JPH0347078B2 - - Google Patents

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JPH0347078B2
JPH0347078B2 JP57212052A JP21205282A JPH0347078B2 JP H0347078 B2 JPH0347078 B2 JP H0347078B2 JP 57212052 A JP57212052 A JP 57212052A JP 21205282 A JP21205282 A JP 21205282A JP H0347078 B2 JPH0347078 B2 JP H0347078B2
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motor
rotor
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timing
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Rii Hoorando Garii
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Yokogawa Hewlett Packard Ltd
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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
    • H02P6/20Arrangements for starting
    • 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

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はブラシレス直流モータの電子回路装置
に関し、特にモータを一定の回転速度で駆動する
ための速度制御装置に関する。
従来の速度制御装置では、モータ軸に連動され
ている高分解能の光学式エンコーダが用いられて
いる。前記エンコーダの出力からは、回転子の角
度情報が得られる。その情報は、位相比較器によ
つて、安定したクロツク信号と比較され、前記位
相比較器から回転子位相角エラーを表わす信号が
出力される。この位相角エラー信号は、その後、
整流回路を介してモータコイルの電圧および電流
を制御する。これによりモータの回転速度を制御
する。このような構成は高価なエンコーダの外
に、複雑な整流回路等を必要とする。
本発明は、モータの始動に必要な整流のための
簡単な位置検出器を使用することによつて、高分
解能の光学式エンコーダや従来のフエーズ・ロツ
ク・ループ回路PLLの必要性をなくしている。
本発明の速度制御回路はモータの始動、回転速
度に関する初期低周波不安定性の制動、そして所
望の運転速度を達成した後における回転速度を実
質的に一定に維持する。更に直流モータに組込ま
れたホール効果発電器からの出力信号を利用する
ことにより、始動直後のモーターの不安定な回転
速度の制動および定常運転中における一定回転速
度の維持を行なう。
本発明の速度制御回路によつて制御される直流
モータの回転速度は水晶発振器によつて制御され
た基準信号に同期制御される。回転子が置かれて
いる象限(四分円)を示す位置情報はそのモータ
を始動させるのに使用される。それは,又,その
回転子の水晶発振器へのロツクをはずすような瞬
間的負荷又はその他の運転上の外乱に対する修正
にも利用される。
以下、本発明の一実施例を用いて詳説する。
第1図は本発明のモータ制御回路に使用するモ
ータの概略図である。
第1図において、ブラシレス直流モータ5は永
久磁石の回転子8と、電磁コイル10,12,1
4および16を含む電機子9とから成つている。
それらの参照番号順にコイルを順次励磁すること
により、回転磁界が固定子内に作り出される。正
規な運転状態の下において、回転子8はこの磁界
に追従して回転するが、その始動後の速度と時間
に依存して前記回転磁界から僅かばかり遅れるこ
とになる。
2つのホール効果発電器HG1,HG2(図示
せず)はそのモータ5の一部として一体的に設け
られる。前記ホール効果発電器は、回転子8の位
置を表わす正弦波状電圧を出力する。前記正弦波
状出力電圧は、それらの波形が90゜だけずれるよ
うに、位相調整されている。
第2図は本発明のモータ制御回路のブロツク図
である。
第2図において、モータ5の固定子界磁コイル
を駆動するための電流駆動回路29が設けられて
いる。電流駆動回路29はデジタル−アナログ変
換器26および28に連結されている。デジタル
−アナログ変換器26,28はデジタルの正弦お
よび余弦信号を出力する読出し専用メモリROM
24に接続されている。ROM24はゲート21
を介して得られる2.4KHzの水晶クロツクによつ
て駆動されるカウンタ22からの信号を受信し、
ゲート21の入力には比較器23の出力が与えら
れている。比較器23は、回転子8が固定子9の
回転磁界に追従する際に回転子8の瞬間的位置を
表わす信号を出力する象限デコーダ25および2
7に連結されている。象限デコーダ25はカウン
タ22の出力を入力として受ける。象限デコーダ
27は、モータ5に組込まれているホール効果発
電器からの出力信号に応答して発生されるアナロ
グ−デジタルA/D変換器20からの出力信号を
受信する。デジタル−アナログ変換器26および
28は補償器39にも連結されており、位相比較
器38によつて発生される固定子の磁界に対する
回転子8の位相遅れに逆比例した信号を受信す
る。位相比較器38は5ビツトカウンタ22およ
びA/D変換器20から受信した信号に応答して
位相エラーを発生する。
