JPS62244265A

JPS62244265A - ブラシレスモータ

Info

Publication number: JPS62244265A
Application number: JP62059120A
Authority: JP
Inventors: ラルフ　ダブリュ．ホーバー
Original assignee: Seiberco Inc
Current assignee: Seiberco Inc
Priority date: 1986-03-17
Filing date: 1987-03-16
Publication date: 1987-10-24
Anticipated expiration: 2011-02-14
Also published as: JPH08172764A; EP0238253B1; US4687961A; EP0238253A2; CA1292767C; DE3766520D1; EP0238253A3; JPH0815387B2; JP2625409B2

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〕本発明は直流電動機に係り、特に構造及び性能を改善し
たブラシレス多相直流電動機とその制御装置に関する。

〔従来の技術〕

電気サーボ装置は、位置制御か必要な多くの異なる応用
に広く利用されている。通常、電気サー？装置は、ロボ
ットやＸ　−Ｙ　ｆ、−デルを駆動したり、レーザ応用
装置や砲塔に対する反射鏡の位置を決定したり、集積回
路の生産装置などに使用される。これらの装置に対する
主な評価基準は、もちろん、高い精度と入力指令に対す
る応答性ならびに経済性と製造の容易性、信！性及び耐
久性にある。

ステッパ・モータは、そのような運動制御応用に使用さ
れてきて、極めて丈夫で位置決定能力が高いとともに比
較的廉価でかつ比較的簡単であるという点から有利であ
る。しかしながら、ステッパ・モータは、一般に最適の
動特性を示さないし、また、帰還能力を欠いているので
、不確定の要素がつきまとう。

閉ループ直流サーボモータ装置は、速度範囲、加速度、
トルク対慣性比、及び同波数特性を含む、かなり動特性
の利点はあるが静的性能特性が不十分である。さらにま
た、そのようなサーボモータ装置で整流及び速摩と位置
制御（例えば、軸角度位置検出器、回転速度計、エンコ
ーダ、レゾルバ）のための情報の抽出及び利用に使用す
る帰還装置は高価であって、場合によってはこわれやす
く、信頼性を欠いたものになりやすい。一般にこの種の
装置は、据付は及び保守が比殻的夢雑で面倒である。

従って、新規な運動制御装置とその装ｆ！ｆＫ使用する
新規なブラシレス直流電動機であって、比較的簡単で製
造に費用がかからず、確度、速度及びトルクの特性の極
めて好ましい平衡が得られ：また所期の目的に対し極め
て効果的、効率的かつ信頼性あるものを提供するのが本
発明の一般的目的である。

さらに、本発明の特別な目的としては、そのようなブラ
シレス直流電動機であって、何等の付加帰還装置を必要
としないで閉ループ・モードで動作して、帰還信号の大
きさと確度が最大にできるものを提供することである。

本発明の他の目的は、前記の特徴及び利点をもつ電動機
であって、指令に対して応答性がすぐれ、停止位置にお
ける正第な回転子の位置情報の抽出を可能とし、極めて
精密な位置情報を与えるために多数の角度分解点をもち
、また、極めて円滑な運転、全力起動トルク特性をもつ
ものを提供することである。

従来技術による多種類の装置及び電動機のうち、いくつ
かのものは運動制御応用に使用が可能であり、前述した
いくつかの特徴をもつことは以下の米国特許の示す通り
である：ボラコラスキ（Ｐｏｌａｋｏｗｓｋｉ　）の米国特許第
３，４５３．５１２号では、電機子切替回路にシリコン
制御整流器を使用して起動信号を角度位置検出器によっ
て発生し、また停止信号をフンデンサによって発生する
ブラシレス直流電動機を開示している。位置検出器は、
一連の固定コイルから構成されるもので、その一連のコ
イルは、共通コイルを備えた界磁構造物と共に回転する
ように取付けられた部材によって順次誘導的に結合され
る。

ベイレット（Ｖｅｉｌｌｅｔｔｅ　）の米国特許第３．
５０１，６６４号には、回転磁界より空間的に９０°進
んで回転される内部固定子磁界をもつ直流電動機を調整
する装置を開示している。固定子は、その内部筒辺上に
直径方向には向いてない対に配置された歯を備えており
、この歯が二次巻線を担持するが、この二次巻線を通し
て、固定子の主ボデーの一次巻線を介して加えられる電
流は回転中固定子極が歯と中心位置が一致するとき、順
次転移される。例示では、固定子の歯は同一であ゛つて
、半径方向の内側に向ってテーパ（傾斜）が設けである
。

ラーデ（Ｌａｈｄｅ　）の米国特許第３，５４１．４０
７号は、直流電動機であって、２端子界磁コイルをぎツ
クアップとして利用して回転子の位置を検出するととも
に電力コイルとしても利用して駆動トルクを供給するも
のを教示している。

小林他（Ｋｏｂａｙａｓｈｉ　ｅｔ　ａｌ　）の米国特
許第３，５９０．３５３号では、共通軸に取付けられた
外側及び内側の回転子を具備する電子整流電動機であっ
て、内側回転子が位置検出機能を果たすものを開示して
いる。内部検出固定子の一次巻線及び二次巻線は回転子
の位置によって変化する電磁結合が行われる。

蓄音機のターンチーデルで、電気制御可変速度ブラシレ
ス直流電動機によって直接駆動されるものが小林他（Ｋ
ｏｂａｙａｓｈｉ　ｅｔ　ａｌ　）の米国特許第３．６
８３．２４８号に示されている。内部位置検出回転子の
位置に従って、固定子内の巻線対が選択的に結合されて
特定の外部固定子巻線を流れる電流を制御して外部回転
子を駆動する。

