達成するために、本発明では、モー
タの逆起電力またはモータコイルに流れる電流に
応じて変化する可変電圧源を構成し、これによつ
て所望のモータ回転数及び負荷に応じて必要な駆
動電圧を得、モータコイルに両方向通電するよう
にしたモータを駆動させる。一方、前記可変電圧
源は、後述する帰還制御信号からの入力をスイツ
チング用トランジスタでオン・オフし、上記オ
ン/オフ比によつて出力電圧を効率よく可変制御
するDC―DCコンバータで構成する。
しかも、DC―DCコンバータの出力即ちモータ
駆動電圧を前記スイツチング用トランジスタのオ
ンオフ比制御に負帰還させることによつて、駆動
電圧源の電圧変動に対してもモータ駆動電圧を安
定化させるのである。
以下、本発明を実施例により図面を用いて説明
する。第3図は本発明の一実施例を示す回路図、
第4図、第5図、第6図は本発明の動作を説明す
る波形図である。
第3図において、28は比較回路、29は三角
波発生回路、30はプリドライブ回路、31はス
イツチング用トランジスタ、32はトランス、3
3は整流用ダイオード、34は平滑用コンデンサ
であり、これらDC―DCコンバータ27を構成す
る。なお、35は上記三角波発生回路の出力、3
7は比較回路の出力である。
また、40〜45はダイオード、46,48は
抵抗、47は基準電圧源、22,26は演算増幅
器、23,24,25は各相のモータコイル電
圧、36は帰還制御信号、38は出力電圧制御信
号、39はモータ駆動電圧である。なお第1図と
同等の部分、もしくは同一の部分については同じ
番号を付してある。
第3図の実施例の動作を第4図、第5図を用い
て説明する。DC―DCコンバータ27において
は、第4図aに示すような三角波発生回路29の
出力35と、後述するようにして得られる帰還制
御信号36とが比較回路28で比較され、第4図
bに示すような出力37が得られる。
そして、前記比較回路28の出力37に応じ
て、プリドライブ回路30を介し、トランジスタ
31は第4図cに示すように導通、しや断状態を
くりかえす。その結果、トランス32の1次側に
発生した交流成分は2次側に伝達され、ダイオー
ド33、コンデンサ34で整流平滑されて、可変
電圧源のモータ駆動電圧39となる。
ここで本実施例のDC―DCコンバータ27にお
いては、前記トランジスタ31の導通、しや断時
間をそれぞれTpo、Tpff、トランス32の1次側
と2次側の巻線比を1:nとし、また入、出力電
圧をVio、Vputとすれば、(1)式の関係が成立する。
Vput≒n×Tpo/Tpff×Vio …(1) すなわち、前記帰還制御信号36に応じて、前
述の如くTpo、Tpffが変化するのに応じて、出力
電圧即ちモータ駆動電圧39が制御される。しか
もDC―DCコンバータ27は、理論的には全く電
力損失を生ぜず、実用上も主にスイツチング用ト
ランジスタ31によるスイツチング損失を伴なう
だけで、効率のよい電圧変換器である。
キヤプスタン用3相ブラシレスモータ1が駆動
されると、各相のモータコイル電圧23,24,
25は、第5図aに示すような電圧波形となる。
即ち前記モータ1の各相においては、49はモー
タ回転数に比例したモータ逆起電力電圧であり、
50a,50bはその相に流れるモータコイル電
流とモータ内部抵抗の積に相当する電圧である。
そこで、まず、ダイオード40,41,42、
抵抗46及び基準電圧源47により、各相のモー
タコイル電圧23,24,25の内の最小電圧を
選択し、最小電圧信号51(Vmin)を得る。一
方、ダイオード43,44,45及び抵抗48に
より、前記モータコイル電圧23,24,25の
内の最大電圧を選択し、最大電圧信号52
(Vmax)を得る。次に演算増幅器22により、
前記最小電圧信号51と前記最大電圧信号52の
差に応じた出力電圧制御信号38(第5図b)を
得る。
なお、前記最小電圧信号51と前記最大電圧信
号52との差電圧に応じた出力電圧制御信号38
は、もし必要なら第5図bに示すように適当に平
