JPH0347439Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は直流無刷子電動機に係り、２つのホー
ル素子のうちのいずれか一方のホール素子に対応
したトランジスタに流れる電流を制御するだけで
４つの固定子巻線に流れる電流の振幅を制御し
得、部品点数が少なく、簡単に構成し得る直流無
刷子電動機に関する。

（従来の技術） 第２図Ａ，Ｂは夫々一般の直流無刷子電動機の
概略正面図及びステータコイルとホール素子との
位置関係図を示す。同図において、永久磁石の底
面に８極着磁されたロータ１は、その軸２を軸受
け３に軸承されている。ステータコイルL₁〜L₄
上にロータ１の着磁面に対向して設けられてお
り、コイルL₁とコイルL₂（コイルL₃とコイルL₄）
とは例えば電気角で3π／２ラジアンの位相差、
コイルL₂とコイルL₃（コイルL₄とコイルL₁）とは
例えば電気角で5π／２ラジアンの位相差を有す
る。ホール素子HG₁，HG₂は例えば電気角で
π／２ラジアンの位相差を以て基板４に取付けら
れている。なお、ホール素子HG₁とコイルL₄と
は電気角でπラジアンの位相差を有する。

第４図は第２図Ａ，Ｂに示す構成を有する直流
無刷子電動機の従来の駆動回路の一例の回路図を
示す。同図において、ホール素子HG₁，HG₂の
電流端子に電流を端子に電流を流すと、ロータの
回転に伴つてその電圧端子，，，より第
３図A′，Ｂに示す如き出力電圧e₁′，e₃′，e₂，e₄
がとり出され、トランジスタQ₅′〜Q₈は電圧e₁′，
e₂，e₃′，e₄の低レベル期間導通される。トラン
ジスタQ₅′〜Q₈の導通によりトランジスタQ₁′〜
Q₄が導通され、ステータコイルL₁〜L₄に同図Ｃ
〜Ｆに示す如きコイル電流i₁′〜i₄′が電気角90°の
位相差を以て順次時分割的に流れてロータを一方
向に回転させる。

この際、端子１に入来するロータの回転速度に
応じた速度誤差信号によつてコイル電流i₁′〜i₄′
の振幅が制御され、速度制御される。即ち、例え
ばトランジスタQ₁′がオンされてコイルL₁に電流
i₁′が流れている期間、電流i₁′の振幅は抵抗R₁に
て検出され、この検出電圧V₁₁と速度誤差信号電
圧V_sにとよつてトランジスタQ₁₁，Q₉のエミツタ
電流が制御され、コイルL₁に流れる電流i₁′は速
度誤差信号に応じて変化する。コイルL₁，L₃に
流れる電流i₁′，i₃′はトランジスタQ₁₁，Q₉，
Q₅′，Q₇′，Q₁′，Q₃′、抵抗R₁による負帰還増幅
回路で制御される一方、コイルL₂，L₄に流れる
電流i₂′，i₄′は、トランジスタQ₁₂，Q₁₀，Q₆，
Q₈，Q₂，Q₄、抵抗R₂による負帰還増幅回路で上
記の場合と同様に制御される。

（考案が解決しようとする課題） ところで、この従来の回路はコイル電流i₁′〜
i₄′を制御するための回路として、上記のように
コイルL₁，L₃に対応する負帰還増幅回路及びコ
イルL₂，L₄に対応する負帰還増幅回路の２系統
必要であり、このため、特に、抵抗R₁及び抵抗
R₂の夫々の抵抗値、トランジスタQ₁₁及びトラン
ジスタQ₁₂の夫々のベース・エミツタ間電圧に
夫々正確に揃つていなければならない。然るに、
一般に、抵抗、トランジスタ等は周囲温度の変化
や経年変化等の影響でその特性は不斉一になり易
く、特に、大電流の流れる抵抗R₁，R₂はその影
響が著しく、この結果、トルクリツプルや回転む
らを生じ易い欠点があつた。

