JP3289828B2 - 擬似正弦波の作成方法 - Google Patents
擬似正弦波の作成方法Info
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Description
装置に適用され、特にモータのステータ巻線駆動に使用
される擬似正弦波を作成する方法に関するものである。
に使用される直流モータ、特に直流ブラシレスモータは
静粛で円滑な回転を得るため相切替えの電流傾斜を緩や
かにし、トルクリップルを電気的に補正する機能を備え
た駆動装置を使用することが多い。例えば、特開昭61−
142986号公報(以下、文献1と略記)には、前置増幅器の
流入方向の出力の和と流出方向の出力の和を比較し、そ
の差を前置増幅器のオフセット調整端子に帰還すること
によりホール素子のオフセットと3次高調波の影響を除
去する方法と、パワー増幅器の出力の和と出力制御信
号、あるいは出力制御信号と前置増幅器の流入方向の出
力の和を比較し、その差により前置増幅器の増幅度ある
いはホール素子の給電電圧を制御することによりホール
素子の感度ばらつきの影響を抑圧する方法、およびホー
ル素子のオフセット調整ループの比較器の出力を出力制
御信号に加算することによりトルクリップルを減少させ
る方法が示されている。
に、モータと直列にトランジスタと抵抗器を接続し、抵
抗器両端の電圧でモータに流れる電流を検出し、制御入
力電圧と前記抵抗器両端の電圧を差動増幅器で比較し、
その出力によりモータに直列に接続されたトランジスタ
のベース電流を制御することによりモータの電流を制御
し、モータの出力トルクを制御することが一般に行われ
ている。
端の電圧を直接に比較せずに、一旦制御入力電圧Vcと
基準電圧Vtを比較し、レベルシフトしてから抵抗器両
端の電圧と比較することが一般的である。
のブロック線図を図10に、その各特性の一例を図11に示
す。
れる制御入力電圧Vcは、回路電源電圧Vccを抵抗器2
3,24で分圧して作られた基準電圧Vtを、反転入力端子
に接続された前置増幅器700(差動増幅器)の非反転入力
端子に接続され、その出力電流Ioは抵抗器22に入力さ
れる。そして、制御増幅器800でモータ40のモータ電流
Imにより抵抗器21に発生する電圧と比較されている。
ジスタ30のベースに接続されており、トランジスタ30の
コレクタに接続されたモータ40のモータ電流Imを制御
入力電圧Vcで制御するモータ電流制御ループを構成し
ている。
(Im)の特性、図11(b)はモータ電流・回転数(N)対出力
トルク(T)の特性を示す。
献1に示された方法では帰還ループを構成するためルー
プ内に比較器や増幅器を設ける必要があり、回路部分を
ワンチップ集積回路(IC)化するときにより大きなチッ
プ面積を必要とするだけでなく、帰還ループの動作を安
定化し、かつIC外部に位相補償のための多くの外付部
品を必要とするという問題があった。
転速度のサンプリング間隔を十分に小さくできないモー
タを制御するためには、図11(a)に示す伝達特性の傾斜
は特性1より特性2のように傾斜が小さい方が望まし
い。
設定すると制御入力電圧Vcの最大値Vc maxを印加して
も、図11(b)に特性2で示すようにモータの起動トルク
が低下してしまうという問題があった。
動に台形波を使用すると、騒音や振動を低減することが
できるもののトルクリップルが大きくなるという問題が
あった。
波によりステータ巻線を駆動する際に、簡易な方法によ
って歪みの少ない擬似正弦波を作成する方法を提供する
ことを目的とする。
達成するため、電気角60度の平坦部を持つ3相台形波
と、前記3相台形波の振幅の2/3で振幅一定の波形、
および前記3相台形波の振幅の1/3で振幅一定の波形
から補正波形を作成し、前記補正波形により各相の瞬時
振幅を変調することにより折れ線近似された正弦波を作
成することを特徴とする。
て図面を参照しながら説明する。
直流モータ駆動装置の回路構成をブロック線図で示した
ものである。
定子(図示せず)上にお互いに電気角120°の間隔で配置
されており、ホール素子1,2,3の出力は電流出力型
のホール信号増幅器100,200,300の入力端子にそれぞ
