JPH07110119B2 - 駆動及び位置決め方式 - Google Patents
駆動及び位置決め方式Info
- Publication number
- JPH07110119B2 JPH07110119B2 JP61026993A JP2699386A JPH07110119B2 JP H07110119 B2 JPH07110119 B2 JP H07110119B2 JP 61026993 A JP61026993 A JP 61026993A JP 2699386 A JP2699386 A JP 2699386A JP H07110119 B2 JPH07110119 B2 JP H07110119B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- rotor
- windings
- positioning system
- stator
- rotor position
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
- H02K29/06—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices
- H02K29/08—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices using magnetic effect devices, e.g. Hall-plates, magneto-resistors
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/14—Electronic commutators
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Brushless Motors (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
- Vehicle Body Suspensions (AREA)
- Automobile Manufacture Line, Endless Track Vehicle, Trailer (AREA)
- Portable Nailing Machines And Staplers (AREA)
- Automatic Control Of Machine Tools (AREA)
- Numerical Control (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、永久磁石を有する回転子と、２個或いはそれ
以上の巻線を有する固定子を具え、これらの巻線に、整
流を行うために制御されている電力供給回路が接続さ
れ、この制御は回転子位置センサーによって行われる駆
動及び位置決め方式に関するものである。
以上の巻線を有する固定子を具え、これらの巻線に、整
流を行うために制御されている電力供給回路が接続さ
れ、この制御は回転子位置センサーによって行われる駆
動及び位置決め方式に関するものである。
このような駆動モーターは、「ブラッシュレス直流モー
ター（Brushless DC Motor）と題して1978年にマグネテ
ィックテクノロジ社（Magnetic Technology company）
によって発行された小冊子に示されている。この出版物
は種々の分野に使うことを意図した直流駆動モーターに
関するものであり、このモーターは永久磁石回転子と積
層された固定子を有し、後者は２個の巻線を有してい
る。回転子の実際の位置は、ホールセンサーとして設計
可能な回転子位置センサーの適切な配列によって連続的
に求められる。電力供給回路は２個のコイルに対して２
個の電力増幅器が出力する供給電流を整流し、この整流
は決められたように回転子位置に従って実行され、且つ
連続的回転となるように行われる。
ター（Brushless DC Motor）と題して1978年にマグネテ
ィックテクノロジ社（Magnetic Technology company）
によって発行された小冊子に示されている。この出版物
は種々の分野に使うことを意図した直流駆動モーターに
関するものであり、このモーターは永久磁石回転子と積
層された固定子を有し、後者は２個の巻線を有してい
る。回転子の実際の位置は、ホールセンサーとして設計
可能な回転子位置センサーの適切な配列によって連続的
に求められる。電力供給回路は２個のコイルに対して２
個の電力増幅器が出力する供給電流を整流し、この整流
は決められたように回転子位置に従って実行され、且つ
連続的回転となるように行われる。
前記の型の駆動モーターの場合には、回転運動の精度の
設定と所定の設定点位置の保持が、固定子鉄回路におけ
