JPS6091892A - ブラシレスモ−タの駆動回路 - 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】 本発明はブランレスモータの駆動回路１／Ｃ関する。

従来、ブラフレス・モータの駆動回路は６相スイッチ／
グ駆即、方式か多く使われている。しかしこの方式はコ
イルリップルか例えは１２Ｕ０スイノチノグ方式の場合
約１３％発生し、ヌコイルのスイノチノグ駆動による騒
音の発生、電気ノイズの発生かあり、その対策に大ぎな
コ／テノサ等が必をで効率か悪くなったり外付部品が多
く＋Ｊいたりするため小型化、コストの膚で不利である
。

そこでこの様な欠廣な無くずために回転ｆＸＩｔｉ桓出
川ホール用子の出力電圧なその−ｊｔ増幅してコイルを
駆動するアナログ駆動方式か考えられている。この方式
は】・１図、矛２図に示すものや特開昭５３−６４７１
１号公報記載のもの等がある。４・１図、男・２図に示
１ものにおいて位動検出器を棺裁するホール素子Ｈｕ　
、Ｈｖ、Ｈｗは１ｉｉ１，２から抵抗３．４を通して電
流が供給され、ロータマグネット５の磁束を検出するこ
とによってその回転位嘗を検出する。ロータマグネット
５は２ｎ（ｎは１以上の整数）極に着磁されていて６相
の駆動コイル６〜８により回転付勢され、ロータマグネ
ット５の着磁分布か正弦波（或いは略正弦阪）となって
いることによってホール素子Ｈｕ、Ｈｖ。

Ｈｗ　の出力電圧か正弦波となる。ここにホール素子Ｈ
ｕ、Ｈｖ、Ｈｗはロータマグネット５の周囲にして記動
されている。ホール素子Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗの出力電圧は
そのまま増幅器９〜１１で増幅されて駆動コイル６〜８
な駆動し、その駆動電流Ｉｕ。

Ｉｖ、Ｉｗは矛６図に示すような波形となる。

今、駆動コイル６〜８の駆動電流Ｉｕ、Ｉｖ、’Ｉｗと
、このプラ／レスモークの亀ｖ＋シ・トルク変換関数Ｋ
ｕ、Ｋｖ、　Ｋｗ　ｆ Ｉｕ　＝　ｓｉｎθ、Ｉｖ＝　Ｓｉｎ　（Ｕ−一π）１
Ｉｗ　＝　ｓｉｎ’（θ　−一π　） ＩＣｕ　＝　ｓ’ｉｎ　θ、Ｋｖ　＝　ｓｉｎ　（θ　
−一π　）ＩＫｗ　＝　ｓｉｎ　（θ　−−π　） とすると、このモータのトルクＴｍ　はＴｍ＝工ｕ管Ｋ
ｕ＋Ｉｖ−Ｋｖ＋Ｉｗ番Ｋｗとなり、理論的にはホール
素子Ｈｕ　、、Ｈｖ　、Ｈｗ　の出力か正弦成形で逆起
電圧か正弦成形でル）つてＵ。

ｖ、ｗ相の位相、振幅が理想的である場合モータトルク
のリップルは矛６図に示すよ５Ｋ［Ｊになる。

しかし実際にはモータトルクのリップルは種々の要因で
大きくなってしまい、又温度等によりモータ特性が変化
ずろ。モータトルクのリップルを悪化させる因子として
は位相因子、振幅因子、オフセント因子、全因子等があ
り、つまり矛４図（Ａ）に示すようにホール素子Ｈｖ　
の位置ズレによりＶ相がＪたけ位相ズレを生する等の位
相因子、ホール素子Ｈｖ　の感度のバラツキにより矛４
図（Ｂ）等の振幅因子、ホール素子不平衡電圧及び増幅
器オフセットにより４７４図（Ｃ）Ｋ示すようＶｃｖ相
タマグネノトリル磁状態やロータマグネットとホール素
子とのエアキャノグにより１・４図（Ｄ）Ｋ示すよ５ｖ
ｃ、歪を生する等の全因子、ホール素子と駆動コイルと
の位置関係のスレにより４・４図（Ｅ）Ｋ示すようにＨ
たけ位相スレを生する等の位相因子などかある。