クーｆン他（Ｃｏｕｐｉｎ　ｅｔ　ａｌ　）の米国特許
第３．７９４８９５号には、電子整流直流電動機で固定
子が電力コイル及び検出コイルの対と共に巻かれ、検出
コイルが９０°位相の異なる速度依存信号を発生して電
力増幅器を制御するものが記述されている。

一方向の回転を防止する装置を備える自励直流電動機が
金森（Ｋａｎａｍｏｒｉ　）の米国特許第３．９０Ｓ４
６３号に開示されている。固定子の極は、界磁コイル及
び電機子コイルによって巻かれ、また、位置検出素子は
永久磁石によって磁気飽和された鉄心と高周波コイルと
を含む。

町田（Ｍａｃｈｉｄ＆　）の米国特許第３．９９７．８
２３号では、固定子に屋形接続固定巻線を使用するブラ
シレス直流電動機の回路を教示している。回転子の回転
によって同定巻線に誘起される位置信号、を検出するた
めの装置が設けてあり、位置信号が切替装置を制御して
、少なくとも一つの巻線への駆動電流を供給するのに使
用される。

ゴスリング他（Ｇｏｓｌｉｎｇｅｔ　ａｌ　）の米国特
許第４．０９６，４２０号では、ＬＣ共振回路をもった
発振器がブラシレス直流電動機の制御回路に使用され、
発振器の振動は、回転子磁界によってセンサ・コイルに
生じる誘導に応答して変調される。

ライト（ｆｒｉｇｈｔ　）の米国特許第４１６２．４！
１５号には、ブラシレス直流電動機の回路であって、一
つの付勢されない巻線に誘起される電圧がサンプリング
され、積分され、所定の位置表示電圧と比較されて、少
なくとも一つの他の巻線が付勢されている間に制御信号
を導いて、選択整流を行う回路を開示している。

フミュテータレス直流電動機駆動装置がプレニウス（Ｇ
６１９ｎｉｕ８　）の米国特許第４．２６２，２３７号
に開示されている。その装置では、永久磁石回転子が相
の異なる固定子の相巻線に交流電圧波形を誘起する。停
止位置から回転子の回転を開始させ固定子相巻線に電圧
波形を最初に誘起させる装置が設けてあり、切替黒基準
信号を発生する装置が設けてあり、また、誘起される波
形に応答して基準信号対し制御される関係に個別固定子
相巻線付勢回路を順次完結及び中断することによって回
転子の回転を維持する装置が設けである。

デイットマン他（Ｄｉｔｔｍａｎ　ｅｔ　ａｌ　）の米
国特許第４２９７．６２２号では、２相ジヤイロ装置で
あって２個の直列に接続された運動感知基準コイルを１
８０°離して配置して、電動機の駆動及び制御に使用す
るものを開示している。

ミュラー（Ｍｕｌｌｅｒ　）の米国特許第４４８１．４
４０号に開示されているブラシレス直流電動機は、永久
磁石回転子を利用するが、その回転子の極は回転方向で
見て、おおむね、方形又は台形の磁化曲線をもっている
。そのような極に含まれる高調波磁界は、固定子のセン
サ巻線に、その巻線が寸法を合わせて作られた高調波に
相当する電圧を誘起する。

ブラシレス直流電動機の制御装置が、トキデキ等（Ｔｏ
ｋｉｚａｋｉ　ｅｔ　ａｌ　）の米国特許第４４９５．
４５０号に開示されている。その装置は、回転子位置検
出回路をもち、この回路において回転子の回転に°よっ
て固定子コイルに誘起される電圧が仮想中性点の中性電
圧と比較されて極性変化点を検出する。

それに基ずいて、インバータが固定子コイルの伝導モー
ドを制御して電動機の回転を制御する。

Ｌ／　−（Ｒｈａｅ　）の米国特許第４．５５１．６５
８号に開示している直流電動機はブラシ及び整流子を含
む。始動後、ブラシは遠心力によって整流子から変位し
て起動回路をしゃ断する。

１９８５年６月Ｋ　％　”多極ステッピング・モータ”
と題する論文が刊行された。この論文には２相の動作用
に巻かれたハイブリッド・ステッピング・モータが説明
してあり、各グループの２個の隣接極ごとに直列でしか
も反対極性に接続される。

〔発明の要約〕

本発明について前述した目的及びそれに関連した目的は
多相直流電動機を使用することによって容易に達成され
ることがわかる。その電動機は磁気材料によって製作し
た固定子を使用するが、固定子は一般に円筒形のボデー
部とこのボデー部のまわりに間隔を隔てた位置でボデー
部から放射状に延びる＃数の極素子で構成され、極素子
には相当する多数のコイルが巻かれている。少なくとも
２個の電気回路部分を備えるセンサ装置を設け、一方の
回路部分は第１対の極素子のコイルに接続され、また他
方の回路部分は第２対の極素子のコイルに！！！絖され
る。第１に述べた対の極素子は第２１Ｃ述べた対の極素
子とは互いに介在しない関係でボデー部に配置されてお
り、センサ装置に接続されるコイルによって、それらの
極素子をセンサ極として作用するようにして、少なくと
も２チヤネルを構成して固定子と共に組立てられる回転
子の角度方向を現わす信号を発生する。電動機は、また
、電源装置を備えて、少くとも２相の電流を供給する。

電源装置は、第１の複数個の固定子極素子に巻かれたコ
イルを直列に接続している一つの回路部分を第１相の電
流によって付勢し、また第２の！！！数個の極素子を直
列に接続している他の回路部分を第２相の電流によって
付勢することによって、結合する極素子を第１相トルク
極及び第２相トルク極として動作させる。固定子のボデ
ー部の極素子の全体の数は、電源装置によって供給され
る相の数によって割られるときその商が偶数となるよう
な数であり、また、９＠１”相及び１第２”相のトルク
極は相互に介在配置になっており、センサ極については
、トルク極が付勢されるとき磁気平衡配列が得られるよ
うに配置される。

