JP2515095B2 - Brushless motor - Google Patents

Brushless motor

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JP2515095B2
JP2515095B2 JP60183467A JP18346785A JP2515095B2 JP 2515095 B2 JP2515095 B2 JP 2515095B2 JP 60183467 A JP60183467 A JP 60183467A JP 18346785 A JP18346785 A JP 18346785A JP 2515095 B2 JP2515095 B2 JP 2515095B2
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康己 川端
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/08Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、回転制御の内容を簡単にして、高速制御、
精密制御を可能にしたブラシレスモータに関するもので
ある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of application] The present invention simplifies the contents of rotation control to realize high-speed control,
The present invention relates to a brushless motor that enables precise control.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

一般に、永久磁石をロータに、励磁コイルをステータ
に、それぞれ配設したブラシレスモータにおいては、モ
ータの回転制御を回転磁界制御によって行っている。回
転磁界制御を行うためには、ロータの回転位置を検出し
て、その位置に同期させて励磁コイルに流す電流の位相
を制御する必要がある。
Generally, in a brushless motor in which a permanent magnet is provided in a rotor and an exciting coil is provided in a stator, rotation control of the motor is performed by rotating magnetic field control. In order to perform the rotating magnetic field control, it is necessary to detect the rotational position of the rotor and control the phase of the current flowing through the exciting coil in synchronization with the rotational position.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

しかし、位相制御は複雑で、高速制御、精密制御に限
界があり、コストも高い問題がある。
However, phase control is complicated, there is a limit to high-speed control and precision control, and there is a problem that the cost is high.

従って、本発明の目的は、ブラシレスモータの制御内
容を簡単にして、高速制御、精密制御を可能にすること
にある。
Therefore, an object of the present invention is to simplify the control contents of the brushless motor and enable high-speed control and precision control.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

そこで本発明は、上述の如きブラシレスモータにおけ
る励磁コイルの電流制御を、永久磁石と対向する励磁コ
イルの通電方向を反転させることによって達成すること
を特徴とする。
Therefore, the present invention is characterized in that the current control of the exciting coil in the brushless motor as described above is achieved by reversing the energizing direction of the exciting coil facing the permanent magnet.

具体的には、本発明のブラシレスモータは、永久磁石
をロータに、励磁コイルをステータに、それぞれ配設し
たものであり、電源と励磁コイルとの間に励磁コイルの
通電方向を反転させる通電方向切換手段を接続する。
Specifically, the brushless motor of the present invention is one in which a permanent magnet is provided in a rotor and an exciting coil is provided in a stator, and the energizing direction that reverses the energizing direction of the exciting coil between the power supply and the exciting coil. Connect the switching means.

また、互いに直列に接続された複数の励磁コイルを同
一相とし各相ごとにおける少なくともいずれか一つの励
磁コイルに検出コイルを重ね巻きし、それらの検出コイ
ルに、ロータの回転に伴う永久磁石の磁束の変化によっ
て起電力を順次発生させる。
In addition, a plurality of exciting coils connected in series with each other are used as the same phase, and the detecting coil is wound around at least one exciting coil in each phase, and the magnetic flux of the permanent magnet accompanying the rotation of the rotor is wound around these detecting coils. The electromotive force is sequentially generated by the change of.

そして、検出コイルからの起電力を受けて、永久磁石
が励磁コイルと対向する位置にあることを検出し、励磁
コイルの通電方向を反転させるように、通電方向切換手
段を作動させる切換作動手段を備える。
Then, in response to the electromotive force from the detection coil, it is detected that the permanent magnet is at a position facing the exciting coil, and the switching actuating means for actuating the energizing direction switching means is operated so as to reverse the energizing direction of the exciting coil. Prepare

〔作用〕[Action]

その結果、ロータの回転に伴って、一つの永久磁石が
一つの励磁コイルに対向する位置に達すると、検出コイ
ルおよび切換作動手段によってそれが検出され、励磁コ
イルの通電方向が反転させられる。この通電方向の反転
によって、その励磁コイル上を通過した永久磁石に対し
て引き続いて回転方向のトルクが加えられる。次に、別
の永久磁石がその励磁コイルに対向する位置に達する
と、同様にして再度励磁コイルの通電方向が反転させら
れる。このようにして、永久磁石に連続して回転トルク
が加えられ、ロータが回転される。そして励磁コイルに
対する通電方向が上記のように反転させられることによ
り、永久磁石には回転方向への吸引力と反発力とが常時
作用することになり、したがって回転トルクが大きくな
る。
As a result, when one permanent magnet reaches a position facing one exciting coil as the rotor rotates, it is detected by the detecting coil and the switching operation means, and the energizing direction of the exciting coil is reversed. Due to the reversal of the energizing direction, torque in the rotating direction is continuously applied to the permanent magnet that has passed over the exciting coil. Next, when another permanent magnet reaches a position facing the exciting coil, the energizing direction of the exciting coil is similarly reversed again. In this way, the rotating torque is continuously applied to the permanent magnets to rotate the rotor. By reversing the energizing direction to the exciting coil as described above, the permanent magnet is always attracted and repelled in the rotating direction, and thus the rotating torque is increased.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例を図面によって説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第2図〜第4図は、本発明の一実施例を示し、第2図
は部分断面正面図、第3図は第2図のIIIA−IIIA線断
面、IIIB−IIIB線断面を同時に示す断面図、第4図はス
テータのケースの底面図である。
2 to 4 show an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a partial sectional front view, and FIG. 3 is a sectional view showing the IIIA-IIIA line sectional view and the IIIB-IIIB line sectional section of FIG. 2 at the same time. 4 and 5 are bottom views of the stator case.

