JPH06165572A - モータ駆動制御装置及びモータ制御方法 - Google Patents

モータ駆動制御装置及びモータ制御方法

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JPH06165572A
JPH06165572A JP43A JP31710592A JPH06165572A JP H06165572 A JPH06165572 A JP H06165572A JP 43 A JP43 A JP 43A JP 31710592 A JP31710592 A JP 31710592A JP H06165572 A JPH06165572 A JP H06165572A
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JP
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control
brushless motor
motor
drive
signal
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JP43A
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English (en)
Inventor
Makoto Kubota
誠 久保田
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明はモータ駆動制御装置の改善に関し、
DCブラシレスモータの回転子位置検出に基づき矩形状
の制御信号を発生することなく、階段状の制御信号を生
成し、正弦波に近似するような電流により回転子を円滑
に駆動することを目的とする。 【構成】 直流ブラシレスモータ14の回転子位置を検
出する検出手段11と、回転子位置に係る位置検出信号
U ,PV ,PW や直流ブラシレスモータ14の出力制
御に係る制御指令信号SImとに基づいて位相の異なる階
段状の制御信号I U ,IV ,IW を発生する信号発生手
段12と、階段状の制御信号IU ,IV ,IW に基づい
て直流ブラシレスモータ14の各巻線相に駆動電流i
a,ib,icを供給するモータ駆動出力手段13とを
具備し、信号発生手段12が、少なくとも、制御指令信
号SImに基づいて発生された3種類の制御要素ISU,IS
V,ISWを位置検出信号PU ,PV ,PW に基づいて選
択合成出力することを含み構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 〔目次〕 産業上の利用分野 従来の技術(図7) 発明が解決しようとする課題(図8) 課題を解決するための手段(図1,2) 作用 実施例(図3〜6) 発明の効果
【0002】
【産業上の利用分野】本発明は、モータ駆動制御装置及
びモータ制御方法に関するものであり、更に詳しく言え
ば、DCブラシレスモータの駆動制御をする装置及びそ
の制御方法の改善に関するものである。
【0003】近年、自動工作機械,ロボット,トランス
ファマシン等において、その原動力となる直流サーボモ
ータに代わり、メンテナンスフリーで比較的小容量のサ
ーボモータとしてDCブラシレスモータが使用される傾
向にある。
【0004】これによれば、DCブラシレスモータはイ
ンクルメンタルエンコーダと組み合わせて使用され、そ
れが同期電動機の一種であることから、固定子電流の位
相と回転子の位置とが同期していなければ回転をしな
い。すなわち、インクリメントエンコーダを使用した場
合には、電源投入直後は回転子位置(固定子電流の位相
と回転子の位置)が不確定であるため、モータを回転す
ることができない。これを回避する手段としてモータに
ホール素子等による位置検出手段が設けられ、そこから
出力される位置検出信号が使用される。
【0005】例えば、エンコーダのZ相が見つかるまで
は、この位置検出信号が用いられ、また、一旦,エンコ
ーダのZ相が検出されると、エンコーダにより正確な位
置が検出されるため、位置検出信号は不要となる。な
お、Z相が検出されるまでの間の運転として、最も簡単
方法は、位置検出信号を出力トランジスタ回路のゲート
駆動信号として直接使用することである。しかし、かか
る場合には、モータの電源電圧に依存して回転数が変動
することからトルク変動が大きくなる欠点がある。これ
を嫌う場合には、電源投入時より絶対位置を検出するこ
とが可能なアブリュートエンコーダやレゾルバ等が使用
される場合があるが一般に高価となる。また、使用用途
によっては、それらエンコーダやレゾルバを付けられな
い場合もある。
