JPS58130787A

JPS58130787A - 直流モ−タ

Info

Publication number: JPS58130787A
Application number: JP57010720A
Authority: JP
Inventors: Makoto Goto; 誠後藤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1982-01-26
Filing date: 1982-01-26
Publication date: 1983-08-04

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は直流モータ、さらに詳しくは電源から供給され
る電力を効率良く利用するようにした電子整流子形（ブ
ラシレス形）の直流モータに関するものである。

従来、たとえば直流モータに速度制御を施こす場合など
では、出力電圧の一定な直流電源からトランジスタ等を
用いて減圧・制御し、モータの速度に対応した駆動電圧
を駆動巻線に供給していた。

この様な構成では、直流電源の供給電力は駆動巻線での
有効消費電力とトランジスタのコレクタ損失の和となる
。通常の直流モータにおいては、トランジスタのコレク
タ損失がかなり大きく、電源の供給電力に対する有効消
費電力の比（ｆＩｌ、カ効率）は小さく、１０チ〜３０
チ程度であった。特に、速度可変範囲の広い多段速度切
換えができる直流モータや、駆動力の可変範囲の広い巻
取用の直流モータでは、低速度動作時および低駆動力動
作時の効率が著しく悪くなっていた。

そのような欠点を解消するために、本出願人は特願昭６
４−１７３７５号において、可変出力の直流電圧を取り
出すことのできるスイノチノグ方式の電圧変換器を使用
した重力効率の良い直流モータについて、電子整流ｆ−
形の直流モータを例にとって説明している。ところで、
このような電子整流子形の直流モータにおいては、駆動
巻線に駆動トランジスタを介して直流・電圧を供給して
いる。

各駆動トランジスタはモータ可動部（ロータ）の位置に
応動してオフ・オフする９、い１、速度制御を施こす場
合を考えると、モータの起動・加速段階においては、前
記市川変換器の出力電圧が大きくなり駆動巻線に大電流
を供給する必要があり、駆動トランジスタのベース直流
を大きくしなければならない。一方、所定速度にて制御
さ、ｔＬでいる状態（定速回転制御状態）において、市
川変換器の出力電圧は負荷トルクと逆ｊＪｇ＋Ｉｊ）Ｅ
（モータの回転速度に比例）に応動した所要の値となり
、駆動トランジスタの駆動巻線への供給上流は起動・加
速時と比較すればかなり小さな値と在る（−例をあげれ
ば、起動特約２Ａで定速市１］岬時２５０　ｍＡ程度と
なる）。従って、起動時の大電流時に必要とされる駆動
トランジスタのベース電流に較べて、定速制御時に必要
とされるベース電流は大幅に小さくなる。その結果、起
動時の大電流通電（起動トルクを大きくするために必要
とされる）を可能とするベース直流を常時駆動トランジ
スタに与えるようにするならば、定速回転時の小電流通
電時において大幅な損失電力を生じて好ましくない。

前述の引例では、駆動トランジスタをダーク／トン接続
された２個のトランジスタによって構成し、ベース蹴流
値の絶対値自体を小さくなしている。しかし、この様な
構成では、オン時の飽和電圧がｖＣＥ（ｓａｔ）（ダ　’Ｊ／トン）＝ｖＢＥ＋ｖＣＥ
（ｓａｔ）と通常のトランジスタ飽和電圧ＶＣｌ　（ｓ
ａｔ）＝　”〜０．６Ｖ（通Ａ４［ＫＪ：る）ｊリモＶ
　Ｂ　ｇ＋　０．７　Ｖも大きくなり、ダーリントン接
続された駆動トランジスタでの゛電力損失が大きくなり
、好ましくない。

本発明は、そのような点を考慮し、電圧変換器の出力電
圧を検出し、その検出値に応・助し、て駆動トランジス
タのベース直流を増減することによって（駆動トランジ
スタはオフ・オフ動作）、低電流通“電動作時のベース
車流損失を小さくなした゛電子整流子形の直流モータを
提供するものである。

