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CN105612691A - 无刷直流电动机的驱动电路 - Google Patents

无刷直流电动机的驱动电路 Download PDF

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CN105612691A
CN105612691A CN201480000477.8A CN201480000477A CN105612691A CN 105612691 A CN105612691 A CN 105612691A CN 201480000477 A CN201480000477 A CN 201480000477A CN 105612691 A CN105612691 A CN 105612691A
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transistor
coil
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伊藤礼次郎
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Kokusai Display Kogyo Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种在不使用霍尔元件等的情况下利用小功率也能工作的无刷直流电动机的驱动电路，并提供一种可与负荷的轻重或惯性力矩的大小无关地普遍启动的无刷直流电动机的驱动电路。驱动电路具备：晶体管(13)和晶体管(14)的两阶段增幅电路，其对驱动线圈(11)的驱动电流进行切换及增幅；检测线圈(15)，其与所述驱动线圈一起配置于转子的永久磁铁的磁场内，且一端连接于晶体管(14)的基极；以及二极管，其与检测线圈(15)的另一端串联且设置于晶体管(14)的基极与发射极间，并以如下方式控制调节晶体管(14)的基极电流：通过产生于检测线圈(15)的感应电动势施加反向电时，晶体管(14)开启，并且，通过检测线圈(15)的感应电动势施加正向电压时，晶体管(14)关闭。

Description

无刷直流电动机的驱动电路
技术领域
本发明涉及一种使用干电池等直流电源的无刷直流电动机的驱动电路及无刷直流电动机，并涉及一种利用随着带永久磁铁转子的转动产生的检测线圈的感应电动势，对驱动线圈进行通电控制的驱动电路。
背景技术
在现有技术中，存在如下的无刷直流电动机，其使用霍尔元件磁传感器进行转子的磁铁位置的检测，并用电子电路对线圈进行通电控制，由此避免电刷的物理接触。关于这种无刷直流电动机，在非专利文献1的91页记载有如图15中的(a)所示的驱动电路的电路图。这种两相双向通电驱动的无刷直流电动机的电路，在两相用的两个推挽电路的两输入部具备错开相位位置而配设的两个霍尔元件202，通过基于各个霍尔元件202的转子的位置检测，据此，对错开相位而配设的各个驱动线圈201进行通电控制。
另外，在专利文献1中，如图15中的(b)所示，关于电路有如下记载：具备带N磁极和S磁极被磁化的永久磁铁的转子1、检测线圈3、驱动线圈2、及控制驱动电流的晶体管5，并根据检测线圈3的电动势，控制驱动线圈2的驱动电流。
现有技术文献
非专利文献1：萩野弘司著《无刷直流电动机的使用方法》Ohmsha出版社，2003年7月
专利文献1：特公昭39－20410号公报
发明内容
发明所要解决的问题
在非专利文献1中记载的驱动电路(图15中的(a))中，为了使霍尔元件202工作，需要图中Ih所示的电流(为了得到约100mV的霍尔元件输出电压，输入电流为5mA至10mA。因为是两相，所以输入电流变成2倍，为10-20mA)。该消耗电流，例如，由于远远超出作为室内用太阳能电池的实用发电电流的0.1-2mA，是不能用于使用这样小的太阳能电池使无刷直流电动机驱动的课题的。
在专利文献1所示的电路中，在其电源开启时，通过连接于晶体管5的基极的启动用电容器6使晶体管5启动(参照图15中的(b))。但是，如果启动用电容器6的电容过大，持续所需以上的程度而使晶体管5开启时，电流持续流过驱动线圈2，有可能阻碍转子1的转动(启动失败)。另外，相反地，如果启动用电容器6的电容(或者充电量)小，转子1的摩擦负荷或惯性负荷大，则有可能无法得到充分的转动(启动失败)。
如果负荷的惯性力矩是固定的，则摩擦负荷也是固定的，使得电动机启动时的加速度固定，则可以通过适当地设置电容器电容来消除这些问题。但是，按照负荷一一改变电容器的电容，改变启动时的驱动线圈通电时间的做法，作为常用电动机来说是不合适的，所以寻求一种能与负荷的轻重或惯性力矩的大小无关地普遍使用的启动电路。