滑して用いることもできる。
次に前記電圧制御信号38は、演算増幅器26
を介することにより、DC―DCコンバータ27の
出力電圧、即ちモータ駆動電圧39を制御する帰
還制御信号36となり、比較回路28に供給され
る。即ち前記制御信号38が高くなると、それに
応じて帰還制御信号36も高くなり、第4図から
明らかなようにスイツチング用トランジスタ31
の導通時間が長くなり、DC―DCコンバータ27
の出力電圧即ちモータ駆動電圧39が上昇する。
逆に、前記制御信号38が低くなると、それに
応じて帰還制御信号36も低くなり、スイツチン
グ用トランジスタ31の導通時間が短くなり、
DC―DCコンバータ27の出力電圧即ちモータ駆
動電圧39が低下する。
これは、演算増幅器26の基準電圧をモータ回
転数と、モータ負荷に応じた信号で設定している
ためである。
また第6図を参照して本発明の動作をさらに具
体的に説明する。同図において縦軸はモータ駆動
電圧、横軸は負荷であり、曲線〜は回転数が
ωから3ωまで変化したときの負荷―駆動電圧特
性を示す。同図は以下に詳述するように、負荷τ
および回転数ωが変化しても、1つの駆動トラン
ジスタのコレクタ・エミツタ間にかかる電圧は、
常にその活性領域内の最小設定電圧値1/2vに保
持され、その結果無駄な電力損失が生じないこと
を示している。
たとえば、モータの回転数を一定値ωとし、駆
動トランジスタ1つのコレクタ・エミツタ間の活
性領域内の最小設定電圧値を1/2vとすると、モ
ータコイル1相分の回路ではその2倍のvとな
る。さらにモータコイルの逆起電力電圧をvとす
ると、負荷0の場合、モータ駆動のために、DC
―DCコンバータ27より出力される駆動電圧3
9は2vとなる。
また、同じ回転数ωにおいて、負荷が0からτ
に増加した場合には、モータコイル電流とモータ
内部抵抗の積に相当する電圧(第5図の50aと
50bの和に相当する)だけモータ駆動電圧を上
昇させる必要がある。第6図では、この電圧をv
としている。
本発明では、駆動トランジスタ群のコレクタ・
エミツタ間にかかる電圧は、前述のごとく駆動ト
ランジスタの活性領域内の最小設定電圧値1/2v
に保持されるので、この場合のモータ駆動電圧3
9は3vになる。
回転数が一定値ωに保持された状態で、負荷が
増加すると、前記の電圧50a,50bが増加す
るので、曲線のようにモータ駆動電圧―すなわ
ち、DC―DCコンバータ27の出力39が制御さ
れる。モータ回転数が2ω、3ωとなつても、当該
逆起電力電圧に相当する電圧が増加するだけで、
その他は回転数がωの場合について説明明した内
容と同じである。
さらに本発明では、DC―DCコンバータ27の
出力電圧即ちモータ駆動電圧39を、演算増幅器
26を介して、DC―DCコンバータ27の比較回
路28に負帰還することにより、DC―DCコンバ
ータ27の入力電圧である駆動電圧源2の電圧変
化による前記モータ駆動電圧39の変動を防止し
ている。
なお本実施例では、モータの逆起電力またはモ
ータコイル電流に応じた出力電圧制御信号38と
して、モータコイル電圧を用いたが、別の手段、
例えば5,6,7のエミツタとアース間に小抵抗
を挿入しモータコイル電流を検出し、この検出信
号を前記制御信号38とするとか、またはモータ
コイルに近接してコイルを設け、逆起電力を検出
し、この検出信号を前記制御信号38とする等の
方法でも、省電力モータ駆動回路が可能である。
またDC―DCコンバータとして、本実施例以外
の方式のものを用いても同様の効果が得られるこ
とは明白である。
さらに、前記実施例において、トランジスタ
3,4,8をNPNトランジスタにし、トランジ
スタ5,6,7をPNPトランジスタとしても同
様の効果が達成できることは当然である。
以上のべたように本発明によればモータコイル
に両方向通電するようにしたモータの逆起電力ま
たはモータコイルに流れる電流に対応する帰還制
御信号の最大値Vmaxと最小値Vminを検出し、
