JP3373379B2 - ブラシレス直流モータ - Google Patents
ブラシレス直流モータInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ブラシレス直流モ
ータ、より詳細には、ロータ側の回転磁石の回転によっ
てステータ側の駆動コイルに発生される誘起電圧を積分
した電圧を利用して、ステータ側の他の駆動コイルを駆
動するようにしたセンサレス・ブラシレス直流モータに
関する。
ータ、より詳細には、ロータ側の回転磁石の回転によっ
てステータ側の駆動コイルに発生される誘起電圧を積分
した電圧を利用して、ステータ側の他の駆動コイルを駆
動するようにしたセンサレス・ブラシレス直流モータに
関する。
【０００２】
（従来の直流モータの構造と動作原理）直流モータは、
百数十年に亘って広く実用されている代表的なモータの
一つであり、印加する直流電圧に比例して回転速度が定
まり、負荷トルクが大幅に変化しても速度変化が少いた
め、トルクや回転数を制御するのに最も適している。し
かし、直流モータには唯一つ重大な欠点がある。それ
は、回転子の回転に伴って、通電する界磁コイルを切り
換えるための機構、すなわち、ブラッシュとコミュテー
タ（整流子）が必要なことである。
百数十年に亘って広く実用されている代表的なモータの
一つであり、印加する直流電圧に比例して回転速度が定
まり、負荷トルクが大幅に変化しても速度変化が少いた
め、トルクや回転数を制御するのに最も適している。し
かし、直流モータには唯一つ重大な欠点がある。それ
は、回転子の回転に伴って、通電する界磁コイルを切り
換えるための機構、すなわち、ブラッシュとコミュテー
タ（整流子）が必要なことである。
【０００３】図１４は、上記ブラッシュとコミュテータ
及び回転子のコイルとの関係を説明するための図で、コ
イルＣ1はその両端がコミュテータのセグメントＳ１と
Ｓ４に溶着されており、コイルＣ2はセグメントＳ２と
Ｓ５、コイルＣ3はセグメントＳ３とＳ６に両端が溶着
されている。コミュテータのセグメントＳ１〜Ｓ６は、
互いに電気的に絶縁されており、ロータと一体に固定さ
れている。また、コミュテータのセグメントを介して、
コイルに通電するために、ブラッシュ（カーボン＋銀粒
子）Ｂ１とＢ２がステータ側に電気的に絶縁されて固定
され、バネの力でコミュテータのセグメントに押しつけ
られている。このブラッシュＢ１とＢ２の間に直流電圧
Ｖを印加すると、電流が電源ＶからブラシュＢ１→セグ
メント→コイル→セグメント→ブラッシュＢ２と流れ、
図１５に示すように、ステータ側が作る直流磁界Ｂとコ
イル電流Ｉの積に比例する電磁力Ｆを発生し、モータの
ロータが回転する。
及び回転子のコイルとの関係を説明するための図で、コ
イルＣ1はその両端がコミュテータのセグメントＳ１と
Ｓ４に溶着されており、コイルＣ2はセグメントＳ２と
Ｓ５、コイルＣ3はセグメントＳ３とＳ６に両端が溶着
されている。コミュテータのセグメントＳ１〜Ｓ６は、
互いに電気的に絶縁されており、ロータと一体に固定さ
れている。また、コミュテータのセグメントを介して、
コイルに通電するために、ブラッシュ（カーボン＋銀粒
子）Ｂ１とＢ２がステータ側に電気的に絶縁されて固定
され、バネの力でコミュテータのセグメントに押しつけ
られている。このブラッシュＢ１とＢ２の間に直流電圧
Ｖを印加すると、電流が電源ＶからブラシュＢ１→セグ
メント→コイル→セグメント→ブラッシュＢ２と流れ、
図１５に示すように、ステータ側が作る直流磁界Ｂとコ
イル電流Ｉの積に比例する電磁力Ｆを発生し、モータの
ロータが回転する。
【０００４】ロータが図１４の矢印方向に回転すると、
次には、セグメントＳ２がもとセグメントＳ１があった
位置に、セグメントＳ５がもとセグメントＳ４があった
位置に移り、コイルＣ2に電流が流れる。こうして、コ
イルＣ2に電流が流れて、ステータが作っている直流磁
界との相互作用で、ロータをもっと回転させる方向に駆
動力が生じる。このプロセスは次々と続き、ロータは回
転を続ける。各コイルは、直流磁界中で回転するので、
回転しているとコイルの端子間に誘起電圧Ｖiが発生す
る。このＶiはコイルのターン数をＮとすると、
次には、セグメントＳ２がもとセグメントＳ１があった
