JP2001224196A - 電子励起式モータ - Google Patents
電子励起式モータInfo
- Publication number
- JP2001224196A JP2001224196A JP2001009433A JP2001009433A JP2001224196A JP 2001224196 A JP2001224196 A JP 2001224196A JP 2001009433 A JP2001009433 A JP 2001009433A JP 2001009433 A JP2001009433 A JP 2001009433A JP 2001224196 A JP2001224196 A JP 2001224196A
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- JP
- Japan
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- mode
- processor
- duty ratio
- motor
- phase
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-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/08—Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor
- H02P6/085—Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor in a bridge configuration
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 低負荷のもとでの優れた効率と高速での大
きなトルクとを同時に得ることを可能にするを提供する
ことである。 【解決手段】 三相の巻線で成るコイルと、ロータ位置
センサ（１８）と速度基準信号（Ｖｃ）とに結合された
入力を有しかつプロセッサ（２８）の制御下で位相を進
める電源回路を含む電子制御モジュールとを有するステ
ータ−ロータアセンブリを備え、プロセッサが、相が電
流パルスで供給される間に時間重複しない第１モード
と、２つのコイルへ供給される出力が33％だけオーバー
ラップする第２モードとにおいて速度を制御するために
可変のデューティレシオで位相を進め、かつ、該レシオ
が70％から100％の範囲の所定の値に達するときに第１
から第２モードへ切換を生じさせ、かつ、前記レシオが
他の所定値以下に落ちたときには第２から第１モードへ
切換を生じさせるように設計されたことを特徴とする。
きなトルクとを同時に得ることを可能にするを提供する
ことである。 【解決手段】 三相の巻線で成るコイルと、ロータ位置
センサ（１８）と速度基準信号（Ｖｃ）とに結合された
入力を有しかつプロセッサ（２８）の制御下で位相を進
める電源回路を含む電子制御モジュールとを有するステ
ータ−ロータアセンブリを備え、プロセッサが、相が電
流パルスで供給される間に時間重複しない第１モード
と、２つのコイルへ供給される出力が33％だけオーバー
ラップする第２モードとにおいて速度を制御するために
可変のデューティレシオで位相を進め、かつ、該レシオ
が70％から100％の範囲の所定の値に達するときに第１
から第２モードへ切換を生じさせ、かつ、前記レシオが
他の所定値以下に落ちたときには第２から第１モードへ
切換を生じさせるように設計されたことを特徴とする。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、許容効率及び低コ
ストの両方を要する応用に対して、“ブラシレス”モー
ターとしても周知の電子励起式モーターに関するもので
ある。主要な応用は、限定的ではないが、大きく変動す
る流量での圧力下において作動液でサーボモータ又はア
クチュエータの供給ポンプを駆動する自動車産業におい
てなされる。
ストの両方を要する応用に対して、“ブラシレス”モー
ターとしても周知の電子励起式モーターに関するもので
ある。主要な応用は、限定的ではないが、大きく変動す
る流量での圧力下において作動液でサーボモータ又はア
クチュエータの供給ポンプを駆動する自動車産業におい
てなされる。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】電子励
起式モーターはステータ−ロータアセンブリを備え、そ