次に上１〔アナログ駆動方式においてホール振子出力波
形のバラツキによるトルフリノブへの影響を説明する。

モータ各相の逆起電力波形が電流・トルク変換関数Ｋｕ
、’Ｋｖ、Ｋｗであり、この関数Ｋｕ、、Ｋｖ、　ＫＷ
を Ｋｕ　＝　ｔ　ｓｉｎ　Ｏ＝−・・・・（１１Ｋｖ’＝
　ｔ　ｓｉｎ　（θ−−ｘ　＋　ｐｖ　）　−−−・・
（２１６ Ｋｗ　＝　ｔ　ｓｉｎ　（θ　−−π　十　Ｐ　）　−
−・−・１３１６ と表わす。ここにｔｕ、ｔｖ、ｔｗはトルク定数最大値
、Ｐｖ、Ｐｗは各相の理想位相からのすれである。しか
し一般的にモータのｔｕ、ｔＶ、ｔｗｏ）差、Ｐｖ、Ｐ
ｗはそれほど大きくないので、正規化してに’　＝　ｓ
ｉｎ　Ｏ＝−・・・・（４１に’、　＝　ｓｉｎ　（θ
−−π）　・−−（ｆｉｒに−＝ｓｉｎ（θ−−π）・
・−・−・・（ｔｌ）とする。ホール素子Ｈｕ、Ｈｖ、
Ｈｗの出力成形を増幅したコイル駆動Ｎ〜電圧波形Ｅｕ
、Ｅｖ、ＥｗＥ、　＝　ｅｕｓｊ、ｎ　（θ＋ｐｕ）　
＋　職＝・・・・　（７）２ Ｅ、＝ｅｖｓｉｎ（θ−−π＋ｐｖ）＋Ｌ、・−−−（
８）Ｅｗ　＝　ｅ　ｗ　ｓｉｎ　（θ　−π　＋　ｐｗ
　）　７　Ｌｗ　゛　＝　（９）さ で表わされる。ここにｅ　ｕ　＋　ｅ　ｖ　＋　ｅ　ｗ
は振幅１■、ｐｕ、ｐｖ、ｐ、、は位相ズレ角、Ｌｕ、
ＬＶ、Ｌ、、はオフセットである。コイル６〜８０騙動
亀び１（起動電流分布）２．、■ヮ、Ｉｗは各コイル６
〜８の抵抗ｉＲｕ、ＲＶ、Ｒｗとすると、 Ｉ、　＝　Ｅｕ／　Ｒｕ−・・・−αＯＩ、、　＝　Ｅ
Ｖ／　ＲＶ−・”・ＩＪＵＩ、　＝　ＥＷ／　Ｒｗ　・
・・・−・・　（ロ）となる。今 Ｒｕ＝　Ｒｖ＝　ＲＷ ｕ−ｅｗ Ｌｕ　＝　Ｌｗ Ｐｕ’＝　Ｐｗ＝　Ｑ としてＶ相のみ各パラメータが変化した時のトルクムラ
をみる。ＯＱα１）（２）式を正規化してＩ’　＝　ｓ
ｉｎθ　・−・・・　似 坊＝　Ｋ　ｓｉｎ　（θ−−π＋Ｐ　）　＋　Ｌ　・・
−−０４）楡＝ｓｉｎ（θ−−π）　・・・・・・　Ｑ
υとすると、モータのトルクＴｍ　は Ｔｍ　””　Ｋ’ｕ　Ｉ　’ｕ　”　Ｋ’ｖ　Ｉ　’ｖ
　”　Ｋｗ　Ｉ　ｗ　”　−’　−”　（ＩＬＩ’とな
る。α４）式のに、Ｐ、Ｌを変化させた時のＴｍの渡化
を第５図（１Ａ）１１Ｂ）（ｉ、ｃ）（ＩＤ）に示す。

矛５図（１人）は位相ズレｐ＝ｆＪ、振幅ズレ＼＝０．
オフセノ）Ｌ＝Ｄの場合でドルクリノズルはＵとなる。

同（１Ｂ）はに−−３［Ｊ％　の場合でトルクリップル
は２２．２％　となる。ｌＥ：１（１Ｃ）はｒ、　＝　
２０％の場合でトルクリップルは２６．７％となる。同
（１Ｄ）はＰ−１５°の場合でドルクリノズルは１７．
６％となる。このようにトルクリップルには各エラーの
影響が出てくるし、出力電圧の差３例えは牙５図（１Ｂ
）の場合平均トルク値も変化する。

