KR20150134256A - 브러시리스 dc 모터의 구동 회로 - Google Patents

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Abstract

홀 소자 등을 사용하지 않고 소 전력에서도 작동하는 브러시리스 DC 모터의 구동 회로를 제공하는 것, 또한, 부하의 경중이나, 관성 모멘트의 대소에 관계없이 범용적으로 기동 가능한 브러시리스 DC 모터의 구동 회로의 제공.
구동 코일(11)에 대한 구동 전류를 스위칭·증폭하는 트랜지스터(13)와 트랜지스터(14)의 2단 증폭 회로와, 회전자의 영구 자석의 자계 내에 상기 구동 코일과 함께 배치되어, 트랜지스터(14)의 베이스에 일단이 접속되는 검출 코일(15)과, 그 검출 코일(15)의 타단과 직렬로 접속되어, 트랜지스터(14)의 베이스·이미터 사이에 설치된 다이오드로서, 검출 코일(15)에 생기는 유도 기전력이, 역방향 전압인 상태에서 트랜지스터(14)가 온이 되도록, 또한, 검출 코일(15)의 유도 기전력이 순방향 전압인 상태에서 트랜지스터(14)가 오프가 되도록, 트랜지스터(14)의 베이스 전류를 제어 조정하는 다이오드를 갖추는 구동 회로.

Description

브러시리스 DC 모터의 구동 회로{DRIVE CIRCUIT FOR BRUSHLESS DC MOTOR}
본 발명은, 건전지 등의 직류 전원을 사용한 브러시리스 DC 모터의 구동 회로 및 브러시리스 DC 모터에 관한 것이며, 영구 자석이 부착된 회전자의 회전에 따르는 검출 코일의 유도 기전력을, 구동 코일에 대한 통전 제어에 사용한 구동 회로에 관한 것이다.
종래, 홀 소자 자기 센서로 회전자의 자석 위치의 검출을 실시하여, 전자 회로에서 코일에 대한 통전을 제어 함으로써, 브러시의 물리적 접촉을 배제한 브러시리스 DC 모터가 존재하고 있다. 이러한 브러시리스 DC 모터와 관련하여, 비특허문헌 1의 91페이지에, 도 15A에 도시된 구동 회로의 회로도가 기재되어 있다. 이 2상 쌍방향 통전 구동의 브러시리스 DC 모터의 회로는, 2상용의 2개의 푸시풀 회로의 양 입력부에, 위상 위치를 어긋나게 배설한 2개의 홀 소자(202)를 갖추고, 각각의 홀 소자(202)에 의한 회전자의 위치 검출에 의해, 위상을 어긋나게 배설한 각각의 구동 코일(201)에 대한 통전이 제어되는 것이다.
또한, 특허문헌 1에는, 도 15B에 도시된 바와 같이, N자극과 S자극이 착자(着磁)된 영구 자석을 가지는 회전자(1)와, 검출 코일(3)과, 구동 코일(2)과, 구동 전류를 제어하는 트랜지스터(5)를 갖추고, 검출 코일(3)의 기전력에 의해, 구동 코일(2)에 대한 구동 전류를 제어하는 회로에 관한 기재가 이루어지고 있다.
일본 특공 소39-20410호 공보
하기노 히로시 저 「브러시리스 DC 모터의 사용법」옴사 출판, 2003년 7월
비특허문헌 1에 기재된 구동 회로(도 15A)에서는, 홀 소자(202)를 일하게 하기 위해, 도면 중 Ih로 나타낸 전류(약 100㎷의 홀 소자 출력 전압을 얻기 위한 입력 전류 5㎃에서 10㎃. 2상이므로 2배인 10~20㎃.)가 필요하게 된다. 이 소비 전류는, 예를 들면, 실내용 태양전지의 실용적 발전 전류인 0.1~2㎃를 크게 넘고 있기 때문에, 이러한 작은 태양전지를 이용해 브러시리스 DC 모터를 구동시킨다는 과제에 대해서는 사용할 수 없었다.
특허문헌 1에 도시된 회로에서는, 그 전원 투입 시에는, 트랜지스터(5)의 베이스에 접속한 기동용 콘덴서(6)에 의해 트랜지스터(5)를 온(기동) 하고 있는 것이다(도 15B 참조). 그러나, 만약, 기동용 콘덴서(6)의 용량이 과대하고, 필요 이상으로 계속해서 트랜지스터(5)가 온이 되면, 구동 코일(2)에 전류가 계속 흘러, 회전자(1)의 회전을 저해(기동 실패)할 우려가 있다. 또한, 반대로, 기동용 콘덴서(6)의 용량(혹은 충전량)이 적고, 회전자(1)의 마찰 부하나 관성 부하가 큰 경우, 충분한 회전을 얻을 수 없을(기동에 실패할) 우려가 있다.
이러한 문제점은, 부하의 관성 모멘트가 일정하며, 마찰 부하도 일정하여, 모터의 기동 시의 가속도가 일정하면, 콘덴서 용량을 적절히 함으로써 해소된다. 그러나, 부하에 맞추어 일일이 콘덴서의 용량을 바꾸고, 기동 시의 구동 코일 통전 시간을 바꾸는 것은, 범용 모터로서는 부적절한 것이며, 부하의 경중이나, 관성 모멘트의 대소에 관계없이 범용적으로 이용할 수 있는 기동 회로가 요구되고 있었다.
본 발명은, 상기의 점을 감안하여, 홀 소자 등을 사용하지 않고 소 전력에서도 작동하는 브러시리스 DC 모터의 구동 회로를 제공하고, 또한, 부하의 경중 등에 관계 없이 범용적으로 기동 가능한 브러시리스 DC 모터의 구동 회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.
(구성 1)
회전자에 구비되는 영구 자석의 자계 내에 배치되는 구동 코일과, 상기 구동 코일에 구동 전력을 공급하는 직류 전원과, 이미터 접지에서, 콜렉터가 상기 구동 코일에 접속된 제1 트랜지스터와, 이미터 접지에서, 콜렉터가 상기 제1 트랜지스터의 베이스에 접속된 제2 트랜지스터와, 상기 제2 트랜지스터의 베이스 전류를 조정하는 베이스 전류 제한용 저항과, 상기 영구 자석의 자계 내에 배치되는 검출 코일로서, 상기 제2 트랜지스터의 베이스·이미터 사이에 설치되는 검출 코일과, 상기 제2 트랜지스터의 베이스·이미터 사이에, 상기 검출 코일과 직렬로 접속되어, 상기 제2 트랜지스터의 베이스·이미터 간의 전류와 병주(倂走) 순방향으로 설치되는 다이오드로서, 상기 검출 코일에 생기는 유도 기전력에 의해 역방향 전압이 걸린 상태에서 상기 제2 트랜지스터가 온이 되도록, 또한, 상기 검출 코일의 유도 기전력에 의해 순방향 전압이 걸린 상태에서 상기 제2 트랜지스터가 오프가 되도록, 상기 제2 트랜지스터의 베이스 전류를 제어 조정하는 다이오드를 갖추는 것을 특징으로 하는 브러시리스 DC 모터 구동 회로.
(구성 2)
상기 제1 트랜지스터를 PNP형, 상기 제2 트랜지스터를 NPN형으로 하고, 상기 다이오드의 애노드가 상기 제2 트랜지스터의 베이스에 접속되고, 상기 다이오드의 캐소드가 상기 검출 코일의 일단과 접속되고, 해당 검출 코일의 타단이 상기 제2 트랜지스터의 이미터에 접속되는 것을 특징으로 하는 구성 1에 기재된 브러시리스 DC 모터 구동 회로.