その差信号に応じて、DC―DCコンバータのスイ
ツチング用トランジスタをオン・オフし、前記オ
ン/オフ比によつて出力電圧を効率よく可変制御
する可変電圧源を構成している。一方、DC―DC
コンバータの出力即ちモータ駆動電圧を前記スイ
ツチング用トランジスタのオン/オフ比制御に負
帰還させることにより、駆動電圧源自身の電圧変
動に対してもモータ駆動電圧を制御することがで
きる。その結果、簡単な構成で、かつモータの回
転数および負荷の変化にかかわらず、常に消費電
力にむだのない、低損失なモータ駆動回路を実現
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のモータ駆動回路図、第2図は従
来例においてモータの運転状態が変化したときの
コイル電圧振幅値の変化を、その一相分について
示す図で、同図aはコイル電圧振幅の最大要求時
の図、同図bはその定常回転数時の図、同図cは
その負荷軽減時の図、第3図は本発明の一実施例
を示す回路図、第4図〜第6図は本発明の動作を
説明する波形図である。 1…キヤプスタン用3相ブラシレスモータ、2
…駆動電圧源、3〜8…モータ駆動用トランジス
タ、9…回転数検出器、10…回転制御回路、2
3,24,25…モータコイル端子電圧、22,
26…演算増幅器、29…三角波発生回路、27
…DC―DCコンバータ、28…比較回路、30…
プリドライブ回路、31…スイツチング用トラン
ジスタ、47…基準電圧源。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 第1の複数個のモータ駆動用トランジスタ群
    と、該第1の複数個のモータ駆動用トランジスタ
    群の各々と直列接続された第2の複数個のモータ
    駆動用トランジスタ群と、該第1のモータ駆動用
    トランジスタ群と第2のモータ駆動用トランジス
    タ群との接続点に各々の一端が接続され、他端が
    共通に接続されたモータコイルとを有し、該第
    1、第2のモータ駆動用トランジスタ群によつて
    該モータコイルに流す電流の切換を行ない、かつ
    該モータコイルに両方向通電を行なうようにした
    モータの駆動回路において、駆動電圧源と、前記
    駆動電圧源の電圧及び帰還制御信号を入力とし、
    可変モータ駆動電圧を発生させるDC―DCコンバ
    ータと、モータの回転数を検出する回転数検出器
    と、前記回転数検出器の出力に応じて前記トラン
    ジスタ群のうちの選ばれたものを導通させてモー
    タの回転数を制御する回転制御回路と、前記各接
    続点の信号が供給されこれらの信号の内最も大き
    い信号を選択出力してモータコイル電圧の最大電
    圧Vmaxを検出する手段と、前記各接続点の信号
    が供給されこれらの信号の内最も小さい信号を選
    択出力してモータコイル電圧の最小電圧Vminを
    検出する手段と、前記最小電圧Vminと最大電圧
    Vmaxとを差動増幅する手段と、該手段の出力信
    号に相応した信号を、前記DC―DCコンバータに
    帰還制御信号として供給する手段とを具備し、前
    記トランジスタ群のコレクタ・エミツタ間の電圧
    が活性領域内の最小設定値となるように前記モー
    タ駆動電圧を負帰還制御するように構成したこと
    を特徴とするモータ駆動回路。 2 帰還制御信号供給手段が、DC―DCコンバー
    タの出力即ちモータ駆動電圧を負帰還する手段を
    さらに具備したことを特徴とする前記特許請求の
    範囲第1項記載のモータ駆動回路。
JP55148375A 1980-10-24 1980-10-24 Motor drive circuit Granted JPS5775591A (en)

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