好適な形体では、電動機の使用する固定子の６第１”相
のトルク極のうちの少なくともいくつかのものは、相互
に直接隣接して配置されており、それらのコイルは反対
方向に巻かれていて、付勢されるとき、それらを磁気的
に結合させ、また、１第２”相のトルク極のうちのいく
つかとそれらに巻かれるコイルは、前記相と同様に配置
され巻かれる。通常、各相のトルク極の対は、他の相か
ら少なくとも１トルク極は分離されており、また、セン
サ極は互いに分離していて、直接隣接する対をなさない
トルク極と対にするのが有利である。

各チャネルの２個のセンサ極のうちの１つは、各相の対
をなさないトルク極と直接隣接しているのが有利であり
、また、すべてのセンサ極のコイルは、一般に同一方向
に巻かれる。極素子は固定子のボデー部に相゛互に等距
離の間隔に配置されるのが最も望ましい。

一つの特別な形体では、極素子の数を２４として、互い
に機械的１５度間隔に分離する。そのような極素子のう
ち４個がセンサ極であり、４個がセンサ極と結合する対
をなさないトルク極であり、また、１６個は対をなすト
ルク極である。理想的には、１相の対をなすトルク極の
各対には、それと直接隣接して他の相の対をなすトルク
極があり、また、固定子はトルク極及びセンサ極の配置
については、軸平面に対して対称である。

固定子の極素子は通常、内側に延びて回転子のための空
間を画定するが、回転子はそのような場合、円筒形の鉄
心とその外面の回向上に配列される極素子の配列から構
成される。使用する電源装置が２相の電流を供給すると
き、回転子の極素子は配列中に交互極性をもつ永久磁石
であり、固定子の極素子と回転子の極素子の数の比は４
：６か又は４：５である。特に好適な形体では固定子が
２４個の極素子をもち、また回転子は２４個の極素子を
もつ。電源装置が３相の電流を供給するときは、回転子
極素子は永久磁石か又は鋼製の極であって、固定子極素
子と回転子極素子との数の比は６二２とする。

本発明の他の目的は、前述した固定子及びこれと相互作
用する回転子を含む、多相、直流電動機を備える運動制
御装置を使用することによって達成される。固定子に設
けられるセンサ極の対は互いに介在しない関係に配置さ
れ、そのセンサ・チャネルは電動機の相の数によって定
まる角度距離だけ相互に電気的に間隔を設けておく。セ
ンサ装置は、高固波交流電流を供給しそれによってチャ
ネル内に、互いに位相が異なって、回転子の角度方向を
現わす信号を発生させる。制御装置と動作時に相互接続
することによって、センサ装置からの位相の異なる信号
を使用して、電源装置からの相電流のパルス幅変調を行
ない、また、トルク極の選択的付勢を行う。

運動制御装置の好適実施例では、電動機は２相の電動機
で、センサ装置の回路は２つの部分からなり、相互に９
０°電気的位相の異なるセンサ・チャネルを構成して５
ｉｎｓ　−ｃｏｓｉｎｅ関係の信号を発生する。通常、
そのような制御装置には、センサ装置からの変化する振
幅から単一レベルの電圧信号をつくるインバータ装置も
含み、マイクロプロセッサがこのインバータ装置を介し
て電源装置とセンサ装置とを相互接続する制御手段を供
給する。最も望ましいのは制御装置が回転子の１回転に
ついて８ないし２０の電気サイクルを発生するものであ
る。

〔実施例〕

添付図面の５ｇ１図から第７図までに、本発明を実施す
るブラシレス直流藏動磯を図示し、その全体を文字０Ｍ
”で示した。その市＠機は、その全体を参照番号１０で
示した永久磁石回転子、全体をＣ層番号１２で示した固
定子、及び全体をそれぞれ参照番号１４と１６で示した
前面被覆板と背面被覆板とからなる。回転子１０は、軸
部分２０゜２２を備えた円筒形鉄心１８に、鉄心面上に
固定（積層結合などでンされて、縦方向（軸方向）に延
びる爾エネルギ水久磁石２４の配列が収付けである。磁
石はその配列の中で、極性が交互に繰返して配列されて
おりサマリウム／コバルト合金で製作したのが有利であ
る。適当な軸受２５を被覆板１４．１６の内部に収付け
、軸の対向端部分２０．２２を受入ｎて、通常の方法で
回転子１０を回転ロエ能なよりに支持する。

ｌｉｄ定子１２は押抜き又は型打ちされた多数の薄板に
よる組立てで構成されるが、その形状は第６図に最も明
かに示しである（これは固定子の端而図としての特徴を
示すものであるが、この図は個別薄板の構造を示すもの
とも考えてよい）。図示したように、薄板は環状のボデ
ー素子２６、に、外側に鷺びるタデ素子２８．３０．３
２及びボデー素子の内側円周に等距離間隔の位置でボデ
ー素子から放射状に内側に延びる２４個の他素子３４が
収付けられた構造のもので、各薄板は、もちろん、一枚
の一本形に形成された構造である。他素子３４は方形構
造のものであって、極菓子間に定まるスロット３６は、
その基部では比軟的広く、放射状の内側方向にテーパを
もつ。槓み恵ねられた薄板３４がまと筐りて固定子の極
３４を構成する（便宜上、固定子の部分と固定子の形成
される薄板の素子には同一の番号を与えた）ことを理解
されたい。慣は、軸方向の面及び一方向の面で実質的に
方形構造のものでろるので、極は半径方向の長さに滴っ
てとったすべての点に訃いて単−厚さの寸法と単−軸方
向長さの寸法とをもつ。薄板はまた、まとまって、縦方
向に延びるリゾ２８゜３０．３２をつくるが、これらの
リゾは対応した番号をつけた型素子を構成するもので、
こルらは、゛亀！ＩＥＩＩ磯の動作中に発生する熱を消
散させるための統合された放射体上して役立つ。このリ
ゾは、固定子の１ドデ一部２６の外周部と固定子のまわ
りに設ける仮想正方形図形で固定子の直径に等しい一辺
をもつものとの間の隅領域内に実質上完全に収容されて
いる間に、効果的な熱伝達を行うように十分な表面積と
なる寸法にして構成される。４本の長い・Ｋルト３１が
前面被覆板１４の穴から挿入されて背面被覆板１６のね
じ切りされｆｃ穴の中に固定されて部品を組立て状態で
保持する。

