KR880002580B1 - 직류 브러쉬레스 모터의 구동회로 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

직류 브러쉬레스 모터의 구동회로

제1도는 종래의 직류 브러쉬레스 모터에 있어서 계자 자계의 자극 분포와, 전기자 권선 및 홀소자의 배치 상태를 도시한 도면.

제2도는 직류 브러쉬레스 모터의 구성예를 도시하는 회로도.

제3도는 제2도 구성예의 블럭도.

제4도는 내지 제8도는 작동 설명용의 파형도.

제9도 및 제10도는 본 발명의 직류 브러쉬레스 모터의 구동 회로의 구성 원리를 도시한 블럭도.

제11도는 본 발명의 구동 회로를 갖는 직류 브러쉬레스 모터의 일예에서 계자 자계의 자극의 분포 상태를 전기자 권선 및 홀소자의 배치 상태를 도시한 도면.

제12도 및 제14도 그리고 제15도는 본 발명의 구동회로를 갖는 직류 브러쉬레스 모터의 블럭도.

제13도는 일부 구성예를 도시한 블럭도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

ADD, ADD₁내지 ADD₄, ADDa : 가산기 MD : 모터 구동회로

M : 모터 MP, MPa 내지 MPc : 승산기

Ld₂, Ld₂: 검출코일 FVC : 주파수 전압 변환기

HE₁. HE₂, HE₁₀, HE₁₁, HE₂₀, HE₂₁: 홀소자 MR₁, MR₂: 자기 저항 소자

L₁∼L₄, L₁₁, L₁₂, L₂₁, L₂₂: 전기자 권선 Q,₁내지 Q,₁₀: 트랜지스터

A₁₀내지 A₁₃, A₂₀내지 A₂₃: 증폭기

고정자, 회전자, 위치 검출부, 전자적 정류자 부등을 가지며, 전기자 권선에 흐르는 전류를 전자 회로로 변환시켜 제어하는 직류 브러쉬레스 모터(전자 정류자 모터)는 음향 기기용, VTR용, 기타 많은 이용분야에 있어서 널리 사용되고 있다는 것은 주지되어 있는 바이다.

그리고, 예를들면 포노모터, 테이프 레코더의 캡스턴 모터등과 같이 음향기기에 사용되는 모터는 회전이 불규칙적이거나 진동이 없도록 하는 것이 바람직하기 때문에 음향기기용 모터로서 사용되는 직류 브러쉬레스 모터로서는 진동이나 불규칙한 회전이 적도록 하는 것이 요구된다. 이 때문에, 종래부터 진동 발생이 적고 또 충분히 매끄러운 회전 상태가 얻어지도록 직류 부러쉬레스 모터를 제공하기 위하여 여러가지 수단이 강구되고 있다는 것도 알려진 사실이다.

그런데 원리적으로 전류 토크 변환기인 직류 모터에 있어서 그 각 상의 전 기자 권선에서 발생하는 토크τi는 전기자 권선에 흐르는 전류 Ii와 토크를 발생하는 전기자 권선에 쇄교하는 자계의 자속 밀도 Bi와의 곱에 비례한다. 그리고, 직류 모터의 발생 토크, T는, 직류 모터에 있어서의 토크의 합이기 때문에 n 상의 전기자 권선을 가지는 직류 모터의 토크는,

위의 (1)식에 나타낸 것이다. 그러므로, 회전자의 회전각의 여하에 불구하고 항상 일정한 토크를 발생시킬 수 있는 직류 모터는 회전자와 고정자와의 상대적인 위치 관계 여하에 불구하고 항상 위에 (1)식에 나타낸 토크가 일정한 값을 타나내는 것이 아니면 안된다.

그러나 종래의 직류 브러쉬레스 모터에 있어서는 각상의 전기자 권선에 흐르는 각상의 전기자 전류의 총합이 항상 일정하게 되도록 제어하고 있었기 때문에 전기자 권선에 흐르는 전기자 전류의 파형을 특수한 것으로 하거나 혹은 전기자 권선에 흐르는 전지가 전류의 파형과 계자 자계의 자계 분포 패턴을 특수한 관계로 한다거나 하는 등의 수단이 강구되지 않는 한 토크 리플의 발생을 전혀 없앨 수 없으며 또한 위의 수단을 적용하였다고 하여도 이상적인 조건에서 조금이라도 어긋남이 있으며 토크 리플이 발생하기 때문에 회전자와 고정자와의 상대적인 위치 관계 여하에 불고하고 항상 일정한 토크를 발생하는 직류 브러쉬레스 모터를 구성하기 곤란하였다.

