JP2000232796A - モータ及びモータ速度制御装置 - Google Patents

モータ及びモータ速度制御装置

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JP2000232796A
JP2000232796A JP11034127A JP3412799A JP2000232796A JP 2000232796 A JP2000232796 A JP 2000232796A JP 11034127 A JP11034127 A JP 11034127A JP 3412799 A JP3412799 A JP 3412799A JP 2000232796 A JP2000232796 A JP 2000232796A
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正信 古川
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ブラシレスモータの速度変動の原因であるモ
ータトルクリップルを抑制し、安定かつ高精度なモータ
速度制御を達成する。 【解決手段】 モータ1のロータの磁極位置パルス信号
(HG)と回転パルス信号(FG)から、モータ1の回
転角度情報を回転角度検出器9により検出し、前記HG
パルスの周期をHG周期メモリ12に格納する。モータ
のトルクリップルを補正するための補正データがトルク
リップル補正メモリ10に格納されている。回転角度検
出器9に格納された回転角度情報とHG周期メモリ12
に格納したHGパルスの周期とによりトルクリップル補
正メモリ10の読み出しアドレスを決定し、該トルクリ
ップル補正メモリ10内に格納されている補正データを
読み出し、モータの回転速度を制御するモータ制御信号
から前記補正データを減算してモータ1の速度を制御す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、多相ブラシレスモ
ータのモータ回転速度を一定に制御する装置、より詳細
には、VTRなどの磁気記録装置のキャプスタンモー
タ,ドラムモータの回転速度を高精度に制御する装置に
関し、特に、トルクリップル補正により高精度制御する
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図13は、従来のモータ速度制御装置の
一例を説明するためのブロック図で、図中、1は多相ブ
ラシレスモータ、2は回転検出センサ、3(3a,3
b)は波形整形回路、4はモータ1の回転周期算出器、
5(5a,5b)は加算(減算)器、6は増幅器、7は
ブラシレスモータ駆動回路、8は位相センサで、トルク
リップルの補正は、位相センサ8からのHGパルスh1
と回転検出センサ2からのFGパルスfからモータ1の
ロータの回転角度を回転角度検出器9により求め、その
検出出力gに応じた補正値をトルクリップルの補正メモ
リ10から呼び出し、このトルクリップル補正メモリ1
0からの補正値を、減算器5bにより、増幅器6からの
制御信号から減算することでトルクリップルの低減を行
っていた。
【0003】図14は、前述のごとき従来技術であるト
ルクリップル補正データの呼び出しを説明するためのフ
ロー図で、トルクリップル補正データ(tr)は固定周
期の余弦波データ(gCos(gFGNum))で、こ
の余弦波データは、FG割り込み(FGパルスの立ち上
り、立ち下り)毎(S31)にトルクリップル補正メモ
リ10から読み出される(S32)。読み出された余弦
波データ(tr)は増幅器6からの制御信号(ctl)
から減算(ctl−tr)される(S33)。次いで、
FG番号(gFGNum)に1を足して(S34)FG
割り込み処理を終える(S35)。すなわち、FG割り
込み毎にFG番号が増加し、FG番号に対応する余弦波
データを読み出しており、そのため、FG番号は、HG
割り込み毎に0にリセットされる。
【0004】図15は、余弦波データAとトルクリップ
ルBとHGパルスh1の関係を示す図で、HGパルスh
1の周期は、着磁角度誤差,ホール素子の取り付け誤
差,ロータの偏芯等により一定周期でなくなる。
【0005】以下に、着磁角度誤差が存在する場合につ
いての動作を説明する。図16はモータ1のロータ21
の着磁状態を示し、図16(A)は実際の着磁状態(A
1〜A8の角度が不等分)を示し、図16(B)は等分