【0006】そこで、DCブラシレスモータの回転子位
置検出に基づき階段状の制御信号を生成し、正弦波に近
似するような電流により回転子を円滑に駆動することが
できる装置及び方法が望まれている。
【0007】
【従来の技術】図7,8は、従来例に係る説明図であ
る。図7(a)は、従来例に係るDCブラシレスモータ
の駆動制御装置の構成図であり、図7(b)は、その制
御電流発生回路の構成図をそれぞれ示している。
【0008】例えば、自動工作機械,ロボット及びトラ
ンスファマシン等の原動力となるDCブラシレスモータ
(三相同期電動機)4の駆動制御をする装置は、図7
(a)において、磁気検出器1,制御電流発生回路2,
パルス幅変調/電界効果トランジスタ(以下単にPWM
/FETという)駆動回路3A,出力トランジスタ(以
下出力FETという)回路3Bから成る。また、制御電
流発生回路2は,例えば、図7(b)に示すように、反
転アンプ2Aやアナログデータセレクタ2Bから成る。
【0009】当該装置の機能は、DCブラシレスモータ
4の回転子位置がホール素子を主要部とする磁気検出器
1により検出されると、その位置検出信号PU ,PV
Wが制御電流発生回路2に出力される。また、制御電
流発生回路1では制御電流指令IMと位置検出信号
U ,PV ,PW とに基づいてPWM/FET駆動回路
3Aに矩形状の駆動制御電流IU ,IV ,IW が出力さ
れる。
【0010】ここで、矩形状の駆動制御電流IU
V ,IW は、図7(b)に示すように、制御電流発生
回路2の反転アンプ2Aやアナログデータセレクタ2B
により発生される。すなわち、図7(b)において、例
えば、制御電流指令IMが反転アンプ2Aやアナログデ
ータセレクタ2Bに供給されると、図8に示すような0
〔°〕,120 〔°〕,240 〔°〕と位相が異なる矩形状
の位置検出信号PU ,PV,PW によりアナログデータ
セレクタ2Bが制御され、これに基づいて矩形状の駆動
制御電流IU ,IV ,IW がPWM/FET駆動回路3
Aに供給される。
【0011】さらに、PWM/FET駆動回路3Aから
出力FET回路3Bに、駆動制御電流IU ,IV ,IW
の大きさに比例したパルス幅のゲート制御信号SG1〜S
G6が出力される。なお、出力FET回路3Bは直流電源
に接続された2組×3相分の電界効果トランジスタ回路
から成り、ゲート制御信号SG1〜SG6に基づいてDCブ
ラシレスモータ4の固定子巻線に矩形状の駆動電流i
a,ib,icを供給する。
【0012】これにより、矩形状の駆動電流ia,i
b,icにより発生される回転磁界によりDCブラシレ
スモータ4の回転子が正転,逆回転され、自動工作機
械,ロボット及びトランスファマシン等の原動力とな
る。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来例によ
ればDCブラシレスモータ4の回転子位置が検出される
と、図8の問題点を説明する入・出力電流の波形図に示
すように、位置検出信号PU ,PV ,PW に基づいて制
御電流発生回路2により矩形状の駆動制御電流I U ,I
V ,IW が発生される。
【0014】このため、矩形状の駆動制御電流IU ,I
V ,IW を基準にしてPWM/FET駆動回路3A及び
出力トランジスタ回路3Bが動作される結果、出力トラ
ンジスタ回路3からDCブラシレスモータ4の固定子巻
線に供給される駆動電流ia,ib,icも矩形状とな
る。これにより、回転子のトルク変動が大きくなり、当
該DCブラシレスモータ4により駆動される負荷機器の
円滑動作の妨げとなる。
【0015】これは、DCブラシレスモータ4が三相同
期電動機の構造を有することから、本来、理想的には位
相が120 〔°〕ずれた正弦波の駆動電流ia,ib,i
cを供給すべきである。但し、界磁磁極(回転子)と固
定子巻線電流との位置関係が定まっていなければならな
い(同期状態)。しかし、DCブラシレスモータ4が直
流サーボモータに代わり精密な速度制御や位置制御を必
要とすることから直流電源に接続され、その正転,逆回
転を含んだ速度制御が必要とされる。
【0016】なお、従来例によれば磁気検出器1の他に
回転方向や回転数を検出するエンコーダが設けられる。
例えば、構造が簡単で安価な数万パルス/回転のインク
リメント方式のエンコーダが使用される。
【0017】しかし、始動直後にはDCブラシレスモー
タ4の回転子の磁極原点が磁気検出器1により検出され
るまでは、当該回転子と固定子巻線電流との位置関係が
定まらず、それをエンコーダに基づいて、正常に回転さ
せることができない。これを回避する手段としても、理
想の正弦波の駆動電流ia,ib,icの正側を