各図中、10はロータ、20はステータであり、11は永久
磁石、21は励磁コイルである。永久磁石11は、複数個、
この場合、16個が回転軸12のまわりに円環状に配設さ
れ、各永久磁石11は、その磁極方向が互いに平行となる
ように並べられている。勿論、各永久磁石11の磁極は、
隣り合う永久磁石11同士で互いに逆向きとなるようにさ
れている。
In each figure, 10 is a rotor, 20 is a stator, 11 is a permanent magnet, and 21 is an exciting coil. A plurality of permanent magnets 11,
In this case, 16 pieces are arranged in an annular shape around the rotary shaft 12, and the permanent magnets 11 are arranged so that their magnetic pole directions are parallel to each other. Of course, the magnetic poles of each permanent magnet 11 are
Adjacent permanent magnets 11 are arranged in opposite directions.

このように並べられた永久磁石11を一組として複数
組、この場合、3組が回転軸12のまわりに固定されてロ
ータ10が構成されており、各々円環状に並べられた永久
磁石組は、固定金具14によって回転軸12上に固定されて
いる。このとき、回転軸12と各固定金具14とは、スプラ
イン嵌合13され、固定金具14と永久磁石11との間は、接
着剤によって固着されている。
A plurality of pairs of permanent magnets 11 arranged in this manner are set, and in this case, three pairs are fixed around the rotary shaft 12 to form the rotor 10, and the permanent magnet pairs arranged in an annular shape are , Is fixed on the rotating shaft 12 by a fixing bracket 14. At this time, the rotary shaft 12 and each fixing member 14 are spline-fitted 13, and the fixing member 14 and the permanent magnet 11 are fixed to each other with an adhesive.

円環状に並べられた永久磁石11の側方には、やはり複
数個、この場合12個の励磁コイル21が円環状に並べられ
ており、各励磁コイル21は、各永久磁石11の磁束と鎖交
するように配設されている。このように永久磁石11の側
方に配設された励磁コイル組は、永久磁石11の一方側に
のみ配設すれば良いが、両側に配設されていても良く、
この実施例の場合は、第2図から明らかなように、3組
の円環状の永久磁石組のうち、真中のものには、その両
側に励磁コイル組が配設されている。
A plurality of, in this case, 12 exciting coils 21 are arranged in an annular shape on the side of the permanent magnets 11 arranged in an annular shape, and each exciting coil 21 has a magnetic flux and a chain of each permanent magnet 11. It is arranged to intersect. In this way, the exciting coil set disposed on the side of the permanent magnet 11 may be disposed on only one side of the permanent magnet 11, but may be disposed on both sides.
In the case of this embodiment, as is clear from FIG. 2, of the three annular permanent magnet sets, the middle one is provided with exciting coil sets on both sides thereof.

各励磁コイル21には、その中心にそれぞれ鉄心22が設
けられており、第2図から明らかなように、各鉄心22
は、円環状に並べられた永久磁石11の外周側を通って永
久磁石11の反対側まで延設されている。ただし、この実
施例の場合、4組の励磁コイル組の各励磁コイル21は、
回転軸12の方向に一列に並んでおり、それらの鉄心22は
互いに一体化されている。その鉄心22は、積層鉄板によ
って構成されており、ステータ20のケース24の底面に第
4図の如く形成された溝23にその一端側が嵌め込まれ、
他端側がスペーサ29を介してカバー25によって圧接され
ている。また、各鉄心22間には、第3図から明らかなよ
うに、スペーサ26が介挿されており、スペーサ26のうち
幾つかは、ピン27によってケース24に固定されている。
つまり、回転軸12の回転方向に対してまわり止めが施さ
れている。なお、第2図中、15はベアリングであり、ケ
ース24に対して回転軸12を回転自在に支持している。ま
た、16はシールであり、モータ内に水、ほこり等が侵入
しないようにしている。
An iron core 22 is provided at the center of each exciting coil 21, and as is clear from FIG.
Is extended to the opposite side of the permanent magnet 11 through the outer peripheral side of the permanent magnets 11 arranged in an annular shape. However, in the case of this embodiment, each exciting coil 21 of the four exciting coil groups is
The iron cores 22 are arranged in a line in the direction of the rotating shaft 12, and their cores 22 are integrated with each other. The iron core 22 is made of a laminated iron plate, and one end of the iron core 22 is fitted into a groove 23 formed on the bottom surface of the case 24 of the stator 20 as shown in FIG.
The other end is pressed by the cover 25 via the spacer 29. Further, as is apparent from FIG. 3, spacers 26 are interposed between the iron cores 22, and some of the spacers 26 are fixed to the case 24 by pins 27.
That is, a rotation stopper is provided in the rotation direction of the rotating shaft 12. In FIG. 2, reference numeral 15 denotes a bearing, which rotatably supports the rotary shaft 12 with respect to the case 24. Further, 16 is a seal to prevent water, dust, etc. from entering the motor.

