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JPH0634615B2 - Brushless DC motor - Google Patents
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JPH0634615B2 - Brushless DC motor - Google Patents

Brushless DC motor

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JPH0634615B2
JPH0634615B2 JP2097116A JP9711690A JPH0634615B2 JP H0634615 B2 JPH0634615 B2 JP H0634615B2 JP 2097116 A JP2097116 A JP 2097116A JP 9711690 A JP9711690 A JP 9711690A JP H0634615 B2 JPH0634615 B2 JP H0634615B2
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output transistor
output
coil
voltage
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誠 後藤
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、モータ可動部(ロータ)の位置に応じて3相
のコイルに対する給電をトランジスタ等を使用して順次
電子的に切換えてゆくブラシレス直流モータに関するも
のである。
The present invention relates to a brushless DC motor which sequentially and electronically switches power supply to coils of three phases in accordance with the position of a motor movable portion (rotor) using a transistor or the like.

ブラシレス直流モータは、ブラシによる火花・ノイズの
発生がなく、長寿命であることから、各種の音響・映像
機器に応用されている。特公昭55−6938号公報に
は、このようなブラシレス直流モータにおいて、星形結
線された3相のコイルに片方向の電流を通電(半波駆
動)する方法および両方向の電流を通電(全波駆動)す
る方法が示されている。3相のコイルを使用するブラシ
レス直流モータは、モータ構造および駆動回路が簡単で
あるという利点があり、従来より広く実用化されてい
る。
Brushless DC motors are used in various audio and video equipment because they do not generate sparks or noise due to brushes and have a long life. Japanese Examined Patent Publication No. 55-6938 discloses a brushless DC motor in which a star-connected three-phase coil is supplied with a current in one direction (half-wave drive) and a current in both directions (full-wave). Drive) is shown. Brushless DC motors that use three-phase coils have the advantage that the motor structure and drive circuit are simple, and have been widely put into practical use.

しかし、従来の3相コイルを使用するブラシレス直流モ
ータでは、発生トルク(マグネットと電流による電磁
力)が回転位置に応じて変動し、大きなトルクリップル
を生じるという欠点がある。このような欠点を解消する
ために、本出願人は特願昭52−67671号におい
て、そのようなトルクリップルを低減させたブラシレス
直流モータを提案している(同実施例ではコイルに片方
向の電流を流す半波駆動としている)。しかし、上記の
方法でトルクリップルを低減するためには、マグネット
の発生磁束密度(コイルに作用する磁束)の平坦部分の
巾を電気角で120゜(1磁束ピッチを180゜とす
る)以上と広くしなければならず、単一のマグネットに
このような広巾のN,S極を隣接して着磁形成すること
が難かしく、リップルトルクを十分に低減することがで
きなかった。また、円筒状のマグネットと円筒状の平滑
鉄心の間に空心のコイルを配置するモータや円板状のマ
グネットと円板状の鉄板の間に空心のコイルを配置する
モータなどのような、いわゆるスロットレス形(マグネ
ットが回転しコイルと鉄心・鉄板がステータに固定)の
ブラシレス直流モータやコアレス形(マグネットと鉄板
・鉄心が一体的に回転しコイルがステータに固定)のブ
ラシレス直流モータにおいては、マグネット表面と鉄心
・鉄板までのギャップが広いために、コイル部分におけ
る磁束密度(コイルと直交する成分)の平坦部分(N極
またはS極の最も強い部分)の角度巾を十分に広くとる
ことがむずかしく、通常のモータでは60゜〜90゜程
度(電気角)となっている。その結果、このようなブラ
シレス直流モータにおいては、特公昭55−6938号
公報に示されるごとき電流の通電方法(半波駆動および
全波駆動)では、発生トルクのリップルが非常に大き
く、モータの回転性能を著しく阻害し実用上大きな問題
となっていた。
However, a conventional brushless DC motor using a three-phase coil has a drawback in that generated torque (electromagnetic force generated by a magnet and an electric current) varies depending on a rotational position, resulting in a large torque ripple. In order to eliminate such a drawback, the applicant of the present invention has proposed a brushless DC motor in which the torque ripple is reduced in Japanese Patent Application No. 52-67671 (in the embodiment, a coil is unidirectional). Half-wave drive to flow current). However, in order to reduce the torque ripple by the above method, the width of the flat portion of the generated magnetic flux density (magnetic flux acting on the coil) of the magnet should be 120 ° or more in electrical angle (one magnetic flux pitch is 180 °). It must be widened, and it is difficult to magnetize and form such wide N and S poles adjacent to a single magnet, and the ripple torque cannot be sufficiently reduced. In addition, a so-called motor such as a motor that arranges an air-core coil between a cylindrical magnet and a cylindrical smooth iron core or a motor that arranges an air-core coil between a disk-shaped magnet and a disk-shaped iron plate, For slotless type (magnet rotates and coil and iron core / iron plate is fixed to stator) brushless DC motor and coreless type (magnet and iron plate / iron core rotates integrally and coil is fixed to stator) brushless DC motor Since the gap between the magnet surface and the iron core / iron plate is wide, the angle width of the flat portion (the strongest portion of the N pole or S pole) of the magnetic flux density (component orthogonal to the coil) in the coil portion can be made sufficiently wide. It is difficult, and the angle is about 60 ° to 90 ° (electrical angle) in a normal motor. As a result, in such a brushless DC motor, the ripple of the generated torque is very large by the current energization method (half-wave drive and full-wave drive) as shown in Japanese Patent Publication No. 55-6938, and the rotation of the motor is very large. It significantly impaired the performance and became a big problem in practical use.

本発明は、そのような点を考慮し、3相のコイルを使用
しながらもトルクリップルの極めて少ないブラシレス直
流モータを提供せんとするものである。
In consideration of such a point, the present invention is to provide a brushless DC motor having extremely small torque ripple while using a three-phase coil.

以下に、本発明を図示の実施例にもとづいて説明する。Hereinafter, the present invention will be described based on illustrated embodiments.

第1図〜第4図に本発明の一実施例を示す。第1図はそ
のモータ構造を表わす縦断面図であり、回転軸1を取付
けられた磁性体製のロータ2には厚さ方向に多極着磁さ
れた円環状のマグネット3が固着され、一体的に回転す
る。回転軸1はステータのジャナル軸受6とスラスト軸
受7によって支承されている。ステータの鉄板4の表面
部には空心のコイル5が固着され、マグネット3と鉄板
4の間に形成される磁場の軸方向の磁束密度とコイルに
流す電流との相互作用によって所定方向への回転トルク
を得ている。
1 to 4 show one embodiment of the present invention. FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing the motor structure, in which a rotor 2 made of a magnetic material having a rotating shaft 1 attached thereto is fixed with an annular magnet 3 magnetized in multiple poles in the thickness direction. To rotate. The rotary shaft 1 is supported by a journal bearing 6 and a thrust bearing 7 of the stator. An air-core coil 5 is fixed to the surface of the iron plate 4 of the stator, and is rotated in a predetermined direction by the interaction between the magnetic flux density in the axial direction of the magnetic field formed between the magnet 3 and the iron plate 4 and the current flowing through the coil. Getting torque.

第2図(a)にマグネット3の磁極配置の一例を示す。マ
グネット3は等角度ピッチ(機械角45゜mech=電
気角180゜el)もしくは略等角度ピッチにN極をS
極交互に8極有するように着磁形成されている。
FIG. 2A shows an example of the magnetic pole arrangement of the magnet 3. The magnet 3 has an N pole at an equal angular pitch (mechanical angle 45 ° mech = electrical angle 180 ° el) or a substantially equal angle pitch.
It is magnetized to have eight poles alternately.

第3図にマグネット3の発生する磁場の軸方向の磁束密
度B(φ)の分布を360゜el分示す(他の磁極も同
様である)。ここに、マグネット3の1磁極ピッチを電
気角で180゜elとして示している。その分布は、N
極およびS極の磁束密度の最も強い平坦部分の巾を60
゜el(1磁極ピッチの3分の1)となした台形波もし
くは略台形波状となっている。
FIG. 3 shows the distribution of the magnetic flux density B (φ) in the axial direction of the magnetic field generated by the magnet 3 for 360 ° el (same for other magnetic poles). Here, one magnetic pole pitch of the magnet 3 is shown as an electrical angle of 180 ° el. The distribution is N
The width of the flat part where the magnetic flux density of the pole and the south pole is the strongest is 60
It has a trapezoidal wave or a substantially trapezoidal wave shape with an angle of el (1/3 of one magnetic pole pitch).

第2図(b)にステータ側のコイルおよび位置検出用のホ
ール素子の配置を示す。本例では、6個の集中巻したコ
イルX,Y,Z,X,Y,Zが等角ピッチ
(60゜mech=240゜el)もしくは略等角度゜
ピッチに配置されている。各コイルの径方向に伸びたる
トルク発生に関与する有効コイル辺の中心ピッチ(これ
を実効ピッチと称す)は、マグネット3の1磁極ピッチ
(180゜el)に等しく、もしくは略等しくなされい
る(一般には、1磁極ピッチの奇数倍とする)。その結
果、コイルXとXは同相となり直列もしくは並列に
接続されて第1相のコイル群Xを形成し、コイルY
は第2相のコイル群Yを形成し、コイルZとZ
は第3相のコイル群Zを形成している。
FIG. 2 (b) shows the arrangement of the coils on the stator side and the Hall elements for position detection. In this example, the six concentrated winding coils X 1 , Y 1 , Z 1 , X 2 , Y 2 , Z 2 are arranged at an equiangular pitch (60 ° mech = 240 ° el) or a substantially equiangular pitch. ing. The center pitch of effective coil sides (referred to as an effective pitch), which is involved in the generation of torque extending in the radial direction of each coil, is equal to or substantially equal to one magnetic pole pitch (180 ° el) of the magnet 3. Is an odd multiple of one magnetic pole pitch). As a result, the coils X 1 and X 2 have the same phase and are connected in series or in parallel to form the first-phase coil group X, the coils Y 1 and Y 2 form the second-phase coil group Y, and the coil Z 1. 1 and Z 2
Form a third-phase coil group Z.

コイルX,Y,Zの中心部分に位置検出用のホー
ル素子A,B,Cが配置され、マグネット3の磁束密度
を検出し、その出力にもとづいて3相のコイル群X,
Y,Zへの電流を切換え制御している。これについては
後述する。
Hall elements A, B and C for position detection are arranged in the central portions of the coils X 1 , Y 1 and Z 1 , and the magnetic flux density of the magnet 3 is detected, and the three-phase coil group X,
The current to Y and Z is switched and controlled. This will be described later.

