JPS5918877Y2 - DC motor drive circuit - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は無刷子直流モータの駆動回路に関する。[Detailed explanation of the idea] The present invention relates to a drive circuit for a brushless DC motor.

直流モータとして、ロータマグネットに対向して配され
るステータコイルと、ロータマグネットによる磁束密度
を検出するこちとによりロータの回転角位置を検出する
検出素子の配置を工夫してロータの回転角位置に関係な
く、一定のトルクを得ることができるようにしたものが
ある。As a DC motor, the stator coil is placed opposite the rotor magnet, and the detection element that detects the magnetic flux density from the rotor magnet is used to detect the rotor's rotational angular position. There are some that allow you to obtain a constant torque regardless of the situation.

これは、例えば２極に着磁されたロータマグネットに対
向する２個のステータコイルが互いに電気角で９０°な
るように配されるとともに、これと対応して２個の検出
素子例えばホール素子が互いに電気角で９０°異なるよ
うに配され、このホール素子に得られた電圧が直線性を
有する増幅器を有する駆動用増幅回路に供給されて、こ
の増幅回路よりステータコイルに、ホール素子より得ら
れた電圧に比例した電流を供給するようにするものであ
る。This means that, for example, two stator coils facing a two-pole magnetized rotor magnet are arranged so as to make an electrical angle of 90 degrees to each other, and correspondingly two detecting elements, such as a Hall element, are arranged. The voltage obtained from the Hall elements is supplied to a driving amplifier circuit having a linear amplifier, and the voltage obtained from the Hall elements is supplied to the stator coil from this amplifier circuit. This is to supply a current proportional to the voltage applied.

即ちこのような構成によれば、ロータマグネットによる
磁束密度をＢｍ ）ロータの回転角をθとすれば、一方
のステータコイルに鎖交する磁束密度Ｂ１及び他方のス
テータコイルに鎖交する磁束密度Ｂ２は、 Ｂｌ−ＢｍＳｉｎθ・・曲（１） Ｂ２ ” ＢｍＣＯ５θ・・・・・・（２）で表わされ
る。That is, according to such a configuration, if the magnetic flux density due to the rotor magnet is Bm) and the rotation angle of the rotor is θ, then the magnetic flux density B1 interlinking with one stator coil and the magnetic flux density B2 interlinking with the other stator coil are is expressed as Bl-BmSinθ...Tune (1) B2'' BmCO5θ...(2).

そして、２個のホール素子によって同様の磁束密度が検
出され、二のホール素子には、磁束密度に比例した電圧
が発生し、これが駆動用増幅回路に供給されるから、各
ステータコイルに流れる電流１１及び１２は、 １１−に５１ｏθ・・・・・・（３） １２−Ｋｃｏｓθ・・・・・・（４） （Ｋは定数） となる。Similar magnetic flux densities are detected by the two Hall elements, and a voltage proportional to the magnetic flux density is generated in the second Hall element, which is supplied to the drive amplifier circuit, so that the current flowing to each stator coil is 11 and 12 are as follows: 11-51oθ...(3) 12-Kcosθ...(4) (K is a constant).

従って、各ステータコイルに受ける力Ｆ１及びＦ２は、 Ｆ１＝ｉ１− Ｂ１＝ＢｍＫ５ｉｏ”θ・・・・・・（
５）Ｆ２−１２・Ｂ２＝ＢｍＫｏｏ５′θ・・・・・・
（６）となる。Therefore, the forces F1 and F2 applied to each stator coil are as follows: F1=i1− B1=BmK5io”θ・・・・・・(
5) F2-12・B2=BmKoo5'θ・・・・・・
(6) becomes.

従って、ロータマグネットが受ける力Ｆは、Ｆ＝Ｆ、十
Ｆ２ ＢｍＫ （ｓ＋ｏ”θ＋ｃｏｓ”の ＢｍＫ・・・・・・（７） となり、ロータの回転角θに関係なく一定の力となり、
モータのトルクは一定となる。Therefore, the force F that the rotor magnet receives is F=F, 10F2 BmK (BmK of s+o"θ+cos"...(7), which is a constant force regardless of the rotation angle θ of the rotor,
The motor torque remains constant.

この場合、上述したように駆動用増幅回路としては、直
線性を有する増幅器を有するものが必要である。In this case, as described above, the driving amplifier circuit needs to have an amplifier with linearity.

第１図は、従来の駆動用増幅回路の一例である。FIG. 1 is an example of a conventional driving amplifier circuit.

即ち、図において、１及び２はそれぞれステータコイル
、３及び４はそれぞれホール素子である。That is, in the figure, 1 and 2 are stator coils, and 3 and 4 are Hall elements.

