JPS6077700A - 多相モータのトルクを最適化する方法及びそのための回路構成 - 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】 本発明は電動モータの動体、とくに回転子と磁気的に連
結されたいくつかの固定子巻線と、これらの位相巻ｈＭ
Ｋ供電するだめの装置とより成る多相モータにより発生
されるトルクを制御し、かつ最適化する方法に関する。

これはと（Ｋ、多相ステップモータが、その巻線を順次
ＤＣ眠圧源に切換え、かつモータの負荷角度全動的に制
御可能である装ａＫよシ給電される場合に、多相ステッ
プモータに応用可能な方法である。

本発明はさらに上記方法を実施するための回路構成に関
する。

ステップモータは機械的部材が増分的に変位されなけれ
ばならない多くの装置で使用される。しかし、最もＷ４
繁になされる要望は、多数のステップが、できるだけ短
時間で変位されなければならないということである。そ
れは例えば、タイプライタ−のキャリジ：）ｔｌ−移動
させたい場合である。

このような種類の高速変位の場合、モータは同期モータ
のように動作する。唯−異なるのは、固定子巻線により
発生される回転磁界の回転速度に比して、回転子の機械
的回転の速度が減速されることにある。この「磁気」速
度の減速は意図的にねらったものであり、実際にこの種
のモータに特有な特性でもあるが１機械的な乱れに対し
てモータが敏感であることも確かである。実際に、回転
子が同期的な速度で駆動されている場合に回転子の櫓械
的角痩値；わずカ１に憚れで本−モータの同期トルクが
それに左右される′電気的角度のレベルが大きく乱れる
。

事実、経験的にも、極めてわずかな機械的乱れでも共振
現象が生じ、これは一定の速度で、モータの同期性を失
なわせ、その結果モータの停止をまねく程度Ｋまで増幅
されることがある。

このような動的に不安定な現象は、かかるモータの性能
を限定し、また安全性のため利用者は理論的に可能であ
るトルクの一部しか利用し得ないという結果を余犠なく
される。さらに、システムの機械的共抵の周波数に相応
する速度でのモータの動作は不可能である。

第２の問題点として、ステップモータのトルクの同期的
な性質がある。つまり、この棟の開ループ制御モータを
急漱に加速したい場合、モータに必要なトルクは、モー
タに必要なトルクは、モータが同期化しないように、加
速段階のいかなる時点でもモータが供給可能な最大同期
トルクを越えることが許されない。モータの同期トルク
は多くのパラメタに左右され、また速度と給電状態によ
つて変化し、かつモータからの運動的な連鎖下流におけ
る乱れと共抵の比率は十分正確には予測できないことを
考慮すると、利用者は動作の信頼性を確実なものにする
ためには、利用可能な周期トルクの一部しか利用できな
い事態を余儀なくされる。

高速度での動的安定性をより高めるために、これまで多
くの解決策が提唱されてきた。第１の可能性としては、
モータに位置センサを装備してモータの変位を観察する
こと、および、モータが望ましい位置にいる場合に巻線
の順次的な切換えを制御することを可能にする方法があ
る。この技術は同期損を避は得るようにみえるものの、
機械的素子を増加しなければならず、モータの慣性が増
大し、設計が複雑になるという決意を有する。さらに、
ステップごとの回転子の角変位が小さいので、センサを
回転子の軸と精密に心合わせしなければならない。

動的不安定現象の一部を除去することが可能な別の解決
策として、位相巻線と直列に抵抗体を挿入して、位相巻
線の電気的時間定数を縮減する方法がある。この方法に
よれば、モータの安定度は高まり、不安定動作の領域ケ
なくすることが可能であることが経験上判明している。

しかし、エネルギ出力は大幅に減少し、この方法の効率
はモータのパラメタに極めて多く左右される。

このような欠点は、モータの異なる巻線の切換え角度を
制御して、モータが速度とはかかわりなく任意のモーメ
ントで最適なトルクを発生するようにすることによりな
くすることができよう。

ステップモータの位相巻線ＫＫより発生されるトルクは
、次の方程式で表わすことができる。

ここでＴＹ、は巻線ＫＫよシ発生されるトルク、ψえは
巻線に関する磁束、ぶたは回転子の機械位ｄσ 置αに対するこの磁束の誘導体、そしてＩＫ　は巻線Ｋ
ｅ流れる電流をそれぞれ示す。

方程式（１）と機械的回転速度ωｍを乗算することによ
シ、次の方程式が得られる。

ＴＫ・ω□＝シ・若・ＩＫ−牛・ＩＫ＝ＥｍＫ−１Ｋ（
２１滓怪の項は巻線Ｋにおける運動誘発電圧に相当し、
以後ＥＩ［ｌＫと呼ぶ。方程式（２）は、速度ω、に２
けるトルクＴＫは誘発電圧ＥｍＫと電流ＩＫ　とに密接
に連関していること全次式によシ示している。

モータが一定の速度ω□にて回転するとき、巻線Ｋに生
じる運動誘発電圧は、時間と共に正弦波状に変化する高
さであるとみなすことができ、次の方程式に相当する。

ＥｍＫ＝ＥＯ・ω　５ｉｎ（ｎ−ω・ｔ）　（４１ｍ　
ｍ ここでｎはモータの設計上のパラメタ、とくにステップ
モータの場合は回転子の歯の数に関連する整数であり、
Ｅｏは、同様にモータのパラメタリＣ左右される定数で
ある。

電源Ｅａｌと巻線Ｘ内の誘導電圧Ｅｍｘの連携動作によ
り発生される電流ＩＫは、電源Ｅａｌ自体が正弦波では
ないので純粋な正弦波電流ではないが。

基本角速度ｎ・ω工の調和項の和へと分解することがで
き、従って次の公式が得られる。

Ｖｔ）＝ｌＫ１’Ｓｉｎ　（ｎ・ωＩｎＨｔ＋δ、）＋
１Ｋ３−ｓｉｎ（ｎ・３ωｐ＋’ｔ＋δ３）”１ｚ（Ｓ
ｉｎ（ｎ・５ω□・ｔ＋δ５）＋・・・（５）ここでδ
１・δ３およびδ５は誘導電圧ＥｍＫに対する異なる調
和項の位相ずれである。