제1도 내지 제8도는 종래의 직류 브러쉬레스 모터에 있어서 전술한 문제점을 설명하기 위한 도면이며, 제1도는 위치 검출기로서의 홀소자를 사용한 종래의 직류 브러쉬레스 모터의 회전자와 고정자와의 상대적인 배치 관계를 나타낸 도면이다.

제1도에 있어서 1은 회전자축을 중심으로 하는 원둘레위에 필요한 강도 분포를 나타내도록 착자된 영구 자석으로 이루어진 회전자를 전개하여 나타낸 것이며 도면중의 N, S는 자극을 나타낸 것이다. 또한, 2는 고장자이며 도면중 L₁내지 L₄는 전기자 권선이고 도면중에 나타낸 HE₁, HE₂는 위치 검출기로서 사용되는 홀소자이다. 4개의 전기자 권선 L₁내지₄는 회전자(1)에 가해진 자극의 극 핏치를 전기각이 π 인 때에 서로 인접한 것이 서로

(단, n은 정수)까지만 되도록 배치되고, 또한 위에 말한 2개의 홀소자 HE₁, HE₂는 서로 전기각이

(단2n-1)만치 떨어지고 또 전기자 권선 L₁, L₃의 중심과 대응하고 있는 것과 같은 배치 모양으로 되어 있다.

제2도는 직류 브러쉬레스 모터의 구동 회로의 종래예의 회로를 나타낸 것이며 도면중에서의 L₁내지 L₄는 위에 말한 제1도중의 전기자 권선 L₁내지 L₄에 대응하고, 또 HE₁, HE₂는 제1도중의 홀소자 HE₁, HE₂와 대응하고 있다. 제2도에 있어서 Q₁내지 Q₁₀은 트랜지스터이며 홀소자 HE₁, HE₂의 전류 단자와 전원 Vcc와의 사이 및 전류 단자와 접지와의 사이에는 각각 제2도에 나타낸 것이 저항 R₁내지 R₄가 접속되어 있으며, 출소자 HE₁, HE₂의 전압 단자에는 도시된 것과 같이 트랜지스터 Q₁내지 Q₄의 베이스가 접속되어 있다.

홀소자는 그 전류 단자사이에 흐르는 전류를 I, 홀소자와 직교하는 외부 자계의 자속 밀도를 B, 홀소자의 모양으로 정하는 정수를 K로 하면 전압 단자에 생기는 전압 V가,

V=K, I, B ……………………………………………………… (2)

위(2)식에 나타난 것으로 되기 때문에, 회전자(I)가 회전하면 홀소자 HE₁, HE₂의 전압 단자에는 회전자(I)에 있어서의 착자 패턴과 대응하는 전압이 생긴다. 그리고, 2개의 홀소자 HE₁, HE₂는 이미 설명한 바와 같이 회전자(I)의 자극의 극 핏치 π(전기각)에 대하여 전기각이

(2n-1)가 되도록 떨어져 있기 때문에 홀소자 HE₁, HE₂의 전압단자에 베이스가 접속되어 있는 트랜지스터 Q₁내지 Q₄는 홀소자 HE₁, HE₂의 전압 단자에 나타난 전압에 의하여 순차적으로 동작하여 위의 트랜지스터 Q₁내지 Q₄에 개별적으로 접속되어 있는 트랜지스터 Q₅내지 Q₈의 콜렉터에 대하여 개별적으로 접속되어 있는 전기자 권선 L₁내지 L₄에 순차적으로 전기자 전류를 흘리게 함으로써 회전자(I)가 회전 구동된다.