そして各ホール素子３及び４には正の直流電圧子ｖＣｏ
の得られる電源端子５より、それぞれ抵抗６を介して、
一定の電流が流れるようになされている。Each Hall element 3 and 4 has a positive DC voltage voltage vCo.
From the power supply terminal 5 obtained through the respective resistors 6,
A constant current flows through it.

従って、このホール素子３及び４において、この電流方
向に直交するロータマグネットによる磁界が加えられる
と、これより電流と磁界に直交する方向に磁束密度に比
例した電圧Ｅ１及びＦ２が得られる。Therefore, when a magnetic field by the rotor magnet perpendicular to the current direction is applied to the Hall elements 3 and 4, voltages E1 and F2 proportional to the magnetic flux density are obtained in the direction perpendicular to the current and the magnetic field.

この場合基ホール素子３及び４に得られる電圧Ｅ１及び
Ｆ２は、前述したように正弦波状のものであり、互いに
位相が９０°異なっている。In this case, the voltages E1 and F2 obtained at the base Hall elements 3 and 4 are sinusoidal, as described above, and have a phase difference of 90° from each other.

そして、このホール素子３及び４に得られた電圧Ｅｌ及
びＦ２が、それぞれ駆動用増幅回路の差動アンプ７及び
８の一方及び他方の入力端間に印加される。The voltages El and F2 obtained at the Hall elements 3 and 4 are applied between one and the other input terminals of the differential amplifiers 7 and 8 of the driving amplifier circuit, respectively.

このアンプ７及び８には帰還抵抗１７及び１８が接続さ
れており、この抵抗１７及び１８の値をＲＮＦとして、
ホール素子３及び４側のインピーダンスをＲ１とすると
、その出力電圧ｖ１及びＦ２は、となる。Feedback resistors 17 and 18 are connected to the amplifiers 7 and 8, and the values of these resistors 17 and 18 are set as RNF.
When the impedance on the Hall elements 3 and 4 side is R1, the output voltages v1 and F2 are as follows.

即ち、このアンプ７及び８よりは入力電圧Ｅ１及びＦ２
に比例した第２図Ａに示すような正弦波状の電圧■１及
びＦ２が得られ、これが駆動用増幅回路の最終段の増幅
器に供給される。That is, the input voltages E1 and F2 from these amplifiers 7 and 8
Sinusoidal voltages 1 and F2 as shown in FIG. 2A, which are proportional to , are obtained and are supplied to the final stage amplifier of the drive amplifier circuit.

９．１０及び１１．１２は、駆動用増幅回路の最終段の
増幅器を構成するトランジスタで、例えばトランジスタ
９及び１１はＮＰＮ形のものが用いられ、またトランジ
スタ１０及び１２はＰＮＰ形のものが用いられて、トラ
ンジスタ９及び１１は正弦波電圧の正の半サイクルで動
作するようにされ、トランジスタ１０及び１２は負の半
サイクルで動作するようにされる。9.10 and 11.12 are transistors that constitute the final stage amplifier of the drive amplifier circuit; for example, transistors 9 and 11 are of NPN type, and transistors 10 and 12 are of PNP type. As a result, transistors 9 and 11 are made to operate on the positive half cycle of the sinusoidal voltage, and transistors 10 and 12 are made to operate on the negative half cycle of the sinusoidal voltage.

即ち、トランジスタ９，１０のベース同士及びエミッタ
同士、またトランジスタ１１．１２のベース同士及びエ
ミッタ同士がそれぞれ互いに接続され、トランジスタ９
，１０のエミッタの接続点がステータコイル１を介して
接続され、トランジスタ１１゜１２のエミッタの接続点
がステータコイル２を介して接地される。That is, the bases and emitters of transistors 9 and 10 are connected to each other, and the bases and emitters of transistors 11 and 12 are connected to each other.
, 10 are connected through the stator coil 1, and the emitter connections of the transistors 11, 12 are grounded through the stator coil 2.

またトランジスタ９及び１１のコレクタが正の直流電圧
＋ＥＢの得られる端子１３及び１５に接続され、トラン
ジスタ１０及び１２のコレクタが負の直流電圧−ＥＢの
得られる端子１４及び１６に接続される。Further, the collectors of transistors 9 and 11 are connected to terminals 13 and 15 from which a positive DC voltage +EB is obtained, and the collectors of transistors 10 and 12 are connected to terminals 14 and 16 from which a negative DC voltage -EB is obtained.