位置に、セグメントＳ５がもとセグメントＳ４があった
位置に移り、コイルＣ2に電流が流れる。こうして、コ
イルＣ2に電流が流れて、ステータが作っている直流磁
界との相互作用で、ロータをもっと回転させる方向に駆
動力が生じる。このプロセスは次々と続き、ロータは回
転を続ける。各コイルは、直流磁界中で回転するので、
回転しているとコイルの端子間に誘起電圧Ｖiが発生す
る。このＶiはコイルのターン数をＮとすると、
【０００５】
【数１】
【０００６】である。φはコイルと鎖交する磁束量であ
り、φmをその最大値（コイル面が磁界と垂直になった
時のφの値）とすると、
り、φmをその最大値（コイル面が磁界と垂直になった
時のφの値）とすると、
【０００７】
【数２】
【０００８】となる。但し、θはコイル面と磁界と平行
な時を０とし、ここからはかったコイルの角度である。
コイルが一定角速度ωでまわっているとすれば、θ＝ω
ｔであるから、（１）式に（２）を代入すると
な時を０とし、ここからはかったコイルの角度である。
コイルが一定角速度ωでまわっているとすれば、θ＝ω
ｔであるから、（１）式に（２）を代入すると
【０００９】
【数３】
【００１０】となる。従って、誘起電圧Ｖiは角速度ω
（回転速度）に比例する。（３）式の両辺をｔで積分す
ると、
（回転速度）に比例する。（３）式の両辺をｔで積分す
ると、
【００１１】
【数４】
【００１２】となり、（４）式より、
【００１３】
【数５】
【００１４】となり、コイルと鎖交する磁束量φは、誘
起電圧Ｖiの時間積分をターン数で割った値になる（積
分定数は積分範囲を適当にとるとゼロにできるので省略
した）。
起電圧Ｖiの時間積分をターン数で割った値になる（積
分定数は積分範囲を適当にとるとゼロにできるので省略
した）。
【００１５】（直流モータの欠点）以上に、直流モータ
の構造と動作原理について説明したが、直流モータには
大きな欠点がある。この欠点が本発明が解決しようとす
る問題点であるから、以下、この欠点について説明す
る。 （１）ロータが回転している最中に、図１６に示すよう
に、ブラッシュＢ１，Ｂ２がセグメントＳ１−Ｓ２間お
よびセグメントＳ４−Ｓ５間にくることがある。この時
は、コイルＣ1とコイルＣ2とはセグメントとブラッシュ
を介して短絡され、ここに過渡的に大きな電流が流れ
る。これがブラッシュとコミュテータ・セグメント間を
流れ、ロータがもう少し回転して、短絡状態が切れる瞬
間に、火花を生じ、これがコミュテータの面を傷つけ
る。また、ブラッシュのカーボンと銀の粉がセグメント
間の絶縁板の所に入りこみ、モータを長時間運転する
と、セグメント間の絶縁が次第に悪くなり、遂にはセグ
メントの過熱と、モータのトルクの低下をもたらす。
の構造と動作原理について説明したが、直流モータには
大きな欠点がある。この欠点が本発明が解決しようとす
る問題点であるから、以下、この欠点について説明す
る。 （１）ロータが回転している最中に、図１６に示すよう
に、ブラッシュＢ１，Ｂ２がセグメントＳ１−Ｓ２間お
よびセグメントＳ４−Ｓ５間にくることがある。この時
は、コイルＣ1とコイルＣ2とはセグメントとブラッシュ
を介して短絡され、ここに過渡的に大きな電流が流れ
る。これがブラッシュとコミュテータ・セグメント間を
流れ、ロータがもう少し回転して、短絡状態が切れる瞬
間に、火花を生じ、これがコミュテータの面を傷つけ
る。また、ブラッシュのカーボンと銀の粉がセグメント
間の絶縁板の所に入りこみ、モータを長時間運転する
と、セグメント間の絶縁が次第に悪くなり、遂にはセグ
メントの過熱と、モータのトルクの低下をもたらす。
【００１６】（２）さらに、高速でロータを回転させる
と、コミュテータのセグメントやコイルには、大きな遠
心力が加わり、バラバラに分解する。これまでの直流モ
ータの回転速度は、これが上限となっていた。
と、コミュテータのセグメントやコイルには、大きな遠
心力が加わり、バラバラに分解する。これまでの直流モ
ータの回転速度は、これが上限となっていた。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記の直流
モータの２つの欠点を取り除いて、超高速で回転する信
頼性の高いモータを、従来の直流モータの特徴である
「回転速度が広範囲に変化でき、負荷トルクによる速度
