JPH04178191A - 直流ブラシレスモータの速度制御装置 - 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】 産業上の利用分野 ヌ− 本発明は、直流ブラシレスモータの速度制御装置に関す
るものである。

従来の技術 直流ブラシレスモータは、ブラシ・整流子がなく高信頼
性であることから、各種の民生機器や産業機器に使用さ
れている。例えば、このような直流ブラシレスモータを
ファンモータに使用するならば、高速回転させた場合で
もブラシ・整流子がないために低雑音・長寿命で信頼性
の高いモータを実現できる。

しかし、このような直流ブラシレスモータに制御をかけ
ようとした場合、従来この種の速度制御装置としては、
周波数発電機（以下ＦＧと称す）を構成して、回転数制
御を行なわせる方式が一般的であり、その回路構成を第
２図を参照しながら説明する。

第２図において、基板上に形成されたＦＧパターン３１
を多極着磁されたロータマグネットが通過することによ
り、ＦＧ倍信号誘起される。そのＦＧ倍信号ＦＧアンプ
３２及びシュミット回路に入力され速度信号として速度
ディスクリ回路３６に入力される。また、前記速度ディ
スクリ回路３６には水晶発振子３４を含む発振回路３５
で発振された基準信号が入力され、前記速度信号と比較
されて、加減速のパルスを出力する。この加減速のパル
ス出力は誤差増幅器３７で積分され駆動アンプ３８に入
力される。一方、モータの駆動回路としては、モータコ
イル４５．４６．４７と前記モータコイル４５．４６．
４７に電流を給電する６個の駆動トランジスタ４８，４
９．５０．５１゜５２．５３及び駆動トランジスタ４８
〜５３のブリドライバー４０とモータの回転位置を検出
するホール素子４２．４３．４４とホール素子４２゜４
３．４４の出力に応じて前記駆動トランジスタ４８〜５
３の通電信号に分配するホール素子分配回路３９で構成
される。

ところで、上記ＦＧを利用する方法では、周波数発電機
として、多極に着磁されたロータマグネットと基板上に
ＦＣ信号検出用にＦＧパターン３１が形成されたＦＧ基
板を必要とし、また微弱なＦＧ倍信号検出するために、
高利得の増幅回路を必要とするなど、速度制御回路も複
雑で高価であった。そのため速度制御装置が高価となり
、安価なファンモータでは、速度制御なしで使用されて
いた。

発明が解決しようとする課題 ところが、最近ファンモータが使用されるコンピュータ
・複写機等のＯＡ種機器おいては、静かなオフィスで使
用されるために騒音が問題となりファンモータにおいて
も高温時は回転数を上げて風量を増やし、低温時は回転
数を下げてファンが発生する騒音を下げる温度可変速や
、セットの使用モードに応じてファンの回転数を段階的
に変化させる回転数可変速機能が要望されてきた。

本発明の目的は、このようなファンモータを実現するた
め、新規な直流ブラシレスモータの速度制御装置を有し
、安価で上記の付加機能を達成する直流ブラシレスファ
ンモータを提供することである。

課題を解決するための手段 一ξ 上記目的を達成するために本発明の直流ブラシレスモー
タの速度制御装置は、直流ブラシレスモータの回転子の
回転位置を検出する位置検出手段と、複数個のモータコ
イルと、上記位置検出手段の出力に応じて電流を分配す
る電流分配器と、前記電流分配器の出力がそのベースに
接続され、エミッタは共通接続され、そのコレクタが前
記モータコイルに接続されて、前記分配器の出力に応じ
てモータコイルへの通電路を切り替えることによりモー
タを駆動し回転させる複数個の駆動トランジスタを具備
した駆動回路装置とで構成される直流ブラシレスモータ
と、前記モータコイルと駆動トランジスタを一片とする
ブリッジ回路と、電源と前記ブリッジ回路間に挿入され
た給電制御トランジスタと、一方の端子が定電流源を介
して前記電源に接続され、他方の端子が前記ブリッジ回
路を構成する駆動装置において共通接続された駆動トラ
ンジスタのエミッタと第１の抵抗の接続点に接続された
定電圧回路と、前記定電圧回路の出力電圧を基に速度の
基準となる基準電圧を発生させる手段とからなる構成を
有している。

作用 この構成によりブリッジ回路の検出端より直流ブラシレ
スモータの回転速度に比例した基準電圧を得ることによ
り、この電圧を基準電圧と比較し、その差電圧で給電制
御トランジスタを制御して回転速度を制御することがで
きる。