제2도중의 트랜지스터 Q₁₀의 베이스에는 단자(3)로 부터 토크 지령 전압 Vi가 가해져 있으며, 또한 트랜지스터 Q₅내지 Q₈및 트랜지스터 Q₁₀의 에미터는 공통의 에미터 저항 RE에 의하여 접지되어 있기 때문에 트랜지스터 Q₁₀은 위에 말한 토크 지령 전압 Vi가 위의 에미터 저항 RE에 생길 각 전기자 전류에 의한 전압 강하 VE(전류 검출 신호)와의 차전압(Vi-VE)으로 동작하며, 따라서 트랜지스터 Q₉의 콜렉터 전류가 상기 차전압(Vi-VE)에 의하여 정해지고 그것이 4차동 회로를 구성하고 있는 트랜지스터 Q₁내지 Q₄의 에미터에 공급되게 되어, 제2도에 나타낸 직류 브러쉬레스 모터는 각 전기자 권선의 전류의 총합이 항상 일정하게 되도록한 제어 동작하에 회전 구동된다. 제3도는 위의 제2도에 나타낸 직류 브러쉬레스 모터제어계의 블럭 도면이며 이 도면에 있어선 Vi는 토크 지령 전압, I는 전기자 권선에 흐르는 전류, I는 모터의 발생 토크, ADD는 가산기, MD는 모터 구동회로, M는 모터, ID는 전기자 전류의 검출 회로이다.

위의 제3도에 나타낸 제어계를 가진 제2도에 나타낸 직류 브러쉬레스 모터에서는 단자(3)에 주어지는 토크 지령 전압 Vi를 일정하게 하여 회전 구동될때 그 각 전기자 권선 L₁내지 L₄에 흐르는 전류 I₁내지 I₄와 각 전기자 권선 L₁내지 L₄에 주어지는 외부 자계의 자속 밀도 B₁내지 B₄가 회 전자(1)의 회전자 θ의 변화에 따라 제4도 내지 제7도에 나타낸 것과 같은 변화 모양으로 변화하고 있으며 교정자에 대한 회전자의 회전각θ의 변화에 따라 각 전기자 권선에 흐르는 전류는 변화되어 있다.

이미 설명한 바와 같이, 모터의 발생 토크는 (1)식에 나타내고 있는데 제2도에 나타낸 것과 같이 직류 브러쉬레스 모터는 전기자 권선이 4개이기 때문에 이 제2도의 직류 브러쉬레스 모터에서 발생하는 토크 T는 (1)식중의 n를 4로 하고,

BiIi가 된다.

제8도는 제4도 내지 제7도에서 구한 합성 토크 T를 타나낸 것인데 이 제8도를 보면 제2도에 나타낸 종래의 직류 브러쉬레스 모터에서는 고정자에 대한 회전자의 회전각 θ 의 변화에 따라 발생 토크 T에 리플이 나타나 있다. 이와 같이 각 전기자 권선에 흐르는 전기자 전류의 총합이 언제나 일정하게 되도록 동작하는 제어계로 제어되도록 되어 있는 제2도에 나타낸 직류 브러쉬레스 모터에서는 일정한 토크를 발생시킬 수 없다.

본 발명은 앞에 설명한 바와 같은 종래예의 직류 브러쉬레스 모터에 있어서의 결점이 없는 직류 브러쉬 모터를 제공할 수 있도록 하는 것을 목적으로 하고 있는 것이며 이하 첨부도면을 참조하여 본 발명의 직류 브러쉬 모터의 구동 회로 내용에 대하여 구체적으로 설명한다.

제9도는 본 발명의 직류 브러쉬레스 모터의 구동 회로를 가진 직류 브러쉬레스 모터의 한 예를 구성한 블럭도이며, 이 제9도에 있어서 3은 토크 지령 전압 Vi의 입력 단자, ADD는 가산기, MD는 모터 구동회로, M는 모터, MP는 승산기이며, 모터 M의 전기자 권선에 흐르는 전류 I와, 계자 자계의 자속 밀도 B와의 곱을 얻는 승산기 MP로 부터의 출력전압 V_τ를 가산기ADD로 토크 지령 전압 Vi에 가산하고 가산기 ADD로 부터는 출력 신호를 모터 구동 회로 MD에 주어 직류 모터 M에서 언제나 일정한 토크가 발생 하도록 되어 있다.