「1」,負側を「0」に対応させた矩形状の位置検出信
号PU ,PV ,PW が磁気検出器1から制御電流発生回
路2に出力される。
【0018】すなわち、エンコーダのZ相が検出される
までは、この矩形状の位置検出信号PU ,PV ,PW
ルスにより、120 〔°〕位相の異なる矩形状の駆動制御
電流(以下単に制御信号ともいう)IU ,IV ,IW
作成し、当該回転子を回転させなければならない。
【0019】本発明は、かかる従来例の問題点に鑑み創
作されたものであり、DCブラシレスモータの回転子位
置検出に基づき矩形状の制御信号を発生することなく、
階段状の制御信号を生成し、正弦波に近似するような電
流により回転子を円滑に駆動することが可能となるモー
タ駆動制御装置及びモータ制御方法の提供を目的とす
る。
【0020】
【課題を解決するための手段】図1(a),(b)は、
本発明に係るモータ駆動制御装置の原理図であり、図2
(a),(b)は、本発明に係るモータ制御方法の原理
図をそれぞれ示している。
【0021】本発明のモータ駆動制御装置は、図1
(a)に示すように、直流ブラシレスモータ14の駆動
制御をする装置であって、前記直流ブラシレスモータ1
4の回転子位置を検出する検出手段11と、前記回転子
位置に係る位置検出信号PU ,P V ,PW や直流ブラシ
レスモータ14の出力制御に係る制御指令信号SImとに
基づいて位相の異なる階段状の制御信号IU ,IV ,I
W を発生する信号発生手段12と、前記階段状の制御信
号IU ,IV ,IW に基づいて直流ブラシレスモータ1
4の各巻線相に駆動電流ia,ib,icを供給するモ
ータ駆動出力手段13とを具備することを特徴とする。
【0022】なお、本発明のモータ駆動制御装置におい
て、図1(b)に示すように、前記信号発生手段12
に、少なくとも、制御指令信号SImに基づいて3種類の
制御要素ISU,ISV,ISWを発生する制御要素発生手段
12Aと、前記位置検出信号PU,PV ,PW に基づいて
制御要素ISU,ISV,ISWを選択合成する制御要素合成
手段12Bとが含まれることを特徴とする。
【0023】また、本発明のモータ制御方法は図2
(b)に示すように、制御目標値IMに基づいて直流ブ
ラシレスモータ14の駆動制御をする方法であって、図
2(a)の処理フローチャートに示すように、ステップ
P1で前記直流ブラシレスモータ14の回転子位置θを
検出しながら、ステップP2で前記回転子位置θと制御
目標値IMとに基づいて位相の異なる階段状の制御信号
U ,IV ,IW の生成処理をし、その後、ステップP
3で前記階段状の制御信号IU ,IV ,IW に基づいて
直流ブラシレスモータ14の駆動制御処理をすることを
特徴とする。
【0024】なお、本発明のモータ制御方法において、
前記階段状の制御信号IU ,IV ,IW の生成処理の際
に、ステップP2Aで前記直流ブラシレスモータ14の回
転子位置検出に係る位置検出信号PU ,PV ,PW と、
前記直流ブラシレスモータ14の出力制御に係る制御指
令信号SImとに基づいて3種類の制御要素ISU,ISV,
ISWの選択加算をすることを特徴とし、上記目的を達成
する。
【0025】
【作 用】本発明のモータ駆動制御装置によれば、図1
(a)に示すように検出手段11,信号発生手段12及
びモータ駆動出力手段13が具備され、該信号発生手段
12に制御要素発生手段12A及び制御要素合成手段12B
が含まれ、位置検出信号P U ,PV ,PW や制御指令信
号SImに基づいて位相の異なる階段状の制御信号I U
V ,IW が発生される。
【0026】例えば、直流ブラシレスモータ14の回転
子位置が検出手段11により検出されると、その回転子
位置に係る位相が120 〔°〕づれた位置検出信号PU
V,PW や直流ブラシレスモータ14の出力制御に係
る制御指令信号SImとに基づいて位相の異なる階段状の
制御信号IU ,IV ,IW が信号発生手段12により発
生される。
【0027】この際に、図1(b)に示すように、少な
くとも、信号発生手段12の制御要素発生手段12Aによ
り、制御指令信号SImに基づいて3種類の制御要素IS
U,ISV,ISWが発生されると、位置検出信号PU ,P
V ,PW に基づいて選択された制御要素ISU,ISV,IS
Wが制御要素合成手段12Bにより合成出力される。
【0028】このため、ある制御周期の中で正側に2段
階,負側で2段階に変化をする階段状の制御信号IU
V ,IW を信号発生手段12からモータ駆動出力手段
13に出力することが可能となる。また、該出力手段1
3では、階段状の制御信号I U ,IV ,IW に基づいて
直流ブラシレスモータ14の各巻線相にある制御周期の