又、この従来の回路は、上記負帰還増幅回路を
２系統必要とするため、回路が複雑で、安価に構
成し得ない欠点があつた。

（課題を解決するための手段） 本考案は上記課題を解決するために、永久磁石
を含む回転子と、この回転子の回転位置を検出
し、その出力信号が電気角で略π（ｎ＋（1/2））ラ
ジアン（ｎは零または整数）の位相差を有する第
１及び第２のホール素子と、電気角で互いにπ
（ｎ＋（1/2））ラジアン（ｎは零または整数）だけ
離して配置し、かつそれぞれの一端が共通接続さ
れる第１、第２、第３、第４相の固定子巻線と、
前記第１相の固定子巻線の他端と電源の一端との
間にそのコレタクタとエミツタとが接続される第
１のトランジスタと、前記第２相の固定子巻線の
他端と前記電源の他端との間にそのコレクタとエ
ミツタとが接続される第２のトランジスタと、前
記第３相の固定子巻線の他端と前記電源の一端と
の間にそのコレクタとエミツタとが接続される第
３のトランジスタと、前記第４相の固定子巻線の
他端と前記電源の他端との間にそのコレクタとエ
ミツタとが接続される第４のトランジスタと、前
記第１のホール素子の出力信号に応じて前記第１
及び第３のトランジスタのコレクタ−エミツタ間
を飽和状態と遮断状態とにそれぞれ制御する第１
及び第３の回路手段と、前記第１および第３のト
ランジスタの飽和状態を前記回転子の回転誤差に
基づく速度誤差信号に応じて制御する第１の制御
手段と、前記第２ホール素子の出力信号に応じて
前記第２及び第４のトランジスタのコレクタ−エ
ミツタ間を導通状態と遮断状態とにそれぞれ制御
する第２及び第４の回路手段と、前記第１乃至第
４相の固定子巻線に流れる全電流に基づいた信号
を検出する手段と、前記全電流に基づいた信号と
前記速度誤差信号とに応じて前記第２及び第４の
トランジスタの前記導通状態時のコレクタ−エミ
ツタ間のインピーダンスを制御する第２の制御手
段とを備えたことを特徴とする直流無刷子電動機
を提供する。

（実施例） 第１図以下と共にその一実施例について説明す
る。

第１図は本考案になる直流無刷子電動機の一実
施例の回路図を示す。同図中、ホール素子HG₁，
HG₂及びステータコイルL₁〜L₄の夫々の取付位
置は第２図Ａ，Ｂに示す如くである。コイルL₁
の一端、コイルL₂の一端、コイルL₃の一端、コ
イルL₄の一端は夫々互いに共通に接続されてお
り、コイルL₁の他端はトランジスタQ₁のコレク
タに、コイルL₂の他端はトランジスタQ₂のコレ
クタに、コイルL₃の他端はトランジスタQ₃のコ
レクタに、コイルL₄の他端はトランジスタQ₄の
コレクタに夫々接続されている。トランジスタ
Q₁のベースはトランジスタQ₅を介してホール素
子HG₁の電圧端子に、トランジスタQ₃のベー
スはトランジスタQ₇を介してホール素子HG₁の
電圧端子に、トランジスタQ₂のベースはトラ
ンジスタQ₆を介してホール素子HG₂の電圧端子
に、トランジスタQ₄のベースはトランジスタ
Q₈を介してホール素子HG₂の電圧端子に夫々
接続されている。

トランジスタQ₁，Q₃のエミツタは電源の正端
子V₁に、トランジスタQ₅，Q₇のエミツタは共通
に接続されてトランジスタQ₂₀を介して速度誤差
信号入力端子１に接続されていると共に、トラン
ジスタQ₂₀、抵抗R₂₀を介して電源の負端子V₂に
接続されている。トランジスタQ₆，Q₈のエミツ
タは共通に接続されて抵抗R₂₁、トランジスタ
Q₂₁、抵抗R₂₂を介して電源の正端子V₁に接続さ
れており、トランジスタQ₂，Q₄のエミツタは抵
抗R₀を介して電源の負端子V₂に接続されている
一方、抵抗R₂₄、トランジスタQ₂₂を介して端子
１及びトランジスタQ₂₁のベースに接続されてお
り、更に、抵抗R₂₃を介して電源の正端子V₁に接
続されている。

同図において、ホール素子HG₁，HG₂の電流
端子に電流が供給され、ロータが回転されると、
ホール素子HG₁の電圧端子，より第３図Ａ
に示す電圧e₁，e₃、ホール素子HG₂の電圧端子
，より同図Ｂに示す電圧e₂，e₄が夫々とり出
される。電圧e₁の正電圧期間（e₁＞e₃の期間、電
気角π）トランジスタQ₅、電圧e₃の正電圧期間
（e₃＞e₁の期間）トランジスタQ₇、電圧e₂の負電
圧期間（e₂＜e₄の期間、電気角π）トランジスタ
Q₆、電圧e₄の負電圧期間（e₄＜e₂の期間）トラン
ジスタQ₈が夫々導通状態とされ、これ以外の期
間は遮断状態とされる。これにより、トランジス
タQ₁，Q₃は電圧e₁，e₃の高レベル期間は飽和状
態、低レベル期間は遮断状態、トランジスタQ₂，
Q₄は出力電圧e₂，e₄の低レベル期間は導通状態、
高レベル期間は遮断状態とされる。

