JPH0216117B2

JPH0216117B2 -

Info

Publication number: JPH0216117B2
Application number: JP56131318A
Authority: JP
Inventors: Makoto Goto
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1981-08-20
Filing date: 1981-08-20
Publication date: 1990-04-16
Also published as: JPS5833986A; DE3230892C2; US4491770A; DE3230892A1

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、ロータの回転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により順次切
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。例え
ば、最近ではテープレコーダのリールモータとし
てリール駆動軸に直結して使用されている。リー
ルモータの場合には、早巻時に起動時間の短い高
速回転が要求され、モータへの供給電流は大きく
設定されている。この場合、モータの回転上昇に
伴つて逆起電力が増大するため、駆動トランジス
タは過渡的に過飽和状態となり、回路動作の不安
定および電流リツプルの増大を起こしていた。電
流リツプルは発生トルクのリツプルを生じ、モー
タの振動や騒音を引き起こすため大きな問題とな
つていた。

また、速度制御を施こしたモータにおいては、
起動加速時点において駆動トランジスタが過飽和
状態になり、振動、騒音を生じるとともに制御の
引き込み特性も悪化させ、問題となつていた。

本発明はそのような問題点を改良するために、
駆動トランジスタの動作電圧（バイポーラ・トラ
ンジスタにおいてはコレクタ・エミツタ間電圧、
電界効果トランジスタにおいてはドレイン・ソー
ス間電圧）を検出して、過飽和とならないように
供給電流を変化させるようにしたものであり、特
に、半導体集積回路IC化に適したブラシレス直
流モータを提供するものである。

以下本発明の構成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図で
ある。第１図において、１１はＮ極とＳ極を着磁
された界磁マグネツト、１２，１３，１４はマグ
ネツト１１の磁束と鎖交する３相のコイル、１
５，１６，１７はマグネツト１１の磁束によりロ
ータの回転位置を検出するホール素子、１８はロ
ータ回転速度に対応した電圧を得る速度電圧変換
器（速度検出方法および電圧への変換方法は周知
の技術を用いる）、２０は電圧・電流変換器、４
３，４４，４５はホール素子１５，１６，１７の
出力に応じて共通エミツタ電流を分配する３差動
増幅器（分配手段）、４８，４９，５０は３相の
コイル１２，１３，１４に電流を供給する駆動ト
ランジスタ、５７は３相のコイル１２，１３，１
４への供給電流の総和を電圧降下として検出する
電流検出抵抗、７２は３相のコイル１２，１３，
１４への給電を停止させる給電停止信号である。

なお、図示の破線に囲まれていた部分は飽和検
出、電流修正動作をなす回路部分であり、その詳
細な動作は後述する。

まず、通常（飽和検出、電流修正を除く）の動
作について説明する。周知の構成の速度電圧変換
器１８によりロータの回転速度に対応した指令電
圧信号１９を得る。指令信号１９は電圧・電流変
換器２０に入力されて直流電圧源２１の電源値E〓
値と比較され、その両者の差に応じた電流ioが電
圧・電流変換器２０の出力端子に吸入される。

第２図に電圧・電流変換器２０の構成を示す。
これは、定電流源１０５、ダーリントン接続され
た差動増幅器（トランジスタ１０２，１０３，１
０７，１０８、抵抗１０１，１０４，１０６，１
０９）とカレントミラー回路（トランジスタ１１
０，１１１）とベース接地トランジスタ１１３お
よびそのベース抵抗１１２によつて構成され、指
令信号１９がE〓より小さくなるとその差に応じた
電流ioをトランジスタ１１３が吸入するようにな
つている。なお、トランジスタ７０は給電停止信
号７２に応動してオン・オフし、通常はオフ状態
にあるが、給電停止時（７２の信号が高い場合）
にはトランジスタ７０がオンとなり、トランジス
タ１１３の吸入電流ioを指令信号１９の値にかか
わらず零にする。