割(A1〜A8が全て45°)に着磁された状態を示
す。図17は、実際のモータのステータ22の一例を示
す図で、同図は6コイル8極の3相ブラシレスモータの
モータ駆動コイル23のパターンとHGセンサ24を示
している。図18は、一定電流でモータを駆動した場合
のHGセンサ24の出力波形を示す図で、図8(A)は
着磁角度誤差のあるロータの場合(図16(A))のH
Gセンサ出力(各波形の周期に乱れがある)を示し、図
18(B)は等分割に着磁された場合(図16(B))
のHGセンサ出力(各波形の周期が一定)を示す。
【0006】上述のように、着磁角度誤差により、HG
センサ出力の周期も変動する。このHGセンサ出力を0
レベルでコンパレートして得られた波形がHGパルスh
1であり、HGセンサ出力周期の変動に伴いHGパルス
h1の周期も変動する。このため、HGパルスh1と余
弦波データAとトルクリップル成分Bとの関係は図15
(A)に示したようになる。
【0007】図16,図17に示したモータのFGパル
スfは、1回転に360パルスを発生するよう構成され
ている。また、HGパルスh1は、8極着磁のロータを
使用しているので、1回転に8パルスを発生する。従っ
て、等分割に着磁された場合には、FGの個数で表した
HGパルスh1の周期は45(パルス)である。着磁角
度誤差がある場合には、図15(B)に示すように、周
期が43(パルス)と短く(小さく)なる。この時の余
弦波のデータAの周期は、着磁角度誤差がない場合のH
Gパルス周期45(パルス)の間に3回繰り返す15
(パルス)でメモリ上に格納されている。HGパルスh
1の周期が43(パルス)の場合、余弦波データAは、
3周期が完結する45番目のデータまで呼び出されず、
43番目のデータの呼び出しで終了し、次のHGパルス
周期では、1番目から余弦波データが呼び出される。こ
のため、呼び出されたトルクリップル補正データは連続
的な余弦波データとならず、逆に、不連続部がトルクリ
ップルの原因となっていた。
【0008】図19は、ROM上に格納された余弦波デ
ータとアドレスとの関係を示し、HGパルス周期の中
で、トルクリップル成分の周期の変化を示す。HGパル
スh1の周期で3回繰り返すトルクリップル成分の周期
も、着磁角度誤差により変動する。図示例の場合、周期
15の余弦波データにより補正を行った場合に実際のト
ルクリップルの周期は17であるため、補正値と実際の
トルクリップルの間に誤差が生じる。
【0009】更に、モータの出力を外部に取り出す手段
として、モータ1のロータ21にはギア,プーリ等の伝
達部品が取り付けられている場合に、ギアやプーリの1
歯毎にトルク変動が発生する。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、多相ブ
ラシレスモータにおいて、一定の余弦波データを用いて
トルクリップル補正を行った場合、着磁角度誤差等の誤
差を持つモータにおいて、補正データに不連続部が発生
する。HGパルス周期で3回繰り返すトルクリップル成
分の周期も、着磁角度誤差等により変化するため、実際
のトルクリップル成分と補正データの間に誤差が発生す
る。また、モータから外部に出力を取り出すギア,プー
リの1歯毎にトルク変動が生じる。本発明は、このよう
な多相ブラシレスモータにおける問題を解決して、多相
ブラシレスモータの回転速度を高精度に一定に制御する
ことを目的としてなされたものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、ロー
タの磁極位置パルス信号(以下HGパルス)と回転パル
ス信号(以下FGパルス)からモータの回転角度情報を
検出する回転角度検出手段と、前記HGパルスの周期を
格納するHG周期メモリと、モータのトルクリップルを
補正するための補正データを格納するトルクリップル補
正メモリを備えた、多相ブラシレスモータの回転速度を
制御するモータ速度制御装置において、前記回転角度情
報と前記HG周期メモリに格納したHGパルスの周期と
により前記トルクリップル補正メモリの読み出しアドレ
スを決定し、前記トルクリップル補正メモリ内に格納さ
れている前記補正データを読み出し、モータの回転速度
を制御するモータ制御信号から前記補正データを減算す
ることを特徴としたものである。
【0012】請求項2の発明は、請求項1の発明におい
て、前記HGパルスの周期と補正データの周期の比と前
