JPH0470879B2

JPH0470879B2 -

Info

Publication number: JPH0470879B2
Application number: JP58069589A
Authority: JP
Inventors: Koji Hori
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1983-04-20
Filing date: 1983-04-20
Publication date: 1992-11-12
Also published as: JPS59194694A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は３相両方向通電形ブラシレス直流モー
タの駆動回路に関する。

背景技術とその問題点ブラシレス直流モータのトルクリツプルを低減
させる方法として、従来から界磁を形成するため
のロータマグネツトを台形波状の着磁パターンに
して、通電区域におけるコイルの鎖交磁束をほぼ
一定にする方法が用いられている。しかしこの方
法では、通電区域における鎖交磁束を完全に一定
にすることは困難であつて、台形波の肩部付近で
トルクを落ち込みが生じ、これによつてトルクリ
ツプルが生ずる。また台形波状の着磁パターンに
することによつて有効な磁束が減少し、モータの
出力が低下することがある。

界磁波形とは無関係な一定トルクを得る方法と
して、コイル鎖交磁Ｂを検出しその１／Ｂに比例
した駆動電流を流してトルク（鎖交磁束×電流）
を一定とする駆動方式が提案されている。コイル
鎖交磁束の検出方法としては、ホール素子等の感
磁性検出素子を用いる方法と、モータ駆動コイル
で検出コイルを重ね巻きする方法が通常用いられ
ている。これらの方法はモータと駆動回路との間
の結合線の本数が検出素子または検出コイルの分
だけ多くなる問題がある。なおホール素子等の検
出素子で検出する場合、ロータの回転位置を検出
して各相の駆動コイルの通電切換信号を得る検出
素子とコイル鎖交磁束検出素子とを兼用すること
が考えられるが、通電切換のタイミングの関係
上、ロータ位置検出素子と駆動コイルとが同相で
配置されることが少なく、従つて、駆動コイルの
鎖交磁束を検出することが実質的に困難である場
合が多い。

またホール素子等で鎖交磁束を検出する場合、
検出素子の出力にDCオフセツトやドリフトが含
まれていてこれらを回路的に補正する手段が必要
となる上、点の検出であるためロータマグネツト
に対して所定の対向面積（コイル面積）を有する
コイルの鎖交磁束を正確に代表することが困難で
ある。

一方、モータ駆動コイルに重ね巻きされた検出
コイルで鎖交磁束を検出する場合、モータの巻線
構造が複雑になる上、駆動巻線の巻スペースが減
少して効率が低下する問題がある。

発明の目的本発明は上述の問題にかがみ、特別な検出素子
や検出コイルを設けることなく、各駆動コイルの
実際鎖交磁束に極めて近い信号を検出してその逆
数に比例した電流を各コイルに流し、これによつ
てトルクリツプルの無い一定トルクを得るように
することを目的とする。

発明の概要本発明は、通電相が２相ずつ互にオーバーラツ
プしている３相両方向通電形ブラシレスモータに
おいて、３相コイルの夫々の誘起電圧を検出する
回路と、検出された信号を積分し、通電２相の積
分信号を互に加算し、加算された信号から非通電
相の積分信号の２倍レベルの信号を減算すること
により、通電２相の合成鎖交磁束の近似信号を得
る回路と、上記近似信号の逆数に比例した駆動電
流を通電相に流す回路とを具備させたものであ
る。

実施例以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。

第１図は本発明によるブラシレスモータ駆動回
路の原理を示す回路図である。第１図においてモ
ータ１の駆動電流ｉはシリーズ制御トランジスタ
２によつて制御される。このトランジスタ２の電
流は微小抵抗Ｒによつて検出され、検出電圧iR
が電圧−電流変換回路３に帰還されることによ
り、電圧−電流変換回路３の入力制御電圧V_cに
応じた電流ｉ＝V_c／Ｒが流される。一方、モー
タ１の駆動コイルの誘起電圧が誘送電圧検出回路
４で検出され、検出出力に基いて鎖交磁束近似回
路５で通電相の鎖交磁束近似信号Ｅが形成され
る。この近似信号Ｅは掛算器６に与えられ、駆動
電流検出電圧iRと掛算される。掛算結果、iREは
オペアンプ７に与えられてトルク指令電圧Ｖ（例
えば速度サーボ電圧）と比較され、Ｖ＝iREとな
るように制御電圧V_c、即ち電流ｉ（＝V_c／Ｒ）が制御される。

