JPH01259788A - ブラシレスｄ．ｃモータ - Google Patents

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】 （イ）産業上の利用分野 この発明はブラシレスＤＣモータに関し、より詳細には
モータの軸角がモータのディジタル駆動を可能にする制
御信号を発生する整流信号発生器を備えたブラシレスＤ
Ｃモータに関する。

（ロ）従来の技術 ブラシレスＤＣモータにおける整流信号発生器は、通常
、軸角に依存する信号を供給するホール効果センサを利
用する。１つ以上の回転子磁石はホールセンサをトリガ
するが、このホールセンサは適切な回路に接続される場
合、整流装置の切換え素子のための制御信号を発生する
。

ホール効果発生器は高速で、信頼でき、そして非常に低
価格である。米国特許第４，２８３，６６４号で開示さ
れている回路は、電気角９０度離れて変位された２つの
ホール効果センサに［見向９０度ごとに切換信号を発生
させる。

さらに、３相ステツパモータにそれぞれ３６０度の電気
角内でステップを発生する１２トルクを構成させる固定
子コイル配線を利用することも周知である。米国特許第
４６２１，３５８号で開示されるそのような配線回路は
、電気角３６０度ごとに１２ステップを有するステッパ
モータを生成するシフトレジスタおよび論理ゲートに接
続し九クロックパルス発生器によって駆動される。

ブラシレスＤＣモータにおける現在の技術での問題には
、整流時における固有のトルク減少、摩擦、および磁気
コギングが含まれるが、これらは共に作用して「トルク
　リプル」と称される。

最も一般的には、３相、ブラシレスＤＣモータは電気角
３６０度あたり６つの整流点だけを利用しており、そし
てホールセンサのような３つの信号供給装置によって駆
動される。

トルクリプル問題に対する１つの解決法は正弦波電流駆
動装置を利用することであった。しかし、これらは非常
に高価であり、そして多量の付随する電子回路を伴なう
モーター構造の中に高精度軸角検出器を物理的に組込む
必要がある。同様な性能がここに開示する１２ステップ
整流装置によって、僅かの費用で構成することができる
。

（ハ）　発明の構成と作用 本装置は上述のトルクリプル問題を経済的に克服する新
規な改良され次整流装置である。本発明は既知の１２ス
テップ配線およびコイル励磁を、信頼できるしかも低価
格の整流切換え方法と結び付けようとするものである。

ここでなお述べるように、構造上のレイアウトおよび関
連する回路は、低価格エレクトロニクス回路を使用する
こと、および６ホール効果センサの信号をデコードする
プログラミングによって、３相のブラシレスモータにお
ける１２ステップコイル励磁装置の次めの適切な整流を
行なうことができるようにする。この整流装置の利点は
、整流サイクル中、トルクベクトルの数を増加すること
によって、２つの磁界が直角位相になっている場合に発
生するピークトルク値からのトルク変動の量を低減する
ということである。６ステップ整流装置において、トル
ク変動はピークトルクの０８６６倍の最小値に下がる。

１２ステップ整流装置においては、トルク変動はピーク
トルクの０９６６倍に下がるだけである。

１２ステップ整流は周知の６ステップフオーマツトで現
在利用されている第１組の３ホールセンサに、第２組の
５ホールセンナを付加することによって構成される。本
装置では、第２組の３つの付加ホールセンサの出力の各
々は結合されて単一の、第４出力を形成するが、この出
力は現存の５つのホールセンサの出力から電気角３０度
シフトされている。この装置を利用して、これらの４つ
の出力は電気角３０度ごとに必要な切換えを行ない、そ
して低価格でデコードすることができる。

さらに、６つのステップを付加して元の６ステップのト
ルクに等しいトルクを発生させ、よってトルクリプルを
低減し、かつモータ効率を増加する電流変調方法を述べ
る。１２ステップモータ出力を作り出すために付加され
た６つの電流変−ステップは、トルクリプルを理論上の
Ｉ　Ａ５％から約３優に減少させた。さらに平均モータ
トルク定数は約１０％だけ増加し友。

付加ステップの間、この電流変調を発生するアナログ回
路もま几、別の実施態様として開示されている。さらに
、この回路がモータの全負荷インピーダンスの変化を利
用して、必要な電流シフトを発生することも開示されて
いる。

従って、本発明の目的は、付加ホール効果センサおよび
電流変調を利用して、元の６ステップの各々の間に発生
する６つの付加整流ステップを加えることによって、６
ステップ、３相のブラシレスＤＣモータにおけるＤＣブ
ラシレスモータのトルクリプルを低減し、かつモータ効
率を増加することである。ま九別の目的はモータの全負
荷インピーダンスの変化を利用することによって電流変
調を構成することである。本発明のこれらのおよびその
他の目的は以下の図面ならびに良好な実施態様の説明か
ら明らかになるでおろう。

