JPS638719B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、モータ可動部の位置に応じて複数相
のコイルに対する給電をトランジスタ等を使用し
て電子的に切換えてゆくブラシレス直流モータに
関するものである。

ブラシレス直流モータは、トルクリツプルが小
さく、ブラシによるノイズがなく、長寿命である
ことから、各種の音響機器に応用されている。特
公昭55−6938号公報には、このようなブラシレス
直流モータにおいて、星形結線された３相のコイ
ルに両方向の電流を通電（全波駆動）するように
なし、コイルの利用効率を向上させることが開示
されている。これによれば、多相のコイルに第１
のトランジスタ群によつて定電流を供給するよう
にし、第２のトランジスタ群によつて多相コイル
の共通接続点の電位が所定の値となるように制御
している。

しかし、この様な構成では、コイルに電流を供
給する端子の他に共通接続端子（単に電圧を検出
するために必要とされる）も、モータ側より引き
出して回路素子に接続する必要があり、配線数が
多くなり製造が繁雑となつていた。

本発明は、そのような点を考慮し、多相のコイ
ルに電流を供給する端子のみの配線（共通接続端
子の配線は不要）により安定かつ確実な全波駆動
を実現したブラシレス直流モータを提供するもの
である。

本発明によるブラシレス直流モータの構成は、
モータ可動部の位置を検出する位置検出手段と、
複数相のコイルと、前記コイルに電流を供給する
複数個のトランジスタからなる第１の駆動トラン
ジスタ群と、前記コイルへの電流供給を指令する
指令電圧信号に対応しかつ前記位置検出手段の出
力に応動して前記第１の駆動トランジスタ群の通
電を分配制御する第１の分配制御手段と、前記コ
イルと第１の駆動トランジスタ群による電流路に
直列に挿入された複数個のトランジスタからなる
第２の駆動トランジスタ群と、前記位置検出手段
の出力に応動して前記第２の駆動トランジスタ群
の通電を分配制御する第２の分配制御手段を具備
し、前記第２の分配制御手段は、基準電圧信号を
得る基準電圧発生手段と、前記第２の駆動トラン
ジスタ群の通電状態にあるトランジスタの動作電
圧と前記基準電圧信号を比較する比較手段を含ん
で構成され、通電状態にある前記第２の駆動トラ
ンジスタの動作電圧が大きくなると通電電流を大
きくし、動作電圧が小さくなると通電電流を小さ
くするように、前記比較手段の出力に応じて前記
第２の駆動トランジスタ群の動作状態を制御する
ようになされ、かつ、前記基準電圧発生手段は前
記指令電圧信号に応動して前記基準電圧信号を変
化するように構成されたことを特徴とするもので
ある。

以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明す
る。第１図は本発明の一実施例を表わす電気回路
結線図である。第１図において、１はロータにと
りつけられた界磁マグネツト、１２，１３，１４
は星形結線された３相のコイル群、２６，２７，
２８は第１の駆動トランジスタ群、４６，４７，
４８は第２の駆動トランジスタ群、２１はコイル
１２，１３，１４への合成供給電流を検出するた
めの抵抗である。また、破線で囲まれた部分１０
１はマグネツト１１の磁束を感知するホール素子
１５，１６，１７，１８，１９，２０によつて構
成される位置検出器、１０２はホール素子１５，
１６，１７の出力に応動して対応する第１の駆動
トランジスタ群２６，２７，２８の通電を分配制
御する第１の分配制御器、１０３はホール素子１
８，１９，２０の出力に応動して対応する第２の
駆動トランジスタ群４６，４７，４８の通電を分
配制御する第２の分配制御器である。さらに、１
１０はカレントミラー回路、６２と１０５は電
圧・電流変換器である。

次に、その動作について説明する。電源電圧
V_ccとして22Vを印加すると、指令電圧信号６０
（ロータの回転速度を検出し周知の方法にて変換
した電圧）は直流電源６１の電圧値と電圧・電流
変換器６２にて比較され、その両者の差に応じた
電流が流出される。

電圧・電流交換器６２の構成例を第２図に示
す。信号６０と電源６１は差動トランジスタ１５
２と１５３のベースにそれぞれ印加され、その電
圧差に応じて定電流源１５０の電流値を各コレク
タ側に分配する。そのコレクタ電流はトランジス
タ１５７と１５８からなるカレントミラーによつ
て比較・反転され、ベース接地されたトランジス
タ１６０およびカレントミラーを構成するトラン
ジスタ１６１，１６２を介して出力される。

電圧・電流変換器６２の出力はカレントミラー
回路１１０に供給され、ダイオード６３と抵抗６
４によつて電圧信号イに変換されるとともに、ト
ランジスタ６５は指令信号６０に対応した電流を
吸引する。トランジスタ６５の出力は第２の分配
制御器１０３に供給されてダイオード３０，３１
と抵抗２９によつて電圧信号ロに変換される。