또한, 제10도는 앞에서 말한 제9도에 나타낸 구성에 속도 제어계를 부가하여 이루어진 구성예의 블럭도면이며, 이 제10도에 있어서는 모터 M의 출력을 회전 가속도 로 표시하고 있다. 이 제10도에 있어서 FVC는 FV(Freqlienc to voltage) 변환기이며 FV 변환기 FVC로 부터 출력된 모터 M의 회전각 속도 W에 대응하는 출력 전압 VW는 가산기 ADDa로 각 속도 지령 전압 ViW과 가산되어 토크 지령 전압 Vi가 되어 가산기 ADD에 주어진다. 이 제10도에 나타낸 구성예에 있어서는 모터에 일정 속도의 회전을 시키기 위한 제어계를 구성시키고 있기 때문에 모터는 일정 속도의 회전을 할 수 있도록 제어된다.

제9도 및 제10도에 나타낸 블럭도면에 있어서 승산기 MP에서는 모터 M의 전기자 권선에 흐르는 전류 I와, 전기자 권선에 가해지는 계자 자계의 자속 밀도 B와의 곱과 대응하는 출력 전압 V_τ을 출력하는 것인데 승산기 MP에 입력되는 상기 모터 M의 전기자 권선에 흐르는 전류 I와 전기자 권선에 가해지는 계자 자계의 자속 밀도 B와는 모터 M에 있어서 적당한 수단에 의하여 검출되어도 좋다.

제11도 및 제12도는 모터 M의 전기자 권선에 흐르는 전류 I의 검출과 전기자 권선에 인가되는 계자 자계의 자속 밀도 B의 검출과 상기 전류 I와 자속 밀도 B와의 승산등을 홀소자를 포함하여 구성된 회로에 의하여 이루어지도록 한 본 발명의 직류 브러쉬레스 모터의 구동 회로의 한 실시예 형태의 블럭도면이며, 이 제11도 및 제12도에 나타낸 실시예는 전기자 전류의 변환 제어를 하기 위한 위치 검출기로서의 홀소자를 사용한 2상 직류 브러쉬레스 모터에 적용한 경우이다.

제11도에 있어서, 1은 회전자축을 중심으로 하는 원둘레위에 임의로 소요되는 강도 분포를 나타내도록 착자된 영구자석으로 이루어진 회전자를 전개하여 나타낸 것이며 도면중의, N, S는 자극을 나타낸 것이고 또한 2는 고정자이며 도면중 L₁₁, L₂₁(L₁₂), (L₂₂)는 전기자 권선을 나타낸 것이고, 또한 HE₁₀, HE₂₀은 전기자 전류의 변환 제어용의 위치 검출기로서 사용되는 홀소자, HE₁₁, HE₂₁은 이미 설명한 전기자 전류 I의 검출, 자속 밀도 B의 검출 및 전기 전류 I와 자속 밀도 B와의 승산 작용을 하는 회로중에서 사용되는 홀소자이며, 전기자 권선 L₁₁, L₂₁(L₁₂), (L₂₂)나 홀소자 HE₁₀, HE₁₁,HE₂₀, HE₂₁등은 회전자(1)에 있어서의 자극의 분포 모양과 관련하여 도면에 나타낸 것과 같이 배치된다. 그리고, 도면중에 있어서 전기자 권선 L₁₁, L₂₁(L₁₂), (L₂₂)와 같이 전기자 권선 L₁₂, L₂₂를 괄호안에 쓰고 있는 것은 전기자 권선 L₁₁과 L₁₂가 같은 회로 제12도 또는 제15도에 있어서의 BTL 증폭기 BTL 3로 구동되며 또한, 전기자 권선 L₂₁과 L₂₂는 같은 회로(제12도 또는 제15도에 있어서의 BTL 4)로 구동되어 전기자 권선 L₁₁와 L₁₂가 회전자(1)의 자극 분포의 패턴에 대하여 동일한 상대적 배치모양로 이루어지고 한편, 전기자 권선 L₂₁와 L₂₂는 회전자(1)의 자극 분포의 패턴에 대하여 동일한 상대적 배치모양의 것으로 이루어진 것이기 때문이다.

위에 설명한 홀소자 HE₁₀과 블소자 HE₁₁을 각 소자에 동일한 자속 밀도의 자계가 인가되도록 배치 되고, 또 상기 홀소자 HE₂₀과 HE₂₁은 각 소자에 동일한 자속 밀도의 자계가 인가되도록 배치되어 있다.

