JPS6143956B2

JPS6143956B2 -

Info

Publication number: JPS6143956B2
Application number: JP53119516A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Yamauchi
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1978-09-28
Filing date: 1978-09-28
Publication date: 1986-09-30
Also published as: JPS5546890A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は無刷子直流モータの、特に、駆動回
路に関する。

無刷子直流モータとして、ロータマグネツトよ
りの磁界をホール素子にて検出してこのホール素
子に得られる磁界に応じた電圧をロータの位置検
出信号とし、この位置検出信号に基づいてステー
タコイルに駆動電流を流すようにするものが知ら
れている。

第１図〜第４図は、この種の無刷子直流モータ
の一例で、この例は、位置検出信号に基づいて複
数のステータコイルに直流電流を順次切換えて流
すのではなく、互いにπ／２ずれた２相交流電流を、２相のステータコイルに流すことにより、ロータ
の回転角に無関係に常に一定のトルクが得られ、
トルクむらのない回転をなすようにしたものであ
る。

即ち、第１図はこの無刷子直流モータの縦断面
を示すもので、１は回転軸、２はロータヨーク３
に被着されたロータマグネツトである。

このロータマグネツト２は複数極に着磁された
永久磁石が用いられるものであるが、第２図に示
すように例えば８極に着磁されるとともに、磁束
分布が正弦波状になるように着磁されている。

そして、この場合、ステータコイルは２相設け
られるもので、第３図に示すようにロータマグネ
ツト２よりの磁界に対して同相となる位置に配さ
れている巻線ブロツクC₁とC₂が直列に接続され
て第１のステータコイル４が形成され、ロータマ
グネツト２よりの磁界に対して同相となる位置に
同様に配されている巻線ブロツクC₃とC₄が直列
に接続されて第２のステータコイル５が形成され
る。これら第１及び第２のステータコイル４及び
５はロータマグネツト２に対向するように配され
るとともに互いに電気角で90゜の奇数倍だけ異な
るように配されている。

また、２個のステータコイル４及び５に対応し
てロータマグネツト２の磁界を検出するための２
個のホール素子６及び７が設けられる。即ち、２
個のホール素子６及び７は、第３図に示すように
ロータマグネツト２よりの磁束を検出する位置
に、互いに電気角で90゜異なる位置に配置され
る。

第４図は、この無刷子直流モータの駆動回路を
示すもので、２個のホール素子６及び７には、端
子８を通じて直流電流Ｉが供給されている。

従つて、ロータマグネツト２の回転に応じて、
ホール素子６及び７には正弦波電圧が得られ、こ
の電圧が直線性を有する増幅回路９及び１０に供
給される。即ち、ホール素子６及び７の出力に得
られる正弦波電圧がオペレーシヨナルアンプ（以
下オペアンプという）１１及び１２の正及び負入
力端子間に印加され、このオペアンプ１１及び１
２の出力により、正弦波電圧の正の半サイクル期
間にはそれぞれトランジスタ１３及び１５が導通
状態となつて、これを通じてステータコイル４及
び５に電流が流れ、負の半サイクル期間にはそれ
ぞれトランジスタ１４及び１６が導通状態となつ
てこれを通じてステータコイル４及び５に電流が
流れる。

従つて、ステータコイル４及び５には、ホール
素子６及び７より得られた電圧に比例した電流が
供給される。

即ち、ロータの回転角をθとすれば、一方のス
テータコイル４に鎖交する磁束B₁及び他方のス
テータコイル５に鎖交する磁束B₂は、 B₁＝Bmsinθ ……(1) B₂＝Bmcosθ ……(2) で表わされる。ただしBmは定数である。

また、２個のホール素子６及び７によつて同様
に正弦波状の磁束が検出され、これらホール素子
６及び７には、磁束に比例した電圧が発生し、こ
れがアンプ１０及び１１に供給されるから、各ス
テータコイル４及び５に流れる電流i₁及びi₂は、 i₁＝Ksinθ ……(3) i₂＝Kcosθ ……(4) となる。但し、Ｋは回転角θに無関係の値で、完
成したモータでは電流Ｉが一定ならば定数であ
る。

従つて、ステータコイル４及び５に受ける力
F₁及びF₂は、 F₁＝i₁・B₁＝BmKsin²θ ……(5) F₂＝i₂・B₂＝BmKcos²θ ……(6) となる。

従つて、ロータマグネツト２が受ける力Ｆは、Ｆ＝F₁＋F₂ ＝BmK（sin²θ＋cos²θ）＝BmK ……(7) となり、ロータの回転角θに関係なく一定のもの
となる。

こうして、この無刷子直流モータによれば、２
相のステータコイルに、互いにπ／２ずれた２相交流信号を通電することにより、ロータの回転角に無
関係に一定のトルクを得ることができ、トルクむ
らのない直流モータが実現できるものである。