本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种在不使用霍尔元件等的情况下利用小功率也能工作的无刷直流电动机的驱动电路，并提供一种无论负荷轻重等均可普遍启动的无刷直流电动机的驱动电路。
解决问题的手段
(结构1)
一种无刷直流电动机驱动电路，其特征在于，所述无刷直流电动机驱动电路具备：驱动线圈，其配置于设置在转子的永久磁铁的磁场内；直流电源，其向所述驱动线圈供应驱动功率；第一晶体管，其发射极接地且集电极连接于所述驱动线圈；第二晶体管，其发射极接地且集电极连接于所述第一晶体管的基极；基极电流限制用电阻，其用于调节所述第二晶体管的基极电流；检测线圈，其配置于所述永久磁铁的磁场内，且设置于所述第二晶体管的基极与发射极之间；以及二极管，其在所述第二晶体管的基极与发射极间与所述检测线圈串联，且与所述第二晶体管的基极与发射极间的电流平行顺向设置，并以如下方式控制调节所述第二晶体管的基极电流：通过产生于所述检测线圈的感应电动势施加反向电压时，所述第二晶体管开启，并且，通过所述检测线圈的感应电动势施加正向电压时，所述第二晶体管关闭。
(结构2)
结构1所述的无刷直流电动机驱动电路，其特征在于，所述第一晶体管选择PNP型，所述第二晶体管选择NPN型，所述二极管的阳极连接于所述第二晶体管的基极，且所述二极管的阴极与所述检测线圈的一端连接，该检测线圈的另一端连接于所述第二晶体管的发射极。
(结构3)
结构1所述的无刷直流电动机驱动电路，其特征在于，所述第一晶体管选择NPN型，所述第二晶体管选择PNP型，所述二极管的阴极连接于所述第二晶体管的基极，且所述二极管的阳极与所述检测线圈的一端连接，该检测线圈的另一端连接于所述第二晶体管的发射极。
(结构4)
一种无刷直流电动机驱动电路，其特征在于，所述无刷直流电动机驱动电路具备：串联的第一直流电源及第二直流电源；驱动线圈，其配置于设置在转子的永久磁铁的磁场内，且其一端连接于所述第一直流电源和第二直流电源之间；第一晶体管，其为PNP型晶体管，且发射极连接于所述第一直流电源的正极侧，集电极连接于所述驱动线圈的另一端；第二晶体管，其为NPN型晶体管，且发射极连接于所述第一直流电源和第二直流电源之间，集电极连接于所述第一晶体管的基极；第一基极电流限制用电阻，其用于调节所述第二晶体管的基极电流；检测线圈，其配置于所述永久磁铁的磁场内且设置于所述第二晶体管的基极与发射极之间；第一二极管，其阳极连接于所述第二晶体管的基极，且阴极连接于所述检测线圈，并以如下方式控制调节所述第二晶体管的基极电流：通过产生于所述检测线圈的感应电动势施加反向电压时，所述第二晶体管开启，并且，通过所述检测线圈的感应电动势施加正向电压时，所述第二晶体管关闭；第三晶体管，其为NPN型晶体管，且发射极连接于所述第二直流电源的负极侧，集电极连接于所述驱动线圈的另一端；第四晶体管，其为PNP型晶体管，且发射极连接于所述第一直流电源和第二直流电源之间，且集电极连接于所述第三晶体管的基极；第二基极电流限制用电阻，其用于调节所述第四晶体管的基极电流；第二二极管，其阳极连接于所述检测线圈及所述第一二极管的阴极，且阴极连接于所述第四晶体管的基极的二极管，并以如下方式控制调节所述第四晶体管的基极电流：通过产生于所述检测线圈的感应电动势施加反向电压时，所述第四晶体管开启，并且，通过所述检测线圈的感应电动势施加正向电压时，所述第四晶体管关闭。
(结构5)
结构1或结构4所述的无刷直流电动机驱动电路，其特征在于：在所述检测线圈不产生感应电动势的状态下，以驱动电流流过所述驱动线圈的方式来确定各元件常数。
(结构6)
结构5所述的无刷直流电动机驱动电路，其特征在于：通过赋予所述第一基极电流限制用电阻和所述第二基极电流限制用电阻的电阻值之间的差值，或者赋予所述第一直流电源的电源电压和所述第二直流电源的电源电压之间的差值，使驱动电流流过所述驱动线圈。
(结构7)
一种轴向间隙型无刷直流电动机，其特征在于，所述轴向间隙型无刷直流电动机具备：所述转子；由空心线圈构成的所述检测线圈及所述驱动线圈；定子，其大致在同一平面上，以各空心线圈的有效线轮面和配置于所述转子的多个所述永久磁铁的磁极具有空隙而对置的方式，配设该检测线圈及驱动线圈；以及结构1至结构6中的任一项所述的无刷直流电动机驱动电路。
(结构8)
一种径向型无刷直流电动机，其特征在于，所述径向型无刷直流电动机具备：转子，其在外周面交替配置有所述永久磁铁N极S极；固定轭，其与该转子的永久磁铁具有空隙而对置设置，并且所述检测线圈和所述驱动线圈卷绕设置于形成于内周面的多个凸状的芯，以及结构1至结构6中的任一项所述的无刷直流电动机驱动电路。
发明的效果
根据本发明的无刷直流电动机驱动电路(及无刷直流电动机)，在不使用霍尔元件等的情况下利用小功率能够工作。