この結果、通電相の鎖交磁束に逆比例し且つト
ルク指令電圧Ｖに比例した電流ｉ＝Ｖ／REが流れ、鎖交磁束波形とは無関係の一定トルク（電流×磁
束）が得られる。

次に第２図は第１図の原理回路を具体化する場
合に考えられるブラシレスモータ駆動回路の回路
図であり、第３図及び第４図、第５図は第２図の
回路の動作を説明するための波形図及びベクトル
図である。

このモータは３相両方向通電形ブラシレスモー
タであり、この３相コイル１１〜１３はＹ結線さ
れ、プシユプル接続されたスイツチングトランジ
スタ１４，１４′、１５，１５′、１６，１６′に
よつて駆動される。第３図ａ〜ｃは各相の鎖交磁
束Ba、Bb、Bcに示している。各相はその鎖交磁
束の正及び負の最大位置を中心とする120℃の区
間ごとに第３図ａ，ｂ，ｃの斜線部で示すように
正方向及び負方向に交互に通電される。従つて各
相の通電角は互に60°ずつオーバーラツプし、常
に２つの相のコイルに電流が流されて、２相の合
成トルクが順次発生する。例えば第２図において
トランジスタ１６と１４′がオンとなつていると
Ａ相コイル１１及びＢ相コイル１２に電流が流れ
る。このときＣ相コイル１３は通電されない。

各スイツチングトランジスタ１４，１４′〜１
６，１６′に与えらえるスイツチング信号は、例
えばホール素子のようなロータ位置検出器１７の
出力に基いてスイツチ回路１８において形成され
る。

ロータマグネツトによる界磁波形が正弦波であ
るとすると、第４図ａのベクトル図に示すように
通電相（例えばＡ相及びＢ相）の鎖交磁束の合成
ベクトルは基本波成分についてB₁a−B₁b＝B₁ab
となり、この磁束B₁abと駆動電流ｉとの積に比
例したトルクが発生する。

第４図ａから明らかなように通電相の合成鎖交
磁束（B₁ab）は非通電相の鎖交磁束（B_c）に対
して90°進み位相である。即ち、通電相の鎖交磁
束がsinθ及びsin（θ＋120°）とすると、その合成
磁束は3sin（θ＋240°＋90°）となる。θ＋240°は
非通電相の位相と合致している。従つて非通電相
コイルの誘起電圧を検出して90°進相させた信号
でもつてトルク発生に関与している通電２相の合
成鎖交磁束を近似することができる。

第２図において各相のコイル１１〜１３の誘起
電圧はスイツチ１９〜２１を介して導出される。
これらのスイツチ１９〜２１はスイツチ回路１８
の出力によつて制御され、非通電相に対応するス
イツチのみが閉じられる。この結果、各スイツチ
１９〜２１の共通接続出力より第３図ｄに示す非
通電相の誘起電圧波形が得られる。この波形は第
３図ａ〜ｃの斜線部以外の磁束波形を順次抜出し
たものに対応する。

検出された誘起電圧波形はオペアンプ２２を介
して微分回路２３に与えられ、微粉（90°進相）
される。微分回路２３の出力（第３図ｅ）の全波
形整流回路２４で第３図ｃの如き整流される。こ
の整流出力は既述の如く通電相の合成鎖交磁束に
対応したものである。全波整流回路２４の出力は
鎖交磁束近似信号Ｅとして掛算器６に与えられ
る。この掛算器６及びオペアプ７，３の制御によ
つて、第３図ｇのような磁束に逆比例し且つトル
ク指令電圧Ｖに比例したモータ駆動電流が流され
る。

ところが第２図のブラシレスモータにおいて、
ロータマグネツトによる界磁波形が第３図ａ，
ｂ，ｃのような完全な正弦波でなく、例えば台形
波に近い場合には、各相のコイルの鎖交磁束に高
調波成分が含まれる。高調波成分のうちもつとも
スペクトルの大きい第３次高調波を考えると、第
４図ｂに示すように、Ａ相鎖交磁束B₃a＝sin3θ
に対して、Ｂ相及びＣ相鎖交磁束はB₃b＝sin3
（θ＋120°）＝sin3θ、B₃c＝sin3（θ＋240°）＝sin
3θ
となり、夫々同相である。従つて通電相（例えば
Ａ、Ｂ相）の合成鎖交磁束の第３次高調波成分
（B₃ab）は常に零となる。即ち各相の鎖交次束に
第３次高調波が含まれていても、発生するトルク
にはこの成分は本質的に含まれていない。