るヒステリシス依存の影響及び固定子の相対的に大きい
電気時定数によって損なわれている。更に、この型のモ
ーターは、回転子の機械的零位置においても軟鉄中の飽
和と渦電流現象を示す。このことは特定の環境に応じて
交流損失或いは直流損失を導くものである。
設定と所定の設定点位置の保持が、固定子鉄回路におけ
るヒステリシス依存の影響及び固定子の相対的に大きい
電気時定数によって損なわれている。更に、この型のモ
ーターは、回転子の機械的零位置においても軟鉄中の飽
和と渦電流現象を示す。このことは特定の環境に応じて
交流損失或いは直流損失を導くものである。
技術の現状は、更に「高速高能率永久磁石モーター−ジ
ェネレータ（A high-speed high-efficiency permanent
magnetic motor-generator）と題して1978年６月付け
でマサチューセッツ州レキシントンのエムアイティーリ
ンカン研究条所（MIT Lincoln Laboratory）のエイ，ア
ール，ミルナー（A.R.Milner）の論文で説明されている
ような、無鉄心設計の固定子を有するブラシレス直流モ
ーターを含んでいる。回転子は表面に複数の扇形永久磁
石を有しており、そして静止している固定子巻線内で回
転し、固定子電流の整流のために電力供給回路中で使用
される信号電圧を誘起する。このブラシレスモーターの
場合には、同様に、回転している間の動的整流のみが可
能であり、従ってそれ自身を設定点で表わされる所望の
静止位置に止めることは不可能である。
ェネレータ（A high-speed high-efficiency permanent
magnetic motor-generator）と題して1978年６月付け
でマサチューセッツ州レキシントンのエムアイティーリ
ンカン研究条所（MIT Lincoln Laboratory）のエイ，ア
ール，ミルナー（A.R.Milner）の論文で説明されている
ような、無鉄心設計の固定子を有するブラシレス直流モ
ーターを含んでいる。回転子は表面に複数の扇形永久磁
石を有しており、そして静止している固定子巻線内で回
転し、固定子電流の整流のために電力供給回路中で使用
される信号電圧を誘起する。このブラシレスモーターの
場合には、同様に、回転している間の動的整流のみが可
能であり、従ってそれ自身を設定点で表わされる所望の
静止位置に止めることは不可能である。
ドイツ特許公報〔公開明細書〕第28 32 387号は軸空隙
を持つ無集電子直流モーターを開示しており、このモー
ターは回転子ヨークプレートと共に、回転子プレートに
搭載され且つ軸方向に磁化された永久磁石を有してい
る。このモーターにおいては、固定子は２個の星形駆動
コイルから構成され、そのコイルは互いに重なり、固定
している磁化可能なヨークプレート上に搭載されている
円板形ユニットを形成している。回転位置は２個のホー
ル発電器によって検出されている。固定の磁化可能なヨ
ークプレートの存在により、固定子は無鉄心ではない。
逆に磁化可能な材料が交番磁界内に位置している。
を持つ無集電子直流モーターを開示しており、このモー
ターは回転子ヨークプレートと共に、回転子プレートに
搭載され且つ軸方向に磁化された永久磁石を有してい
る。このモーターにおいては、固定子は２個の星形駆動
コイルから構成され、そのコイルは互いに重なり、固定
している磁化可能なヨークプレート上に搭載されている
円板形ユニットを形成している。回転位置は２個のホー
ル発電器によって検出されている。固定の磁化可能なヨ
ークプレートの存在により、固定子は無鉄心ではない。
逆に磁化可能な材料が交番磁界内に位置している。
ドイツ民主共和国特許第34 431号は、フライホィール型
装置の直接駆動に対する平坦緩動モーターを記載してい
る。固定子はほぼ台形の複数の平坦コイルを有してい
る。電子スイッチが整流子として使用され、固定コイル
を規定された周波数で連続的に制御している。代案で
は、スリップリングとセグメント化されたリングに結合
された集電子を経由して整流が行われている。
装置の直接駆動に対する平坦緩動モーターを記載してい
る。固定子はほぼ台形の複数の平坦コイルを有してい
る。電子スイッチが整流子として使用され、固定コイル
を規定された周波数で連続的に制御している。代案で
は、スリップリングとセグメント化されたリングに結合
された集電子を経由して整流が行われている。
本発明は問題の特定から出発する。即ち、問題はそれ自
身を任意の無制限の数の所望の回転角に静止させること
が可能で、その各々の角度は極めて安定な設定点を表わ
し、設定処理は低損失で行われ、そしてこのシステムは
特に低温度使用を含んで広い範囲の応用にもまた適して
いる駆動及び位置決め方式を提供することである。同時
に、この駆動システムは、高い精度で各プリセット設定
