JP2771179B2 - 直流モータのコイルストランドのコミュテーション制御方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、DCモータにおけるコイルストランドのコミ
ユテーシヨン制御方法および装置に関する。

従来の技術 公知の電子的にコミユテーシヨンされる直流モータ
は、それぞれがコイルのセツト（巻線ストランド）に関
連付けられて設けられている例えばホール素子である、
複数の軸位置センサを備えている。センサはコイルの位
置に関連して固定の空間に配向されている。信号は、例
えば多極永久磁石を有する回転子の回転によつてセンサ
において発生され、これら信号によつて瞬時の回転子角
度位置が検出される。その都度の各コイルのコミユテー
シヨンはこれら信号によつてトリガされる。

更にこのようなモータは、情報、すなわちモータの回
転数（rpm）に比例する信号を発生する回転速度信号発
生器を必要とする。

上述の２種類の情報が、電子回路を用いてモータ制御
を行うために必要である。

固定子に配置されているコミユテーシヨン可能なコイ
ルに所定の対応関係で回転子の周囲に分配されている複
数のバーコードと協働するライトバリヤを用いた軸位置
検出に基いてモータ制御が行われる、モータも公知であ
る。

発明が解決しようとする問題点、問題点を解決するため
の手段 本発明の目的は、このようなモータのコミユテーシヨ
ンを、唯一の定置の、任意に配置されたセンサによつて
発生される信号に基いて制御することである。

この課題は本発明により、方法について請求項１の特
徴部分に記載の構成によって、装置については請求項２
の特徴部分に記載の構成によって解決される。

基本的に、回転子の１回転中に、モータのコミユテー
シヨンの開始をトリガする２種類の情報が、例えば制御
すべきモータの回転子軸によつて支持されている遮蔽体
又はウインドウと協働する定置のライトバリヤであるセ
ンサによつて発生されるパルスから取り出される。第１
の情報はパルスの開始の時間でありかつこれは回転子の
角度位置を検出するために使用され、一方第２の情報は
パルスの持続期間であつて、それは、例えば、ライトバ
リヤと協働する遮蔽体又はウインドウ開口の角度範囲に
依存しておりかつ回転子回転速度を測定する。

これらの２種類の情報に基いて第１のコイルストラン
ドに対するコミユテーシヨンの開始を実施するために、
第１の信号成分は、その都度の回転速度に関連した、パ
ルスの持続時間から取出され、かつこの成分は回路にお
いて発生される第２の信号成分まで延長され、この第２
の信号成分の終了時に整流がトリガされる。第２の信号
成分は第１の信号成分に比例しており、すなわち選択さ
れた比例係数Ｋによつて第１の信号成分と関連してい
る。従つて第１及び第２の成分は、組み合わされたコミ
ユテーシヨンタイミング制御信号を形成し、この信号の
終了時にコミユテーシヨン時点が設定されるようになつ
ている。

モータがスタートするとき、第１の信号成分の実際持
続時間は比較的長くかつ第２の信号成分の持続時間も、
回転子の角速度が相応に低いので比例的に長い。それ故
に、正しいコミユテーシヨンの開始に対する相応も長
い。モータがその目標速度に達したとき、角速度は相応
に高く、その結果第１の信号成分の持続時間は短くかつ
第２の信号成分の持続時間は、それが第１の信号成分の
持続時間と比例しているので短く、従つて角速度が一層
高くなれば、正しいコミユテーシヨン時点には一層迅速
に達する。

これら信号成分の持続時間の間の関係は、コイルと関
連付けられたセンサの物理的位置に基いてモータに対し
て経験的に求められる比例係数Ｋによつて成り立つてい
る。この係数は、例えば定格回転数においてモータが最
小電流を消費するように設定することで固定することが
でき、従つてこの係数はモータ構造のデータに基いて経
験的に求められなければならない。

定格回転数においてモータによつて最小トルクが引き
出せるようにこの比例係数を設定することもできる。

モータ制御、すなわち加速、減速及び回転方向の変化
のような種々の作動状態に対して、係数を適宜変化させ
ることができ、その結果これらの作動状態に対して、コ
ミユテーシヨンの種種の開始時点が生じる。

ここまで説明された構成によつて、コミユテーシヨン
の初期開始が決定される。コイルストランドの順次のコ
ミユテーシヨンは例えば計数器によつて行うことができ
るか、又は、本発明によれば、ここまで説明してきた原
理に従つてそれぞれ動作する複数の信号発生回路のカス
ケード接続によつて行うことができる。その際、第２の
信号成分の終了時点に始まつて、これら信号の各終了時
点における組合わされた信号の実際持続時間に比例して
発生される別の信号の縦続付加によつて、コイルストラ
ンドの順次のコミユテーシヨンがトリガされる。このよ
うに縦続付加して形成されたコミユテーシヨン時点決定
の制御は、マイクロプロセツサを用いて実施することが
できる。