(구성 3)
상기 제1 트랜지스터를 NPN형, 상기 제2 트랜지스터를 PNP형으로 하고, 상기 다이오드의 캐소드가 상기 제2 트랜지스터의 베이스에 접속되고, 상기 다이오드의 애노드가 상기 검출 코일의 일단과 접속되고, 해당 검출 코일의 타단이 상기 제2 트랜지스터의 이미터에 접속되는 것을 특징으로 하는 구성 1에 기재된 브러시리스 DC 모터 구동 회로.
(구성 4)
직렬로 접속되는 제1 직류 전원 및 제2 직류 전원과, 회전자에 구비되는 영구 자석의 자계 내에 배치되어, 상기 제1 직류 전원과 제2 직류 전원의 사이에 그 일단이 접속된 구동 코일과, PNP형 트랜지스터로서, 이미터가 상기 제1 직류 전원의 정극 측에 접속되고, 콜렉터가 상기 구동 코일의 타단에 접속되는 제1 트랜지스터와, NPN형 트랜지스터로서, 이미터가 상기 제1 직류 전원과 제2 직류 전원의 사이에 접속되고, 콜렉터가 상기 제1 트랜지스터의 베이스에 접속된 제2 트랜지스터와, 상기 제2 트랜지스터의 베이스 전류를 조정하는 제1 베이스 전류 제한용 저항과, 상기 영구 자석의 자계 내에 배치되는 검출 코일로서, 상기 제2 트랜지스터의 베이스·이미터 사이에 설치되는 검출 코일과, 애노드가 상기 제2 트랜지스터의 베이스에 접속되고, 캐소드가 상기 검출 코일에 접속되는 다이오드로서, 상기 검출 코일에 생기는 유도 기전력에 의해 역방향 전압이 걸린 상태에서 상기 제2 트랜지스터가 온이 되도록, 또한, 상기 검출 코일의 유도 기전력에 의해 순방향 전압이 걸린 상태에서 상기 제2 트랜지스터가 오프가 되도록, 상기 제2 트랜지스터의 베이스 전류를 제어 조정하는 제1 다이오드와, NPN형 트랜지스터로서, 이미터가 상기 제2 직류 전원의 부극 측에 접속되고, 콜렉터가 상기 구동 코일의 타단에 접속되는 제3 트랜지스터와, PNP형 트랜지스터로서, 이미터가 상기 제1 직류 전원과 제2 직류 전원의 사이에 접속되고, 콜렉터가 상기 제3 트랜지스터의 베이스에 접속된 제4 트랜지스터와, 상기 제4 트랜지스터의 베이스 전류를 조정하는 제2 베이스 전류 제한용 저항과, 애노드가 상기 검출 코일 및 상기 제1 다이오드의 캐소드에 접속되고, 캐소드가 상기 제4 트랜지스터의 베이스에 접속되는 다이오드로서, 상기 검출 코일에 생기는 유도 기전력에 의해 역방향 전압이 걸린 상태에서 상기 제4 트랜지스터가 온이 되도록, 또한, 상기 검출 코일의 유도 기전력에 의해 순방향 전압이 걸린 상태에서 상기 제4 트랜지스터가 오프가 되도록, 상기 제4 트랜지스터의 베이스 전류를 제어 조정하는 제2 다이오드를 갖추는 것을 특징으로 하는 브러시리스 DC 모터 구동 회로.
(구성 5)
상기 검출 코일에 유도 기전력이 생기지 않은 상태에서, 상기 구동 코일에 구동 전류가 흐르도록 각 소자 정수가 정해져 있는 것을 특징으로 하는 구성 1 또는 구성 4에 기재된 브러시리스 DC 모터 구동 회로.
(구성 6)
상기 제1 베이스 전류 제한용 저항과 상기 제2 베이스 전류 제한용 저항의 저항값에 차이를 두거나, 또는, 상기 제1 직류 전원의 전원 전압과 상기 제2 직류 전원의 전원 전압 사이에 차이를 두는 것으로, 상기 구동 코일에 구동 전류가 흐르도록 한 것을 특징으로 하는 구성 5에 기재된 브러시리스 DC 모터 구동 회로.
(구성 7)
상기 회전자와, 공심 코일로 구성된 상기 검출 코일 및 상기 구동 코일과, 해당 검출 코일 및 구동 코일을, 대략 동일 평면상에, 각 공심 코일의 유효선륜면(有效線輪面)과 상기 회전자에 구비되는 복수의 상기 영구 자석의 자극이 공극을 가지며 대향하도록 배설하는 고정자와, 구성 1 내지 구성 6 중 어느 하나에 기재된 브러시리스 DC 모터 구동 회로를 갖추는 것을 특징으로 하는 액시얼 갭(axial gap) 타입 브러시리스 DC 모터.
(구성 8)
외주면에 상기 영구 자석이 N극, S극 교대로 배치되는 회전자와, 해당 회전자의 영구 자석과 공극을 가지며 대향해 설치되는 고정 요크(yoke)로서, 내주면에 형성되는 복수의 철상(凸狀)의 코어에, 상기 검출 코일과, 상기 구동 코일이 감겨 설치된 고정 요크와, 구성 1 내지 구성 6 중 어느 하나에 기재된 브러시리스 DC 모터 구동 회로를 갖추는 것을 특징으로 하는 래디얼 갭(radial gap) 타입 브러시리스 DC 모터.
본 발명의 브러시리스 DC 모터 구동 회로(및 브러시리스 DC 모터)에 의하면, 홀 소자 등을 사용하지 않고 소 전력으로 작동시킬 수 있다.
또한, 부하의 경중(관성 모멘트의 대소) 등에 따라 회로 구성을 변경(조정)해야 하는 것은 아니므로, 범용적으로 사용할 수 있다.
도 1은 실시 형태 1의 브러시리스 DC 모터 구동 회로를 나타내는 회로도이다.
도 2는 실시 형태 1의 브러시리스 DC 모터 구동 회로에 구비되는 구동 코일에 흐르는 구동 전류 및 트랜지스터(14)의 베이스 전압과, 회전자 위치와의 관계를 나타내는 설명도이다.
도 3은 실시 형태 1의 브러시리스 DC 모터 구동 회로에 구비되는 트랜지스터(14)의 베이스 전압의 추이(a)와, 트랜지스터(13)의 콜렉터에 흐르는 구동 전류의 추이(b)를 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시 형태 1의 브러시리스 DC 모터 구동 회로와 동등한 기능을 가지는 다른 회로 구성을 나타내는 회로도이다.
도 5는 실시 형태 2의 브러시리스 DC 모터 구동 회로를 나타내는 회로도이다.
도 6은 실시 형태 2의 브러시리스 DC 모터 구동 회로에 구비되는 트랜지스터(14)의 베이스 전압의 추이(a)와, 트랜지스터(24)의 베이스 전압의 추이(b)와, 구동 코일(11)에 흐르는 구동 전류의 추이를 나타낸 그래프(c)이다.
도 7A는 실시 형태 2의 브러시리스 DC 모터 구동 회로의 변형 예를 나타내는 회로도이며, 직류 전원(12)을 차지 펌프 회로로 한 것이다.
도 7B는 실시 형태 2의 브러시리스 DC 모터 구동 회로의 변형 예를 나타내는 회로도이며, 직류 전원으로 태양전지를 이용한 것이다.
도 7C는 실시 형태 2의 브러시리스 DC 모터 구동 회로의 변형 예를 나타내는 회로도이며, 교류를 정류하는 것으로 직류 전원을 구성한 것이다.
도 8은 회전자의 정지 위치를 규제하는 소자석의 위치에 관해 설명하는 도면이다.
도 9는 실시 형태 3의 턴테이블(turntable)을 나타내는 일부 분해 사시도이다.