円環状に並べられた励磁コイル21は、隣り合う三つが
一セットとされ、全周で4セットとされており、各セッ
ト間で対応する位置すなわち同相の位置にある励磁コイ
ル21は、全て直列接続され、電気的に同一に制御される
同相のコイルとなっている。さらに、一体化された鉄心
22に巻かれている励磁コイル21も、全て直列接続されて
いる。従って、励磁コイル21は、4×4で16個づつが直
列接続されていることになる。
The excitation coils 21 arranged in an annular shape have three adjacent sets as one set, and there are four sets around the entire circumference. The excitation coils 21 at corresponding positions between the sets, that is, in-phase positions are all in series. The coils are in-phase, which are connected to each other and electrically controlled to be the same. Furthermore, an integrated iron core
The exciting coil 21 wound around 22 is also connected in series. Therefore, the exciting coils 21 are 4 × 4 and 16 pieces are connected in series.

このように、励磁コイル21が一セットで3個であるの
に対して、永久磁石11は、対応する範囲内に4個設けら
れている。すなわち、一セット内で永久磁石11の個数が
励磁コイル21の個数より1個多くされている。
As described above, the number of the exciting coils 21 is three in one set, whereas the number of the permanent magnets 11 is four in the corresponding range. That is, the number of permanent magnets 11 is one more than the number of exciting coils 21 in one set.

第6図〜第8図は、一つの鉄心22およびそこに巻かれ
た励磁コイル21を拡大して示している。また、第5図
は、励磁コイル21が通電されたとき鉄心22の磁化の様子
を示している。このように鉄心22によって形成される磁
路の中に永久磁石11が挟まれた形となっているため、第
5図の位置に永久磁石11があるとき、励磁コイル21によ
って発生される磁力線は、第5図の一点鎖線の如く通
り、励磁コイル21と永久磁石11との間に矢印Fで示すよ
うに、リラクタンストルクを発生する。
6 to 8 show one iron core 22 and the exciting coil 21 wound around it in an enlarged manner. Further, FIG. 5 shows a state of magnetization of the iron core 22 when the exciting coil 21 is energized. Since the permanent magnet 11 is sandwiched in the magnetic path formed by the iron core 22 as described above, when the permanent magnet 11 is located at the position shown in FIG. , A reluctance torque is generated between the exciting coil 21 and the permanent magnet 11 as indicated by an arrow F, as indicated by the alternate long and short dash line in FIG.

第9図は、一セットを成すA〜Cの三つの励磁コイル
21とロータ10の永久磁石11との位置関係を平面上で示す
とともに、ロータ10の回転に伴って励磁コイル21の通電
方向、つまり、極性が切り換えられる様子を時間の経過
と共に示している。
FIG. 9 shows three exciting coils A to C forming a set.
The positional relationship between 21 and the permanent magnet 11 of the rotor 10 is shown on a plane, and the energization direction of the exciting coil 21, that is, the manner in which the polarity is switched with the rotation of the rotor 10, is shown over time.

まず、(イ)で示すt0のタイミングでは、励磁コイル
21のA〜Cは、(ロ)で示すように、永久磁石11側の磁
極が順次N、N、Sとなっており、これに対して、ロー
タ10の永久磁石11が図のように位置しているため、ロー
タ10には、矢印で示すように、図の下方向にトルクが発
生する。次にt1のタイミングでは、Bの励磁コイル21の
通電方向が反転させられて極性が切り換えられ、永久磁
石11側が順次N、S、Sとされる。すなわち、励磁コイ
ル21と永久磁石11とが一対一で対向する位置となったと
きに、励磁コイル21の極性が切り換えられる。このよう
に、励磁コイル21と永久磁石11とが対向しているときに
は、その励磁コイル21と永久磁石11との間には、トルク
が発生しないが、上述のように励磁コイル21の個数に対
して永久磁石11の個数が多くされているため、一組の励
磁コイル21と永久磁石11とが対向していても、他の励磁
コイル21と永久磁石11とは対向せず、トルクを発生して
いる。
First, at the timing of t 0 shown in (a), the exciting coil
21A to 21C, the magnetic poles on the permanent magnet 11 side are sequentially N, N, and S as shown in (B), while the permanent magnet 11 of the rotor 10 is positioned as shown in the figure. Therefore, torque is generated in the rotor 10 in the downward direction of the figure as indicated by the arrow. Next, at the timing of t 1 , the energizing direction of the B exciting coil 21 is reversed to switch the polarity, and the permanent magnet 11 side is sequentially set to N, S, S. That is, when the exciting coil 21 and the permanent magnet 11 are in a one-to-one opposite position, the polarity of the exciting coil 21 is switched. In this way, when the exciting coil 21 and the permanent magnet 11 are opposed to each other, no torque is generated between the exciting coil 21 and the permanent magnet 11, but as described above, the number of the exciting coils 21 is different from that of the exciting coil 21. Since the number of permanent magnets 11 is increased, even if one set of exciting coils 21 and permanent magnets 11 face each other, other exciting coils 21 and permanent magnets 11 do not face each other and torque is generated. ing.