中で正側に2段階,負側で2段階に変化をする階段状の
駆動電流ia,ib,icを供給することが可能とな
る。
【0029】これにより、位相が120 〔°〕ずれた理想
的な正弦波電流に近似する階段状の駆動電流ia,i
b,icによりDCブラシレスモータ4の固定子巻線で
回転磁界が発生されることから、その回転トルクの円滑
化を図ることが可能となる。
【0030】また、本発明のモータ制御方法によれば、
図2(a)の処理フローチャートに示すように、ステッ
プP2で直流ブラシレスモータ14の回転子位置θと制
御目標値IMとに基づいて位相の異なる階段状の制御信
号IU ,IV ,IW の生成処理をしている。
【0031】例えば、ステップP2Aで直流ブラシレスモ
ータ14の出力制御に係る制御指令信号SImに基づいて
発生された3種類の制御要素ISU,ISV,ISWが直流ブ
ラシレスモータ14の回転子位置検出に係る位置検出信
号PU ,PV ,PW に基づいて選択され、その選択され
た制御要素ISU,ISV,ISWを加算することにより、階
段状の制御信号IU ,IV ,IW が生成される。
【0032】ここで、仮に二つの電流値をI1,I2と
し、実数定数をkと置き、制御指令信号SIm=IMとの
関係を(1)式,すなわち、 I1=0.5 k・IM ,I2=−k・IM ……(1) で表すものとする。
【0033】また、位置検出信号PU ,PV ,PW
「1」,「0」の二値で示すと、上式と階段状の制御信
号IU ,IV ,IW との関係は、(2)式、すなわち、 IU =PU ・I2+PV ・I1+PW I1 IV =PU ・I1+PV ・I2+PW I1 IV =PU ・I1+PV ・I1+PW I2 ……(2) で表すことができる。
【0034】この(2)式より位置検出信号PU
V ,PW は6つのパターンが存在し、また、実数定数
k=1(オペアンプを含めるとk=−1)とすると、位
相が30°,90°,150 °,210 °,270 °,330 °
で代表される制御信号IU ,IV,IW を発生すること
ができる。なお、実数定数|k|=1以外においても、
(3)式に示す制御信号IU ,IV ,IW ,すなわち、 IU ≒k・IM・sinθ IV ≒k・IM・sin(θ−120 °) IW ≒k・IM・sin(θ+120 °) ……(3) で表すことができる。
【0035】このため、制御指令信号SIm=IMの大き
さを変化させることにより、ステップP3で、ある制御
周期の中で正側に2段階,負側で2段階に変化をする階
段状の制御信号IU ,IV ,IW に基づいて直流ブラシ
レスモータ14の駆動制御処理,例えば、モータ速度又
は駆動電流等の制御をすることができる。
【0036】これにより、従来例のようにDCブラシレ
スモータの回転子位置検出に基づき、矩形状の制御信号
を発生することなく、位置検出信号PU ,PV ,PW
基づいて階段状の制御信号を発生することができ、限り
なく正弦波電流に近似するような階段状の制御信号
U ,IV ,IW により当該DCブラシレスモータ14
を円滑に駆動制御をすることが可能となる。このこと
で、回転子のトルク変動が小さくなり、負荷機器を円滑
動作させることが可能となる。
【0037】
【実施例】次に、図を参照しながら本発明の実施例につ
いて説明をする。図3〜5は、本発明の実施例に係るモ
ータ駆動制御装置及びモータ制御方法の説明図であり、
図3 は、本発明の実施例に係るDCブラシレスモータの
駆動制御装置の全体構成図である。また、図4は、本発
明の実施例に係るU,V,W相指令電流発生回路の構成
図であり、図5は、その入・出力電流の波形図をそれぞ
れ示している。
【0038】例えば、自動工作機械,ロボット及びトラ
ンスファマシン等の原動力となるDCブラシレスモータ
(三相同期電動機)14の駆動制御をする装置は、図3
において、磁気検出器21,制御電流発生回路22,P
WM/FET駆動回路23,出力電界効果トランジスタ
(以下単に出力FETという)回路24から成る。
【0039】すなわち、磁気検出器21は検出手段11
の一実施例であり、直流ブラシレスモータ14の回転子
位置を検出して位置検出信号PU ,PV ,PW を制御電
流発生回路22に出力するものである。当該磁気検出器
21は回転子軸と共に回転をする小磁石をドラムに設
け、その小磁石の位置を磁気抵抗素子(ホール素子)に
より検出して位置検出信号PU ,PV ,PW を発生す
る。
【0040】制御電流発生回路22は信号発生手段12
の一実施例であり、回転子位置に係る位置検出信号
U ,PV ,PW や直流ブラシレスモータ14の出力制
御に係る制御指令信号SImとに基づいて位相の異なる階