本発明は位詣検出器出力の位相ズレ、振幅ズレや、増幅
器のオフセット等があってもトルクリップルを減少させ
ることができるブランレスモータの駆動回路を提供する
ことを目的と′する、以下図面な参照しながら本発明に
ついて１６を例・１（・ をあけて説明する。

ツ・６図は本発明の一例を示す。

この例ではｌ１ｌｉ　８１：ブランレスモータにおいて
ホール素子Ｈ１，１１ＨＶ　Ｉ　ＨＷの出力ｕ、ｖ、ｗ
はコイル駆動用増幅器１７〜１４で増幅されて駆動コイ
ル６〜８に加えられ、且つホール素子Ｈｕ、Ｈｖ、ＨＷ
Ｑ）几力ｕ、ｖ、ｗ／＋）２乗演算器１５〜１７で各々
２乗されてｕ２．　ｖ２．　Ｗ２となる。このｕ２．ｖ
２゜Ｗ２　は加算器１８で加算されて増幅器１９で基準
１、圧源２００基準電圧Ｅと比較され、その誤差電圧が
ホール素子Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗに帰還される。従りてこの
帰還ループによりｕ、Ｖ　、Ｗ　の和がＥＫ晦しくなる
様に、ホール素子Ｈ，，Ｈｖ、ＨｗＫ共通に流れろ電流
Ｘが制御される。

次にこの例についてトルクリノフな説明する。

ロータマグネット５から各ホール素子Ｈｕ、　ＨｖＩＨ
ｗｖｃ入る磁束をＡ、Ｂ、Ｃとしホール素子Ｈｕ。

ＨＶ、Ｈｗの出力ｕ、ｖ＋　ｗＹ ｕ　＝　ｘＡ　＝　ｘ　ｓｉｎ　（／　−−・・・・　
α力ｖ＝ｘＢ＝ｘ　（Ｋｓｉｎ　（θ−−π＋Ｐ）＋Ｌ
＋　・・−・・・・　［相］ ｗ＝ｘＣ＝ｘ　ｓｉｎ　（ｔ）　−−π　）　・・−・
−−（１４１として前記アナログ駆動方式の場合と同ｋ
ｖｃ’ｗ相ズレＰ、オフセットＬ、振幅ズレＫによるト
ルクリップルへの影響をみる。この例ではｕ　十ｖ　＋
ｗ２＝Ｅとなる様に帰還がかかつているのて゛、その条
件を満たすＸをめると、 １ となる、そこで各相のコイル駆１１ｉ１＋電圧波形は、
−一−−−−−”°゛°−°゛　（ハ）ＡＩＡ−１−、
Ｂ＋Ｃ となる。Ｒ，＝　Ｒｖ＝　Ｒｗとし、名コイル駆動電流
を正規化してｕ　＝＝　Ｉ’、、■＝坊、ｗ　＝　Ｉ鋳
　とし、（４）（５１（６１式からトルクＴｍ　をめる
と、Ｔ　＝＝ｕＸＫ’　十　ｖＸＫ’　＋ｗＸＫｗ’　
＋＋＋＋＋＋＋　’：Ａ’ｍ　ｕ　■ °　となる。位相スレＰ＝’Ｌｌ、振幅スレ＼＝（Ｊ、
オフセットＬ　＝　Ｃ１０′）場合、ｔ−５図（２Ａ）
に示１よ５にトルクリップルは口となる。シ・５図（２
Ｂ）Ｋ示すようＶＣＫ　＝　−３０％の場合トルクリッ
プルは１．５８係と小さい。】・５図（２Ｃ）に示すよ
うＫＬ−２Ｄ％の場合トルクリップルは１．００％　と
小さい。

到・５図（２Ｄ）Ｋ示１ようにｐ＝１５０の場合でもト
ルクリソグルは２．５係と小さい。トルクの平均値は上
記各場合とも約１．２で同じである。これは牙５図（２
Ｂ）の場合の様に振幅が変化してもトルク値が固定され
ることを意味し、ホール素子の温度特性や固々のケイン
のノくラツキによる影響をあまり受けない。