以下、本発明を図示の大施例にもとついて説明する。

第１図は、本発明の一刈施例を表わす上気回路である。

同図において、１は直流電源、２はモータ可動部（ロー
タ）にとりつけられた界磁用のマグネット、３，４．５
はマグネット２の磁束と鎖交する３相の駆動巻線、６は
モータ＋ｉｆ動部の位置を検出する位置検出器、７，８
．９は巻線３＋　　’＋６への電流路を切換える駆動ト
ランジスタ群であり、破線にて囲まれたＭｌｆ分１ｏは
直流電源１と駆動巻線３，４．５の間に仲人されたスイ
ッチフグ方式の市川変換器、１１は位置検出器６の出力
に応動して駆動トランジスタ７．８．９の＋１ｊｉ　電
を制御する分配器、１２は分配器１１に直流を供給する
電流供給器である。

また、１３はマグネット２の回転速度を検出し、その速
度に対応した電圧信号を得る速度検出器であるＯ次に、その動作について説明する。マグネット２（モー
タ町動部）の回転速度を速度検出器１３にて検出し、そ
の速度に対応した電圧信号ｖｄを電圧変換器１ｏのスイ
ッチング制御器２１に入力する。スイッチング制御器２
１は、たとえば鋸歯状波発振器とコノパレータによって
構成され（周知の各種の構成が利用できる）、入力され
た電圧に対応したデユーティ比のパルス信号を作シ、ス
イッチング・トランジスタ２２をオン・オフ制御する。

インダクタ素子２４．コンデンサ２６およびフライホイ
ール・ダイオード２３によって平滑され、電圧変換器１
０の出力電圧ｖｃはスイッチング・トランジスタ２２の
オン時間比率に対応した値、すなわち、速度検出６１３
の出力電圧■ｄに対応した値となる。

位置検出器６はマグネット２の磁束を感知するホール素
子とその出力を整形・合成する回路によジタル的な電圧
信号を分配４Ｓ１１の各トランジスタ３４，３６．３６
のベース端子に印加している。

分配器１１のトランジスタ３４，３６．３６はエミッタ
を共通接続され、そのベース電位の最も低いトランジス
タが活性となり、他のトランジスタは不活性となる。そ
の結果、分配器１１の入力電流（共通エミッタ電流）は
活性なトランジスタのコレクタ電流となり、他のトラン
ジスタのコレクタ電流は零となる。分配器１１のトラン
ジスタ３４．３５．３６の各コレクタ亀流はそれぞれ駆
動トランジスタ７．８．９のベース電流となり、駆動ト
ランジスタ７．８．９’ｉオン・オフ制御する。

分配器１１の共通エミッタ直流は電流供給器１２によっ
て供給さｌし”Ｃいる。直流０（給ン：・；１２はＩＬ
１１変換器１０の出力車圧■ｃを抵抗２７によ−）て検
出し、その１ｕ圧１直Ｖ。が人さく４二る１１−分配イ
Ｊ１１への供給電流を大きくシ（従っ−Ｃ駆＋ｌのトラ
ンジスタのベース電流は大きくなる）、電圧値■。が小
さくなると分配器１１への供給電流を小さくしている（
従って駆動トランジスタのベース電流は小さくなる）。

すなをち、ｖｃが大きくなると抵抗２７の両端電圧が大
きくなり、トランジスタ２８゜抵抗２９の電流が大きく
なる。トランジスタ２８゜３０、　抵に２９，３１はカ
レントミラー回路を形成し、トランジスタ３０のコレク
タ電流が大きくなり、この電流がトランジスタ３２．３
３によって反転されて分配器１１への供給電流となる。

電圧変換器１０の出力電圧ｖｃが小さいときには、主に
電流源２６の電流が分配器１１に供給される。

このように、電圧変換器１０の出力電圧ＶＣを検出し、
その値に応じて駆動トランジスタのベース電流を変える
ならば、起動・加速時の大電流動作時においても駆動ト
ランジスタに十分なベース電流が供給できると共に、定
速回転制御状態における大電流動作時のベース電流も小
さくでき、定速回転時のベース眠流損失は著しく減少す
る。