また、基準電圧源として正の温度特性を有する基準電圧
源を用いることにより、低温時は直流ブラシレスモータ
の回転数を低（、高温時は回転数を高く制御することが
できる。また前記基準電圧源の電圧値をトランジスタＳ
Ｗ等を用いて段階的切り替えることによりモータの回転
速度をセットの使用モードに応じて段階的に切替えるこ
とによりファンモータの必要風量と騒音レベルの関係を
最適に選ぶことができる。

実施例 以下、本発明の一実施例について第１図を参照しながら
説明する。

第１図において、２は２ｎ　（ｎは整数）個の磁性開平
４−１７８１９１（３） 極を有するロータマグネット、３．４．５はモータコイ
ル、６．７．８はコイル３，４．５のそれぞれに電流を
供給しモータを駆動する駆動トランジスタ、９．１０．
１１はロータマグネットの磁束を感知し、ロータの回転
位置を検出するホール素子、１２はホール素子９．１０
．１１の出力信号に応じて駆動トランジスタ６．７．８
への通電を切り替える電流分配器である。また、破線に
て囲まれた部分Ａが速度制御装置であり、前記コイル３
．４．５の共通接続点が、前記給電制御トランジスタ１
７のコレクタに接続されている。また、１３．１８．１
９は抵抗であり直流ブラシレスモータのモータコイル３
．４．５及び駆動トランジスタ６．７．８と抵抗１３，
１８．１９はブリッジ回路を構成している。

また、２０は定電流源、１４は定電圧回路であり、定電
圧回路１４の出力電圧を抵抗２１．２２の直列接続より
なる抵抗分圧回路にて分圧し、前記抵抗２２の端子電圧
として基準電圧Ｅｓを得ている。

また、前記給電制御トランジスタ１７のコレクタと電源
一端子間にはブリッジ回路の抵抗１８゜１９が直列接続
され、その抵抗分圧回路の分圧電圧は、前記基準電圧と
比較されその出力をトランジスタ１６で増幅して、さら
にそのトランジスタ１６の出力をブリッジ回路と直流電
源１間に挿入した給電制御トランジスタ１７のベースに
加えて、直流ブラシレスモータの回転速度が負荷トルク
の減少により上昇したときにはブリッジ回路に供給する
電流Ｉを減少させ、一方回転速度が負荷トルクの増大に
より下降したときには電流■を増加させるように給電制
御トランジスタ１７を制御する。

上記構成において、その動作を説明する。破線部Ａ以外
の構成は、従来の３相半波駆動方式を用いた直流ブラシ
レスモータの駆動装置であり、ホール素子９，１０．１
１はロータマグネット２の磁束を感知し、その磁束に応
動した信号を電流分配器１２に入力する。電流分配器１
２で−は、ホール素子の出力信号に対して、通電するコ
イルを決定し、その出力で駆動トランジスタの通電を一
５≦ 切り替えてモータを回転駆動する。この時、駆動コイル
Ｌｕ、Ｌｖ、Ｌｗに発生する誘起電圧をＥａとしコイル
抵抗をＲｍとし、駆動トランジスタの飽和電圧をＶｓａ
ｔとすると、直流ブラシレスモータの駆動装置に発生す
る電圧Ｖｏは、Ｖｏ＝Ｅａ＋Ｒｍ＊　Ｉ　＋Ｖｓ　ａ　
ｔ　−−（１）となる。但し、Ｖｓａｔはトランジスタ
の飽和電圧であり（通常は０．１〜０．２Ｖ位）右辺の
他の２項に比較して無視できる程小さい値である。

次に、破線部Ａの速度制御装置の動作を説明する。直流
ブラシレスモータが負荷の変動等により回転数が変わる
とモータに発生する誘起電圧Ｅａが変化し、従って電圧
Ｖｏも上記（１）式より変化するが、その変化がブリッ
ジ回路を構成する抵抗１８．１９で分圧されその電圧は
、誤差増幅器１５で基準電圧源の基準電圧と比較され、
その出力がトランジスタ１６で増幅され給電制御トラン
ジスタ１７に伝達され、出力電流Ｉを制御する。

ここで、定電圧回路の電圧値をＶｒ、抵抗分圧回路の抵
抗２１．２２の抵抗値をＲ２，Ｒ３とし、）７一 またブリッジ回路を構成する抵抗１３．１８．１９の抵
抗値をＲ１，Ｒ゛４．Ｒ５とし、Ｉ、Ｉｕ。