第9図において(ハ)は、励磁コイル21の通電方向を
示しており、t1のタイミングでBの励磁コイル21の通電
方向が反転させられる。以後同様にt3、t5、t7、t9、t
11のタイミングで励磁コイル21と永久磁石11とが一対一
で対向したとき、励磁コイル21の極性が反転させられ
る。そして、t13のタイミングで再びBの励磁コイル21
の極性が切り換えられ、一サイクルの動作を完了し、以
後、この動作が繰り返されて、ロータ10は回転される。
In FIG. 9, (c) shows the energizing direction of the exciting coil 21, and the energizing direction of the B exciting coil 21 is reversed at the timing of t 1 . After that, similarly t 3 , t 5 , t 7 , t 9 , t
When the exciting coil 21 and the permanent magnet 11 face each other at the timing of 11 , the polarity of the exciting coil 21 is reversed. Then, at the timing of t 13 , the exciting coil 21 of B is again turned on.
The polarity is switched to complete one cycle of operation, and thereafter, this operation is repeated and the rotor 10 is rotated.

このように励磁コイル21は、一つの永久磁石11と一対
一で対向したとき極性の切換が行われるが、このため、
励磁コイル21が一つの永久磁石11と一対一で対向した状
態を検出するべく、第7図および第8図に良く示されて
いるように、励磁コイル21には、検出コイル28が重ね巻
きされている。ただし、励磁コイル21と永久磁石11との
位置関係は各セット間では、全て同一であるため、検出
コイル28は、一つのセットの励磁コイル21にのみ設けら
れている。また、一つの鉄心22に巻かれた励磁コイル21
が複数個あっても、同様の理由で一つの励磁コイル21に
のみ検出コイル28を設ければ良いが、第7図の場合で
は、一つの鉄心22に巻かれた励磁コイル21の全てに検出
コイル28を設け、これら検出コイル28は全て直列接続さ
れている。
In this way, the exciting coil 21 switches the polarity when facing one permanent magnet 11 in a one-to-one relationship.
In order to detect the state in which the exciting coil 21 faces one permanent magnet 11 in a one-to-one manner, the detecting coil 28 is wound around the exciting coil 21 as shown in FIGS. ing. However, since the positional relationship between the exciting coil 21 and the permanent magnet 11 is the same in each set, the detection coil 28 is provided only in the exciting coil 21 of one set. In addition, the exciting coil 21 wound around one iron core 22
Even if there are plural excitation coils, it is sufficient to provide the detection coil 28 only for one excitation coil 21 for the same reason, but in the case of FIG. 7, detection is made for all excitation coils 21 wound on one iron core 22. A coil 28 is provided, and these detection coils 28 are all connected in series.

検出コイル28は、永久磁石11の磁界の影響を受けて、
起電力を発生し、その信号波形は、第9図(ニ)に示す
如くとなる。すなわち、励磁コイル21と永久磁石11とが
一対一で対向する位置で起電力の方向が切り換わる交流
信号を発生する。検出コイル28からの信号は、波形整形
されて矩形波とされ、さらに、微分回路によって信号の
変化分のみが取り出される。この微分信号は、第9図
(ホ)に示されており、この微分信号をトリガとして励
磁コイル21の極性切換が行われる。
The detection coil 28 is affected by the magnetic field of the permanent magnet 11,
An electromotive force is generated, and the signal waveform thereof is as shown in FIG. That is, an alternating current signal that switches the direction of the electromotive force is generated at a position where the exciting coil 21 and the permanent magnet 11 face each other one-on-one. The signal from the detection coil 28 is shaped into a rectangular wave by waveform shaping, and only the change of the signal is extracted by the differentiating circuit. This differential signal is shown in FIG. 9 (e), and the polarity of the exciting coil 21 is switched using this differential signal as a trigger.

以上は、一セット中の励磁コイル21の数が3個の場合
について説明したが、励磁コイル21の数は2以上の任意
の数とすることができ、第10図(イ)〜(ニ)は、励磁
コイル21の数を2〜N個とした場合について互いに比較
して示してある。この第10図(イ)〜(ニ)から明らか
なように、一セット中の励磁コイル21の数Nに対して永
久磁石11の数をN+1とすることによってロータ10の回
転中、ロータの回転角にかかわらず、常時励磁コイル21
と永久磁石11との間にトルクを発生させることができ
る。また、励磁コイル21の極性を切り換えるための通電
方向の切換は、(1/2N)×(2/N+1)×(2π/m)
〔ただし、Nは励磁コイル21の極数、mはセット数〕毎
に行われる。
In the above, the case where the number of the exciting coils 21 in one set is three has been described, but the number of the exciting coils 21 can be an arbitrary number of 2 or more, and FIGS. Are shown in comparison with each other when the number of exciting coils 21 is 2 to N. As is apparent from FIGS. 10 (a) to 10 (d), the number of permanent magnets 11 is N + 1 with respect to the number N of exciting coils 21 in one set, so that the rotor rotates during the rotation of the rotor 10. Exciting coil 21 regardless of angle
A torque can be generated between the magnet and the permanent magnet 11. Further, the switching of the energizing direction for switching the polarity of the exciting coil 21 is (1 / 2N) × (2 / N + 1) × (2π / m)
[However, N is the number of poles of the exciting coil 21 and m is the number of sets].