固定子１２の各種には、コイル３８が巻かれてろ、す、
このコイルは紙又は合成樹脂の材料によって通常の方法
で極から絶縁される。コイル３８は、第６図に略示し友
ように巻かれて相互接ｄされる。

特に、補足番号１．２．４，５．７−１２を４部に付し
た極から構成される第１グループはＡ”と呼ばれる弔１
相として接続される。また補足番号１３−１９．２１．
２２．２４を付した慣はＢ′′と呼ばれる第２相として
相互接続される。

残りの４極（３，６，２０，２３）は対として接続され
るがそれらの対構成によって、８１又はｓ２と呼ばれる
。

各相グレープの多くの極は、１ｉＩＩ接対（例えば１と
２．１６と１４）として接続され、対の部材は反対方向
にコイルが巻かれて、相が付勢されるときそれらの対を
通って磁束を流すようにしていることに留意６りたい。

また、対日１及ｓ２のそれぞれの１極は、同一相の隣接
極と対を組まない各相グループの１極と直接隣接して配
置されていること、すなわち％８１対については極６が
対を組まない人相の極４に隣接して≧９ま先程２３は対
を組まないＢ相の極２４と隣接しくいることにも留意る
りたい。図示した配置は、固定子に２相の等しい電圧を
接続して動作されるとき、高度の磁気平衡が得られる。

端子４ｔ１．４２及び４４゜４６はそれぞれ人相反びＢ
相用に設けてあり、ま几、端子４８．５０はＯＴｌ及び
ＯＴ２．！：呼フ二つの１！２１ＩＩ＆部分のそれぞれ
に対して設けて６１、さらに端子５２及び５４は回１４
部分０’ｌ’ｌ、Ｏ’ｌ’２の並列接続用に設けてあり
、また、適当な値のコイルタ・コンデンサ５３は、回路
内に図示したように接続される。

前述した固定子の配線は、２相グループＡ及びＢの直列
接続された隣接菓子が電動機に対するトルク極として動
作するようになっており、また、素子Ｂ１及びＳ２がセ
ンサ極としてｆＩｈ咋するようになっていて、を源入力
端子５２及び５４をもつ２つのセンナ・チャネルＯＴ１
及びｃＴ２を構成する。センサ極にｌｉｊ！接する２相
の対を組まない素子は、錫カして電１ｉＥｌＩｆ！Ａに
対して付加トルクを与え、また付勢されるとき、磁気平
衡に役立つ。

第８図は、運動制御装置の機能ゾロツク図である。Ｋｍ
−Ｍに対する゛成力は増１喝器から加えられる。増幅器
は戒律端子６０と接地？＃Ａ（図示してない）との間に
加えられる直流電圧によって動作するものでろって、増
幅器は図示したＬうに、各相に対してＪ（Ａ及びＨＢと
呼ぶＨブリッジで構成され、４＃ｊ［６２，６４によっ
てそれぞれ接続され、ま九電流調侵用の小ルーｆ’ｌ備
える。Ｈブリッジにはパワー電界効果トランジスタを開
用するのが有利でありまた通常、５３　ｋＨｚのチョッ
ピング周波数で動作する。

電動機のセンサ・チャネル用端子５２．５４は導線６６
．６８を介して直流４力を供給されるセンサ１０に接続
される。このセンサ７０もまたＨブリッジ形式のもので
、通常、１００ｋＨ２の所定の一定周波数で動作して、
２つのチャネルＯＴ１及びＯＴ２のそれぞれのセンサ・
コイルの対３゜２３及び６．２０へ交流電流を供給する
。センサ７０は同期検波器７２と同期される。同期検波
器Ｔ２は導線７４．７６を介して’に動＊Ｍの端子４８
、及び５０に接続されて、センサ・チャネルからの信号
に対して反転機能を実行して、位置デコータ７８に対し
変化する振幅から単一レベルのシ圧を供給する。位置デ
コーダ７８は、通常、運動制御装置に統合されるマイク
ロプロセッサ制御器の機能である。マイクロプロセッサ
は、また標準Ｐより制御器８０，８２．８４に対して利
得調整機能を実行して、指標付は信号を発生する。指標
付は信号は接合点８６で、位置デコーダ７８からのベク
トル信号と加えられて制御器−・の人力を生じる。出力
加算接合点８８からの１百号は、導線９０及び９２を介
してＨブリッジＨＡ及びＨＢ’を制御して、電動機の所
望動作を生じるのに適するコ゛イルの付勢及びパルス幅
変調を行う。これらの制御は、回転子の位置信号及び制
御端子９４からインタフェース・、ｔｅ−ト９６及びマ
イクロプロセッサ監４Ｍ９８　Ｙ介して装置へ加わる指
令信号、順序付け、指標付け、利得調整及び記憶装置機
能１００に、よって定まる。導線１０２は位置デコーダ
γ８からＨデリックへの螢光ルーｆ乞構成し、また端子
１０４は必要に応じて外部指標付げな収入れるために設
げである。