段状の制御信号IU ,IV ,IWを発生するものであ
る。なお、制御電流発生回路22については図4におい
て詳述する。
【0041】また、PWM/FET駆動回路23及び出
力FET回路24はモータ駆動出力手段13の一実施例
を構成し、階段状の制御信号IU ,IV ,IW に基づい
て直流ブラシレスモータ14の各巻線相に駆動電流i
a,ib,icを供給するものである。PWM/FET
駆動回路23はU相検出帰還電流iafBやV相検出帰還
電流ibfBに基づいて階段状の制御信号IU ,IV ,I
W のパルス幅を制御してゲート制御信号SG1〜SG6等を
出力FET回路24に出力する。また、出力FET回路
24は直流電源に接続された2組×3相分の電界効果ト
ランジスタやバイポーラトランジスタ回路から成り、ゲ
ート制御信号SG1〜SG6に基づいてDCブラシレスモー
タ4の固定子巻線に正弦波に近似する駆動電流ia,i
b,icを供給する。
【0042】図4は、本発明の実施例に係る制御電流発
生回路の構成図である。例えば、制御電流発生回路22
は図4において、制御要素発生手段12Aや制御要素合成
手段12Bの一例を構成する電圧要素発生回路22A,回転
方向切換回路22B,U相指令電流発生回路22C,V相指
令電流発生回路22D,W相指令電流発生回路22Eから成
る。
【0043】すなわち、電圧要素発生回路22Aはオペア
ンプOP1,基準抵抗R1及び帰還抵抗R2から成り、制
御指令信号SImの一例となる指令電流(電圧でも良い)
IMに基づいて制御要素ISU,ISV,ISWの一例となる
電圧要素を発生するものである。なお、基準抵抗R1と
帰還抵抗R2との抵抗比は、例えば、R1:R2=1:
2とする。
【0044】また、回転方向切換回路22Bはアナログコ
ンパレータ203 ,プルアップ抵抗R14,排他論理和回路
(以下EXOR回路という)204 から成る。当該回転方
向切換回路22Bの機能は、指令電流IMに基づいて回転
子位置に係る位置検出信号P U ,PV ,PW の極性(回
転方向)を変換し、その極性変換に基づくスイッチ制御
信号Su,Sv,SwをU相指令電流発生回路22CやV
相指令電流発生回路22Dのアナログスイッチ回路201 ,
202 に出力するものである。
【0045】さらに、U相指令電流発生回路22Cは基準
抵抗R3〜R5,アナログスイッチ回路201 ,帰還抵抗
R6 及びオペアンプOP2から成る。基準抵抗R3〜R5
は指令電流IMに基づいて電圧要素ISU,ISV,ISWを
発生する。また、アナログスイッチ回路201 は例えば、
電界効果トランジスタ回路から成るスイッチSW1〜SW3
から構成され、その各ゲートにスイッチ制御信号Su,
Sv,Swが供給される。
【0046】これにより、スイッチSW1〜SW3に流れる
電圧要素ISU,ISV,ISWが選択加算されてオペアンプ
OP2に出力される。なお、帰還抵抗R6 及びオペアンプ
OP2は加算された電圧要素ISU,ISV,ISWに基づいて
階段状の制御信号IU の一例となるU相指令電流をPW
M/FET駆動回路23に出力をする。
【0047】また、V相指令電流発生回路22Dは基準抵
抗R7〜R9,アナログスイッチ回路202 ,帰還抵抗R
10及びオペアンプOP3から成る。基準抵抗R7〜R9は
指令電流IMに基づいて電圧要素ISU,ISV,ISWを発
生する。また、アナログスイッチ回路202 は、例えば、
電界効果トランジスタ回路から成るスイッチSW1〜SW3
から構成され、その各ゲートにスイッチ制御信号Su,
Sv,Swが供給される。
【0048】これにより、スイッチSW1〜SW3に流れる
電圧要素ISU,ISV,ISWが選択加算されてオペアンプ
OP3に出力される。なお、帰還抵抗R10及びオペアンプ
OP3は加算された電圧要素ISU,ISV,ISWに基づいて
階段状の制御信号IV の一例となるV相指令電流をPW
M/FET駆動回路23に出力をする。
【0049】また、W相指令電流発生回路22Eは基準抵
抗R11,R12,帰還抵抗R13及びオペアンプOP4から成
る。基準抵抗R11,R12はU相指令電流IU 及びV相指
令電流IV を加算して、それをオペアンプOP4に入力す
る。なお、帰還抵抗R10及びオペアンプOP3は加算され
たU相指令電流IU 及びV相指令電流IV に基づいて階
段状の制御信号IW の一例となるW相指令電流IW =−
U −IV をPWM/FET駆動回路23に出力をす
る。
【0050】これにより、図5に示すような階段状のU
相指令電流IU ,V相指令電流IV及びW相指令電流I
W に基づいてDCブラシレスモータ14が駆動制御され
る。このようにして、本発明の実施例に係るDCブラシ