実施例 次に本発明を図示の実施例につき図面を用いて詳細に
説明する。

第１図はブロツク線図において、モータ軸に固定され
ておりかつセンサ２と協働して信号S1を発生する回転マ
ーク部１を示している。素子１及び２としてホールセン
サの構成要素又は上述の形式の光ビームセンサとするこ
とができる。信号S1は、モータ軸の回転速度及び例えば
ライトバリヤの場合にはマーク部１の角度範囲に依存す
る実際値信号持続時間T1を有する。T1は回転数が低い場
合には長く、回転数が高い場合には短い。（図示されて
いない）切換えられるべきモータコイルとマーク部１と
の空間配置関係によつて固定角度が予め設定されてい
る。この角度は任意に選択することができかつモータ毎
に変えることができる。このようにして、コミユテーシ
ヨンの開始、すなわち１つのコイルストランドから次の
コイルストランドへの切換時点は、信号S1の開始から所
望される最適な切換時点t2まで生じる角度に依存してい
る。

回路を一層よく理解するために、定格回転数における
信号S1の実際値信号持続時間T1が信号S1の開始からコミ
ユテーシヨン時点t2までの時間より短いものと仮定す
る。この場合、コミユテーシヨン時点t2は時間的に実際
値信号持続時間T1の後にあり、かつ規則的なコミユテー
シヨンに対しては、以下の式に示すように実際値信号持
続時間T1に比例している： t2＝T1＋Ｋ×T1 比例係数Ｋは、所望のコミユテーシヨン時点に対する
要求に応じてそれぞれのモータに対して決められなけれ
ばならない。すなわちこの係数は、定格回転数において
最低消費電流となり、又は定格回転数において最適トル
クが得られるように設定することができる。

実際値信号持続時間T1を有する信号S1はセンサ２から
増幅器３に供給される。増幅器３の出力側Ａは電流源４
を制御しかつ、インバータ６を介して調整可能な電流シ
ンク５を制御する。電流源４及び電流シンク５の出力側
は、コンデンサ８の一方の端子に接続されている接続点
Ｂに接続されている。コンデンサ８は電流源４によつて
T1の持続時間の間充電される。この充電はT1の終了時点
で停止しかつコンデンサ８の放電が電流シンク５を介し
て始まる。この放電過程、すなわち電流シンク５へ流れ
る電流の振幅は、制御入力側Ｅを介して供給される制御
信号によつて設定することができる。コンデンサ８の充
電の開始は、コンデンサ８に並列接続されている零電圧
比較器９によつて検出される。零電圧比較器の出力側Ｃ
は充電の開始時に“高電位”に切換えられる。コンデン
サ８が電流シンク５を介して再び零ボルトに放電される
と、零電圧比較器９の出力側Ｃは“低電位”に変化す
る。

パルス発生回路10は零電圧比較器９の出力側に接続さ
れていて、出力側Ｃが“高電位”から“低電位”に切換
わったときに、長さの短いパルスＤを発生する。このパ
ルスＤは、図示されていない従来のコミユテーシヨン回
路をトリガすることによつてモータのコイルの第１スト
ランドのコミユテーシヨンの開始のために使用され、
又、接続線Ｇを介して電流シンク５を停止するために使
用される。

コンデンサ８を充電するために設けられている電流源
４は能動状態において、その電流源４の回路定数によつ
て決められる定電流を発生する。これに対して放電のた
めに使用される電流シンク５は、その制御入力側Ｅを介
して加わる電流振幅に応じて調整することができる。電
流シンク５の電流の振幅と制御入力側Ｅにスイツチ23を
介して供給される直流制御電流との間にはリニヤな関係
がある。この直流制御電流は、ポテンシヨメータ７を用
いて作動電圧＋UBから取り出され、この取り出された電
圧の振幅は、センサ２とモータの、コミユテーシヨン制
御すべきコイルとの間のそれぞれの幾何学的配置並びに
電流源４の充電電流に依存している。既述のように、制
御接続線Ｇにおける電圧は経験により定格回転数におけ
る最小電流又は最大トルクに対して設定することができ
る。

電流シンク５の入力側Ｅがスイツチ23を介してマイク
ロプロセツサ11の出力側に接続されているとき、モータ
の変化する作動状態はマイクロプロセツサ11を用いて設
定することができ、その場合マイクロプロセツサ11はDA
変換器を備えている。このようにして例えば、コミユテ
ーシヨン時点を適当に調整する、マイクロプロセツサ出
力値を発生することによつて、右回り回転、左回り回
転、加速及び減速を設定することができる。