のアセンブリは、構成要素の一つが通常三相の巻線で成
るコイルと、ロータ位置センサと速度基準信号とに結合
された入力を有しかつプロセッサの制御下でＤＣ源から
位相を動かす電源回路を含む電子制御モジュールとを有
するものである。
起式モーターはステータ−ロータアセンブリを備え、そ
のアセンブリは、構成要素の一つが通常三相の巻線で成
るコイルと、ロータ位置センサと速度基準信号とに結合
された入力を有しかつプロセッサの制御下でＤＣ源から
位相を動かす電源回路を含む電子制御モジュールとを有
するものである。
【０００３】一般に、効率の理由は、プロセッサをいわ
ゆる“120°”モードで位相を動かすように設計されて
いる。この場合には、モジュールは、パルス幅変調（Ｐ
ＭＷ）によって様々な位相の時間長の間にオーバーラッ
プなしで速度を調整するために、変動するデューティレ
シオを有する周期的電圧パルスによって三相モータの２
つの相を順に供給する。しかしながら、その電源モード
は、高速では不十分であってかつある条件（例えば、低
速度で激しくタイヤを操縦するときにパワーステアリン
グアクチュエータを作動するか、又は、静止している）
のもとで作動条件に余り適合しない速度／トルク特性を
示すという欠点がある。
ゆる“120°”モードで位相を動かすように設計されて
いる。この場合には、モジュールは、パルス幅変調（Ｐ
ＭＷ）によって様々な位相の時間長の間にオーバーラッ
プなしで速度を調整するために、変動するデューティレ
シオを有する周期的電圧パルスによって三相モータの２
つの相を順に供給する。しかしながら、その電源モード
は、高速では不十分であってかつある条件（例えば、低
速度で激しくタイヤを操縦するときにパワーステアリン
グアクチュエータを作動するか、又は、静止している）
のもとで作動条件に余り適合しない速度／トルク特性を
示すという欠点がある。
【０００４】同時にパルスを供給する三相全てを生じる
いわゆる“180°”モードも周知である。しかしなが
ら、特にジュール効果による損失が増大する大きな反応
要素の存在のため、モータが軽く負荷をかけられている
ときには、そのモードの制御は効率が低い。
いわゆる“180°”モードも周知である。しかしなが
ら、特にジュール効果による損失が増大する大きな反応
要素の存在のため、モータが軽く負荷をかけられている
ときには、そのモードの制御は効率が低い。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、特に、実際の
要求を従来周知のモータよりよく満足させるモータを提
供すること、特に、低負荷のもとでの優れた効率と高速
での大きなトルクとを同時に得ることを可能にすること
を目的とする。このため、本発明は、様々な相が電気パ
ルスで供給される時間長の間に時間オーバーラップする
ことがない第１モードと２つの相へ供給される電力のオ
ーバーラップが33％である第２モードとの双方のモード
において速度制御を提供するためであって、デューティ
レシオが70％から100％の範囲の所定の値に達するとき
に第１モードから第２モードへ切換が生じ、かつ、デュ
ーティレシオが他の所定の値以下に落ちたときには第２
モードから第１モードへ切換が生じることを伴って、そ
のプロセッサが可変のデューティレシオで位相を与える
ように設計された電子励起式モータを提供する。他の値
は、ヒステリシスを形成することによって“乱調（hunt
ing）”を回避するために選択される。
要求を従来周知のモータよりよく満足させるモータを提
供すること、特に、低負荷のもとでの優れた効率と高速
での大きなトルクとを同時に得ることを可能にすること
を目的とする。このため、本発明は、様々な相が電気パ
ルスで供給される時間長の間に時間オーバーラップする
ことがない第１モードと２つの相へ供給される電力のオ
ーバーラップが33％である第２モードとの双方のモード
において速度制御を提供するためであって、デューティ
レシオが70％から100％の範囲の所定の値に達するとき
に第１モードから第２モードへ切換が生じ、かつ、デュ
ーティレシオが他の所定の値以下に落ちたときには第２
モードから第１モードへ切換が生じることを伴って、そ
のプロセッサが可変のデューティレシオで位相を与える
ように設計された電子励起式モータを提供する。他の値
は、ヒステリシスを形成することによって“乱調（hunt
ing）”を回避するために選択される。
【０００６】第１モードから第２モードへの切換が滑ら