レスモータの駆動制御装置によれば、図3,4に示すよ
うに磁気検出器21,制御電流発生回路22,PWM/
FET駆動回路23,出力FET回路24が具備され、
該制御電流発生回路22が電圧要素発生回路22A,回転
方向切換回路22B,U相指令電流発生回路22C,V相指
令電流発生回路22D,W相指令電流発生回路22Eから成
り、位置検出信号PU ,PV ,PW や指令電流IMに基
づいて120 〔°〕位相の異なる階段状のU相指令電流I
U ,V相指令電流IV 及びW相指令電流IW を発生す
る。
【0051】例えば、直流ブラシレスモータ14の回転
子位置が磁気検出器21により検出されると、その回転
子位置に係る位相が120 〔°〕づれた位置検出信号
U ,P V ,PW が発生される。
【0052】この際に、図5に示すように、少なくと
も、制御電流発生回路22の基準抵抗R3〜R5,R7
〜R9により、指令電流IMに基づいて3種類の電圧要
素ISU,ISV,ISWが発生されると、スイッチ制御信号
U ,SV ,SW に基づいてアナログスイッチング回路
201 ,202 の各スイッチSW1〜SW3が選択され、その選
択されたスイッチSW1,SW2又はSW3がON動作をする
ことにより、該電圧要素ISU,ISV,ISWが選択され、
オペアンプOP2,OP3により合成出力される。
【0053】このため、図5に示すように、ある制御周
期の中で正側に2段階,負側で2段階に変化をする階段
状のU,V,W相指令電流IU ,IV ,IW を制御電流
発生回路22からPWM/FET制御回路23に出力す
ることが可能となる。また、当該制御回路23では、階
段状のU,V,W相指令電流IU ,IV ,IW に基づい
て直流ブラシレスモータ14の各巻線相に、正側に2段
階,負側で2段階に変化をする階段状の駆動電流ia,
ib,icを供給することが可能となる。
【0054】これにより、位相が120 〔°〕ずれた理想
的な正弦波電流に近似する階段状の駆動電流ia,i
b,ic,すなわち、次式、 ia=−√2I・sinθ ib=−√2I・sin(θ−120 °) ic=−√2I・sin(θ+120 °) によりDCブラシレスモータ14の固定子巻線で回転磁
界が発生され、その回転トルクの円滑化を図ることが可
能となる。
【0055】次に、本発明の実施例に係るDCブラシレ
スモータの制御方法について、当該制御装置の動作を補
足しながら説明をする。図6は、本発明の実施例に係る
DCブラシレスモータの制御フローチャートである。例
えば、図2(b)に示すように、制御目標値IMに基づ
いて直流ブラシレスモータ14の駆動制御をする場合で
あって、その初期状態において回転子位置と固定子巻線
の駆動電流とが同期していない状態と仮定すると、図6
において、まず、ステップP1で起動命令の待機をす
る。
【0056】この際に起動命令,例えば、指令電流IM
が活性化されると、ステップP2で直流ブラシレスモー
タ14の回転子位置θの検出を開始する。ここで、図5
の入・出力電流の波形図において、位置検出信号PU
V ,PW のパルス出力パターン〜を考察すると、
表1に示すように回転角0〜360 〔°〕の中で、当該位
置検出信号PU ,PV ,PW により6個のパルスの組み
合わせが得られ、60〔°〕の範囲により制御角度を限
定することが可能となる。
【0057】
【表1】
【0058】この6個のパルス出力パターン〜に係
る位置検出信号PU ,PV ,PW の組み合わせ信号が回
転方向切換回路22Bより出力される。次に、回転子位置
θの検出に並行して、ステップP3で回転子位置θと制
御目標値IMとに基づいて120 〔°〕位相の異なる階段
状のU,V,W相指令電流I U ,IV ,IW にて同期合
わせをする。ここで、当該制御角度60〔°〕の中間角
度を制御対象値とすれば、例えば、U相指令電流発生回
路では表2に示すように代表回転角30,90,150 ,
210 ,270 ,330 〔°〕に対するU相指令電流IU を具
現化することができる。
【0059】
【表2】
【0060】具体的には、直流ブラシレスモータ14の
出力制御に係る指令電流IMとに基づいて3種類の電圧
要素ISU,ISV,ISWが発生されると、回転子位置検出
に係る位置検出信号PU ,PV ,PW の6個のパルス信
号「101」,「100」,「110」,「010」,
「011」,「001」によるスイッチ制御信号Su,
Sv,Swに基づいてアナログスイッチング回路201 ,
202 の各スイッチSW1〜SW3が選択され、その選択され
たスイッチSW1,SW2又はSW3がON動作をすることに
より、例えば、振幅比=−1・IMの電圧要素ISUや振
