JPS58172994A - ブラシレスモ−タ - Google Patents

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】 本発明はブラシレスモータに関し、特に回転子て“は、
例えば３相の固定子コイルを有するモータの場合、回転
子が電気角で１２０°回転する毎に各相に順次電流を流
すようにしている。このために回転子の位置を検出する
位置検出器が設けられている。ブラシレスモータでは最
適トルクを発生するように回転子と電流切換えのタイミ
ングの位相を合わせるということを行っているために、
上記位置検出器を３個用い、これらを電気角で１２０゜
間隔を似って配置するようにしている。而して近年にお
ける機器の小型化に伴いモータの小型化も進み、このた
めモータに接続される回路部品等を配置するスペースに
余裕がなくなって来ている・上記位置検出器としてはホ
ール素子が広く用いられているか、このホール素子を３
個配置するスペースが充分にとれなくなって来ている・
またホール素子を用いた検出器には８〜１２本のリード
線が接続されるが、その配線スペースが不足している。

さらにホール素子を用いた検出器は、消費電力が漬方化
の観点から無視できない大きさとなっている。

本発明は上記の実情に鑑み成されたもので以下本発明の
実施例を図面と共に説明する。

本発明は前述した位置検出器を省略し、その代ｐに固定
子コイルへの通電によって、このコイルに誘起される誘
起電圧を回転子の位置検出信号として用いるようにした
ものである。

第１図はＵ相、■相、Ｗ相の６相コイルを有するブラシ
レスモータにおける各相コイルの誘起電圧と通電時間と
の関係を示す。尚、回転子マグネットは細波に着磁され
ているものとする。

図において、各相に発生する誘起電圧ＥＵ１Ｅｖ１６１
　は順次２／３πづつずれて発生する。即ち、ＥＵ＝動
θ　・−・・・・・・・・・・・・・■Ｅｖ＝ｓｉ１１
（θ−２１５ｙｒ）　−・・−−−−−・−・・・・−
ｃｌ。

〜＝ｍ（θ−４／３π〕　・・・・−・・・・・・・・
・・α）また各相の通電時間Ｔ。％　”Ｖ　、　’ｒｗ
は、対応する誘起電圧が基準電位ｖ８の、−一において
ピーク値のｉ以下のレベルにある範囲と夫々対応してい
る。

この範囲は回転子の１２０°の電気角と対応する〇モー
タがＵ相→Ｖ相→Ｗ相の顔に通１ｔされるものとすると
、各相の通電切換え時点１．．１２，１，１４における
、通電開始点の相の誘起電圧ｖ２と次に通電すｔ’する
相（’１８起’ＮＥ圧Ｖ１とは、ＮニＶ、：Ｖ２＝　２
：　−１の関係となっている。従って、各通電時間ＴＵ
％Ｔｖ１Ｔｗと各誘起電圧ＥＵ％Ｅｖ％ＥＷ　とは次の
関係にある。

従ってモータの駆動回路においてはＥＵ、　ＥｖｌＥｗ
を検出して、各電圧が上記■■■式を満足する範囲でＴ
υ、ＴＶ、　Ｔ、を設定するように成せばよい。

第２図に上述の原理を適用したモータ駆動回路の第１の
実施例を示す。面、第２図の右端の■、０点は左端の■
、０点に接続されるものとする。

図において、各相のコイル（ＩＵＸＩＶＸＩＷ）は夫夫
トランジスタＱ、Ｑ、２Ｑｓ　　がオンとなることによ
って、基準電圧ｙ８の電源端子１２）から電流が供給さ
れて順次に通電される。この通電によって各コイルの一
端に誘起電圧ＥＵ、　Ｅｖ、〜が現われる。

上記Ｑ、Ｑｚ　　Ｑｉ　　はそれらのベースに接続され
た比較器（３ＵＸ３ｖＸ３ｗ）の出力が「Ｈ」（高レベ
ル）のときにオンと成される。これらの比較器（３Ｕ）
（３ｖＸ３ｗ）のマイナス端子は０起電圧検出点■■［
有］に接続され、プラス端子はトランジスタＱ４、Ｑ５
、よすＱ８を介してオン・オフ制御され、Ｑ４はＱｌの
オン・オフによりＱ？を介してオン・オフ制御される。

各コイル（ｉｌｌ）（ＩＶＸＩＷ）の一端は誘起電圧検
出用抵抗”Ｒ，、Ｒ２，を介して相互に接続されておシ
、このＲ１とＲ２の接続点が検出点■■■となっている
。

Ｒ，Ｒ２の抵抗臘はＲ，：　Ｒ２＝２　！　１に選ばれ
ている。従って、検出点■においては＋Ｅｖ十ＥＵか検
出され、検出点■においては十〜十〜が検出され、検出
点（３１１こおいては−４−ＥＵ十〜が検出され６次に
上記構成による動作について説明する。