電圧・電流変換器２０の電流ioはカレントミラ
ー回路（トランジスタ２２，２３，２４，２５、
抵抗２６，２７，２８）に供給され、その出力電
流i₁，i₂を電流i₀に対応した値にする。飽和して
いない場合にはトランジスタ３０はオフ状態（i₃
＝０）にあり、電流i₁，i₂は共にi₀に等しくなる
ようにされている。

電流i₁は抵抗３５に流れ、その両端に電圧降下
を発生する。これにはトランジスタ３７のベース
電圧となり、その増減に応じて３相のコイル１
２，１３，１４への合成供給電流は増減し、抵抗
３５の電圧降下と抵抗５７の電圧降下が等しくな
るように動作する。その結果 Ia＝R₃₅／R₅₇・i₁ …(1) となる。ここで、R₃₅は抵抗３５の抵抗値、R₅₇
は抵抗５７の抵抗値である。

これについて説明すれば、電流i₁が増加すると
トランジスタ３７のベース電圧が大きくなり、ベ
ース・エミツタ間電圧が増加し、エミツタ電流、
コレクタ電流が増大する。コレクタ電流はカレン
トミラー回路（トランジスタ４２、ダイオード４
０、抵抗３９，４１）により反転され、３差動ト
ランジスタ４３，４４，４５の共通エミツタ電流
として供給される。トランジスタ４３，４４，４
５の各ベース端子にはホール素子１５，１６，１
７の出力信号が印加されており、そのベース電圧
に応じて共通エミツタ電流を各コレクタ電流に分
配している。その結果、ベース電圧の最も低いト
ランジスタに最も大きなコレクタ電流が流れ、他
のトランジスタのコレクタ電流は相対的にかなり
小さな値となる。また、ロータの回転に伴つてホ
ール素子１５，１６，１７の出力電圧がなだらか
に変化し、活性となる３差動トランジスタもなだ
らかに切換わつてゆく。

３差動トランジスタ４３，４４，４５の各コレ
クタ電流はそえぞれ駆動トランジスタ４８，４
９，５０のベース電流となり、電流増幅されて各
相のコイル１２，１３，１４に供給される。その
結果、ホール素子１５，１６，１７の出力信号に
対応したコイルに電流が通電され、モータの回転
を円滑かつ確実にしている。また、３差動トラン
ジスタ４３，４４，４５の共通エミツタ電流の増
加は３相のコイル１２，１３，１４への給電電流
の増加を生じる。

３相のコイル１２，１３，１４への合成の給電
電流は電流検出抵抗５７の電圧降下として検出さ
れ、トランジスタ３７のエミツタに供給される。
その結果、トランジスタ３７、カレントミラー回
路（トランジスタ４２、ダイオード４０、抵抗３
９，４１）、３差動トランジスタ４３，４４，４
５、駆動トランジスタ４８，４９，５０および電
流検出抵抗５７によつて第１の負帰還ループ（電
流帰還ループ）が構成され、駆動トランジスタ４
８，４９，５０のh_FEバラツキによる変動を小さ
くして、各相のコイル１２，１３，１４への給電
電流が実効的に指令電流i₁に対応した値となるよ
うにしている（電流制御手段）。すなわち、ダイ
オード３６の順方向電圧とトランジスタ３７のベ
ース・エミツタ間電圧が相殺し、実質的に抵抗３
５の電圧降下R₃₅・i₁と抵抗５７の電圧降下R₅₇・
Iaが等しくなる。