端子４８及び５０において検出される螺圧の振幅はセン
サ携のコイルのインダクタンスに支配されるものである
が、回転子両石に工って影響をうけるとき、極妖心中の
両束の表示となる。固定子極及び回転子種の幾何学的配
列及びＨブリッジの切替のタイミングによって、センナ
・チャネルか位相が異なり、回転子角度の正弦及び余弦
の関数となる。これによって、回転子の実際の角度位置
を表示する位置デコーダによるベクトル信号の発生を可
能とする。回転子及び固定子の構造と両党的配列によっ
て、極めて高い角度分解能、すなわち位置決足の確度が
得られる。

また、マイクロゾロセッサは、嵯ａ機の統合された帰還
装置を通して得られる情報から、停止位置からの槓密な
移動距離を固定する。Ｈデリツソ回路を弁して相に加わ
る電力？制御することによって動作指令を実行するのに
必要な戒動愼の速度制御も可能となる。

これ壕で２相装置を説明してきたが、本発明の概念は他
の多相装置にも寺しく適用可能なことを理解されたい。

そのためには、当業者には明かなように、特別な変形を
することが必要となる。例えば、センサ・チャネルに９
０°位相の異なる１ｇ号を発生するように、回転子と固
定子を構成する代りに６相装置では、４気的に６０’位
相の異なる信号ならびに６チヤネル（一般に６対のセン
サ極によって構成される）を使用するのが好ましい。そ
の場合も２チヤネルだけを使用することも可能でありま
た費用が少くてすむ。また、２相離ｄ機に対する固定子
極の全体の数は２で割り切れなければならないが、６和
動作の場合、固定子極の全数は６で割り切れなければな
らない。しかしながら、いずれの場合も、本発明による
ときは、商は偶数でなければならない。

いままでに述べたこと以外に、本発明ン実施する電動機
の固定子と回転子の間に存在する数量関係が一定の基準
に合致しなければならないことが判明している。時に、
２相４動機（例示したエラに、センサ極が対をなさない
トルク極と結合しているとき）の固定子極と回転子種の
数の比は４：６か又は４：５でなゆればならず、同−設
計の６相・４励或の場合にはその比が６＝２でなければ
ならない。下肥の表１は、これらの関係をもつ固定子極
と回転子種の数の例示的組合せを示す。

表　　　　　１固定子極　　　　　　　回転子種２　　相　　　　　　３　　相８　　　　　　６又は１０　　　　− １６　　　　１２又は２０　　　　− ２４　　　　１８又は２０　　　　１６６０２゜６２　　　　２４又は４〇　　　　　−４０６０又は５
〇　　　　　− 前記にもかかわらず、多くの場合、固定子極の最小の全
数は、一般に２４である。それが２相電動磯装ｄｌｃｆ
ｉ適の磁気平衡と動作を与えるからである。

また、４ｗｂ機は、液適な磁気平衡を得るために物理的
に対称性を備えるものが、もちろん、望ましい。図示し
た固定子かられかるように、トルク極及びセンサ極につ
いて横平面（すなわち、極１５と１６及び２１と２２間
にとった）内で互いに鏡像関係を保ち、また回転子はす
べての直径平面において対称である。図示したトルク極
とセンサ極の物理的分布は、図示した特定の構成の電動
機に対しては好適ではめるが、他の構成も可能である。

例えば、センサ極を、２つの別のセンサ・チャネルを構
成する１４接対として図示のように間隔をおくことなく
、まとめてグループにする（例えば極４．１５．１６及
び５のように）ことも可能である。しかしながら、帰還
信号の大きさ及び確度は、その結果として妥協したもの
になる。なおまた、対としないトルク他を谷センサ愼と
結合させること（すなわち、１ｇ４接配置とする）も絶
対的に必要なものではない。それらはインダクタンス回
路にゴまれ℃いないからである。しかしながら、５清合
させないときは４動機のトルクを減少させることになる
。

例示した固定子の荷造は、好ましい磁気特注が得られる
ばかりでなく、製作が容易であるので、製造の経済化に
役立つ。極が均一な物理的間隔をもっておりまた他素子
が方形断面であること（固定子金属の最も好ましい分布
を可能とする）はともに、磁石平衡の一点からも有利で
ある。最も重いコイル巻線を極の基礎に使用できるとい
うことも、また、有利な一要素である。経隘化について
は、単一構造の固定子薄板を使用すること及び予め巻い
た同一のコイルを使用することの利益は自から明かであ
る。

本発明による°電動機の特に東袂な利点は、相互に直接
隣接して配置される結合されるトルク極を使用するとい
う事実によるものである。その結果として磁束通路は極
めて短かくなるので、異なる相の磁束を横切ることがな
い。これらの要因から相の相互作用による磁気損失及び
減ｔ！Ｙ：ｔ＆小にするので、それによって動作の効率
を最大にする。

回転子種に高エネルギ磁石を便用すること及びそれらを
固定子極に極めて近接させることにＬつても、高いトル
ク値で低インダクタンスのものの開発を可能とした。極
の形状については、回転子種の対向面は一般に固定子極
の対向面より広いが、２つの隣接極とそ□の間の間隙を
富む、さしわたし距離より狭くしてある、理想的な場合
の回転子磁石の配置は、一つの固定子磁石が一つのセン
サ極と中心が一致するとき、同一チャネルの他のセンサ
愼が鐵石間の間隙の中心に一致するよりなもの本発明を
実施する電動機ホ、トルク／速度曲線が七〇主要な速反
範囲にわたって事実上平坦であり、またこれが連続動作
及び間欠動作の両方の状態でも同様で６−という特徴が
ある。本発明による電動機は、また、回転子の回転ごと
に８−２０・１気サイクルのサイクル・カウントを生じ
て、確度、速度及びトルクの液適平衡が得られるように
構成される。サイクル・カウントが６又はそｎ以下では
、本発明が意図している′を動機及び制＃装置の多くの
応用に対して不十分なセンナ確度のレベルが２５又はそ
れ以上の電動機は一般に遅すぎる。