がとという一定値になることを第１」用してホール累子
の各出力の２乗の和が一定値になる様Ｖξホール素子の
入力に帰還をかけたものであるか、　Ｉ１１相の正弦波
をそれぞれｙ乗したものの和Ｓはにニ１用 となり、ｍ、ｙ、ｓの関係は】・７図に示１ようになる
。従ってｍ相分の駆動コイル及び位置検出Ｍ］ホール素
子を持つｍ相のブランレスモーフにおい”（ｍ個のホー
ル素子の各出力電圧なｍ個の累乗演算器でそれぞれｙ乗
して加算し、その和か一定値になる様にホール素子の入
力に帰庫をかけるようにしても上述の例と同様にトルク
リップルを減少させることかできる。但し矛７図から鴫
らかなようにｙは上記和がゼロでない一定ｆ■になるよ
うに設定する必要かあるために偶数に制限される。ま坩
・８図及び矛９図は本発明の一実症例；を示１゜ホール
素子Ｈｕ＊　Ｈｙ　＋　Ｈｗの出力は鼠算増幅器２１〜
２６．町変抵抗２４〜ン９．抵抗６０〜４１よりなる増
幅器を介して２乗演算器１５〜１７及び増幅器１２〜２
４に加えられる。増幅器１２〜１４は演算増幅器４ン〜
４４．トラ／ジスタ４５〜５６．抵抗５７〜６８．コノ
テンサ６９〜７１よりなり、入力Ｕ。

ｖ、ｗを増幅して駆動コイル６〜８に加える。２乗演算
器１５〜１７はそれぞれ演舞増幅器７２〜７４゜電流源
７５〜７７及びトランジスタ７８〜８１よりなる市販の
集積回路を用いて構成され、両入力の掛算を行う。この
集積回路１５〜１７は電θＩＬモードで動作するもので
、電圧モードで使用判るために抵抗８２〜１０８．可変
抵抗１［Ｊ９〜１１１．演算増幅器１１２〜１１４か外
部ＫＪＩＭ例けられ、かつオフセット調整な行うために
可変抵抗１１５〜１２３及び抵抗１２４〜１５（Ｊか設
けられている。演算増幅器１１２〜１１４の出力電圧ｕ
、２　、ｖ２　、Ｗ２は抵抗１５１〜１５５゜可変抵抗
１５６．　１５７及び鼠算増幅器１５８よりなる加算回
路で加算され、この加算回路から抵抗１５９゜１６［ｊ
を通してホール素子Ｈｕ、Ｈｖ、ＨＷＶＣ電流か供給さ
れることによりこの宿’ＯＩ［はｕ２＋Ｖ２＋ｗ２−か
一定値と１ｆるよ５　Ｋ　ｍｌｌ　＠ｌされる。

矛１０図は本発明の他の例を示す。この例は９０゜位相
の２相ブランレヌモータにおける２相アナログ駆動方式
の例であり、位す検出器な構成するホール素子Ｈａ、Ｈ
ｂはロータマグネットから入る９０°位相差の磁束ｆｉ
、、Ｂを検出する。増幅器１６１゜１６２はホール素子
Ｈａ、Ｈｂの出力を増幅して２相の駆動コイル１６３．
　１６４を駆動しロータマグネットを回転させる。、ま
たホール素子Ｈａ、、Ｈｂの出力電圧ａ−，ｂは２乗演
算器１６５．　１６６で各々２乗されて加算器１６７で
加算され、増幅器１６８で基準昂圧源１６９の基準電圧
と比較されてその誤差電圧かホール素子Ｈａ、Ｈｂに帰
還される。従ってこの帰還によりａ２．ｂ２の和か基準
電圧に等しくなる様にホール素子Ｈａ、ＨＤの電流が制
御される。