次に、飽和検出・電流修正手段（第１図の破線
部）の動作について説明する。トランジスタ２５
のコレクタ電流i₂はダイオード５５，５６、抵抗
５４に供給され、駆動トランジスタ４８，４９，
５０の共通接続点の電位より所定電圧値（約
1.7V程度）シフトした基準の電位点Ａを作り出
している。各検出トランジスタ５１，５２，５３
の入力端子側（エミツタ）は直流的に（直接また
は抵抗を介して）上記の基準の電位点Ａに接続さ
れ、かつ各検出トランジスタ５１，５２，５３の
検出端子側（ベース）は直流的に（直接または抵
抗を介して）各駆動トランジスタ４８，４９，５
０の出力端子（コレクタ）に接続されている。検
出トランジスタ５１，５２，５３のエミツタ・ベ
ース間順方向電圧は約0.7Vであるから、通電状
態にある駆動トランジスタ（例えば４８）のコレ
クタ・エミツタ間の動作電圧が1V（＝1.7V−
0.7V）以下になると検出トランジスタ５１はオ
フ状態からアクテイブ状態にかわり、コレクタ側
に電流を供給する。すなわち、各検出トランジス
タ５１，５２，５３は各駆動トランジスタ４８，
４９，５０の飽和（動作電圧が所定値以上になる
事）を検出して、その度合に応じたコレクタ電流
を供給する。

検出トランジスタ５１，５２，５３の出力電流
は合成されてカレントミラー増幅回路（トランジ
スタ３０、ダイオード２９、抵抗３１，３２によ
り構成され、増幅利得２〜３を有する）に供給さ
れ、その出力電流に応じた電流i₃を抵抗２７に流
している。電流i₃が流れると抵抗２７に電圧降下
が生じるため、トランジスタ２４のコレクタ電流
がi₁が修正・減少され、前述の電流帰還ループの
動作によつて駆動トランジスタ４８，４９，５０
の通電電流、すなわちコイル１２，１３，１４へ
の供給電流が減少する。その結果、コイル１２，
１３，１４での電圧降下が減少し、駆動トランジ
スタ４８，４９，５０の動作電圧を大きくする。

すなわち、検出トランジスタ５１，５２，５
３、カレントミラー増幅回路（トランジスタ３
０、ダイオード２９、抵抗３１，３２）、抵抗２
７、トランジスタ２４、抵抗３５および電流帰還
ループによつて駆動トランジスタ４８，４９，５
０の過飽和を防止する第２の負帰還ループ（飽和
検出ループ）が構成されている。また、駆動トラ
ンジスタ４８，４９，５０の動作電圧がすべて
1V以上ある場合には、検出トランジスタ５１，
５２，５３はすべてオフ状態であるため、上述の
負帰還動作は行なわれず指令信号１９にのみ対応
した電流が各相のコイル１２，１３，１４に供給
される。

なお、３３は上述の飽和検出ループの位相補償
用コンデンサであり、指令信号側のローパスフイ
ルタの機能もかねている。トランジスタ３７のベ
ース端子までの電流・電圧変換の伝達関数はＧ＝R₃₅／１＋SC₃₃（R₃₄＋R₃₅） …(2) ここで、C₃₃はコンデンサ３３の容量値、R₃₄は
抵抗３４の抵抗値、R₃₅は抵抗３５の抵抗値であ
る。

さらに、本実施例におけるコンデンサ３３は、
各相コイル１２，１３，１４への給電の開始時お
よび停止時において、給電電流の変化をゆるやか
にする効果がある。これについて説明すれば、給
電停止信号７２が高くなつた時に電圧・電流変換
器２０の出力電流i₀は急峻に零になる。いまコン
デンサ３３がないとすれば、i₀の変化はi₁の変化
となり、最終的にコイルへの給電電流の急激な変
化となる。各相のコイル１２，１３，１４は大き
なインダクタンス成分を有しているため、給電電
流が急激に変化すると、鋭どいヒゲ状のスパイク
電圧を発生する。コイル１２，１３，１４に並列
に接続されたコンデンサ５８，６０，６２と抵抗
５９，６１，６３はスパイク電圧吸収用のダンピ
ンクCRであるが、大電流の急峻なしや断に対し
ては十分にスパイク電圧を除去できない。その結
果、駆動トランジスタ４８，４９，５０に高電圧
がかかり、耐圧破壊、劣化、寿命低減等を生じて
好ましくない。またコンデンサ３３はローパスフ
イルタを形成するため、コイル１２，１３，１４
への給電電圧Iaの変化はゆるやかになり、上述の
スパイク電圧は極めて小さな値となる。