第１図の１４時点において比叡賦几β出力がｒＨＪとな
ってＱ、がオンとなシ、コイル（１Ｕ）が通電されてい
るとする。このときＱ２がオフ、ＱｌがオンでＱ４がオ
フとなっている＝このため比較器（６Ｕ）のプラス端子
は略■ｓとなっている。また検出点■の電圧は略■８と
なっている。これによってこの比較器（６Ｕ）の出力が
ｒＨＪとなっているａｔたＱｉがオフ、Ｑ８がオンでＱ
、がオフとなっている。このため比ＶＷ（３ｙ）のプラ
ス端子が略■８となっている。また検出点■の電圧は■
８よ）高くなっている。これによってこの比較＆（３Ｖ
）の出力が「Ｌ」〔低レベル（略接地電位）〕となって
Ｑ２をオフにしている。

またＱ、のオンに１ｂＱｔがオフでＱ６かオンとなって
いる。このため比較部ｈ）のプラス端子がｒＬＪとなっ
ている。また検出点［有］の電圧はＶｓよシ縄＜なって
いる。これによってこの比較器（６Ｗ）の出力がｒＬＪ
となってＱｓをオフにしている。

この状態で回転子が１２０°圓転してｔ２時点になると
、検出点■の電圧が■８となるため比較器（３Ｖ）の出
力がｒＬＪからｒＨＪとなる。これによってＱ２がオン
となってコイル（Ｉｖ）に通電が開始されると共に、Ｑ
アがオフ、Ｑａがオンとなる。このため比較器（６Ｕ）
のプラス端子がｒＬＪとなる。このとき検出点■の電圧
は接地′−位よシ高いため比較器（６Ｕ）の出力は「Ｈ
」から「Ｌ」となる。従ってＱ、がオフとなってコイル
（１Ｕ）の通電が遮断される。

またＱｌのオフによりＱ９がオンとなシ、Ｑ６がオフと
なる。このため比較器（６ｗ）のプラス端子が略■８と
なる。このとき検出点［有］の電圧はＶ８よシ高いため
、この比較器（６ｗ）の出力はｒＬＪを保持している。

これによってＱ３がオフを保持し、コイル（１ｗ）ヘノ
通電が禁止される。

次に１ｊ時点になると各相の回路の状態が隣の相に移行
して同様の動作が行われる。この結果、Ｗ相が通電され
ると共にＶ相の神−が遮断され、Ｕ相のオフ状態が保持
される。そしてｔ４時点で初期状態に戻９、以下同様の
動作が繰シ返される。この一連の動作によって前記■、
■、０式が順次に満足されて、各相の通電時間ＴＵＴｖ
Ｔｗが順次に設定される。

以上述べた第２図の駆動回路はモータを正転させる場合
であるが、次にモータを正転・逆転に切換え可能にした
駆動回路１こついて説明する。

第２図の場合はＵ相→■相→Ｗ相の順に通電して正転さ
せているが、逆転させる場合はＵ相→Ｗ相→■相の順に
通電させればよい。これを第２図の回路で行う場合は、
例えばＵ相がオンの状態では、比Ｍ　器（３Ｕ）のマイ
ナス端子にコイル（１Ｕ）の誘起電圧ＥＵとコイル（１
ｗ）の＋の電圧とを加える必要がある。また通電時間Ｔ
Ｕが終了したとき、次ｊこコイル（１ｗ）が通電開始さ
れるように成すと共に、比較器（３■、）の出力を保持
して、■相のオフ状態を保持する必要がある。他のＷ相
、■相のオン状態及び通電時間Ｔｗ１Ｔ■の終了時点に
おいても、他の相ｌ（ついて上述と同様の状態が設定さ
れる必豊かある。

融６図は逆転時におけるＥ（７、Ｅｗ、　Ｅｙ　（！：
　’ｆ’Ｕ、　１＋ｗ％Ｉｌｌ■　との関係を示す０ま
た第４図は上記の原理ζこ基いて逆転を行うようにした
本発明の第２の実施例による駆動回路の実施例を示すも
ので、第２図と対応する部分には同一符号を付しである
。