第4図に本実施例における駆動回路の回路結線図を示
す。同図において、X,Y,Zは環状結線(デルタ結
線)された3相のコイル群、A,B,Cは位置検出用の
ホール素子(第2図)、24,25,26は第1の出力
トランジスタ群、27,28,29は第2の出力トラン
ジスタ群、20はコイルX,Y,Zへの合成供給電流を
検出するための抵抗である。第1の出力トランジスタ2
4,25,26は一端(エミッタ側)が共通接続され
て、抵抗20を介して側電源端子に接続され、各出力
端子(コレクタ端子)は環状結線されたコイルX,Y,
Zの各結接点に接続され、制御端子(ベース端子)への
電流によって活性・不活性が制御される。
FIG. 4 shows a circuit connection diagram of the drive circuit in this embodiment. In the figure, X, Y and Z are three-phase coil groups which are annularly connected (delta connection), A, B and C are hall elements for position detection (FIG. 2), and 24, 25 and 26 are first Output transistor group, 27, 28 and 29 are second output transistor groups, and 20 is a resistor for detecting a combined supply current to the coils X, Y and Z. First output transistor 2
4, 25 and 26 have one ends (emitter side) commonly connected and connected to the side power supply terminal via the resistor 20, and each output terminal (collector terminal) is a coil X, Y,
The active / inactive state is controlled by a current to a control terminal (base terminal) connected to each Z contact.

第2の出力トランジスタ27,28,29は一端(エミ
ッタ側)が共通接続されて側電源端子に接続され、各
出力端子(コレクタ端子)が第1のトランジスタ24,
25,26の各出力端子に接続され、制御端子(ベース
端子)への電流によって活性・不活性が制御される。ま
た、破線で囲まれた部分21はホール素子A,B,Cに
よって構成される位置検出器、22はホール素子A,
B,Cの多出力に応動する第1の出力トランジスタ群2
4,25,26の通電を分配制御する第1の分配制御
器、23はホール素子A,B,Cの各出力に応動する第
2の出力トランジスタ群27,28,29の通電を分配
制御する第2の分配制御器である。
The second output transistors 27, 28, 29 have one end (emitter side) commonly connected and connected to the side power supply terminal, and each output terminal (collector terminal) has a first transistor 24,
The output terminals 25 and 26 are connected to each other, and activation / inactivation is controlled by a current to a control terminal (base terminal). Further, a portion 21 surrounded by a broken line is a position detector composed of Hall elements A, B and C, and 22 is a Hall element A,
First output transistor group 2 that responds to multiple outputs of B and C
A first distribution controller 23 for distributing and controlling the energization of 4, 25, 26, and 23 for distributing and controlling the energization of the second output transistor groups 27, 28, 29 in response to the respective outputs of the Hall elements A, B, C. It is a second distribution controller.

さらに、30はロータ2の回転速度を検出し、その速度
に対応した指令電圧信号84に変換する速度検出器(周
知の各種の構成が利用できる)、31と45は電圧・電
流変換器、32はカレントミラー回路である。
Further, 30 is a speed detector (various well-known configurations are available) that detects the rotation speed of the rotor 2 and converts it into a command voltage signal 84 corresponding to the speed, 31 and 45 are voltage-current converters, 32 Is a current mirror circuit.

次に、その動作について説明する。電源電圧Vに20
Vが印加されると、速度検出器30の指令信号84と直
流電源33の電圧値は電圧・電流変換器31にて比較さ
れ、その両者の差に応じた電流が吸収される。
Next, the operation will be described. 20 for power supply voltage V s
When V is applied, the command signal 84 of the speed detector 30 and the voltage value of the DC power supply 33 are compared in the voltage / current converter 31, and the current corresponding to the difference between them is absorbed.

第5図に電圧・電流変換器31の構成例を示す。同図に
おいて、信号84と電源33は差動トランジスタ10
2,103のベース端子にそれぞれ印加され、その電圧
差に応じて定電流源106の電流値を各コレクタ側に分
配する。そのコレクタ電流は、トランジスタ108,1
09のカレントミラー回路によって比較・反転され、ベ
ース接地されたトランジスタ111を介して出力(電流
吸込)される。
FIG. 5 shows a configuration example of the voltage / current converter 31. In the figure, the signal 84 and the power supply 33 are the differential transistor 10
2, 103 are respectively applied to the base terminals, and the current value of the constant current source 106 is distributed to each collector side according to the voltage difference. The collector current of the transistors 108, 1
It is compared and inverted by the current mirror circuit 09, and is output (current is absorbed) through the transistor 111 whose base is grounded.

電圧・電流変換器31の出力は、カレントミラー回路3
2によって電流反転され、トランジスタ36の出力は第
1の分配制御器22に供給されてダイオード43と抵抗
44により電圧信号Vに変換される。また、トランジ
スタ37の出力は第2の分配制御器23に供給されて、
ダイオード52,53と抵抗51によって電圧信号V
に変換される。
The output of the voltage / current converter 31 is the current mirror circuit 3
The current is inverted by 2, and the output of the transistor 36 is supplied to the first distribution controller 22 and converted into the voltage signal V 1 by the diode 43 and the resistor 44. The output of the transistor 37 is supplied to the second distribution controller 23,
The voltage signal V 2 is generated by the diodes 52 and 53 and the resistor 51.
Is converted to.

電圧信号Vと抵孔20の電圧降下は電圧・電流変換器
45にて比較され、その両者の差に応じた電流が出力
(電流吸込)され、第1の差動回路81を構成するトラ
ンジスタ48,49,50の共通エミッタ電流として供
給される。
The voltage signal V 1 and the voltage drop of the through hole 20 are compared by the voltage / current converter 45, and the current corresponding to the difference between them is output (current absorption), and the transistor forming the first differential circuit 81. It is supplied as a common emitter current of 48, 49, 50.

第6図に電圧・電流変換器45の構成例を示す。同図に
おいて、トランジスタ120のベース側に電圧信号V
が印加され、エミッタ側に抵抗20の電圧降下信号が印
加され、その両者の差に応じたコレクタ電流が流れ、ト
ランジスタ122と123によるカレントミラーによっ
て電流反転され、第1の差動回路81に供給される。
FIG. 6 shows a configuration example of the voltage / current converter 45. In the figure, the voltage signal V 1 is applied to the base side of the transistor 120.
Is applied, a voltage drop signal of the resistor 20 is applied to the emitter side, a collector current according to the difference between the two flows, the current is inverted by the current mirror of the transistors 122 and 123, and the current is supplied to the first differential circuit 81. To be done.

差動回路81のトランジスタ48,49,50の各ベー
ス端子にはそれぞれホール素子A,B,Cの出力電圧が
印加され、そのベース電圧の差に応じて共通エミッタ電
流が各コレクタ電流に分配され、ベース電圧の最も低い
トランジスタのコレクタ電流が最も大きくなり、他のト
ランジスタのコレクタ電流は零または略零となる。
The output voltages of the Hall elements A, B, C are applied to the base terminals of the transistors 48, 49, 50 of the differential circuit 81, respectively, and the common emitter current is distributed to the collector currents according to the difference in the base voltages. , The collector current of the transistor having the lowest base voltage becomes the largest, and the collector currents of the other transistors become zero or substantially zero.

トランジスタ48,49,50の各コレクタ電流は第1
の出力トランジスタ群24,25,26の各ベース電流
となり、電流増幅されてコイルX,Y,Zに供給され
る。
The collector currents of the transistors 48, 49 and 50 are the first
The base currents of the output transistor groups 24, 25, and 26 are amplified and current-amplified and supplied to the coils X, Y, and Z.

コイルX,Y,Zへの供給電流は抵抗20の電圧降下と
して検出され、電圧・電流変換器45に入力される。
The current supplied to the coils X, Y and Z is detected as a voltage drop across the resistor 20 and input to the voltage / current converter 45.

これにより、電圧・電流変換器45,第1の差動回路8
1,第1の出力トランジスタ群24,25,26および
抵抗20によって第1の帰還ループ(電流帰還ループ)
が構成され、コイルX,Y,Zへの供給電流は確実に電
圧信号V(従って、速度検出器30の出力指令信号8
4)に対応した電流値となしている。その結果、出力ト
ランジスタ24,25,26のhFEのバラツキ等の影響
は著しく小さくなる。
As a result, the voltage / current converter 45, the first differential circuit 8
1, the first feedback loop (current feedback loop) by the first output transistor group 24, 25, 26 and the resistor 20
And the supply current to the coils X, Y, Z is surely the voltage signal V 1 (therefore, the output command signal 8 of the speed detector 30).
The current value corresponds to 4). As a result, the influence of variations in h FE of the output transistors 24, 25, 26 is significantly reduced.

また、マグネット3の回転に伴ってホール素子A,B,
Cの出力電圧が変化し、対応するコイルに電流を供給す
るように、第1の出力トランジスタ24,25,26の
通電を制御し、円滑に切換えてゆく。なお、コンデンサ
46は上述の帰還ループの位相補償(発振防止)につけ
ている。
Further, as the magnet 3 rotates, the Hall elements A, B,
The output voltage of C changes, and the energization of the first output transistors 24, 25, 26 is controlled so that the current is supplied to the corresponding coil, and the switching is smoothly performed. The capacitor 46 is provided for phase compensation (oscillation prevention) of the feedback loop described above.

次に、第2の分配制御器と第2の出力トランジスタの動
作について説明する。第2の分配制御器23は、第1の
出力トランジスタ群24,25,26の通電状態にある
トランジスタの動作電圧と基準の電圧信号Vを比較す
る検出・比較器82と、第2の差動回路83によって構
成されている。
Next, operations of the second distribution controller and the second output transistor will be described. The second distribution controller 23 includes a detection / comparator 82 for comparing the operating voltage of the transistors in the first output transistor groups 24, 25, 26 in the energized state with the reference voltage signal V 2 , and a second difference. It is composed of a dynamic circuit 83.

カレントミラー回路32の出力は検出・比較器82に入
力され、抵抗51,ダイオード52,53によって第1
の出力トランジスタ24,25,26の共通接続端子
(エミッタ側)から所定電圧値の基準電圧信号Vを発
生する。
The output of the current mirror circuit 32 is input to the detection / comparator 82, and the resistor 51 and the diodes 52 and 53 make the first output.
The reference voltage signal V 2 having a predetermined voltage value is generated from the common connection terminal (emitter side) of the output transistors 24, 25 and 26.

検出トランジスタ54,55,56の各エミッタ側は入
力端子として基準電位点(信号Vの点)に直流的に
(直接または抵抗,ダイオード等を介して)接続され、
各ベース側は検出端子として第1の出力トランジスタ2
4,25,26の各出力端子に直流的に接続されてい
る。その結果、第1の出力トランジスタ24,25,2
6の通電状態にあるトランジスタの動作電圧(VCEの絶
対値)と基準電圧信号Vよりもエミッタ・ベース間順
方向電圧(VBE≒0.7V)分小さくなると、対応する検
出トランジスタが導通し、コレクタ側に電流を出力す
る。
Each emitter side of the detection transistors 54, 55, 56 is connected as an input terminal to a reference potential point (point of the signal V 2 ) in direct current (directly or via a resistor, a diode, etc.),
Each base side has a first output transistor 2 as a detection terminal.
The output terminals of 4, 25, and 26 are connected in a direct current manner. As a result, the first output transistors 24, 25, 2
When the operating voltage (absolute value of V CE ) of the transistor in the energized state of 6 and the reference voltage signal V 2 become smaller than the forward voltage between the emitter and the base (V BE ≈0.7 V), the corresponding detection transistor becomes conductive. , Output current to the collector side.