幅比=0.5 ・IMの電圧要素ISVが選択される。また、
選択された電圧要素ISU,ISVがオペアンプOP2,OP3
により合成出力される。
【0061】これにより、代表回転角30,90,150
,210 ,270 ,330 〔°〕に対するU相指令電流IU
の振幅比0.5 ,1.0 ,0.5 ,−0.5 ,−1.0 ,−0.5 が
得られる。なお、V,W相指令電流IV ,IW について
も同様に得られる(図5参照)。
【0062】その後、ステップP4で回転子位置と固定
子巻線の駆動電流とが同期した場合(YES)には、ステ
ップP5に移行する。また、それが同期しない場合(N
O)には、ステップP3に戻って同期合わせを継続す
る。
【0063】従って、ステップP4で回転子位置と固定
子巻線の駆動電流とが同期した場合(YES)には、ステ
ップP5で階段状のU,V,W相指令電流IU ,IV
Wに基づいて直流ブラシレスモータ14の速度制御を
する。この際に、U,V,W相の固定子巻線に階段状の
駆動電流ia,ib,icが出力される。
【0064】そして、ステップP6で停止命令が有った
場合(YES)には、制御を終了し、それが無い場合(N
O)には、ステップP2,P3に戻って、回転子位置θ
の検出に並行してモータの速度制御を継続する。
【0065】このようにして、本発明の実施例に係るD
Cブラシレスモータの制御方法によれば、図6の制御フ
ローチャートに示すように、ステップP3の同期合わせ
やステップP5の速度制御の際に、直流ブラシレスモー
タ14の回転子位置θと制御目標値IMとに基づいて位
相120 〔°〕の異なる階段状のU,V,W相指令電流I
U ,IV ,IW を生成している。
【0066】例えば、ステップP3で直流ブラシレスモ
ータ14の出力制御に係る指令電流IMに基づいて発生
された3種類の電圧要素ISU=−1・IM,ISV=ISW
=0.5 ・IMの中から電圧要素ISU=−1・IM,ISW
=0.5 ・IMが直流ブラシレスモータ14の回転子位置
検出に係る位置検出信号PU ,PV ,PW に基づいて選
択され、その選択されたISU=−1・IM,ISW=0.5
・IMを表2のように加算することにより、(4)式,
すなわち、6つのパターンを有する位置検出信号PU
V ,PW により、位相が30°,90°,150 °,21
0 °,270 °,330 °で代表される階段状のU,V,W
相指令電流IU ,IV ,IW を発生することができる。
なお、kは実数定数である。
【0067】 IU ≒k・IM・sinθ IV ≒k・IM・sin(θ−120 °) IW ≒k・IM・sin(θ+120 °) ……(4) このため、ステップP6で、図5に示すように、パルス
出力パターン〜の中で正側に2段階,負側で2段階
に変化をする階段状のU,V,W相指令電流I U
V ,IW を基準にしてPWM/FET駆動回路23及
び出力FET回路24が動作される結果、当該出力FE
T回路24からDCブラシレスモータ14の固定子巻線
に供給される駆動電流ia,ib,icが正弦波に近似
した波形になる。
【0068】これにより、従来例のようにDCブラシレ
スモータの回転子位置検出に基づき、矩形状のU,V,
W相指令電流を発生することなく、構造が簡単で安価な
磁気検出器21を使用し、その位置検出信号PU
V ,PW に基づいて限りなく正弦波電流に近似するよ
うな階段状のU,V,W相指令電流IU ,IV ,IW
より当該DCブラシレスモータ14を円滑に駆動制御を
することが可能となる。
【0069】このことで、回転子のトルク変動が小さく
なり、負荷機器を円滑動作させることが可能となる。こ
のことから、DCブラシレスモータ14を直流サーボモ
ータに代替させ、それを直流電源に接続し、正転,逆回
転を含んだ精密な速度制御や位置制御をすることが可能
となる。
【0070】なお、DCブラシレスモータ14の回転子
の磁極原点を検出する始動直後には、従来例のように正
側を「1」,負側を「0」に対応させた矩形状のU,
V,W相指令電流IU ,IV ,IW を発生し、その磁極
原点が検出された同期状態以後は、本発明のような理想
の正弦波電流に近似する階段状のU,V,W相指令電流
U ,IV ,IW を発生することにより、可変駆動制御
を行っても良い。また、用途に応じてはインクリメント
デコーダを省略した駆動方法にも適用可能となる。
【0071】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のモータ駆
動制御装置及びモータ制御方法によれば、検出手段,信
号発生手段及びモータ駆動出力手段が具備され、該信号
発生手段に制御要素発生手段,制御要素合成手段が含ま
