JPS62141998A

JPS62141998A - ブラシレスモ−タの駆動方法

Info

Publication number: JPS62141998A
Application number: JP60279248A
Authority: JP
Inventors: Seiji Yamashita; 誠二山下; Kunio Miyashita; 邦夫宮下; Hiroshi Hayashida; 林田　弘; Ichiro Hashimoto; 一郎橋本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-12-13
Filing date: 1985-12-13
Publication date: 1987-06-25

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、ブラシレスモータの駆動方法に係り。

特にモータの電流をパターンに従って制御するのに好適
なブラシレスモータＺ駆動方法に関するものである。

〔従来の技術〕

界磁を持つブラシレスモータの駆動方法は、大きく分け
て２種類ある。

その一つは、そのモータの誘起電圧、ｆＪｉ流の説明図
である第６図のように、モータの固定子巻線の誘起電圧
Ｅ＾〜Ｅｃの位相に合せて、固定子の巻線電流１＾〜Ｉ
Ｃを全周期にわたって流すやり方である。

この第１の方法の場合は、誘起電圧Ｅ＾〜Ｅｃの波形が
正弦波なら、モータの固定子の巻線電流工Δ〜Ｉｃも正
弦波にするのが最もモータの出力トルクが大きく、また
、出力トルクの脈動も小さν九〇そして、モータの速度を一定にするような制御をする場
合には、モータの固定子の巻線電流の波形の形は、その
ままにしておいて、全体の大きさを変えるような制御が
なされる。

したがって、モータの固定子の巻線電流のパターンを、
何らかの方法で作る必要がある。

第２の方法は、モータの誘起電圧、電流の説明図である
第７図に示すように、モータの固定子巻線の誘起電圧が
大きいときだけ電流を流すやり方である。第７図は３相
モータの例であって、モータの固定子の巻線電流は一つ
の相だけ図示しである。この方法は、３相モータの場合
は１２０度通電方式とも呼ばれる方法である。

この第２の方法に対しては、実開昭５０−６８２１８号
。

特開昭５０−１１６９１１号公報記載のように、ブラシ
レスモータの駆動素子のｏｎ、ｏｆｆ信号として、モー
タの固定子に巻回された。別途の巻線である検出用巻線
の誘起電圧を利用することが知られている。

しかし、この第２の方法では、モータの固定子の巻線電
流が一定であっても、第７図に示すように、トルク脈動
が生ずる欠点がある。

これに対し、第１の方法は、前述のごとく、トルクの脈
動は少ない反面、従来は、特開昭５５−５０１０号公報
記載のようにモータの固定子の巻線電流のパターンを作
るために、ディジタル積分器。

１）　／　Ａ変換器などが必要で、高価となる欠点があ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述のように、従来技術に係るものでは、トルクの脈動
が少ないものでも、そのモータの固定子の巻線電流のパ
ターンを作るために、ディジタル積分器、Ｄ／Ａ変換器
などが必要で、高価となる欠点を有するものであった。

本発明の目的は、前述した従来技術の欠点を除くことに
ある。

すなわち、簡単な構成とし、ブラシレスモータのトルク
脈動を小さくする、固定子の巻線電流のパターンを作り
駆動するようにしたブラシレスモータの駆動方法の提供
にある。

〔問題点を解決するための手段〕

固定子巻線とは別に、検出用巻線を固定子に巻回すると
、検出用巻線にも誘起電圧が発生する。

本発明においては、検出用巻線の誘起電圧自身を固定子
の巻線電流のパターンとすることにより、簡単で、トル
ク脈動の小さい、ブラシレスモータの駆動方法を得るよ
うにしたものである。

〔作用〕

ブラシレスモータの固定子の巻線電流のパターンを、検
出用巻線の誘起電圧波形を利用し、この誘起電圧と相似
なものとして流すようにしたことにより、トルク脈動の
小さいものが得られるものである。

〔実施例〕

本発明の実施例を各回を参照して説明する。

第１図は、本発明の一実施例の実施に供されるブラシレ
スモータの構成図、第２図は、そのモータ本体の略伝断
面図、第３図は、その誘起電圧。

電流の説明図、第４図はその始動回路のタイムチャート
図、第５図は、そのＰ　Ｌ　Ｌ回路の出力図である。

しかして、本実施例に係るものは、モータが３相のブラ
シレスモータの例であって、回転子２には永久磁石を用
いている。

まず、第１図で、固定子巻線１＾〜１ｃには、回転子２
が回転すると第３図の誘起電圧Ｅ＾〜ＥＣのように正弦
波状の電圧が誘起されるものである。

また、固定子側には、前記の固定子巻線１Δ〜１ｃとは
別に、検出用巻線３Ａ〜３ｃが巻回されている。この検
出用巻線３＾〜３ｃは、これに誘起される誘起電圧Ｅ１
＾〜Ｅｚｃが、前記の固定子巻線１＾〜１ｃの相誘起電
圧に係る誘起電圧Ｅ＾〜Ｅｃと同位相になるように配置
されるものである。