れ接続されている。ホール信号増幅器100,200,300の
出力は、対数圧縮回路400の入力端子401,402,403にそ
れぞれ入力され、対数圧縮された出力電圧がそれぞれ第
1の分配回路(1)500、および第2の分配回路(2)900に接
続されている。第1の分配回路(1)500は、出力電流指令
端子501に入力された電流を対数圧縮回路400の入力端子
401〜403の電圧に比例して、その出力端子505〜507およ
び508〜510からパワー増幅器600の入力端子601〜603お
よび604〜606に分配する。
び第1の分配回路(1)500の一例を示す回路図であり、こ
の回路は基本的なアナログ乗算回路を3差動構成にし、
さらに正負両方向の信号に対応させたものである。3相
正弦波の性質から3つのダイオードおよびトランジスタ
の1つは常に逆バイアスされるためオフ状態となり、通
常の乗算器として動作することを利用して、入力端子40
1〜403の電圧の比に比例して出力電流指令端子501の電
流を分配し、出力端子505〜507および508〜510に出力す
る。
方向の出力電流と等しい電流を吐出する電流吐出端子60
7を持ち、電流吐出端子607は抵抗器21の一端に接続さ
れ、モータ電流に比例する電圧を抵抗器21に発生してい
る。パワー増幅器600の出力は固定子巻線4,5,6に
接続され、回転子マグネットの位置に対応した前記固定
子巻線に電流を供給することによってモータに回転トル
クを発生している。
増幅器700でレベルシフト,電流変換されて抵抗器22に
入力され、制御増幅器800により抵抗器21に発生するモ
ータ電流に比例する電圧と比較され、その誤差に比例し
た出力信号が第1の分配回路(1)500の出力電流指令端子
501に印加されることにより出力電流制御ループを構成
している。
に、モータ電流に比例する電流を発生し、第2の分配回
路(2)900の出力電流指令端子901および波形合成回路100
0の出力電流指令端子1001に前記電流を供給している。
第2の分配回路(2)900の出力は波形合成回路1000に接続
されトルクリップル補正信号を発生し、トルクリップル
補正信号は抵抗器22に導かれ、前置増幅器700の出力と
加算された後に制御増幅器800の入力となり、トルクリ
ップル補正ループを構成している。
装置について、図1および図3,図4ならびに図5を用
いてその動作を説明する。
および波形合成回路1000による帰還がないときの動作を
説明する各部の動作波形図であり、ホール素子1〜3の
出力電圧は、ホール信号増幅器100〜300により電流に変
換されて図3(a)に示す電流の形で、図1の対数圧縮回
路400の入力端子401〜403に入力される。図3(b)は対数
圧縮回路400の出力端子404〜406の電圧である。第1の
分配回路(1)500は前述の通り、出力電流指令端子501の
電流を対数圧縮回路400の入力端子401〜403の電圧に比
例して分配しており、出力端子508〜510から図3(c)、
出力端子505〜507から図3(d)の電流を出力する。した
がって、パワー増幅器600の出力端子608〜610に図3(e)
の電流が得られる。図3(f)は出力トルクであり、約14
%のトルクリップルを含んでいる。
成回路1000による帰還を加えたときの図1の各部の動作
波形図であり、図4(a),(b)は図3(a),(b)と同じもの
である。図4(c)が図1の波形合成回路1000の出力端子1
002の電圧波形である。したがって、パワー増幅器600の
出力端子608〜610に図4(d)の電流が得られ、図4(e)で
示される出力トルクのリップルは約2%以下になる。
および波形合成回路1000の一例を示す回路図であり、図
6は図5の各部の動作波形図であり、(a)は台形波(1相
分)、(b)は3相台形波の負側波形と3相台形波の2/3
振幅の波形、(c)は3相台形波の正側波形と3相台形波
の2/3振幅の波形、(d)は3相台形波の負側波形から
3相台形波の2/3振幅の波形を減算した波形の負側部
分の波形、(e)は3相台形波の正側波形から3相台形波
の2/3振幅の波形を減算した波形の正側部分の波形、