に）実施例 第１図および第２図に示す本発明の実施例においては１
印刷回路板に固定子リング１３の形で取付けられ、セし
てモータ軸１７に取付けられた１個の磁石１５によって
励磁される２組の５ホールセ／す１１から成るホールセ
ンサ検出器アセンブリを有している。この構成の利点は
１個のセンナ磁石だけが必要とされ、そして整流のため
の調整が簡素化されていることである。

各組において、ホール検出器は機械的６０度だけ変位さ
れている。これは電気角１２０度と同等であるが、それ
は励振磁石には４極あるからである。第２組の３センサ
もまた機械的には同様に配置されているが、第１組から
は機械的１５度すなわち電気角５０度だけ変位されてい
る。

第１図および第２図Ｆｉ４極回転子を有するモータでの
代表的組立体を示す。第２図において、セン？８１．８
２およびＳ３が第１組を構成し、そしてセンサ８４．Ｓ
５およびＳ６が第２組を構成する。第１組の中心基準線
がセンサＳ５を通るように選択される場合に、センサＳ
１は５００度あるいはマイナス６０度におかれ、Ｓ２は
６０度、Ｓ４は１０５度、Ｓ６は１６５度、そしてＳ５
は２２５度におかれることは容易に理解することができ
る。従って、両組の検出器は同コードの信号を発生する
が、第２組からの信号は第１組から機械的１５度、すな
わち電気角３０度だけ変位されることになる。これは、
第２組の中心を通って引かれている基準線ａ−ｂによっ
て示され、そして第１組の中心線と比較される。

第２組の合成信号Ｓａ、８５およびＳ６は、排他的論理
和化のプロセスによって１つの効果的信号に減少する。

関連する回路は第７図に示される。従って、標準３２Ｘ
８Ｐ几０Ｍ２７は必要な論理デコーディングを構成する
ようにプログラムすることができる。このＦ　ＲＯＭは
ＨＩ（高）あるいはＬＯ（低）出力によってプログラム
することができる。良好な実施態様において、排他的論
理和ゲー）２３ｔｉホールセンサボードに取付けられて
おり、このボードはモータに取付けられている。このこ
とによって信号ケーブルにおいて２本の線を省いている
が、論理装置をモータに取付ける必要はない。

第３図は６ホール感知装置の各々の出力信号を示してお
υ、そして電気角５０度ごとにシフトする合成信号を発
生するためにそれらがどのように使用され得るかを示す
。ホールセンサ８４゜Ｓ５およびＳ６からの出力信号は
排他的論理和化のプロセスによって混合されて、所望の
合成信号几２を発生するが、この信号は電気角６０度ご
とに切換えを行なう。出力Ｒ１は信号Ｓ４と８５の排他
的論理和であり、そして几２はＳ６と几１の排他的論理
和出力である。４つの入力デコード論理だけを利用する
５０度整流を発生したことが主要利点でおることは理解
されるであろう。これによって非常に低価格の３２×８
ＦＲＯＭの利用が可能になる。また、第２組のホールセ
ンサの信号は結合されているので、これらの付加整流点
は軸角位ｉｔあるいは軸の回転方向を決定するのに利用
できないことも容易に理解されるであろう。

次に第９図では、標準３２Ｘ８Ｐ几０Ｍ２７はシネティ
ックス社（５ｙｎｅｔｉ−ｃｓ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏ
ｎ　）から部品４８８２５１２３Ｎとして入手できる型
式のものであり、そして図示されるように、第７図に示
される整流回路から４出力８１．８２．８３およびＳ４
の各々を受信する。再び第７図について述べるが、ＯＲ
ゲート２３はモトローラ社から部品Ａ７４ＨＣ３８４Ｄ
として販買されている、利用可能な型式のものである。

別の改善策も取入れられており、２つの異なるトルク周
期の間、界磁電流を変更して、コイルを付勢する場合に
発生される固有の変動を相殺する。次に第４図では、通
常の６ステップ設計における整流点に対する電流経路が
示される。