第7図に出力トランジスタ27と25が活性となってい
る場合の電流路を示す。その電流路は、側電源端子→
第2出力トランジスタ27→コイルX,Y,Z→第1の
出力トランジスタ25→抵抗20→側電源端子とな
り、通電状態にある第1の出力トランジスタ25の動作
電圧(VCE)が他の出力トランジスタ24,26の電圧
(VCE)よりも小さくなる。その結果、出力トランジス
タ25の動作電圧と基準電圧信号Vが検出トランジス
タ55によって比較され、その差に応じたコレクタ電流
が出力される。各検出トランジスタ54,55,56の
出力電流は合成され(コレクタ側を共通接続)、トラン
ジスタ59、ダイオード57,抵抗58,60のカレン
トミラーによって反転・増幅され、第2の差動回路83
の共通エミッタ電流として吸引される。
FIG. 7 shows the current path when the output transistors 27 and 25 are active. The current path is the side power supply terminal →
The second output transistor 27 → coil X, Y, Z → first output transistor 25 → resistor 20 → side power supply terminal, and the operating voltage (V CE ) of the first output transistor 25 in the energized state is the other output transistor. It becomes smaller than the voltage (V CE ) of 24 and 26. As a result, the operating voltage of the output transistor 25 and the reference voltage signal V 2 are compared by the detection transistor 55, and the collector current corresponding to the difference is output. The output currents of the detection transistors 54, 55, 56 are combined (collector side is commonly connected), inverted and amplified by the current mirror of the transistor 59, the diode 57, and the resistors 58, 60, and the second differential circuit 83.
Is drawn as a common emitter current of.

差動回路83のトランジスタ63,64,65の各ベー
ス端子にはホール素子A,B,Cの出力が印加され、そ
のベース電圧に応じて共通エミッタ電流をコレクタ側に
分配する。トランジスタ63,64,65の各コレクタ
電流は第2の出力トランジスタ27,28,29の各ベ
ース電流となり、コイルX,Y,Zへの通電を切換え制
御している。
The outputs of the Hall elements A, B, C are applied to the base terminals of the transistors 63, 64, 65 of the differential circuit 83, and the common emitter current is distributed to the collector side according to the base voltage. The collector currents of the transistors 63, 64 and 65 become the base currents of the second output transistors 27, 28 and 29, and the energization of the coils X, Y and Z is controlled to be switched.

従って、検出・比較器82、第2の差動回路83、第2
の出力トランジスタ27,28,29とコイルX,Y,
Zによって第2の帰還ループが構成され、第1の出力ト
ランジスタ24,25,26の通電状態にあるトランジ
スタの動作電圧(VCE)を能動領域内の所定の小さな電
圧値に一致させるように動作する。これについて説明す
れば、第1の出力トランジスタの動作電圧の減少は、検
出・比較器82によって検出・比較されて、その吸込電
流を大きくし、第2の出力トランジスタのベース電流、
従って、そのコレクタ電流を大きくなし、コイルX,
Y,Zへの供給電流を大きくする。第1の出力トランジ
スタの出力電流(吸込電流)は前述の第1の帰還ループ
の動作によって一定となされているため、第2の出力ト
ランジスタの出力電流が増大すると、コイルX,Y,Z
での電圧降下を大きくすると共に第1の出力トランジス
タの動作電圧を大きくする。その結果、第1の出力トラ
ンジスタの動作電圧が一定または略一定となるように第
2の出力トランジスタの通電が制御される。
Therefore, the detection / comparator 82, the second differential circuit 83, the second
Output transistors 27, 28, 29 and coils X, Y,
A second feedback loop is formed by Z and operates so that the operating voltage (V CE ) of the first output transistors 24, 25 and 26 in the conducting state matches the predetermined small voltage value in the active region. To do. To explain this, the decrease in the operating voltage of the first output transistor is detected and compared by the detection / comparator 82 to increase its sink current, and the base current of the second output transistor,
Therefore, the collector current is not increased and the coil X,
Increase the current supplied to Y and Z. Since the output current (suction current) of the first output transistor is made constant by the operation of the first feedback loop described above, when the output current of the second output transistor increases, the coils X, Y, Z
And the operating voltage of the first output transistor is increased. As a result, the energization of the second output transistor is controlled so that the operating voltage of the first output transistor becomes constant or substantially constant.

このような第2の帰還ループを施すならば、第2の差動
回路83,および第2の出力トランジスタ27,28,
29の動作が安定し、位置検出器21の出力に応動する
通電トランジスタの切換えが確実かつ円滑に行なわれ
る。
If such a second feedback loop is applied, the second differential circuit 83 and the second output transistors 27, 28,
The operation of 29 is stabilized, and the switching of the energizing transistor responsive to the output of the position detector 21 is reliably and smoothly performed.

また、基準電圧信号Vの値は電源電圧V=20Vよ
りも十分に小さく設定でき、第1の出力トランジスタの
通電時の動作電圧は能動領域内の小さな値に制御されて
いるために、コイルX,Y,Zへの供給電圧の最大値を
十分に大きくとれる。
Further, the value of the reference voltage signal V 2 can be set sufficiently smaller than the power supply voltage V s = 20V, and the operating voltage of the first output transistor when energized is controlled to a small value within the active region. The maximum value of the voltage supplied to the coils X, Y, Z can be made sufficiently large.

なお、コンデンサ61は第2の帰還ループの位相補償
(発振防止)用であり、第2の出力トランジスタ27,
28,29に並列接続されたコンデンサ66,68,7
0と抵抗67,69,71の直列回路は電流路の切換え
に伴うスパイク状電圧を低減するものである。
The capacitor 61 is for phase compensation (oscillation prevention) of the second feedback loop, and the second output transistor 27,
28, 29 capacitors 66, 68, 7 connected in parallel
A series circuit of 0 and resistors 67, 69, 71 reduces spike-like voltage due to switching of the current path.

次に、第1図〜第4図に示した実施例の通電動作および
発生トルクについて、第8図(マグネットとコイルの関
係図)、第9図(動作説明波形図)および第10図(電
流路の切換図)を参照して説明する。
Next, regarding the energizing operation and the generated torque of the embodiment shown in FIGS. 1 to 4, FIG. 8 (relationship diagram between the magnet and the coil), FIG. 9 (operation explanatory waveform diagram) and FIG. 10 (current) This will be described with reference to a road switching diagram).

第8図はマグネット3とコイルXの関係を表わした図
である。一般に、発生トルクは電流と磁束密度の積に比
例する(フレミングの法則)。第8図のコイルXに電
流iを流した場合を考えると、コイルXの両端の有効
コイル辺(径方向に伸びたる部分)では電流の向きが逆
になるから、その発生トルクτは τ=k・i{B(θ)−B(θ+α)}……(1) となる。ここに、kは比例定数であり、θはマグネット
3の一点Rとステータの一点Qを回転中心Oより見た回
転角度(電気角)であり、αはコイルXの実効ピッチ
(有効コイル辺の中心ピッチを電気角で表わしたもの)
である。
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the magnet 3 and the coil X 1 . Generally, the generated torque is proportional to the product of current and magnetic flux density (Fleming's law). Considering the case where the current i is passed through the coil X 1 in FIG. 8, the direction of the current is reversed at the effective coil sides (portions extending in the radial direction) at both ends of the coil X 1 , so that the generated torque τ is τ = k · i {B (θ) −B (θ + α)} (1) Here, k is a proportional constant, θ is a rotation angle (electrical angle) when one point R of the magnet 3 and one point Q of the stator are viewed from the rotation center O, and α is an effective pitch of the coil X 1 (effective coil side). (Electrical angle of the center pitch of)
Is.

第2図に示すように、コイルXとXが電気的に同相
におかれ、そのコイルXとXを直列または並列に接
続して第1相のコイル群Xを形成し、各コイルX,X
の実効ピッチαをマグネット3の1磁極ピッチ180
゜el(の奇数倍)に等しくまたは略等しくなしてい
る。また、第2相のコイル群Yは第1相のコイル群Xと
電気的に120゜elの位相差を有して配置され、第3
相のコイル群Zは第2相のコイル群Yと120゜elの
位相差を有して配置されている。さらに、マグネット3
のN極,S極の発生する磁束密度B(φ)は第3図に示
すように60゜elの平坦部分を有する台形波状の分布
となっている。従って、各相のコイルX,Y,Zに電流
,I,Iを供給するときの各相のコイルX,
Y,Zによるトルクτ,τ,τはそれぞれ τ=K・I ・{B(θ)−B(θ+180゜el}……(2) τ=K・I・{B(θ+120゜el) −B(θ+300゜el)} ……(3) τ=K・I・{B(θ+240゜el) −B(θ+420゜el)} ……(4) となり、その合成発生トルクTは T=τ+τ+τ ……(5) となる。
As shown in FIG. 2, the coils X 1 and X 2 are electrically in phase, and the coils X 1 and X 2 are connected in series or in parallel to form a first-phase coil group X. Coil X 1 , X
2 effective pitch α is 1 magnetic pole pitch 180 of magnet 3
Equal to (or an odd multiple of) el. Also, the second-phase coil group Y is arranged so as to have an electrical phase difference of 120 ° el with the first-phase coil group X, and
The phase coil group Z is arranged to have a phase difference of 120 ° el with the second phase coil group Y. In addition, magnet 3
As shown in FIG. 3, the magnetic flux density B (φ) generated by the N and S poles has a trapezoidal wave-like distribution having a flat portion of 60 ° el. Therefore, when the currents I X , I Y , and I Z are supplied to the coils X, Y, and Z of the respective phases, the coils X of the respective phases,
The torques τ X , τ Y , and τ Z due to Y and Z are respectively τ X = K 1 · I X · {B (θ) −B (θ + 180 ° el} ... (2) τ Y = K 1 · I Y · {B (θ + 120 ° el) −B (θ + 300 ° el)} …… (3) τ Z = K 1 · I Z・ {B (θ + 240 ° el) −B (θ + 420 ° el)} …… (4) , The resultant torque T is T = τ X + τ Y + τ Z (5).

(2),(3),(4)式より各相のコイルX,Y,Zによる発
生トルクは、コイルの実効ピッチ両端における有効コイ
ル辺での磁束密度の差に比例することがわかる。第9図
(a)にその磁束密度差の回転角度に対する変化を示す。
各コイルの実効ピッチを180゜el(の奇数倍)とな
していることから、マグネット3の磁束密度分布と相似
または略相似の波形とり、60゜elの平坦部分を有す
る台形波または略台形波状の波形となる。また、コイル
X,Y,Zではそれぞれ120゜elの位相差を有する
ようになる。
From equations (2), (3), and (4), it is understood that the torque generated by the coils X, Y, and Z of each phase is proportional to the difference in magnetic flux density at the effective coil sides at both ends of the effective pitch of the coil. Fig. 9
The change in the magnetic flux density difference with respect to the rotation angle is shown in (a).
Since the effective pitch of each coil is set to 180 ° el (an odd multiple of 180 ° el), a waveform similar to or substantially similar to the magnetic flux density distribution of the magnet 3 is formed, and a trapezoidal wave or a substantially trapezoidal wave having a flat portion of 60 ° el is formed. Becomes the waveform of. Further, the coils X, Y, and Z each have a phase difference of 120 ° el.