点位置を保持し、この位置で何のエネルギーも消費せ
ず、且つ静止位置か或いは運動中の位置のいずれにおい
ても、設定点位置からほんの僅かでも逸脱した場合は直
ちに最大トルクを伝達する必要がある。更に、この駆動
システムはまた低損失であって、高い回転速度が達成さ
れなければならない。
身を任意の無制限の数の所望の回転角に静止させること
が可能で、その各々の角度は極めて安定な設定点を表わ
し、設定処理は低損失で行われ、そしてこのシステムは
特に低温度使用を含んで広い範囲の応用にもまた適して
いる駆動及び位置決め方式を提供することである。同時
に、この駆動システムは、高い精度で各プリセット設定
点位置を保持し、この位置で何のエネルギーも消費せ
ず、且つ静止位置か或いは運動中の位置のいずれにおい
ても、設定点位置からほんの僅かでも逸脱した場合は直
ちに最大トルクを伝達する必要がある。更に、この駆動
システムはまた低損失であって、高い回転速度が達成さ
れなければならない。
本発明の特徴は、前記の型の駆動及び位置決め方式にお
いて、固定子が無鉄心型であり、巻線が円板形であり、
ウェブと空間を有するコイルを具え、平行平面に位置
し、コイルの内側の空間が完全に他のコイルのウェブに
よって充たされるように重ね合わされ、回転子位置セン
サーが巻線に組込まれ、巻線に接続された電力供給回路
が、回転子位置センサーからの電力出力信号を増幅する
ための増幅器と、増幅器からの出力信号と設定点発生器
でプリセットされた所定の設定角βに依存し計算ユニッ
トで作り出され設定角の三角関数に対応する電気信号と
を乗算するための第１の乗算段と、巻線に接続された電
力増幅器と、第１の乗算段からの出力信号を加算するた
めの加算段と、更に、回転子位置センサーからの増幅さ
れた出力信号と加算段からの出力信号とを乗算するため
の第２の乗算段とを具え、第２の乗算段の出力が、巻線
の整流を制御するために電力増幅器の入力に接続された
ことである。
いて、固定子が無鉄心型であり、巻線が円板形であり、
ウェブと空間を有するコイルを具え、平行平面に位置
し、コイルの内側の空間が完全に他のコイルのウェブに
よって充たされるように重ね合わされ、回転子位置セン
サーが巻線に組込まれ、巻線に接続された電力供給回路
が、回転子位置センサーからの電力出力信号を増幅する
ための増幅器と、増幅器からの出力信号と設定点発生器
でプリセットされた所定の設定角βに依存し計算ユニッ
トで作り出され設定角の三角関数に対応する電気信号と
を乗算するための第１の乗算段と、巻線に接続された電
力増幅器と、第１の乗算段からの出力信号を加算するた
めの加算段と、更に、回転子位置センサーからの増幅さ
れた出力信号と加算段からの出力信号とを乗算するため
の第２の乗算段とを具え、第２の乗算段の出力が、巻線
の整流を制御するために電力増幅器の入力に接続された
ことである。
適切な電力供給回路及び制御回路と共に、前記の無鉄心
設計の駆動システムでは、設定点を表わす任意の所望の
回転角βにおいて正確な回転子位置決めを行うことがで
きる。たとえ規定された静止位置が取られた後でも、こ
の設定点位置への正確な移動が高い保持力で可能であ
る。回転時及び調節された設定点位置の双方で、回転子
は、それが運動中の位置であるか或いは回転子が停止し
ている位置であるかにかかわらず、回転子があたかも磁
気的にラッチされ、実質上強い磁気的力が規定された位
置からのどのような変位にも抵抗するように振舞う。明
らかにされたように、無鉄心設計は低損失で非常に正確
な制御を可能にし、従って電力消費は設定点からの偏差
のみの関数である。
設計の駆動システムでは、設定点を表わす任意の所望の
回転角βにおいて正確な回転子位置決めを行うことがで
きる。たとえ規定された静止位置が取られた後でも、こ
の設定点位置への正確な移動が高い保持力で可能であ
る。回転時及び調節された設定点位置の双方で、回転子
は、それが運動中の位置であるか或いは回転子が停止し
ている位置であるかにかかわらず、回転子があたかも磁
気的にラッチされ、実質上強い磁気的力が規定された位
置からのどのような変位にも抵抗するように振舞う。明
らかにされたように、無鉄心設計は低損失で非常に正確
な制御を可能にし、従って電力消費は設定点からの偏差
のみの関数である。
本発明においては、回転子位置センサーは磁界に比例す
る信号を発生するセンサーである。磁界の大きさと符号
の双方を決め且つ電気的出力信号を発生する回転子位置
センサーを使用することが好ましい。
る信号を発生するセンサーである。磁界の大きさと符号
の双方を決め且つ電気的出力信号を発生する回転子位置
センサーを使用することが好ましい。
更に、回転子位置センサーとして既知の慣例に従ってホ
ールセンサーを選ぶことが得策である。ホールセンサー
の使用は電力供給回路と制御回路に対する有用な入力値