Ｉｖ、Ｉｗをそれぞれ矢印位置を流れる電流、Ｖ＾、Ｖ
Ｂ、ＶＣ，ＶＤを各部の電圧値とすると、誤差増幅器１
５の（＋）個入力端子までの電圧ＶＯは、 Ｖｏ＝Ｒ３＊Ｖｒ／（Ｒ２＋Ｒ３）＋Ｖｃ＝Ｒ３＊Ｖｒ
／（Ｒ２＋Ｒ３）＋Ｉ　＊Ｒ１・・・・・・・・・・・
・・・・・・・（２）となる。ここで第（２）式右辺第
１項は一定値Ｅｓをとるものであり、右辺第２項はモー
タ電流Ｉに比例して変化する。

一方、誤差増幅器１５の（−）個入力端子の電圧ｖＩ！
Ｉは、（１）式より、 Ｖｓ　＝Ｒ５＊Ｖ＾／　（Ｒ５＋Ｒ６）−（Ｅａ＋Ｒｍ
＊　Ｉ　＋Ｒ１＊　Ｉ　）＊Ｒ５／　（Ｒ５＋Ｒ６）・
・・・・・・・・・・・・・・（３）であり前記、′誤
差増幅器１５の両入力端子は負帰還が施されており等し
い電圧となるように動作するから、 ＶＩｌｌＩ＝ＶＢ　・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・　（４）となり、 Ｅａ＋Ｒｒｎ＋ｋｌ＋Ｒ１＊Ｉ＝ Ｅｓ＊　（Ｒ５＋Ｒ６）／Ｒ５＋ （Ｒ５＋Ｒ６）＊　Ｉ　＊Ｒ１’Ｒ５・・・・・・（５
）の関係が得られる。

従って、直流ブラシレスモータの誘起電圧Ｅａは、 Ｅａ＝Ｅｓ＊　（Ｒ５＋Ｒ６）／Ｒ５−１＊（Ｒｍ＊Ｒ
５−Ｒ６＊Ｒ１）／Ｒ５＝４６）で表される。

このことから、今、抵抗Ｒ５，Ｒ６，Ｒ１を調節して、 Ｒｍ＊Ｒ５＝Ｒ６＊Ｒ１・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・（７）に選ぶと、 Ｅａ＝Ｅｓ　＊　（Ｒ５＋Ｒ６）／Ｒ５となり、前記直
流ブラシレスモータは、その誘起電圧Ｅａが常に定電圧
となるように駆動される。

言い換えれば、直流ブラシレスモータの回転速度をＮ、
発電定数をＫａとすると、 Ｅａ＝Ｋａ＊Ｎ　　・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・　（８）で
あることから、直流ブラシレスモータの回転数Ｎは、 Ｎ＝Ｅｓ　＊（Ｒ５＋Ｒ６）／Ｒ５／Ｋａ　−＝　（９
）となり、前記直流ブラシレスモータは負荷トルクに影
響されず、一定回転速度になる。

以上が第１図に示した直流ブラシレスモータの速度制御
装置の動作原理である。

ここで、前記速度制御装置の定電圧回路１４の出力電圧
を抵抗２１と抵抗２２で分割し、モータ回転数設定の基
準電圧を得る回路において、前記抵抗２２として、正の
温度特性を有するサーミスタ等の抵抗素子を用い、また
、前記抵抗２１には通常の炭素被膜抵抗素子を用いれば
モータ回転数は、　（２）　、　（９）式より高温時は
回転数が上昇する特性となり、これをファンモータに適
用するならば、モータの回転数を高温時は高くしてファ
ンモータの風量をアッーブし、冷却効果を高めるととも
−に、低塩時は、回転数を低くしてファンモータから発
生する騒音の低騒音化を図ったファンモータを実現する
ことができる。

また、前記抵抗分圧回路において、トランジスタＳＷを
もちいて、出力電圧を切り替えるようにすることにより
ファンモータの回転数を使用モードに応じて切り替える
ことができる。