すなねち、第３図に示すように、固定子巻線１＾の誘起
電圧Ｅ＾と、検出用巻線３＾の誘起電圧Ｅ！＾とは、同
相の信号となる。

そして、上記に係る固定子９回転子以外のものが制御回
路を構成するものである。

しかして、第１図の構成において、速度制御回路に係る
Ｐ　Ｌ　Ｌ　（Ｐｈａｓｅ　Ｌｏｃｋｅｄ　Ｌｏｏｐ）
回路９と、始動回路１０とが、モータの固定子の巻線電
流１＾〜ＩＣの大きさを指令するものである。

すなわち、始動回路１０は、モータの始動時に、椙／電流に係る始動信号１５＾〜１．５ｃをシーケンシャ
ルに流し、同期始動を行うような動作をするものである
。そして、同期始動時にはＰＬＬ回路９の動作を停止さ
せるための信号が、始動回路１ｏから禁止信号１２とし
てＰＬＬ回路９の禁止信号入力端子ＩＮＨに入力され、
始動が完了すると、始動回路１０からの禁止信号１２は
出力されるのを停止する。

ＰＬＬ回路９には、検出用巻線３＾〜３Ｃの信号に係る
誘起電圧Ｅｘ＾〜Ｅｉｃの一つがフィードバック周波数
信号１４として、信号線を通じて入力される。そして、
ＰＬＬ回路９は、基準周波数信号１１の周波数ｆｏと前
記フィードバック周波数信号１４の周波数Ｊどの位相差
に応じた信号を出力するものである。

ＰＬＬ回路９のＰＬＬ出力信号である速度制御出力信号
１６と、検出用巻線３＾〜３Ｃの信号に係る誘起電圧Ｅ
ｘΔ〜Ｅｔｃとは１乗算器７＾〜７Ｃにより乗算された
値として出力される。

その乗算器７＾〜７Ｃの乗算器出力信号１７のそれぞれ
と、始動回路１０の出力信号に係る始動信号１５＾〜１
５ｃとは加算回路８＾〜８Ｃにより加ねえ合わされる。

始動回路１０が停止したのちは、始動回路１０の出力信
号はＯとなるから、結局、ＰＬＬ回路９の速度制御出力
信号１６だけが、加算器６＾〜６ｃ。

アンプ５＾〜５ｃ　、電流検出器４＾〜４ｃで構成され
るサーボアンプへのサーボアンプ入力信号１８として伝
達される。

そして、前記のサーボアンプは、各相の電流検出器４＾
〜４ｃの出力と、サーボアンプ入力信号１８との差分が
Ｏとなるように制御するものである。

すなわち、乗算器７＾〜７ｃの乗算器出力信号１７に相
当する、固定子の巻線電流工＾〜Ｉｃがモータの固定子
巻線１＾〜１ｃに流れるものである。

本発明に係るものおいては、以上の説明のようにモータ
の固定子の巻線電流の波形と、検出用巻線の誘起電圧の
波形とを相似となるよう制御することに特徴がある。

第３図のように、Ａ相に着目すれば、モータの固定子巻
線の誘起電圧Ｅ＾と、検出用巻線の誘起電圧Ｅｉ＾とを
同相にする。そして、検出用巻線の。

誘起電圧Ｅｚ＾と相似の固定子の巻線電流Ｉ＾を流して
いる。

モータの速度制御は、固定子の巻線電流工＾の波形のパ
ターンは変えずに、その振幅の大きさを変化させるもの
である。

このように構成することの利点は、その電流波形のパタ
ーンを簡単な構成で作れることにある。

そして、従来の１２０度通電形に比較すれば、はるかに
トルク脈動は小さくなる利点がある。

第２図は、上記のモータ本体の構成を示したものであっ
て、磁石を界磁とするモータ本体の縦断面を示している
。

なお、固定子線巻１＾〜ｌｃ、検出用巻線３＾〜３ｃを
、固定子巻線１、検出用巻線３として総括的に略伝して
いるものである。

モータのロータに係る、さぎの回転子２は、ベアリング
２１．２２により支承され、回転子２には、永久磁石２
０．シャフト１９とが一体に回転する。ステータに係る
固定子側には、固定子鉄板２３が、永久磁石２０と僅か
な距離をへだてて配置され、固定予巻ｍｌが巻回される
。