(f)は(d)と(e)の絶対値加算波形、(g)は3相台形波が
(f)により変調された波形である。
形合成回路1000による帰還がないときのパワー増幅器60
0の出力電流、(b)は後述するトランジスタT21〜T23お
よびT34〜T36を流れる電流I21〜I23およびI34〜I
36、(c)は同じくトランジスタT25〜T27およびT31〜
T33を流れる電流I25〜I27およびI31〜I33、(d)は
トランジスタT43〜T45に流れる電流I43〜I45、(e)
は同じくトランジスタT46〜T48に流れる電流I46〜I
48、(f)はトランジスタT41およびT52を流れる電流I4
1およびI52、(g)は波形合成回路1000による帰還をかけ
たときのパワー増幅器600の出力電流である。
11,T12,T13,T21,T22,T23,T25,T26,T27
は他のトランジスタの2倍、トランジスタT14,T15は
他のトランジスタの3倍のエミッタ面積を持っており、
各トランジスタに流れる電流で、I14,I15はI11の1.
5倍、I24,I28はI11の0.5倍の電流となる。I15をト
ランジスタT34,T35,T36で分配して得られたI34,
I35,I36とI21,I22,I23を減算してI43,I44,
I45が、同様にしてI46,I47,I48が得られる。さら
に、I24からI43,I44,I45を減算してI41が、I28
からI46,I47,I48を減算してI52が得られる。I41
とI52は加算されて出力端子1002に出力され、トルクリ
ップル補正信号となる。このトルクリップル補正信号を
図1の前置増幅器700の出力信号と加算して図1の抵抗
器22に図4(c)に示す電圧を発生し、制御増幅器800に入
力することにより前述のトルクリップル抑制効果が得ら
れる。
の位置を検出するホール素子1〜3による場合を示し、
磁電変換素子を想定していたが、図6(a)の電流波形が
得られれば必ずしも磁電変換素子を必要としない。例え
ば、特開平3−89890号公報に示された方法により回転
子マグネットの位置に対応した電気角60°の平坦部を持
つ台形波を発生することができれば、図5および図6に
示した方法によりトルクリップル補正信号を得ることが
できるため、図4(e)に示すと同様のトルクリップル抑
制効果が得られる。
の他例の回路構成を示すブロック線図である。これは慣
性モーメントの小さいモータや回転速度のサンプリング
間隔を十分に小さくできないモータにおいても、起動ト
ルクを減少させることなく安定な制御をする手段を示し
たものである。
る制御入力電圧Vcは、回路電源電圧Vccを抵抗器23,3
5,24で分圧して作られた基準電圧Vt1およびVt2を
反転入力端子に接続された前置増幅器(電流出力の差動
増幅器)710および720の非反転入力端子に接続され、そ
れぞれの出力電流I2およびI3は抵抗器22に入力され、
制御増幅器800(誤差増幅手段,差動増幅器)でモータ40
のモータ電流Imにより抵抗器21に発生する電圧と比較
されている。制御増幅器800の出力電流はトランジスタ3
0のベースに接続されており、トランジスタ30のコレク
タに接続されたモータ40のモータ電流Imを制御入力電
圧Vcで制御するモータ電流制御ループを構成してい
る。
置増幅器の出力電流I2,I3の特性図を示し、(a)は制
御入力電圧(Vc)対モータ電流(Im)の特性図、(b)は制
御入力電圧(Vc)対前置増幅器の出力電流I2,I3の特
性図である。
ループはI2とI3を加算した電流で動作するため、制御
入力電圧Vcとモータ電流Imは図8(a)の特性2に示す
ような関係となる。
の特性と比較してみると、通常の動作点Iop付近では
特性1より傾斜が小さいため、慣性モーメントの小さい
モータや回転速度のサンプリング間隔を十分に小さくで
きないため制御入力電圧のリップルを除去しきれないモ
ータの速度制御に好適な特性をしている。また特性の変
曲点Itを最大の動作点より高く設定しておけば、通常
の動作範囲では前述の特性を保ちながら制御入力電圧V
cの最大値Vc maxに対しては特性1と同等以上のモータ
電流Imaxを得ることができ、起動トルクの低下なしに
良好な制御特性を得ることができる。