제11도에 나타낸 것과 같이 상호 관련 배치 모양을 나타낸 전기자 권선 L₁₁, L₂₁, L₁₂, L₂₂와 홀소자 HE₁₀, HE₂₀, HE₁₁, HE₂₁등은 제12도에 나타낸 것과 같은 접속모양으로써 전지적으로 접속된다.

제12도는 이미 설명한 제9도의 블럭도면에 나타나 있는 직류 브러쉬레스 모터의 구체적인 구성예를 나타낸 블럭도면이며 이 제12도중에 있어서의 홀소자, H₁₀, H₁₁, H₂₀, H₂₁이나 전기자 권선 L₁₁, L₁₂, L₂₁, L₂₂등은 제11도중의 홀소자 H₁₀, H₁₁, H₂₀, H₂₁이나 전기자 권선 L₁₁, L₁₂, L₂₁, L₂₂등과 대응하는 것이다.

제12도에 있어서 전기자 권선의 전류 변환을 위한 위치 검출기로서 사용되는 홀소자 HE₁₀과 홀소자 HE₂₀내에서 홀소자 HE₁₀은 가산기 ADD의 출력 전압을 증폭하는 BTL 증폭기 BTL₁(증폭기 A₁₀, A₁₁로 이루어진)의 출력 전류가 그것(홀소자 HE₁₀)의 전류 단자 사이에 흐르게 되고, 또한 홀소자 HE₂₀은 가산기 ADD의 출력 전압을 증폭하는 BTL증폭기 BTL₂(증폭기 A₂₀, A₂₁으로 이루어진)의 출력 전류가 그것(홀소자 H₂₀)의 전류 단자 사이에 흐르게 된다. 상기 홀소자 HE₁₀및 홀소자 HE₂₀의 전압 단자에는 홀소자에 인가된 자게 강도와 대응한 전압이 발생하는데 홀소자 HE₁₀의 전압 단자에 생긴 출력 전압은 전기자 권선 L₁₁, L₁₂에 대하여 전기자 전류를 공급하는 BTL증폭기 BTL₃(증폭기 A₁₂, A₁₃으로 이루어진)의 구동을 위하여 사용되며 또한 상기 홀소자 HE₂₀의 전압 단자에 생긴 출력 전압은 전기자 권선 L₂₁, L₂₂에 대하여 전기자 전류를 공급하는 BTL증폭기 BTL₄(증폭기 A₂₂, A₂₃으로 이루어진)의 구동을 위하여 사용된다.

BTL 증폭기 BTL₃에 의하여 구동되는 전기자 권선 L₁₁과 L₁₂에는 직열로 전류 검출용 저항 R₁₀이 접속되어 있으며, 상기 전류 검출용 저항 R₁₀의 양단사이에는 홀소자 HE₁₁의 전류 단자의 회로가 접속되어 있다. 또한, BTL 증폭기 BTL₄에 의하여 구동되는 전기자 권선 L₂₂와 L₂₃에는 직열로 전류 검출용 저항 R₂₀이 접속되어 있고 상기 전류 검출용 저항 R₂₀의 양단 사이에는 홀소자 HE₂₁의 전류 단자의 회로가 접속되어 있는데, 이들 저항 R₁₀, R₂₀을 전류의 크기 검출 장치로서 사용된다.

이미 설명한 바와 같이 홀소자 HE₁₁(HE₂₁)에는 위치 검출기로서 사용되는 홀소자 HE₁₀(HE₂₀)에 대하여 인가되어 있는 자계와 동일한 자계가 인가되어 있으며, 또한, 홀소자 HE₁₁, (HE₂₁)의 전류 단자에는 전기자 권선 L_12,L₂₁(L₂₁, L₂₂)에 흐르는 전기자 전류에 대응하는 전류가 흐르기 때문에 홀소자 HE_11,(HE₂₁)의 전압 단자에는 전기자 권선에 흐르는 전류 I와 전기자 권선에 인가되어 있는 자계의 강도와의 곱인 전압 V_τ=I.B가 발생한다.