本発明を実施する例示的電動機は、生産されており、ま
えに説明し図示したように製造され、配線され、また制
御された。その電動機は、２４極の鋼薄板固定子で軸方
向の外部断面が５．７１６ｃＴＩＬ（２−一インチ）平
方のものでありまた、１８極のサマリウム／コバルト合
金の永久磁石回転子で直径約６・０１６ｃｍ（１−％６
インチ）のものを使用した。電動機の軸方向の長さく固
定子と端面板を宮む長さ）は５−０８ＣｒＩＬ（２イン
チ）であった。

動作時に、螺動機は、０．１５６２５度の位置分解能を
示した。マイクロプロセッサに適当に１６正したソフト
ウェアを用いると角度分解能はさらに精密になることが
期待される。連続トルク、せん頭トルク（装置）及びせ
ん頭トルク（′１動憬）の値（８５°Ｃの指定動作温度
における）はそれぞれダラム・センナで２８００．５６
００及び１４．０００（オンス・インチで４０．８０及
び２００）であり、無負荷速度は４．ＯＤ　ＯＲＰＭま
た回転子の偵注モメントは、Ｌｌ、１２３２グラム・セ
ンナ・秒（０，００１７６オンス・インチ・秒）であり
、端子抵抗は４．０オームでめった。長さ八６２ｍ（３
インチ）（ただし他は相似）の゛心動機の対応する値は
５６００　。

１１．２００及び２８．０００グラム・センナ（８０゜
１６０及び４００オンス・インチ）、３００ＯＲＰＭ、
　０．２４６４グラム・センナ・秒（０，００３５２オ
ンス・インチ・秒）及び６．０オームが見込まれ、１０
．１６１（４インチ）モデルでは対応する値は◇ それぞれ同一単位で８．４００．１６．８００及び４２
．０００グラム・センチ（１２０，２４０及び６００オ
ンス・インチ）、３０００　ＲＰＭ　、　Ｌｌ、３６９
６グラム・センナ・秒（０，００５２８オンス・インチ
・秒）及び２．０オームとなる見込みである。そのより
な゛心動機はすべてＨブリッジに加える４８１ドルトに
よって無負荷で動作して平均端子インダクタンスが０．
５ミリヘンリーとなることは５．０８ｃｒｒＬ（２イン
チ）モデルで試験した結果である。

最後に、電動機に対する制御機能は、一般にすべてディ
ジタルでろって、装置に、統合されていることを理解さ
れたい。そのような構造の他の自明の利点のほかに、十
分に統合された構造によって、自動同調又は″′専間家
”動作を容易にするので、本発明の装置を、ロボット等
のようなある種の応用には特に適当なものとする。

従って、本発明は、新規な運動制御装置とその装置に使
用する新規なブラシレス直流電動機であって、比較的簡
単で製造に費用がかからず、ｇ密な位置決定能力に対し
て確度、速度及びトルクの特性の極めて好ましい平衡が
得られ、また所期の目的に対して極めて効率的、効果的
かつ信頼性めるものを提供することがわかる。その電動
機は、大きな振幅の高確度の信号を発生できるという内
部特徴を利用して、閉ループ帰還モーｒで動作し、指令
に対して極めて応答性が高く、停止位置における正確な
回転子位ｙｔ１１報の抽出が可能であり、また多数の角
度分解点をもって極めて積重な位置情報を発生して、非
常に円滑な運転及び全力起練トルク特性を示す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施する電動機の斜視図、第２図、第
６図及び第４図は前記’４ａ機の正面図、背面図及び側
面図、第５図は前記ａ動機の分解斜視図、第６図は拡大
目盛で画いた電動機固定子の端面図に配線路図χ加えた
図、第７図は第６図の目盛で画いた電動機の回転子の端
面図、ならびに第８図は本発明を実施する運動制御装置
の線図である。・　〔符号の説明〕１０・・・回転子１２・・・固定子１４・・・前面被覆板１６・・・背面被覆板、１８・・・円′面形鉄心２０．２２・・・軸部分２４・・・永久磁石２５・・・軸受２６・・・環状ボデー素子２８．３０．３２・・・タデ３４・・・他素子３６・・・スロット３７・・・長いボルト３８・・・コイル４０．４２．４４．４６．４８．５０．５２゜５４・・
・端子５３・・・コイルタ・コンデンサ６０・・・成源端子６２．６４．６６．６８．７４．７６．９Ｇ。９２．１０２・・・導線７０・・・直流′鴫カセンサＴ２・・・同期検波器Ｔ８・・・位置デコーダ８０．８２．８４・・・Ｐより制御器８６・・・接置点８８・・・加算点９４．１０４・・・端子９６・・・インタフェースポート９８・・・マイクロプロセッサ監視１００・・・指令信号