ホール素子A,B,Cは、それぞれコイルX,Y
の中心におかれ(第2図)、それぞれの位置におけ
る磁束密度に比例したホール電圧を出力する。従って、
第9図(b)に示すように、磁束密度B(φ)の分布に相
似した3相の台形波状の電圧波形を出力する。
The Hall elements A, B, and C respectively include coils X 1 , Y 1 , and
It is placed at the center of Z 1 (FIG. 2) and outputs a Hall voltage proportional to the magnetic flux density at each position. Therefore,
As shown in FIG. 9 (b), a three-phase trapezoidal voltage waveform similar to the distribution of the magnetic flux density B (φ) is output.

第9図(b)に示されたごとき3相のホール電圧にもとづ
いて、第4図の駆動回路によりコイルX,Y,Zへの電
流路を切換えると、その電流路はロータの回路に伴って
第10図〜のように切換わっていく。すなわち、v
,v,vをそれぞれホール素子A,B,Cの出力
電圧とすると、 U,U,Uの領域(第10図) 第1の出力トランジスタ26と第2の出力トランジスタ
28が活性となる。このとき、各相のコイルX,Y,Z
の抵抗は等しい(または略等しい)ため、コイルへの合
成供給電流IはコイルYにI=−2I/3、コイ
ルXとZにI=I=I/3と分流する(逆起電圧
を無視した場合)。ここに、I,I,Iは第10
図の(基本)の向きを正方向とする。
When the current path to the coils X, Y, Z is switched by the drive circuit of FIG. 4 based on the three-phase Hall voltage as shown in FIG. 9 (b), the current path is accompanied by the rotor circuit. Then, switching is performed as shown in FIG. That is, v
When A , v B , and v C are output voltages of the Hall elements A, B, and C, respectively, the regions of U A , U B , and U C (FIG. 10) are the first output transistor 26 and the second output transistor 28. Becomes active. At this time, coils of each phase X, Y, Z
Resistors are equal (or substantially equal), the composed supply current I t to the coil is I Y = -2I t / 3 in the coil Y, shunts and I X = I Z = I t / 3 in the coil X and Z (When the back electromotive force is ignored). Where I X , I Y , and I Z are the tenth
The (basic) direction in the figure is the forward direction.

,U,Uの領域(第10図) 第1の出力トランジスタ26と第2の出力トランジスタ
27が活性となる。
Regions of U B , U A , and U C (FIG. 10) The first output transistor 26 and the second output transistor 27 are activated.

,U,Uの領域(第10図) 第1の出力トランジスタ25と第2の出力トランジスタ
27が活性となる。
Regions of U B , U C , and U A (FIG. 10) The first output transistor 25 and the second output transistor 27 are activated.

,U,Uの領域(第10図) 第1の出力トランジスタ25と第2の出力トランジスタ
29が活性となる。
Regions of U C , U B , and U A (FIG. 10) The first output transistor 25 and the second output transistor 29 are activated.

,U,Uの領域(第10図) 第1の出力トランジスタ24と第2の出力トランジスタ
29が活性となる。
Regions of U C , U A , and U B (FIG. 10) The first output transistor 24 and the second output transistor 29 are activated.

,U,Uの領域(第10図) 第1の出力トランジスタ24と第2の出力トランジスタ
28が活性となる。
Regions of U A , U B , and U C (FIG. 10) The first output transistor 24 and the second output transistor 28 are activated.

次に、にもどり、順次これを繰り返していく。その結
果、マグネット3の回転に伴って各相のコイルX,Y,
Zへの電流I,I,Iは、第9図(c),(d),(e)
に示すように変化していく(逆起電圧の影響を無視した
場合)。
Then go back and repeat this step by step. As a result, as the magnet 3 rotates, the coils X, Y, and
Currents I X , I Y , and I Z to Z are shown in FIGS. 9 (c), (d), and (e).
It changes as shown in (when the effect of back electromotive force is ignored).

いま、の状態の発生トルクを考えると、(2),(3),
(4)式よりτ,τ,τは第9図(f)となり、その合
成発生トルクTは完全に一定となる。他の状態(,
,,,)も同様に一定となる。
Considering the torque generated in the state of (2), (3),
From equation (4), τ X , τ Y , and τ Z are as shown in FIG. 9 (f), and the resultant torque T is completely constant. Other states (,
,,,) is also constant.

モータのトルクリップルは、供給電流Iを一定とした
ときの発生トルクの場所的な(回転角度に応じた)変動
であるが、本発明のブラシレス直流モータではその発生
トルクが均一(第9図(f))となり、トルクリップルは
零である。
Torque ripple of the motor is supplied but the current (corresponding to the rotation angle) locational torque generated when the a I t constant is change, the generated torque is uniform (Fig. 9 is a brushless DC motor of the present invention (f)) and the torque ripple is zero.

次に、ロータの回転に伴ってコイルX,Y,Zに誘起さ
れる逆起電圧の影響について説明する。モータコイルに
発生する逆誘電圧は、ロータの回転速度Nと有効コイル
辺における磁束密度の積に比例する(フレミングの法
則)。従って、本実施例のごとき構成では、コイルX,
Y,Zに誘起される逆起電圧e,e,eは、 e=K・N・{B(θ) −B(θ+180゜el)} ……(6) e=K・N・{B(θ+120゜el) −B(θ+300゜el)} ……(7) e=K・N・{B(θ+240゜el) −B(θ+420゜el)} ……(8) となり、速度Nを一定とすれば(Kは比例定数)、各
相のコイルX,Y,Zの実効ピッチ両端の磁束密度差に
比例する。すなわち、第9図(a)の磁束密度差の波形と
相似した波形(60゜elの平坦部分を有する台形波も
しくは台形波状の波形)の3相の逆起電圧e,e
が生じる。
Next, the influence of the back electromotive force induced in the coils X, Y, Z with the rotation of the rotor will be described. The inverse dielectric pressure generated in the motor coil is proportional to the product of the rotational speed N of the rotor and the magnetic flux density on the effective coil side (Fleming's law). Therefore, in the configuration of this embodiment, the coil X,
The counter electromotive voltages e X , e Y , and e Z induced in Y and Z are e X = K 2 · N · {B (θ) −B (θ + 180 ° el)} (6) e Y = K 2・ N ・ {B (θ + 120 ° el) −B (θ + 300 ° el)} …… (7) e Z = K 2・ N ・ {B (θ + 240 ° el) −B (θ + 420 ° el)} …… ( 8), and if the speed N is constant (K 2 is a proportional constant), it is proportional to the magnetic flux density difference between the effective pitch ends of the coils X, Y, and Z of each phase. That is, the three-phase back electromotive force e X , e Y of a waveform similar to the waveform of the magnetic flux density difference of FIG. 9 (a) (trapezoidal wave having a flat portion of 60 ° el or trapezoidal wave),
e Z occurs.

いま、第9図および第10図のの状態を例にとり考え
ると、第11図に示すように合成電流Iはiとi
に分流する。ここに、各相のコイル抵抗をrとする。こ
のとき、電圧・電流関係式 r・i+e=2r・i−(e+e)……(9) i+i=I ……(10) が成立する。
Now, considering taking the state of the Figure 9 and Figure 10 as an example, the composite current I t as shown in FIG. 11 i 1 and i 2
Divert to. Here, the coil resistance of each phase is r. The voltage-current relationship r · i 1 + e X = 2r · i 2 - (e Y + e Z) ...... (9) i 1 + i 2 = I t ...... (10) is satisfied.

逆起電圧e,e,eは第9図(a)のように変化す
るから、ロータのどの位置においても e+e+e=0 ……(11) となる。すなわち、環状結線された3相のコイルX,
Y,Zに生じる逆起電圧e,e,eによるループ
電圧は常に零となり、環状電流は流れない。
Since the back electromotive forces e X , e Y , and e Z change as shown in FIG. 9 (a), e X + e Y + e Z = 0 (11) at any position of the rotor. That is, a three-phase coil X, which is annularly connected,
The loop voltage due to the counter electromotive voltages e X , e Y , and e Z generated in Y and Z is always zero, and no annular current flows.

従って、(9),(10),(11)より i=2I/3 ……(12) i=I/3 ……(13) となる。同様に、第10図の,,,,におい
ても、(11)式が成立し、逆起電圧による影響は発生しな
いために、ロータが高速回転している場合の各相のコイ
ルX,Y,Zへの電流I,I,Iは第9図(c),
(d),(e)となり、その発生トルクTは均一となる。
Therefore, from (9), (10) and (11), i 1 = 2I t / 3 (12) i 2 = I t / 3 (13). Similarly, in equation (11) in FIG. 10 as well, since the effect of the back electromotive force does not occur, the coils X, Y, and Currents I X , I Y , and I Z to Z are shown in FIG. 9 (c),
(d) and (e), and the generated torque T becomes uniform.

このように、本発明のブラシレス直流モータは、どの回
転速度においても発生トルクが均一(トルクリップルが
零)であり、トルク変動や振動の少ないものである。こ
れは、各相のコイルX,Y,Zに生じる逆起電圧の波形
を60゜elの平坦部分を有する台形波または台形波状
の波形となすことにより、3相の逆起電圧e,e
の和を常に零となし、その和電圧(e+e+e
)にもとづく環状電流を零となしている点と、60゜
el毎に電流路を切換えて逆起電圧の平坦な部分となる
相のコイルに大きな電流(2I/3)を分流し、他の
2相のコイルを直列として小さな電流(It/3)を分
流させるようにしていることにより得られている。この
ようなモータは、各相のコイルの有効コイル辺の実効ピ
ッチをマグネットの1磁極ピッチ(180゜el)の奇
数倍となし、かつマグネットの発生する磁束密度の分布
でN極,S極の強い平坦部分のピッチが60゜elの台
形波もしくは台形波状の波形となすことにより容易に実
現できる。このようにするならば、マグネットのN極,
S極の発生磁束密度の最も強い部分の平坦部分が60゜
elと1磁極ピッチ(180゜el)の3分の1で良
く、単一の円板状マグネット(または円環状マグネッ
ト)に簡単に着磁形成できると共に、マグネットと鉄板
(または鉄心)の間のギャップが広い場合でも容易に実
現できる。
As described above, the brushless DC motor of the present invention has a uniform generated torque (torque ripple is zero) at any rotation speed, and has little torque fluctuation or vibration. This phase coils X, Y, by forming the trapezoidal wave or trapezoidal waveform having a flat portion of the waveform 60 ° el of the back electromotive voltage generated in Z, the three-phase counter electromotive voltages e X, e Y ,
The sum of e Z is always zero, and the sum voltage (e X + e Y + e
Flowing a point that none with the annular current zero based on Z), a large current (2I t / 3) to the phase of the coil comprising a flat portion of the counter electromotive voltage by switching a current path every 60 ° el min, It is obtained by connecting another two-phase coil in series and shunting a small current (It / 3). In such a motor, the effective pitch of the effective coil side of each phase coil is an odd multiple of one magnetic pole pitch (180 ° el) of the magnet, and the distribution of the magnetic flux density generated by the magnet has N pole and S pole. It can be easily realized by forming a trapezoidal wave or a trapezoidal wave having a pitch of the strong flat portion of 60 ° el. If this is done, the N pole of the magnet,
The flat part of the part where the magnetic flux density of the S pole is the strongest is 60 ° el and 1/3 of one magnetic pole pitch (180 ° el), which is easy for a single disc magnet (or annular magnet). It can be magnetized and easily realized even when the gap between the magnet and the iron plate (or iron core) is wide.