도 10A는 실시 형태 3의 턴테이블에 구비되는 액시얼 갭 타입 브러시리스 DC 모터를 나타내는 분해 사시도이다.
도 10B은 고정자 블록에 구비되는 프린트 기판을 나타내는 도면이다.
도 11A는 실시 형태 3의 턴테이블에 구비되는 액시얼 갭 타입 브러시리스 DC 모터를 나타내는 상면도이다.
도 11B는 실시 형태 3의 턴테이블에 구비되는 액시얼 갭 타입 브러시리스 DC 모터를 나타내는 수직 단면도이다.
도 12A는 실시 형태 3의 전환 스위치 기구(회전자의 정지 위치를 규제하는 소자석의 위치)에 관해 설명하는 도면이다.
도 12B는 실시 형태 3의 전환 스위치 기구(회전자의 정지 위치를 규제하는 소자석의 위치)에 관해 설명하는 도면이다.
도 12C는 실시 형태 3의 전환 스위치 기구(회전자의 정지 위치를 규제하는 소자석의 위치)에 관해 설명하는 도면이다.
도 12D는 실시 형태 3의 전환 스위치 기구(회전자의 정지 위치를 규제하는 소자석의 위치)에 관해 설명하는 도면이다.
도 13는 2상 구동의 브러시리스 DC 모터 구동 회로를 나타내는 회로도이다.
도 14는 래디얼 타입 2상 구동 브러시리스 DC 모터를 나타내는 도면이다.
도 15A는 비특허문헌 1에 도시된 회로도이다.
도 15B는 특허문헌 1에 도시된 회로도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해, 도면을 참조하면서 구체적으로 설명한다. 또한, 이하의 실시 형태는, 본 발명을 구체화 할 때의 한 형태이며, 본 발명을 그 범위 내로 한정하는 것은 아니다.
＜실시 형태 1＞
도 1은, 본 실시 형태의 브러시리스 DC 모터 구동 회로(1)를 나타내는 회로도이다. 실시 형태 1의 브러시리스 DC 모터 구동 회로(1)는, 검출 코일과 구동 코일이 고정되는 고정자와, 이에 대향하는 위치에 배치되는 영구 자석을 갖추고, 회동 자재로 축지(軸支)되는 회전자를 가지는 브러시리스 DC 모터를 구동하기 위한 회로이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 실시 형태 1의 브러시리스 DC 모터 구동 회로(1)는, 회전자에 구비되는 영구 자석의 자계 내에 배치되는 구동 코일(11)과, 구동 코일(11)에 구동 전력을 공급하는 직류 전원(12)과, 이미터 접지에서, 콜렉터가 구동 코일(11)에 접속된 트랜지스터(13)(제1 트랜지스터)와, 이미터 접지에서, 콜렉터가 트랜지스터(13)의 베이스에 접속된 트랜지스터(14)(제2 트랜지스터)와, 트랜지스터(14)의 베이스 전류를 조정하는 저항(베이스 전류 제한용 저항)(17)과, 구동 코일(11)과 함께 상기 영구 자석의 동일 자계 내에 배치되는 코일이며, 트랜지스터(14)의 베이스·이미터 사이에 설치된 검출 코일(15)과, 트랜지스터(14)의 베이스·이미터 사이에, 검출 코일(15)과 직렬로 접속되어, 트랜지스터(14)의 베이스·이미터 간의 전류와 병주 순방향으로 설치된 다이오드로서, 검출 코일(15)에 생기는 유도 기전력에 의해 역방향 전압이 걸린 상태에서 트랜지스터(14)가 온이 되도록, 또한, 검출 코일(15)의 유도 기전력에 의해 순방향 전압이 걸린 상태에서 트랜지스터(14)가 오프가 되도록, 트랜지스터(14)의 베이스·이미터 간 전압을 조정하는 다이오드(16)를 갖춘다.
여기서, 「트랜지스터(14)의 베이스·이미터 간의 전류와 병주 순방향으로 접속된 다이오드(16)」란, 베이스·이미터 간에 병렬에 접속되는 다이오드(16)가, 베이스·이미터 간의 전류 방향(순방향)과 병행인 전류 방향에 대해, 순방향으로 설치된다는 것이다. 실시 형태 1에서는, 다이오드(16)의 애노드가 트랜지스터(14)의 베이스에 접속되고, 다이오드(16)의 캐소드가 검출 코일(15)의 일단과 접속되고, 해당 검출 코일(15)의 타단이 트랜지스터(14)의 이미터에 접속된다.
브러시리스 DC 모터 구동 회로(1)는, 검출 코일(15)에 생기는 유도 기전력에 근거해, 구동 코일(11)의 구동을 수행하기 위해, 트랜지스터(13)(PNP형)와 트랜지스터(14)(NPN형)의 2단 스위칭 회로를 갖추고 있다. 게다가, 트랜지스터(14)를, 검출 코일(15)에 생기는 작은 유도 기전력에 근거해 온·오프시키기 위해, 다이오드(16)와 저항(17)을 갖추고 있다(구체적으로는 이하에서 설명).
또한, 실시 형태 1의 브러시리스 DC 모터 구동 회로(1)에는, 트랜지스터(13)의 베이스와 트랜지스터(14)의 콜렉터 간에 접속되는 전류 제한용 저항(18)과, 직류 전원(12)과 구동 코일(11) 사이에 설치되는 스위치(19)를 더 가지고 있다. 저항(18)은, 트랜지스터(14)의 콜렉터 전류(트랜지스터(13)의 베이스 전류)를 제한하기 위한 저항이다.
다이오드(16)는, 검출 코일(15)에 생기는 유도 기전력이 다이오드(16)에 역방향 전압을 주는 상태에서 트랜지스터(14)가 온이 되도록, 또한, 검출 코일(15)의 유도 기전력이 다이오드(16)에 순방향 전압을 주는 상태에서 트랜지스터(14)가 오프가 되도록, 트랜지스터(14)의 베이스·이미터 간 전압을 조정하는 것이다.
「검출 코일(15)에 생기는 유도 기전력」이란, 회전자의 회전에 따라 회전자에 구비되는 영구 자석이 검출 코일(15)에 접근 또는 멀어지는 것에 의해 생기는 기전력이다. 즉, 검출 코일(15)은, 회전자의 회전 상태를 검출하는(회전 위치나 회전 속도에 따른 기전력이 발생하는) 것이다. 본 발명에 따른 브러시리스 DC 모터 구동 회로는, 이 검출 코일에 생기는 유도 기전력을, 구동 코일에 대한 통전 제어에 사용하고 있다.
브러시리스 DC 모터 구동 회로(1)에서는, 검출 코일(15)에 유도 기전력이 생기지 않은 상태에서의 트랜지스터(14)의 베이스·이미터 사이에 걸리는 전압 VBE가, 트랜지스터(14)의 임계치를 약간 웃돌도록(트랜지스터가 온이 되도록), 직류 전원(12)과 저항(17)과 다이오드(16)의 상호 관계가 설정된다.
또한, 본 명세서에 있어서의 「트랜지스터의 임계치」란, 트랜지스터를 온 동작으로 간주할 수 있는 VBE의 한계치이다. 예를 들면, 어느 트랜지스터의 베이스·이미터 전압과 콜렉터 전류의 관계가, VBE가 0.5V시에 콜렉터 전류가 80 ㎂ 흐르는 것이었을 경우, 트랜지스터(14)로서 이 트랜지스터를 사용한 경우, 트랜지스터(13)에 전류 증폭률(200)을 사용하면, 트랜지스터(13)의 콜렉터 전류는 16㎃가 되어, 충분히 포화 상태에서의 스위칭을 할 수 있다. 한편, 동 트랜지스터의 VBE가 0.4V에서의 콜렉터 전류가 6㎂였을 경우, 이 때에는 트랜지스터(13)는 오프 상태가 된다. 즉, 이 트랜지스터에서의 본 명세서에서 말하는 「트랜지스터의 임계치」는, 0.4V보다 크고 0.5V 전후라고 할 수 있다. 그러나, 트랜지스터의 임계치는 주위 온도에 의해 변화하고, 상기 다이오드의 순전압 임계치에 의해, 주위 온도에 대응한 트랜지스터의 베이스 전압을 얻을 수 있다.