記FGパルスにより前記補正メモリの読み出しアドレス
を決定することを特徴としたものである。
【0013】請求項3の発明は、請求項1又は2の発明
において、前記補正データが4分の1の余弦波データで
あることを特徴としたものである。
【0014】請求項4の発明は、請求項3の発明におい
て、前記補正データが余弦波の任意の位置での傾きを持
つ直線と余弦波との差であることを特徴としたものであ
る。
【0015】請求項5の発明は、請求項3の発明におい
て、前記補正データが余弦波データの直線と余弦波との
差であることを特徴としたものである。
【0016】請求項6の発明は、請求項1乃至5のいず
れかの発明において、前記補正メモリ上に、トルクリッ
プル成分の周期の第2の余弦波データと正弦波データと
を格納し、トルクリップル波形に、正弦波データを掛け
た値と第2の余弦波データをかけた値より、トルクリッ
プル成分の位相と振幅値を求めることを特徴としたもの
である。
【0017】請求項7の発明は、請求項1乃至6のいず
れかの発明において、モータ出力がギアにより取り出さ
れ、トルクリップル最大成分ピークとギア成分ピークが
同位相であることを特徴としたものである。
【0018】請求項8の発明は、請求項1乃至6のいず
れかの発明において、モータ出力がギアにより取り出さ
れ、トルクリップル最大成分周波数とギア成分周波数が
一致するようにギア枚数が構成され、ピークの位相が逆
位相であることを特徴としたものである。
【0019】
【発明の実施の形態】(第1の実施形態)図1は、本発
明によるモータ速度制御装置の一例を説明するための要
部構成図で、図中、11はHG合成器、12はHG周期
メモリ、13は間引き器で、その他、図13に示した従
来技術と同様の作用をする部分には、図13の場合と同
一の参照番号が付してある。
【0020】図2は、HGの割り込みの例を説明するた
めのフロー図で、HGパルスの立ち上がり、立ち下がり
毎に割り込み(S11)、割り込み毎にHG番号(gH
GNum)の値を1つ増やす(S12)。HG番号は0
からkHGMaxの間で繰り返され(S13)、FG番
号0(S14)で、HG周期算出終了フラグを立て(S
15)、FG割り込み回数カウントを0に戻し(S1
6)、HGの割り込みを終了する(S17)。
【0021】図3は、FGの割り込みの例を説明するた
めのフロー図で、FGパルスの立ち上がり、立ち下がり
毎に割り込み(S21)、HG周期の測定が終了してい
るか否かを判断し(S22)、終了していない場合は、
FG割り込み毎に1を足して、各HG番号のFG個数を
数え(S23)、余弦データ(トルクリップル補正デー
タ)を求める(S24)。終了している場合は、ROM
データの参照アドレスを算出し(S25)、余弦データ
を読み出す(S26)。制御信号(ctl)からトルク
リップル補正データ(tr)を減算してモータに供給し
(S27)、FG番号に1を足して(S28)、FGの
割り込みを終了する(S29)。
【0022】図4は、3相合成HGパルスの生成を説明
するためのタイムチャートで、本発明においては、モー
タ1のロータの磁極位置信号(HG)を検出するセンサ
8を複数個(図1では、81,82,83の3個)有し、
これらの検出信号より波形整形回路3b(3b1,3
2,3b3)にて各HGパルスh1,h2,h3(図4
(A),図4(B),図4(C))を生成し、HG合成
器11により、3相合成のHGパルスe(図4(D))
を生成する。
【0023】図5は、3相合成HGパルスとトルクリッ
プル波形との関係を示し、図5(A)は3相合成HGパ
ルス(e)を示し、図5(B)はトルクリップル波形
(i)を示す。使用するモータは、3相,8極,6コイ
ルで、FGパルスは360パルスである。モータに着磁
角度誤差等の誤差がない場合、トルクリップル波形
(f)は、3相合成HGパルス(e)のエッジを0度と
し、周期が15(パルス)の余弦波となる。
【0024】図6は、3相合成HGパルス(図6
(A))とFGパルス(図6(B))の関係を示し、3
相合成HGパルス(e)の周期は、FGパルス(i)を
測定単位として測定される。3相合成パルス周期をFG
パルスを用いずに時間で測定した場合には、回転速度に
むらがあるため、正確な測定ができなくなる。3相合成
HGパルス区間は、図示しない0から23の番号が付け
られる。各区間においてFGパルス(i)により測定さ
れた周期の値は、図1のHG周期メモリ12に記憶され