低下が少い」というメリットを損うことのなく、実現す
ることを目的としてなされたものである。
モータの２つの欠点を取り除いて、超高速で回転する信
頼性の高いモータを、従来の直流モータの特徴である
「回転速度が広範囲に変化でき、負荷トルクによる速度
低下が少い」というメリットを損うことのなく、実現す
ることを目的としてなされたものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、複数
の界磁巻線を有するステータと、該ステータ内に回転自
在に配設された永久磁石を有するロータとを有し、前記
界磁巻線に流す電流を順次切り換えて該界磁巻線によっ
て作られる回転磁界に追従して前記永久磁石が回転する
ブラシレス直流モータにおいて、前記永久磁石が回転す
ることによって前記界磁巻線に発生する誘起電圧を積分
する積分回路と、該積分回路の積分出力電圧を基準電圧
と比較し、該積分出力電圧が前記基準電圧を越えた期間
に対応するパルス電圧を得る比較回路とを有し、該パル
ス電圧を他の界磁巻線の駆動電圧として印加するように
したことを特徴としたものである。
の界磁巻線を有するステータと、該ステータ内に回転自
在に配設された永久磁石を有するロータとを有し、前記
界磁巻線に流す電流を順次切り換えて該界磁巻線によっ
て作られる回転磁界に追従して前記永久磁石が回転する
ブラシレス直流モータにおいて、前記永久磁石が回転す
ることによって前記界磁巻線に発生する誘起電圧を積分
する積分回路と、該積分回路の積分出力電圧を基準電圧
と比較し、該積分出力電圧が前記基準電圧を越えた期間
に対応するパルス電圧を得る比較回路とを有し、該パル
ス電圧を他の界磁巻線の駆動電圧として印加するように
したことを特徴としたものである。
【００１９】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記パルス電圧の発生タイミングを早める手段を有
することを特徴としたものである。
て、前記パルス電圧の発生タイミングを早める手段を有
することを特徴としたものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】直流モータのコミュテータの役割
は、ロータの回転位置に対応して、直流を通電するコイ
ルを切り換えて選択することである。この機能は、ロー
タの回転位置を検出すれば、半導体スイッチに置きかえ
ることによって解決できる。また、ロータに巻いたコイ
ルが、遠心力でバラバラに分解するという問題点は、ロ
ータ側を単なる直流磁界（永久磁石）とし、ステータ側
に回転磁界を作るコイルを設けることにより解決でき
る。
は、ロータの回転位置に対応して、直流を通電するコイ
ルを切り換えて選択することである。この機能は、ロー
タの回転位置を検出すれば、半導体スイッチに置きかえ
ることによって解決できる。また、ロータに巻いたコイ
ルが、遠心力でバラバラに分解するという問題点は、ロ
ータ側を単なる直流磁界（永久磁石）とし、ステータ側
に回転磁界を作るコイルを設けることにより解決でき
る。
【００２１】以上の２点は、かなり前から考えられてお
り、ロータ磁極の位置検出のために、ホール素子を２個
９０度ずれて配置し、この出力信号によって、コイルに
通電する半導体素子を選択するという方式が実用されて
きた。しかし、この方式は、ホール素子に一定の直流電
流を流すための導線２本およびホール素子の出力電圧を
伝えるための導線４本が必要であるという欠点を有して
いた。
り、ロータ磁極の位置検出のために、ホール素子を２個
９０度ずれて配置し、この出力信号によって、コイルに
通電する半導体素子を選択するという方式が実用されて
きた。しかし、この方式は、ホール素子に一定の直流電
流を流すための導線２本およびホール素子の出力電圧を
伝えるための導線４本が必要であるという欠点を有して
いた。
【００２２】本発明は、ロータの位置検出用に附加的な
素子を使用することなく、ロータの位置に対応したコイ
ル通電を可能にするものである。
素子を使用することなく、ロータの位置に対応したコイ
ル通電を可能にするものである。
【００２３】図１は、本発明が適用される直流モータの
動作原理を説明するための概略構成図で、ステータコア
２０の内側に、Ａ相及びＢ相の巻線（コイル）２１，２