第５図は６つの付加整流点に対する電流の経路を示す。

第４図の良好な実施態様におけるモータでは、ステップ
１はコイルＡとコイルＢを通って流れる電流を示す。こ
のモードでは、２つの磁界は相互に６０度となっている
。合成磁界は２つの磁界間の中間の角度であり、そして
５０度の余弦の２倍すなわち２×α８６６の大きさを有
しており、それはコイル電流の１．７３倍となっている
。第５図では、ステップ１ａには５つのコイル全部を通
じて流れる電流があるが、Ａを通って流れる電流はコイ
ルＢとコイルＣを通る２Ｉ＆！路に分かれる。従って電
流コイルＢはコイルＡのそれの２分の１である。コイル
ＢおよびＣＶｃおける磁界によって発生されるトルクベ
クトルはコイル人におけるトルクベクトルと同位相にな
っている。しかし、合成トルクベクトルの量はＺｘｃｏ
ｓ６０°すなわちα５である。２つのベクトルの和は１
．５である。従って、電流が２ステップの間一定でおる
とすれば、トルク値はステップ１ａの間、１．７３２で
除算した１、５、すなわちα８６６の比率だけ低いこと
が理解されよう。この条件を相殺する九めに、電流は、
ステップ１ａ中、１．１５５の係数で増幅される。これ
は、余分の整流ステップ中、ＦＲＯＭから７番目の信号
を発生することによって構成することができる。

モータの全負荷インピーダンスの変化を利用することに
よって、所望の電流変調もまた構成することができる。

そこで第６図では、電流経路Ｔ１とＴ２が示されており
、この改良された電流変調モードを説明する。その通常
の回路構成では、サーボ増幅器は定電流モードに置かれ
ていて、上で説明したように、２形式のコイル付勢にお
けるトルクベクトルの差があるので、全コイル電流がサ
ーボ増幅器によって変調されて、トルクレベルにおける
シフトを補償することが望ましい。モータの全負荷イン
ピーダンスは変化するので、３つのモータコイルが２つ
のコイルに対立するものとして付勢される場合、サーボ
増幅器電流は３コイル付勢の間、増加する傾向を示す。

第６図では、期間Ｔ１の間、モータの有効抵抗は各コイ
ル抵抗の２倍である。

期間Ｔ２における有効抵抗は各コイル抵抗の１．５倍で
ある。雨期間中、電圧が一定に保持される場合、回路内
の電流は期間Ｔ２中は３３チ高くなることは明らかであ
る。

電流が一定に保持される場合、トルク値は等しくないこ
とはすでに観測した。Ｔ１の間のトルクは単一のコイル
によって発生されるトルクの１７３２倍であり、セして
Ｔ２期間中、トルクは単一コイルによって発生されるト
ルクの１．５倍である。電流が定電圧を有する場合のよ
うに１．３３の係数で増加することを許される場合、Ｔ
２の間のトルクは単一コイルによって発生されるトルク
の２倍になるであろう。従って、サーボ増幅器が定電流
モードで動作する場合、Ｔ２の間に発生されるトルクは
、Ｔ１を、１．５を１．７３２で除算し次数すなわち０
８６６倍（α８６６Ｘ’ｌ’１　）したものである。さ
らに、回路が定電圧モードで動作する場合、Ｔ２の間に
発生されるトルクは、Ｔ１を、２を１．７３２で除算し
た数すなわち１、１５５倍したもの（１，１５５ＸＴ１
）ｆある。上で説明したように、定電流モードにおける
増幅器の動作はＴ１期間中に、より大きいトルクを発生
する。しかし、定電圧モードにおける増幅器の動作は期
間Ｔ２中に、より大きいトルクを発生する。

サーボ増幅器が定電流モードにおいて、減少した利得で
動作する場合、電流誤差のフィードバック貴は、Ｔ２中
に発生されるトルクをＴ１中に発生されるトルクに等し
くするよう調整することができる。共形的には、コイル
付勢のためのサーボ増幅器は約１００：１の利得を持っ
ている。通常、高利得増幅器はモータインピーダンスす
なわち電源電圧における変化をマスクすることによって
、電流を安定化するために利用される。本装置では、所
望の結果はちょうど反対である。すなわち、所望の電流
変動すなわち特定量の電流誤差がある。これを構成する
ため＋で、約２．０　：　１の利得を有するサーボ増＠
器が、整流ステップ間において電流シフトの適正な量を
与える。各個別モータを微同調するために、第８図に示
されるような可変抵抗器２５が増幅器回路の電流フィー
ドバック部分に利用されることもできて、利得、従って
電流シフトの正確な量を調整する。このように、単純な
アナログ回路を使って、付加整流ステップにおけるＦＲ
ＯＭからの第７の信号を発生することを必要とせずに、
１２ステップ駆動装置における電流を変調することがで
きる。