発明の効果 以上の説明から本発明によれば、直流ブラシレスモータ
の駆動装置の端子電圧を、本発明の速度制御装置を用い
てＩＩＪ御することにより、安価な装置でファンモータ
の回転数制御を行なうことができ、ファンモータの低騒
音化と高温時の大風量化を図ることができ、性能向上さ
せることができる簡易な構成の直流ブラシレスモーフの
速度制御装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の半波駆動の直流ブラシレス
モータの速度制御装置の構成図、第２図は従来の直流ブ
ラシレスモータの速度制御装置の構成図である。 １・・・・・・直流電源、２・・・・・・ロータマグネ
ット、３．４．５・・・・・・コイル、６．７．８・・
・・・・駆動トランジスタ、９．１０．１１，４２．４
３．４４・・・８．・ホール素子、１２・・・・・・電
流分配器、１３．１８゜１９．２１．２２・・・・・・
抵抗、１４・・・・・・定電圧回路、１５・・・・・・
誤差増幅器、１６・・・・・・トランジスタ、１７・・
・・・・給電制御トランジスタ、２０・・・・・・定電
流源、３１・・・・・・ＦＧパターン、３２・・・・・
・ＦＧアンプ、３３・・・・・・シュミット回路、３４
・・・・・・水晶発振子、３５・・・・・・発振回路、
３６・・・・・・速度ディスクリ回路、３７・・・・・
・誤差増幅器、３８・・・・・・駆動アンプ、３９・・
・・・・ホール素子分配回路、４０・・・・・・ブリド
ライバー、４１・・・・・・電流検出抵抗、４５．４６
．４７・・・・・・モータコイル、４８，４９．５０・
・・・・・上側駆動トランジスタ、５１，５２．５３・
・・・・・下側駆動トランジスタ、Ａ・・・・・・速度
制御装置。 代理人の氏名　弁理士　小蝦治明　ほか２名＼ く　　　◆ ＼ ｒ−一−−−−−−−−−−−−−−−−−１−賢　　
　　　　　　　　　　　１ １　　　　シ　　　、−一１ １　　’、、　）ト一 」 １　　　〉　　　　　　　　　〜！１′１１　　　　　
　　　　　　−＞　　４ ＋　　　０”’ｚ　　　、−１ １＼　　　　　　　　　　　　　　　　　１寸 Ｌ　　　　　　＋−−δ−二−−−１　１の　−一１１ ≧　　　　　　　１１ ・１−Ｉ １ｊ’１．　　　　　　　　　　　　　　　　　（−６
１■　　−＃−了　　　１）ｊ −：Ｉ Ｊ 社　〜欲心〜２ 第２図 ／３２　　　３３ 〜３１ ＄　　　　　　　３５ エロへ３４ 工 ＣＣ ４８、− ５、”　　　　５３〜 ．４５　〜４６４７４１ ／　　　　　　　　　　３７ エ 翼’　　４２　４３　４４

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）直流ブラシレスモータの回転子の回転位置を検出
   する位置検出手段と、複数個のモータコイルと、上記位
   置検出手段の出力に応じて電流を分配する電流分配器と
   、前記電流分配器の出力がそのベースに接続され、エミ
   ッタは共通接続され、そのコレクタが前記モータコイル
   に接続されて、前記分配器の出力に応じてモータコイル
   への通電路を切り替えることによりモータを駆動し、回
   転させる複数個の駆動トランジスタを具備した駆動回路
   装置とで構成される直流ブラシレスモータと、前記モー
   タコイルと駆動トランジスタを一片とするブリッジ回路
   と、電源と前記ブリッジ回路間に挿入された給電制御ト
   ランジスタと、一方の端子が定電流源を一介して前記電
   源に接続され、他方の端子が前記ブリッジ回路を構成す
   る駆動装置において共通接続された駆動トランジスタの
   エミッタと第１の抵抗の接続点に接続された定電圧回路
   と、前記定電圧回路の出力電圧を基に速度の基準となる
   基準電圧を発生させる手段とを備え、前記ブリッジ回路
   の検出端より前記直流ブラシレスモータの回転速度に比
   例した基準電圧を得ることにより、この電圧を基準電圧
   と比較し、その差電圧で前記給電制御トランジスタを制
   御して回転速度を制御する直流ブラシレスモータの速度
   制御装置。
2. （２）前記基準電圧源として正の温度特性を有する基準
   電圧源を用いて低温時は直流ブラシレスモータの回転数
   を低く高温時は回転数を高く制御することを特徴とした
   請求項（１）記載の直流ブラシレスモータの速度制御装
   置。
3. （３）前記基準電圧源の電圧値をトランジスタＳＷ等を
   用いて段階的切り替えることによりモータの回転速度を
   段階的に切替えることを特徴とした請求項（１）記載の
   直流ブラシレスモータの速度制御装置。