一方、非通電相の誘起電圧を90°進相にして得
られる鎖交磁束近似信号Ｅについては、例えば非
通電層がＣ相の場合には第５図ａに示すようにそ
の基本波成分E₁cは既述の如く２つの通電相の
（例えばＡ相、Ｂ相）合成鎖交磁束と同相である。
しかし第３次高調波成分E₃cは、第５図ｂに示す
ようにＡ相及びＢ相の高調波成分E₃a、E₃bと同
相の高調波成分E₃cを90°進相したものであつて、
これは零にならない上、基本波成分E′₁cとの位相
も異なる。一方、Ａ相及びＢ相の合成鎖交磁束の
第３次高調波成分B₃abは既述の如く零である。
従つて鎖交磁束近似信号Ｅの逆数に比例した駆動
電流中に第３次高調波成分が含まれ、発生トルク
に歪が発生する。

次に第６図は上述の問題を解消した本発明の実
施例の３相両方向通電ブラシレスモータの駆動回
路図である。なお第６図において第２図と同一の
部分には同一の符号が付されている。

第６図において、各相のコイル１１〜１３の誘
起電圧Ea、Eb、Ecはオペアンプ２６〜２８によ
つてこれらの積分回路２９〜３１によつて積分さ
れる。これらの積分回路２９〜３１は第２図の微
分回路２３に対応するものであり、誘起電圧Ea
〜Ecを90°移相させる機能を有している。

積分回路２９〜３１の出力E′a、E′b、E′cはス
イツチ回路２５において如く選択され、反転倍率
器３２及び加算器３３に導出される。スイツチ回
路２５に各相ごとに３つのスイツチ１９ａ〜１９
ｃ、２０ａ〜２０ｃ、２１ａ〜２１ｃ……を備
え、スイツチ回路１８からの制御信号によつて、
非通電相に対応したａのスイツチ、ｂのスイツチ
またはｃのスイツチが各相同時に閉じられる。こ
れによつて非通電相の誘起電圧は反転倍率器３２
に導出されて−２倍され、また２つの通電相の誘
起電圧は夫々加算器３３に導出されて互に加えら
れる。例えば、Ｃ相が非通電相である場合、スイ
ツチ２１ｃを通つて誘起電圧E′cが反転倍率器３
２に導出され、通電相の誘起電圧E′a、E′bはス
イツチ１９ｃ，２０ｃを通つて加算器３３に導出
される。

なお通電相の誘起電圧には駆動電流×コイルイ
ンピーダンスの成分が重畳しているので、厳密に
はコイル鎖交磁束そのものではないが、近似的に
は鎖交磁束を代表していると見なせる。

反転倍率器３２及び加算器３３の出力は加算器
３４で加算され、更に全波整流回路２４で整流さ
れて、通電相の合成鎖交磁束に対応した近似信号
Ｅが形成される。この近似信号に基いて掛算器
６、オペアンプ７，３によつて鎖交磁束の逆数に
比例した駆動電流ｉが流されるのは第２図と同様
である。

第７図ａ，ｂは第６図の積分回路２９〜３１か
ら加算器３４までの信号処理（演算）動作を示す
ベクトル図で、第８図ａ〜ｃは処理信号の周波数
スペクトル図である。第６図のオペアンプ２６〜
２８によつて検出され非通電相の誘起電圧（例え
ばEc）、は第８図ａのような基本波f₁、高調波f₃、
f₅…の成分を有している。これらの高調波成分は
積分回路２９〜３１を通過することにより第８図
ｂの如く減衰される。なお通電相の誘起電圧につ
いても同様に積分によつて高調波成分が減衰され
るが、この際、切換通電を行つていることによつ
て不連続波形を呈する誘起電圧検出信号中の歪成
分が除去され、ほぼ正弦波状の誘起電圧検出出力
が得られる。