２が固定されており、このコイルの内側にコイルと空隙
をおいて永久磁石のロータ１０が配置され、ロータ１０
の中心軸上にシャフト１１があり、このシャフト１１
は、ベアリングを介してステータ２０と一体のフレーム
で支えられている。
動作原理を説明するための概略構成図で、ステータコア
２０の内側に、Ａ相及びＢ相の巻線（コイル）２１，２
２が固定されており、このコイルの内側にコイルと空隙
をおいて永久磁石のロータ１０が配置され、ロータ１０
の中心軸上にシャフト１１があり、このシャフト１１
は、ベアリングを介してステータ２０と一体のフレーム
で支えられている。
【００２４】図１に示した構造のモータでは、ロータ１
０が回転すると該ロータ１０の永久磁石Ｎ・Ｓがコイル
２１，２２に対して回転するので、図２に示すように、
コイル２１，２２に交流電圧が発生する。ＶAはＡ相の
コイル２１に発生する電圧，ＶBはＢ相のコイル２２に
発生する電圧である。
０が回転すると該ロータ１０の永久磁石Ｎ・Ｓがコイル
２１，２２に対して回転するので、図２に示すように、
コイル２１，２２に交流電圧が発生する。ＶAはＡ相の
コイル２１に発生する電圧，ＶBはＢ相のコイル２２に
発生する電圧である。
【００２５】この電圧誘起の原理は、先に説明したとお
りである。なお、図１４では、ステータ側に駆動コイル
があり、ロータ側が永久磁石になっているので、図１の
場合とは磁石とコイルの配置が入れ代っているが、これ
は相対的なもので等価である。
りである。なお、図１４では、ステータ側に駆動コイル
があり、ロータ側が永久磁石になっているので、図１の
場合とは磁石とコイルの配置が入れ代っているが、これ
は相対的なもので等価である。
【００２６】また、図１５の場合、コイルＣ1の面が丁
度磁石の磁界Ｂと平行な場合、磁石の回転に伴う誘起電
圧Ｖiが最大となることは（３）式で、ωｔ＝０の時、
Ｖiが最大となることから容易に理解できる。また、こ
のコイルと磁界の位置関係が図１５の場合、コイルに電
流を流すと最も大きな駆動トルクが発生する。その理由
は、磁界Ｂが電流Ｉに及ぼす力Ｆは、この磁界中を横切
る導体の長さｌ（エル）と巻数Ｎに比例し（磁界Ｂ，電
流Ｉ，力Ｆはベクトル量）、
度磁石の磁界Ｂと平行な場合、磁石の回転に伴う誘起電
圧Ｖiが最大となることは（３）式で、ωｔ＝０の時、
Ｖiが最大となることから容易に理解できる。また、こ
のコイルと磁界の位置関係が図１５の場合、コイルに電
流を流すと最も大きな駆動トルクが発生する。その理由
は、磁界Ｂが電流Ｉに及ぼす力Ｆは、この磁界中を横切
る導体の長さｌ（エル）と巻数Ｎに比例し（磁界Ｂ，電
流Ｉ，力Ｆはベクトル量）、
【００２７】
【数６】
【００２８】となることからである（図１５の配置の
時、（６）式で求まる力Ｆは、ＢとＩに垂直となり、コ
イル面に垂直であるから最大の回転トルクを生じる）。
時、（６）式で求まる力Ｆは、ＢとＩに垂直となり、コ
イル面に垂直であるから最大の回転トルクを生じる）。
【００２９】以上のことから、コイルに流す電流は、そ
のコイルの起電力が最大の位相の時に流せば、トルクを
最も大きくできることがわかる。そのためには、図３
（Ａ）に示すように、モータのコイルに生じる誘起電圧
ＶAと閾値電圧Ｖthとを、コンパレータ（比較器）に入
力させ、ＶA＞Ｖthの区間（θ1〜θ2の間）に、図３
（Ｂ）に実線にて示すような出力をとり出し、これを、
図４に示すＡ相の半導体スイッチＳＡの正電圧半波用半
導体スイッチのゲートに加える。Ａ相の負電圧半波用半
導体スイッチのゲートには、Ａ相誘起電圧の負の半波
で、｜ＶA｜＞｜Ｖth｜が成り立つ範囲（θ1＋π）〜
（θ2＋π）の間（図３（Ｂ）に波線にて示す）、負側
コンパレータの出力を出させ、これを負電圧半波用半導
体スイッチのゲートに加える。
のコイルの起電力が最大の位相の時に流せば、トルクを
最も大きくできることがわかる。そのためには、図３
（Ａ）に示すように、モータのコイルに生じる誘起電圧
ＶAと閾値電圧Ｖthとを、コンパレータ（比較器）に入
力させ、ＶA＞Ｖthの区間（θ1〜θ2の間）に、図３
（Ｂ）に実線にて示すような出力をとり出し、これを、
図４に示すＡ相の半導体スイッチＳＡの正電圧半波用半
導体スイッチのゲートに加える。Ａ相の負電圧半波用半