そして、固定子鉄板２３と同じ形状を持つ検出巻線用鉄
板２４が置かれ、検出用巻線３が検出巻線用鉄板２４に
巻回されるものである。検出用巻線３は、電流を流す必
要がないことから、固定子巻線１よりは細線でよく、ま
た巻回数も少なくてすむものである。

また、固定子鉄板２３と検出巻線用鉄板２４とは同一仕
様のものを使えるので、固定子巻線１と検出用巻線３と
の誘起電圧は、位相ずれが起らない利点がある。

さらに、固定子の巻線を分布巻とすれば、両巻線の誘起
電圧は正弦波とすることができるものである。

このように、モータの誘起電圧の波形を正弦波とするこ
との利点は、さらにトルクの脈動を少なくすることがで
きる点にある。

すなわち、３相モータで考えれば、トルクＴは、次式の
（１）のようになる。

ＴｃｗＩ八・ＥＡ＋　ＩＢ−ＥＢ＋ＩＣ−Ｅｃ＝　Ｉ　
ｍＥｏｊｓｉｎ２（ωｔ　）＋５ｉｎ２（ωｔ　＋１２
０）　＋５ｉｎ２（ωｔ　＋２４０））＝　Ｉ　、ＥＯ
，Ｘ　２．５　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
−−−（１）この（１）式のように、Ｔは一定の値とな
り、トルク脈動は起らない。

ここで、（１）式の■１は、固定子の巻線電流のピーク
値、Ｅｏｍは、誘起電圧のピーク値、ωｔはモータの電
気角度である。

同様に、２相モータでもトルク脈動は起らない。

本発明に係るものにおいては、誘起電圧を利用すること
から始動回路が必要になる。

すなわち、検出用巻線の信号はモータが回転しないと信
号が現われないからである。したがって、何らかの方法
でモータを回転させることが必要である。

第４図は、既述のように、第１図で用いた始動回路１０
の信号のタイムチャートを示すものである。

始動回路１０に、スタート、ストップ信号１３に係るス
タート信号が入力（Ｏから１に変化）されろと、方形波
状の始動信号１５＾〜１５ｃを出力する。方形波の出力
信号に係る各始動信号は、位相が１２０度ずつずれた３
相の信号に係るものが出力されるが、第４図では、Ａ相
信号のみの始動信号１５八を示している。

方形波の始動信号１５＾を出力すると同時に、ＰＬＬ回
路９への禁止信号１２を出力するものである。

そして、方形波の始動信号の周波数を上昇させていき、
ＰＬＬ回路が動作する周波数に立上げたのちに出力を停
止させる。このようにして、出力された信号によって、
モータは起動する。

モータの固定子の巻線電流のパターンとして、誘起電圧
の波形を使用すると、検出用巻線の誘起電圧Ｅｔは回転
数に比例した大きさとなるから、モータの速度が上昇す
れば、電流指令の大きさは上昇し、ますますモータ速度
が上昇してしまうという間層が生ずる。

このことから、第１図の実施例では、第５図に示すよう
なＰＬＬ回路の出力信号を持たせである。

第５図は１回転数に対する信号の大きさを示している。

の値から負の値に変化する。したがって、ＰＬＬ回路９
の速度制御出力信号と検出用巻線の出力信号との乗算結
果、すなわち、乗算器７＾〜７ｃの乗算器出力信号１７
は、図示のＰＬＬ範囲■１までは直線的に増加し、同範
囲ＶＱを境に負の値となる。ここで負の値とは、位相が
反転することを意味する。

この実施例では、速度制御部である速度制御回路に係る
ものをＰＬ、Ｌ回路としたが、検出用巻線の信号と速度
制御部の速度制御出力信号との乗算結果が速度制御範囲
で速度とともに下降する特性を持つようなものであれば
ＰＬＬ回路でなくとも、支障なく実現されうるものであ
る。

本発明に係るものは、多極のモータにおいては、特に有
効な手段となりうるものである。

この理由は、電流のパターンを検出用巻線に依存するこ
とにある。

検出用巻線は、モータの固定子の全周を使用することが
できるから、結果としてモータの回転角度に対して高精
度の信号を得ることができる。例えば、モータの極数を
１５０１４としても、充分な精度が期待できるものであ
る。

このように多極のブラシレスモータを、従来の詳細な位
置に対応する電流パターンを作るとしたら、エンコーダ
の出力パルス数を非常に多く必要とするものである。

例として、電気角３６０度を８ピッ１−精度で分割する
としたら、１５０Ｘ２δ＝　３８４００パルスのエンコ
ーダを必要とする。エンコーダのパルス数を小さくする
と、それは結局、電流パターンの精度を低下させること
となり、トルク脈動の原因となる。