モータの別のコイルストランドのコミユテーシヨン
は、第１のコイルストランドのコミユテーシヨンの開始
時点から計数回路を用いて、又は第４図及び第５図を参
照して説明するように、カスケード接続を用いても行う
ことができる。第１図に図示の回路においてコミユテー
シヨン時点t2は、持続時間T1をもつた第１信号成分と第
１信号成分の持続時間T1に比例して発生される、持続時
間Ｋ・T1＝T2をもつた第２の信号成分とのコンデンサ８
の充電及び放電過程による変換によつて設定される。し
かしこれらの信号持続時間を固定の周波数パルス列に変
換しかつ計数回路を用いてコミユテーシヨン時点を求め
ることもできる。

第２図Ａ乃至Ｄは第１図の選択された回路点における
電圧経過をモータの種々の回転数において示している。
３つの異なつた回転数が示されており、この回転数は、
例えば周波数発生器を用いたモータ制御において生じ
る。左から右にかけて、徐々に速度が低減していくよう
に図示されている。第２図のA,B,C及びＤは第１図に示
された回路点の記号に相応する。

第２図Ａは、増幅器３の出力側における電圧経過を示
している。この電圧経過は、長さ又は持続時間T1を有す
る信号S1に相応する。第２図Ｂは、コンデンサ８の充電
及び放電過程を示している。持続時間T1の間、コンデン
サは一定の電流によつて充電され、かつ充電過程に直接
続く放電過程は電流シンク５を介して行われる。放電速
度は、ポテンシヨメータ７を用いた最適なコミユテーシ
ヨン過程に対して、第１図の回路点Ｅで固定的に設定さ
れている制御直流電圧によつて設定されている。充電時
間対放電時間の比は常に同じであることを読み取ること
ができる（この場合は2:3）。

零電圧比較器９の出力側における信号経過が第２図Ｃ
に示されている。充電の開始時において、零電圧比較器
は“ハイ”に切換わりかつ放電の終了時に、すなわち零
ボルトになつたとき、比較器は“ロー”に切換わる。比
較器９からのそれぞれの出力パルスの持続時間の終了時
はt2に等しい。

第２図Ｄは、コミユテーシヨンを開始しかつ放電を停
止するために放電過程の終了時においてトリガされるパ
ルス発生回路10の出力側におけるトリガパルスのタイミ
ングを示している。

第３図Ａ乃至Ｄは、第２図に相応して第１図の回路点
A,B,C及びＤにおける電圧経過を示しているが、ここで
は一定のモータ速度及びそれぞれ異なつた動作モードの
制御に対して示されている。コミユテーシヨン、すなわ
ちパルスＤのトリガは、コンデンサ８の放電速度を変え
ることによつて変化し、その際コンデンサの放電速度を
用いて加速、減速又は回転の方向の変化のような変化す
る動作モードを設定することができる。

コンデンサ８の放電速度の変化は例えば、スイツチ23
を介して入力側Ｅに接続されているマイクロプロセツサ
11によつて行われる。

第３図Ｂには３つの変化例が図示されている。

第４図は、第１図に図示の回路をカスケード接続し
た、複数のコイルストランドのコミユテーシヨンに対す
る回路のブロツク線図である。ブロツク12,15及び18は
それぞれ、第１図の回路ブロツク4,5,6,8及び９を含ん
でいる。

センサ２は持続時間T1の信号S1を増幅器３を介してブ
ロツク12の入力側及び同時にインバータ14の入力側に供
給する。ブロツク12及びインバータ14の出力側はAND回
路13に接続されている。AND回路はパルス発生器10に信
号F1を供給して、信号F1のそれぞれのパルスの終了時に
コミユテーシヨンすべき第１のコイルストランドに対し
てトリガ信号D1を発生する。

T1の終了時に“ハイ”に切換えられた回路13の出力信
号F1は別のブロツク15の入力側と共にインバータ17の入
力側に達し、かつその出力側は、別のAND回路16に接続
されており、このANDを用いて第２のコイルストランド
をコミユテーシヨンするトリガプルスD2が発生回路19の
応答によつてトリガされる。

ブロツク15におけるコンデンサが零ボルトレベルに達
したとき、“ハイ”に切換わつたAND回路16の出力信号F
2はそれから、別のブロツク18及び別のインバータ20に
供給されて、AND回路21及びパルス発生回路22によつて
発生されるパルスD3を用いて第３のコイルストランドの
コミユテーシヨンのために用いられる。