かに起きることを保証するため、格納したテーブルで新
しいデューティレシオを検索することによって、デュー
ティレシオがこの切換の間に変化させられる。制御は通
常比例積分（ＰＩ）型である。一モードから他のモード
への切換は、速度対応テーブルで検索された値をもとに
積分項を修正することを伴うと好都合である。
かに起きることを保証するため、格納したテーブルで新
しいデューティレシオを検索することによって、デュー
ティレシオがこの切換の間に変化させられる。制御は通
常比例積分（ＰＩ）型である。一モードから他のモード
への切換は、速度対応テーブルで検索された値をもとに
積分項を修正することを伴うと好都合である。
【０００７】
【発明の実施の形態】上記特徴と他の特徴とは非限定的
な例として与えられた特別な実施形態の以下の説明を読
むことでより明確になるだろう。
な例として与えられた特別な実施形態の以下の説明を読
むことでより明確になるだろう。
【０００８】その電子回路を図１に示したモータは、永
久磁石ロータ１０を有する従来型構造のアセンブリと、
ロータ位置センサ１８を有する３個のコイル（又は３セ
ットのコイル）１２を有するステータと、を備えてい
る。制御モジュールはＤＣ源１６からコイルに給電する
作用を行う。このモジュールはステータ上に直接据え付
けられていると有利である。モジュールは、各コイル１
２に給電する３つの枝を有する。各枝の両端はＤＣ源１
６の端子の一つに接続され、各枝は直列に接続した２つ
のスイッチを備えている。各スイッチは一方向にだけ電
気が流れる要素２４に並列である。スイッチは通常ＭＯ
Ｓトランジスタから成り、また、要素２４は固体ダイオ
ードから成る。
久磁石ロータ１０を有する従来型構造のアセンブリと、
ロータ位置センサ１８を有する３個のコイル（又は３セ
ットのコイル）１２を有するステータと、を備えてい
る。制御モジュールはＤＣ源１６からコイルに給電する
作用を行う。このモジュールはステータ上に直接据え付
けられていると有利である。モジュールは、各コイル１
２に給電する３つの枝を有する。各枝の両端はＤＣ源１
６の端子の一つに接続され、各枝は直列に接続した２つ
のスイッチを備えている。各スイッチは一方向にだけ電
気が流れる要素２４に並列である。スイッチは通常ＭＯ
Ｓトランジスタから成り、また、要素２４は固体ダイオ
ードから成る。
【０００９】図１で示したコイルは星形結線されてい
る。その各々は枝の一つの中間点から電力が供給されて
いる。三角結線も可能である。
る。その各々は枝の一つの中間点から電力が供給されて
いる。三角結線も可能である。
【００１０】示した回路はデジタル式で制御されてい
る。回路は、速度用の基準値を示す数値信号Ｖｃを受け
る一入力とロータの速度を表すデジタル信号Ｖｍを受け
る他の入力とを有する減算器２６を含んでいる。この信
号Ｖｍは特定のセンサによって供給することができる。
さらに、その信号は、出力信号を位置センサ１８から受
けるプロセッサ２８によって発せられる。
る。回路は、速度用の基準値を示す数値信号Ｖｃを受け
る一入力とロータの速度を表すデジタル信号Ｖｍを受け
る他の入力とを有する減算器２６を含んでいる。この信
号Ｖｍは特定のセンサによって供給することができる。
さらに、その信号は、出力信号を位置センサ１８から受
けるプロセッサ２８によって発せられる。
【００１１】プロセッサ２８は、各継続時間Ｔの連続す
る時間長の間、コイルに供給される周期的電圧パルスが
デューティレシオτ／ｔ（あるいは、ＰＷＭ）を表す出
力３０にデジタル信号を供給するように設計されてい
る。この信号は、減算器２６により供給される誤差信号
εｖをもとにして作られる。電源スイッチ２０及び２２
を制御する回路３２は、デューティレシオＰＭＷの値を
もとに、及び、ロータの位置を与えるセンサ１８が送る
信号をもとに、及び、周波数制御及び同期信号３４をも
とに、スイッチ閉信号を生成する。1分あたり数1000回
転を超えない最大速度を有する電子モータに対しては、
5kHzから20kHzのパルス周波数が通常よい結果を与え
る。
る時間長の間、コイルに供給される周期的電圧パルスが
デューティレシオτ／ｔ（あるいは、ＰＷＭ）を表す出
力３０にデジタル信号を供給するように設計されてい
る。この信号は、減算器２６により供給される誤差信号
εｖをもとにして作られる。電源スイッチ２０及び２２
を制御する回路３２は、デューティレシオＰＭＷの値を
もとに、及び、ロータの位置を与えるセンサ１８が送る
信号をもとに、及び、周波数制御及び同期信号３４をも