홀소자 HE₁₁과 홀소자 HE₂₁과의 전압 단자에 발생한 홀기 전력은 가산기 ADD1에 의하여 가산되어 토크 전압 V_τ로 되어 가산기 ADD에 주어진다. 가산기 ADD에는 입력 단자(3)에서의 토크지령 전압 Vi가 인가되어지므로, 가산기 ADD에서의(Vi-V_τ)의 출력 진압이 전술한 BTL 증폭기 BTL₁, BTL₂에 인가되어 진다.

제12도에 도시된 바와 같은 회로 배치에 있어서는, 홀소자 HE₁₀, HE₂₀에 있어서 2개의 전압 단자들 중 하나의 전압 단자에 나타나는 홀 기전력만을 이용하도록 하고 있지만 홀소자 HE₁₀, HE₂₀의 2개의 전압 단자에 나타나는 홀 기전력이 이용될 수 있도록 회로가 구성되어도 좋다(제13도에 일례의 홀소자 HE₁₀의 회로가 도시된다. 증폭기 A₁₂로서는 차동 증폭기가 사용된다).

또한 제12도중의 증폭기 A₁₀, A₂₀, A₁₂, A₂₂등은 소정의 증폭도를 갖는 증폭기이며, 증폭기 A₁₁, A₂₁, A₁₃, A₂₃등은 이득 1의 반전 증폭기이다(이점은 후술되는 제15도에서와 같이).

이상의 설명에서 명료하게 밝혀진 바와 같이, 제12도에 도시된 직류 브러쉬레스 모터는 전기자 권선에 흐르는 전류 I와, 전기자 권선에 인가된 자계의 자계 밀도 B와의 곱, I,B가 항상 일정하도록 전기자 권선에 흐르는 전류의 크기가 귀환 제어되므로서, 모터 M은 항상 일정한 토크를 발생하게 된다.

다음에 제14도는 전기자 권선에 인가된 자계의 자속 밀도 B의 검출 수단과, 전기자 권선의 전류 I와 상기 자속 밀도 B의 적을 얻기 위한 승산 수단이, 자기 저항 소자를(자기 저항 효과 소자) 이용하는 회로에 의하여 검용되도록 한 구성으로 된 직류 브러쉬레스 모터의 일예 회로를 도시한 블럭도면이며, 이러한 제14도에 도시된 직류 브러시레스 모터는 상기 제2도에서 도시된 직류 브러쉬레스 모터에서의 트랜지스터 Q₅내지 Q₈의 공통 에미터 회로를 2분할하고, 전류 검출용 저항 RE와, 트랜지스터 Q₅, Q₆의 공통 에미터 회로와 사이 및, 전류 검출용 저항 RE와 트랜지스터 Q₇, Q₈의 공통 에미터 회로의 사이에, 점선으로 둘러쌓인 HMP₁, HMP₂로서 도시된 회로 HMP₁, HMP₂와 가산기 ADD₄를 설치한다.

제14도에서는, 제 2도에 도시된 회로의 구성 부분과 대응하는 구성부분에는 제2도에서 사용된 도면 부호와 동일 도면부호를 사용한다. 도면중에 점선으로 둘러싸여 도시된 회로 HMP₁(HMP₂)는 자기 저항 소자 MR₁(MR₂)와 저항 R₁₁내지 R₁₃(R₁₄, 내지 R₁₆)과 가간기 ADD₂(ADD₃)에 의하여 구성되며, 이러한 회로 HMP₁(HMP₂)로서는 전기자 권선에 흐르는 전류 I와 전기자 권선에 인가된 자계의 자속 밀도 B의 곱에 대응하는 전압을 발생하는 ADD₄에 인가되며 가산기 ADD₄₄의 출력으로 토크 전압 V_τ가 얻어기게 된다.

따라서 상기 토크 전압 V_τ와 트랜지스터 Q₁₀의 베이스에 입력 단자(3)로 부터 인가되는 토크 지령 전압 Vi에 의하여 트랜지스터 Q₉의 콜렉터 전압이 제어되며, 전기자 권선 L₁, 내지 L₄에 공급되는 전기자 전류는, 모터의 발생 토크가 항상 일정하게 되도록 자동 제어된다.