示すような特性に変更しても同じ効果が得られる。
したが、図1のようにパワー増幅器に複数のトランジス
タを使用してモータを駆動する装置についても適用でき
ることはいうまでもない。
波の作成方法によれば、従来、ブラシレスモータなどの
ステータ巻線駆動に台形波を使用すると、騒音や振動が
低減できるもののトルクリップルが大きいという問題を
解決することができ、正弦波によりステータ巻線を駆動
する際に、簡易な方法によって歪みの少ない擬似正弦波
を作成することができる。
装置の回路構成を示すブロック線図
路(1)の一例を示す回路図
成回路による帰還がないときの動作を説明する各部の動
作波形図
成回路による帰還を加えたときの動作を説明する各部の
動作波形図
成回路の一例を示す回路図
形合成回路の動作を説明する各部の動作波形図
例の回路構成を示すブロック線図
(a)および制御入力電圧対前置増幅器の出力電流特性図
(b)
性図(a)および制御入力電圧対前置増幅器の出力電流特
性図(b)
ック線図
タ電流特性図(a)および出力トルク対モータ電流および
回転数特性図(b)
Claims (2)
- 【請求項1】 電気角60度の平坦部を持つ3相台形波
と、前記3相台形波の振幅の2/3で振幅一定の波形、
および前記3相台形波の振幅の1/3で振幅一定の波形
から補正波形を作成し、前記補正波形により各相の瞬時
振幅を変調することにより折れ線近似された正弦波を作
成することを特徴とする擬似正弦波の作成方法。 - 【請求項2】 電気角60度の平坦部を持つ3相台形波
の正側および負側それぞれについて、前記3相台形波か
ら、該3相台形波の振幅の2/3で振幅一定の波形を減
算した波形の正側部分および負側部分に相当する2つの
波形を、前記3相台形波の振幅の1/3で振幅一定の波
形から減算して2つの波形を作成し、前記2つの波形の
絶対値を加算した補正波形を作成し、前記補正波形によ
り各相の瞬時振幅を変調することにより折れ線近似され
た正弦波を作成することを特徴とする請求項1記載の擬
似正弦波の作成方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12887199A JP3289828B2 (ja) | 1999-05-10 | 1999-05-10 | 擬似正弦波の作成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5200807A Division JP2973267B2 (ja) | 1993-08-12 | 1993-08-12 | 直流モータの駆動装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH11356084A JPH11356084A (ja) | 1999-12-24 |
JP3289828B2 true JP3289828B2 (ja) | 2002-06-10 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP12887199A Expired - Fee Related JP3289828B2 (ja) | 1999-05-10 | 1999-05-10 | 擬似正弦波の作成方法 |
Country Status (1)
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JP (1) | JP3289828B2 (ja) |
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---|---|---|---|---|
JP4552466B2 (ja) | 2004-03-12 | 2010-09-29 | 株式会社日立製作所 | 交流モータの制御装置,2チップインバータ及びワンチップインバータ。 |
-
1999
- 1999-05-10 JP JP12887199A patent/JP3289828B2/ja not_active Expired - Fee Related
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