以下に詳述するように１巻線ＫＫより発生される速度ω
　に相応する同期トルりは、電気的な１周期全体にわた
り方程式（３）の平均値に相当し、以下の方程式で表現
することができる。

ＴＫ＝−ｆｏｎ″ＥＯ０Ｓ１０（ｎ・（ｏｎ、−ｔ）　
・ｉＫｌ。ｓｉｎ　（ｎ−２πω ωｍｔ＋δ１）・ａｔ（６１ この方程式は同期トルク゛ｒＫ８は基’ｌ”ｘｒおよび
その基本振動である電流ＩＫの第１の調波の位相δ、に
直接左右されることを明瞭に示している。

ここで、ステップモータの電力消費を節減することを主
目的とした装置を提唱している、１９８２年９月２２日
に公刊の欧州特許出願第００６０８０６号に言及するこ
とが適当であろう、上記の目的全達成するため、この装
置は、サンプリングによって、ステップモータの巻線内
に誘導された電圧を再構成する。この再構成システムに
よって、誘導電圧の発出は実際に、回路遮断またはこれ
に類する措置をとらなくても保証される。しかし、この
刊行物は、多相ステップモータによ多発生されるトルク
を最適化する装置と組合わせて、誘導電圧の発出全再構
成する方法は全く提唱していない。−したがって、この
ような装置の組合わせは全く新規なものであり、上記の
欧州特許出願では考えられない利点を達成することが可
能である。

さらに、既に開示されている係争中の米国特許出願連続
番号第６１１．３０２号にも言及するがしか己。

これらの出願のいずれも本発明の特徴と主要な性能に関
連する事例を全く開陳しておらず、従ってこの文脈にお
いてそれらを検討する必要はない。

本発明の目的は位相巻線内の運動により誘発された電圧
と、同じ巻線を通過する電流の基本振動成分の間にある
位相角を、この巻線と関連する切換え角を変えることに
より制御することによって。

多相モータの同期トルクを最適化するための方法と回路
構成とを提供することである。

この目的のため、本発明にもとすく方法は、回転子の運
動によシ固定子巻線Ｖｃ９導された電圧を測定して少な
くとも部分的に前記電圧の発出を確認し、かつ給電装置
により循環が生起される誘導電圧と同じ角速度のそれぞ
れの固定子巻線について、基本電流振動は、同一の位相
巻線にある誘導電圧に対して所定の位相ずれを呈するよ
うに前記給電装置に作用することよシ成っている。

とくにこの方法を実施するための制御用構成は。

モータの位相巻線内に電流音発生するための装置より成
り、さらに、種々の固定子巻線内に回転子の運動によ）
発生された誘導電圧の発出全確認するための測定信号全
発生するだめの装置と、それぞれの巻線について、給電
装置により発生された誘導電圧と同じ角速度の電流の第
１の調波と、測定信号に応答して当該の巻線に誘導され
た電圧との位相ずれを修正するための装置とよシ成って
いる。

例えば加速または減速の傾きの時に多相モータによ多発
生可能である同期トルクの全体を利用することを可能な
らしめる方法と構成は本発明のとくに有効な実施形態を
構成するものである。

モータの異なる位相巻線に現出する運動誘発電圧によシ
決定される１位相巻線金流れる電流の基本振動の位相（
以後、第１の調波ともいう）の制御を可能にする方法も
、その性能をとくに高める本発明の一面である。

最後に、巻線を流れる電流振動およびその端子に誘導さ
れる電圧の検出（または測定）Ｋ基ずく方法を、モータ
の巻線に現出する運動誘発電圧の発出を判定するために
利用することは、本発明の他の重要な特徴と共に、本発
明の一部として特に適切な技術的手段を構成している。

以下添付図面を参照しつつ本発明の１実施例全詳細に説
明する。

第１図は２相ステツプモータを概略的に示す。

このモータは本明細書では非限定的な例として用いちれ
、本発明に本とず〈方法は２つ以外の複数個の位相巻線
を有するモータ、および同期型モータ咬たけコレクタの
ないいわゆるＤＣモータにも応用可能である。第１図の
モータは、直角位相２゜３における２つの位相Ａおよび
Ｂと磁気的に連結された回転子１より成っている。

第２図は、モータの位相巻心（以後巻線にと称する）と
連結された等価回路図を示す。この巻線は電圧源４によ
り給電され、抵抗体５と誘導子６とを含む。巻線にへの
運動誘発電圧源は参照符号７で示す。そこで、第２図に
示す符号を考慮すると、位相巻線にの電圧方程式は次の
ように表わすことができる。

社は巻線を流れる電流を示す。この方程式と、電流ＩＫ
　および無限に短かい期間ｄｔヲ乗算すると次の方程式
が得られる。

Ｅａｌ−１Ｋｄｔ＝Ｒ１２に−ｄｔ＋ＩＫ−し一πＫ・
ｄｔ＋Ｅｍｇ・１Ｋ−ｄｔ　ｆ８） これらの４項が、本システムで生じるエネルギの交換の
全てを示している。Ｅａｌ・１Ｋ−ｄｔ　の項は電圧源
Ｅａｌにより巻線に供給される瞬間的な電力に相当する
。Ｒ・１２に−ｄｔＯ項は巻線内のジュール効果による
損失を示し一方、項ｉ　Ｋ　、　Ｌ　、措−・ｄｉは巻
線と連結された磁気回路に蓄積された磁気エネルギの変
分に相当する。最後の項Ｅｍｘ・１Ｋ−ｄｔは機械的な
動力に変換される電力の一部を形成する。