예를들면, 자기 저항 소자의 저항치 R은 R=R₀+│B│k(여기에서, B는 자기 저항 소자에 인가되는 자계의 자속 밀도, │B│는 자속 밀도의 절대치, R₀는 자속 밀도 0인 경우의 자기 저항 소자의 저항치, K는 자기 저항 소자 형태에 의하여 정해지는 정수이다)로서 표시되어질 수 있으므로, 자기 저항 소자에 전기자 권선의 전류 I를 흐르게 하고, 자기 저항 소자의 단자 전압 V는 V=KI│B│ 가 되고, 자속 밀도 B는 전기자 권선에 인가된 자계에 의한 것이라면, 자기 저항 소자의 단자 전압 V는 전기자 권선 전류 I와 전기자 권선에 인가된 자계의 자속 밀도 B의 곱으로 나타낼 수 있다.

따라서, 제14도중의 불럭 HMP₁(HMP₂)으로서 도시된 회로 즉, 자기 저항 소자 MR₁(MR₂)와 저항 R₁₁내지 R₁₃(R₁₄내지 R₁₆) 및 가산기 ADD₂(ADD₃)에 의하여 구성된 브릿지 회로에는, 전기자 권선에 흐르는 전류 I와 전기자에 인가된 자계의 자속 밀도 8의 곱의 전압 IB=V_τ를 발생하므로, 상기의 전압 V_τ를 토크 전압으로서 전기자 전류를 제어하는 자동 제어 회로를 구성하고, 항상 일정한 토크를 발생하는 직류 브러쉬레스 모터가 얻어질 수 있음이 명확하다. 또한 자기 저항 소자 HE₁, HE₂,는 제2도중의 홀소자 HE₁, HE₂와 대응하는 위치에 있으며, 계자 자계의 크기 검출 장치로서 사용되는 자기 저항소자 MR₁, MR₂를 포함하는 구성으로 된 회로에 의하여 전술한 바와 같은 동작을 양호하에 할 수 있다.

제15도는 전기자 권선에 인가된 자계의 자속 밀도의 검출에는 검출 코일 Ld₁, Ld₂를 쓴다. 또 전기자 권선에 흐르는 전기자 전류 I와, 전기자에 인가되는 자계의 밀도 B와의 적을 승산기 MPa, MPb에 의하여 행하도록 한 직류 브러쉬레스 모터의 블럭도이다.

상기의 검출 코일 Ld₁, Ld₂는 전기자 권선 자체를 쓸수도 있다. 검출 코일로서 권취 회수가 n인 것을 사용하고 또 검출 코일이 자속 밀도 B의 자계중에 놓여있다고 하고 검출 코일의 길이를 1, 회전자의 이동 속도(회전 속도)를 Vy로 하면 검출 코일에 유기하는 전압 Vr은 Vr=nB1Vy(3)으로서 나타내진다. 제15도에 있어서 승산기 MPa(MPb)에는, 계자 자계의 크기 검출 장치로서 사용되는 검출 코일 Ld₁(Ld₂)로부터 상기(3)식에 나타낸 바와 같이 검출 코일에 인가 되고 있는 자계의 자속 밀도 B와 회전자(1)의 회전속도와의 적에 비례한 전압이 주어짐과 동시에, 또 전기자 권선 L₁₁,L₁₂(L₂₁,L₂₂)에 직렬로 접속된 전류 검출용 저항 R₁₀(R₂₀)에 나타나는 전압이 주어진다.

승산기 MPa, MPb의 출력은, 가산기 ADD₁로서 가산된 후에 승산기 MPc에 그의 하나의 입력으로서 주어진다. 상기한 승산기 MPc에는 기타의 입력으로서 모터의 속도 검출기등에서 검출한 회전자의 회전 속도 Vy의 역수와 대응하는 전압 V(1/vy)가 주어진다.

따라서 승산기 MPc의 출력으로 부터는 전술한(3)식에서 나타낸 전압 Vr중에 포함되어 있는 Vy가 소거 되며 승산기 MPc로부터 가산기 ADD에 주어지는 전압 V_τ는 토크 전압 V_τ로된다. 가산기 ADD에 있어서는 입력 단자(3)로 부터 가산기 ADD에 주어지는 토크 지령 전압 Vi와 상기한 토크 전압 V_τ에 의하여(Vi-V_τ)의 전압이 출력되어 증폭기 A₁₀, A₂₀에 주어진다. 제15도에 도시된 직류 브러쉬레스 모터에 있어서 상술한 구성부분 이외의 구성부분은 전술한 제12도에 도시된 직류 브러쉬레스 모터와 같은 모양이며 이 상세한 설명은 생략하나 제5도에 도시된 직류 브러쉬레스 모터에 있어서도 모터의 발생 토크는 항상 일정하게 되도록 제어되는 것이다.