すなわち、スロットレス形やコアレス形のブラシレス直
流モータに好適である。しかし、本発明はそのような場
合に限らず、コア・スロット付のブラシレス直流モータ
でも構成できる(これについては後述する)。
That is, it is suitable for a slotless type or coreless type brushless DC motor. However, the present invention is not limited to such a case, and can be configured with a brushless DC motor with a core slot (this will be described later).

さらに、前述の実施例では、第1の出力トランジスタの
通電時の動作電圧を検出し、その電圧が所定の値となる
ように第2の出力トランジスタを制御(第2の帰還ルー
プ)しているために、安定,確実かつ、なめらかな電流
の切換えができる。さらに、第1の出力トランジスタ2
4,25,26の通電電流を検出して電圧信号Vに対
応した電流を流すようにしているために(第1の帰還ル
ープ)、第1の出力トランジスタの電流の切換えが安
定,確実かつ、なめらかになり、その動作電圧の検出が
容易かつ確実となる。
Further, in the above-described embodiment, the operating voltage when the first output transistor is energized is detected, and the second output transistor is controlled so that the voltage becomes a predetermined value (second feedback loop). Therefore, stable, reliable, and smooth current switching can be performed. Further, the first output transistor 2
Since the currents of 4, 25 and 26 are detected and the current corresponding to the voltage signal V 1 is made to flow (first feedback loop), the switching of the current of the first output transistor is stable, reliable and It becomes smooth, and the detection of its operating voltage becomes easy and reliable.

また、入力端子側を直流的に基準電圧信号Vの電位点
に接続し、各検出端子側を直流的に第1の出力トランジ
スタ24,25,26の各出力端子に接続したPNP形
の検出トランジスタ54,55,56を使用しているた
めに、第1の出力トランジスタ24,25,26の動作
電圧の検出に必要とされる素子は、トランジスタ54,
55,56,59、ダイオード52,53,57、抵抗
51,58,60となり、単一のシリコン・チップ上に
集積回路(IC)化できる。その結果、第4図の駆動回
路部分をワンチップ集積回路にて構成する場合に、外付
部品が少なくなり製造が著しく容易となると共に、その
検出特性も相関のバラツキが小さくなり、検出に必要な
電流も小さくて良い。
Further, a PNP-type detection in which the input terminal side is DC-connected to the potential point of the reference voltage signal V 2 and each detection terminal side is DC-connected to each output terminal of the first output transistors 24, 25, 26 Since the transistors 54, 55, 56 are used, the elements required for detecting the operating voltage of the first output transistors 24, 25, 26 are the transistors 54, 55, 56.
55, 56, 59, diodes 52, 53, 57 and resistors 51, 58, 60, which can be integrated into a single silicon chip (IC). As a result, when the drive circuit portion shown in FIG. 4 is configured by a one-chip integrated circuit, the number of external parts is reduced, the manufacturing is significantly facilitated, and the variation in the correlation of the detection characteristics is reduced, which is necessary for the detection. Current is small.

また、前述の実施例では、第1の出力トランジスタ2
4,25,26の動作電圧と比較する基準電圧信号V
を指令電圧信号84に応動して変化させ、コイルX,
Y,Zへの供給電流(すなわち、第1の出力トランジス
タの通電電流)が大きい時には信号Vを大きくし、供
給電流の小さいときには信号Vを小さくしている。こ
れにより、第1の出力トランジスタ24,25,26の
通電状態にあるトランジスタの動作電圧(VCE)が、そ
の通電電流の大小にかかわらず確実に能動領域内の(小
さな)電圧値となるように第2の出力トランジスタ2
7,28,29の通電電流が制御される。すなわち、通
電電流の増加に伴ってトランジスタの飽和領域(飽和電
圧)が増大するが、基準電圧信号Vを連動変化させて
同程度もしくはそれ以上に増大させることにより、第1
の出力トランジスタが飽和領域に至る前に検出,比較
し、第2の出力トランジスタを制御している。これによ
り、第2の帰還ループの動作が安定する。
In addition, in the above-described embodiment, the first output transistor 2
Reference voltage signal V 2 to be compared with operating voltages of 4, 25 and 26
In response to the command voltage signal 84, the coil X,
The signal V 2 is increased when the supply current to the Y and Z (that is, the conduction current of the first output transistor) is large, and the signal V 2 is decreased when the supply current is small. This ensures that the operating voltage (V CE ) of the transistors in the energized state of the first output transistors 24, 25, 26 will be a (small) voltage value in the active region regardless of the magnitude of the energized current. To the second output transistor 2
The energizing currents 7, 28 and 29 are controlled. That is, the saturation region (saturation voltage) of the transistor increases with an increase in the energizing current, but the reference voltage signal V 2 is interlockedly changed to increase to the same level or more, so that the first
The output transistor is detected and compared before reaching the saturation region, and the second output transistor is controlled. This stabilizes the operation of the second feedback loop.

第12図に本発明のブラシレス直流モータに使用される
駆動回路の他の構成例を示す。なお、同図において、第
4図の駆動回路で説明したものと同一の機能を有する部
品については同一の符号を付した。第12図において、
21は位置検出器、22は第1の分配制御器、23は第
2の分配制御器、24,25,26は第1の出力トラン
ジスタ、27,28,29は第2の出力トランジスタ、
30は速度検出器、31,45は電圧・電流変換器、3
2はカレントミラー回路、81は第1の差動回路、83
は第2の差動回路である。
FIG. 12 shows another configuration example of the drive circuit used in the brushless DC motor of the present invention. In the figure, parts having the same functions as those described in the drive circuit of FIG. 4 are designated by the same reference numerals. In FIG.
21 is a position detector, 22 is a first distribution controller, 23 is a second distribution controller, 24, 25 and 26 are first output transistors, 27, 28 and 29 are second output transistors,
30 is a speed detector, 31 and 45 are voltage / current converters, 3
2 is a current mirror circuit, 81 is a first differential circuit, and 83
Is a second differential circuit.

第1の出力トランジスタ24,25,26、抵抗20、
電圧・電流変換器45、第1の差動回路81にて第1の
帰還ループ(電流帰還ループ)が構成され、指令電圧信
号84に対応した電流が位置検出器21のホール素子
A,B,Cにて選択された出力トランジスタを介してコ
イルX,Y,Zに供給される。
The first output transistor 24, 25, 26, the resistor 20,
The voltage / current converter 45 and the first differential circuit 81 constitute a first feedback loop (current feedback loop), and the current corresponding to the command voltage signal 84 is applied to the hall elements A, B, and B of the position detector 21. It is supplied to the coils X, Y, Z via the output transistor selected by C.

第2の分配制御器23の検出・比較器90は、第2の出
力トランジスタ27,28,29は通電状態のトランジ
スタの動作電圧とダイオード132,133、抵抗13
4に生じる基準電圧信号Vを検出トランジスタ13
6,138,140によって比較,検出して、その出力
信号をトランジスタ145,146の差動回路によって
さらに基準電圧信号と比較して、トランジスタ146の
コレクタ側より出力し、第2の差動回路83の共通エミ
ッタ電流として供給している。第2の差動回路83のト
ランジスタ63,64,65は位置検出器21のホール
素子A,B,Cの出力に応動して活性,不活性が切換わ
り、第2の出力トランジスタ27,28,29の通電を
制御している。すなわち、検出・比較器90、第2の差
動回路83、第2の出力トランジスタ27,28,29
によって第2の帰還ループを構成し、第2の出力トラン
ジスタの通電状態のトランジスタの動作電圧を検出し
て、その電圧が能動領域内の小さな値となるように第2
の出力トランジスタの通電電流を制御している。
The detection / comparator 90 of the second distribution controller 23 is configured so that the second output transistors 27, 28 and 29 have operating voltages of the transistors in the energized state, the diodes 132 and 133, and the resistor 13
The reference voltage signal V 3 generated at the detection transistor 13
6, 138, 140 to compare and detect the output signal, the differential circuit of the transistors 145, 146 further compares the output signal with the reference voltage signal, and outputs the output signal from the collector side of the transistor 146. Is supplied as a common emitter current of. The transistors 63, 64, 65 of the second differential circuit 83 are switched between active and inactive in response to the outputs of the Hall elements A, B, C of the position detector 21, and the second output transistors 27, 28, It controls the energization of 29. That is, the detection / comparator 90, the second differential circuit 83, and the second output transistors 27, 28, 29.
Constitutes a second feedback loop, detects the operating voltage of the transistor in the conducting state of the second output transistor, and controls the second voltage so that the voltage becomes a small value in the active region.
The current flowing through the output transistor of is controlled.

このような構成であっても、前述の第9図(c),(d),
(e)に示した電流の供給がなされ、発生トルクは均一と
なる。
Even with such a configuration, the above-mentioned FIG. 9 (c), (d),
The current shown in (e) is supplied, and the generated torque becomes uniform.

第13図に本発明のブラシレス直流モータに使用される
駆動回路の別の例を示す。本駆動回路は、直流電源から
可変出力の直流電圧を得るスイッチング方式の電圧変換
を介してモータコイルに給電することにより、出力トラ
ンジスタのコレクタ損失を著しく低減したものである。
FIG. 13 shows another example of the drive circuit used in the brushless DC motor of the present invention. This drive circuit remarkably reduces the collector loss of the output transistor by supplying power to the motor coil through voltage conversion of a switching system that obtains a variable output DC voltage from a DC power supply.

同図において、200は直流電源、破線にて囲まれた部
分201は直流電源200とコイルX,Y,Zの間に挿
入されたスイッチング方式の電圧変換器、202はホー
ル素子A,B,Cにより構成された位置検出器、203
は位置検出器202の出力に応動してコイルX,Y,Z
への電流路を制御する分配器である。また、第1のスイ
ッチトランジスタ204,205,206は、電圧変換
器201の負極側出力端子に一端(エミッタ側)が共通
接続され、各出力端子(コレクタ側)が環状結線された
3相のコイルX,Y,Zの結接点に接続され、その制御
端子(ベース側)への電流を分配器203により制御さ
れ、オン・オフ動作する。
In the figure, 200 is a DC power source, a portion 201 surrounded by a broken line is a switching type voltage converter inserted between the DC power source 200 and the coils X, Y and Z, and 202 is Hall elements A, B and C. A position detector constituted by 203
Are coils X, Y, Z in response to the output of the position detector 202.
Is a distributor that controls the current path to the. The first switch transistors 204, 205, 206 are three-phase coils in which one end (emitter side) is commonly connected to the negative output terminal of the voltage converter 201 and each output terminal (collector side) is annularly connected. It is connected to the X, Y, Z connecting contacts, and the current to its control terminal (base side) is controlled by the distributor 203 to perform on / off operation.