回路19及び22はそれぞれ、回路10と同一である。

３つのコイルストランドのコミユテーシヨンが第４図
に図示されているが、多数のコイルストランドに整合す
るために付加回路ユニツトを設けることができる。ブロ
ツク12,15及び18に対する個別動作点、すなわちブロツ
ク入力側E12,E15及びE18における制御電圧は、個別コイ
ルストランドに対してコミユテーシヨンパルスの連続シ
ーケンスが保証されるように設定されなければならな
い。

第４図のブロツク線図に付加的に、生じる電圧経過が
関連付けられた記号で第５図に図示されている。

ここまで有利な実施例について１例を挙げて説明して
きたにすぎず、本発明の範囲内を逸脱することなく改良
及び変形が可能であることは勿論のことである。

次に本発明の実施態様を列挙する。

1. 第２の持続時間と第１の持続時間との間の比例関係
をコミユテーシヨンの最適な開始に対して調整する請求
項１記載の直流モータのコイルストランドのコミユテー
シヨン制御方法。

2. モータの動作中、第２の持続時間と第１の持続時間
との間の比例関係を、種々の動作状態に相応して変化す
る請求項１記載の直流モータのコイルストランドのコミ
ユテーシヨン制御方法。

3. 第２の持続時間と第１の持続時間との間の比例関係
の値をマイクロプロセツサを用いて制御する前記２項記
載の直流モータのコイルストランドのコミユテーシヨン
制御方法。

4. それぞれ、第１の持続時間に比例する持続時間を有
する付加信号を縦続的に付加することによつて、制御信
号持続時間の終了時から始まつて別のコイルストランド
のコミユテーシヨンの開始を制御する請求項１記載の直
流モータのコイルストランドのコミユテーシヨン制御方
法。

5. 付加信号の持続時間をマイクロプロセツサによつて
制御する請求項４記載の直流モータのコイルストランド
のコミユテーシヨン制御方法。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１つのコイルストランドのコミユテ
ーシヨン時点を制御するための回路のブロツク線図であ
り、第２図は、第１図の種種の回路点に生じる電圧経過
を種々のモータ速度において示す電圧波形図であり、第
３図は、モータ速度を一定とした場合の種々のコミユテ
ーシヨン開始時点に対する電圧経過を第２図に相応した
仕方において示す電圧波形図であり、第４図は、第１図
に図示の回路をカスケード接続することによつて複数の
コイルストランドをコミユテーシヨンするための回路の
ブロツク線図であり、第５図は、第４図の回路の選択さ
れた回路点における信号経過を示す波形図である。 １……回転マーク部、２……センサ、４……電流源、５
……電流シンク、８……コンデンサ、９……零電圧比較
器、10……パルス発生器、11……マイクロプロセツサ、
23……スイツチ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】モータ軸に取り付けられている回転マーク
   部（１）と協働する１つの定置のセンサ（２）を用いて
   直流モータのコイルストランドのコミュテーションを制
   御する方法であって、モータ回転子の回転速度に関連付
   けられた第１の持続時間T1を有する１つのセンサ信号S1
   が回転子が各回転において発生される制御方法におい
   て、 上記第１の持続時間T1と第２の持続時間T2＝Ｋ×T1との
   和に等しい持続時間を有する制御信号を発生し、ただし
   Ｋは選択された比例係数であり、かつ上記制御信号の持
   続時間の終了時（t₂）に上記コイルストランドの最初の
   １つのコミュテーションを開始させ、かつ別のコイルス
   トランドのコミュテーションを前記コイルストランドの
   数および前記第１のコイルストランドに対する該別のコ
   イルストランドの位置に関した遅延を以て開始させるこ
   とを特徴とする直流モータのコイルストランドのコミュ
   テーション制御方法。
2. 【請求項２】モータ軸に取り付けられている回転マーク
   部（１）と協働する１つの定置のセンサ（２）を用いて
   直流モータのコイルストランドのコミュテーションを制
   御するための装置であって、モータ回転子の回転速度に
   関連付けられた第１の持続時間T1を有する１つのセンサ
   信号（S1）が回転子の各回転において発生される形式の
   装置において、 前記第１の持続時間T1と該第１の持続時間T1に比例する
   第２の持続時間T2との和に等しい持続時間を有している
   制御信号を発生するための、前記センサに接続されてい
   る制御信号発生手段と、 前記制御信号の持続時間の終了時（t₂）に前記コイルス
   トランドの第１のストランドのコミュテーションを開始
   させかつ別のコイルストランドのコミュテーションを前
   記コイルストランドの数および前記第１のコイルストラ
   ンドに対する該別のコイルストランドの位置に関した遅
   延を以て開始させるコミュテーション開始手段と を有している ことを特徴とする直流モータのコイルストランドのコミ
   ュテーション装置。