この動力変換は方程式（３）Ｋより示されるものと同様
であシ、ここに再度記載しておく。

ＴＫ・ω、＝Ｅｍｘ（ｔｌｉｋ（ｔ）　（９）巻線Ｋに
よって発生されるトルクＴＫはこのように％この同一の
巻線を流れる電流ＩＫ　とともＫ。

誘導電圧ＥｍＫと密接に関連している。

例えば、モータが機械的回転速度ωにおいて駆動される
時にモータの人泣相巻線に現出する誘導電圧は、次の方
程式により示すことができる。

Ｅｍａ（ｔ）＝Ｅｏ・ω・５ＩＩＩ（ｎ・ω・ｔ）顛ｍ
　ｍ ここでＥｏはモータの設計上のデータに応じた定数であ
り、ｎはモータの回転子の歯の数である。

この場合、電気的角速度ω８は、方程式ω８＝ｎ・ω。

をもって１機械的回転速度と連関している。

第３図はモータのＡ位相巻線に印加された電圧の時間グ
ラフを示している。この電圧源を発生する装置は以下詳
述する。人泣相巻線に現出する誘導電圧Ｅｍａ　（ｔ　
）も示しである。この誘導電圧Ｅｍａは電圧Ｅａｍ（ｔ
）の第１０調波に対して角αだけ位相ずれがあることを
明記する。方程式（＞Ｋ示すように１運動誘発電圧Ｅｍ
ａＩｄ回転子の位置と密接（で関連しているので、前記
の位相角αは直接、電圧源Ｅａｌ’ｉ切換えるモーメン
トでの回転子の位置に左右される。切換えによる回転子
のこの位置は以後切換え角と称する。

さて、モータにより発生されるトルクは切換え角により
大きく影響され、最適な切換え角を選択する基準が定め
られることを示す。Ａ位相巻線を流れる電流１ａ（ｔ）
は第２図の等価グラフを介して容易に定めることができ
る。実１ｉｔ１．この回路の全要素は直線的であるので
、それぞれの電源により発生される電流を定め、そこか
ら総電流１ａ（ｔ）を演鐸することは可能である、１ｍ
ａ（ｔ）が誘導電圧ＥｍａＫより発生される電流を示し
、１ａｌ（ｔ）が電源ＥａＡ！　Ｖｃよシ発生される電
流を示すなら、総電流１ａ（ｔ）は次のように表わすこ
とができる。

ｉａ（ｔ）＝ｉｍａ（ｔ）＋１ａｌ（ｔ）　αＩ）方程
式ａυによれば、回転子が一定の機械的速度ω□で駆動
されているときの誘導電圧ＥＩｎａは、角速度ω８＝ｎ
・ω。の純粋な正弦波電圧であるとみなすことができる
。従って誘導電流ｉｍ（ｔ）は角速度ω。と同様の単一
の調波を成し、以下の方程式をみたす位相ずれＢを有す
る。

従って次の方程式が得られる。

ｉｍａ（ｔ）＝ｉｎａｌ拳５ｉｎ（ｎ−ω−ｔ−Ｂ）　
α濁給電電圧Ｅａ＋は角速度の異なる調和項ω６，３ω
８゜５ω。・・・・・・の総計に分解できるので、電流
ｉａｍ（ｔ、）は同様に一連の調和項によシ現わす仁と
ができる。

そこで次の方程式が得られる。

１ａｌ（ｔ）＝ｉａｌｌ・５ｉｎ（ｎ−ω・ｔ＋δ１　
）＋１ａ１３　・ｓｉｎ　＜３．１・ω□・ｔ＋δ３）
＋１ａ１５−ｓｉｎ（５ｎ・ω、−１＋δ５）＋・・・
　α荀ここで１ａｌｊは３番目の調波の振幅であり、δ
３　け誘導電圧ＥＢａ（ｔ）　Ｋ対するその位相ずれで
ある。

人泣相巻線の平均トルクへの関与は１電気周期中の方程
式（３）の平均値？考慮することによって計算すること
ができ、次のように表わされる。

方程式１０．１１％１３および１４によってＥｍａ（ｔ
）と１ａ（ｔ）とを置換すると、次の式を得ることがで
きる。

０ｍ　を十δ１）＋１ａ１１ｓｉｎ（ｎ・ωｍｔ＋δ３
）＋１ａ１３ｓｉｎ　（３ｎ−ωｍｔ＋δ５）＋・・・
・・・〕・ａｔ　（ＩＧ１１電気周期中、異なる角速度
の２つの調和項の商の積分は零であるので、この方程式
１６は著しく簡略化される。■電気周期中に供給される
平均トルクはそこで、わずかカ計算の後、次のように表
現され得る。

ωｍｔ−Ｂ）＋１ａｌｌｓｉｎ（ｎ・ωが一δ３）〕ｄ
ｔ０７）この方程式は次のように解くことができる。

この方程式は、人使相巻線により発生される平均トルク
五は事実上、異なる性質の２つの項目の総計より成るこ
とを示している。第１の項は誘導電圧と電流の第、１の
調波１ａｌｌとの相互作用によるものであう、一方第２
の項は誘導電圧と誘導電流１ｍ　自体の相互作用の結果
によるものである。

この第２の項＝、誘導電流の基準１ｍ　もその位相Ｂｍ
　も修正できないので、速度ωｍＫ固定的に関与する。

他方、第１の項は供給電圧ＥａｌＫよる電流ｉａｌの第
１の調波の基準１ａｌｌおよび位相δ１に直接的に左右
される。従って誘導電圧に対する供給電圧の位相を修正
することにより、電流ｉａｌの第１の調波の位相を直接
修正することが可能である。

第３図を参照すると、供給電圧の位相は切換え角度αと
密接に関連することがわかる。そこで、切換え角に適切
に作用することにより、第１の電流調波の位相角δ１　
を制御することが可能である。

方程式Ｗ現われる全ての項を、同じ電気的角速度ωｅ　
とすると、イクトル図によって位相巻線と関連する等価
回路の性質を表わすことが可能である。

仮定：　Ｅｍａ　＝　Ｅｏ・ω、−ｅＪ”ｅｔＱｌ工ｍ
　＝　ｉｍ−ｅｊ（ω。ｔ−Ｂｍ）　（澗Ｅａｌｌ＝Ｅ
ａｌｌ・ｅ””””）Ｌ２１１工ａ１１＝　１ａｌｌ−
ｅ””＋δ１（２ｚ第４図は、単に角速度ω８の調和項
だけを考慮した場合の第２図の回路の性質を示している
。参考として誘導電圧Ｅｍａの位相が選ばれている。角
速度ω。の同一の誘導電圧Ｅｍａは誘導電流Ｉｍの循＃
を引起こす。第２図で選はれた符号にもとすき、この電
流１ｍは、 ＋Ｉ　Ｌω β＝ａｍ　（ｖ” をもって　βニーβ＋π　＠ の位相ずれを有する。