この例、ではホール素子Ｈａ、Ｈｂの人力Ａ、Ｂと。

電流・トルク変換関数に′Ａ　Ｉ　Ｋ’ＢをＡ　”’　
Ｓｉｎθ Ｂ＝ＫｓｉｎＯ（θ−−＋Ｐ）＋Ｌ ”Ａ　＝　ｓｉｎ　Ｉｊ Ｋ’ｓ　＝　ｃｏｓ　Ｏ とすると、５ｉｎ２θ＋ｃ’ｏｓ２θ＝１　であるから
となり、モータトルクＴＩＴ］　は Ｔｍ＝に′Ａａ＋に′Ｂｂ となる。上記帰煽がなくてホール素子１−］ａ、ＨｂＫ
一定の電流か流れる場合矛１１図（ＩＡ）Ｋ示寸ようＶ
Ｃ振幅ズレに＝−３［１％　のときにトルクリッフルが
６５％　Ｋなり、刈・１１図（１Ｂ）に示１ようにオフ
セットＬ＝２０％　のときにトルクリップルか４［Ｊ　
％　ＩＣす’）、　、；Ｊ’１１図（Ｉ　Ｃ）　ＶＣ７
ｒ：’！’ヨ５ＩＣ位相ズレｐ＝１５０のとぎにトルク
リッフルか２７％　であった。しかし矛１０図の例では
矛１１図（２ｐ、　）　Ｖｃ示１ようににニー３％でド
ルクリ・ノズルか１６％になり、１・１１図（２Ｂ）に
示すように５２２０％でトルクリップルが２％になり、
矛１１［４％１（２ｃ）に示１ようにＰ−１５°でドル
クリノズルが６．５％になり、ドルクリノズルが大幅に
小さくなった。

９００位相差の２相の正弦波なそれぞれｙ乗したものの
和Ｓ′は で表わされる。従って９１１０位相差の２相ブラソレス
モークにおいて各位餉検出用ホール素子の出力電圧なそ
れぞれｙ乗して加算し、その和か一定価になる様にホー
ル素子の入力に帰還をかけるようにしても牙１０図の９
ｊｌと同様にトルクリップルを減少させることかできる
。但し、ｙは上Ｓ［“和か一定値になるように選定する
必要かある。

なお上記位り←小器は感度を制御できるものであれはホ
ール素子以外のものでもよい。

以上のように本発明によれは位郁検出器の出力−圧に応
じて駆動コイルを駆動するブランレスモーフの駆動回路
において１１ψ出器の出力量°圧な累乗演算器により各
々累乗して加算しその和電圧か一定値になる似に位謳わ
小器を市１」岬し、上６１和電圧が一定値になるように
上記累乗演算器のべき数を設定するので、位砲扶小器出
力の位相ズレ。

振幅ズレや増幅器のオフセット智かあってもトルクリッ
プルを蟲少きせることかできる。

【図面の簡単な説明】

矛１図及ｏ＜−ｙ＋・２図は従来のブランレスモーフ及
びその駆動回路の一例を示す平…）図及υ・フロック線
図、矛６図は陶駆動回路の各部の波形及びトルクリッフ
ルを示す波形図、牙４図は同駆動回跡によるトルクリッ
フルしの悪化因子を説明判るための波形図、牙５図は同
駆動回路友Ｏ・本発明の一汐１１によるトルクリンゲル
の実験結果を説明するための波ノし図、１７６図は本発
明の一例１な示ずブｏ　、７り線図、矛７図は本発明を
説明するだめの図、矛８図及び矛９図は本発明の一実癩
例を示す１！ｌ！ｌ路図、矛１０　図は本発明の他の例
を示すプ０．７り線図、矛１１　図は゛同ｆｌＩＩ及び
従来例によるトルクリッフルの実験結果を説明するだめ
の波形図である。 １５〜１７．１６５．　１６６　・・・２乗演算器、１
８゜１６７・・・加算器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｉ、２ｎ（ｎは１以上の整数）極に着磁されたロータマ
   グネットと、このロータマグネットを回転付熱するｍ相
   （ｍは２以上の整数）の駆動コイルと、上記ロータマグ
   ネットの回転位置を検出するｍ個の位置検出器と、この
   １１個の位愉棟出器の出力電圧に応じて前ａピ駆動コイ
   ルを駆動する増幅器とを備えたブランレスモータにおい
   て、前記位〜検出器の出力電圧をｍ個の累乗演算器によ
   り各々累乗して加算し、この加算した和電圧が一定値と
   なるように前記ｍ個１の位置・検出器を制御する制一手
   段な備え、Ａｆｔ記ｍ個の累乗演算器のべき数は前記和
   電圧か一定値となる偶数に設定することを特許とするブ
   ランレスモータの駆動回路。 ２．２ｎ　極に浩伍したロータマグネットのｌａ伍分布
   な略正弦波とし、このロータマグネットの回転位置を検
   出した位置検出器の出力電圧を略正弦波として累乗演算
   器に加えて累乗する特許請求の範囲牙１功記載のプラン
   レスモータの駆動回路。