第３図によればＥｕ　１Ｂｗ　、Ｅｖと’ｒＵＳ’ｒＷ
％ＴＶとは次の関係となる。

’１”Ｕ（ｉ、→ｔ、）　　２　＋Ｂｕ≦ｖ８→娶＋Ｅ
ｗ＝ｖ８・・・・・・−・・■Ｔ、（ｔ２→１．）Ｆ　
Ｂｗ≦ｖｓ→ヤ＋Ｅｖ＝■８・・・・・・・−・■第４
図において、検出点■、■、■は第２図の検出点■、■
、■と対応する。これらの検出点呟■、■には、その相
の誘起電圧と画一の相の誘起電圧の十の電圧とが加えら
れるように成されている。即ち、検出点■にはＥＵが加
えられると共に、コイル（１ｗ）からダイオードＤ、及
び抵抗Ｒ４を弁してｉ均、の電圧と、コイル（１、）か
らＤ２、”１を介して＋４の電圧とが加えられる。検出
点■にはＥＹが加えられると共に、コイル（１Ｕ）から
Ｄｓ、　）ｉ、、を介して＋４の電圧と、コイル（１ｗ
）からＤａＲ１＋介して↑へＱ電圧とが加えられる。検
出点■には〜が加えられると共に、コイル（１ｖ）から
Ｄｓ、Ｒ，を介して十Ｅｖの電圧と、コイル（１Ｕ）か
らり、　　Ｒ，を介して↑ＥＵの電圧とが加えられる。

また正転・逆転切換えスイッチ（４）が設けられていて
、正転・逆転に応じて設けられたトランジスタに選択的
に電圧■８を供給するようにしている。

即ち、正転側のトランジスタＱ７Ｑ８　　Ｑ、９　　と
対応して逆転側のトランジスタＱ１ｏ　Ｑｌｌ　Ｑｌ２
が設けられ、スイッチ（４）の切換えに応じてＱ７〜Ｑ
、又はＱ、ａ〜Ｑ＋２のコレクタに電圧■８が加えられ
るようにしている。また正転側のトランジスタＱ４　　
Ｑ５　　Ｑ４に対応して逆転側のトランジスタＱ１５　
　Ｑｌ４　　Ｑ＋ｓが夫々Ｑ４〜Ｑ６に並列接続されて
いる。０れらのＱ１ｓ〜Ｑ１ｓは夫々前記Ｑ１ｏ　−Ｑ
ｌ２によってオン・オフ１ｆｔｌＯＩ４１される。また
正転時には、ＱｌによすＱ、か、Ｑ２によシＱ４か、Ｑ
ｓによりＱ８が夫々ＩＩＪ御される。

逆転時にはＱｌによシＱ＋＋が、Ｑ２によシＱＢが、Ｑ
ｓによシＱ１◎が夫々制御される。

上記構成によれば、スイッチ（４）を正転側に閉ざせば
、第２図と実質的に等しい回路が構成され、第１図のタ
イミングに従って各相がＴＵ、　ＴＶ、　Ｔ。

の順で通電されてモータが正転する。スイッチ（４１を
逆転側に閉させば、第２図の相順が入れ替えられた回路
が構成される。そして第６図のタイミングに従って各相
がＴＵ、　’ｒｗ　１ＴＶの順に通電されてモータが逆
転される。

次にモータの起動回路について説明する。

上述した第１及び第２の実施例では、回転子が加振され
て誘起電圧が発生すれば通電すべき相を判定することが
できるが、電源投入時の初期状態で回転子が全く回転し
ない場合は回転が不可能となる。これを防ぐために起動
回路が必要となる。

第４図の回路においては前述したように通電可能な相は
常に１相だけであシ、また通電の後先順位はスイッチ（
４）の状態によって決められている。

回転子が停止している状態で、図の■、■、０点に点に
Ｖ８よルも低いトリガ電圧を同時に印加する。

するとスイッチ（４）が正転側にある場合は、前妃颯■
、０式のうちの一つの状態に必ずなり、スインちの一つ
の状態に必ずなる。これによってコイル（１υバ１■Ｘ
１．）のうちの一つが通電される。さらにトリガ電圧を
加えるとスイッチ（４）で決められた方向ｌζ通電され
る相が移ヤ、これによシ回転子が起動される。

第５図は上記原理に基く起動回路を備えた本発明の第３
の実施例による駆動回路を示す０本実施例では上記トリ
ガ電圧を得るための起動回路にマルチバイブレータ（５
）を用いている。このマルチバイブレータ（５）の出力
はトランジスタＱ１６を介しそのコレクタから抵抗Ｒ３
を通じ、さらにダイオードＤ、　　Ｌ１８Ｄ、を介して
◎、■、０点に夫夫加えられるＣ１４がオンのとき◎、
■、０点の電位は略接地電位となり　ｓ　Ｃ１６カオフ
ニするとＣ１（ト）、り点は夫々Ｄ２、Ｄ４、Ｄ６のス
レッシ曹ルド電圧ｖ、、ｅけＶ８よシ薦いレベルとなる
。このと！■、■、□□□式及び［有］、■、■式のう
ちの一つの状態となって、１つのコイルが通電される。

Ｑ１０が丹びオフとなった後、オンとなるとスイッチ（
４）で定めめられた相に状態が移行してモータが起動さ
れる０そして同期がとれるまでトリガパルスが加えられ
る。尚、トリガ電圧を◎、■、０点でなく、■、■、０
点に加えるようにしてもよい。