第2のスイッチトランジスタ207,208,209
は、電圧変換器201の正極側出力端子に一端(コレク
タ側)が共通接続され、各出力端子(エミッタ側)が第
1のスイッチトランジスタ204,205,206の各
出力端子に接続され、その制御端子(ベース側)への電
流を分配器203により制御され、オン・オフ動作す
る。
Second switch transistors 207, 208, 209
Has one end (collector side) commonly connected to the positive output terminal of the voltage converter 201, each output terminal (emitter side) connected to each output terminal of the first switch transistors 204, 205, 206, and its control The current to the terminal (base side) is controlled by the distributor 203 to perform on / off operation.

次に、その動作について説明する。マグネット3(第1
図参照)の回転速度を速度検出器210にて検出し、そ
の回転速度に応じた電圧信号Vを出力する。速度検出
器210の出力電圧Vに応じて、電圧変換器201の
スイッチング制御器222はスイッチングトランジスタ
221をオン・オフさせ、そのオン時間比率(オン時間
/オン・オフ周期時間)を制御している。スイッチング
制御器222は、たとえば三角波発生器とコンパレータ
等によって構成され(周知の各種の構成が利用でき
る)、入力された電圧に対応したデューティ比のパルス
信号を作り、スイッチングトランジスタ221をオン・
オフ制御する。スイッチングトランジスタ221による
出力パルス電圧はダイオード223,インダクタンス素
子224,コンデンサ225にて平滑され、電圧変換器
201の出力電圧Vはスイッチングトランジスタ22
1のオン時間比率に対応した値、すなわち、速度検出器
210の出力電圧Vに対応した値となる。
Next, the operation will be described. Magnet 3 (first
The rotation speed (see the drawing) is detected by the speed detector 210, and the voltage signal V d corresponding to the rotation speed is output. The switching controller 222 of the voltage converter 201 turns on / off the switching transistor 221 according to the output voltage V d of the speed detector 210, and controls the on time ratio (on time / on / off cycle time). There is. The switching controller 222 is configured by, for example, a triangular wave generator and a comparator (various known configurations can be used), generates a pulse signal having a duty ratio corresponding to the input voltage, and turns on the switching transistor 221.
Turn off. The output pulse voltage of the switching transistor 221 is smoothed by the diode 223, the inductance element 224, and the capacitor 225, and the output voltage V C of the voltage converter 201 is the switching transistor 22.
The value corresponds to the ON time ratio of 1, that is, the value corresponding to the output voltage V d of the speed detector 210.

電圧変換器201の出力電圧Vは、第1のスイッチト
ランジスタ204,205,206および第2のスイッ
チトランジスタ207,208,209を介して3相の
コイルX,Y,Zに印加される。
The output voltage V C of the voltage converter 201 is applied to the three-phase coils X, Y, Z via the first switch transistors 204, 205, 206 and the second switch transistors 207, 208, 209.

マグネット3の回転位置を位置検出器202にて検出
し、その位置に応じた電圧信号を分配器203に入力す
る。分配器203は、電流供給器211と第1の差動回
路212と第2の差動回路213とカレントミラー回路
214,215,216によって構成され、第1および
第2の差動回路212,213のトランジスタ238,
239,240,241,242,243の各ベース端
子には、それぞれ位置検出器202の出力電圧が印加さ
れている。
The rotational position of the magnet 3 is detected by the position detector 202, and a voltage signal corresponding to the position is input to the distributor 203. The distributor 203 includes a current supplier 211, a first differential circuit 212, a second differential circuit 213, and current mirror circuits 214, 215, 216, and the first and second differential circuits 212, 213. Transistor 238,
The output voltage of the position detector 202 is applied to the base terminals of 239, 240, 241, 242, and 243, respectively.

電流供給器211は第1および第2の差動回路212,
213に共通エミッタ電流を供給している。第1の差動
回路212はトランジスタ238,239,240のベ
ース電圧(位置検出器202の出力)に応動して1個の
トランジスタが活性となり、共通エミッタ電流をコレク
タ側に分配する。トランジスタ238,239,240
の各コレクタ電流は、第1のスイッチトランジスタ20
4,205,206の各ベース電流となり、位置検出器
202の出力に応じた第1のスイッチトランジスタを常
時1個オン状態にしている。
The current supplier 211 includes the first and second differential circuits 212,
A common emitter current is supplied to 213. In the first differential circuit 212, one transistor is activated in response to the base voltage of the transistors 238, 239, 240 (output of the position detector 202) and distributes the common emitter current to the collector side. Transistors 238, 239, 240
Each collector current of the first switch transistor 20
The base currents of 4, 205, and 206 are generated, and one first switch transistor corresponding to the output of the position detector 202 is always turned on.

また、第2の差動回路213はトランジスタ241,2
42,243のベース電圧(位置検出器202の出力)
に応じて1個のトランジスタが活性となり、共通エミッ
タ電流をコレクタ側に分配する。トランジスタ241,
242,243の各コレクタ電流は、それぞれカレント
ミラー回路214,215,216を介して第2のスイ
ッチトランジスタ207,208,209の各ベース電
流となり、位置検出器202の出力に応じた第2のスイ
ッチトランジスタを常時1個オン状態になしている。
In addition, the second differential circuit 213 includes transistors 241,
42, 243 base voltage (output of position detector 202)
In response to this, one transistor becomes active and distributes the common emitter current to the collector side. Transistor 241,
The collector currents of 242 and 243 become the base currents of the second switch transistors 207, 208 and 209 via the current mirror circuits 214, 215 and 216, respectively, and the second switch according to the output of the position detector 202. One transistor is always on.

すなわち、位置検出器202の出力に応動して分配器2
03は、第1のスイッチトランジスタ204,205,
206と第2のスイッチトランジスタ207,208,
209をオン,オフ制御し、ロータ2(第1図参照)の
回転に伴って3相のコイルX,Y,Zへの電流路を第1
0図〜のように順次切換えている。
That is, the distributor 2 responds to the output of the position detector 202.
03 is the first switch transistor 204, 205,
206 and the second switch transistors 207, 208,
209 is controlled to be turned on and off, and the current path to the three-phase coils X, Y, and Z is set to the first as the rotor 2 (see FIG. 1) rotates.
Switching is performed sequentially as shown in FIGS.

いま、第1のスイッチトランジスタ206と第2のスイ
ッチトランジスタ207がオンになっている場合(第1
0図に相当)を考えると、第14図のように電流が流
れる。従って、 V=V−2・VCE(sat) ……(14) =r・i+e ……(15) =2r・i−(e+e) ……(16) I=i+i ……(17) となる。ここに、rはコイルの抵抗分である。前述の説
明(第9図)より、本発明のブラシレス直流モータでは
常に e+e+e=0 が成立する〔(11)式参照〕。その結果、 i=2I/3 ……(18) i=I/3 ……(19) I=(3/2・1/r) ・〔V−2・VCE(sat)−e〕……(20) となる。
Now, when the first switch transistor 206 and the second switch transistor 207 are turned on (first switch transistor
(Corresponding to FIG. 0), a current flows as shown in FIG. Therefore, V M = V C -2 · V CE (sat) ...... (14) = r · i 1 + e X ...... (15) = 2r · i 2 - (e Y + e Z) ...... (16) I i = i 1 + i 2 (17) Here, r is the resistance of the coil. From the above description (FIG. 9), in the brushless DC motor of the present invention, e X + e Y + e Z = 0 is always satisfied (see the equation (11)). As a result, i 1 = 2I t / 3 ...... (18) i 2 = I t / 3 ...... (19) I t = (3/2 · 1 / r) · [V C -2 · V CE (sat ) -E X ] ... (20)

ここで、電圧変換器201の出力電圧Vを一定とした
ときの発生トルク変動がトルクリップルとなる。V
CE(sat)はスイッチトランジスタの飽和電圧であり、一
定と考えてよい。
Here, the generated torque fluctuation when the output voltage V C of the voltage converter 201 is constant becomes the torque ripple. V
CE (sat) is the saturation voltage of the switch transistor and can be considered constant.

従って、(20)式よりコイルに供給される電流Iはコイ
ルXの逆起電圧eに関係するようになるが、逆起電圧
は回転速度Nを一定とすれば、(6)式より磁束密度
差に比例し、第9図(a)の実線のように60゜elの平
坦部分を持つ台形波状に変化する〔すなわち、第9図
(a)の各波形が各逆起電圧e,e,eの波形と考
えて良い〕。また、第14図のような状態は、第9図お
よび第10図のの状態に相当することから、この期間
におけるeは一定である。
Therefore, (20) although the current I t to be supplied to the coils will be related to the counter electromotive voltage e X coil X from equation counter electromotive voltage e X is if the rotational speed N is constant, (6) According to the formula, it is proportional to the difference in magnetic flux density and changes into a trapezoidal wave shape with a flat portion of 60 ° el as shown by the solid line in Fig. 9 (a) [ie, Fig. 9
Each waveform is KakugyakuOkoshi voltage e X of (a), e Y, may be considered that the waveform of e Z]. The state shown in FIG. 14 corresponds to the states shown in FIGS. 9 and 10, so that e X is constant during this period.

従って、(20)式より合成電流Iが一定となり、(18),
(19)式に対応した一定の電流i,iが各相のコイル
に分流する。他の状態においても同様であり、ロータ2
の回転に伴って各相のコイルX,Y,Zには第9図
(c),(d),(e)のような電流I,I,Iが供給さ
れる。その結果、合成の発生トルクT=τ+τ+τ
は第図(f)のように均一(トルクリップルは零)とな
る。
Therefore, (20) the resultant current I t is constant from the equation (18),
The constant currents i 1 and i 2 corresponding to the equation (19) are shunted to the coils of each phase. The same applies to other states, and the rotor 2
Fig. 9 shows the coils X, Y, and Z of each phase as they rotate.
Currents I X , I Y , and I Z as in (c), (d), and (e) are supplied. As a result, the synthetic generated torque T = τ X + τ Y + τ
Z is uniform (torque ripple is zero) as shown in FIG.

本駆動回路においては、スイッチング方式の電圧変換器
201を使用して、直流電源200の電圧V=20V
から所望の直流電圧V(速度検出器210の出力信号
に対応)を得て、オン・オフ動作する第1および第2の
スイッチトランジスタ204,205,206,20
7,208,209により3相のコイルX,Y,Zに供
給している。
In this driving circuit, using a voltage converter 201 of the switching type, voltage V s = 20V of the DC power supply 200
A desired DC voltage V X (corresponding to the output signal of the speed detector 210) is obtained from the first and second switch transistors 204, 205, 206, 20 which are turned on and off.
7, 208, 209 supply to three-phase coils X, Y, Z.

その結果、第1および第2のスイッチトランジスタにお
けるコレクタ損失および電圧変換器201による変換損
失はかなり小さくなり、第4図,第12図に示されるよ
うなアナログ動作する第1および第2の出力トランジス
タ24,25,26,27,28,29にて消費される
コレクタ損失に比較して大幅に小さくなる。特に、その
効果はコイル電圧V(第14図)が小さい時に大き
く、本駆動回路の電力損失は著しく小さくなっている。
As a result, the collector loss in the first and second switch transistors and the conversion loss due to the voltage converter 201 become considerably small, and the first and second output transistors operating in analog as shown in FIGS. It is significantly smaller than the collector loss consumed at 24, 25, 26, 27, 28 and 29. In particular, the effect is large when the coil voltage V M (FIG. 14) is small, and the power loss of this drive circuit is extremely small.