다음으로, 브러시리스 DC 모터 구동 회로(1)의 동작에 대해 도면을 참조하면서 설명한다.
도 2는, 트랜지스터(14)의 베이스 전압(b) 및 구동 코일(11)에 흐르는 구동 전류(c)와, 회전자 위치(a)와의 관계를 나타내는 설명도이며, 도 3은, 트랜지스터(14)의 베이스 전압의 추이(a)와, 트랜지스터(13)의 콜렉터에 흐르는 구동 전류의 추이(b)를 나타낸 그래프이다.
여기에서는, 동작 설명을 위해, 액시얼 타입의 브러시리스 DC 모터이며, 2개의 구동 코일(11)과, 1개의 검출 코일(15)를 갖춘 것을 예로서 이용한다(도 2의 (a)). 이 액시얼 타입의 브러시리스 DC 모터는, 2개의 구동 코일(11)과 1개의 검출 코일(15)이, 회전자의 회전축에 수직인 평면과 대략 동일 평면상에 주방향으로 등간격으로 배치되어 있고, 이들 3개 코일의 유효선륜면에 대해, 각각 약간의 공극을 가지며 대면하는 영구 자석(102)이, N자극, S자극 교대로 배치되는 회전자를 가지는 것이다. 또한, 해당 회전자의 정지 시의 정지 위치(도 2 상태 A)를 소정의 위치로 하기 위해, 상기 회전자에 구비되는 영구 자석(102)과 공극을 가지며 배치되는 소자석(101)이 구비된다. 여기에서는, 회전자 정지 시의 영구 자석(102)의 N자극을, S자극인 소자석(101)에 의해, 구동 시에 생기는 자력보다 약한 자력으로 그 위치를 구속시키는 것을 예로 하고 있다.
또한, 「코일의 유효선륜면」이란, 코일에 전류가 흐르고 있을 때에 영구 자석(102)의 자극과 대향 함으로써, 회전자에 회전력을 줄 수 있는 코일의 범위를 나타내는 것이다. 즉, 도 2에서, 회전축의 동심원의 법선 방향에 대체로 따른 방향이 되는 코일의 부분을 나타내는 것이다.
상기의 액시얼 타입의 브러시리스 DC 모터에 있어서, 정지 상태에서 스위치(19)를 온 하면, 직류 전원(12)(구체적인 예로서 1.6V의 건전지로 한다)으로부터 전원 전압 1.6V가 회로에 공급된다. 이 상태에서는, 검출 코일(15)에는 유도 기전력이 생기지 않고, 직류 전원(12)으로부터의 전원 공급에 의해, 저항(17)을 지나 트랜지스터(14)로 베이스 전류가 흐른다. 이 때 도 2의 (b) 및 도 3의 (a)에 도시한 트랜지스터(14)의 베이스·이미터 간 전압 VBE가 가리키는 기동 시의 전압은, 전원 전압에서 저항(17)을 지나 다이오드(16)로 흐르는 미소 전류에 의해, 다이오드 내의 전압 강하분 (임계치 전압)보다 약간 높은 전압이 된다. 본 실시 형태에서는, 트랜지스터(14)의 임계치를 약간 웃돌도록 트랜지스터(14)의 베이스·이미터 간 전압을 조정하고 있으며, 구체적인 예로서는, 예를 들면 0.6V이다(그것은, 트랜지스터(14)의 임계치를 0.5V 정도로 한 경우, 이를 약간(0.1V 정도) 웃돌도록 설정한 예). 즉, 직류 전원(12)과 저항(17)의 저항값과 다이오드(16)와의 균형에서, 트랜지스터(14)의 VBE에, 임계치를 약간 웃도는 전압이 인가되도록 설정한 것이다.
트랜지스터(14)의 임계치를 넘는 전압이 VBE로서 인가되는 것에 의해, 트랜지스터(14)는 온이 되어, 그 콜렉터 전류가 트랜지스터(13)의 베이스에 흐르기 때문에, 포화 영역에서의 증폭 스위칭 동작에 의해, 구동 코일(11)에 도 2의 (c) 및 도 3의 (b)에 도시한 것 같은 거의 평탄한 직선상의 구동 코일 전류가 흐른다.
이에 따라, 구동 코일(11)의 각 「유효선륜면」에 흐르는 전류와, 이와 대향해서 정지하고 있는 영구 자석(102)의 자력선과의 사이에서의 플레밍의 법칙에 의해, 영구 자석(102)에 전자력이 작용하고, 정지하고 있던 위치에서 회전 이동(예를 들면, 영구 자석의 N자극이, 이웃하는 구동 코일(11) 쪽을 향해 이동)을 개시한다. 그리고, 소자석(101)과 서로 마주보고 있던 영구 자석(102)의 N자극이, 도 2의 상태 B에 나타낸, 전자력에 의한 회전력이 발생하지 않는 위치에 올 때까지(여기의 예에서는, 회전자의 회전 각도가 30도에 이를 때까지), 도 2의 아래의 그래프에 도시된 바와 같이, 구동 코일(11)에 구동 전류가 공급되어, 확실히 영구 자석(102)의 회전 이동을 가속시킨다.
회전자의 회전이 진행되어, 도 2의 상태 B에 이른 후에는, 검출 코일(15)에 다이오드(16)에 대한 순전압(트랜지스터(14)의 VBE에 대해서는 역방향 전압)이 되는 유도 기전력이 생기기 시작한다. 이에 따라, 다이오드(16)에 의해, 다이오드 순전압의 전압 강하분만큼을 취해, 상기 유도 기전력을 통과시켜, 트랜지스터(14)의 베이스 전압 VBE를 0.4V 이하로 하여 트랜지스터(14)를 오프로 한다. 그 후, 도 2의 (b) 및 도 3의 (a)의 그래프에 도시한 바와 같이, 트랜지스터(14)의 VBE의 전압은, 도 2의 (b)의 하향 화살표로 가리키는 베이스 역방향 전압(아래에 처지는 곡선)이 생기고, 이에 따라 트랜지스터(13)도 오프가 되어, 도 2의 (c) 및 도 3의 (b)과 같이, 구동 코일(11)의 구동 전류도 오프가 된다. 검출 코일(15)의 유도 기전력에 의한 트랜지스터(14)의 베이스 전압(역방향 전압)은, 도 2의 상태 C에서 최대가 되고, 상태 D가 될 때까지 트랜지스터(14)의 베이스 전류를 멈추는 동작을 해, 구동 코일(11)에 대한 통전을 멈춘다.