なお、３８は電流帰還ループの位相補償用コン
デンサである。また、トランジスタ３０のコレク
タはトランジスタ２４のコレクタ側に接続しても
良い。

飽和検出ループの動作による駆動トランジスタ
４８，４９，５０の動作電圧V_CEと給電電流Iaの
特性を第３図に示す。これより、V_CEが小さくな
ると給電電流Iaが急激に小さくなることがわか
る。なお、第１図の実施例では指令電流i₀に連動
して飽和検出のスレツシヨルドとなる基準電位点
Ａの電圧を変化させているために、大電流指令時
にはそのスレツシヨルド電圧が大きくなり、ま
た、小電流指令時にはスレツシヨルド電圧が小さ
くなり、トランジスタのコレクタ電流に対する飽
和電圧特性を補正している。その結果、上述の飽
和検出動作が確実になる。

しかし、本発明はそのような場合に限らず、電
流i₂を定電流にしても良い。第４図にその具体例
を示す。ここでは、第１図のトランジスタ２５、
抵抗２８を単に一定値の定電流源１２０となして
いる。

また、本発明に示した構成（第１図の破線部）
は抵抗、トランジスタ、ダイオードのみを使用し
ており、IC化に最適な回路構成となしている。
また、その位相補償コンデンサ３３は指令信号１
９のローパスフイルタおよび給電停止時の電流の
なだらかな変化にも効果がある。なお、前述の実
施例の速度電圧変換器１８をなくし、指令電圧信
号１９を一定電圧にするならばテープレコーダ等
のリールモータ駆動用として利用できる。また、
バイポーラ・トランジスタに限らず電界効果トラ
ンジスタを使用しても同様な構成で実施できる。
その他、本発明の主旨を変えずして種々の変形が
できることはいうまでもない。

以上本発明によれば、飽和検出・電流修正手段
を設けて、駆動トランジスタの飽和度を軽減する
ように給電電流を減らしているので、起動、加速
時における電流分配が円滑となり、電流リツプル
（特に通電すべきコイルの切換わり時点における
リツプル）が著しく低減される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す電気回路図、
第２図は第１図の電圧・電流変換器の具体的な構
成図、第３図は飽和検出動作による駆動トランジ
スタのV_CEと給電電流値の特性図、第４図は本発
明の他の実施例を示す電気回路図である。１１……界磁マグネツト、１２，１３，１４…
…コイル、１５，１６，１７……ホール素子、１
８……速度電圧変換器、１９……指令信号、２０
……電圧・電流変換器、４８，４９，５０……駆
動トランジスタ、５１，５２，５３……検出トラ
ンジスタ。

Claims

【特許請求の範囲】

１界磁マグネツトを有するロータと、前記界磁
マグネツトの磁束と鎖交する複数相のコイルと、
前記ロータの回転位置を検出する位置検出手段
と、前記位置検出手段の出力信号に応じて前記各
相のコイルへの給電を制御する複数個のトランジ
スタからなる駆動トランジスタ群と、複数個の前
記駆動トランジスタの電流入出力端子の一方が共
通接続された共通接続点の電位より所要電圧値シ
フトした電位点を作る基準電圧発生手段と、各エ
ミツタ端子側を直流的に前記基準電圧発生手段の
電位点に共通接続され、各ベース端子側を直流的
に前記駆動トランジスタの電流入出力端子の他方
に接続された複数個の検出トランジスタと、前記
各検出トランジスタの出力電流の合成値に応じて
前記各相のコイルへ流す電流値を変化させる電流
修正手段を具備し、前記検出トランジスタによつ
て前記駆動トランジスタの動作電圧を検出し、該
動作電圧が所定値以下になると前記電流修正手段
を動作させて前記コイルへの給電電流を少なくす
るようにしたことを特徴とするブラシレス直流モ
ータ。