さらに、第13図の駆動回路においては、電圧変換器2
01の出力電圧Vを検出して、第1および第2のスイ
ッチトランジスタのベース電流を、Vが小さい時に小
さく、Vが大きい時に大きくすることにより、ベース
電流損失も低減している。
Further, in the drive circuit of FIG. 13, the voltage converter 2
By detecting the output voltage V C of 01 and making the base currents of the first and second switch transistors small when V C is small and large when V C is large, the base current loss is also reduced.

これについて説明すれば、分配器203の電流供給器2
11は電圧変換器201の出力電圧Vを抵抗227に
よって検出し、その電圧値Vが大きくなると第1およ
び第2の差動回路212,213の共通エミッタ電流を
大きくし、第1および第2のスイッチトランジスタ20
4,205,206,207,208,209へのベー
ス電流を大きくする。逆に、電圧変換器201の出力電
圧Vが小さくなると電流供給器211の出力電流が小
さくなり、第1および第2のスイッチトランジスタのベ
ース電流を小さくしている(スイッチトランジスタがオ
ン・オフ動作するように十分なベース電流が常に供給さ
れる)。
To explain this, the current supplier 2 of the distributor 203
Reference numeral 11 detects the output voltage V C of the voltage converter 201 by the resistor 227, and when the voltage value V C increases, the common emitter current of the first and second differential circuits 212 and 213 increases, and the first and the second differential circuits 212 and 213 increase. 2 switch transistors 20
The base current to 4,205,206,207,208,209 is increased. On the contrary, when the output voltage V C of the voltage converter 201 becomes small, the output current of the current supplier 211 becomes small, and the base currents of the first and second switch transistors are made small (the switch transistors are turned on / off). Enough base current is always supplied so that).

その結果、起動・加速時の大電流動作時(Vが大きく
なりコイルへの供給電流が大きくなる時)にも十分なベ
ース電流を第1と第2のスイッチトランジスタに供給す
ると共に、定速回転時の小電流動作時(Vが小さくな
りコイルへの供給電流も小さくなる時)には、そのベー
ス電流は必要最小限の値よりも少し多い程度まで小さく
している。これにより、第1と第2のスイッチトランジ
スタの小電流通電時のベース電流損失は著しく軽減され
る。
As a result, a sufficient base current is supplied to the first and second switch transistors even at the time of large current operation during startup / acceleration (when V C becomes large and the supply current to the coil becomes large), and at the same time the constant speed is maintained. At the time of low current operation during rotation (when V C becomes small and the supply current to the coil also becomes small), the base current is made small to a level slightly larger than the necessary minimum value. As a result, the base current loss of the first and second switch transistors when a small current is applied is significantly reduced.

前述の実施例では、3相のコイルX,X,Y,Y
,Z,Zを平面的に重なり合わないように配置し
た例〔第2図(b)参照〕を示したが、本発明はそのよう
な場合に限らず、3相のコイルを重ね合わせるように配
置しても良い。これについて、第15図および第16図
を参照して説明する。
In the above-mentioned embodiment, the three-phase coils X 1 , X 2 , Y 1 , Y
An example has been shown in which 2 , Z 1 and Z 2 are arranged so as not to overlap in a plane [see FIG. 2 (b)], but the present invention is not limited to such a case, and three-phase coils are stacked. You may arrange so that it may match. This will be described with reference to FIGS. 15 and 16.

第15図は波巻きにした1相分のコイル400を表わし
ている。8極着磁されたマグネット3〔第2図(a)参
照〕に対向して、120゜elずつ位相をずらした3相
のコイル400を重ね合わせて3相のコイルX,Y,Z
を形成するようにしている。
FIG. 15 shows a coil 400 for one phase wound in a wave. A three-phase coil X, Y, Z is formed by stacking three-phase coils 400 facing each other with magnets 8 magnetized [see FIG. 2 (a)] and having phases shifted by 120 ° el.
To form.

各相のコイル400は有効コイル辺のピッチを180゜
el(の奇数倍)となし、発生トルクの変動を小さくし
ている。
The coil 400 of each phase has an effective coil side pitch of 180 ° el (an odd multiple of 180 ° el) to reduce the fluctuation of the generated torque.

第16図は集中巻きした8個のコイル411,412,
413,414,415,416,417,418を直
列接続して1相分のコイル群となしている。
FIG. 16 shows eight coils 411, 412, which are concentratedly wound.
413, 414, 415, 416, 417, 418 are connected in series to form a coil group for one phase.

さらに、前述の実施例では、スロットレス形のブラシレ
ス直流モータを例(第1図)にとって説明したが、本発
明はそのような場合に限らず、コア・スロット付のブラ
シレス直流モータも構成できる。
Furthermore, in the above-described embodiment, the slotless type brushless DC motor has been described as an example (FIG. 1), but the present invention is not limited to such a case, and a brushless DC motor with a core slot can also be configured.

第17図に本出願人が特願昭52−67671号にて提
案したコア・スロット付のモータの一例を示す。同図に
おいて、ロータ501に取付けられたマグネット502
は等角度(90゜mech)または略等角度に4極の磁極が
着磁形成されている。マグネット502の発生する磁束
密度の分布は、第3図に示すように、60゜elの平坦
部分を有する台形波または台形波状の波形となしてい
る。マグネット502の磁極に対向してステータ鉄心
(コア)503が配置され、ステータ鉄心503は主突
極504と補助突極505がそれぞれ3個設けられてい
る。3個の主突極はそれぞれ240゜el(または12
0゜el)の位相差を設けて配置され、巻線用の溝50
6に3相のコイルX,Y,Zが巻装されている。
FIG. 17 shows an example of a motor with a core slot proposed by the present applicant in Japanese Patent Application No. 52-67671. In the figure, a magnet 502 attached to a rotor 501
Has magnetic poles of four poles formed at equal angles (90 ° mech) or substantially equal angles. The distribution of the magnetic flux density generated by the magnet 502 is, as shown in FIG. 3, a trapezoidal wave having a flat portion of 60 ° el or a trapezoidal waveform. A stator iron core (core) 503 is arranged so as to face the magnetic poles of the magnet 502, and the stator iron core 503 is provided with three main salient poles 504 and three auxiliary salient poles 505. Each of the three main salient poles is 240 ° el (or 12
The groove 50 for winding is arranged with a phase difference of 0 ° el).
Three-phase coils X, Y and Z are wound around the coil 6.

各主突極の両端の溝のピッチを96゜mech(192
゜el)、各補助突極の両端の溝のピッチを24゜me
ch(48゜el)程度となされている。各コイルX,
Y,Zの実効ピッチ(磁束を集めるピッチ)は、ほぼ主
突極の両端の溝のピッチ(190゜el)に等しくな
り、マグネット502の1磁極ピッチ(180゜el)
にほとんど等しくなされている。
The pitch of the grooves on both ends of each main salient pole is 96 ° mech (192
° el), the pitch of the grooves on both ends of each auxiliary salient pole is 24 ° me
It is said to be about ch (48 ° el). Each coil X,
The effective pitch of Y and Z (pitch for collecting magnetic flux) is almost equal to the pitch of the grooves at both ends of the main salient pole (190 ° el), and the pitch of one magnetic pole of the magnet 502 (180 ° el).
Is almost equal to.

従って、このようなモータに第4図,第12図または第
13図のような駆動回路によって第9図(c),(d),(e)
のような電流を供給するならば、発生トルクは均一(ト
ルクリップルが小さい)となる。
Therefore, the driving circuit shown in FIG. 4, FIG. 12 or FIG. 13 is used to drive such a motor as shown in FIG. 9 (c), (d), (e).
If such a current is supplied, the generated torque becomes uniform (the torque ripple is small).

なお、各主突極504の先端には補助溝507が24゜
mech毎に3個ずつ設けられ、巻線用溝506と補助
溝507が等角度ピッチ(24゜mech)または略等
角度ピッチに配置され、コギントルクも小さくなるよう
にしている。
In addition, three auxiliary grooves 507 are provided at the tip of each main salient pole 504 at every 24 ° mech, and the winding grooves 506 and the auxiliary grooves 507 have an equal angular pitch (24 ° mech) or a substantially equal angular pitch. It is arranged so that the cogging torque is also small.

なお、前述の本発明の各実施例では、ホール素子を使用
して位置検出器を構成したが、本発明はそのような場合
に限らず、周知の他の手段(フォトカップラー方式,高
周波結合方式,過飽和インダクタ方式等)を用いても良
いことはいうまでもない。
In each of the above-described embodiments of the present invention, the position detector is configured using the Hall element, but the present invention is not limited to such a case, and other known means (photocoupler system, high-frequency coupling system) is used. Needless to say, a supersaturated inductor method, etc.) may be used.