구동 코일(11)에 대한 통전이 없는 상태에서도, 회전자의 관성에 의해 더욱 회전이 진행되어, 도 2의 상태 D가 된다. 상태 D의 순간에서는, 검출 코일(15)에 유도 기전력은 생기지 않고, 따라서, 상기의 트랜지스터(14)를 오프로 하는 기능이 없어지는 것과 동시에, 저항(17) 경유의 기동 시의 회로 동작 설명과 같이, 도 2의 (b)에서 도시하는 트랜지스터(14)의 VBE가 0.5V 이상이 되어, 전원에서 저항(17)을 지나 트랜지스터(14)의 베이스로 소정의 값의 베이스 전류를 흘린다. 이에 따른 트랜지스터(14)의 온에 의해, 트랜지스터(13)도 온이 되어, 구동 코일(11)에 통전이 실시되어, 회전자의 회전을 가속시킨다. 도 2의 상태 D를 지나면, 검출 코일(15)에 그때까지와 역의 전압이, 도 2의 (b) 중 위쪽 화살표의 방향이 되는 유도 기전력(가상치이므로 도시하지 않음)으로서 발생한다. 이 경우, 트랜지스터(14)의 베이스 전류를 방해하는 역전압이 없기 때문에, 트랜지스터(14)의 온 상태가 유지된다((b)에 도시된 바와 같이, 트랜지스터(14)의 임계치를 약간 웃도는 전압인 0.6V가 VBE로서 인가된다). 이 때, 다이오드(16)에는 역전압이 걸리지만, 이 경우, 검출 코일(18)의 전압은, 다이오드(16)에 의해 차단되어, 트랜지스터(14)의 베이스 전압에 영향을 주지 않는다. 따라서, 기동 시에 검출 코일(18)에 유도 기전력이 발생하지 않았을 때와 같이, 전원에서 저항(17)을 지나 트랜지스터(14)로 베이스 전류를 흘리고, 트랜지스터(14)의 온이 유지되어, 회전자의 회전 가속이 계속된다.
이후, 회전자의 회전이 진행 됨에 따라, 검출 코일(15)에 생기는 유도 기전력도 정부(正負) 교대로 발생하고, 이에 따라 상술한 각 트랜지스터의 온·오프 제어가 이루어져, 회전자를 가속 회전시키는 것이다.
또한, 도 3의 (b)의 그래프에서, 구동 전류가 포화 전류치에서 아래로 처지는 곡선이 있지만, 이는 구동 코일(11)에 발생하는 역 기전력에 의해, 구동 전류가 감소했기 때문이며, 회전자의 회전 속도의 상승에 의해, 역 기전력에 의한 전류 감소가 커지는 것을 나타내고 있다(이에 따라, 모터로서의 소비 전력이 작게 억제된다).
이상과 같이, 본 실시 형태의 브러시리스 DC 모터 구동 회로(1)는, 회전자의 회전 상태에 근거해 검출 코일(15)에 생기는 유도 기전력에 의해, 구동 코일(11)의 통전 제어를 실시하는 것이다. 따라서, 검출 코일(15)에 생기는 작은 유도 기전력에 근거해 적절한 스위칭이 이루어질 필요가 있지만, 본 발명에 따른 브러시리스 DC 모터 구동 회로(1)는, 전술의 구성을 갖춤으로써 이를 실현하고 있다.
상기 동작 설명에서도 명백한 바와 같이, 예를 들면, 검출 코일(15)의 유도 기전력이 ±0.1V 정도인 상태에서도 동작시키기 위해서는, 당연히, 0.1V라고 하는 작은 신호 변화에 따라 트랜지스터(14)의 온·오프가 바뀔 필요가 있다. 또한, 보다 응답성을 높이기 위해서는, 더 작은 신호 변화에 따라 트랜지스터의 온·오프를 바꿀 필요가 있다. 이러한 경우에는, 검출 코일(15)에 유도 기전력이 생기지 않은 상태에서, 트랜지스터(14)의 임계치(트랜지스터를 온 동작으로 간주할 수 있는 한계치)를 약간 웃도는 정도의 전위가 트랜지스터(14)의 베이스·이미터 간에 인가되도록, 전원, 저항, 다이오드 등의 최적치의 소자 정수가 설정되면 된다.
예를 들면, 도 2의 (a)에서 D의 위치에 도달했을 때와 같이, 기동 시와 같은 검출 코일(15)에 유도 기전력이 발생하지 않을 때와 동등한 입력 상태 시, 트랜지스터(14)의 베이스에의 역방향 전압이 없어졌을 때에 트랜지스터(14)를 온 하는 스위칭이 가능해진다. 즉, 검출 코일(15)에 생기는 유도 기전력의 부에서 정(트랜지스터(14)의 베이스 역전압으로부터 순전압)으로의 전환점(예를 들면 상기 D위치)에서, 온의 스위칭을 하고, 또한, 검출 코일(15)에 발생한 유도 기전력의 방향이 정에서 부가 된 시점(예를 들면, B위치) 이후에서, 트랜지스터(14)의 VBE는, 0.4V 이하의 전압이 되어, 베이스 전류를 멈추기 때문에, 트랜지스터(14)의 오프에의 스위칭이 수행된다. 이에 따라, 높은 응답성으로, 또한, 소비 전력도 극소화된 구동 회로를 얻을 수 있다. 또한, 트랜지스터의 임계치를 "약간 웃돈다"의 구체적 값은, 각 제품의 설계 사상에 근거해 적절히 결정된다.
이상과 같이, 본 실시 형태의 브러시리스 DC 모터 구동 회로(1)는, 홀 소자 등을 사용하지 않고 소 전력에서도 작동하는 것이며, 예를 들면, 실내용 태양전지의 광 발전에서 생기는 약간의 전력으로도 회전하는 모터로 할 수 있다. 건전지 등으로 작동시키는 경우에도 소용량이라도 장기간 작동시킬 수 있어 경제적이다.
또한, 부하의 경중(관성 모멘트의 대소)에 따라 회로 구성을 변경(조정)해야 하는 것은 아니므로, 범용적으로 사용할 수 있다.
또한, 검출 코일에 유도 기전력이 발생해도, 다이오드(16)와, 트랜지스터(14)의 베이스 역전류 저지 기능에 의해, 검출 코일(15)에 전류가 흐르지 않기 때문에, 각 영구 자석에 작용하는 제동의 전자력을 없게 해, 효율을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 실시 형태 1의 브러시리스 DC 모터 구동 회로(1)에서는, 트랜지스터(13)가 PNP형이고, 트랜지스터(14)가 NPN형인 것을 예로서 설명했지만, 도 4에 나타낸 것과 같이, 이미터 접지의 NPN형 트랜지스터(23)(제1 트랜지스터)와, PNP형 트랜지스터(24)(제2 트랜지스터)로 하고, 다이오드(26)의 캐소드가 트랜지스터(24)의 베이스에 접속되고, 다이오드(26)의 애노드가 검출 코일(15)의 일단과 접속되고, 검출 코일(15)의 타단이 트랜지스터(24)의 이미터에 접속되는 구성으로 해도 무방하다(정부가 반전하지만, 동작 개념은 상술과 마찬가지이다).
＜실시 형태 2＞
도 5는, 실시 형태 2의 브러시리스 DC 모터 구동 회로를 나타내는 회로도이다.
실시 형태 2의 브러시리스 DC 모터 구동 회로(3)는, 실시 형태 1의 브러시리스 DC 모터 구동 회로(1)(도 1)와 브러시리스 DC 모터 구동 회로(2)(도 4)를 조합해 푸시풀 타입(Push-pull)으로 한 것이다. 도 5에서는, 도 1 또는 도 4와 같은 요소가 되는 것에 대해 동일한 부호를 사용하고, 여기서의 설명을 생략 혹은 간략화 한다.
도 5에 도시한 바와 같이, PNP형 트랜지스터(13)(제1 트랜지스터)와 NPN형 트랜지스터(23)(제3 트랜지스터)의 콜렉터끼리 접속되고, NPN형 트랜지스터(14)(제2 트랜지스터)와 PNP형 트랜지스터(24)(제4 트랜지스터)의 이미터끼리 접속되고, 게다가, 다이오드(16)의 캐소드과 다이오드(26)의 애노드가 접속됨으로써, 도 1과 도 5의 회로가 접속되고 있다. 이에 따라, 구동 코일(11)과 검출 코일(15)이 공통화되고 있다.