これについて説明すれば、起動・加速段階においてマグ
ネット２の回転速度が遅い場合には、速度検出器１３の
出力電圧Ｖｄは小さく、スイッチング制御器２１はスイ
ッチング・トランジスタ２２のオン時間比率を大きくし
て、電圧変換器１０の出力電圧Ｖ。を大きくし、駆動巻
線に大電流を供給し、大きな速トルクを得ている。いま
、巻線抵抗をｒ二１０Ω、ｖｏの最大値を１９Ｖとする
と、起動時に駆動トランジスタ？、８．９は１８■／１
ｏΩ＝　ｔ、ｓ　Ａ通電する（飽和重圧を１Ｖとする）
。

このとき、駆動トランジスタの直流増幅率ｈＦＥを４０
とすると、起動時に必要なベースＩＩＬ流は１．９Ａ／
４０＝４５ｍＡとなる。

電圧変換器１ｏの出力１Ｌ圧■。が大きいと抵抗２７の
電流が大きくなり、電流供給器１２の出力電流を大きく
して、位置検出器６および分配器１１によって選択され
た駆動トランジスタに大きなベース電流（５０ｍＡ程度
）を供給する１）その結果、駆動トランジスタは大電流
をｊｍ！してオン状態（飽和動作）となり、対応する駆
動巻線にその電流を供給してマグネット２との相互作用
にＬって大きな加速トルクを発生する。

マグネット２が所定の回転速度まで加速されると速度検
出器１３の出力電圧ｖｄは大きくなり、スイッチング制
御器２１はスイッチ／グΦトランジスタ２２のオン時間
比率を小さくなし、電圧変換器１０の出力電圧Ｖ。を小
さくして、定速回転制御状態にいたる。いま、逆起電圧
が小さいものとして無視し、Ｖ、＝３Ｖ　　とすると、
駆動トランジスタの通ｉｔ流は２．６Ｖ／１０Ω＝　２
５０　ｍＡとなる（飽和電圧を０．６Ｖとする）。従っ
て、駆動トランジスタをオンさせるのに必要なベース電
流は２６０／４０＝６．２５ｍＡとなり、少しの余裕を
みて８ｍＡ程度のベース電流を供給すれば駆動トランジ
スタは確実にオン（飽和動作）となる。

すなわち、駆動トランジスタのベース電流は、起動時４
５　ｍＡ必要なのに対して軽負荷トルクにて定速回転制
御されている時にはａ、２ｓｍＡで良く、その差３８．
７５ｍＡだけ小さくしても良い。その結果、駆動トラン
ジスタを確実にオン・オフ動作させながらも、そのベー
ス電流損失は著しく軽減される。

第２図に本発明の他の実施例を表わす電気回路図を示す
。本実施例では、第１図に示した実施例の電流供給器１
２にトランジスタ４ｏを追加し、定速回転制御状態にお
ける逆起電圧の大きなモータにおいて、さらにベース電
流損失を減少させたものである。

これについて、ｒ、Ｊ”１３図全会照（２て説明する。

第３図は定速回転制御状態において駆動トランジスタ７
が通屯している時の駆動在線３の１今価回路図である。

モータが定速回転すると各、１駆動蓚線ににｔ逆起重圧
が誘起さね、巻線へのｒｌｉ流を減少させる方向に作用
する。その結果、巻線３にｆａｔ給される電流は ”＝　（Ｖｃ−”Ｂ−ｖＣＥ（ｓａｔ））／ｒ　　　・
−・（りとなる。いま、定速回転時の逆起重圧をｊ！：
　Ｂ　＝　９　Ｖとし、Ｖｏ＝１２Ｖ、ｖＣＥ（ｓａリ
ュｏ、ｓＶ、ｒ＝１０Ωとすると、Ｉ　＝　２５０　ｍ
八となり、駆動トランジスタのｈ　Ｎ　Ｅ−４０として
必要なベース直流は２５０　／　４０　＝　６．２５ｍ
Ａとなル。すナワチ、■　が１２Ｖと比較的大きな値で
あるが、駆動巻線に生じる逆起電圧ＥＢが９ｖとかなり
大きいために、駆動トランジスタの必要ベース電流は６
．２５ｍＡとかなり小さくて良い。