導体スイッチのゲートには、Ａ相誘起電圧の負の半波
で、｜ＶA｜＞｜Ｖth｜が成り立つ範囲（θ1＋π）〜
（θ2＋π）の間（図３（Ｂ）に波線にて示す）、負側
コンパレータの出力を出させ、これを負電圧半波用半導
体スイッチのゲートに加える。
【００３０】図４に示す半導体スイッチＳＡは、この正
半波用半導体スイッチと負半波用半導体スイッチを複合
したブリッジ形式のスイッチである。Ｂ相側にも同様な
半導体スイッチＳＢが入っており、Ａ相コイル及びＢ相
コイルに印加される電圧は、図５（Ａ），（Ｂ）に示す
ようになる。
半波用半導体スイッチと負半波用半導体スイッチを複合
したブリッジ形式のスイッチである。Ｂ相側にも同様な
半導体スイッチＳＢが入っており、Ａ相コイル及びＢ相
コイルに印加される電圧は、図５（Ａ），（Ｂ）に示す
ようになる。
【００３１】原理的には、上述の通りで良いが、実際の
場合は、モータの回転速度を低い値から高い値まで、制
御しなければならない。従って、図３に示したように、
各相コイルの誘起電圧と閾値Ｖthとの比較を行う時に
は、誘起電圧も閾値電圧Ｖthもともにその振幅が回転速
度に比例しているので、回転速度を広い範囲で制御しな
ければならない時には、回路動作がやりにくい。本発明
は、この欠点をなくしたものである。
場合は、モータの回転速度を低い値から高い値まで、制
御しなければならない。従って、図３に示したように、
各相コイルの誘起電圧と閾値Ｖthとの比較を行う時に
は、誘起電圧も閾値電圧Ｖthもともにその振幅が回転速
度に比例しているので、回転速度を広い範囲で制御しな
ければならない時には、回路動作がやりにくい。本発明
は、この欠点をなくしたものである。
【００３２】今、図２に示すＡ相コイル誘起電圧ＶA及
びＢ相コイル誘起電圧ＶBを積分回路を通して積分する
と、Ａ相コイルおよびＢ相コイルに鎖交する磁束量φに
比例する電圧ＶφA，ＶφBが得られる。これは既に
（５）式で示したところである。この磁束量φは、ロー
タの永久磁石によって作られるものであるから、その振
幅は当然回転数と無関係に一定である。但し、正弦波電
圧を積分すると、図６に示すように、位相が９０°おく
れる。従って、ＶAを積分して得た電圧ＶφAと閾値の比
較で得たゲート駆動電圧ＧPAはＢ相側の半導体スイッチ
を制御するのに用い、ＶBを積分して得た電圧ＶφBと閾
値の比較で得たゲート電圧はＡ相側の半導体スイッチを
制御するのに用いる。なお、図７に該誘起電圧ＶA，ＶB
を積分してＶφA，ＶφBを得るための電気回路の一例を
示す。
びＢ相コイル誘起電圧ＶBを積分回路を通して積分する
と、Ａ相コイルおよびＢ相コイルに鎖交する磁束量φに
比例する電圧ＶφA，ＶφBが得られる。これは既に
（５）式で示したところである。この磁束量φは、ロー
タの永久磁石によって作られるものであるから、その振
幅は当然回転数と無関係に一定である。但し、正弦波電
圧を積分すると、図６に示すように、位相が９０°おく
れる。従って、ＶAを積分して得た電圧ＶφAと閾値の比
較で得たゲート駆動電圧ＧPAはＢ相側の半導体スイッチ
を制御するのに用い、ＶBを積分して得た電圧ＶφBと閾
値の比較で得たゲート電圧はＡ相側の半導体スイッチを
制御するのに用いる。なお、図７に該誘起電圧ＶA，ＶB
を積分してＶφA，ＶφBを得るための電気回路の一例を
示す。
【００３３】各相コイルの誘起電圧ＶA，ＶBは、駆動用
の短形波電圧が印加されるので波形に著しい歪みが生じ
る。図８は、これをうまく取り出すための回路例を示す
図で、図８（Ａ）のＥiは、各相コイルの誘起電圧であ
り、ｒは各相コイルの内部抵抗、Ｌはコイルのインダク
タンス、Ｒは各相コイルと電源電圧Ｅ0との間に挿入し
た外部抵抗である。なお、図８（Ｂ）には、１相分のみ
を示した。
の短形波電圧が印加されるので波形に著しい歪みが生じ
る。図８は、これをうまく取り出すための回路例を示す
図で、図８（Ａ）のＥiは、各相コイルの誘起電圧であ
り、ｒは各相コイルの内部抵抗、Ｌはコイルのインダク
タンス、Ｒは各相コイルと電源電圧Ｅ0との間に挿入し
た外部抵抗である。なお、図８（Ｂ）には、１相分のみ
を示した。
【００３４】図８に示したように、図中のＸ点、Ｙ点、
Ｚ点とアースとの間の電圧を、それぞれＶ1，Ｖ2，Ｖ3
とし、電源からコイルに流入する電流をｉとすると、キ