電圧信号イと抵抗２１の電圧降下は電圧・電流
変換器１０５にて比較され、その両者の差に応じ
た電流が出力され、第１の差動回路１０４を構成
するトランジスタ２３，２４，２５の共通エミツ
タ電流として供給される。

第３図に電圧・電流変換器１０５の構成例を示
す。トランジスタ１７１のベース側に電圧信号イ
に印加され、エミツタ側に抵抗２１の電圧降下信
号が印加され、その両者の差に応じたコレクタ電
流が流れ、トランジスタ１７３と１７４からなる
カレントミラーによつて電流反転され、第１の差
動回路１０４に供給される。

差動回路１０４のトランジスタ２３，２４，２
５の各ベース端子には、それぞれのホール端子１
５，１６，１７の出力電圧が印加され、そのベー
ス電圧の差に応じて共通エミツタ電流が各コレク
タ側に分配され、ベース電圧の最も低いトランジ
スタのコレクタ電流が最も大きくなり、他のトラ
ンジスタのコレクタ電流は零またはほとんど零と
なる。またマグネツト１１の回転に伴つて最も活
性となるトランジスタは順次切り換わつてゆく。

トランジスタ２３，２４，２５の各コレクタ電
流は第１の駆動トランジスタ群２６，２７，２８
の各ベース電流となり、電流増幅されて対応する
コイル１２，１３，１４に供給される。コイル１
２，１３，１４への供給電流は抵抗２１の電圧降
下として検出され、電圧・電流変換器１０５の反
転入力端子に入力される。

これにより、電圧・電流変換器１０５、第１の
差動回路１０４、第１の駆動トランジスタ群２
６，２７，２８および抵抗２１によつて第１の帰
還ループ（電流帰還ループ）が構成され、コイル
１２，１３，１４への供給電流は確実に電圧信号
イ（従つて、指令電圧信号６０）に対応した電流
値となしている。その結果、第１のトランジスタ
群２６，２７，２８のh_FEのバラツキ等の影響は
著しく小さくなる。

また、界磁マグネツト１１の回転に伴つてホー
ル素子１５，１６，１７の出力電圧が変化し、対
応するコイルに電流を供給するように、第１の駆
動トランジスタ群２６，２７，２８の通電を制御
し、切り換えてゆく。なおコンデンサ２２は上述
の帰還ループの位相補償のためにつけている。

次に、第２の分配制御器１０３と第２の駆動ト
ランジスタ群４６，４７，４８の動作について説
明する。第２の分配制御器１０３は、第２の駆動
トランジスタ群４６，４７，４８の通電状態にあ
るトランジスタの動作電圧と基準電圧値を比較す
る検出・比較器１０６と、第２の差動回路１０８
によつて構成されている。

カレントミラー回路１１０の出力は検出・比較
器１０６に入力され、抵抗２９、ダイオード３
０，３１によつて第２の駆動トランジスタ群４
６，４７，４８の共通接続端子（エミツタ側）か
ら所定電圧値の基準電圧信号ロを発生する。

検出トランジスタ３２，３３，３４にはPNP
形トランジスタを使用し、各エミツタ側は入力端
子として第２の駆動トランジスタ群４６，４７，
４８の各出力端子にそれぞれ抵抗３９，４０，４
１を介して直流的に接続され、各ベース側は基準
端子として基準電位点（信号ロの点）は直流的に
（直接または抵抗を介して）共通接続されている。
その結果、第２の駆動トランジスタ群４６，４
７，４８の通電状態にあるトランジスタの動作電
圧V_CE（絶対値）（コレクタ・エミツタ間電圧）と
基準電圧信号ロとが比較され、その動作電圧値が
信号ロよりもエミツタ・ベース間の順方向電圧
V_D分小さくなると、対応する検出トランジスタ
が導通し、コレクタ側に電流を出力する。

第４図に駆動トランジスタ４６と２７が活性と
なつている場合の電流路を示す。その電流路は
側電源→第２の駆動トランジスタ４６→コイル１
２および１３→第１の駆動トランジスタ２７→抵
抗２１→側電源となり、通電状態にある第２の
駆動トランジスタ４６の動作電圧V_CE（絶対値）
が他の駆動トランジスタ４７，４８の電圧V_CEよ
りも小さくなる。検出トランジスタ３２，３３，
３４は第２の駆動トランジスタ群４６，４７，４
８の電圧V_CEと基準電圧信号ロを比較して、その
差に応じたコレクタ電流を出力する。第４図にお
いては、第２の駆動トランジスタ４６の動作電圧
が電圧信号ロよりもベース・エミツタ間順方向電
圧分小さくなると、検出トランジスタ３４が活性
となり、コレクタ電流を出力する。各検出トラン
ジスタ３２，３３，３４の出力電流は合成され
（コレクタ側を共通接続）、トランジスタ７３のベ
ース側に流入し、合成電流に応じた電圧を発生す
る。一方、トランジスタ７４のベースには抵抗７
６，７７とダイオード７５によつて所定の直流電
圧が印加され、トランジスタ７３，７４のベース
電圧差に対応して定電流源７０の電流値がコレク
タ側に分配され、第２の差動回路１０８の共通エ
ミツタ電流として供給される。