電流供給器１２に追加されたトランジスタ４゜のベース
端子には速度検出器１３の出力電圧ｖｄが、印加されて
いる。速度検出器１３の出力電圧ｖｄは、起動・加速段
階（速度が遅い状態）ではその電圧値が小さく（２Ｖ程
度）、所定速度にて定速制御状態ではその電圧値は大き
くなる（負荷トルクによって変動するが通常９■程度で
安定すす）０電圧変換器１ｏの出力電圧と速度検出器１
３の出力電圧ｖｄはトランジスタ４ｏによって比較され
、ＶｏがＶｄより０，７Ｖ（ベース・エミッタ間順方向
電圧降下）以−Ｆ大きい場合には、その差電圧（Ｖｏ−
Ｖｄ−０，７）を抵抗２７の抵抗値で割った値の電流値
がトランジスタ２８，３０．抵抗２９．３１に供給され
、定電流源２６の電流と合成されて電流供給器１２の出
力電流となる。

従って、駆動トランジスタに供給されるベース電流は（
Ｖｏ−Ｖｄ−０，７）に応動するようになり、定速回転
制御時においてｒ１駆動トランジスタの通電電流ＩＣ（
１）式〕の逆起電圧ＥＢによる減少に対応して、そのベ
ース電流も小さくされ、ベース電流損失を著しく軽減さ
せている。

さらに、起動・加速時の大直流１．ｌｎ屯時には、速度
検出５１３Ｌ７）出力）ｈ、１：ｆ：、Ｖ　ｄは小さく
、差１ｕ圧（ＶＣ−Ｖｄ−０，７）　　が大きくとれる
ために、駆動トランジスタに供給されるベース直流は１
に圧変換器１０の出力電圧■。に応じた大きな値となゆ
、駆動トランジスタを十分にオフ・オフ動作させる。

（第２図の実施−ｊは逆起電圧の大きな１１．５連回転
制御される直流モータに櫓している。、、：ｔ／と、第
１図の実施列は逆起電圧の小さな低速回転＋＆ｌＩ岬さ
れる直流モータに適している。）第４図に本発明の他の実施例を表わす市電１０回路図を
示す。本実施例では、電圧変換器１０の正極側端子に−
４（コレクタ端子）が共通接続され、各出力端子（エミ
ッタ端子）が駆動％１ｐＪ　ａ　、　　４　。

６に接続された第１の駆動トランジスタ１４゜１５．１
６と、電圧変換器１０の負極側端子に−端（エミッタ端
子）が共通接続され、各出力端子（コレクタ端子）が第
１の駆動トランジスタ１４゜１６．１６の各出力端子に
接続された第２の駆動トランジスタ７．８．９を設けて
、駆動巻線３゜４．６の電流路を正極側および負極側の
両方で切換えて、常時２つの駆動巻線に直流を供給する
ことによって巻線の利用効率を向上させたものであるＱ次に、その動作について説明する。マグネット２の回転
速度を速度検出器１３にて検出し、その回転速度に応じ
た電圧信号ｖｄを出力する。速度検出器１３の出力電圧
■ｄに応じて、電圧変換器１０のスイッチング制御器２
１はスイッチング・トランジスタ２２０オン時間比率を
制御し、ダイオード２３．インタツタ素子２４．コンデ
ンサ２５で平滑して、出力電圧■。を制御している。