位相βｍはπと二の間ＶＣあるのでトルクＴａに対する
この項０４１の関与は常に負である。この第４図には供
給電圧Ｅａｌの第１の調波に関連するはクトルＥａｒｌ
　ｘが示しである。第３図に示すように切換え角が零で
はなくαとして存在するので、この（クトルは角αと等
価である位相の進みを誘導電圧に比較して有している、
電源ＥａｌＶＣよシ生起される電流盃ａｘｘ　、の第１
０調波は従って、以下のように示される位相を有してい
る。

δ１−α−β　（２５１ αおよびβは上に定義した通）である。

、方程式Ｏ咎ヲ参照すると、供給電流に相応するトルク
はその位相に直接左右されることがわかる。

というのは、ベクトルＦ、ａｘ工とＩａｘｘの基準は切
換え角αの関数ではないからである。誘導電圧Ｅｍａと
供給電流の相互作用により発生するトルクは従って、δ
１−０の場合であるＣ０５（δ１）＝１の時に最大とな
る。δ□は方程式（ハ）にもとすき、切換え角αに直接
左右されるので、モータにより発生されるトルクを最大
にすることが可能である切換え角αやは次の値を有する
。

、−１−ｃｔａ＋ α＝ｔｍ　（丁） 第５図は、切換え角度が最適である場合の、第２図の等
価グラフの電気的変数と関連するベクトルを示している
。この場合、供給電流ＩＢｚｚの第１の調波は、誘導電
圧ｐｍａを表わす（クトル旦Ｉｎａと同一位相ＶＣある
。

最大のブレーキトルクを得ることが望まれる場合も同じ
アプローチを活用できる。この場合、満たされなければ
ならない条件はｃｏｓ　（δ、）＝−１である。この条
件を満たし得る切換え角α−は次のように表わされる。

−ＩＬω　（２η α−＝−悄「）−π 従って本発明の特徴の１つけ、給電源により発生される
電流の第１０調波と、それぞれの位相巻線における誘導
電圧の間の位相角を変化させることにより、モータによ
り発生されるトルクを制御することである。同様に、供
給ｔｍにより発生される電流の第１０調波ｉａエエは位
相巻線における電流循環の第１の調波には相応しないと
も言える。

何故ならば、この循環する電流は電流ｉａｌと１ｍの重
畳に相応するからである。このことは第５図に示してあ
シ、この図では総電流工ｔｏｔ　の位相は電流Ｉａｌの
位相とは異っている。

供給電流ユａ１の位相δ１は、有利カ実流側について後
述するように、切換え角αを変えることによって容易に
制御できる。

第６図は当該のモータが２相ステツプモータである一場
合の有利な実施例における基本回路図である。モータの
ＡおよびＢの位相巻線は、それぞれトランジスタＴ、、
　Ｔ２．Ｔ３およびＴ４　と、トランジスタＴ５．Ｔ６
．Ｔ７．Ｔ８　より成る２つのブリッジにょシ給電され
る。これらのトランジスタは回路４０によ多制御される
。へ巻線と連結されたブリッジによシ、Ａ巻線にはトラ
ンジスタＴ１とＴ３が使用可能であハトランジスタＴ２
とＴ４が使用不能である場合に正の電圧を給電可能であ
ル、逆に、トランジスタＴ２とＴ４が使用可能で、トラ
ンジスタＴ１とＴ３　が使用不能である場合に負の電圧
を給電可能である。それぞれのブリッジを切換えること
により生じる電圧サー：）はダイオード”Ｄｌ　内至Ｄ
８により除去される。第６図の符号にもとすき、Ａの巻
線に正の供給電圧を供給することｉＡと称し、逆にこの
巻線に負の電圧を供給することｉＡと称する。同じこと
がＢの巻線についてもあてはまる。

２つのブリッジの制御回路４ｏは、モータが時計廻シす
る時はＡＢ−ＡＢ−λＢ−ＡＢ−ＡＢの順序をとハ逆方
向回転が望ましい場合はＡＢ−Ａ百−ＡＢ−ＡＢ−ＡＢ
の順序をとる。ＡおよびＢの巻線を流れる電流は、低姐
抗の測定用抵抗体１１と２１を通過する。

その動作に関しては後に詳述する回転子の回転により誘
導される電圧を測定するための回路１ｏと２０ハモータ
のＡとＢの巻線と連結されている。回路１０と２０はそ
の入力部で２つの巻線に印加される線電圧に相当する信
号９と、ＡおよびＢの巻線を流れる電流の測定と相応す
る信号１２および２０’を受ける。

測定回路１０と２０はその出力部にて、ＡとＢの巻線で
測定された誘導電圧ＥｍａとＥｍｂＫ比例する信号１３
と２３を供給する。

制御回路３０はその入力部で信号１３および２３ヲ受け
、さらにＡおよびＢの巻線への給電順序に相応する２つ
の論理信号３１と３２および、モータの走行方向に相応
する論理信号３４ヲ受ける。

回路３０の役割は回路１０と２０によシ測定された誘導
電圧ＥｍａとＥｍｂの２つの信号に含まれる情報を分析
し、かつ、巻線を切換する瞬間を定めることである。

第７図は回路３０の可能な設計を示し、その詳細な動作
は第８図を介して説明する。第８図は、モータが速度ω
で走行している時ＫＡとＢの巻ｍＫ現われる誘導電圧Ｅ
ｍａとＥｍｂを示している。後に詳述する測定用回路１
０と２０の特徴によシ、誘導電圧の極性はＡとＢの状態
で転倒している。従って、４つの信号Ｅｍａ、Ｅｍｂ　
夙ｉおよび”ＦＦＭのうち２つだけが巻線への給電順序
に従って、同時に観測可能である。