본 발명은 직류 브러쉬레스 모터의 구동 회로는 자계가 영구자석에서 발생되도록 되어 있는 모터에도 혹은 계자 자계가 계자 코일을 사용하여 발생되도록 되어 있는 모터등 그 어떠한 것에 대하여도 양호하게 적용된다. 또 회전자의 회전 방향에 있어서 계자 자계의 자극의 분포 형태가 특히 정형파나 대형파에 제한되는 것과 같은 일도 없으며 자유로운 분포 형태의 것을 이용할 수 있다. 또 본 발명의 직류 브러쉬레스 모터의 구동 회로는 그것을 소위 리니어 모터에 대해서 적용해도 된다.

또 실시예에 있어서는 전기자 권선의 형상이나 상사이의 관계가 전술한 구성예 이외의 것으로 되어 있어도 좋은 것은 물론이며 사용하는 홀소자, 자기 저항 소자, 검출 코일등의 전기자 권선에 대한 최부 위치도 그들의 소자에 의하여 필요한 동작이 행하여 질 수 있는 위치에 있으면 전술한 구성예의 경우와 다른 위치로 되어도 좋다. 또 계자 자계의 자극 분보의 형태와 등가의 자극 분포를 가지는 자계를 계자 자계와는 별도로 설치하여 그 계자로 부터 자속 밀도를 검출을 행하도록 해도 좋다.

이상 상세히 설명한 바로 부터 분명한 바와 같이 이 발명의 직류 브러쉬레스 모터의 구동 회로에는 전기자 전류와 전기자 권선에 인가되는 계자 자계의 자속 밀도와의 적과 대응하는 전기량을 얻고 이것에 의해 전기자 권선에 흐르는 전류를 귀환 제어하여 회전자와 고정자와의 상대적 위치 관계의 여하에도 불구하고 항상 일정한 토크를 모터에서 발생시킬 수가 있으며, 본 발명의 직류 브러쉬레스 모터의 구동 회로를 사용한 직류 브러쉬레스 모터는 부하의 유무나 회전자의 회전각의 여하에 구애되지 않고 본질적으로 토크 리플이 없으며 본 발명에 의하면 전술한 종래의 모터에 있어서 여러 결점이 양호하게 해소된다.

Claims (5)

1. 전기자 권선에 흐르는 전류를 전자 회로에서 절환 제어하는 직류 브러쉬레스 모터의 구동 회로이며, 전기자 권선에 흐르는 전류의 크기 검출 장치와, 계자 자계의 크기 검출 장치와, 상기한 양 검출 장치에서 검출된 전기자 권선의 전류의 크기와 계자 자계의 크기와의 적을 얻는 승산기(MP)와 상기 승산기로 부터의 출력이 항상 일정해지도록 전기자 권선에 흐르는 전류를 귀환 제어하는 제어회로(ADD, MD)를 구비한 것을 특징으로 하는 직류 브러쉬레스 모터의 구동 회로.
2. 제1항에 있어서, 상기 계자 자계의 크기 검출 장치와 승산기를 홀소자(HE₁₁, HE₂₁)로 구성한 것을 특징으로 하는 직류 브러쉬레스 모터의 구동 회로.
3. 제1항에 있어서, 상기 계자 자계의 크기 검출 장치와 승산기를 자가 저항 소자(MR₁, MR₂)로 구성한 것을 특징으로 하는 직류 브러쉬레스 모터의 구동 회로.
4. 제1항에 있엇, 상기 계자 자계의 크기 검출 장치로서 검출 코일(Ld₁, Ld₂)를 사용하여 구성시킨 것을 특징으로 하는 직류 브러쉬레스 모터의 구동 회로.
5. 제1항에 있어서, 상기 전기자 권선의 검출 장치로서 전압 강하를 발생하도록 저항(R₁₀, R₂₀)을 전기자 권선에 직렬로 접속시켜 구성한 것을 특징으로 하는 직류 브러쉬레스 모터의 구동 회로.

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