積分回路２９〜３１の出力のうちの非通電相の
信号は反転倍率器３２で−２倍され、２つの通電
相の信号は加算器３３で加算され、これらが更に
加算器３４で加算される。この結果、基本波成分
については第７図ａの如くに∫｛（E₁a＋E₁b）−
2E_1c｝dtの演算が行われて、第４図ａに示す合成
鎖交磁束ベルトルB₁abと同相の近似信号Ｅが得
られる。なお積分と加減算とは夫々個別に行われ
ているが、上記演算式に示すように加減算の結果
を積分したのと同等の結果が得られるのは積分の
分配則から明らかである。

各相の誘起電圧の第３次高波成分E₃a、E₃b、
E₃cは既述の如く第７図ｂのように同相で表われ
る。しかしこれらの同相成分について演算∫
｛（E₃a＋E₃b）−2E₃c｝dtが行われるので、鎖交磁
束近似信号Ｅの第３次高調波成分は第８図Ｃに示
すように零となる。この結果、第３次高調波成分
については、通電相の合成鎖交磁束も誘起電圧か
ら近似された磁束近似信号Ｅも共に零となる。従
つて実際の合成鎖交磁束に極めて近い近似信号が
得られるので、発生トルクの歪成分が著しく減少
し、変動の少ない一定トルクが得られる。

なお上述の第６図の実施例において、鎖交磁束
近似信号Ｅの逆数演算を行う割算器を設けて、割
算出力１／Ｅに比例した駆動電流を流すようにし
てもよい。またシリーズ制御トランジスタ２によ
つて電流制御を行う代りに、スイツチングトラン
ジスタ１４〜１６，１４′〜１６′に電流制御信号
及びスイツチング信号を与えて、通電切換えと共
に電流制御が行われるようにしてもよい。

発明の効果本発明は上述の如く、３相コイルの誘起電圧を
検出して積分（90°移相）し、通電２相分を加え
た信号から非通電相の２倍レベルの信号を減算し
て通電２相の合成鎖交磁束に対応した近似信号を
得るように構成されているので、各相の誘起電圧
中に同相信号として含まれる第３次高調波成分が
近似信号を生成させる段階で消滅する。従つて、
特別な磁束検出素子や検出コイルを設けることな
く、駆動コイルの実際の合成鎖交磁束に極めて近
い近似信号が得られるから、モータの構造が複雑
となることがない。また近似信号の逆数に比例し
た駆動電流を通電相のコイルに流すことにより、
界磁波形の回転角変動に無関係な一定トルクを得
ることができる上、界磁波形が正弦波でない場合
でも、その歪成分による影響が少ない回転トルク
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるブラシレスモータ駆動回
路の原理構成を示す回路図、第２図は第１図の原
理構成を具体化したモータ駆動回路の一例を示す
回路図、第３図は第２図の動作を説明するための
波形図、第４図ａ，ｂ及び第５図ａ，ｂは第３図
の動作を説明するためのベクトル図、第６図は本
発明の実施例を示す３相両方向通電形ブラシレス
モータの駆動回路図、第７図ａ，ｂは第６図の信
号演算処理を示すベクトル図、第８図ａ，ｂ，ｃ
は処理信号の周波数スペクトル図である。なお図面に用いられた符号において、１……モ
ータ、２……シリーズ制御トランジスタ、３……
電圧−電流変換回路、４……誘起電圧検出回路、
５……鎖交磁束近似回路、６……掛算器、７……
オペアンプ、１１，１２，１３……コイル、１９
ａ，１９ｂ，１９ｃ……スイツチ、２０ａ，２０
ｂ，２０ｃ……スイツチ、２１ａ，２１ｂ，２１
ｃ……スイツチ、２９，３０，３１……積分回
路、３２……反転倍率器である。

Claims

【特許請求の範囲】

１通電相が２相ずつ互にオーバーラツプしてい
る３相両方向通電形ブラシレスモータにおいて、
３相コイルの夫々の誘起電圧を検出する回路と、
検出された信号を積分し、通電２相の積分信号を
互に加算し、加算された信号から非通電相の積分
信号の２倍レベルの信号を減算することにより、
通電２相の合成鎖交磁束の近似信号を得る回路
と、上記近似信号の逆数に比例した駆動電流を通
電相に流す回路とを具備する３相両方向通電形ブ
ラシレスモータの駆動回路。