第1図は、励磁コイル21の通電を制御する回路を示し
ており、各検出コイル28からの起電力は、波形処理回路
56において波形整形されて微分され、微分信号がプリド
ライブ回路30およびマイクロコンピュータ51に送り込ま
れる。プリドライブ回路30は、その微分信号を受けてド
ライブ回路40を作動させる信号を形成し、ドライブ回路
40は、各励磁コイル21の通電を制御する。また、マイク
ロコンピュータ51は、波形処理回路56からの微分信号に
よってロータ10の回転速度および回転位置を検出する。
一方、マイクロコンピュータ51は、速度指令52、位置指
令53、トルク指令54も受けており、微分信号によって検
出される速度が速度指令52による速度と一致するよう
に、また、位置指令53によって決められた位置でロータ
10の回転が停止するように、プリドライブ回路30に信号
を送り込んでいる。ここで、ドライブ回路40が本発明に
おける通電方向切換手段に相当し、プリドライブ回路3
0、マイクロコンピュータ51および波形処理回路56によ
って本発明における切換作動手段70が構成されている。
FIG. 1 shows a circuit for controlling the energization of the exciting coil 21, and the electromotive force from each detecting coil 28 is a waveform processing circuit.
In 56, the waveform is shaped and differentiated, and the differentiated signal is sent to the predrive circuit 30 and the microcomputer 51. The pre-drive circuit 30 receives the differentiated signal and forms a signal for operating the drive circuit 40.
40 controls the energization of each exciting coil 21. Further, the microcomputer 51 detects the rotation speed and the rotation position of the rotor 10 based on the differential signal from the waveform processing circuit 56.
On the other hand, the microcomputer 51 also receives the speed command 52, the position command 53, and the torque command 54, and the speed command 52 determines that the speed detected by the differential signal matches the speed according to the speed command 52. Rotor in the open position
A signal is sent to the pre-drive circuit 30 so that the rotation of 10 is stopped. Here, the drive circuit 40 corresponds to the energization direction switching means in the present invention, and the pre-drive circuit 3
The 0, the microcomputer 51 and the waveform processing circuit 56 constitute the switching operation means 70 in the present invention.

第11図は、プリドライブ回路30の詳細を示しており、
この図から明らかなように、プリドライブ回路30は、波
形処理回路56からの微分信号を受けてその度に反転動作
するT型フリップフロップ31〜33と、そのフリップフロ
ップ31〜33の出力によってマイクロコンピュータ51から
の信号を選択してドライブ回路40へ送る六つのアンドゲ
ート34〜39とから成る。例えば、フリップフロップ31の
T端子に波形処理回路56から微分信号を受けると、フリ
ップフロップ31は反転動作され、開かれるアンドゲート
を34から35または35から34に切り換える。
FIG. 11 shows the details of the pre-drive circuit 30,
As is clear from this figure, the pre-drive circuit 30 receives the differential signal from the waveform processing circuit 56 and inverts the T-type flip-flops 31 to 33 each time, and the outputs of the flip-flops 31 to 33 are used to perform It consists of six AND gates 34 to 39 which select signals from the computer 51 and send them to the drive circuit 40. For example, when the T terminal of the flip-flop 31 receives a differential signal from the waveform processing circuit 56, the flip-flop 31 is inverted and switches the opened AND gate from 34 to 35 or from 35 to 34.

第12図には、ドライブ回路40の詳細が示されており、
このドライブ回路40は、複数個のトランジスタの導通、
非導通の組合せによって3回路とされた励磁コイル21の
通電を制御するようにされている。すなわち、アンドゲ
ート34が開かれてアンドゲート35が閉じられているとき
には、マイクロコンピュータ51からのデューティ比信号
がドライブ回路40のトランジスタ41、42のベースに印加
され、デューティ比信号のデューティ比でトランジスタ
41、42が導通されて、Aの励磁コイル21を通電し、ま
た、アンドゲート34が閉じられ、アンドゲート35が開か
れているときには、マイクロコンピュータ51からのデュ
ーティ比信号がトランジスタ43、44のベースに印加さ
れ、トランジスタ43、44がデューティ比信号のデューテ
ィ比で導通され、Aの励磁コイル21をそれまでとは逆方
向に通電する。つまり、フリップフロップ31が反転動作
されてアンドゲート34、35の開閉が切り換えられること
によって、Aの励磁コイル21の通電方向が反転させら
れ、励磁コイル21の極性が切り換えられる。Bの励磁コ
イル21、Cの励磁コイル21についても、同様にフリップ
フロップ32、33を反転動作させることによって、その通
電方向が切り換えられ、極性が切り換えられる。
FIG. 12 shows details of the drive circuit 40,
The drive circuit 40 has a plurality of transistors that conduct,
The non-conducting combination controls the energization of the exciting coil 21 having three circuits. That is, when the AND gate 34 is opened and the AND gate 35 is closed, the duty ratio signal from the microcomputer 51 is applied to the bases of the transistors 41 and 42 of the drive circuit 40, and the transistor is used at the duty ratio of the duty ratio signal.
When 41 and 42 are conducted, the exciting coil 21 of A is energized, and when the AND gate 34 is closed and the AND gate 35 is opened, the duty ratio signal from the microcomputer 51 is applied to the transistors 43 and 44. When applied to the base, the transistors 43 and 44 are turned on at the duty ratio of the duty ratio signal, and the exciting coil 21 of A is energized in the opposite direction. In other words, the flip-flop 31 is inverted so that the AND gates 34 and 35 are opened and closed, whereby the energizing direction of the exciting coil 21 of A is reversed and the polarity of the exciting coil 21 is switched. Similarly, the energizing directions of the B exciting coil 21 and the C exciting coil 21 are switched by reversing the flip-flops 32 and 33 to switch the polarity.