ルヒホッフの法則により、
Ｚ点とアースとの間の電圧を、それぞれＶ1，Ｖ2，Ｖ3
とし、電源からコイルに流入する電流をｉとすると、キ
ルヒホッフの法則により、
【００３５】
【数７】
【００３６】が成り立つ。インダクタンスＬは小さいの
で無視することにすると、
で無視することにすると、
【００３７】
【数８】
【００３８】が得られる。従って、コイルの内部抵抗ｒ
と外部抵抗Ｒが測定されていれば、Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3を図
８（Ｂ）の演算回路で演算して、（８）式のようにコイ
ル誘起電圧Ｅiを検出することができる。なお、図８
（Ｂ）でＶ1，Ｖ2，Ｖ3を抵抗分割で１／６に分圧する
のは、演算増幅器Ａ1，Ａ2，Ａ3に過大入力が加わらな
いようにしたものであり、本質的なものではない。
と外部抵抗Ｒが測定されていれば、Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3を図
８（Ｂ）の演算回路で演算して、（８）式のようにコイ
ル誘起電圧Ｅiを検出することができる。なお、図８
（Ｂ）でＶ1，Ｖ2，Ｖ3を抵抗分割で１／６に分圧する
のは、演算増幅器Ａ1，Ａ2，Ａ3に過大入力が加わらな
いようにしたものであり、本質的なものではない。
【００３９】なお、コイル誘起電圧Ｅiを積分して得た
磁束波形に比例する電圧Ｖφと閾値Ｖthとを比較する比
較回路には、図９，図１０に示すように、出力がＯＦＦ
からＯＮになる時と、ＯＮからＯＦＦになる時とでは、
若干の差（ヒステリシス）εが存在する。そのため、コ
ンパレータ出力波の位相が、磁束波形のピーク値を中心
として対称にならず、若干（ε／２）遅れることにな
る。
磁束波形に比例する電圧Ｖφと閾値Ｖthとを比較する比
較回路には、図９，図１０に示すように、出力がＯＦＦ
からＯＮになる時と、ＯＮからＯＦＦになる時とでは、
若干の差（ヒステリシス）εが存在する。そのため、コ
ンパレータ出力波の位相が、磁束波形のピーク値を中心
として対称にならず、若干（ε／２）遅れることにな
る。
【００４０】また、急激に負荷が加わった時にロータの
回転が急速に低下するという過渡現象を生じる。このよ
うな場合には、ゲート駆動電圧（コンパレータ出力）の
位相が磁束波形よりは若干進んでいることが望ましい。
このように、ゲート駆動電圧と磁束波形との間の位相関
係を若干任意に調整しうるようにするためには、以下の
ようにすれば良い。
回転が急速に低下するという過渡現象を生じる。このよ
うな場合には、ゲート駆動電圧（コンパレータ出力）の
位相が磁束波形よりは若干進んでいることが望ましい。
このように、ゲート駆動電圧と磁束波形との間の位相関
係を若干任意に調整しうるようにするためには、以下の
ようにすれば良い。
【００４１】Ａ相電圧ＶAとＢ相電圧ＶBの間には、図１
１に示すように、９０°の位相差があるので、ＶAにＶB
の−ｋ倍を加算（電圧としても、ベクトルとしても加
算）すると、ＶAよりも
１に示すように、９０°の位相差があるので、ＶAにＶB
の−ｋ倍を加算（電圧としても、ベクトルとしても加
算）すると、ＶAよりも
【００４２】
【数９】
【００４３】だけ位相が進む。
【００４４】この位相シフト量θは、回転速度（すなわ
ち、周波数）には無関係に一定となるので、大変都合が
良い。他の方法、例えば、ＲとＣよりなる移相回路は、
周波数依存性が激しいので、広い周波数（回転速度）範
囲で用いることができない。
ち、周波数）には無関係に一定となるので、大変都合が
良い。他の方法、例えば、ＲとＣよりなる移相回路は、
周波数依存性が激しいので、広い周波数（回転速度）範
囲で用いることができない。
【００４５】これまで述べてきたことは、２相駆動のモ
ータの場合であったが、図１１に示したように、位相が
異なる電圧（ベクトル）を適宜係数をかけてベクトル合
成することによって、任意の位相の電圧を周波数（回転
速度）によらず作り出すこの方式は、３相駆動の場合に
も用いることができる。
ータの場合であったが、図１１に示したように、位相が
異なる電圧（ベクトル）を適宜係数をかけてベクトル合
成することによって、任意の位相の電圧を周波数（回転
速度）によらず作り出すこの方式は、３相駆動の場合に
も用いることができる。