上記説明は本発明の特定の実施例を開示しているが、そ
れらは説明のためだけのものである。

当業者には他の変更例等も可能であることは自明であり
、それらは本発明の範囲内に入るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はモータに取付けられたホールセンサ信号送信装
置の正面平面等角図、第２図は信号発生ホールセンサ検
出器アセンブリの平面図、第３図は埋々のホールセンサ
の出力信号を示す図、第４図は６ステップ、３相コイル
配線の電流経路を示す図、第５図は６つの追加整流ステ
ップを発生するために本装置によって利用される６つの
追加電流経路を示す図、第６図は代りの整流ステップ中
の界磁コイルを通る電流経路を示す図、第７図はホール
センサ配線を示す概略図、第８図は電流フィードバック
部分を示すモータのサーボ増幅器の部分的回路図、およ
び第９図は整流回路の４つの出力の各々に接続されたデ
コード論理回路をそれぞれ示す。 図中、１１はホールセンサ、１５は固定子リング、１５
は磁石、１７はモータ軸をそれぞれ示す。 図面の浄書（ ＼ 内容に変更なし） 手続補正書（自発） 昭和６３年　９月２２日 特願昭　６３−１７０００５　　号 ２）発明の名称 ブラシレスＤ、Ｃモータ ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 ４、代　理　人 正式図面

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）界磁コイルと、複数の永久磁石を有する回転子と
   を備えるモータであつて、 固定子リングに取付けられて前記モータを整流する第１
   組と第２組の信号発生装置と、 前記信号発生装置をトリガする軸に取付けた整流磁石、
   とを備えており、 前記第１組の信号発生装置は電気角３６０度内に等しく
   間隔を置かれており、 前記第２組の信号発生装置は電気角３６０度内に等しく
   間隔を置かれており、そして前記第２組の信号発生装置
   は前記第１組に関して、前記第１組の２つの隣接する信
   号発生装置間に電気角の２分の１の角度に位置ぎめされ
   ており、そして前記第２組の信号発生装置はすべて電気
   的に結合されて単一整流出力信号を発生する出力を有し
   ていることを特徴とするブラシレスＤ．Ｃモータ。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載のモータにおいて、第
   １組の信号発生装置の数は第２組の信号発生装置の数に
   等しいことを特徴とする前記ブラシレスＤ．Ｃモータ。
3. （３）特許請求の範囲第２項記載のモータであつて、両
   組の信号発生装置に接続されたデコード回路を有してお
   り、前記デコード回路はＮ＋１に等しい数個の整流デコ
   ード入力を有し（但しＮは前記第１組の信号発生装置の
   数）、前記第１組の前記信号発生装置は前記デコード回
   路に個々に接続されそこに別々の入力を形成し、そして
   前記第２組は前記結合した整流出力信号を前記デコード
   回路に伝えてデコード用の１つの追加入力を与えること
   を特徴とする前記ブラシレスＤ．Ｃモータ。
4. （４）特許請求の範囲第３項記載のモータにおいて、前
   記信号発生装置はホールセンサであることを特徴とする
   前記ブラシレスＤ．Ｃモータ。
5. （５）特許請求の範囲第４項記載のモータにおいて、Ｎ
   ＝３であり、かつデコード回路は１２ステップ整流を行
   なう３２×８ＰＲＯＭであることを特徴とする前記ブラ
   シレスＤ．Ｃモータ。
6. （６）特許請求の範囲第５項記載のモータにおいて、前
   記第１組の前記信号発生装置は各装置が軸方向に機械的
   ６０度の間隔を開けられて前記固定子リングに位置ぎめ
   されており、前記第２組の前記信号発生装置もまた、軸
   方向に機械的６０度離れて前記固定子リングに位置ぎめ
   されており、そして前記第２組は前記第１組から機械的
   に１５度オフセットしていることを特徴とする前記ブラ
   シレスＤ．Ｃモータ。
7. （７）特許請求の範囲第１項記載のモータであつてなお
   、前記第１組と前記第２組の信号発生装置によつて発生
   された整流ステップのトルクを等しくするための電流変
   調回路を有しており、前記電流変調回路は界磁コイルを
   付勢するサーボ増幅器を有しており、そして前記サーボ
   増幅器は理論的定電流出力および低利得を有しているこ
   とを特徴とする前記ブラシレスＤ．Ｃモータ。
8. （８）特許請求の範囲第７項記載のモータにおいて、前
   記サーボ増幅器は１０：１以下の利得を有することを特
   徴とする前記ブラシレスＤ．Ｃモータ。
9. （９）特許請求の範囲第８項記載のモータであつてなお
   、サーボ増幅器利得を調整して、整流ステップ間におけ
   る所望の電流シフトの度合を構成する可変抵抗器を有し
   ていることを特徴とする前記ブラシレスＤ．Ｃモータ。
10. （１０）特許請求の範囲第９項記載のモータにおいて、
    前記サーボ増幅器は約２．０：１の利得を有しているこ
    とを特徴とする前記ブラシレスＤ．Ｃモータ。