第13図および第14図は、マイクロコンピュータ51を動
作させるプログラムのうち、主要部分をフローチャート
によって示すものである。第13図のプログラムは、励磁
コイル21の通電電流のデューティ比を制御するもので、
100ミリ秒毎に起動される時間割り込み処理ルーチンで
ある。
13 and 14 are flowcharts showing the main parts of the program for operating the microcomputer 51. The program of FIG. 13 controls the duty ratio of the energizing current of the exciting coil 21,
This is a time interrupt processing routine that is activated every 100 milliseconds.

まず、ステップ101では、トルク指令54に応じて励磁
コイル21の通電電流のデューティ比DUTYが求められる。
これは、演算によって求めても良いし、予めメモリに格
納されたデータを読み出すことによって求めても良い
が、トルク指令54による指令トルクTcに対して第15図の
如く求められる。
First, in step 101, the duty ratio DUTY of the energizing current of the exciting coil 21 is obtained according to the torque command 54.
This may be obtained by calculation or may be obtained by reading the data stored in the memory in advance, but is obtained as shown in FIG. 15 with respect to the command torque Tc by the torque command 54.

次に、ステップ102では、速度指令52による指令速度N
cと現在の速度Nとの差ΔNが求められる。現在の速度
Nは、図示してないプログラムによって、波形処理回路
56からの微分信号が発生される間隔を測ることによって
求められる。第17図には、指令速度Ncに対する速度Nの
変化の様子の一例が示されている。次のステップ103で
は、速度差ΔNに基づいてデューティ比の補正量ΔDUTY
が求められる。この補正量ΔDUTYも、上述のステップ10
1と同様、演算によって求めても良いし、予めメモリに
格納されたデータを読み出すことによって求めても良い
が、速度差ΔNに対して、第16図の如く求められる。ス
テップ104では、ステップ101で求められたデューティ比
DUTYとステップ103で求められた補正量ΔDUTYとを加算
して最終的なデューティ比DUTYが求められる。このよう
にして、第13図のプログラムでは、速度指令52による速
度Ncを維持するように励磁コイル21への通電電流のデュ
ーティ比DUTYが制御される。
Next, at step 102, the command speed N by the speed command 52
The difference ΔN between c and the current speed N is determined. The current speed N is set by the waveform processing circuit by a program (not shown).
It is determined by measuring the interval at which the differential signal from 56 is generated. FIG. 17 shows an example of how the speed N changes with respect to the commanded speed Nc. In the next step 103, the duty ratio correction amount ΔDUTY is calculated based on the speed difference ΔN.
Is required. This correction amount ΔDUTY is also calculated in step 10 above.
As in the case of 1, it may be obtained by calculation or may be obtained by reading the data stored in the memory in advance, but it is obtained as shown in FIG. 16 for the speed difference ΔN. In step 104, the duty ratio calculated in step 101
The final duty ratio DUTY is obtained by adding the DUTY and the correction amount ΔDUTY obtained in step 103. In this way, in the program of FIG. 13, the duty ratio DUTY of the current supplied to the exciting coil 21 is controlled so as to maintain the speed Nc according to the speed command 52.

第13図のプログラムが100ミリ秒毎に起動されるた
め、ステップ104によって求められるデューティ比DUTY
の値をそのままプリセッタブルダウンカウンタ(図示せ
ず)にプリセットし、このダウンカウンタを1ミリ秒の
クロック信号によってダウンカウントすることによっ
て、ただちにダウンカウンタからは、ステップ104にお
いて求められるデューティ比DUTYのパルス信号を得るこ
とができる。このパルス信号は、プリドライブ回路30の
a端子に送り込まれる。
Since the program in FIG. 13 is started every 100 milliseconds, the duty ratio DUTY calculated in step 104
Value is preset to a presettable down counter (not shown) and this down counter is down-counted by a clock signal of 1 millisecond, so that the down counter immediately outputs a pulse of duty ratio DUTY obtained in step 104. You can get a signal. This pulse signal is sent to the a terminal of the predrive circuit 30.

第14図のプログラムは、図示してないメイン処理ルー
チンプログラム中の一部であり、ロータ10、つまり、モ
ータの停止位置を制御するためのプログラムである。
The program of FIG. 14 is a part of a main processing routine program (not shown), and is a program for controlling the stop position of the rotor 10, that is, the motor.

このプログラムが起動されると、ステップ105におい
て、位置指令53で指令された位置Pcと現在の回転位置P
との差ΔPが求められる。現在の回転位置Pは、図示し
てないカウンタによって波形処理回路56からの微分信号
を計数することによって計測される。
When this program is started, in step 105, the position Pc commanded by the position command 53 and the current rotational position P
And the difference ΔP from The current rotational position P is measured by counting the differential signal from the waveform processing circuit 56 by a counter (not shown).