Claims

【特許請求の範囲】

（１）多相直流電動機又はその類似物であつて、一般に
円筒形のボデー部と前記ボデー部のまわりの位置に前記
ボデー部から放射状に延びる多数の同一の極素子ならび
に前記極素子のまわりに巻いた相当多数のコイルからな
る磁気材料の固定子、少くとも２個の電気回路部分を備
えるセンサ装置で、前記回路部分の一方は前記極素子の
第１対の前記コイルに接続され、前記回路部分の他方は
前記極素子の第２対の前記コイルに接続され、前記第１
対の極素子は前記ボデー部において前記第２対の前記の
極素子とは介在しない関係に配置され、前記センサ装置
に接続されるコイルは、その結合される極素子を１対に
なつたセンサ極として動作させて、前記固定子と共に組
立てられる回転子の角度方向を現わす信号を発生するた
めの少くとも２個のセンサ・チャネルを構成する前記の
センサ・装置、ならびに少くとも２相の電流を供給する
電源装置を備え、前記電源装置は、第１の複数個の前記
極素子のまわりに巻かれた前記コイルを直列に接続して
、第１相の電流によつて付勢させるための第１回路部分
及び第２の複数個の前記極素子のまわりに巻かれた前記
コイルを直列に接続して第２相の電流によつて付勢させ
るための他の回路部分を具備し、そのように接続された
前記の第１回路部分と他の回路部分とは、結合する極素
子をそれぞれ第１相及び第２相のトルク極として動作さ
せるようになつており、前記ボデー部における前記極素
子の全数を前記電源装置によつて供給される相数で割る
と偶数となり、前記第１相と第２相のトルク極は互いに
介在して配置され、また、前記ボデー部のまわりで前記
センサ極に対しては、前記トルク極が付勢されるとき、
磁気平衡配列を生じるように配置されている、前記の多
相直流電動機。
（２）特許請求の範囲第１項において、前記第１相のト
ルク極のうちの少なくともいくつかの極は、相互に直接
隣接して配置され、それらの極に反対方向に巻かれたコ
イルは付勢されるとき磁気的に結合し、また、前記第２
相のトルク極のうちの少なくともいくつかのものも同様
に配置し、それらの極に巻かれたコイルによつて同様に
結合される、多相直流電動機。
（３）特許請求の範囲第２項において、前記各相のトル
ク極対が他の相とは少なくとも１トルク極だけ分離して
いる、多相直流電動機。
（４）特許請求の範囲第３項において、前記センサ極が
相互に離れており、また、各センサ極が、前記の第１相
又は第２相のトルク極のうちの対をなさない１極と直接
隣接して配置される、多相直流電動機。
（５）特許請求の範囲第４項において、各センサ・チャ
ネルの一つのセンサ極に隣接する前記の対をなさない極
が第１相の極であり、また同一チャネルの他のセンサ極
に隣接する対とならない極が第２相の極である、多相直
流電動機。
（６）特許請求の範囲第５項において、すべての前記セ
ンサ極の前記コイルが同一方向に巻かれる、多相直流電
動機。
（７）特許請求の範囲第４項において、前記極素子が前
記固定子ボデー部に互いに等距離間隔に配置される、多
相直流電動機。
（８）特許請求の範囲第７項において、前記極素子が機
械的に１５°間隔に配置される２４個の前記極素子を具
備する、多相直流電動機。
（９）特許請求の範囲第８項において、４個の前記素子
がセンサ極であり、４個の前記素子が前記センサ極と結
合する対をなさないトルク極であり、また、１６個の前
記素子は結合されるトルク極であり、前記複数個のそれ
ぞれが１０個の極素子を構成し、前記電源装置が２相の
電流を供給する、多相直流電動機。
（１０）特許請求の範囲第９項において、前記１相の前
記結合されたトルク極の各対には前記第２相の前記結合
されたトルク極の１対が直接隣接しており、また、前記
固定子はトルク極及びセンサ極の配置については、軸方
向に延びる平面に対し対称的である、多相直流電動機。
（１１）特許請求の範囲第１項において、前記極素子が
前記固定子ボデー部から内側に延びて固定子の中に回転
子用の空間を画定する、多相直流電動機。
（１２）特許請求の範囲第１項において、円筒形ボデー
部の周辺に極素子の配列を備えた構成の回転子も含む、
多相直流電動機。
（１３）特許請求の範囲第１２項において、前記極素子
は前記固定子ボデー部から内側に延びて固定子ボデー内
に前記回転子用の空間を画定し、前記回転子ボデーは一
つの鉄心でその外面上に前記極素子が配置してある、多
相直流電動機。
（１４）特許請求の範囲第１３項において、前記電源装
置が２相の電流を供給し、また、前記回転子極素子が永
久磁石であつて、その極性は前記配列中で交互に繰返し
、前記固定子の極素子と前記回転子の極素子の数の比が
４：３又は４：５となつている、多相直流電動機。
（１５）特許請求の範囲第１４項において、前記固定子
が２４個の前記極素子を具備し、また、前記回転子が１
８個の前記磁気素子を具備する、多相直流電動機。
（１６）特許請求の範囲第１５項において、前記電源装
置が３相の電流を供給し、また前記回転子極素子が永久
磁石か又は鋼製極であつて、前記固定子の極素子と前記
回転子の極素子との数の比が３：２である多相直流電動
機。
（１７）２相の直流電動機であつて、全体が同筒形のボ
デー部とそのまわりに間隔をおいた位置に前記ボデー部
から放射状に延びる、偶数個の多数の、少なくとも２０
個の極素子と前記極素子のまわりに巻かれた相当多数の
コイル、２つの電気回路部分を備えるセンサ装置で、一
つの前記電気回路部分は前記ボデー部で互いに間隔の離
れた第１対の前記極素子の前記コイルに接続され、また
他の前記電気回路部分は前記第１対の極素子及び前記ボ
デー部の他の極素子からも間隔の離れた第２対の前記極
素子の前記コイルに接続され、前記センサ装置に接続さ