さて、モータがα。の位置にある時のモーメントｔ。Ｋ
て１巻線が順序ＡＢからＴ１に切換えられ、かつ、順序
ＡＢからＡＢへと移行するための最適な次の切換えモー
メントｔ１　を決めなければならないものと仮定しよう
。上述したように、給電電圧は、方程式（２６）に示す
とうり電気的ＶｃＯ°から９０°の間のそれぞれの巻線
の誘導電圧と比較して位相の進みを有していなければな
らない。第８図の点Ｐ１とＰ２は電気的に９０°離れて
いるので、最適な切換えは常にこれらの２点の間で行な
われなければならない。

信号ＥｉとＥｍｂの２つの特定の点は極めて簡単に検出
し易い。これらの点は、への巻線への誘導電圧と比較し
て電気的［９０’の位相の進みに相応してＥ−＝０であ
ると特徴ずけられるのでＰｌ　の点であり、またヘーＥ
都の条件をｔｉ′ｆＣシ、点Ｐ２と比較して電気的に４
５°の位相の進みに相応するＰ３　の点である。他の点
も標準の大＝−ｙと、２つの信号ＥやまたはＥヨの１つ
とを比較することによシ検出可能であるが、ＰｌとＰ３
の点を検出することにより、誘導電圧の振幅に左右され
ず、その結果、回転子の速度に左右されないという利点
がある。

第７図は点Ｐ１とＰ３を検出するための基本回路図であ
る。回路（資）のこの部分は、その入力部でＡとＢの巻
線への給電順序とモータの回転方向とを定める３つの論
理信号３１．３２および３３を受ける。

上述の場合、信号３１と３２は２進法のＯ（順序λＢ）
にあシ、信号３３は回転方向に相応して２進数の１にあ
る。排他的ＯＲゲート３４の出力は２進法のＯＶｃあり
、−力筒２の排他的ＯＢゲー）３５は２進法のＩＫある
。否定回路３６の単一の機能はゲート３５により供給さ
れる信号の補数である信号を供給することである。比較
器３８は、Ｂの巻線での誘導電圧の測定に相応して、そ
の非否定入力部で信号２３を受ける。その時得られる給
電順序（順序ＡＢ）を通して、信号２３は第８図に示さ
れる信号４正に相応する。比較器あの転倒入力はアース
される。

比較器３７．３８および３９は、その正の入力部の電圧
が負の入力部の電圧より高い場合はその出力部で１−レ
ベルの論理信号を供給し、逆の場合は０−レベル信号を
供給するように構成されている。

このように、比較器３８の出力は信号へ正が零以下でお
る限シ２進法のＯＫある。電圧Ｅ圧が極性を変え、正に
なると、比較器３８の出力は２進法の１となる。この時
、ＡＮＤゲートＣの２つの入力は２進法の１であシ、ゲ
ー）４２の出力およびＯＦＩゲート劇の出力は２進法の
ＩＫ変わる。信号へｉの極性を分析する比較器３７０レ
ベルはＯＲゲート４４の出力信号５Ｐ１Ｖｃ影響を及は
さない。何故ならば、否定回路３６に接続されたＡＮＤ
ゲート４１の入力はＯのレベルにあるからである。従っ
て信号ＳＰ□が２進法０から２進法１に移行することは
、電圧Ｅｍｂの零を通過することと相応し、点Ｐ１　の
検出を可能にする。モータｌ／ＩＩ：ＡＢの順序で給電
さ・れると、比較器３７によυ分析誘導送圧”ｍａが供
給され、この電圧はＯＩＲゲートの出力部に現われ、信
号ｓｐ、を形成する。

給電順序ＡＢＫおける点Ｐ３　の検出は、比較器３９に
おける２つの信号ＥイとＥ罰を同時に利用しつつ、同様
の方法にて行なわれる。比較器の出力は従って、回転子
が点１と点３０間に位置している場合である”ＭＡ〉”
ｍｂである限り２進法の０にある。Ｐ３　の点に達する
と電圧Ｅ５は電圧Ｅｍｂ以下になる。従って比解器３９
の出力は２進法のＯから２進法のＩＶＣ変わる。否定回
路３６と接続された排他的ＯＲゲート４３の第２の入力
がレベルＱＫあると、同様にゲート４３の出力はＯから
ＩＫ変わる。

排他的ＯＲゲートによシ、異なる給電順序における点Ｐ
３　の検出は順序ＡＢとＡＢＩＣ関してはＯから１への
移行に相応し％順序ＡＢとＡＢでの比較器３９の出力に
関しては１から０への移行に相応することを考慮に入れ
ることが可能となる。最後の２つの場合（ＩＦｉ序ＡＢ
とＡＢ）は、ＯＲゲート４３は否定回路として機能する
ので、点Ｐ３の検出は常に、どの給電類であろうと０か
ら１への移行に相応する。ゲート４３の出力部での信号
は以後ＳＰ３と称する。

このように、第７図の回路は、モータの巻騨内で行なわ
れる誘導電圧の測定に始って、それＫより電気的に９０
°と４５°の位相の進みが得られる切換え点に相応する
点Ｐ、およびＰ３（第８図）の検出を可能にする。

４５°の位相の進みに相応する第７図の回路により供給
される検出信号ＳＰ３はモータが低速で走行している時
に利用可能であＺ、。８ｇ２の信号ＳＰ１は、モータが
高速で走行し、必要な位相の進みが電気的［４５°を越
える場合に巻？Ｉ３を切換えるのに利用可能である。

しかし、方程式（ハ）は、最適の切換え角は電気的な０
°と９Ｑ’の間の値全とり得ることを示している。電気
的な４５°と９０’以外の切換え角度は、点Ｐ１　また
は点Ｐ３　の検出の瞬間と、実際に切換えが行なわれる
瞬間の間に遅れを導入することにより容易に得られる。

この間隔をΔＴと称すると。

速度ωにて回転子が走行する場合の時間経過に相応する
電気的な角度は次の値を有する。

Δｄ−ΔＴ・ｎ・ω　（２□□□ 第９図は第７図の回路により供給される２つの検出信号
ＳＰ□とＳＦ３から始する。実際の切換え角の制御のだ
めの基本回路図である。第９図の回路は前記２つの信号
に加え、その入力部で論理信号１１１を受ける。ＡＮＤ
ゲート１１２と１１４および否定回路１１３は、ＯＲゲ
ート１１５の出力部に現われる信号が、制御信号１１１
が２進法のＯＫある場合は信号ＳＰ１に相応し、信号１
１１が２進法の１にある場合は信号５Ｐ３Ｖｃ相応する
ように相互接続されている。従って制御信号１１１は、
２つの信号ＳＰ１または５Ｐ３０１つを選択することを
可能にする。