第６図は起動回路の他の実施例を示す０この回路は＃１
５図のマルチバイブレータ（５）に代えて用いられるも
ので、のこぎり波発振回路に構成されている。第５図の
コイル（１υ）（１ｖＸＩＷ）のダイオード側の一端は
８６図の入力端子点■、■、［相］に接続され、第５図
の■、■、■点は第６図の出力端子点■、■、■（又は
Ｃ１■、０点でもよい）に接続される。

初めの状態でＱ、■謂）がｖ８よシ若干低いとき、トラ
ンジスタＱ、ｙ　、Ｑｌａ　、Ｑｌｔがオンとなって、
Ｃ２Ｄがオフ、Ｃ２，がオンとなる。これによってコン
デンサＣ１が充電される。この充電期間中はＣ２２がオ
ン、Ｃ２，がオフとなって■、■、■点は略■ｓと女っ
ている。これによって１つの相か通電される。次にＣ７
が所定レベルに光電されるとＣ２１かオフとなって、Ｃ
２２かオフ、Ｃ２Ｂがオンとな）、・、■、Ｑ点及び［
有］、■、０点が略接地電位になるＯこのためＣ１７、
Ｑｌｌｌ　、Ｃ１９がオフとなってＣ２゜がオンとな’
）、Ｃ１かＱｚｏを通じて放電される。従ってＣ４１Ｃ
２２がオン、Ｃ２，がオフとなる。この動作が繰如返さ
れる間に同期がとれてモータが回転される。また通電さ
れた相の誘起電圧によシ、Ｃ１７、Ｑ１ａＱ１９　　が
オフとなるため、のこぎシ波発振１ま停止される。

以上述べた各実施例では回転子マグネ゛ントが馳着磁さ
れた場合であるが、馳着磁でない場合は、誘起電圧の波
形に応じてＲ１とＲ２の比を変更すればよい。

以上述べたように本発明は、複数の相に夫々誘起される
誘起電圧が所定の関係（例えば第１図ｔ１〜１４時点に
おける関係）となつｔ：ことを検出し、この検出信号に
基いて各相を順次に通電するスイッチングｆｇ号を得る
ようにしたことを特徴とするブラシレスモータに係るも
のであるＯ 従って本発明によれば、ホール素子等の位ｋｍ出器を省
略することができるので、スペース的に有利となり、機
器の小型化に役立つ。位置検出の精度が正確で且つ省電
力化がはかれる。配解、組立ての作業が軽減されて低コ
スト化がはめ）れる、等の効果を得ることができる。

また本発明は、上記スイッチング信号Ｉこ基いて禁止信
号（例えば第４図のＱ、のコレクタ電圧Ｊどよる信号）
を作ル、通電される相と［合う二つの相（例えばＵ相に
対する■相及びＷ相）のうち予め定められた一方の相へ
の通電を禁止するようにした（例えばＱ、によってＱ９
又はＱ＋１を制御するようにした）ものであるから、モ
ータの正逆転の切換えを容易に確実に行うことができる
。

さらに本発明は各相の誘起電圧が現われる点（例えば＠
、■、■父は■、■、■点）ｊζトリガパルスを加える
ようにしたので、モータの起動を予め定められた方向で
荏易に確実に行うことができるＯ　　　　　　　　　　
　　　・・・、：、１

【図面の簡単な説明】

第１図はモータの各相の誘起電圧と通電時間との関係を
示すタイミングチャート、落２図は本発明の第１の実施
例を示す回路図、第６図はモータの逆転時における各相
の誘起電圧と通電時間との関係を示すタイミングチャー
ト、第４図及び第５図は本発明の［２及び第６の実施例
を示す回路図、第６図は起動回路の実ｍＮを示す回路図
である。 なお図面に用いられる符号において、 １Ｕ１１Ｖ１１ｗ・−・・・・・・固定子コイル６Ｕ１
６ｖ％〜−・・・・・・・・比較器Ｑ＋、Ｑ２．　Ｑｓ
・・・・・・・・・　トランジスタである。 代理人　土星　勝 Ｉ　　常包芳男 Ｉ　　　　　　　杉　　浦　　俊　　責１・

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の相に夫々誘起される誘起電圧が所定の関係と
   なったことを検出し、この検出信号に基いて各相を順次
   に通電するスイッチング信号を得るようにしたことを特
   徴とするブラシレスモータ０２、上記スイッチング信号
   に基いて禁止信号を作ル、通電される相とｆ４４）合う
   二つの相のうち予め定められた一方の相への通電を禁止
   するようにした特許請求の範囲！１項に記載のブラシレ
   スモータ。 ６、各相の誘起電圧が現われる点にトリガパルスを加え
   るようにした特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の
   ブラシレスモータ。