ところで、ホール素子は、これを流れる電流の
方向に垂直方向に磁界が与えられると、出力端子
に電流値と磁束の積に比例した出力電圧が得られ
るものであるが、ホール素子はとの材料により積
感度が異なり、ホール素子に流す電流が同じであ
つても出力電圧は異なる。例えば、InSb（イン
ジユウム・アンチモン）からなるホール素子は積
感度が大きく、これに流す電流が小さくても比較
的大きい出力電圧が得られるのに対し、Ge（ゲ
ルマニウム）やGaAs（ガリウム砒素）からなる
ホール素子は積感度が小さく、InSbのホール素
子に比較して出力電圧も小さい。しかしながら
InSbのホール素子は温度特性が悪く、複雑な温
度補償回路が必要となるのに対し、GaAsのホー
ル素子は温度特性が良く、温度補償も簡単になる
という利点がある。

そこで、GaAsのホール素子を使用するのが回
路構成上、好ましい。ところが、上述したように
InSbのホール素子に比べて積感度が小さいの
で、その補償をする必要がある。

その一方法としては、先ず、ホール素子に流す
直流電流を大きくすることが考えられる。

ところが、ホール素子に流す直流電流値を大き
くすると、消費電力が大きくなる欠点があるとと
もにホール素子が発熱し、種々の悪影響がある。
しかもホール素子の定格電流以上には大きくでき
ないからホール素子に流す直流電流は制限され、
一定値以上の出力電圧は得られない。

そこで、ホール素子に流す直流電流の大きさを
変えずに実質的にステータコイル４及び５に供給
する電流を大きくする方法として、上述した第４
図の駆動回路では、増幅回路９及び１０のゲイン
を大きくすることが考えられる。

しかしながら増幅回路９及び１０のゲインを大
きくすると次のような不都合が生じ、好ましくな
い。

即ち、増幅回路９及び１０では一般に直流オフ
セツト電圧が発生し、これが、ホール素子の出力
としての正弦波信号に重畳されるため、正弦波信
号の正の半サイクルと負のサイクルとで非対象な
波形となり、モータのトルクリツプルの原因とな
る。

しかも、この増幅回路９及び１０での直流オフ
セツトはアンプのゲインが高いほど大きくなり、
それだけトルクリツプルも大きくなる。従つて、
アンプ９及び１０のゲインはそれほど上げること
はできないのである。

この発明は、上述した欠点を一掃できるように
したもので、以下、この発明による無刷子直流モ
ータの一例を、第５図以下を参照しながら説明し
よう。

この場合、ホール素子６よりステータコイル４
に駆動電流を流すまでの信号系と、ホール素子７
よりステータコイル５に駆動電流を流すまでの信
号系は同様であるので、説明を簡単にするため、
ホール素子６―ステータコイル４の信号系につい
てのみ説明し、ホール素子７―ステータコイル５
の信号系においては対応する部分には同一番号に
ダツシユを付してその説明を省略する。

即ち、この発明においては、第５図に示すよう
に、ホール素子６の一方の出力端が抵抗２２，２
３の直列回路を介して終段アンプとしてのトラン
ジスタ１３及び１４の接続点即ちアンプの出力端
Ｐ_Oに接続され、ホール素子７の他方の出力端が
抵抗２４，２５の直列回路を介して接地される。
そして、抵抗２２及び２３の接続点とオペアンプ
１１の負入力端との間には、スイツチング素子、
例えばトランジスタ２６のコレクタ―エミツタ間
が接続され、抵抗２４及び２５の接続点とオペア
ンプ１１の正入力端との間にはスイツチング素
子、例えばトランジスタ２７のコレクタ―エミツ
タ間が接続される。そして、トランジスタ２６の
エミツタとオペアンプ１１の負入力端との接続点
はホールド用コンデンサ２８を通じて出力端Ｐ_O
に接続され、トランジスタ２７のエミツタとオペ
アンプ１１の正入力端との接続点はホールド用コ
ンデンサ２９を介して接地される。

また、２０は発振器で、これよりは一定周期の
パルス信号Ｓ_A（第６図Ａ）が得られ、これがス
イツチング用のトランジスタ２１のベースに供給
されて、このトランジスタ２１が信号Ｓ_Aの
「１」の期間にオンとされる。従つて、正の直流
電圧の得られる端子８とトランジスタ２１のコレ
クタとの接続点P₁にはパルス状電圧Ｓ_B（第６図
Ｂ）が得られる。そして、このパルス状電圧Ｓ_B
がホール素子６及び７の電源とされる。

従つて、ホール素子６及び７にはパルス状電流
が流れる。

また、同時に、このパルス状電流がトランジス
タ２６及び２７にサンプリングパルスとして供給
される。

方、このときホール素子６には、ロータマグネ
ツト２よりの正弦波状磁界Ｓ_C（第６図Ｃ）が与
えられているので、ホール素子６には、これにパ
ルス状電流が流れている間だけ磁界の強さに比例
した電圧が得られる。即ち、ホール素子６の一方
の出力端と他方の出力端には、検出磁界の強さに
応じて波高値が変化するパルス状電圧Ｓ_D（第６
図Ｄ）と、この電圧Ｓ_Dとは逆相のパルス状電圧
が得られる。