실시 형태 2의 브러시리스 DC 모터 구동 회로(3)의 동작 개념은, 기본적으로는 실시 형태 1에서 설명한 것과 같다. 실시 형태 1의 도 1 또는 도 4의 회로에서는, 어느 쪽이든 일방향의 구동 코일 통전으로 생기는 자극에 대해서만 구동력을 부여하는 것이지만, 도 5의 브러시리스 DC 모터 구동 회로(3)에 따르면, 쌍방향의 구동 코일 통전으로 생기는 자극에 대해서 구동력을 부여하는(푸시풀) 동작이 된다. 구체적으로는 다음과 같다.
상기 구성에서의 다이오드(16과 26)나, 저항(17과 27)의 저항값은, 실시 형태 1에서 설명한 것과 같이, 트랜지스터(14와 24)를 스위칭 동작시키는데 적정한 VBE가 얻어지도록 설정되어 있으며, 상측 회로(도 1 부분)와 하측 회로(도 4 부분)에서, 정부가 반대인 같은 구성으로 되어 있다. 그 때문에, 스위치(19)가 온 된 기동 시에 있어서, 2석의 다이오드(16, 26)의 정류 방향을 맞춘 직렬 접속의 접속점의 전위는, 2개의 직류 전원(12, 22)을 연결 접속하고 있는 연결부와 같은 전위가 되기 때문에, 이 사이에 전류는 흐르지 않는다. 즉, 상측 회로(도 1 부분)와 하측 회로(도 5 부분)는 균형 상태이며, 따라서 구동 코일(11)에 대한 통전도 없고, 회전자는 정지하고 있다.
이 상태로부터, 어떠한 기계적 시동, 또는 임의의 전기 자기적 기동 수단에 의해 회전자의 회전이 일어나면, 검출 코일(15)에 기전력이 생긴다. 그 기전력의 방향은, 기동 시의 회전 방향으로 정해지지만, 만일, 그 기동 회전에 의해 일어나는 검출 코일 기전력의 방향이, 트랜지스터(14)의 베이스 순전압과 같은 방향인 경우, 트랜지스터(24)에서는 베이스 역전압이 된다. 이에 따라, 트랜지스터(14)(상측 회로)는 온이지만, 트랜지스터(24)(하측 회로)는 오프가 되어, 구동 코일(11)에 직류 전원(12)(상측 회로)에 근거하는 구동 전류가 공급된다(회전자를 수동 등으로 처음에 기동시킨 회전 방향으로 구동시켜, 회전을 계속시킨다).
한편, 회전이 진행되어(혹은 상기와 역방향으로 회전 시동된 경우), 검출 코일(15)에 상기와 역인 기전력이 생기면, 상기와는 반대로, 트랜지스터(14)(상측 회로)는 오프이지만, 트랜지스터(24)(하측 회로)는 온이 되어, 구동 코일(11)에 직류 전원(22)(하측 회로)에 근거하는 구동 전류(조금 전과는 역방향의 전류)가 공급된다.
그 후는, 도 6에 나타낸 것과 같이, 검출 코일(15)의 기전력의 변화에 따른 2석의 트랜지스터(14와 24)의 베이스 전압 추이((a), (b))에 동조하여, (c)와 같이 구동 코일(11)의 쌍방향 스위칭 통전이 연속적으로 생기고, 그 쌍방향 통전에 의해 여자(勵磁)된 구동 코일(11)의 자극과 회전자의 영구 자석 자극과의 전자력에 의해, 회전자가 가속되어 회전한다.
또한, 실제로는, 상측 회로와 하측 회로를, 전기적(및 자기적)으로 완전히 같은 구성으로 하여 균형 상태를 만드는 것은 간단하지 않은 경우가 많아, 전원 온 시에, 구동 코일(11)에 어느 쪽이든 일방향의 전류가 흘러, 이에 따라 회전자가 회전하는(자기 기동하고, 그 후는, 검출 코일(15)에 생기는 기전력에 따른 상술의 동작이 된다) 것을 생각할 수 있다(또한, 이 경우, 기동 회전 방향이 어느 쪽인지 모르는 상태가 된다). 이 회로의 상측, 하측 불균형에 의한 동작을 적극적으로 이용해, 검출 코일에 유도 기전력이 생기지 않은 상태에서, 구동 코일에 대해 소정의 일방향으로 구동 전류가 흐르도록 각 소자 정수를 결정해 둠으로써(예를 들면, 저항(17과 27)의 저항값에 차이를 두거나, 직류 전원(12와 22)의 전원 전압에 차이를 두는 등), 보다 확실히 자기 기동(의도한 회전 방향으로 자기 기동)하게 해도 무방하다.
이에 관한 회로 예를 도 7A~도 7C에 도시하였다. 또한, 도 5와 같은 요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하고 있다.
도 7A는, 상측 회로의 직류 전원(12)에서, 콘덴서(122)와 다이오드(123)에 의해 구성되는 차지 펌프 회로를 추가하고 있다. 이에 따라 연동 스위치(19)의 온 시에, 상측 회로의 전원 전압이 승압되고, 기동 시에는 상측 회로가 온이 되는 것이다. 또한, 전류 제한용 저항(18)을 트랜지스터(14)와 트랜지스터(24)의 이미터 접속점과, 직류 전원(12와 22) 사이(기준 전위)에 접속함으로써, 공통화 하고 있다.
도 7B에서는, 직류 전원(12와 22)을 각각, 태양전지(123, 223)와 콘덴서(124, 224)에 의해 구성하고, 상측 회로의 태양전지(123)의 전압을, 하측 회로의 태양전지(223)보다 높게 하고 있다. 도 7B의 예에서는, 전원 스위치를 설치하지 않은 구성으로 하고 있기 때문에, 예를 들면, 야간 정지하고 있는 상태에서, 실내가 밝아졌을 때에 그 빛을 받는 것에 의해 자동 기동하도록 할 수 있다.
또한, 「직류 전원」이란, 예를 들면, 도 7C에 도시한 바와 같이, 교류 전원을 정류하는 것에 의해 구성되어도 무방하다. 이에 있어서도, 예를 들면, 교류 전원 P로부터 전원을 공급받는 2차측 코일의 권선량을 상측과 하측에서 바꿈으로써, 의도한 회전 방향으로 자기 기동하게 해도 무방하다.
또한, 도 7B와 같이, 전원 스위치를 설치하지 않는 구성으로 한 경우 등에서, 함부로 자동 기동하지 않도록 고정자의 정지 위치를 조작할 수 있도록 해도 무방하다. 도 8에는, 소자석(101)의 위치를 바꿀 수 있는 구성으로 함으로써, 기동 회전 방향 선택 조작과 자동 기동 정지의 조작을 할 수 있다는 것을 도시하였다. 동 도 및 지금까지의 설명에서 이해되는 것처럼, 도 8의 A 또는 C의 위치에 소자석(101)을 설치하는 것에 의해, 자동 기동하지만(A와 C에서는 회전 방향이 반대가 된다), B의 위치로 한 경우에는 자동 기동하지 않도록 할 수 있다.
＜실시 형태 3＞
도 9는, 실시 형태 3의 턴테이블을 도시한 일부 분해 사시도이다. 턴테이블(100)은, 도 7B의 구동 회로에 의해 구동되는 액시얼 갭 타입의 브러시리스 DC 모터(50)를 구비한다. 태양전지(123, 223)에 빛이 들면 테이블(31)이 회전하며, 예를 들면, 매장 광고용으로, 테이블(31) 상에 놓인 상품을 회전 전시하는 것이다. 프레임(32)에는, 액시얼 갭 타입의 브러시리스 DC 모터(50)가 갖추어짐과 동시에, 태양전지(123, 223)와의 접속선이나, 적당한 기어비(gear ratio)를 가지는 동력 전달 기구, 테이블(31)의 회전축이나 그 베어링 등의 각 구성이 들어간다.