以上の説明から明らかなように、本発明のブラシレス直
流モータは発生トルクが均一(トルクリップルが小さ
い)であり、トルク変動の著しく小さいものである。従
って、本発明にもとづいて、たとえば音響・映像機器用
のブラシレス直流モータを構成するならば、高性能な機
器を実現できる。
As is clear from the above description, the brushless DC motor of the present invention has a uniform generated torque (small torque ripple), and the torque fluctuation is extremely small. Therefore, if a brushless DC motor for audio / visual equipment is constructed based on the present invention, a high-performance equipment can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例のモータ構造を表わす縦断面
図、第2図(a)および(b)は同実施例におけるマグネット
の磁極の配置を表わす図およびコイルとホール素子の配
置を表わす図、第3図はマグネットの発生磁束密度の分
布図、第4図は本発明の実施例における駆動回路図、第
5図および第6図はそれぞれ電圧・電流変換器の具体的
な構成例を示す回路図、第7図は第4図の動作説明用の
回路図、第8図は同実施例におけるマグネットとコイル
およびホール素子の関係を示す図、第9図(a),(b),
(c),(d),(e),(f)は第1図乃至第4図に示す実施例の
動作を説明するための波形図、第10図は同実施例にお
けるコイルへの電流路の切換わりを示す図、第11図は
そのコイルへの電流を説明するための図、第12図およ
び第13図はそれぞれ本発明で使用し得る駆動回路の他
の例を示す結線図、第14図は同実施例におけるコイル
への電流を説明するための図、第15図および第16図
は本発明で使用するコイルの他の構成図(1相分)を示
す図、第17図は本発明に使用できる他のモータ構造を
表わす構成断面図である。 1……回転軸、2……ロータ、3……マグネット、4…
…ステータ、5……コイル、X〜Z,X,Y,Z…
…コイル、A,B,C……ホール素子、21……位置検
出器、22,23……第1と第2の分配制御器、24,
25,26……第1の出力トランジスタ、27,28,
29……第2の出力トランジスタ、30……速度検出
器、31,45……電圧・電流変換器、32……カレン
トミラー回路、81,83……第1と第2の差動回路、
82,90……検出・比較器、200……直流電源、2
01……電圧変換器、202……位置検出器、203…
…分配器、204,205,206……第1のスイッチ
トランジスタ、207,208,209……第2のスイ
ッチトランジスタ、210……速度検出器、211……
電流供給器、212,213……第1と第2の差動回
路、214,215,216……カレントミラー回路、
222……スイッチング制御器、400,411〜41
8……コイル、501……ロータ、502……マグネッ
ト、503……ステータ鉄心、504……主突極、50
5……補助突極。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a motor structure of one embodiment of the present invention, and FIGS. 2 (a) and 2 (b) are views showing the arrangement of magnetic poles of a magnet and the arrangement of coils and Hall elements in the same embodiment. FIG. 3 is a distribution diagram of the magnetic flux density generated by the magnet, FIG. 4 is a drive circuit diagram in the embodiment of the present invention, and FIGS. 5 and 6 are specific configuration examples of the voltage / current converter. 7 is a circuit diagram for explaining the operation of FIG. 4, FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the magnet, the coil and the Hall element in the same embodiment, and FIGS. 9 (a) and 9 (b). ,
(c), (d), (e) and (f) are waveform charts for explaining the operation of the embodiment shown in FIGS. 1 to 4, and FIG. 10 is a current path to the coil in the embodiment. Showing switching of the coil, FIG. 11 is a diagram for explaining a current to the coil, and FIGS. 12 and 13 are wiring diagrams showing other examples of the drive circuit which can be used in the present invention. FIG. 14 is a diagram for explaining a current to a coil in the same embodiment, FIGS. 15 and 16 are diagrams showing another configuration diagram (for one phase) of the coil used in the present invention, and FIG. 17 is a diagram. FIG. 7 is a configuration cross-sectional view showing another motor structure that can be used in the present invention. 1 ... Rotary axis, 2 ... Rotor, 3 ... Magnet, 4 ...
... stator, 5 ...... coils, X 1 ~Z 2, X, Y, Z ...
... Coil, A, B, C ... Hall element, 21 ... Position detector, 22, 23 ... First and second distribution controller, 24,
25, 26 ... First output transistor, 27, 28,
29 ... Second output transistor, 30 ... Speed detector, 31, 45 ... Voltage / current converter, 32 ... Current mirror circuit, 81, 83 ... First and second differential circuit,
82, 90 ... Detection / comparator, 200 ... DC power supply, 2
01 ... voltage converter, 202 ... position detector, 203 ...
... Distributor, 204, 205, 206 ... first switch transistor, 207, 208, 209 ... second switch transistor, 210 ... speed detector, 211 ...
Current supply device 212, 213 ... First and second differential circuit, 214, 215, 216 ... Current mirror circuit,
222 ... Switching controller, 400, 411-41
8 ... Coil, 501 ... Rotor, 502 ... Magnet, 503 ... Stator core, 504 ... Main salient pole, 50
5 ... Auxiliary salient pole.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】N極とS極の永久磁極を交互に複数極着磁
され、円周上において磁束密度の分布を平坦部分が電気
角60゜程度の台形波状にされたマグネットを有するロ
ータと、前記マグネットの磁束と鎖交する位置に配置さ
れ、各コイルの実効ピッチを電気角180゜程度にさ
れ、前記各コイルの実効ピッチ両端における前記マグネ
ットの発生磁束密度差の分布を前記ロータの回転角度に
ついて平坦部分が電気角60゜程度の台形波状にされ、
複数個の前記コイルを環状結線されて形成された3相の
コイル群と、前記ロータの回転位置を検出する位置検出
手段と、環状結線された前記3相のコイル群の3個の結
節点と直流電源の一端の間の電流路を形成する3個のト
ランジスタからなる第1の出力トランジスタ群と、前記
3個の結節点と前記直流電源の他端の間の電流路を形成
する3個のトランジスタからなる第2の出力トランジス
タ群と、前記コイル群への電流供給を指令する指令信号
に対応し、かつ、前記位置検出手段の出力信号に応動し
て前記3相のコイル群のうちで前記発生磁束密度差の分
布が平坦部分にある相の前記コイル群の一方の結節点に
電流を供給するように前記第1の出力トランジスタ群の
通電を分配制御する第1の分配制御手段と、前記位置検
出手段の出力信号に応動して前記平坦部分にある相の前
記コイル群の他方の結節点と前記直流電源の電流路を形
成するように前記第2の出力トランジスタ群の通電を分
配制御する第2の分配制御手段を具備し、前記第2の分
配制御手段は、前記第1の出力トランジスタ群の通電状
態にあるトランジスタの動作電圧を検出する動作検出手
段と、前記第1の出力トランジスタ群の動作電圧を検出
した前記動作検出手段の出力信号に応動して前記第2の
出力トランジスタ群の通電電流を制御し、通電状態にあ
る前記第1の出力トランジスタの動作電圧が大きくなる
と通電状態にある前記第2の出力トランジスタの通電電
流を小さくし、通電状態にある前記第1の出力トランジ
スタの動作電圧が小さくなると通電状態にある前記第2
の出力トランジスタの通電電流を大きくする制御手段を
含んで構成されたブラシレス直流モータ。
1. A rotor having a magnet in which a plurality of N-pole and S-pole permanent magnetic poles are alternately magnetized, and a magnetic flux density distribution on the circumference is a trapezoidal wave whose flat portion has an electrical angle of about 60 °. The magnets are arranged at positions intersecting with the magnetic flux, the effective pitch of each coil is set to an electrical angle of about 180 °, and the distribution of the magnetic flux density difference generated by the magnets at both ends of the effective pitch of each coil is rotated. Regarding the angle, the flat part has a trapezoidal wave shape with an electrical angle of about 60 °,
A three-phase coil group formed by annularly connecting the plurality of coils, position detecting means for detecting a rotational position of the rotor, and three nodes of the three-phase coil group annularly connected. A first output transistor group consisting of three transistors forming a current path between one end of the DC power supply, and three output transistors forming a current path between the three nodes and the other end of the DC power supply. A second output transistor group consisting of transistors and a command signal for commanding current supply to the coil group, and in response to an output signal of the position detecting means, the three phase coil groups First distribution control means for distribution-controlling the energization of the first output transistor group so as to supply a current to one node of the coil group of a phase in which the distribution of the generated magnetic flux density difference is in a flat portion, Output signal of position detection means And a second distribution control means for distributing and controlling the energization of the second output transistor group so as to form a current path of the DC power supply with the other node of the coil group of the phase in the flat portion. The second distribution control means includes an operation detecting means for detecting an operating voltage of a transistor in a conductive state of the first output transistor group, and an operation detecting means for detecting an operating voltage of the first output transistor group. The energization current of the second output transistor group is controlled in response to the output signal of the operation detection means, and the second output transistor is energized when the operating voltage of the energized first output transistor increases. The energized current is reduced, and when the operating voltage of the first output transistor in the energized state decreases, the second energized state in the second output transistor decreases.
Brushless DC motor including control means for increasing the energizing current of the output transistor of the above.
【請求項2】N極とS極の永久磁極を交互に複数極着磁
され、円周上において磁束密度の分布を平坦部分が電気
角60゜程度の台形波状にされたマグネットを有するロ
ータと、前記マグネットの磁束と鎖交する位置に配置さ
れ、各コイルの実効ピッチを電気角180゜程度にさ
れ、前記各コイルの実効ピッチ両端における前記マグネ
ットの発生磁束密度差の分布を前記ロータの回転角度に
ついて平坦部分が電気角60゜程度の台形波状にされ、
複数個の前記コイルを環状結線されて形成された3相の
コイル群と、前記ロータの回転位置を検出する位置検出
手段と、環状結線された前記3相のコイル群の3個の結
節点と直流電源の一端の間の電流路を形成する3個のト
ランジスタからなる第1の出力トランジスタ群と、前記
3個の結節点と前記直流電源の他端の間の電流路を形成
する3個のトランジスタからなる第2の出力トランジス
タ群と、前記コイル群への電流供給を指令する指令信号
に対応し、かつ、前記位置検出手段の出力信号に応動し
て前記3相のコイル群のうちで前記発生磁束密度差の分
布が平坦部分にある相の前記コイル群の一方の結節点に
電流を供給するように前記第1の出力トランジスタ群の
通電を分配制御する第1の分配制御手段と、前記位置検
出手段の出力信号に応動して前記平坦部分にある相の前
記コイル群の他方の結節点と前記直流電源の電流路を形
成するように前記第2の出力トランジスタ群の通電を分
配制御する第2の分配制御手段を具備し、前記第2の分
配制御手段は、前記指令信号に応動して電圧値を変化さ
せる基準電圧信号を得る基準電圧発生手段と、前記第1
の出力トランジスタ群の通電状態にあるトランジスタの
動作電圧と前記基準電圧信号を比較する比較手段と、前
記第1の出力トランジスタ群の動作電圧を比較した前記
比較手段の出力信号に応動して前記第2の出力トランジ
スタ群の通電電流を制御し、通電状態にある前記第1の
出力トランジスタの動作電圧が大きくなると通電状態に
ある前記第2の出力トランジスタの通電電流を小さく
し、通電状態にある前記第1の出力トランジスタの動作
電圧が小さくなると通電状態にある前記第2の出力トラ
ンジスタの通電電流を大きくする制御手段を含んで構成
されたブラシレス直流モータ。
2. A rotor having a magnet in which a plurality of N-pole and S-pole permanent magnetic poles are alternately magnetized, and a magnetic flux density distribution on the circumference is trapezoidal with a flat portion having an electrical angle of about 60 °. The magnets are arranged at positions intersecting with the magnetic flux, the effective pitch of each coil is set to an electrical angle of about 180 °, and the distribution of the magnetic flux density difference generated by the magnets at both ends of the effective pitch of each coil is rotated. Regarding the angle, the flat part has a trapezoidal wave shape with an electrical angle of about 60 °,
A three-phase coil group formed by annularly connecting the plurality of coils, position detecting means for detecting a rotational position of the rotor, and three nodes of the three-phase coil group annularly connected. A first output transistor group consisting of three transistors forming a current path between one end of the DC power supply, and three output transistors forming a current path between the three nodes and the other end of the DC power supply. A second output transistor group consisting of transistors and a command signal for commanding current supply to the coil group, and in response to an output signal of the position detecting means, the three phase coil groups First distribution control means for distribution-controlling the energization of the first output transistor group so as to supply a current to one node of the coil group of a phase in which the distribution of the generated magnetic flux density difference is in a flat portion, Output signal of position detection means And a second distribution control means for distributing and controlling the energization of the second output transistor group so as to form a current path of the DC power supply with the other node of the coil group of the phase in the flat portion. The second distribution control means includes a reference voltage generation means for obtaining a reference voltage signal that changes a voltage value in response to the command signal, and the first distribution control means.
Comparing means for comparing the operating voltage of the transistor in the energized state of the output transistor group with the reference voltage signal, and the output signal of the comparing means for comparing the operating voltage of the first output transistor group in response to the output signal of the comparing means. And controlling the energization current of the second output transistor group to decrease the energization current of the second output transistor which is in the energized state when the operating voltage of the first output transistor which is in the energized state is increased, and which is in the energized state. A brushless DC motor configured to include control means for increasing a conduction current of the second output transistor which is in a conduction state when the operating voltage of the first output transistor decreases.
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