信号１１１は例えば、モータによる種々の変位を制御す
るマイクロプロセッサにより供給可能であろう。

出力部１１６またはＯＲゲー）　１１５に現われる選択
された信号は単安定ノリツブフロップ１１７の入力に送
られる。フリップフロップ１１７の互出カ１１８は、フ
リップフロップ１１７０入力が０がら１に変化する時レ
ベルＯにセットされ、時間Ｔが経過した後はレベル１に
戻る。この時間Ｔはフリップフロップ１１７の出力の０
から１への移行が、理想的な切換え角に相応する瞬間に
起るように選択される。

フリップフロツー／　１１７は、マイクロプロセッサに
よりプログラム可能な単安定マルチバイブレータの形式
をとることが望ましい。この形式のフリップフロップは
実際には、その入力部で信号により起動されるごとに、
マイクロプロセッサによりあらかじめ導入された数値を
計数するカウンタよシ成っている。その数値の計数に相
応する時間の経過は、従って数値に比例する。従ってマ
イクロプロセッサはモータの速度に応じた数値を導入す
るので、実際の切換え角は常に方程式（２０）　Ｋもと
すく。

従って、最適の瞬間に巻線を切換える為に信号４９を発
生する第６図の回路３０は、第７図と第９図に示す２つ
の回路により構成されている。フリップフロップ１１７
のＱ出力は第６図の信号４９を形成する。位相制御回路
４０は、上述の説明のとうり。

トランジスタＴ１　白星Ｔ８（ｉ−制御するための＋ｌ
Ｄ序を作成する論理回路の形態をとることができる。

これらのトランジスタはモータを制御するマイクプロセ
ッサによＱ直接制御可能である。従来型においてこれら
の２つの設計様式は公知であるので、ここで詳述する必
要はない。

さて、第１０図を参照しつつ、運動・誘導電圧を測定す
る回路の可能な設計について述べる。第１０図では、こ
れらの回路は符号１０と２０で示しである。

これらの２つの回路は実際には同一であるので、詳細な
動作については回路１０に関して説明する。

しかし、回路２０の動作には、接続部２２と２３を接続
部１２と１３とで代用するだけで十分である。

１例として、への巻線が正の供給電圧を供給されるもの
と仮定する。この場合、トランジスタＴ１とＴ３は使用
可能でメジ、一方トランジスタＴ２とＴ４は使用不能で
ある。電源Ｅａｌから来る電流は連続してトランジスタ
Ｔ１、正の方向に定められたＡの巻線、トランジスタＴ
３　および測定用抵抗体１１ヲ通過する。測定用抵抗体
の抵抗は一般に低く、抵抗体１１の端子を通過した電圧
Ｅｌｌは接続部１３を経て増幅器５０に印加される。従
って増幅器５０はその出力部５６にて、へ巻線での電流
循環に比例する電圧Ｅ５６を発生する。増幅器５０の利
得は、その出力部での電圧Ｅ５６は、Ａの巻線を流れる
電流がＥａｌ／ＲａＫ那しい場合、への巻線およびこれ
と直列の構成部分に印加された電圧Ｅａｌと等しくなる
ようになっている。上記のＨａはとくに抵抗体１１およ
び巻線自体の抵抗Ｒｉ含む、Ａの巻線と直列に接続され
た回路同の抵抗の総体を表わしている。

増幅器５０の出力は伝送ゲート５７２よび電圧フロア−
として接続されている増幅器５１の転倒入力に接続され
ている。抵抗子５８とコンデンサ５９も同様に増幅器５
１の非転倒入力に接続されている。抵抗子５８の第２の
端子は導体１４に接続され、一方コンデンサ５９の第２
の端子はアースされている。従って、トランジスタＴ３
％Ａの巻線、トランジスタＴ２　および抵抗体１１よシ
成る回路の端子におけると同じ電圧が抵抗体５８および
コンデンサ５９より成る回路の端子に誘導される。

増幅器５１の出力６０は増幅器５２の非転倒入力に接続
され、一方前記増幅器の出力は伝送ゲート６６に接続さ
れている。構成部品６６の出力は電圧フォロアーとして
接続されている増幅器５３の非転倒入力に接続されてい
る。コンデンサ６２は同様に、増幅器５３の非転倒入力
とアースの間ｉｌ′Ｉ：接続されておシ、伝送ゲート６
６ヲ介して、増幅器５２の出力部で信号を抽出し、かつ
それをコンデンサ６２に蓄積することが可能になってい
る。回路６３よシ送られ、伝送ゲート５７と６６の使用
可能を制御する信号６４と６５は後に詳述する。

さて、第１１図を参照しつつ、測定用回路１０の動作を
説明する。この図面の曲線７０は、Ａの巻線を流れる電
流と比例する。測定用増幅器５０の出力部で得られる信
号Ｅ　５６　ｆ！：示している。この電流、１ａは次の
方程式 ％式％（２１ Ｅａｌは巻線およびこれと直列の素子に印加された電圧
に相当し、Ｒａは、この巻線に関連する全抵抗に、また
Ｌはそのインダクタンスに相当する。

Ｅｍａは当初は未知であシ、測定すべき巻線内の運動誘
発電圧を示す。第１１図の曲線７１ば、誘導電圧Ｅｍ＆
が瞬間ｔ。に始って零であるときに流れる電流１ａ　の
ものであると想定される曲線である。この場合、電流は
次の方程式により支配さ）する。