を導くことになる。
ールセンサーを選ぶことが得策である。ホールセンサー
の使用は電力供給回路と制御回路に対する有用な入力値
を導くことになる。
充分な数の回転子位置センサーを選択することが有利で
あり、そうすれば整流に必要な位置決定が可能であるの
みならず、回転子位置が認識され、その結果、制御回路
が評価できるような方法で回転子の運動プロセスを特徴
付けることが可能になる。２個の巻線が使用される場
合、要求されるデータは最小２つの回転位置センサーに
よって得られ、これはセンサーの数が巻線の数より少く
てはいけないと述べるのと等価である。しかし２個を越
える巻線を含む装置の場合は、要求される信号値は、巻
線の数に等しい多数のセンサーによってか、或いはもっ
と少ない数のセンサーによってもまた求めることができ
る。
あり、そうすれば整流に必要な位置決定が可能であるの
みならず、回転子位置が認識され、その結果、制御回路
が評価できるような方法で回転子の運動プロセスを特徴
付けることが可能になる。２個の巻線が使用される場
合、要求されるデータは最小２つの回転位置センサーに
よって得られ、これはセンサーの数が巻線の数より少く
てはいけないと述べるのと等価である。しかし２個を越
える巻線を含む装置の場合は、要求される信号値は、巻
線の数に等しい多数のセンサーによってか、或いはもっ
と少ない数のセンサーによってもまた求めることができ
る。
好ましい実施例では、２個の巻線から構成された固定子
巻線と共に、４個の回転子位置センサーが具えられ、こ
れらのセンサーの各々は次にセンサーに対し角度方向で
π/2nを単位として偏位した位置に設置されている。こ
こでｎは永久磁石によって形成される磁極対の数を示し
ており、これらの磁極対は固定子巻線が位置している空
隙を規定している。もっと厳密に言うと、角度偏位は （１＋4m）π/2n となる。ここでｍは０であるか１以上の任意の整数であ
る。
巻線と共に、４個の回転子位置センサーが具えられ、こ
れらのセンサーの各々は次にセンサーに対し角度方向で
π/2nを単位として偏位した位置に設置されている。こ
こでｎは永久磁石によって形成される磁極対の数を示し
ており、これらの磁極対は固定子巻線が位置している空
隙を規定している。もっと厳密に言うと、角度偏位は （１＋4m）π/2n となる。ここでｍは０であるか１以上の任意の整数であ
る。
空隙内で互いに対面している磁極対は、種々の方法で形
成でき、特にそれらが互いに対面する円板形永久磁石に
よってか、或いは１個もしくはそれ以上の永久磁石を含
む磁極シューによって構成できる。
成でき、特にそれらが互いに対面する円板形永久磁石に
よってか、或いは１個もしくはそれ以上の永久磁石を含
む磁極シューによって構成できる。
構造設計において、回転子を円環状の支持体で構成する
のが得策であるように思われ、この支持体は強磁性体で
あり且つＵ字形断面を有し、多数の磁極対がこのＵ字形
断面の内部の相互に相対する側面上に位置し、永久磁石
によって形成されたこれらの磁極対が固定子巻線の位置
している空隙を規定している。同時に、支持体のＵ字形
断面は、必要に応じて、回転軸と同軸である相互に相対
する環状面か、或いは上記の軸と同心になった相互に相
対する円筒面を形成するようにできる。支持体を平行環
状面で設計することは、種々の応用分野に適合した平坦
形状構造に帰着することになる。
のが得策であるように思われ、この支持体は強磁性体で
あり且つＵ字形断面を有し、多数の磁極対がこのＵ字形
断面の内部の相互に相対する側面上に位置し、永久磁石
によって形成されたこれらの磁極対が固定子巻線の位置
している空隙を規定している。同時に、支持体のＵ字形
断面は、必要に応じて、回転軸と同軸である相互に相対
する環状面か、或いは上記の軸と同心になった相互に相
対する円筒面を形成するようにできる。支持体を平行環
状面で設計することは、種々の応用分野に適合した平坦
形状構造に帰着することになる。
明確にされたように、たとえ駆動システムの基本構造が
種々の電力供給回路と結合できても、以下に述べる回路
は特に有利であると思われ、そして充分に満足の行く回
転子の磁気的にラッチされた案内運動と、規定された設
定点位置への正確に制御された移動を可能にしている。
種々の電力供給回路と結合できても、以下に述べる回路
は特に有利であると思われ、そして充分に満足の行く回
転子の磁気的にラッチされた案内運動と、規定された設
定点位置への正確に制御された移動を可能にしている。
２個の巻線が使用される場合、必要に応じて、電力供給
回路は次のように設計できる。専用の第１乗算器に供給
されるべき２個或いはそれ以上の回転子位置センサーか
らの出力信号、及び、回転子が回転する必要のある角度
βから導出され前記の出力信号に乗算するべき信号値を