도 10A, B, 도 11A, B의 각 도는, 액시얼 갭 타입의 브러시리스 DC 모터(50)(이하, 단순히 「모터(50)」라고 한다)를 나타내는 도면이며, 도 10A는, 모터(50)를 나타내는 분해 사시도, 도 11A는 상면도, 도 11B는 수직 단면도이다.
도 10A에 도시한 바와 같이, 모터(50)는, 대략적으로는, 상측 회전자 블록(51)과, 고정자 블록(52)과, 하측 회전자 블록(53)의, 3개의 블록으로 구성된다.
고정자 블록(52)은, 각 코일(검출 코일(15) 및 구동 코일(11))을 전기적으로 접속하기 위한 프린트 기판(521)에 의해 구성된다.
검출 코일(15) 및 구동 코일(11)은 공심 코일로 구성되고, 본 실시 형태에서는 구동 코일을 3개로 하고 있다. 도 10A에 도시한 바와 같이, 검출 코일(15) 및 3개의 구동 코일(11)은 프린트 기판(521) 상에서 대략 동일 평면상에 등간격으로 배치된다.
프린트 기판(521)은, 도 10B에 도시한 바와 같이, 그 중앙부에 회전자의 영구 자석이 닿지 않도록 형성된 구멍(524)를 가진다. 검출 코일(15)은 프린트 기판(521)의 검출 코일 접속 단자(525)에, 구동 코일(11)은 각 구동 코일 접속 단자(522)에 각각 납땜 처리되어, 인출선(523)에 의해 전기적으로 구동 회로와 접속된다.
상측 회전자 블록(51)은, 폴리카보네이트로 성형된 원반부(511)와, 그 상면에 설치되는 중공(中空)의 사각주(513)를 일체적으로 성형하고, 원반부(511)의 하면에 형성한 요부(凹部)에, 요크(514)에 고착된 8개의 희토류 자석(102)이 끼워 넣어져 구성된다. 또한, 사각주(513)의 4 측면의 각 면에, 외측 N자극의 고무 자석(515)이 부착된다.
하측 회전자 블록(53)은, 마찬가지로 폴리카보네이트로 성형되고, 축(40)을 축장(軸裝)하는 축 지지부나, 상측 회전자 블록(51)과 감합시키는 감입부 등이 형성된다. 또한, 원반부(531)의 상면에 형성한 요부에, 하측 요크(534)에 고착된 8개의 희토류 자석(102)이 끼워 넣어져 구성된다.
본 실시 형태의 모터(50)는, 상기의 각각의 블록을 쌓아 올린 후에, 각각의 중심부를 맞추면서 일체화하는 것에 의해, 기본적 구성을 쌓아 올릴 수 있다. 쌓아 올려진 상태에서는, 대략 동일 평면상에 등간격으로 배치된 각 공심 코일의 유효선륜면에 대향하는 위치에, 약간의 공극을 가지며, 상하의 각 희토류 자석(102)이 배치된다.
일체화한 각 블록은, 이를 수납하는 프레임(상측 프레임(55), 하측 프레임(56))에 넣어져 조립된다.
상측 프레임(55)의, 사각주(513)를 넣는 부분에는 원통상의 원통부가 형성되어, 그 외주에 전환 스위치 기구(54)가 장착됨으로써, 모터(50)가 구성된다.
전환 스위치 기구(54)는, 상측 프레임(55)의 원통부의 외주에 회동 가능하게 장착되며, 도 11A, B에 도시한 바와 같이, 사각주(513)의 측면에 설치되는 고무 자석(515)을 반발시키기 위한 N극의 소자석(542)이 등간격으로 4개 설치된다. 이는, 실시 형태 1에서의 소자석(101)과 마찬가지로, 회전자의 정지 위치를 소망한 위치로 구속하기 위한 것이지만, 본 실시 형태에서는, 영구 자석(102)과는 별도로 설치되는 자석(사각주(513)의 측면으로 설치되는 고무 자석(515))과의 사이의 자력을 이용하고 있는 점에서 실시 형태 1과 상이하다.
도 12A~D는, 전환 스위치 기구(54)에 관해 설명하는 도면이다. 동 도에서, 레바(541)가 도 12A의 위치인 경우, 구동 코일(11)의 각 유효선륜면에 대향하는 위치에, 각 희토류 자석(102)이 정지하도록 규제되기 때문에, 전원 공급이 있으면, 소정 방향으로 회전 기동하게 된다.
도 12A의 정지 상태에서, 레바(541)를 조작해 도 12B의 위치로 하면, 각 고무 자석(515)과 각 소자석(542)의 반발력에 의해, 회전자가 도 12C의 상태가 된다. 이 위치의 경우, 각 유효선륜면에 각 희토류 자석(102)이 대향하지 않도록 규제되기 때문에, 전원 공급이 있어도 자기 기동은 하지 않는다.
게다가, 레바(541)를 조작해 도 12D의 위치로 하면, 도 12A와는 자극이 역인 배치가 되기 때문에, 전원 공급이 있으면, 도 12A와는 역방향으로 회전 기동한다.
이상과 같이, 본 실시 형태의 모터(50)는, 크게 3개의 블록으로 구성하고, 각각의 블록을 쌓아 올린 후에 일체화하는 구성으로 하고 있기 때문에, 작업 효율이 향상되어 제조가 용이하고, 부품 관리도 하기 쉽다. 또한, 여기에서는, 턴테이블을 예로서 설명했지만, 본 실시 형태의 모터(50)는, 고효율이고, 저전력에서도 사용할 수 있기 때문에, 예를 들면 소형의 태양전지를 전원(혹은 소용량의 건전지를 전원)으로 한, 개인용의 탁상 선풍기, 방향 발산기 등 다양한 용도로 이용할 수 있다.
또한, 여기까지 단상을 예로서 설명했지만, 도 13에 그 일례를 도시한 것과 같이, 복상 구동으로 해도 무방하다. 도 13은, 2상 구동의 브러시리스 DC 모터 구동 회로를 도시한 회로도이며, 도 7B와 같은 구성에 대해서는 같은 부호를 붙이고 있다. 동 도에 도시한 바와 같이, A상과 B상 각각 도 7B와 같은 회로 구성을 하고 있고, 직류 전원(12와 22)을 공용하는 구성으로 되어 있다.
이를 본 실시 형태의 액시얼 갭 타입의 브러시리스 DC 모터에 적용하는 경우에는, 도 10A를 참조해, 각 코일이 장착된 프린트 기판(521)과 같은 것(A상의 코일에 대해 22.5° 어긋나져 있는 것)을 B상용으로서 하나 더 준비한다. 그리고 A상용의 각 코일이 장착된 프린트 기판과, B상용의 각 코일이 장착된 프린트 기판을, A상, B상의 각 코일끼리 밀착해 겹치듯이 하면서(당연하지만 A상, B상의 각 코일끼리는 전기적으로 비접속), 상측 프레임(55), 하측 프레임(56)에 의해 사이에 두고 배치한다. 게다가, 상측 회전자 블록(51)과 하측 회전자 블록(53)에, A상용과 B상용의 어긋나게 겹쳐 있는 각 코일의 유효선륜면과 대향하도록, 요크에 고착된 상하 8개씩의 희토류 자석을 설치한다.