電圧変換器１０の出力電圧ｖｃは、第１の駆動トランジ
スタ１４．ｉ５，１６および第２の駆動トランジスタ７
．８．９を介して駆動巻＄３１４９６に印加される。

マグネット２のｌｒ＋１転位１ｆｔを位置倹１！旨１（
６にて検出し、その位置に応じたディジタル的なＩＩＪ
、圧１６号（６本）を分配器１１に入力する。分配器１
１は第１の差動回路６１と第２の差動回路６２とカレン
トミラー回路６３，６４．６５によ−・て構成され、第
１および第２０差動回路６１．６２のトラ／ジスタ４１
，４２，４３，３４，３６．３６の各ベース端子にはそ
れぞれ位置検出器６の出力電圧が印加されている。

第１の差動回路６１はトランジスタ４１，４２゜４３の
ベース市川（位置検出イ咎６の出力１に圧）に応じて１
個のトランジスタが活性と／ｒす、共通エミッタ電流（
電流供給器１２の出力ｉ［流）をコレクタ側に分配する
。そのコレクタ電流はカレントミラー回路６３，６４．
６５を介して第１の駆動トランジスタ１４，１５．１６
のヘ−スｌ［Ｃ流となり、位置検出器６の出力に応じた
第１の駆動トランジスタを常時１個オフ状態となし−Ｃ
いる。

また、第２０差動回路６２はトランジスタ３４゜３５．
３６のベース屯圧（位置検出器６の出力電圧）に応じて
１個のトランジスタが活性となり、共通エミッタ電流（
電流供給器１２の出力電流）をコレクタ側に分配する。

そのコレクタ電流は第２の駆動トランジスタ７、　８．
９のベース電流となり、位置検出器６の出力に応じた第
２の駆動トランジスタを常時１個オフ状態となしている
。

分配器１１の第１と第２の差動回路６１．６２の共通エ
ミッタ直流は電流供給器１２によって供給されている。

電流検出器１２は電圧変換器１゜の出力電圧Ｖ。を抵抗
２７によって検出し、その電圧値■。が大きくなると分
配器１１への供給電流を大きくして第１および第２の駆
動トランジスタへのベース電流を大きくシ、電圧値Ｖ。

が小さくなると分配器１１への供給電流を小さくして第
１および第２の駆動トランジスタへのベース電流を小さ
くしている。

その結果、起動・加速時の大電流動作時にも十分なベー
ス直流を第１と第２の駆動トランジスタに供給すると共
に、定速回転制御時の小電流動作時にはそのベース電流
は必要最小限よりも少し多い程度まで小さくなし、ベー
スＥＥ流］ｉ失を著しく軽減している。

第６図は本発明の更に他の実施例を表、Ｉ）す１Ｅ気回
路図である。本実施例では、第４図に示した実施例の電
流供給器１２にトランジスタ４０を追加し、定速回転制
御状態ＶＣおける逆起重圧の大きなモータにおいて、さ
らにベース電流４ｔｉ失を減少させたものである。電流
供給器１２の動作は第２図の実施例の説明と同゛様であ
り、回・伝叱度に応動する速度検出器１３の出力電圧■
ｄを利用し、■。

とＶｄを比較することにより、起動・加速時のｖｄの小
さい時にはその差（ｖｏ−’ｖｄ）が大きくなり電流供
給器１２の出力電流（駆動トランジスタのベース電流）
を犬きくして火直流１出１１ｉ、する駆動トランジスタ
を確実にオン・オフ動作させると共に、定速回転制御時
のｖｄの大きいときにはその差（Ｖｏ−Ｖｄ）は小さく
なり、電流供給器１２の出力電流（駆動トランジスタの
ベース市＃ｒ、）を小さくして駆動トランジスタのベー
ス市流損失を小さくしている（駆動トランジスタはオノ
拳オフ動作）。