另外，由于不必根据负荷的轻重(惯性力矩的大小)等改变(调节)电路结构，所以能够普遍使用。
附图说明
图1是示出实施方案1的无刷直流电动机驱动电路的电路图。
图2是示出流过在实施方案1的无刷直流电动机驱动电路设置的驱动线圈的驱动电流及晶体管14的基极电压、与转子位置之间的关系的说明图。
图3中，(a)是示出在实施方案1的无刷直流电动机驱动电路设置的晶体管14的基极电压的推移的图表，(b)是示出流过晶体管13的集电极的驱动电流的推移的图表。
图4是示出具有和实施方案1的无刷直流电动机驱动电路同等功能的其他电路结构的电路图。
图5是示出实施方案2的无刷直流电动机驱动电路的电路图。
在图6中，(a)是示出在实施方案2的无刷直流电动机驱动电路设置的晶体管14的基极电压的推移的图表，(b)是示出晶体管24的基极电压的推移的图表，(c)是示出流过驱动线圈11的驱动电流的推移的图表。
图7是示出实施方案2的无刷直流电动机驱动电路的变形例的电路图，(a)是示出直流电源12选用电荷泵电路的图，(b)是示出直流电源使用太阳能电池的图，(c)是示出通过对交流进行整流形成直流电源的图。
图8是对限制转子的停止位置的小磁铁的位置进行说明的图。
图9是示出实施方案3的转盘的一部分的分解立体图。
图10中，(a)是示出在实施方案3的转盘设置的轴向间隙型无刷直流电动机的分解立体图，(b)是示出设置于定子体的印刷基板的图。
图11中，(a)是示出在实施方案3的转盘设置的轴向间隙型无刷直流电动机的俯视图，(b)是示出在实施方案3的转盘设置的轴向间隙型无刷直流电动机的垂直剖面图。
图12是对实施方案3的转换开关机构(限制转子的停止位置的小磁铁的位置)进行说明的图。
图13是示出两相驱动的无刷直流电动机驱动电路的电路图。
图14是示出径向型两相驱动无刷直流电动机的图。
图15中，(a)是非专利文献1中的电路图，(b)是专利文献1中的电路图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方案进行具体说明。此外，以下的实施方案，是将本发明具体化的方案，本发明不限于这些实施方案。
＜实施方案1＞
图1是示出本实施方案的无刷直流电动机驱动电路1的电路图。实施方案1的无刷直流电动机驱动电路1是用于驱动无刷直流电动机的电路，其中，驱动无刷直流电动机具备：固定检测线圈和驱动线圈的定子、和具有永久磁铁且被旋转自如的方式轴支撑的转子，其中，永久磁铁被配置在与定子对置的位置。
如图1所示，实施方案1的无刷直流电动机驱动电路1具备：驱动线圈11，配置于设置在转子的永久磁铁的磁场内；直流电源12，向驱动线圈11供给供应驱动功率；晶体管13(第一晶体管)，发射极接地且集电极连接于驱动线圈11；晶体管14(第二晶体管)，发射极接地且集电极连接于晶体管13的基极；电阻(基极电流限制用电阻)17，调节晶体管14的基极电流；检测线圈15，与驱动线圈11一起配置于所述永久磁铁的同一磁场内，且设置于晶体管14的基极与发射极间；以及二极管16，在晶体管14的基极与发射极间与检测线圈15串联，且与晶体管14的基极与发射极间的电流平行顺向设置，并且，该二极管16以如下方式调节晶体管14的基极与发射极间电压：通过产生于检测线圈15的感应电动势施加反向电压时，晶体管14开启，并且，通过检测线圈15的感应电动势施加正向电压时，晶体管14关闭。
此处，所谓的“与晶体管14的基极与发射极间的电流平行顺向连接的二极管16”是指，并联于基极与发射极间的二极管16，相对于与基极与发射极间的电流方向(顺向)平行的电流方向，顺向设置。在实施方案1中，二极管16的阳极与晶体管14的基极，且二极管16的阴极与检测线圈15的一端连接，该检测线圈15的另一端连接于晶体管14的发射极。
无刷直流电动机驱动电路1，基于产生于检测线圈15的感应电动势，为了对驱动线圈11进行驱动，而具备晶体管13(PNP型)和晶体管14(NPN型)的两阶段开关电路。进一步地，为了基于产生于检测线圈15的小感应电动势使晶体管14开启及关闭，而具备二极管16和电阻17(具体内容将在下面进行说明)。
此外，实施方案1的无刷直流电动机驱动电路1还具有：连接于晶体管13的基极和晶体管14的集电极间的电流限制用电阻18，及设置于直流电源12和驱动线圈11之间的开关19。电阻18是用于限制晶体管14的集电极电流(晶体管13的基极电流)的电阻。
二极管16以如下方式调节晶体管14的基极与发射极间电压：产生于检测线圈15的感应电动势使二极管16施加反向电压时，晶体管14开启，并且，检测线圈15的感应电动势使二极管16施加正向电压时，晶体管14关闭。