이에 따라, 2상 구동에 의한 파워풀하고 안정된 구동이 가능해진다. 또한, 각 코일에 관통하는 자속 밀도를 올리는 구성을 하고 있기 때문에, 전자 구동력을 증가시키는 효과가 있다. 또한, 스테이터 요크(stator yoke)에 의한 철손이나 와전류 손실이 없어져, 베어링부에 걸리는 과대 하중에 의한 마찰손을 제거 함으로써, 소 전력의 고효율 모터로 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 여기까지 액시얼 갭 타입을 예로서 설명해 왔지만, 본 발명에 따른 브러시리스 DC 모터의 구동 회로는, 래디얼 타입의 모터에도 당연히 적용할 수 있다. 도 14에는, 본 발명에 따른 브러시리스 DC 모터의 구동 회로를 적용하는 래디얼 타입 브러시리스 DC 모터의 일례를 나타냈다.
도 14는, 래디얼 갭 타입 브러시리스 DC 모터(60)(이하, 단순히 래디얼 타입 모터(60))의 회전축에 수직인 평면에서의 단면도이다. 동 도에 도시된 것처럼, 래디얼 타입 모터(60)는, 외주면에 영구 자석(102)이 N극 S극 교대로 배치되는 회전자(61)와, 이 회전자(61)와 약간의 공극을 가지며 대향해 설치되는 고정 요크(62)를 갖춘다.
고정 요크(62)의 내주면에는, 복수의 철상의 코어(621)가 형성되고, 이 코어(621)에는 검출 코일(15)과, 구동 코일(11)이 감겨 설치된다. 각 코어(621)의 간격은, 여기에 설치되는 각 코일의 유효선륜면이 영구 자석(102)과 대향하는 위치가 되도록 결정된다.
도 14의 예에서는, 예를 들면, 도 13의 구동 회로에 의해 구동되는 2상의 래디얼 타입 모터를 나타내고 있으며, 도 14에서의 좌측이 A상, 우측이 B상이 된다. A상의 각 코일(1개의 검출 코일(15A) 및 복수의 구동 코일(11a))의 유효선륜면이 영구 자석(102)과 대향하고 있는 상태(최대의 회전력을 얻을 수 있는 상태)에서는, B상은 각 코일(1개의 검출 코일(15B) 및 복수의 구동 코일(11b))의 유효선륜면과 각 영구 자석끼리의 경계가 대향하고 있는 상태(회전력 최소)가 된다.
도 14의 래디얼 타입 모터(60)에 의하면, 구동력이 공심 코일을 사용한 것에 비해 현격히 커져, 옥외용의 태양전지를 사용해 회전하는 간판 등 큰 출력을 필요로 하는 회전 장치에 응용할 수 있다.
1, 3, 4, 5, 6, 7: 브러시리스 DC 모터 구동 회로
11: 구동 코일
12: 직류 전원
13: 트랜지스터(제1 트랜지스터)
14: 트랜지스터(제2 트랜지스터)
15: 검출 코일
16: 다이오드
17: 저항(베이스 전류 제한용 저항)
22: 직류 전원(제2 직류 전원)
23: 트랜지스터(제3 트랜지스터)
24: 트랜지스터(제4 트랜지스터)
26: 다이오드(제2 다이오드)
27: 저항(제2 베이스 전류 제한용 저항)
50: 액시얼 갭 타입 브러시리스 DC 모터
51: 상측 회전자 블록(회전자)
52: 고정자 블록(고정자)
53: 하측 회전자 블록(회전자)
60: 래디얼 갭 타입 브러시리스 DC 모터
61: 회전자
62: 고정 요크(고정자)
100: 턴테이블
101: 소자석
102: 영구 자석

Claims (2)

  1. 회전자에 구비되는 영구 자석의 자계 내에 배치되는 구동 코일과,
    상기 구동 코일에 구동 전력을 공급하는 직류 전원과,
    이미터 접지에서, 콜렉터가 상기 구동 코일에 접속된 제1 트랜지스터와,
    이미터 접지에서, 콜렉터가 상기 제1 트랜지스터의 베이스에 접속된 제2 트랜지스터와,
    상기 제2 트랜지스터의 베이스 전류를 조정하는 베이스 전류 제한용 저항과,
    상기 영구 자석의 자계 내에 배치되는 검출 코일로서, 상기 제2 트랜지스터의 베이스·이미터 사이에 설치되는 검출 코일과,
    상기 제2 트랜지스터의 베이스·이미터 사이에, 상기 검출 코일과 직렬로 접속되어, 상기 제2 트랜지스터의 베이스·이미터 간의 전류와 병주 순방향으로 설치되는 다이오드로서, 상기 검출 코일에 생기는 유도 기전력에 의해 역방향 전압이 걸린 상태에서 상기 제2 트랜지스터가 온이 되도록, 또한, 상기 검출 코일의 유도 기전력에 의해 순방향 전압이 걸린 상태에서 상기 제2 트랜지스터가 오프가 되도록, 상기 제2 트랜지스터의 베이스 전류를 제어 조정하는 다이오드
    를 갖추는 것을 특징으로 하는 브러시리스 DC 모터 구동 회로.
  2. 직렬로 접속되는 제1 직류 전원 및 제2 직류 전원과,
    회전자에 구비되는 영구 자석의 자계 내에 배치되어, 상기 제1 직류 전원과 제2 직류 전원의 사이에 그 일단이 접속된 구동 코일과,
    PNP형 트랜지스터로서, 이미터가 상기 제1 직류 전원의 정극 측에 접속되고, 콜렉터가 상기 구동 코일의 타단에 접속되는 제1 트랜지스터와,
    NPN형 트랜지스터로서, 이미터가 상기 제1 직류 전원과 제2 직류 전원의 사이에 접속되고, 콜렉터가 상기 제1 트랜지스터의 베이스에 접속된 제2 트랜지스터와,
    상기 제2 트랜지스터의 베이스 전류를 조정하는 제1 베이스 전류 제한용 저항과,
    상기 영구 자석의 자계 내에 배치되는 검출 코일로서, 상기 제2 트랜지스터의 베이스·이미터 사이에 설치되는 검출 코일과,
    애노드가 상기 제2 트랜지스터의 베이스에 접속되고, 캐소드가 상기 검출 코일에 접속되는 다이오드로서, 상기 검출 코일에 생기는 유도 기전력에 의해 역방향 전압이 걸린 상태에서 상기 제2 트랜지스터가 온이 되도록, 또한, 상기 검출 코일의 유도 기전력에 의해 순방향 전압이 걸린 상태에서 상기 제2 트랜지스터가 오프가 되도록, 상기 제2 트랜지스터의 베이스 전류를 제어 조정하는 제1 다이오드와,
    NPN형 트랜지스터로서, 이미터가 상기 제2 직류 전원의 부극 측에 접속되고, 콜렉터가 상기 구동 코일의 타단에 접속되는 제3 트랜지스터와,
    PNP형 트랜지스터로서, 이미터가 상기 제1 직류 전원과 제2 직류 전원의 사이에 접속되고, 콜렉터가 상기 제3 트랜지스터의 베이스에 접속된 제4 트랜지스터와,
    상기 제4 트랜지스터의 베이스 전류를 조정하는 제2 베이스 전류 제한용 저항과,
    애노드가 상기 검출 코일 및 상기 제1 다이오드의 캐소드에 접속되어, 캐소드가 상기 제4 트랜지스터의 베이스에 접속되는 다이오드로서, 상기 검출 코일에 생기는 유도 기전력에 의해 역방향 전압이 걸린 상태에서 상기 제4 트랜지스터가 온이 되도록, 또한, 상기 검출 코일의 유도 기전력에 의해 순방향 전압이 걸린 상태에서 상기 제4 트랜지스터가 오프가 되도록, 상기 제4 트랜지스터의 베이스 전류를 제어 조정하는 제2 다이오드
    를 갖추는 것을 특징으로 하는 브러시리스 DC 모터 구동 회로.
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