る。
【0025】図7は、余弦波データと実際に取得される
データの関係の一例を示し、図7(A)はROM上に格
納された余弦波データを示し、図7(B)は余弦波デー
タの周期と異なる3相合成HGパルス(e)の区間にお
いて取得されるデータを示す。
【0026】図8(A),図8(B)は、図7(A),
図7(B)に示したデータをそれぞれグラフ化したもの
で、ROMに格納される余弦波データは、いくつかのモ
ータの3相合成HGパルスの周期を測定して得られた値
の最大値にいくらかの余裕を加えた周期を元に作成され
る。ここでの余弦波データの周期は18である。余弦波
データは、FGパルス1個ごとに余弦波をサンプリング
して求めた値である。余弦波データの振幅は、整数演算
が行え、1バイトで表現するために127としている。
この値は使用する制御マイコンや計算速度等により、よ
り大きな整数値を使用することも、実数を使用すること
も可能である。
【0027】(第2の実施形態)余弦波データの呼び出
しは、 余弦波データの周期を TC、 現在のHGパルスの周期を TH、 現在のFGパルス番号を N、 参照するアドレスを AD、 とすると、 AD=N・TC/TH …式(1) となる。
【0028】図8に示すように、余弦波データより短い
周期の三相HGパルス区間においても読み出されるデー
タは余弦波となる。これにより、三相HGパルスの周期
それぞれに対応した余弦波データをROM上に格納する
必要はなくなり、ROM容量の節約が可能となる。読み
出された余弦波データは、モータのコントロール信号か
ら減算されてモータに供給され、トルクリップルの補正
が行われ、モータ回転速度の変動が低減される。
【0029】(第3の実施形態)余弦波データは、4分
の1周期分のみをROMデータとする。この場合、残り
の4分の3の区間の補正データは、各4分の1区間毎に
データの反転を行うことにより生成する。これにより、
更にROM容量の節約が可能となる。
【0030】(第4の実施形態)図9は、余弦波の任意
の位置での傾きを持つ直線と余弦波からの補正データを
生成する例を示し、図9(A)は270度位置と315
度位置での傾きを持つ直線S1,S1′と余弦波T1との
差(R1,R1′)を示し、図9(B)は320度位置で
の傾きを持つ直線S2と余弦波のT2の差(R2)を示
し、図9(C)は270度位置での傾きを持つ直線S3
と余弦波T3の差(R3)を示す。
【0031】図9(C)において、直線S3は270度
位置で傾きを持ち、直線S3と余弦波T3との差は補正デ
ータR3である。補正データR3はROM上に格納され
る。また、直線S3の傾きもROM上に格納される。余
弦波データの呼び出しは、 余弦波データの周期を TC、 現在のHGパルスの周期を TH、 現在のFGパルス番号を N、 参照するアドレスを AD、 直線の傾きを K、 参照したアドレスの値を Had、 余弦波データを C、 とすると、 AD=−(N−1/4・TH)・TC/TH{N<1/4・TH} AD= (N−1/4・TH)・TC/TH {1/4・TH≦N<2/4・TH} AD=−(N−3/4・TH)・TC/TH {2/4・TH≦N<3/4・TH} AD= (N−3/4・TH)・TC/TH {3/4・TH≦N<4/4・TH} となり、これにより、参照アドレスが決定し、アドレス
のデータと直線の傾きにより、 C=K・AD・Had 式(2) となる。これにより、補正データを表現するのに必要な
ビット数が減少し、ROM容量の低減が可能となる。図
9(A),図9(B)についても同様に余弦データを復
元することができる。
【0032】(第5の実施形態)図10は、余弦波とF
G1個分遅れた余弦波からの補正データの生成を示す。
補正データRは、FG1個分遅れた余弦波Saから余弦
波Sbを引くことにより得られる。これをROM上に格
納する。余弦波データの呼び出しは、 余弦波データの周期を TC、 現在のHGパルスの周期を TH、 現在のFGパルス番号を N、 参照するアドレスを AD、 直線の傾きを K、 参照したアドレスの値を Had、 余弦波データを C、 とすると、 AD=N・TC/TH C=C+Had 式(3) これにより、補正データを表現するのに必要なビット数
が減少し、ROM容量の低減が可能となる。
【0033】(第6の実施形態)図11は、正弦波デー
タと第2の余弦波データによる振幅測定を示し、図11
(A)はトルクリップル波形を示し、図11(B)は振