差動回路１０８のトランジスタ４３，４４，４
５の各ベース端子には、ホール素子１８，１９，
２０の出力電圧が印加され、そのベース電圧に応
じて共通エミツタ電流をコレクタ側に分配する。
トランジスタ４３，４４，４５の各コレクタ電流
は第２の駆動トランジスタ群４６，４７，４８の
各ベース電流となり、コイル１２，１３，１４へ
の通電を切換え制御している。

従つて、検出・比較器１０６、第２の差動回路
１０８、第２の駆動トランジスタ群４６，４７，
４８によつて第２の帰還ループが構成され、第２
の駆動トランジスタ群４６，４７，４８の通電状
態にあるトランジスタの動作電圧V_CEを能動領域
内の所定の小さな電圧値に一致させるように動作
する。これについてさらに説明すれば、第２の駆
動トランジスタの動作電圧の減少は、検出・比較
器１０６によつて検出・比較されてその吸込電流
（トランジスタ７４のコレクタ電流）を小さくし、
第２の駆動トランジスタのベース電流、従つてコ
レクタ電流を小さくし、その結果、第２の駆動ト
ランジスタの動作電圧が大きくなる。

このような帰還ループを施こすならば、第２の
差動回路１０８および第２の駆動トランジスタ群
４６，４７，４８の動作が安定し、位置検出器１
０１の出力に応動する通電トランジスタの切換え
は確実かつ円滑に行なわれる。

また、基準電圧信号ロの値はV_CCに較べて十分
小さく設定できるため、コイル１２，１３，１４
における電圧降下がかなり大きくても、通電状態
にある第１の駆動トランジスタは能動領域にあつ
て飽和しにくく、前述の第１の帰還ループおよび
第２の帰還ループは安定に動作する。すなわち、
コイル１２，１３，１４への供給電圧の最大値は
十分に大きくとれる。

さらに、本実施例では、ベース側を直流的に
（直接または抵抗を介して）基準電圧信号ロの電
位点に接続し、エミツタ側を直流的に第２の駆動
トランジスタ群４６，４７，４８の各出力端子に
接続したPNP形の検出トランジスタを使用して
いるために、第２の駆動トランジスタ群４６，４
７，４８の動作電圧の検出に必要とされる素子
は、トランジスタ３２，３３，３４、ダイオード
３０，３１，７１、抵抗２９，３９，４０，４
１，７２等であり、単一のシリコン・チツプ上に
集積回路化することが可能となる（トランジス
タ、ダイオード、抵抗が集積化できることは周
知）。その結果、第１図のモーダ駆動回部部分を
ワンチツプ集積回路にて構成する場合に、外付部
品が少なく製造が著しく容易となる。また、その
検出特性も相間のバラツキがなく、検出に必要な
電流も小さくて良い。さらに、ラテラル構造の
PNP形トランジスタを検出トランジスタとして
使用するならば、ベース・エミツタ間耐圧および
エミツタ・コレクタ間耐圧が大きくとれ、コイル
でのスパイク電圧によつて破壊される恐れがなく
なる。

また、本実施例では、第２の駆動トランジスタ
群４６，４７，４８の動作電圧と比較する基準電
圧信号ロを指令電圧信号６０に連動して変化さ
せ、コイル１２，１３，１４への供給電流（すな
わち、第１の駆動トランジスタおよび第２の駆動
トランジスタの通電電流）が大きい時に信号ロを
大きくし、供給電流の小さい時に信号ロを小さく
している。これにより、第２の駆動トランジスタ
群４６，４７，４８の通電状態にあるトランジス
タの動作電圧V_CEが、その通電電流が大幅に変化
しても確実に能動領域内の小さな電圧値となるよ
うに第２の駆動トランジスタ群の通電電流が制御
される。