第３図Ｃ〜Ｆに示す如く、例えば、０〜π／２
の期間において、トランジスタQ₁，Q₄が導通状
態、トランジスタQ₂，Q₃が遮断状態であるので、
電源の正端子V₁からの電流はトランジスタQ₁、
コイルL₁，L₄、トランジスタQ₄、抵抗R₀を介し
て電源の負端子V₂に流れる。即ち、コイルL₁に
電流i₁、コイルL₄に電流I₄が流れる。次に、π／
２〜πの期間において、トランジスタQ₁，Q₂が
導通状態、トランジスタQ₃，Q₄が遮断状態であ
るので、電源の正端子V₁からの電流はトランジ
スタQ₁、コイルL₁，L₂、トランジスタQ₂、抵抗
R₀を介して電源の負端子V₂に流れる。即ち、コ
イルL₁に電流i₁、コイルL₂に電流i₂が流れる。こ
の他の期間においてもこれと同様の動作にて各コ
イルL₁〜L₄には同図Ｃ〜Ｆに示す如き電流i₁〜i₄
が流れる。

この時、トランジスタQ₁，Q₃の飽和状態及び
遮断状態、即ちスイツチングは、それぞれトラン
ジスタQ₅，Q₇によりトランジスタQ₁，Q₃のベー
ス電流を制御して行なわれる。

従つて、トランジスタQ₁，Q₃のベース電流は
これらを飽和状態にするために十分大きいことが
必要であるが、あまり大き過ぎるとトランジスタ
Q₁，Q₃のベース電流が電源の電力損失を招き、
かつ例えばトランジスタQ₁，Q₂の電流の流れる
期間（流通角）が電気角でπラジアンよりも大き
くなつて、トルクの減少や電力損失を招く。これ
はコイルL₁乃至L₄のいずれかのコイルもトルク
を発生する期間（角度）はコイルと回転子の相対
位置において、電気角でπラジアンの範囲である
からである。

トランジスタQ₁，Q₃のベース電流は適当な値
に制御される。その為にトランジスタQ₁，Q₃の
電流は制御するトランジスタQ₅，Q₇を、端子１
に入来する速度誤差信号V_sが供給されてその導
通状態を制御されるトランジスタQ₂₀にて制御す
ることによりトランジスタQ₁，Q₃のコレクタ−
エミツタ電流の振幅を制御している。

一方、トランジスタQ₂，Q₄は、電圧e₂，e₄の
出力に応じて制御されるトランジスタQ₆，Q₈に
て導通状態及び遮断状態を繰返され、そのエミツ
タ電流を、端子１に入来する速度誤差信号V_sを
供給されてその導通状態を制御されるトランジス
タQ₂₂にて制御される。トランジスタQ₂₂は、そ
のベースに速度誤差信号、そのエミツタにコイル
電流i₁〜i₄の振幅に応じた電圧が抵抗R₂₄を介して
印加されているので、コイル電流i₁〜i₄の振幅は
速度誤差信号V_s及びコイルL₁〜L₄の電流値に応
じたものとなる。

この場合、コイル電流i₁〜i₄の電流値は、トラ
ンジスタQ₂，Q₄の直流電流増幅率h_feの値には殆
ど関係なく、速度誤差信号に応じて制御される。
これにより、各相の電流のばらつきに起因するト
ルクむらが少なく、回転むらも少ない。

上記の如く、トランジスタQ₁，Q₃は適当なベ
ース電流が与えられる限り、電流の切換時以外は
飽和状態が遮断状態で動作する為、そのコレクタ
損失はトランジスタQ₂，Q₄のコレクタ損失より
小さく、比較的小型のトランジスタ使用すること
が可能である。

ところで、コイル電流i₁〜i₄を制御する回路は
上記の如く、トランジスタQ₂₂，Q₂₁，Q₆，Q₈，
Q₂，Q₄、抵抗R₀等にて構成される負帰還増幅回
路であり、コイルL₁，L₃及びコイルL₂，L₄に対
して共通である。従つて、第２図に示す負帰還増
幅回路を２系統必要とする従来の回路のように各
系統における抵抗やトランジスタ等の特性が正確
に揃つている必要はなく、回路が簡単で、安価に
構成し得る。