とに、スイッチ閉信号を生成する。1分あたり数1000回
転を超えない最大速度を有する電子モータに対しては、
5kHzから20kHzのパルス周波数が通常よい結果を与え
る。
【００１２】図２は、スイッチ２０及び２２が120°モ
ードで閉じている間の時間長Ｔの継続を示している。各
線は図１の対応するスイッチに与えられる基準に対応す
る基準を示している。図２の“120°”モードは高効率
を示すという利点がある。しかしながら、このモードで
の作動時のモータの速度／トルク特性は図４で示したよ
うな特性である。高いトルクは低速度でだけ得られる。
100％のデューティレシオが一度達成されると、トルク
のいかなる増加も電流の増加によって得ることができ、
電流は図４の曲線の右側の限界に対応して、巻線の定格
と同等な値に限定する必要がある。電流は帰地回路にお
けるレジスタ３８の端子間の電圧をもとに測定できる。
ードで閉じている間の時間長Ｔの継続を示している。各
線は図１の対応するスイッチに与えられる基準に対応す
る基準を示している。図２の“120°”モードは高効率
を示すという利点がある。しかしながら、このモードで
の作動時のモータの速度／トルク特性は図４で示したよ
うな特性である。高いトルクは低速度でだけ得られる。
100％のデューティレシオが一度達成されると、トルク
のいかなる増加も電流の増加によって得ることができ、
電流は図４の曲線の右側の限界に対応して、巻線の定格
と同等な値に限定する必要がある。電流は帰地回路にお
けるレジスタ３８の端子間の電圧をもとに測定できる。
【００１３】モータの180°モードは、図３で示したタ
イミング構成でスイッチを閉じる。図５の曲線４０は、
このモードでの作動特性の例を与える。以下に説明する
ように、使用するサーボ制御は比例−積分型である。従
って、デューティレシオ（ＰＭＷ）の異なる値に対応す
る図５における点線で表したような特性群が存在する。
イミング構成でスイッチを閉じる。図５の曲線４０は、
このモードでの作動特性の例を与える。以下に説明する
ように、使用するサーボ制御は比例−積分型である。従
って、デューティレシオ（ＰＭＷ）の異なる値に対応す
る図５における点線で表したような特性群が存在する。
【００１４】本発明の特別の実施形態では、プロセッサ
２８は作動を120°で開始させかつ120°から180°にわ
たって制御回路３２を変化するように設計されている。
そして、図６で符号４２で示したような特性を得ること
が可能である。
２８は作動を120°で開始させかつ120°から180°にわ
たって制御回路３２を変化するように設計されている。
そして、図６で符号４２で示したような特性を得ること
が可能である。
【００１５】一方のモードから他方のモードへの移行が
滑らかに行われるためには、制御回路を、120°モード
の初期特性からトルクの同じ値に近い180°モードの特
性へスイッチさせることが適切である。これは、デュー
ティレシオ（又はＰＭＷ）を例えば、格納された対応テ
ーブルにおいて検索することによって変化する必要があ
ることを意味している。比例−積分型制御によれば、こ
の結果は、メモリ４４に格納した検索テーブルをもとに
するのと同様に、速度の関数として積分項を変化するこ
とによって得ることができ、又は寄与し得る。
滑らかに行われるためには、制御回路を、120°モード
の初期特性からトルクの同じ値に近い180°モードの特
性へスイッチさせることが適切である。これは、デュー
ティレシオ（又はＰＭＷ）を例えば、格納された対応テ
ーブルにおいて検索することによって変化する必要があ
ることを意味している。比例−積分型制御によれば、こ
の結果は、メモリ４４に格納した検索テーブルをもとに
するのと同様に、速度の関数として積分項を変化するこ
とによって得ることができ、又は寄与し得る。
【００１６】デジタルサンプルｎに対する速度誤差をε
ｎと書くならば、以下の形を有する積分項int(n)を用い
ることも可能である： int(n)＝int(n-1)＋εｎ.ｋi ここで、ｋiは積分項の係数である。
ｎと書くならば、以下の形を有する積分項int(n)を用い
ることも可能である： int(n)＝int(n-1)＋εｎ.ｋi ここで、ｋiは積分項の係数である。
【００１７】デューティレシオＰＷＭ(n)は以下の式に
よって与えられる： PMW(n)＝Ｋｐ.εｎ＋int(n)
よって与えられる： PMW(n)＝Ｋｐ.εｎ＋int(n)
【００１８】180°モードに切換するとき、上記数式が
与える項int(n+1)は、メモリに格納された速度とＰＭＷ