Ｅａ　ｌ　＝Ｒａ　・ｌｏ＋Ｌ　’ｒ　Ｃ３Ｇこの解は
、漸近値Ｅａｌ／ＲａＫ向う電流１ｏ　の指数増加であ
る。同様に曲線７１は、伝送ゲート５７がｔｏ　までは
使用可能であバそれ以降は使用不能であった場合に、コ
ンデンサ５９の端子にある電圧を示している、 差動増幅器５２の出力部の電圧Ｅ６１は電圧Ｅ６０とＥ
５６の差に相当し、従って伝送ゲート５７が使用不能の
場合がそうであるように、曲線７ｏと７１とが一致する
限りは零である。

さて、伝送ゲート５７が使用可能状態から使用不能状態
に変化する時のｔ。の瞬間ＫＡの巻線にある運動−誘発
電圧Ｅｍａは、ｔｏ　の直後のｄｔの時点で測定して１
曲線７０と７１との差に比例することを示すことにする
。

まず第１ＶＣ１誘導電圧Ｅｍ＆は、ｔｏ　とｔ。＋ｄｔ
方程式Ｃ３２と（２）の指数項は同一の性質を有し、差
動増幅器５２の出力に現われる電圧Ｅ６１を計算するこ
とは容易である。何故なら方程式 ％式％ があり、増幅器５１は電圧フォロアーとして接続されて
いるのでＥ６０＝Ｅ５９であるので、方程式Ｃ３２と（
財）からＥ６１計算することが可能である。わずかな計
算により の方程式が得られる。

Ｔｏ＋ｄｔの瞬間に接圧Ｅ６１がいかなる値であるのか
をより正確に知シたいなら、ｄｔがＴｅ　よりかなり小
さい限り、次の方程式によシ指数式を置き換えられる。

従ってｔ。＋ｄｔ　の瞬間における増幅器５２の出力部
の電圧Ｅ６１の値は Ｅ　６１　”’　Ｅｍａ　Ｏ・１匹−５である。

この方程式は、伝送ゲート５７が使用不能となりだ後の
ｃｌｔ　の瞬間の差動増幅器５２の出力部における電圧
Ｅ６１は１（、の瞬間における瞬間電圧値ＥｍａＯと比
例することを明白に示している。ｔｏ＋ｄｔの瞬間、電
圧Ｅ６１は伝送ゲート６６を極めて短時間使用可能状態
にすることにより抽出されるので、コンデンサ６２は電
圧Ｅ６１をもって放電可能である。

次にゲート６６が使用不能となり、かくして瞬間ｔ＋ｄ
ｔ　における電圧は次の測定周期まで蓄積される。従っ
て選択された測定時間ｄｔは瞬間ｔ。＋ｄｔｔζおいて
電圧Ｅ６１が十分に太さいように十分長く、かつｄｔ′
）′＞Ｔｅの基準を満たすように十分短かいものでなけ
ればならない。

従って、誘導電圧Ｅｍａを測定するための周期は、伝送
ゲート６６ヲ極めて短期間使用可能にすることにより、
差動増幅器５２の出力部にｄｔだけ遅いモーメントをお
いて、ｔｏ　の時間に極めて短期間だけ伝送ゲート５７
を使用可能にし、電圧Ｅ６１ｅ抽出することより成って
いる。この時、測定周期の結果はコンデンサ６２ｖｃ蓄
積され、新しい測定周期の開始が可能となる。試験の結
果、測定周期の周波数はｌ０ＫＣ／Ｓ以上が可能であっ
た。従って運動誘発電圧の発出は種々の測定によシ得ら
れた多数のサンプルにより忠実に再構成することが可能
である。

第１２図は、測定回路１０および２０に制御信号６４お
よび６５ヲ供給する回路６３の可能な設計を示す基本図
である。発振子８０は、論理信号８３ヲ供給し、その周
波数は回路１０および２０の適切な動作が保証されるよ
うに選択されている。試験の結果、１０〜１００　ＫＣ
／Ｓの範囲の周波数が好結果をもたらすことが判明して
いる。従って発振子８０により供給される周波数は決定
的なものではなく、発振子８００代りにシステム内にあ
る固定周波数の他の信号を利用することも可能である。

固定周波数信号８３は単安定フリップフロップ８１の入
力に接続されている。このフリップフロップは、信号８
３がレベル０からレベル１に変化するごとに、そのＱ入
力８３が２進法の１に変化し、３〜５μｓの極めて短期
間、その状態にとどするように構成されている。フリッ
プ・フロップ８１のＱ出力８４は、第２の単安定フリッ
プフロップの入力に接続され、そのＱ出力は同様に、信
号８４が入力部でＯからＩＶＣ変化するととＶＣ２進法
のＩＶＣ変化し、その状態に留まる。２つの７リツプフ
ロソプのＱ出力に現われる信号８５と８６は従って同じ
周波数であるが時間ずれのある極めて短かいレベル１の
／ξルスより成っている。

期間ｄｔｉｌ−１：第１の伝送ゲート５７と第２の伝送
ゲート６６の動作の間に経過しなければならないので、
第２のフリップフロップの出力部に現われる信号８６は
第１の伝送ゲート５７（信号６４）を起動させるために
利用され、また信号８５は第２の伝送ゲート６６（信号
６５）全起動させるたＩＯＫ利用さ几る。信号６４のパ
ルスと、次の信号６５０間の経過時間は測定時間ｄｔＶ
ｃ相応する。

第１０図において、誘導電圧を測定する回路も同様に、
Ａの巻線が負の電圧を給電される場合、誘導電圧の検出
が可能である。この場合、トランジスタＴ２とＴ４が使
用可能でめり、一方トランジスタＴＩとＴ３は使用不能
である。これらの４つのトランジスタのブリッジ接続と
測定用抵抗体１１の位置によって、Ａの巻線の給電順序
とはかかわりなく、抵抗体を流れる電流が常に同じ極性
を有するようになっている。その結果、への巻線に負の
電圧が送られた場合（順序Ａ）に測定された誘導電圧Ｅ
ｍａは、第１０図に示すＡ＠線の符号に相応する誘導電
圧に対して逆になっている。第８図に示されている信号
ＥｍａおよびＥｉ心および信号ＥｍｂおヨヒＥＦＥＴＥ
は、当該の給電順序に応じて極性の転換をともない、ま
たはともなわず、それぞれの巻線における同一の物理現
象の測定を構成する。