第3図は本発明のモータ制御回路の説明図であ
る。第3図において、Aはコイル10,12,1
4,16に流れる電流波形である。Bはモータが
低速回転しているときのホール効果発電器HG
1,HG2の出力電圧波形図。Cはモータが定常
状態で回転している時のホール効果発電器HG
1,HG2の出力電圧波形図である。第2図、第
3図においてアナログ−デジタル変換器20は、
ホール効果発電器の出力信号が正の半サイクルに
ある場合には常にデジタル“1”を表わしている
信号を発生する。ゆつくりと回転する状態の下で
の位相遅れは零であつてしかもコイルは1回に1
つづつ励磁されるものと仮定すると、30で示さ
れる1つのホール効果発電器HG1の出力信号波
形上における負の遷移はコイル10が励磁される
ときに生じ、そして32で示される第2のホール
効果発電器HG2の出力信号波形上における負の
遷移はコイルル12が励磁されるときに生ずる。
同様にして、34で示されるHG1の波形上での
正の遷移はコイル14が励磁されるときに生じ、
そして36で示されるHG2の波形上における正
の遷移はコイル16が励磁されるときに生ずる。
前記遷移シーケンスは第1図の矢印18によつて
示されている如く、回転子8が反時計方向に回転
する場合を仮定している。
前述の如く、零位相遅れ波形はゆつくりと回転
する状態に対して仮定されている。一般の運転条
件下においては、第3図Cに示すように回転子が
波形33および35によつて示されている如く固
定子磁界から幾らか遅れる。
再び第2図において、カウンタ22は、いづれ
か所定のサイクルにおいて、どこでその励磁電流
波形が生ずるかを決定する。かくして、そのモー
タコイル10,12,14および16に印加され
る励磁電流は常に同じ関係にあり、そして第3図
の上部において示されているカウンタ値に対応す
る。カウン22は、コイルを駆動するための正弦
および余弦関数をそれぞれ表わしている信号をデ
ジタル−アナログD/A変換器26および28へ
と与えるROM24をアドレス指定する。D/A
変換器26および28はROM24から出力され
たデジタル信号をアナログ波形に変換し、電流駆
動回路29へと与える。電流駆動回路29はモー
タ5のコイル10,12,14および16へとシ
ーケンス状電流を与える。
カウンタ22はゲート21を介して2.4KHzの
クロツクによつて駆動される。このクロツク率
は、75Hzにおいて循環するD/A変換器26およ
び28からの正弦および余弦信号のレートを決定
する。電流駆動回路29はD/A変換器28から
受信された信号を整流しそして結果として余弦波
に比例した電流をモータ5のコイル10へと与え
る。同様にして、コイル12はD/A変換器26
にて発生された正弦波信号に比例した信号によつ
て励磁される。コイル14および16に対する励
磁電流は、D/A変換器28および26によつて
それぞれ発生される余弦および正弦波の反転から
引き出される。
モータ5における回転子8は、その慣性によつ
て、回転磁界に即応した回動を行なうことができ
ない。始動は、所望の回転速度において、この場
合には75Hzにおいて磁界を駆動することにより、
しかもその駆動電流を1回転当り4回停止させて
その回転子をその固定子磁界に対するその磁気的
吸引力によつて捕えさせることにより行なわれ
る。
再び第3図において、カウンタ22の計数値が
6,14,22,30になつたとき、固定子磁界駆動電
流は停止される。もしもカウンター22の計数値
が6でありそしてHG1がなおもデジタル“1”
出力にあるとするならば、固定子磁界と回転子8
との間には略90゜の位相遅れがある(第3図C)。
この場合、クロツクは、HG1出力が“0”にな
るまですなわちその時点においてはそのクロツク
が再び有効になるまで、比較器23からの入力に
応答してゲート21によつて無効にされる。同様
にして、もしも、計数14が生ずるときにHG2が
なおもデジタル“1”にあるならば、そのクロツ
クパルスは、HG2出力が再びデジタル“0”に
なるまですなわちその時点ではクロツクが有効に
されるまで無効にされる。同様にして、もしも、
計数22が現われるときにHG1出力がなおもデジ
タル“0”にあるとするならば、それがデジタル
“1”になるまでその励磁信号が停止される。そ
してもしも計数30が生ずるとき、HG2出力がな
おもデジタル“0”であるならば、それがデジタ
ル“1”になるまでその信号が停止される。
回転子8がある所定の時間において回動してい
る象限はホール効果発電器の出力信号から判定さ
れる。2進符号化のために、HG2を最上位ビツ
トに,HG1を最下位ビツトに選択する。もちろ
んこの選択を逆にする構成も可能である。故に、
回転子8がそこを通して旋回する象限の順序は、
Q10,Q00,Q01およびQ11によつて与
えられる。かくして、そのクロツクは、カウンタ
22の計数値が6であり且つ回転子8が象限Q1
1にあるときか、又は計数値が14で回転子8がQ
10にあるときに無効にされる。同様にして、ク
ロツクパルスは、カウンタ22の計数値が22で、
回転子8が象限Q00において回転するとき、又
は計数値が30で回転子8が象限Q01を通して回
転しているときに無効にされる。かくして、象限
デコーダ25および27は、ゲート21および比
較器23を介して、クロツクパルスを制御する。
第2図の回路の部分詳細図を第4図に示す。第2
図の回路と同一部分には同一番号が付されてい
る。
前述したモータ制御回路装置はモータ5を75Hz
において駆動するには十分であるけれども、モー
タ5の始動直後に生ずる回転子8の回転速度につ
いての過渡的増大および減少すなわちうねり(以
下、動揺という)を制動させるには別な回路装置
が必要である。この制動補償回路装置なしでは、
その始動後における動揺を取るには少なくとも5
分程かかる。
動揺は、回転子8が第5図において示されてい