このような動作は、特に、第２の駆動トランジ
スタの飽和特性を考えた場合に重要となる。これ
について第５図により説明する。トランジスタの
飽和電圧は通電電流に比例して大きくなり、逆
に、能動領域は狭くなつてゆく。いま、電圧信号
ロを一定とするならば、第２の駆動トランジスタ
の通電電流が大きくなつてゆくと、信号ロと飽和
電圧との差は電流の増大に伴つて減少してゆき、
ひどい場合には、その大小関係が逆転する。この
ような状態においては、前述の帰還ループが逆方
向に作用してしまい、通電電流の最大値に制限が
でてくる。すなわち、第２の駆動トランジスタの
通電電流の増大は動作電圧（この場合は飽和電
圧）を大きくし、基準電圧信号ロと動作電圧の差
を小さくし、その結果、第２の駆動トランジスタ
の通電電流を小さくしてしまう。一方、本実施例
のごとく、電圧信号ロを通電電流に応動して連動
変化させるならば、上述の誤動作を生じないの
で、確実な動作を得ることができる。

なお、コンデンサ４２は上述の第２の帰還ルー
プの位相補償のためにつけられている。また、コ
イル１２，１３，１４の端子に接続されたコンデ
ンサ４９，５１，５３と抵抗５０，５２，５４の
直列回路は、通電路の切換えに伴うスパイク電圧
を低減するものである。

前述の実施例では、３相のコイルを星形結線し
たる例を示したが、本発明はそのような場合に限
らず、一般に、多相のコイルを有するモータを構
成できる。また、駆動トランジスタはバイポーラ
形トランジスタに限らず、電界効果形トランジス
タでも良いことはいうまでもない。その他、本発
明の主旨を変えずして、種々変形が可能である。

以上本発明によれば、通電状態にある第２の駆
動トランジスタの動作電圧を検出し、その電圧が
所定の値になるように、第２の駆動トランジスタ
の動作電圧が大きくなると通電電流が大きくし、
動作電圧が小さくなると通電電流を小さくするよ
うに制御しているので、モータコイルへの接続端
子数は少なくてもよく、部品点数・製造工数は低
減される。また、駆動回路とコイルとの接続数の
減少により、例えば、第１図の回路をワンチツプ
集積回路にて構成する場合には、その出力ピン数
も少なくなる。

従つて、本発明に基づいて、音響機器または映
像機器用のブラシレス直流モータを構成するなら
ば、安価に性能の良い機器を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を表わす電気回路結線
図、第２図および第３図はそれぞれ電圧・電流変
換器の構成例を表わす回路図、第４図は第１図の
回路の動作を説明するための図、第５図はトラン
ジスタの動作領域を表わす図である。 １１……マグネツト、１２，１３，１４……コ
イル、２６，２７，２８……第１の駆動トランジ
スタ群、３２，３３，３４……検出トランジス
タ、４６，４７，４８……第２の駆動トランジス
タ群、６２……電圧・電流変換器、１０１……位
置検出器、１０２……第１の分配制御器、１０３
……第２の分配制御器、１０４……第１の差動回
路、１０５……電圧・電流変換器、１０６……検
出・比較器、１０８……第２の差動回路、１１０
……カレントミラー回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ モータ可動部の位置を検出する位置検出手段
   と、複数相のコイルと、前記コイルに電流を供給
   する複数個のトランジスタからなる第１の駆動ト
   ランジスタ群と、前記コイルへの電流供給を指令
   する指令電圧信号に対応しかつ前記位置検出手段
   の出力に応動して前記第１の駆動トランジスタ群
   の通電を分配制御する第１の分配制御手段と、前
   記コイルと第１の駆動トランジスタ群による電流
   路に直列に挿入された複数個のトランジスタから
   なる第２の駆動トランジスタ群と、前記位置検出
   手段の出力に応動して前記第２の駆動トランジス
   タ群の通電を分配制御する第２の分配制御手段を
   具備し、前記第２の分配制御手段は、基準電圧信
   号を得る基準電圧発生手段と、前記第２の駆動ト
   ランジスタ群の通電状態にあるトランジスタの動
   作電圧と前記基準電圧信号を比較する比較手段を
   含んで構成され、通電状態にある前記第２の駆動
   トランジスタの動作電圧が大きくなると通電電流
   を大きくし、動作電圧が小さくなると通電電流を
   小さくするように、前記比較手段の出力に応じて
   前記第２の駆動トランジスタ群の動作状態を制御
   するようになされ、かつ、前記基準電圧発生手段
   は前記指令電圧信号に応動して前記基準電圧信号
   を変化するように構成されたブラシレス直流モー
   タ。 ２ 比較手段は、各エミツタ端子側を第２の駆動
   トランジスタ群の各出力端子とコイルとの接続端
   に接続され、各ベース端子側を共通接続して基準
   電圧発生手段の基準電圧信号に対応した電位点に
   接続された複数個の検出トランジスタを含んで構
   成され、通電状態にある前記第２の駆動トランジ
   スタの動作電圧と前記基準電圧信号を前記検出ト
   ランジスタにより比較するようにしたことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のブラシレス直
   流モータ。