上述した本発明の実施例は、誘導電圧の測定用の回路が
、モータの回転子の位置を測定するセンサに有利に代り
得ることを示している。さらに、誘導電圧の位相を正確
に知シ、同時に適切な切換え順序をもって巻線に給電す
る電源により発生される電流の第１の調波の位相を制御
することにより、モータにより発生可能な最大トルクを
任意の瞬間に活用可能である。

本発明の原理は同様に、切換え可能な電源により順次給
電される巻線を有するいずｆｔの形式のモータにも容易
に応用できる。

第６図の回路は実際に同期モータに使用可１化であり、
前記の同期モータの巻線は、ステップモータの場合に上
述した誘導電圧現象と同じ誘導電圧現象を受ける。

本発明の方法は、コレクタのないいわゆるＤＯモータに
も応用できる。何故なら、この七−夕は、本発明にもと
すく設計と同じ態様で、切換えにより固定子巻線に給電
する装置に関してたけ、従来の同期モータと異っている
に過ぎないからである。

最後に明記しておくべきことは、巻線を流れる電流の２
つの連続するサンプルから運動誘導電圧全測定する方法
は、他の純然たるアナログ方式とは異々シ、測定の時点
４ｉ］　ＶＣ生じ得る巻線の切換えにエリ生じる乱れに
は特に影響されにくいという長所を有していることであ
る。従って、この方法は、電流が高い切換え周波数ｖｃ
　、ｈる多くの電流飛越しを生ずる場合に、運動誘導電
圧を測定するのに有利に活用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、多相モータ、とシわけステップ型モータの概
略図、 第２図は第１図のモータの位相巻線と等価の電気図、 第３図はモータの位相巻線に印加された供給電圧および
同じ巻線の運動誘導電圧の発出の時間図、第４図は第２
図と関連する電気量のベクトル図、第５図は第２図と関
連する電気量の第２のベクトル図。 第６図は２相モータの場合の本発明の実施例の基本的回
路図、 第７図は第６図の参照符号３ｏで示す回路の一部の例示
図、 第８図はモータが定速度で駆動された場合のモータの位
相巻線に誘導される電圧、および巻線への給電順序を示
すグラフ。 第９図は第６図の参照符号３ｏで示す回路の別の一部の
例示図。 第１０図は第６図の参照符号１０と２０で示す誘導電圧
の測定用回路の例示図、 第１１図は第１０図の回路の動作の説明図、第１２図は
第１０図の回路のサブアッセンブリの図面。 第１３図は第１２図に示す回路の動作の説明図である。 図中符号 測定回路１０．２０　否定回路３６．　１１３比較器３
７．３８．３９　制御回路４０ＡＮＤゲート４１．　１
１２．　１１４ＯＲゲート４４ 差分増幅器５０．５１．５２．５３ 抵抗体５８　コンデンサ５９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回転子に磁気的に連結された複数個の固定子巻線と
   前記固定子巻線に給電する手段とを有する多相モータに
   よシ発生されるトルクを制御しかつ最適化する方法にお
   いて、 回転子の運動により前記固定子巻線に誘導された電圧を
   測定して、少なくとも部分的に前記電圧の発出全確認し
   、 給電装置により循環が生起される誘導電圧と同じ角速度
   のそれぞれの固定子巻線について、基本軍流抵動は、同
   一の位相巻線にある誘導電圧に対して所定の位相ずれを
   呈するように、前記給電装置に作用する、各段階より成
   ることを特徴とする方法。 ２、それぞれの位相の巻線について、前記給電装置によ
   り発生される電流の第１の調波と前記位相巻線にある誘
   導電圧との位相ずれが零であることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の方法。 ３、それぞれの位相巻線について、前記給電装置によシ
   発生される電流の第１の調波間のｒｒｊＪ記位相ずれは
   １８０電気度に相当すること全特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の方法。 ４、所定の位相の巻線において誘導電圧の発出全確認す
   るだめの測定は、 第１のモーメントで前記位相巻線を流れる′電流と比例
   する第１の信号ｆｔ発生し、 前記誘導電圧が第１と第２のモーメント間で苓であれば
   、第１のモーメントに絖〈第２のモーメントにて循環す
   る電流と比例する第２の信号全発生し、 第２のモーメントにて位相巻線を実際に流れる電流と比
   例する第３の信号を発生し、かつ第２の信号と第３の信
   号の差と比例する第４の信号を発生し、前記第４の信号
   は、第ｌのモーメントと第２のモーメントの間のｒ４１
   」記所定の位相巻線にある運動誘発電圧に比例する。各
   段階より成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の方法。 ５、回転子と磁気的に連結された複数個の固定子巻線を
   有し、前記位相巻線内で電流全発生するための装置を有
   する形式の、とくに特許請求の範囲第１項記載の方法を
   実施するための制御装置におい℃、相異なる前記固定子
   巻線において前記回転子の運動によシ発生される誘導電
   圧の発出を確認するための測定信号を発生するための装
   置と、それぞれの前記巻線について、給電装置により発
   生された、前記誘導電圧と同じ角速度の電流の第１の調
   波と、前記位相巻線のそれぞれにある誘導電圧の間の位
   相ずれを、前記測定信号に応じて変更するための装置と
   よ構成ることを特徴とする制御装置。 ６、それぞれの所定の位相巻線について、前記誘導電圧
   の発出全確認するための前記測定信号を発生する装置は
   、第１のモーメントで前記所定の位相巻線を流れる電流
   に比例する第１の信号を発生する装置と、前記第１のモ
   ーメントと第２のモーメント間で前記誘導電圧が零であ
   った場合、前記第１のモーメントに続く第２のモーメン
   トで所定の位相巻線を循環する電流に比レリする第２の
   信号を発生する装置と、前記第２のモーメントでｍＪ記
   所定の位相巻線を実際に流れる電流に比例する第３の信
   号を発生する装置と、前記第２の信号と前記第３の信号
   との差に比例する第４の信号を発生するための装置とよ
   り成っており１前記第４の信号は前記第１と第２のモー
   メント間で前記所定の位相巻線内にある前記運動誘発電
   圧に比例することを特徴とする特許請求の範囲第５項記
   載の装置。