そして、この互いに逆相のパルス状電圧が、こ
のパルス状電圧に同期したパルスＳ_Bによりトラ
ンジスタ２６及び２７がそのパルス区間でオンと
されることによりサンプリングされ、そのサンプ
リング電圧がコンデンサ２８及び２９に充電され
てホールドされる。

そして、オペアンプ１１において、コンデンサ
２８のホールド電圧Ｓ_E（第６図Ｅ）とコンデン
サ２９の電圧Ｓ_Eとは逆相のホールド電圧の差が
とられて、このオペアンプ１１の出力にはホール
素子６より得られたパルス状電圧の包絡線がとら
れたような電圧が得られる。即ち、ホール素子６
に直流電流が供給されたときに得られるホール電
圧に比例した正弦波状電圧がオペアンプ１１の出
力に得られる。そして、この電圧に応じてステー
タコイル４に駆動電流が供給されるものである。

このようにして、この発明によれば、ホール素
子にパルス状電流を供給し、このパルス状電流の
パルス周期に同期したサンプリングパルスにより
ホール素子の出力電圧をサンプリングホールド
し、そのホールド電圧によりステータコイルに駆
動電流を供給するようにして、従来と同様のモー
タ駆動ができる。そして、この発明では、ホール
素子にはパルス状電流を流せばよいので、直流電
流の値に比して電流のピーク値を大きくできる。

例えば、1mAの直流電流を流した場合と、デ
ユーテイフアクタ１／１０のパルス電流で、そのピーク値を10mAにした場合とでは、パルス電流の平均
電流からみれば同じになる。

従つて、実質的にホール素子に流す電流を大き
くすることができるから、サンプリングホールド
した電圧でみれば、ホール素子の出力として大出
力が得られたのと等価である。従つて、アンプ１
１及び１２のゲインを大きくする必要がないの
で、直流オフセツト電圧も大きくなることはな
く、トルクリツプルも少なくてすむ。

また、ピーク値の大きい電流をホール素子に流
しても、消費電力はそのパルス状電流の平均値で
決まるので、少ない消費電力ですむ。また、発熱
も、パルス電流のピーク値に等しい直流電流を流
すのに比べて少ない。

また、この発明においては、ホール電圧のサン
プルホールド回路を差動構成としたので、外部雑
音による影響が少なく、また、温度特性も良好な
ものであるので、直流モータの駆動回路として非
常に良好なものであるという効果がある。

なお、図の例ではホール素子に供給するパルス
状電流とサンプリングパルスは同一としたが、両
者が同一である必要はなくサンプリングパルスは
ホール素子に供給するパルス状電流に同期したも
のであればよい。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は無刷子直流モータの一例の構
造を説明するための図、第４図はその駆動回路の
一例を示す回路図、第５図はこの発明による無刷
子直流モータの駆動回路の一例を示す図、第６図
はその説明のための波形図である。１はロータ軸、２はロータマグネツト、４及び
５はステータコイル、６及び７はホール素子、１
１及び１２はオペアンプ、１３，１４及び１５，
１６はそれぞれ終段のアンプを構成するトランジ
スタ、２０は発振器、２２，２３は第１、第２の
抵抗、２４，２５は第３、第４の抵抗、２６，２
７は第１、第２のスイツチング素子、２８，２９
は第１、第２のホールド用コンデンサである。

Claims

【特許請求の範囲】

１磁束分布が正弦波状になるように着磁された
ロータマグネツトよりの磁界をホール素子によつ
て検出し、このホール素子の出力電圧をオペレー
シヨナルアンプを通じて終段のアンプに供給し、
この終段のアンプの出力端に接続されるステータ
コイルに上記ホール素子の出力電圧に応じた電流
を流すことによりロータの回転角位置に無関係に
一定の回転トルクが得られるようにされたものに
おいて、上記ホール素子にパルス状電流が供給さ
れ、このホール素子の一方の出力端が第１及び第
２の抵抗の直列回路を介して上記終段のアンプの
出力端に接続され、上記ホール素子の他方の出力
端が第３及び第４の抵抗の直列回路を介して接地
され、上記第１及び第２の抵抗の接続点と上記オ
ペレーシヨナルアンプの一方の入力端との間に第
１のスイツチング素子が介挿され、上記第３及び
第４の抵抗の接続点と上記オペレーシヨナルアン
プの他方の入力端との間に第２のスイツチング素
子が介挿され、上記第１のスイツチング素子及び
上記オペレーシヨナルアンプの接続点と上記終段
のアンプの出力端との間に第１のホールド用コン
デンサが接続され、上記第２のスイツチング素子
及び上記オペレーシヨナルアンプの接続点と接地
間に第２のホールド用コンデンサが接続され、上
記第１及び第２のスイツチング素子に上記ホール
素子に供給されるパルス状電流のパルスに同期し
たサンプリングパルスが供給されるようにされた
無刷子直流モータの駆動回路。