ステップ106では、位置の差ΔPが「0」であるか否
かが判定される。現在の回転位置Pが指令位置Pcに達す
るまでの間は、ステップ106は否定判断され、ステップ1
09において差ΔPが正であるか否かが判定される。この
とき差ΔPは正であるため、ステップ110に進み、ここ
で、後述のフラグFが「1」にセットされているか否か
が判定される。このとき、フラグFはセットされていな
いので、ステップ110は否定判断され、現在の回転位置
Pが指令位置Pcに達するまで、以上の処理が繰り返され
る。
In step 106, it is determined whether the position difference ΔP is “0”. Until the current rotational position P reaches the command position Pc, a negative decision is made in step 106, and step 1
At 09, it is determined whether the difference ΔP is positive. At this time, the difference ΔP is positive, so the routine proceeds to step 110, where it is judged if a flag F, which will be described later, is set to “1”. At this time, since the flag F has not been set, a negative determination is made in step 110, and the above processing is repeated until the current rotational position P reaches the command position Pc.

やがて現在の回転位置Pが指令位置Pcに達すると、ス
テップ106は肯定判断されてステップ107において上述の
デューティ比DUTYが「0」とされ、励磁コイル21への通
電を停止する。そして、ステップ108では、フラグFを
「1」にセットし、現在の回転位置Pが指令位置Pcに達
したことを記憶する。
When the current rotational position P eventually reaches the command position Pc, an affirmative decision is made in step 106, the duty ratio DUTY is set to "0" in step 107, and the energization of the exciting coil 21 is stopped. Then, in step 108, the flag F is set to "1", and it is stored that the current rotational position P has reached the command position Pc.

第18図に示すように、現在の回転位置Pが指令位置Pc
に達しても、慣性によってロータ10は指令位置Pcに停ま
らず、オーバランする。こうしてオーバランしたときに
は、ステップ106、109は共に否定判断され、、ステップ
113においてフラグFが「1」にセットされているか否
かが判定される。いま、フラグFがセットされているの
で、ステップ113は肯定判断されてステップ111において
逆転パルスが発生される。この逆転パルスは、第1図に
おける逆流防止用ダイオード55を介してプリドライブ回
路30のb〜d端子に送り込まれ、プリドライブ回路30の
三つのフリップフロップ31〜33を一斉に反転動作させ
る。フリップフロップ31〜33が反転動作されると、上述
のように、励磁コイル21の通電方向が反転され、励磁コ
イル21の極性が反転されるため、第9図の(ロ)から明
らかなように、各永久磁石11には、矢印で示したのとは
反対方向にトルクが発生する。従って、ステップ111に
おいて逆転パルスが発生されることによって、ロータ10
の回転方向が逆転される。そして、ステップ112では、
フラグFがリセットされて「0」とされる。
As shown in FIG. 18, the current rotational position P is the command position Pc.
Even if it reaches, the rotor 10 does not stop at the command position Pc due to inertia, and overruns. When an overrun occurs in this way, negative determination is made in both steps 106 and 109, and
At 113, it is determined whether the flag F is set to "1". Now, since the flag F is set, an affirmative decision is made in step 113, and a reverse pulse is generated in step 111. This reverse rotation pulse is sent to the b to d terminals of the predrive circuit 30 via the backflow prevention diode 55 in FIG. 1 and causes the three flip-flops 31 to 33 of the predrive circuit 30 to perform a reverse operation all together. When the flip-flops 31 to 33 are inverted, as described above, the energizing direction of the exciting coil 21 is reversed and the polarity of the exciting coil 21 is reversed, so that it is clear from (b) of FIG. Torque is generated in each permanent magnet 11 in the direction opposite to that shown by the arrow. Therefore, when the reverse rotation pulse is generated in step 111, the rotor 10
The rotation direction of is reversed. Then, in step 112,
The flag F is reset to "0".

ロータ10へのトルクが回転されても、慣性によってた
だちにはロータ10は逆転しないが、やがて回転方向が変
えられ、第18図の如く、回転位置Pは再び指令位置Pcに
到達する。このとき、ステップ106は再び肯定判断され
てデューティ比DUTYがゼロとされるとともに、ステップ
108においてフラグFが「1」にセットされる。
Even if the torque applied to the rotor 10 is rotated, the rotor 10 does not immediately rotate in the reverse direction due to inertia, but the direction of rotation is changed, and the rotational position P reaches the command position Pc again as shown in FIG. At this time, step 106 is again affirmatively determined to set the duty ratio DUTY to zero, and step 106
At 108, the flag F is set to "1".

現在の回転位置Pが指令位置Pcに達しても、ロータ10
は再びオーバランして今度は、ステップ109は肯定判断
される。そして、ステップ110も、このときフラグFが
セットされているため肯定判断されて、ステップ111に
おいて逆転パルスが発生され、再びロータ10の回転方向
が逆転される。
Even if the current rotational position P reaches the command position Pc, the rotor 10
Overruns again and step 109 is affirmatively determined. Then, in step 110, since the flag F is set at this time, an affirmative judgment is made, a reverse rotation pulse is generated in step 111, and the rotation direction of the rotor 10 is reversed again.