【００４６】すなわち、図１２に示すように、Ａ相，Ｂ
相，Ｃ相のコイル誘起電圧にＶA，ＶB，Ｖcを積分し
て、Ａ，Ｂ，Ｃ相の磁束波形電圧ＶφA，ＶφB，Ｖφc
のいずれか２つを作る。例えば、ＶφAとＶφBを作れ
ば、この２つのベクトルを合成して、ＶA，ＶB，Ｖcと
同相の電圧を作ることができる。
相，Ｃ相のコイル誘起電圧にＶA，ＶB，Ｖcを積分し
て、Ａ，Ｂ，Ｃ相の磁束波形電圧ＶφA，ＶφB，Ｖφc
のいずれか２つを作る。例えば、ＶφAとＶφBを作れ
ば、この２つのベクトルを合成して、ＶA，ＶB，Ｖcと
同相の電圧を作ることができる。
【００４７】図１３に示す係数ｋ1A，ｋ1B，ｋ2A，
ｋ2B，ｋ3A，ｋ3Bは全て係数で、回路上で云えば、抵抗
分割の割り合いで定まる値である。図中のベクトル合成
は、回路的には加算器で電圧の和をとれば良いので、２
つの相のコイル誘起電圧を積分して、２つの相のコイル
と鎖交する磁束波形電圧を作れば、あとは加算回路で各
相のゲート駆動信号を作るための電圧を作ることができ
る。この電圧は、周波数（回転速度）の大幅変化に対し
ても、位相も電圧も一定であるため、一定の閾値によっ
て、常に適切なゲート駆動電圧を比較器出力として得る
ことができ、これで各相の半導体スイッチを制御すれば
安定したモータ回転を実現できる。
ｋ2B，ｋ3A，ｋ3Bは全て係数で、回路上で云えば、抵抗
分割の割り合いで定まる値である。図中のベクトル合成
は、回路的には加算器で電圧の和をとれば良いので、２
つの相のコイル誘起電圧を積分して、２つの相のコイル
と鎖交する磁束波形電圧を作れば、あとは加算回路で各
相のゲート駆動信号を作るための電圧を作ることができ
る。この電圧は、周波数（回転速度）の大幅変化に対し
ても、位相も電圧も一定であるため、一定の閾値によっ
て、常に適切なゲート駆動電圧を比較器出力として得る
ことができ、これで各相の半導体スイッチを制御すれば
安定したモータ回転を実現できる。
【００４８】
【発明の効果】本発明によると、従来の直流モータの欠
点であるコミュテータの破損や分解をなくし、しかも、
超高速で回転する信頼性の高いモータを、従来の直流モ
ータの特徴である「回転速度が広範囲に変化でき、負荷
トルクによる速度低下が少い」というメリットを損うこ
とのなく、実現することができる。
点であるコミュテータの破損や分解をなくし、しかも、
超高速で回転する信頼性の高いモータを、従来の直流モ
ータの特徴である「回転速度が広範囲に変化でき、負荷
トルクによる速度低下が少い」というメリットを損うこ
とのなく、実現することができる。
【図１】 本発明が適用される直流モータの動作原理を
説明するための概略構成図である。
説明するための概略構成図である。
【図２】 コイルに発生する力及び誘起電圧を説明する
ための図である。
ための図である。
【図３】 コイルに発生する誘起電圧と閾値との関係を
説明するための図である。
説明するための図である。
【図４】 モータの駆動電圧の印加方法を説明するため
の図である。
の図である。
【図５】 モータに印加する駆動電圧の波形例を説明す
るための図である。
るための図である。
【図６】 本発明によるモータ駆動電圧を説明するため
の図である。
の図である。
【図７】 誘起電圧を積分する回路例を示す図である。
【図８】 モータ駆動電圧作成回路の一例を示す図であ
る。
る。
【図９】 比較回路のヒステリシスを説明するための図
である。
である。
【図１０】 図９に示したヒステリシスによる駆動電圧
を説明するための図である。
を説明するための図である。
【図１１】 移相（進相）例を示す図である。
【図１２】 移相（進相）例を示す図である。
【図１３】 移相（進相）例を示す図である。
【図１４】 従来の直流モータの動作原理を説明するた
めの図である。
めの図である。
【図１５】 コイルに発生する力及び誘起電圧を説明す
るための図である。
るための図である。
【図１６】 従来の直流モータの問題点を説明するため
の図である。
の図である。
１０…ローラ（永久磁石）、１１…回転軸、２０…ステ
ータ、２１，２２…巻線、Ｂ1，Ｂ2…ブラッシ、Ｃ1〜
Ｃ3…コイル、Ｓ1〜Ｓ6…セグメント、Ｍ…モータ。
ータ、２１，２２…巻線、Ｂ1，Ｂ2…ブラッシ、Ｃ1〜