なお、第４図中、トランジスタQ₂，Q₄を飽和
状態及び遮断状態の繰返しで動作させ、トランジ
スタQ₁，Q₃のエミツタ電流を速度誤差信号にて
制御するように構成してもよい。

（考案の効果） 上述の如く、本考案になる直流無刷子電動機
は、固定子巻線が２個直列接続で電流制御され、
しかも速度誤差信号による電流制御系が従来の如
く２系統では無く、１系統であるため、回路構成
が簡単で、かつ素子の特性のばらつきによる悪影
響が少なくトルクむらも少ない特長が有る。

上記に加え、第１〜第４のトランジスタの内２
個のトランジスタは比較的小さい許容コレクタ損
失のものが使用出来ることもあつて、安価でもあ
る。

更に、回転運転中４相の固定子巻線（コイル）
は電源に対して従来は２つが並列に、本考案は２
つが直列に接続される事になるので、従来と本考
案との電動機の電源に対する負荷を等しくするに
は、コイルの線積率（単位当りのコイルの線断面
積の割合）が略等しいとすると、従来に比例して
本考案の電動機の１つのコイルの抵抗値は1/4倍、
巻数は1/2倍、線径は√２倍となる。

ここで、各コイルに発生する逆起電力は巻数に
比例するので、本考案の電動機の１つのコイルに
発生する逆起電力は従来に比較して1/2倍である。
本考案では２つのコイルが直列に接続されるが、
それらは電気角でπ（ｎ＋（1/2））ラジアンの位相
差があるので、従来よりも少ない逆起電力である
為、高速回転時にもコイルへの供給電流を大きく
出来、大トルクが得られる特長が有る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の直流無刷子電動機の一実施例
の回路図、第２図Ａ，Ｂは一般の直流無刷子電動
機の概略正面図及びステータコイルとホール素子
との位置関係図、第３図Ａ〜Ｆは従来および本考
案の直流無刷子電動機の動作説明用信号波形図、
第４図は従来の電動機の回路図である。 １……速度誤差信号入力端子、HG₁，HG₂…
…第１、第２のホール素子、L₁〜L₄……第１〜
第４相の固定子巻線（コイル）、Q₁〜Q₄……第１
〜第４のトランジスタ、Q₅〜Q₈，……第１〜第
４の回路手段（トランジスタ）、Q₂₀，Q₂₂……第
１、第２の制御手段（トランジスタ）、R₀，R₂₀
〜R₂₃……抵抗、V₁，V₂……電源の端子、V_s…
…速度誤差信号。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 永久磁石を含む回転子と、 この回転子の回転位置を検出し、その出力信号
   が電気角で略π（ｎ＋（1/2））ラジアン（ｎは零ま
   たは整数）の位相差を有する第１及び第２のホー
   ル素子と、 電気角で互いにπ（ｎ＋（1/2））ラジアン（ｎは
   零または整数）だけ離して配置し、かつそれぞれ
   の一端が共通接続される第１、第２、第３、第４
   相の固定子巻線と、 前記第１相の固定子巻線の他端と電源の一端と
   の間にそのコレタクタとエミツタとが接続される
   第１のトランジスタと、 前記第２相の固定子巻線の他端と前記電源の他
   端との間にそのコレクタとエミツタとが接続され
   る第２のトランジスタと、 前記第３相の固定子巻線の他端と前記電源の一
   端との間にそのコレクタとエミツタとが接続され
   る第３のトランジスタと、 前記第４相の固定子巻線の他端と前記電源の他
   端との間にそのコレクタとエミツタとが接続され
   る第４のトランジスタと、 前記第１のホール素子の出力信号に応じて前記
   第１及び第３のトランジスタのコレクタ−エミツ
   タ間を飽和状態と遮断状態とにそれぞれ制御する
   第１及び第３の回路手段と、 前記第１および第３のトランジスタの飽和状態
   を前記回転子の回転誤差に基づく速度誤差信号に
   応じて制御する第１の制御手段と、 前記第２ホール素子の出力信号に応じて前記第
   ２及び第４のトランジスタのコレクタ−エミツタ
   間を導通状態と遮断状態とにそれぞれ制御する第
   ２及び第４の回路手段と、 前記第１乃至第４相の固定子巻線に流れる全電
   流に基づいた信号を検出する手段と、 前記全電流に基づいた信号と前記速度誤差信号
   とに応じて前記第２及び第４のトランジスタの前
   記導通状態時のコレクタ−エミツタ間のインピー
   ダンスを制御する第２の制御手段とを備えたこと
   を特徴とする直流無刷子電動機。