れ、位置検出信号や制御指令信号に基づいて位相の異な
る階段状の制御信号を発生する。
【0072】このため、ある制御周期の中で正側に2段
階,負側で2段階に変化をする階段状の制御信号を信号
発生手段からモータ駆動出力手段に出力することが可能
となる。また、該出力手段では、階段状の制御信号に基
づいて直流ブラシレスモータの各固定子巻線に、正側に
2段階,負側で2段階に変化をする階段状の駆動電流を
供給することが可能となる。このことで、従来例のよう
にDCブラシレスモータの回転子位置に基づいて、限り
なく正弦波電流に近似するような階段状の制御信号によ
り当該DCブラシレスモータを円滑に駆動制御をするこ
とが可能となる。
【0073】これにより、高信頼度かつ汎用型のモータ
駆動制御装置を提供することができ、これを応用した自
動工作機械,ロボット,トランスファマシン等の低廉化
に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るモータ駆動制御装置の原理図であ
る。
【図2】本発明に係るモータ制御方法の原理図である。
【図3】本発明の実施例に係るDCブラシレスモータの
駆動制御装置の全体構成図である。
【図4】本発明の実施例に係る制御電流発生回路の構成
図である。
【図5】本発明の実施例に係る入・出力電流の波形図で
ある。
【図6】本発明の実施例に係るDCブラシレスモータの
制御フローチャートである。
【図7】従来例に係るDCブラシレスモータの駆動制御
装置の説明図である。
【図8】従来例に係る問題点を説明する入・出力電流の
波形図である。
【符号の説明】
11…検出手段、 12…信号発生手段、 13…モータ駆動出力手段、 12A…制御要素発生手段、 12B…制御要素合成手段、 ISU,ISV,ISW…制御要素、 PU ,PV ,PW …位置検出信号、 IU ,IV ,IW …階段状の制御信号、 SIm…制御指令信号、 ia,ib,ic…駆動電流。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直流ブラシレスモータ(14)の駆動制
    御をする装置であって、前記直流ブラシレスモータ(1
    4)の回転子位置を検出する検出手段(11)と、前記
    回転子位置に係る位置検出信号(PU ,PV ,PW )や
    直流ブラシレスモータ(14)の出力制御に係る制御指
    令信号(SIm)とに基づいて位相の異なる階段状の制御
    信号(IU ,IV ,IW )を発生する信号発生手段(1
    2)と、前記階段状の制御信号(IU ,IV ,IW )に
    基づいて直流ブラシレスモータ(14)の各巻線相に駆
    動電流(ia,ib,ic)を供給するモータ駆動出力
    手段(13)とを具備することを特徴とするモータ駆動
    制御装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のモータ駆動制御装置にお
    いて、前記信号発生手段(12)に、少なくとも、制御
    指令信号(SIm)に基づいて3種類の制御要素(ISU,
    ISV,ISW)を発生する制御要素発生手段(12A)と、
    前記位置検出信号(PU ,PV ,PW )に基づいて制御
    要素(ISU,ISV,ISW)を選択合成する制御要素合成
    手段(12B)とが含まれることを特徴とするモータ駆動
    制御装置。
  3. 【請求項3】 制御目標値(IM)に基づいて直流ブラ
    シレスモータ(14)の駆動制御をする方法であって、
    前記直流ブラシレスモータ(14)の回転子位置(θ)
    を検出しながら、前記回転子位置(θ)と制御目標値
    (IM)とに基づいて位相の異なる階段状の制御信号
    (IU ,IV ,IW )の生成処理をし、前記階段状の制
    御信号(IU ,IV ,IW )に基づいて直流ブラシレス
    モータ(14)の駆動制御処理をすることを特徴とする
    モータ制御方法。
  4. 【請求項4】 請求項3記載のモータ制御方法におい
    て、前記階段状の制御信号(IU ,IV ,IW )の生成
    処理の際に、前記直流ブラシレスモータ(14)の回転
    子位置検出に係る位置検出信号(PU ,PV ,PW
    と、前記直流ブラシレスモータ(14)の出力制御に係
    る制御指令信号(SIm)とに基づいて3種類の制御要素
    (ISU,ISV,ISW)の選択加算をすることを特徴とす
    るモータ制御方法。
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