そして、アンプ７に得られる電圧■１がトランジスタ９
及び１０のベースに、アンプ８に得られる電圧ｖ２がト
ランジスタ１１及び１２のベースに、それぞれ供給され
る。Then, the voltage ■1 obtained at the amplifier 7 is the transistor 9
The voltage v2 obtained in the amplifier 8 is supplied to the bases of transistors 11 and 12, respectively.

このようになされているので、例えばステータコイル１
には次のような電流が流れる。Since it is done in this way, for example, stator coil 1
The following current flows through:

即ち、トランジスタ９及び１０のベース−エミッタ間電
圧が例えば０．６ Ｖであるとすると、電圧■１が＋〇
、６ｖより高いときにはトランジスタ９が動作状態とな
り、これを通してステータコイル１に電圧ｖ１に応じた
電流が流れ、また電圧Ｖ１が−０，６■より低くなると
、トランジスタ１０が動作状態となり、これを通じてス
テータコイル１に電流が流れる。That is, assuming that the voltage between the base and emitter of transistors 9 and 10 is, for example, 0.6 V, when voltage 1 is higher than +0.6 V, transistor 9 becomes active, and through this transistor 9 is applied to stator coil 1 at voltage v1. A corresponding current flows, and when the voltage V1 becomes lower than -0.6■, the transistor 10 becomes active, and a current flows through the stator coil 1.

即ち、電圧Ｖ１の正の半サイクルと負のサイクルとで、
トランジスタ９及び１０が切換えられて、ステータコイ
ル１に正弦波状の電流が流れる。That is, in the positive half cycle and negative cycle of voltage V1,
Transistors 9 and 10 are switched and a sinusoidal current flows through stator coil 1 .

ところが、この従来の駆動用増幅回路では、上述シタヨ
ウニ、電圧ｖ１の−０，６Ｖから＋０．６■の範囲では
、ステータコイル１に電流が流れず、ステータコイル１
に流れる電流の波形は第２図Ｂに示すようになる。However, in this conventional drive amplifier circuit, when the voltage v1 is in the range of -0.6V to +0.6V, no current flows through the stator coil 1.
The waveform of the current flowing through is shown in FIG. 2B.

即ち、トランジスタ９から１０への切換時点でいわゆる
ノツチング（第２図Ｂで実線で示す電流波形の０クロス
部分における波形歪）を生じる。That is, at the time of switching from transistor 9 to transistor 10, so-called notching (waveform distortion at the 0 cross portion of the current waveform shown by the solid line in FIG. 2B) occurs.

この波形歪は高調波成分を含み、この高調波成分により
モータは音を発生し、レコードプレーヤなどの音響機器
用のモータとしては特に問題となる。This waveform distortion includes harmonic components, and these harmonic components cause the motor to generate sound, which is particularly problematic for motors for audio equipment such as record players.

本考案は、上述の欠点を簡単に除去できるようにしたも
ので、以下、本考案による直流モータの一例を第３図以
下を参照しながら説明しよう。The present invention makes it possible to easily eliminate the above-mentioned drawbacks.Hereinafter, an example of the DC motor according to the present invention will be explained with reference to FIG. 3 and subsequent figures.

即ち、本考案においては、アンプ７及び８の負帰還用の
抵抗のそれぞれに並列にコンテ゛ンサを接続するもので
、第３図の例は、トランジスタ９及び１０のエミッタの
接続点とアンプ７の負側の入力端間に帰還抵抗１９が接
続され、トランジスタ１１及び１２のエミッタの接続点
とアンプ８の負側の入力端間に帰還抵抗２０が接続され
、これら抵抗１９及び２０と並列にそれぞれコンデンサ
２１及び２２を接続した場合である。That is, in the present invention, a capacitor is connected in parallel to each of the negative feedback resistors of amplifiers 7 and 8. In the example shown in FIG. A feedback resistor 19 is connected between the side input terminals, a feedback resistor 20 is connected between the connection point of the emitters of the transistors 11 and 12, and the negative input terminal of the amplifier 8, and a capacitor is connected in parallel with these resistors 19 and 20, respectively. This is the case when 21 and 22 are connected.

このようにすれば、アンプ７及び８は、コンデンサ２１
及び２２の容量をＣとし、帰還抵抗１９及び２０の値を
ＲＮＦ′とすれば゛ ＝ＲＮＦ′なる周２πｆ
ＣＣ 波数ｆｃ、即ち、 をカットオフ周波数とするローパスフィルタとなる周波
数特性を有するものとなる。In this way, the amplifiers 7 and 8 can be connected to the capacitor 21
If the capacitances of and 22 are C, and the values of feedback resistors 19 and 20 are RNF', then the circumference 2πf = RNF'.
It has frequency characteristics that serve as a low-pass filter with a cutoff frequency of CC wave number fc, that is, the cutoff frequency.