したがって、特に低速時は、従来の方法では、トルク変
動が大きくなる欠点がある。

多極モータにおいて、巻線の誘起電圧波形が正弦波から
ずれるのではないかという疑問が生ずるかも知れないが
、それは、ロータに係る回転子の構造や、検出用鉄板の
形状、さらには、巻線の巻装方法で正弦波とすることは
可能である。

また、第２図においては、固定子鉄板２３と検出巻線用
鉄板２４とは別個に配置したものである。

しかし、検出用巻線３を固定子鉄板２３に巻き込むと、
検出巻線用鉄板２４を省略することが可能である。この
とき、検出用巻線３には、固定子巻線１の電流の反作用
として、若干のノイズが発生する。この場合には、検出
用巻線３の誘起電圧Ｅ１を、適当なノイズフィルターに
通すことにより、取り除くことができるものである。

したがって、特に固定子鉄板に検出用巻線を巻回すると
、検出部が安価に構成できる効果がある。

以上のように、上記実施例に係るものにおいては、ブラ
シレスモータの固定子巻線の電流パターンを、検出用巻
線の誘起電圧波形を利用し、この誘起電圧波形と相似な
電流を流すようにしていることに従い、ブラシレスモー
タのトルク脈動は小さく、速度変動が小さくなる効果が
ある。

また、検出用巻線の誘起電圧を利用するために、電流パ
ターンの精度は良くなる効果を有する。

さらに、従来の電流パターンを作成する詳細な位置検出
用エンコーダが不要となり、かつまた、記憶素子が不要
となり、これに従って、ブラシレスモータを安価にでき
る効果がある。

これらの効果は、特に多極のブラシレスモータにおいて
有効となるものである。

〔発明の効果〕

本発明においては、ブラシレスモータの固定子巻線の電
流パターンを、検出用巻線の誘起電圧波形を利用し、こ
の誘起電圧と相似な電流を流すようにしたことにより、
簡単な構成のブラシレスモータを用い、トルク脈動が小
さい、ブラシレスモータの駆動方法を捉供することがで
きるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図５本発明の一実施例の実施に供されるブラシレス
モータの構成図、第２図は、そのモータ本体の略伝断面
図、第３図は、その誘起電圧、電流の説明図、第４図は
、その始動回路タイムチャート図、第５図は、そのＰＬ
Ｌ回路の出力図、第６．７図は、それぞれ、従来技術に
係るものの誘起電圧、電流の説明図である。１．１＾〜１ｃ・・・固定子巻線、２・・・回転子、３
゜３＾〜３ｃ・・・検出用巻線、４＾〜４ｃ・・・電流
検出器、５＾〜５ｃ・・・アンプ、６＾〜６ｃ・・・加
算器、７八〜７ｃ　・・乗算器、８＾〜８ｃ・・・加算
回路、９・・速度制御回路、１０・・・始動回路、１１
・・・基準周波数信号、１２・・・禁止信号、１３・・
・スタート、ストップ指令、１４・・フィードバック周
波数信号、１５＾〜１５ｃ・・・始Ｕ’ＪＪ信号、１６
・・速度制御出力信号、１７・・乗算器出力信号、１８
・・・サーボアンプ入力信号、１９・・・シャフト、２
０・・・永久磁石、２１．２２　・ベアリング、２３・
・・固定子鉄板。２４・・・検出巻線用鉄板、Ｅ＾〜Ｅｃ・・・固定子巻
線の誘起′ｒよ圧、Ｅｚ、Ｅｆ＾〜Ｅｔｃ・・・検出用
巻線の誘起電圧、ＴＡ〜ＩＣ・・・固定子の巻線電流、
Ｔ・・・トルク。第１図も２図摺印７

Claims

【特許請求の範囲】１、磁極に巻回した固定子巻線を有する固定子と、前記
固定子と対向配置されて界磁を有する回転子と、上記固
定子の巻線電流を一定のパターンに従つた大きさに流す
制御回路とを有するブラシレスモータにおいて、上記固
定子巻線とは別に固定子に巻回した検出用巻線を設け、
前記検出用巻線の誘起電圧と相似なパターンの固定子巻
線電流を流すことを特徴とするブラシレスモータの駆動
方法。２、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、固定子
巻線の誘起電圧の波形と、検出用巻線の誘起電圧の波形
とを、ほぼ正弦波状としたものであるブラシレスモータ
の駆動方法。