所谓的“产生于检测线圈15的感应电动势”是指，随着转子的转动，通过设置于转子的永久磁铁靠近或者远离检测线圈15而产生的电动势。即，检测线圈15是检测转子的转动状态(根据转动位置或转动速度产生的电动势)的线圈。本发明的无刷直流电动机驱动电路利用产生于该检测线圈的感应电动势对驱动线圈进行通电控制。
在无刷直流电动机驱动电路1中，将直流电源12、电阻17以及二极管16的相互关系设定成，在检测线圈15不产生感应电动势时的晶体管14的基极与发射极间的电压VBE略大于晶体管14的临界值(晶体管开启)。
此外，本说明书中的“晶体管的临界值”是指，使晶体管开启的VBE的极限值。例如，某晶体管的基极与发射极间的电压和集电极电流的关系如下：VBE为0.5V时，集电极电流流过80μA的情况下，作为晶体管14使用该晶体管时，若使用电流增幅率为200的晶体管13，则晶体管13的集电极电流变为16mA，能充分得到饱和状态的切换。另外，在相同晶体管的VBE为0.4V，集电极电流为6μA的情况下，此时晶体管13处于关闭状态。即，可以说该晶体管在本说明书中所说的“晶体管的临界值”比0.4V大，在0.5V左右。但是，晶体管的临界值根据周围温度产生变化，通过所述二极管的正向电压临界值能够得到与周围温度对应的晶体管的基极电压。
接下来，参照附图对无刷直流电动机驱动电路1的动作进行说明。
图2是示出流过晶体管14的基极电压(b)及驱动线圈11的驱动电流(c)、与和转子位置之间的关系的说明图；图3中，(a)是示出晶体管14的基极电压的推移的图表，(b)是示出流过晶体管13的集电极的驱动电流的推移的图表。
此处，为了进行动作说明，以轴向型的无刷直流电动机为例进行说明，其具备两个驱动线圈11、和一个检测线圈15(图2中的(a))。对该轴向型的无刷直流电动机而言，两个驱动线圈11和一个检测线圈15在大致与转子的转动轴垂直的同一平面上在圆周方向上等间隔配置，具有相对于这三个线圈的有效线轮面，分别隔着少许空隙而面对的永久磁铁102的N磁极、S磁极交替配置的转子。另外，为了使该转子停止时的停止位置(图2状态A)处于规定的位置，具备与设置在所述转子的永久磁铁102隔着空隙而配置的小磁铁101。此处，所选例为：通过作为S磁极的小磁铁101，用比驱动时所产生的磁力弱的磁力，将转子停止时的永久磁铁102的N磁极限制在规定位置。
此外，“线圈的有效线轮面”是指，通过电流流过线圈时与永久磁铁102的磁极对置，能够对转子给予转动力的线圈的范围。即，在图2中，大致沿转动轴的同心圆的法线方向的线圈的部分。
在上述轴向型的无刷直流电动机中，从停止状态打开开关19时，直流电源12(作为具体例，设置成1.6V的干电池)向电路供给供应1.6V的电源电压。在该状态下，检测线圈15不产生感应电动势，通过直流电源12的电源供给供应，经由电阻17向晶体管14流过基极电流。此时图2中的(b)及图3中的(a)所示的晶体管14的基极与发射极间的电压VBE表示的启动时电压，通过从电源电压经由电阻17流过二极管16的微小电流，形成略大于二极管内的电压下降的值(临界值电压)的电压。在本实施方案中，以略大于晶体管14的临界值的方式调节晶体管14的基极与发射极间的电压，作为具体例，例如0.6V(这是将晶体管14的临界值设为0.5V左右时，以略大于(0.1V左右)该值的方式设定的例)。即，以如下方式设定，通过兼顾直流电源12、电阻17的电阻值及二极管16，向晶体管14施加略大于临界值的电压VBE。
通过施加大于晶体管14的临界值的电压VBE，晶体管14开启，由于其集电极电流流过晶体管13的基极，通过饱和区域中的增幅及切换工作，图2中的(c)及图3中的(b)所示的几乎呈平坦直线状的驱动线圈电流流过驱动线圈11。
据此，通过流过驱动线圈11的各“有效线轮面”的电流，和与此对置停止的永久磁铁102的磁力线之间的弗莱明定律，电磁力作用于永久磁铁102，开始从停止的位置转动移动(例如，永久磁铁N磁极朝向相邻的驱动线圈11的方向移动)。然后，与小磁铁101相对的永久磁铁102的N磁极，如图2的状态B所示，直到不产生基于电磁力的转动力的位置为止(在该例子中，直到转子的转动角度达到30度为止)，如图2的下方的图表所示，向驱动线圈11供应驱动电流，并可靠地使永久磁铁102的转动移动加速。
转子的转动继续，在到达图2的状态B之后，在检测线圈15开始产生相对于二极管16为正向电压(相对于晶体管14的VBE为反向电压)的感应电动势。据此，通过二极管16，仅取二极管正向电压的电压下降的值，使所述感应电动势通过，将晶体管14的基极电压VBE设置在0.4V以下并关闭晶体管14。之后，如图2中的(b)及图3中的(a)的图表所示，晶体管14的VBE的电压，产生图2中的(b)的向下箭头所示的基极反向电压(下垂的曲线)，据此晶体管13也关闭，如图2中的(c)及图3中的(b)所示，驱动线圈11的驱动电流断开。由检测线圈15的感应电动势产生的晶体管14的基极电压(反向电压)，在图2的状态C变为最大，到变为状态D为止停止晶体管14的基极电流，停止向驱动线圈11通电。