れるコイルは、結合する極素子をセンサ極として対で動
作させて、２個のセンサ・チャネルを構成して、前記固
定子と共に組立てられる永久磁石回転子の角度方向を示
す信号を発生する前記のセンサ装置、ならびに２相の電
流を供給する電源装置を備え、前記電源装置は、第１の
複数個の少なくとも８個の前記極素子のまわりに巻かれ
た前記コイルを直列に接続する第１回路部分を第１相の
電流によつて付勢し、また、第２の複数個の少なくとも
８個の前記極素子のまわりに巻かれた前記コイルを接続
する他の回路部分を他の相の電流によつて付勢し、前記
第１回路部分及び第２回路部分は、結合する極素子を第
１相トルク極及び第２相トルク極としてそれぞれ動作す
るようにして、前記第１相極のうちの少なくともいくつ
かのものは、相互に直接隣接して配置され、それらに反
対方向に巻かれるコイルは付勢されたとき、磁気的に結
合するようになつており、また前記第２相極のうちの少
なくともいくつかのものも同様に配置されて、それらの
コイルも同様に巻かれて同様に磁気的に結合するように
なつていて、各相の全体のトルク極対は、少なくとも他
の相から１トルク極だけ間隔が離れているので、前記ト
ルク極が付勢されるとき磁気的平衡配列が得らる、前記
の２相直流電動機。
（１８）特許請求の範囲第１７項において、前記第１及
び第２の複数個としてそれぞれ１０個の前記極素子を備
え、前記センサ極のそれぞれは前記第１相又は第２相の
極のうち結合しない１つの極が直接隣接しており、また
、各センサ・チャネルの１つのセンサ極に隣接する前記
の結合しない極が第１相の極であり、同一チャネルの他
のセンサ極に隣接する前記の結合しない極が第２相の極
である、２相直流電動機。
（１９）特許請求の範囲第１８項において、すべての前
記センサ極の前記コイルが同一方向に巻かれる２相直流
電動機。
（２０）特許請求の範囲第１８項において、前記極素子
が前記固定子ボデー部に相互に等距離間隔に配置される
２相直流電動機。
（２１）特許請求の範囲第２０項において、１相の前記
結合するトルク極の各対は、それと直接隣接する他の相
の前記結合するトルク極の１対をもつ、２相直流電動機
。
（２２）特許請求の範囲第１７項において、前記極素子
が前記固定子ボデー部から内側に延びて、ボデー部内に
回転子のための空間を固定する、２相直流電動機。
（２３）特許請求の範囲第２２項において、円筒形ボデ
ーの周囲に永久磁石素子の配列を備える構造の回転子を
含み、前記磁石素子の極性が前記配列中で交互に繰返し
ており、また、固定子極素子と磁石素子の数の比が４：
３又は４：５である２相直流電動機。
（２４）特許請求の範囲第２２項において、前記極素子
が前記画定子ボデー部から内側に延びて、その中に前記
回転子のための空間を画定し前記回転子ボデーは鉄心で
あつてその外面に前記磁石素子が配置してある、２相直
流電動機。
（２５）特許請求の範囲第２４項において、前記回転子
には前記の磁石素子を１８個備え、また前記固定子は前
記極素子を２４個備え、前記固定子極素子のうち４個が
センサ極を構成し、前記固定子極素子のうち４個が結合
しないトルク極を構成しまた、前記固定子極素子のうち
１６個が結合するトルク極を構成する、２相直流電動機
。
（２６）運動制御装置であつて、一般に円筒形ボデーの
周囲に極素子の配列を備える回転子と、一般に円筒形の
ボデー部とそのまわりに間隔を隔てた位置に前記ボデー
部から放射状に延びて前記回転子との相互作用を駆動す
る多数の極素子を備える磁気材料の固定子と前記極素子
のまわりに巻かれる相当多数のコイルとを含む多相直流
電動機、少なくとも二つの回路部分を備える電気回路を
含むセンサ装置であつて、前記回路部分の一つは前記ボ
デー部に相互に間隔を隔てた前記極素子の第１対の前記
コイルに接続され、前記二つの回路部分の他方は前記極
素子の第２対の前記コイルに接続され、前記第１対の前
記極素子は前記第２対の前記極素子とは互いに介在しな
い関係で前記ボデー部に配置され、また、前記電動機の
相の数による度数だけ電気的に間隔が隔ててあり、前記
センサ装置は、高周波交流電流を前記回路に供給するよ
うになつており、前記センサ装置に結合するコイルは結
合する極素子を対でセンサ極として動作させ、少なくと
も二つのセンサ・チャネルを構成して、互いに位相がず
れて前記回転子の角度方向を現わす信号を発生するよう
になつている前記のセンサ装置、ならびに、少なくとも
２相のパルス幅変調された電流を供給する電源装置を備
えるが、前記電源装置は第１複数個の前記極素子に巻か
れた前記コイルを直列に接続した一方の回路部分を１相
の電流によつて付勢し、また第２複数個の前記極素子に
巻かれた前記コイルを直列に接続した他方の回路部分を
他相の電流によつて付勢し、そのように接続された前記
の一方の回路部分及び他方の回路部分は、結合する極素
子をそれぞれ、第１相トルク極及び第２相トルク極とし
て動作させ、前記の第１相トルク極と第２相トルク極と
は互いに介在して配置され、また、前記センサ極につい
ては前記トルク極が付勢されるとき磁気平衡配列が得ら
れるようにボデー部のまわりに配置され、前記、センサ
装置及び前記の電源装置は動作時に制御装置と相互接続
されて、前記センサ装置から位相の異なる信号を受信し
、その信号を前記電源装置から供給される電流の相のパ
ルス幅変調及び前記トルク極の選択的付勢に使用する前
記の運動制御装置。
（２７）特許請求の範囲第２６項において、前記センサ
装置からの変化する振幅から単一レベル電圧信号を得る
ためのインバータ装置、及びそのような制御装置、前記
電源装置ならびに前記センサ装置をマイクロプロセッサ
によつて前記インバータ装置を介して相互に接続を行う
前記のマイクロプロセッサも含む運動制御装置。