以上の第14図の停止位置制御ルーチンプログラムによ
る動作を繰り返すことによって、第18図の如く、ロータ
10は指令位置Pcに停止される。
By repeating the operation by the stop position control routine program of FIG. 14 as described above, as shown in FIG.
10 is stopped at the command position Pc.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上のように本発明によれば、ブラシレスモータにお
ける励磁コイルの電流制御を、永久磁石と対向する励磁
コイルの通電方向を反転させることによって達成するの
で、ブラシレスモータの回転制御の内容を簡単にして、
高速制御、精密制御を可能にすることができ、さらに、
コスト低減、信頼性向上、モータの小型化を図ることが
でき、そして励磁コイルに対する通電方向が反転させら
れることにより、ロータに対してはその回転方向に吸引
力と反発力との両方向の力が常時作用するので、回転ト
ルクを大きくすることができるなど著効を奏する。
As described above, according to the present invention, since the current control of the exciting coil in the brushless motor is achieved by reversing the energizing direction of the exciting coil facing the permanent magnet, the content of the rotation control of the brushless motor is simplified. ,
High-speed control, precision control can be enabled.
The cost can be reduced, the reliability can be improved, the motor can be downsized, and the energizing direction of the exciting coil can be reversed, so that the rotor receives a force in both directions of attraction and repulsion. Since it always works, it has a remarkable effect such as increasing the rotating torque.

【図面の簡単な説明】 第1図は、本発明の一実施例の制御回路を示す電気回路
図、第2図〜第4図は、上記実施例の機械的構成を示
し、第2図は部分断面正面図、第3図は第2図のIIIA−
IIIA線断面、IIIB−IIIB線断面を同時に示す断面図、第
4図はステータのケースの底面図である。また、第5図
は、上記実施例の動作を説明するための図である。第6
図〜第8図は、上記実施例における一つの鉄心の拡大図
であり、第6図は斜視図、第7図は励磁コイルを巻かれ
た状態の正面図、第8図は第7図のVIII−VIII線断面図
である。さらに、第9図は、上記実施例の動作を説明す
るための図、第10図は、励磁コイルおよび永久磁石の個
数を変えたときの第9図と同様の説明図、第11図は、第
1図のプリドライブ回路の詳細回路図、第12図は、第1
図のドライブ回路の詳細回路図、第13図および第14図
は、第1図のマイクロコンピュータの主要プログラムを
示すフローチャート、第15図〜第18図は、第13図および
第14図のプログラムによる動作を説明するための図であ
る。 10……ロータ 11……永久磁石 20……ステータ 21……励磁コイル 22……鉄心 28……検出コイル 40……ドライブ回路(通電方向切換手段) 70……切換作動手段
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an electric circuit diagram showing a control circuit of an embodiment of the present invention, FIGS. 2 to 4 show a mechanical structure of the above embodiment, and FIG. Partial sectional front view, FIG. 3 is IIIA- in FIG.
FIG. 4 is a bottom view of the stator case, showing a cross section taken along line IIIA and a cross section taken along line IIIB-IIIB at the same time. FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the above embodiment. Sixth
FIG. 8 to FIG. 8 are enlarged views of one iron core in the above embodiment, FIG. 6 is a perspective view, FIG. 7 is a front view of a state in which an exciting coil is wound, and FIG. It is a VIII-VIII sectional view taken on the line. Further, FIG. 9 is a diagram for explaining the operation of the above embodiment, FIG. 10 is an explanatory diagram similar to FIG. 9 when the number of exciting coils and permanent magnets are changed, and FIG. Detailed circuit diagram of the pre-drive circuit of FIG. 1, FIG.
FIG. 13 and FIG. 14 are detailed circuit diagrams of the drive circuit shown in the figure, and FIG. 15 to FIG. 18 are flowcharts showing the main program of the microcomputer of FIG. It is a figure for demonstrating operation. 10 …… Rotor 11 …… Permanent magnet 20 …… Stator 21 …… Excitation coil 22 …… Iron core 28 …… Detection coil 40 …… Drive circuit (energization direction switching means) 70 …… Switching operation means

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】複数の永久磁石をロータに、複数の励磁コ
イルをステータに、それぞれ配設したブラシレスモータ
であって、 電源と励磁コイルとの間に接続され、励磁コイルの通電
方向を反転させる通電方向切換手段と、 互いに直列に接続された複数の励磁コイルを同一相とし
各相ごとにおける少なくともいずれか一つの励磁コイル
に重ね巻きされ、かつロータの回転に伴う永久磁石の磁
束の変化よって起電力を発生する検出コイルと、 前記検出コイルからの起電力を受けて、永久磁石が励磁
コイルと対向する位置にあることを検出したときに、励
磁コイルの通電方向を反転させるように、通電方向切換
手段を作動させる切換作動手段と、 を備えるブラシレスモータ。
1. A brushless motor in which a plurality of permanent magnets are arranged in a rotor and a plurality of exciting coils are arranged in a stator, and the brushless motor is connected between a power source and an exciting coil to reverse the energizing direction of the exciting coil. The energization direction switching means and a plurality of exciting coils connected in series with each other have the same phase, and are wound around at least one exciting coil in each phase, and are caused by a change in the magnetic flux of the permanent magnet due to the rotation of the rotor. A detecting coil that generates electric power, and an electromotive direction from which the exciting coil is energized when the permanent magnet is detected to be in a position facing the exciting coil by receiving an electromotive force from the detecting coil. A brushless motor comprising: a switching actuating means for actuating the switching means.
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