即使在不向驱动线圈11通电的状态下，通过转子的惯性也会进一步转动，成为图2的状态D。在处于状态D的瞬间，检测线圈15不产生感应电动势，因此，在关闭上述晶体管14的功能消失的同时，与经由电阻17的启动时的电路动作说明相同，图2中的(b)所示的晶体管14的VBE成为0.5V以上，从电源经由电阻17向电流晶体管14的基极流过规定值的基极电流。据此晶体管14开启，晶体管13也开启，从而对驱动线圈11通电，并使转子的转动加速。超出图2的状态D时，与检测线圈15之前的电压相反，产生图2中的(b)中的向上箭头的方向的感应电动势(因为是设想值所以未图示)。在这种情况下，由于不存在妨碍晶体管14的基极电流的反向电压，晶体管14维持在开启状态(如(b)所示，施加略大于晶体管14的临界值的电压0.6V作为VBE)。此时，二极管16施加有反向电压，在这种情况下，检测线圈18的电压被二极管16截断，不影响晶体管14的基极电压。因此，如同启动时检测线圈18不产生感应电动势时，从电源经由电阻17向晶体管14流过基极电流，晶体管14维持开状态，转子的转动继续加速。
之后，随着转子继续转动，产生于检测线圈15的感应电动势也是正负交替产生的，据此控制上述各晶体管的开启与关闭，从而使转子加速转动。
此外，在图3中的(b)的图表中，存在驱动电流从饱和电流值向下的下垂曲线，这是由于产生于驱动线圈11的反向电动势使驱动电流减少的缘故，表示随着转子的转动速度的上升，反向电动势引起的电流减少将增大(据此，作为电动机的消耗功率被控制得很小)。
如上所述，本实施方案的无刷直流电动机驱动电路1，通过基于转子的转动状态由检测线圈15产生的感应电动势，对驱动线圈11进行通电控制。因此，有必要基于由检测线圈15产生的小的感应电动势进行适当的切换，本发明的无刷直流电动机驱动电路1是通过具备所述结构来实现所述切换的。
从上述动作说明可以明显看出，例如，为了即使是在检测线圈15的感应电动势为±0.1V左右的状态也使检测线圈15工作，毫无疑问需要根据0.1V这个小的信号变化进行晶体管14的开启与关闭切换。另外，为了进一步提高响应性，还有必要根据更小的信号变化进行晶体管的开启与关闭切换。在这种情况下，在检测线圈15不产生感应电动势的状态下，只要将电源、电阻、二极管等的最合适值的元件常数设定成，以向晶体管14的基极与发射极间施加略大于晶体管14的临界值(使晶体管工作的极限值)左右的电位即可。
例如到达图2中的(a)的D的位置时，在与启动时的检测线圈15不产生感应电动势时处于同等的输入状态时，可以在晶体管14的基极的反向电压消失时，将晶体管14切换成开启状态。即，在产生于检测线圈15的感应电动势从负值变为正值(晶体管14的基极从反向电压变为正向电压)时的转换点(例如所述D位置)，切换成开启状态，并且，在检测线圈15产生的感应电动势的方向从正向变为负向的时刻(例如B位置)之后，晶体管14的VBE变为0.4V以下的电压，为了不使基极电流流过，将晶体管14切换成关闭状态。据此，能够得到高响应性，且消耗功率也极小化的驱动电路。此外，“略大于”晶体管的临界值的具体值，是根据各产品的设计思想而适当确定的。
如上所述，本实施方案的无刷直流电动机驱动电路1，是一种在不使用霍尔元件等的情况下利用小功率也能够工作的无刷直流电动机驱动电路，例如，即使是室内用太阳能电池的光发电产生的少许功率也能够使电动机转动。即使是利用干电池等工作的情况下，用小容量的电源也能长时间工作，非常经济。
另外，由于不必根据负荷的轻重(惯性力矩的大小)而改变(调节)电路结构，所以能够普遍使用。
另外，即使检测线圈产生感应电动势，通过二极管16和晶体管14的基极反向电流阻止功能，电流不流过检测线圈15，因此使得作用于各永久磁铁的制动的电磁力消失，从而具有提高效率的效果。
此外，在实施方案1的无刷直流电动机驱动电路1中，虽然以晶体管13为PNP型，晶体管14为NPN型为例进行了说明，但也可以如图4所示，选择发射极接地的NPN型的晶体管23(第一晶体管)和PNP型的晶体管24(第二晶体管)，二极管26的阴极连接于晶体管24的基极，且二极管26的阳极连接于检测线圈15的一端，检测线圈15的另一端连接于晶体管24的发射极(虽然正负相反，但工作理念与上述内容相同)。
＜实施方案2＞
图5是示出实施方案2的无刷直流电动机驱动电路的电路图。
实施方案2的无刷直流电动机驱动电路3是结合实施方案1的无刷直流电动机驱动电路1(图1)和无刷直流电动机驱动电路2(图4)的推挽式电路。在图5中，与图1或者图4相同的要素使用同一个附图标记，并省略或者简化相对应的说明。