との関数である他の項int(n+1)によって置換される。
与える項int(n+1)は、メモリに格納された速度とＰＭＷ
との関数である他の項int(n+1)によって置換される。
【００１９】移行を容易にするために、180°モードへ
の切換は、単に切換を遅延することによって時間長Ｔに
おいて上昇局面又は下降局面で起きると好都合である。
の切換は、単に切換を遅延することによって時間長Ｔに
おいて上昇局面又は下降局面で起きると好都合である。
【００２０】プロセッサ２８は、乱調すなわち２つのモ
ード間での高速交替のいかなる危険も回避するように選
択された新しいデューティレシオ値で、制御回路を120
°に戻すように設計されている；デューティレシオ（あ
るいはＰＭＷ）は、切換中に、メモリ４４のテーブルを
用いて再度修正される。
ード間での高速交替のいかなる危険も回避するように選
択された新しいデューティレシオ値で、制御回路を120
°に戻すように設計されている；デューティレシオ（あ
るいはＰＭＷ）は、切換中に、メモリ４４のテーブルを
用いて再度修正される。
【００２１】計算及び制御関数の全ては、モータの場合
に容易に組み込むまれるものであって、非常に簡単なタ
イプのマイクロコントローラによって容易に組み込むこ
とができる。
に容易に組み込むまれるものであって、非常に簡単なタ
イプのマイクロコントローラによって容易に組み込むこ
とができる。
【図１】 本発明のモータの回路図である。
【図２】 120°モードの様々な相の供給時間長を示す
タイミング図である。
タイミング図である。
【図３】 180°モードの様々な相の供給時間長を示す
タイミング図である。
タイミング図である。
【図４】 120°モードにおけるトルク／電圧特性を示
す図である。
す図である。
【図５】 180°モードにおけるトルク／電圧特性を示
す図である。
す図である。
【図６】 一方のモードから他方のモードへ変化した
効果を示した図である。
効果を示した図である。
１８ ロータ位置センサ ２８ プロセッサ ３２ 制御回路 ４４ 格納されたテーブル Ｖｃ 速度基準信号
Claims (6)
- 【請求項１】 構成要素の一つが三相の巻線で成るコ
イルと、ロータ位置センサ（１８）と速度基準信号（Ｖ
ｃ）とに結合された入力を有しかつプロセッサ（２８）
の制御下でＤＣ源（３２）から位相を進める電源回路を
含む電子制御モジュールとを有するステータ−ロータア
センブリを備えた電子励起式モータであって、前記プロ
セッサが、 −様々な相が電流パルスで供給される時間長の間に時間
オーバーラップすることがない第１モードと、２つのコ
イルへ供給される出力が33％だけオーバーラップする第
２モードとにおいて速度を制御するために可変のデュー
ティレシオで位相を進め、かつ、 −デューティレシオが70％から100％の範囲の所定の値
に達するときに第１モードから第２モードへ切換を生じ
させ、かつ、デューティレシオが他の所定の値以下に落
ちたときには第２モードから第１モードへ切換を生じさ
せるように設計された電子励起式モータ。 - 【請求項２】 プロセッサが、第１モードから第２モ
ードへの切換及び第２モードから第１モードへの切換の
際に、格納されたテーブル（４４）を用いて電圧パルス
のデューティレシオを変更するように構成されているこ
とを特徴とする請求項１に記載の電子励起式モータ。 - 【請求項３】 プロセッサが比例積分型制御を実施す
るように構成され、かつ、積分項が切換中に変更される
ことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記
載の電子励起式モータ。 - 【請求項４】 プロセッサが、次の数式： int(n)＝int(n-1)＋εｎ.ｋi のサンプルｎに対する積分項int(n)を用いて制御を実施
し（ここでｋiは積分項の係数）、デューティレシオPMW
(n)は次の式： PMW(n)＝Ｋｐ.εｎ＋int(n) によって与えられ、かつ、プロセッサが、切換の際に、
項int(n+1)をメモリ（４４）に格納された速度とPMWと
の関数である他の項int(n+1)によって置換されるように
構成されていることを特徴とする請求項３に記載の電子
励起式モータ。 - 【請求項５】 プロセッサが、時間長（Ｔ）の上昇局
面又は下降局面において一のモードから他のモードへ切
り替えるように構成されていることを特徴とする請求項
１から請求項４のいずれか一項に記載の電子励起式モー
タ。 - 【請求項６】 プロセッサ（２８）が、120°モードで