幅測定結果を示す。トルクリップル成分(U)は、周期
は予め分かっているが、HGパルスに対する位相は分か
っていない。このトルクリップル成分(U)に正弦波デ
ータを乗じた波形(U1)と、第2の余弦波データを乗
じた波形(U2)が求められる。1回転の間、FG割り
込み毎に、この値は、それぞれ別に積算され、1回転の
間のFGパルス数で除した値の2乗和の平方根より振幅
(V)が求められる。 arctan((正弦波データを乗じた波形U1の振幅)/
(余弦波データを乗じた波形U2の振幅)) より位相が求められる。
【0034】ギアの変動成分は、ロータ着磁に起因する
トルクリップルのようにHGパルスに対して位相が一致
していない。このため、振幅値と位相の両方を測定する
必要があり、上述のような手段を使用することにより測
定される。位相と振幅が測定された後の補正は、ロータ
着磁によるトルクリップル補正と同様である。
【0035】(第7の実施形態)図12は、モータ1の
ロータ21の出力幅に設けられたギア23を示す要部概
略斜視図で、モータ1の駆動力は、ギア25を介して外
部に出力される。ギア25の歯数は、変動周波数が、着
磁に起因するトルクリップルの周波数と同じになるよう
設定されている。ギア成分と着磁に起因する成分の位相
は、この実施例の場合、同位相となるように構成されて
いる。これにより、着磁に起因するトルクリップル成分
とギア成分が一致し、補正を行う際に位相測定の必要が
なくなると共に、振幅測定も着磁に起因するトルクリッ
プルと同時に行える。
【0036】(第8の実施形態)図12に示したよう
に、モータ1の駆動力は、ギア25を介して外部に出力
される。ギア25の歯数は、前述のように、変動周波数
が、着磁に起因するトルクリップルの周波数と同じにな
るよう設定されている。ギア成分と着磁に起因する成分
の位相は、この実施例の場合、180度位相となるよう
に構成されている。これにより、着磁に起因するトルク
リップル成分とギア成分が打ち消し合い、モータ速度変
動は低減される。ただし、2つの成分の振幅を意図的に
同じにすることは困難である。しかし、ギア形状や、モ
ータ特性の変更により、トルクリップルの低減が可能で
ある。通常、ギア成分は、着磁に起因するトルクリップ
ル成分より小さい。ギア材質や歯形状の変更によりギア
成分を増加させ、二つの成分を近づけて相殺効果を改善
することも可能である。タイミングプーリにより出力を
取り出す場合にも同様の方法により、同位相化及び相殺
が可能であり、また、周期的に変動する出力手段の殆ど
に適用可能である。
【0037】
【発明の効果】請求項1,2の発明により、モータの各
誤差によりHGパルス周期が変動するモータの速度制御
装置においても、補正データの不連続部をなくし、トル
クリップル成分の除去を行うことができる。また、トル
クリップル成分の周期が変化した場合においても、補正
データとトルクリップル成分との間のずれを減少させ、
トルクリップル成分の除去を行うことができる。
【0038】請求項1乃至5の発明により、トルクリッ
プル補正に使用するROMデータ量が削減される。請求
項6の発明により、位相の分かっていないトルクリップ
ル成分の位相と振幅を正確に測定できる。請求項7の発
明により、位相と振幅の測定が低減される。請求項8の
発明により、トルクリップル成分の低減がモータの構成
により行われる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による多相ブラシレスモータの速度制御
装置の一例を説明するためのブロック図である。
【図2】本発明による多相ブラシレスモータの速度制御
におけるHG割り込みを示すフローチャートである。
【図3】本発明による多相ブラシレスモータの速度制御
におけるFG割り込みを示すフローチャートである。
【図4】本発明の3相合成HGパルス生成の過程を示す
タイムチャートである。
【図5】本発明の3相合成HGパルスとトルクリップル
波形との関係を示す波形図である。
【図6】本発明の3相合成HGパルスとFGパルスの関
係を示す波形図である。
【図7】本発明の余弦波データと実際に取得されるデー
タを示す図である。
【図8】本発明の余弦波データと実際に取得されるデー
タを示すグラフである。
【図9】本発明の余弦波の任意の位置での傾きを持つ直
線と余弦波からの補正データ生成を示す図である。
【図10】本発明の余弦波とFG1個分遅れた余弦波か