如图5所示，PNP型晶体管13(第一晶体管)和NPN型晶体管23(第三晶体管)的集电极彼此连接，NPN型晶体管14(第二晶体管)和PNP型晶体管24(第四晶体管)的发射极彼此连接，进一步地，二极管16的阴极和二极管26的阳极连接，据此，连接图1和图5的电路。据此，共用驱动线圈11和检测线圈15。
实施方案2的无刷直流电动机驱动电路3的工作理念，基本上与实施方案1中的说明相同。在实施方案1的图1或者图4的电路中，虽然仅对于其中任意一个方向的驱动线圈通电产生的磁极给予驱动力，但若根据图5的无刷直流电动机驱动电路3，则对于双向的驱动线圈通电产生的磁极给予驱动力(推挽)的工作。具体如下。
上述结构中的二极管16和26，或电阻17和27的电阻值，如实施方案1中所述，以得到能使晶体管14和24一同进行切换工作的、适当的VBE的方式来设定，在上侧电路(图1部分)和下侧电路(图4部分)中，形成正负相反的相同结构。因此，在开关19启动时，由于使两个二极管16、26的整流方向对齐的串联的连接点的电位，和连结接续两个直流电源12、22的连结部形成相同的电位，这之间不会有电流流过。即，上侧电路(图1部分)和下侧电路(图5部分)处于均衡状态，因此不向驱动线圈11进行通电，转子停止转动。
从该状态开始，如果因为某些机械启动、或者任意的电磁启动手段，转子发生转动，则检测线圈15产生电动势。该电动势的方向，由启动时的转动方向决定，假设，由启动转动产生的检测线圈电动势的方向与晶体管14的基极正向电压相同，则在晶体管24形成基极反向电压。据此，晶体管14(上侧电路)开启，而晶体管24(下侧电路)关闭，从而向驱动线圈11供给供应基于直流电源12(上侧电路)的驱动电流(利用手动等使转子向最初启动的转动方向驱动，而继续转动)。另一方面，转动继续(或者使向与上述相反的方向转动启动时)，如果检测线圈15产生与上述相反的电动势，则与上述相反，晶体管14(上侧电路)关闭，而晶体管24(下侧电路)开启，从而向驱动线圈11供给供应基于直流电源22(下侧电路)的驱动电流(和之前相反方向的电流)。
之后，如图6所示，与随着检测线圈15的电动势的变化的两个晶体管14和24的基极电压推移(图6中的(a)、(b))同步，如图6中的(c)所示，驱动线圈11的双向切换通电持续发生，通过被该双向通电励磁的驱动线圈11的磁极和转子的永久磁铁磁极的电磁力，转子被加速转动。
此外，实际上，多数情况下，将上侧电路和下侧电路作为电气(及磁气)上完全相同的结构，而制作均衡状态并不容易，在电源开启时，任意一个方向的电流流过驱动线圈11，据此转子转动(自动启动，且这之后，随着产生于检测线圈15的电动势实现上述动作)(此外，在这种情况下，不知道启动转动方向为哪一方)。也可以积极利用由这个电路的上侧、下侧不平衡产生的工作，在检测线圈不产生感应电动势的状态下，以驱动电流向规定方向流过驱动线圈的方式确定各元件常数(例如，通过赋予电阻17和27的电阻值的差值，或赋予直流电源12和22的电源电压的差值等)，
据此，使其更可靠地自动启动(以期望的转动方向自动启动)。
与此相关的电路例如图7所示。此外，与图5相同的要素使用相同的附图标记。
在图7中的(a)中，在上侧电路的直流电源12中，添加了由电容器122和二极管123构成的电荷泵电路。据此在联锁开关19开启时，上侧电路的电源电压升高，启动时上侧电路接通。此外，通过将电流限制用电阻18连接于晶体管14和晶体管24的发射极的连接点与直流电源12和22之间(基准电位)，而共用电流限制用电阻18。
在图7中的(b)中，直流电源12和22分别由太阳能电池123、223和电容器124、224构成，并将上侧电路的太阳能电池123的电压设定成大于下侧电路的太阳能电池223的电压。在图7中的(b)的例中，由于采用未设置电源开关的结构，例如，从夜间停止状态，到室内变亮时接受此时的光，由此能够自动启动。
此外，“直流电源”是指，例如，也可以是如图7中的(c)所示，通过整流交流电源而构成。也可以是，例如，通过在上侧和下侧改变交流电源P供应电源的次级线圈的卷线量，以期望的转动方向自动启动。
此外，也可以如图7中的(b)所示，在采用未设置电源开关的结构时等情况下，能够以不随意自动启动的方式操作定子的停止位置。图8示出了，通过采用能够改变小磁铁101的位置的结构，能够进行启动转动方向选择操作和自动启动停止的操作的方案。从图8及目前为止的说明可以看出，能够设定成，通过在图8中的位置A或C设置小磁铁101，自动启动(A和C中转动方向相反)，而设置在B的位置时不能自动启动。
＜实施方案3＞
图9是示出实施方案3的转盘的一部分的分解立体图。转盘100，具备被图7中的(b)的驱动电路驱动的轴向间隙型的无刷直流电动机50。当光照到太阳能电池123、223时桌子31转动，例如，用于店面广告，转动展示置于桌子31上的商品。壳体32具备轴向间隙型的无刷直流电动机50，并容纳有与太阳能电池123、223的连接线或、具有适当的齿轮比的动力传动机构、桌子31的转动轴或其轴承等各结构。