（第６図の実施例は駆動巻線に生じる逆起電圧の比較的
大きな高速回転制御される直流モータに適している。ま
た、第４図の実施例は逆起電圧の小さな低速回転制御さ
れる直流モータに適してい親）なお、前述の実施例では
、３相の駆動巻線を使用した例を示したが、本発明はそ
のような場合に限らず、一般に、複数相の駆動巻線を有
する直流モータを構成できる。捷だ、星形結線に限らず
環状結線でも良い。さらに、位置検出器６．速度検出器
１３およびスイッチング制御器２１は周知の各種の構成
が採用できる。

また、分配器１１．電流供給器１２．駆動トランジスタ
７．８．９（および１４．ｔｓ、　　１ｅ）を含めてシ
リコンチップ上に集積回路（ＩＣ）化することもげ能で
ある。

以上の説明から明らかなように、本発明の直流モータは
電力効率の良い電子整流子形の直流モータとなっている
０従って本発明にもとづいて、乾蓼池を電源とする音響
・映像機器用の直流モータを構成するならば、消費重力
の小さい１ｕ池寿命の長い機器を実現することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一寿Ｊ！ＭりＩＪを衣わず電気回路図
、第２図は本発明の他の友施例を人わず市電１「す路内
、第３図はその効果を説明するための回路図、第４図お
よび第５図はそれぞれ本発明の他の実施例を表わす電気
回路図である。１・・・・・・直流電源、２・・・−・・マグネ７）、
３゜４．６・・・・・・駆動巻線、６・・・・・・位置
検出器、７゜８．９・・・・・・駆動トラ７ジスタ（捷
たは第２の駆動トランジスタ）、１ｏ・−・・・・重圧
変換器、１１・・・・・・分配器、１２・・−・・・１
［流供給器、１３・・・・・速度検出器、１４，１５．
１６・・−・・・第１の駆動トラ７ジスタ、２１・・・
・・・　スイノナノグ市１１呻器〇代理人の氏名　弁理
モ　中　尾　敏　男　ほか１名第　２　図／３ｉ　第３ｆ！１

Claims

【特許請求の範囲】

（１）モータ可動部の位置を検出する位置検出手段と、
複数相の駆動巻線と、前記駆動巻線への電流路を切換え
る駆動トランジスタ群と、前記位置検出手段の出力に応
動して前記駆動トランジスタ群の通電を制御する分配手
段と、直流電源と、前記直流電源から可変出力の直流電
圧を得るスイッチング方式の電圧変換手段と、前記分配
手段に電流を供給する電流供給手段とを具備し、前記電
流供給手段は、前記電圧変換手段の出力電圧を検出して
、その出力電圧に応動して前記分配手段への供給電流を
変化させ、前記出力電圧が大きくなると前記駆動トラン
ジスタのベース電流を大きくし、前記出力電圧が小さく
なると前記駆動トランジスタのベース電流を小さくする
ように構成されていることを特徴とする直流モータ。
（２）モータ可動部の位置を検出する位置検出手段と、
複数相の駆動巻線と、直流電源と、前記直流電源から可
変出力の直流電圧を得るスイッチング方式の電圧変換手
段と、前記電圧変換手段の正極側端子に一端が共通接続
され、各出力端トが前記駆動巻線に接続された第１の駆
動トランジスタ群と、前記電圧変換手段の負極側端子に
一端が共通接続され、各出力端子が前記第１の駆動トラ
ンジスタの各出力端子に接続された第２の駆動トラノジ
スタ群と、前記位置検出手段の出力に応動して前記第１
および第２の駆動トランジスタ群の通Ｅｌｊを制御する
分配手段と、前記分配り段に直流を供給する電流供給手
段とを具（１ｉ！ｉ　Ｌ、前ｉｉ己市直流給手段は、前
記電圧変換手段の出力電圧を検出して、その出力電圧に
応動して前ｄピ分分配段−＼の直流を変化させ、前記出
力゛電圧が大きくなると前記第１および第２の駆動トラ
ンジスタのベース電流を大きくし、前記出力電圧が小さ
くなると前記第１および第２の駆動トランジスタのベー
ス電流を小き　　　　□くするように構成されているこ
とを特徴とする直搏壬−タ。