最初に作動を生じさせ、かつ、デューティレシオが所定
値に達したときに制御回路（３２）に120°モードから1
80°モードへの切換を生じさせることを特徴とする請求
項１から請求項５のいずれか一項に記載の電子励起式モ
ータ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0000589 | 2000-01-18 | ||
| FR0000589A FR2803958B1 (fr) | 2000-01-18 | 2000-01-18 | Moteur a commutation electronique |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2011082833A Division JP2011135775A (ja) | 2000-01-18 | 2011-04-04 | 電子励起式モータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001224196A true JP2001224196A (ja) | 2001-08-17 |
Family
ID=8846016
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001009433A Pending JP2001224196A (ja) | 2000-01-18 | 2001-01-17 | 電子励起式モータ |
| JP2011082833A Pending JP2011135775A (ja) | 2000-01-18 | 2011-04-04 | 電子励起式モータ |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2011082833A Pending JP2011135775A (ja) | 2000-01-18 | 2011-04-04 | 電子励起式モータ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6388405B2 (ja) |
| EP (1) | EP1119097B1 (ja) |
| JP (2) | JP2001224196A (ja) |
| FR (1) | FR2803958B1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| JP2011135775A (ja) * | 2000-01-18 | 2011-07-07 | Johnson Controls Automotive Electronics | 電子励起式モータ |
| JP2017184291A (ja) * | 2016-03-28 | 2017-10-05 | ミネベアミツミ株式会社 | モータ駆動制御装置 |
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|---|---|---|---|---|
| SE519954C2 (sv) * | 2000-08-09 | 2003-04-29 | Elster Messtechnik Gmbh | Anordning och förfarande för beröringsfri avkänning av en rotors rotationstillstånd |
| US6765052B2 (en) * | 2001-11-13 | 2004-07-20 | Mitsubishi Chemical Corporation | Olefin type thermoplastic elastomer |
| US7942727B2 (en) * | 2002-08-08 | 2011-05-17 | Bona AB | Floor edger |
| US6895176B2 (en) * | 2002-09-12 | 2005-05-17 | General Electric Company | Method and apparatus for controlling electronically commutated motor operating characteristics |
| JP3895662B2 (ja) * | 2002-10-24 | 2007-03-22 | 本田技研工業株式会社 | 操舵装置 |
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