Ｃ3…コイル、Ｓ1〜Ｓ6…セグメント、Ｍ…モータ。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平４−317584（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−153581（ＪＰ，Ａ)
特開 昭54−46309（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H02P 6/18
Claims (2)
- 【請求項１】 複数の界磁巻線を有するステータと、該
ステータ内に回転自在に配設された永久磁石を有するロ
ータとを有し、前記界磁巻線に流す電流を順次切り換え
て該界磁巻線によって作られる回転磁界に追従して前記
永久磁石が回転するブラシレス直流モータにおいて、前
記永久磁石が回転することによって前記界磁巻線に発生
する誘起電圧を積分する積分回路と、該積分回路の積分
出力電圧を基準電圧と比較し、該積分出力電圧が前記基
準電圧を越えた期間に対応するパルス電圧を得る比較回
路とを有し、該パルス電圧を他の界磁巻線の駆動電圧と
して印加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。 - 【請求項２】 前記パルス電圧の発生タイミングを早め
る手段を有することを特徴とする請求項１に記載のブラ
シレス直流モータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35088096A JP3373379B2 (ja) | 1996-12-27 | 1996-12-27 | ブラシレス直流モータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35088096A JP3373379B2 (ja) | 1996-12-27 | 1996-12-27 | ブラシレス直流モータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10201285A JPH10201285A (ja) | 1998-07-31 |
| JP3373379B2 true JP3373379B2 (ja) | 2003-02-04 |
Family
ID=18413527
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35088096A Expired - Fee Related JP3373379B2 (ja) | 1996-12-27 | 1996-12-27 | ブラシレス直流モータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3373379B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4927000B2 (ja) * | 2000-09-18 | 2012-05-09 | エドワーズ株式会社 | センサレスブラシレスモータの制御回路、センサレスブラシレスモータ装置、及び真空ポンプ装置 |
| JP5574155B2 (ja) * | 2010-02-23 | 2014-08-20 | 株式会社ジェイテクト | モータ制御装置 |
| US10644548B1 (en) | 2017-03-05 | 2020-05-05 | Apple Inc. | Scanning motor with built-in magnetic stiffness |
| US10775612B2 (en) * | 2017-03-05 | 2020-09-15 | Apple Inc. | Resonant scanning mirror with both magnetic and mechanical torsion springs |
-
1996
- 1996-12-27 JP JP35088096A patent/JP3373379B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10201285A (ja) | 1998-07-31 |
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