らの補正データの生成を示す図である。
【図11】本発明の正弦波データと第2の余弦波データ
による振幅測定を示す図である。
【図12】本発明のギアを出力手段とするモータロータ
を示す要部斜視図である。
【図13】従来のモータのロータを示す要部構成図であ
る。
【図14】従来のモータのステータを示す要部構成図で
ある。
【図15】従来のトルクリップル波形を示す波形図であ
る。
【図16】従来のトルクリップル補正を説明するための
要部ブロック図である。
【図17】従来のトルクリップル補正の性能を説明する
ための図である。
【図18】従来のFG割り込みを説明するためのフロー
チャートである。
【図19】ROM上に格納され余弦波データの例を示す
図である。
【符号の説明】
1…モータ、2…FGセンサ、3(3a,3b(3
1,3b2,3b3))…波形整形器、4…周期算出
器、5(5a,5b)…加算(減算)器、6…増幅器、
7…ブラシレスモータ駆動回路、8(81,82,83
…HGセンサ、9…回転角度検出器、10…トルクリッ
プル補正メモリ、11…HG合成器、12…HG周期メ
モリ、13…間引き器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H560 AA04 AA05 BB04 BB12 DA02 DA05 DA16 DA19 DB20 EC01 GG04 JJ15 RR01 TT11 TT12 XA04 XB10

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ロータの磁極位置パルス信号(以下HG
    パルス)と回転パルス信号(以下FGパルス)からモー
    タの回転角度情報を検出する回転角度検出手段と、 前記HGパルスの周期を格納するHG周期メモリと、 モータのトルクリップルを補正するための補正データを
    格納するトルクリップル補正メモリを備えた、 多相ブラシレスモータの回転速度を制御するモータ速度
    制御装置において、 前記回転角度情報と前記HG周期メモリに格納したHG
    パルスの周期とにより前記トルクリップル補正メモリの
    読み出しアドレスを決定し、 前記トルクリップル補正メモリ内に格納されている前記
    補正データを読み出し、 モータの回転速度を制御するモータ制御信号から前記補
    正データを減算することを特徴とするモータ速度制御装
    置。
  2. 【請求項2】 前記HGパルスの周期と補正データの周
    期の比と前記FGパルスにより前記補正メモリの読み出
    しアドレスを決定することを特徴とする請求項1記載の
    モータ速度制御装置。
  3. 【請求項3】 前記補正データが4分の1の余弦波デー
    タであることを特徴とする請求項1又は2記載のモータ
    速度制御装置。
  4. 【請求項4】 前記補正データが余弦波の任意の位置で
    の傾きを持つ直線と余弦波との差であることを特徴とす
    る請求項3記載のモータ速度制御装置。
  5. 【請求項5】 前記補正データが余弦波データの直線と
    余弦波との差であることを特徴とする請求項3記載のモ
    ータ速度制御装置。
  6. 【請求項6】 前記補正メモリ上に、トルクリップル成
    分の周期の第2の余弦波データと正弦波データとを格納
    し、トルクリップル波形に、正弦波データを掛けた値と
    第2の余弦波データをかけた値より、トルクリップル成
    分の位相と振幅値を求めることを特徴とする請求項1乃
    至5のいずれかに記載のモータ速度制御装置。
  7. 【請求項7】 モータ出力がギアにより取り出され、ト
    ルクリップル最大成分ピークとギア成分ピークが同位相
    であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記
    載のモータ速度制御装置。
  8. 【請求項8】 モータ出力がギアにより取り出され、ト
    ルクリップル最大成分周波数とギア成分周波数が一致す
    るようにギア枚数が構成され、ピークの位相が逆位相で
    あることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載
    のモータ。
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