る如くその回転する固定子磁界に追いつこうとす
る始動中に伸びたり縮んだりするばねに対する回
転子8とその回転子磁界との間ににおける磁気的
連結を類推することができる。かくして、その回
転する固定子磁界はトルクを回転子8に与える。
もしもそのトルクが角度位置情報を用いてその電
流を制御することによりモータコイルを流れる電
流に比例するならば、その動揺は以下に与えられ
る関係に従つて制動されることになる。
第5図は回転子および回転磁界の関係を表わす
原理図である。
第5図において、 ΘR:回転子8の角度 ΘF:固定子磁界の角度 BdΘR/dt:軸受にかかる摩擦トルク J:回転子8およびその負荷の慣性モーメント T:回転子8に印加されるトルク K:バネ定数 ΘREF:基準角度 とすると、 ΣT=Jd2ΘR/dt2 Jd2ΘR/dt2+BdΘR/dt=K(ΘF−ΘR) ラブラス変換すると、 (S2J+SB)ΘR(S)=K(ΘF(S)−ΘR(S)) モータコイルを流れる電流はその回転磁界の特
性を決定する。故に、その回転磁界はホール効果
発電器HG1およびHG2の出力から引き出され
る角度位置情報を用いてその電流を変えることに
より制御される。更に、前記動揺補償回路装置は
通常の運転中に生ずる速度の変動に対する補償を
も与える。
動揺補償回路装置は位相比較器38および補償
器39から成る。位相比較器38は、その回転す
る固定子磁界に対する回転子8の位相遅れに逆比
例した補償信号を与える。この信号は、回転子8
の位相遅れの変化の割合を表わしている信号を与
えるべく、償器39へと交流連結されている。前
記信号はD/A変換器26および28によつて受
信される入力信号との乗算のために調整される。
この補償信号は、最終的には、電流駆動回路29
によつて与えられる駆動電流信号のピーク値を設
定するのに使用される。回転子8の位相遅れが変
わるにつれて、補償信号はその遅れを一定に保つ
ように作用する。
以上述べた如く本発明によれば、回転子の位置
と回転磁界との間の遅れを検出し、モータの回転
を制御しており又、光エンコーダ等の高価な回路
は不要なので、廉価で且つ制御特性のすぐれたモ
ータ制御回路を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のモータ制御回路に使用するモ
ータの概略図。第2図は本発明のモータ制御回路
のブロツク図。第3図は本発明のモータ制御回路
の説明図。第4図は本発明のモータ制御回路の部
分詳細回略図。第5図は回転子および回転磁界の
関関係を表わす原理図。 5:モータ、8:回転子、9:電機子、10,
12,14,16:コイル、20:A/D変換
器、21:ゲート、22:カウンタ、23:比較
器、24:ROM、25,27:象限デコーダ、
26,28:D/A変換器、29:電流駆動回
路、38:位相比較器、39:補償器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 回転子8と複数の界磁コイル10,12,1
    4,16を有するモータ5を駆動するため、後記
    (イ)及至(ホ)より構成されたモータ制御回路。 (イ) 前記モータ5に接続し、該モータに所定の回
    転速度の回転磁界を発生させるため、前記界磁
    コイル10,12,14,16を順次付勢する
    ための駆動手段26,28,29。 (ロ) 所定速度のタイミング信号を供給するための
    タイミング手段21,22。 (ハ) 前記駆動手段と前記タイミング手段に接続
    し、電流波形データを格納するための格納手段
    24。 該格納手段は前記タイミング信号に応じて、
    前記モータの速度を定めるため前記電流波形を
    指示する信号を前記駆動手段に供給する。 (ニ) 前記モータに接続し、前記回転磁界に応じて
    回転する前記回転子の瞬時位置を示す帰還信号
    を発生するための位置検出手段HG1,HG2,
    20 (ホ) 前記駆動手段と、前記タイミング手段と、前
    記位置検出手段とに接続し、前記タイミング信
    号と前記帰還信号に応じて前記回転磁界に対す
    る前記回転子の位相遅れの変化の割合に反比例
    する補償信号を供給するための補償手段38,
    39。前記駆動手段は前記補償信号に応じて前
    記回転子の回転速度の過渡的増減を補償する。 2 前記タイミング手段と、前記位置検出手段と
    に接続し、前記帰還信号と前記タイミング信号と
    に応じて、前記回転磁界に前記回転子が追いつく
    ように、所定の時間前記回転磁界を停止するため
    の制御信号を供給するための比較器23,25,
    27をさらに追加して成る特許請求の範囲第1項
    記載のモータ制御回路。
JP57212052A 1981-12-02 1982-12-02 モ−タ制御回路 Granted JPS58103886A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/326,631 US4454458A (en) 1981-12-02 1981-12-02 Synchronous drive for brushless DC motor
US326631 1981-12-02

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Publication Number Publication Date
JPS58103886A JPS58103886A (ja) 1983-06-21
JPH0347078B2 true JPH0347078B2 (ja) 1991-07-18

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