图10及图11的各图是示出轴向间隙型的无刷直流电动机50(下面简称为“电动机50”)的图，图10中的(a)是电动机50的分解立体图，图11中的(a)是电动机50的俯视图、图11中的(b)是垂直剖面图。
如图10中的(a)所示，电动机50，大致由上侧转子体51、定子体52、及下侧转子体53这三个体(block)构成。
定子体52，由用于电连接各线圈(检测线圈15及驱动线圈11)的印刷基板521构成。
检测线圈15及驱动线圈11由空心线圈构成，在本实施方案中，设置了三个驱动线圈。如图10中的(a)所示，检测线圈15及三个驱动线圈11在印刷基板521上，在大致同一平面上等间隔配置。
如图10中的(b)所示，印刷基板521具有在中央部以不使转子的永久磁铁接触的方式形成的孔524。检测线圈15焊接于印刷基板521的检测线圈连接端子525，驱动线圈11焊接于各驱动线圈连接端子522，通过引线523与驱动电路电连接。
上侧转子体51有如下方式构成：由聚碳酸酯成形的圆盘部511和设置于圆盘部511的上表面的中空的四角柱513一体成形，粘着于轭514的八个稀土类磁铁102嵌入形成于圆盘部511的下表面的凹部。另外，在四角柱513的4侧面的各面，贴有外侧为N磁极的橡胶磁铁515。
下侧转子体53，相同地由聚碳酸酯成形，形成安装轴40的轴支撑部或、与上侧转子体51嵌合的嵌入部等。另外，由粘着于下侧轭534的八个稀土类磁铁102嵌入形成于圆盘部531的上表面的凹部而构成。
本实施方案的电动机50，分别完成上述体的组装后，再分别对齐各自的中心部并一体化，由此来组装基本结构。在组装的状态下，在与大致同一平面上等间隔配置的各空心线圈的有效线轮面对置的位置，间隔少许空隙，在上下配置有各稀土类磁铁102。
一体化的各体，被容纳于容纳该各体的壳体(上侧壳体55、下侧壳体56)而组装。
在上侧壳体55的容纳四角柱513的部分形成有圆筒状的圆筒部，通过在其外周安装有转换开关机构54构成电动机50。
转换开关机构54，可旋转地安装在上侧壳体55的圆筒部的外周，如图11所示，等间隔设置四个用于使设置于四角柱513的侧面的橡胶磁铁515排斥的N极的小磁铁542。虽然这和实施方案1中的小磁铁101一样，是用于将转子的停止位置限制在期望的位置的，但在本实施方案中，在利用与永久磁铁102单独设置的磁铁(设置于四角柱513的侧面的橡胶磁铁515)之间的磁力方面与实施方案1不同。
图12是对转换开关机构54进行说明的图。在图12中，杆541处于图(a)的位置时，限制成使各稀土类磁铁102停止在与驱动线圈11的各有效线轮面对置的位置，所以如果有电源供应，就会向规定方向转动启动。
在图(a)的停止状态，操作杆541使其处于(b)的位置时，通过各橡胶磁铁515与各小磁铁542的斥力，转子变为图(c)的状态。在该位置时，以各稀土类磁铁102不与各有效线轮面对置的方式进行限制，所以即使有电源供应也不会自动启动。
进一步地操作杆541，使其处于图(d)的位置时，由于磁极与图(a)中成相反的配置，若有电源供应，则向与图(a)的相反方向转动启动。
如上所述，本实施方案的电动机50，大致由三个体构成，在组装各个体后使其成为一体化的结构，因此作业效率得到提高，易于制造，零件管理也容易。另外，此处，虽然以转盘为例进行说明，但本实施方案的电动机50，由于高效且即使低功率也能够使用，能用于各种用途例如以小型的太阳能电池为电源(或者以小容量的干电池为电源)的个人用桌上风扇芳香散发机等。
此外，虽然之前一直以单相为例进行说明，但也可以如图13所示的一例，为复相驱动。图13是示出两相驱动的无刷直流电动机驱动电路的电路图，与图7中的(b)相同的结构使用相同的附图标记。如图13所示，将A相和B相分别设置成与图7中的(b)相同的电路结构，成为共用直流电源12和22的结构。
在将其适用于本实施方案的轴向间隙型的无刷直流电动机的情况下，参照图10中的(a)，准备另一个与安装有各线圈的印刷基板521相同的基板(相对于A相的线圈错开22.5°)作为B相用。然后，安装有A相用的各线圈的印刷基板、和安装有B相用的各线圈的印刷基板，以A相，B相的各线圈之间紧密地叠在一起(当然A相，B相的各线圈之间是非电气连接的)的方式被上侧壳体55、下侧壳体56夹住而配置。进一步地，以与A相用和B相用错开叠置的各线圈的有效线轮面对置的方式，在上侧转子体51和下侧转子体53设置，固定于轭的上下分别为八个的稀土类磁铁。
据此，可以实现基于两相驱动的有力且稳定的驱动。另外，由于采用提高贯通各线圈的磁通密度的结构，所以具有增加电磁驱动力的效果。另外，定子(stator)轭造成的铁损或涡电流损失消失，消除轴承部的过大负荷造成的摩擦损失，由此能得到小功率的高效电动机。