ところで、上述した電流波形におけるいわゆるノツチン
グは、この正弦波電流のくり返し周波数をｆ。By the way, the so-called notching in the above-mentioned current waveform causes the repetition frequency of this sine wave current to be f.

とすれば、３ｆｏ、５ｆｏ・・・・・・の高調波を含む
成分である。If so, it is a component containing harmonics of 3fo, 5fo, etc.

第４図にこのノツチングを有する電流の周波数スペクト
ラムを示す。FIG. 4 shows the frequency spectrum of the current having this notching.

したがって、帰還抵抗１９及び２０の値及び並列コンテ
７ンサ２１及び２２の容量を選定してカットオフ周波数
ｆＣが基本周波数ｆ。Therefore, by selecting the values of the feedback resistors 19 and 20 and the capacitances of the parallel capacitors 21 and 22, the cutoff frequency fC becomes the fundamental frequency f.

の基本波成分以上の周波数成分を減衰させるような第４
図の曲線ａで示すようなローパスフィルタ特性をアンプ
７及び８が有するようにすれば、第２図Ｂの破線で示す
ようなノツチングのない電流波形とすることができる。A fourth wave that attenuates frequency components higher than the fundamental wave component of
If the amplifiers 7 and 8 have a low-pass filter characteristic as shown by curve a in the figure, a current waveform without notching as shown by the broken line in FIG. 2B can be obtained.

こうして本考案によれば、アンプの帰還抵抗に並列にコ
ンデンサを接続するだけの簡単な構成により、従来の欠
点を良好に除去することができる。Thus, according to the present invention, the drawbacks of the prior art can be effectively eliminated with a simple configuration of simply connecting a capacitor in parallel to the feedback resistor of the amplifier.

また、ロータマグネットの極数及びステータコイルの数
は上述の例に限らないことは言うまでもないAlso, it goes without saying that the number of poles of the rotor magnet and the number of stator coils are not limited to the above example.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は従来の駆動回路の一例の回路図、第２図はその
説明のための波形図、第３図は本考案による直流モータ
の駆動回路の一例の回路図、第４図は本考案の動作の説
明に供する図である。 １及び２はステータコイル、３及び４はホール素子、７
及び８は直線性を有するアンプ、１９．２０はその帰還
抵抗、２１及び２２はコンデンサである。Fig. 1 is a circuit diagram of an example of a conventional drive circuit, Fig. 2 is a waveform diagram for explaining the same, Fig. 3 is a circuit diagram of an example of a DC motor drive circuit according to the present invention, and Fig. 4 is a circuit diagram of an example of the drive circuit of the present invention. FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of FIG. 1 and 2 are stator coils, 3 and 4 are Hall elements, 7
and 8 are linear amplifiers, 19 and 20 are feedback resistors thereof, and 21 and 22 are capacitors.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] ロータマグネットよりの磁束密度を検出する複数の検出
素子と、この複数の検出素子のそれぞれの出力に応じた
電流を複数のステータコイルのそれぞれに供給する複数
の駆動用増幅回路とを有し、上記駆動用増幅回路は上記
検出素子の出力が供給される差動アンプと、この差動ア
ンプの出力が供給されプッシュプル接続とされた２個の
トランジスタよりなり後段に上記ステータコイルが接続
される最終段と、この最終段の出力端と上記差動アンプ
の入力端との間に接続された帰還抵抗と、この帰還抵抗
に並列に接続されたコンテ゛ンサとを具備し、上記帰還
抵抗の値及びコンテ゛ンサの容量を選定して、上記ステ
ータコイルに流れる電流の高調波を減衰させるようなカ
ットオフ周波数を有するローパスフィルタ特性を上記駆
動用増幅回路が有するようにして、上記ステータコイル
に流れる電流にノツチングが生じないようにした直流モ
ータの駆動回路。It has a plurality of detection elements that detect the magnetic flux density from the rotor magnet, and a plurality of drive amplifier circuits that supply current to each of the plurality of stator coils according to the output of each of the plurality of detection elements, and The drive amplifier circuit consists of a differential amplifier to which the output of the detection element is supplied, and two transistors that are connected to the output of this differential amplifier and are connected in a push-pull manner. a feedback resistor connected between the output terminal of the final stage and the input terminal of the differential amplifier, and a capacitor connected in parallel to the feedback resistor, and the value of the feedback resistor and the capacitor are The drive amplifier circuit has a low-pass filter characteristic having a cutoff frequency that attenuates harmonics of the current flowing through the stator coil by selecting a capacitance of A DC motor drive circuit that prevents this from occurring.