另外，虽然之前一直以轴向间隙型为例进行说明，但本发明的无刷直流电动机的驱动电路，当然也能够适用于径向型电动机。图14中示出了适用本发明的无刷直流电动机的驱动电路的径向型无刷直流电动机的一例。
图14是在与径向型无刷直流电动机60(下面简称为“径向型电动机60”)的转动轴垂直的平面的剖面图。如图14所示，径向型电动机60，具备在外周面交替配置有永久磁铁102的N极S极的转子61，和与该转子61间隔一点空隙而对置设置的固定轭62。
在固定轭62的内周面形成多个凸状的芯621，在该芯621卷绕设置有检测线圈15和驱动线圈11。将各芯621的间隔，规定为以设置于各芯621的各线圈的有效线轮面成与永久磁铁102对置的位置。
在图14的例中，示出了被例如图13的驱动电路驱动的两相径向型电动机，图14中，左侧为A相，右侧为B相。A相的各线圈(一个检测线圈15a及多个驱动线圈11a)的有效线轮面与永久磁铁102呈对置的状态(得到最大转动力的状态)，在该状态下，B相处于各线圈(一个检测线圈15b及多个驱动线圈11b)的有效线轮面与各永久磁铁之间的边界成对置的状态(转动力最小)。
根据图14的径向型电动机60，与使用空心线圈的情况相比，驱动力变得非常大，能够用于使用屋外用太阳能电池而转动的广告牌等，需要大输出的转动装置。
附图标记说明
1、3、4、5、6、7...无刷直流电动机驱动电路，11...驱动线圈，12...直流电源，13...晶体管(第一晶体管)，14...晶体管(第二晶体管)，15...检测线圈，16...二极管，17...电阻(基极电流限制用电阻)，22...直流电源(第二直流电源)，23...晶体管(第三晶体管)，24...晶体管(第四晶体管)，26...二极管(第二二极管)，27...电阻(第二基极电流限制用电阻)，50...轴向间隙型无刷直流电动机，51...上侧转子体(转子)，52...定子体(定子)，53...下侧转子体(转子)，60...径向型无刷直流电动机，61...转子，62...固定轭(定子)，100...转盘，101...小磁铁，102...永久磁铁。

Claims (2)

1.一种无刷直流电动机驱动电路，其特征在于，
所述无刷直流电动机驱动电路具备：
驱动线圈，其配置于设置在转子的永久磁铁的磁场内；
直流电源，其向所述驱动线圈供应驱动功率；
第一晶体管，其发射极接地且集电极连接于所述驱动线圈；
第二晶体管，其发射极接地且集电极连接于所述第一晶体管的基极；
基极电流限制用电阻，其用于调节所述第二晶体管的基极电流；
检测线圈，其配置于所述永久磁铁的磁场内，且设置于所述第二晶体管的基极与发射极之间；以及
二极管，其在所述第二晶体管的基极与发射极间与所述检测线圈串联，且与所述第二晶体管的基极与发射极间的电流平行顺向设置，并以如下方式控制调节所述第二晶体管的基极电流：通过产生于所述检测线圈的感应电动势施加反向电压时，所述第二晶体管开启，并且，通过所述检测线圈的感应电动势施加正向电压时，所述第二晶体管关闭。
2.一种无刷直流电动机驱动电路，其特征在于，
所述无刷直流电动机驱动电路具备：
串联的第一直流电源及第二直流电源；
驱动线圈，其配置于设置在转子的永久磁铁的磁场内，且其一端连接于所述第一直流电源和第二直流电源之间；
第一晶体管，其为PNP型晶体管，且发射极连接于所述第一直流电源的正极侧，集电极连接于所述驱动线圈的另一端；
第二晶体管，其为NPN型晶体管，且发射极连接于所述第一直流电源和第二直流电源之间，集电极连接于所述第一晶体管的基极；
第一基极电流限制用电阻，其用于调节所述第二晶体管的基极电流；
检测线圈，其配置于所述永久磁铁的磁场内，且设置于所述第二晶体管的基极与发射极之间；
第一二极管，其阳极连接于所述第二晶体管的基极，且阴极连接于所述检测线圈，并以如下方式控制调节所述第二晶体管的基极电流：通过产生于所述检测线圈的感应电动势施加反向电压时，所述第二晶体管开启，并且，通过所述检测线圈的感应电动势施加正向电压时，所述第二晶体管关闭；
第三晶体管，其为NPN型晶体管，且发射极连接于所述第二直流电源的负极侧，集电极连接于所述驱动线圈的另一端；
第四晶体管，其为PNP型晶体管，且发射极连接于所述第一直流电源和第二直流电源之间，且集电极连接于所述第三晶体管的基极；
第二基极电流限制用电阻，其用于调节所述第四晶体管的基极电流；
第二二极管，其阳极连接于所述检测线圈及所述第一二极管的阴极，且阴极连接于所述第四晶体管的基极，并以如下方式控制调节所述第四晶体管的基极电流：通过产生于所述检测线圈的感应电动势施加反向电压时，所述第四晶体管开启，并且，通过所述检测线圈的感应电动势施加正向电压时，所述第四晶体管关闭。
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