算出し、巻線を専用の電力増幅器に接続し、これらの増
幅器の入力端子を第２乗算器に接続し、この第２乗算器
に対し、２個の回転子位置センサーからの出力信号と第
１乗算器による信号出力から加算器によって形成される
他の入力信号が共に供給される。
回路は次のように設計できる。専用の第１乗算器に供給
されるべき２個或いはそれ以上の回転子位置センサーか
らの出力信号、及び、回転子が回転する必要のある角度
βから導出され前記の出力信号に乗算するべき信号値を
算出し、巻線を専用の電力増幅器に接続し、これらの増
幅器の入力端子を第２乗算器に接続し、この第２乗算器
に対し、２個の回転子位置センサーからの出力信号と第
１乗算器による信号出力から加算器によって形成される
他の入力信号が共に供給される。
図示されている回路では、４個の回転子位置センサーが
使用され、各々は２個の隣接する位置に対してπ/2nに
等しい角度だけ偏位している位置に設置されている。回
転子の一定回転は、例えば磁極対と共に回転する磁界の
正弦波状の変化と、正弦波状で各信号が前の信号に対し
てπ/4に等しい角度だけシフトしている磁界に比例した
ホールセンサー信号を生成する。その結果、下記のホー
ルセンサー信号UH1，UH2，UH3，UH4が回転子の相対回転
角αの関数として次のように発生される。
使用され、各々は２個の隣接する位置に対してπ/2nに
等しい角度だけ偏位している位置に設置されている。回
転子の一定回転は、例えば磁極対と共に回転する磁界の
正弦波状の変化と、正弦波状で各信号が前の信号に対し
てπ/4に等しい角度だけシフトしている磁界に比例した
ホールセンサー信号を生成する。その結果、下記のホー
ルセンサー信号UH1，UH2，UH3，UH4が回転子の相対回転
角αの関数として次のように発生される。
UH1＝Ｃ・sin（ｎα/2） UH3＝Ｃ・sin（ｎα/2＋π/4） UH2＝Ｃ・sin（ｎα/2＋π/2） UH4＝Ｃ・sin（ｎα/2＋３π/4） ここでＣは定数である。
４個のホールセンサーからの出力信号UH1，UH2，UH3，U
H4は各々専用の第１乗算器に供給され、ここでそれらは
異なった信号値a,b,c及びｄによって乗算され、これら
の値は要求された回転角βの関数として、下記の大きさ
を持っている。
H4は各々専用の第１乗算器に供給され、ここでそれらは
異なった信号値a,b,c及びｄによって乗算され、これら
の値は要求された回転角βの関数として、下記の大きさ
を持っている。
ａ＝cos（ｎβ/2） ｃ＝cos（ｎβ/2＋π/4） ｂ＝cos（ｎβ/2＋π/2） ｃ＝cos（ｎβ/2＋３π/4） 実際の回転角αが要求された回転角βから偏っている限
り、電力供給回路は同時に回転方向を考慮しながら、適
当な巻線に専用の電力増幅器を経由して負荷電流を供給
する。付勢された巻線は設定点からの偏差を減少しよう
とする磁界を発生する。
り、電力供給回路は同時に回転方向を考慮しながら、適
当な巻線に専用の電力増幅器を経由して負荷電流を供給
する。付勢された巻線は設定点からの偏差を減少しよう
とする磁界を発生する。
ホールセンサーの代りに他の適切な素子もまた位置認識
に使用される。巻線に適切に組込まれた回転子位置セン
サーによる検出の代りに、回転子位置信号が追加の別の
永久磁石システム或いは他の送信システムによって発生
されるような別の装置もまたある場合には有利である。
に使用される。巻線に適切に組込まれた回転子位置セン
サーによる検出の代りに、回転子位置信号が追加の別の
永久磁石システム或いは他の送信システムによって発生
されるような別の装置もまたある場合には有利である。
これまで述べて来た電力供給回路と共に、無鉄心固定子
によって作られ、且つ平行平面に位置している円板形固
定子巻線を有する駆動ユニットは、例えば支持体を経由
して接続されている駆動されるべき構成要素の充分満足
の行く位置決めを可能にする。回転子の案内運動におけ
る磁気ラッチング作用によって、たとえ低い回転速度で
あっても、或いはシステムが休止している場合でも駆動
されるべき構成要素に向かって高い力が伝達され、これ
らの高い力は要求された回転角を特定する規定された時
間関数によって上記の構成要素を強制的に案内する。
によって作られ、且つ平行平面に位置している円板形固
定子巻線を有する駆動ユニットは、例えば支持体を経由
して接続されている駆動されるべき構成要素の充分満足
の行く位置決めを可能にする。回転子の案内運動におけ
る磁気ラッチング作用によって、たとえ低い回転速度で
あっても、或いはシステムが休止している場合でも駆動
されるべき構成要素に向かって高い力が伝達され、これ
らの高い力は要求された回転角を特定する規定された時
間関数によって上記の構成要素を強制的に案内する。
次に本発明の実施例を図面を用いて説明する。
第１図の上の部分では、回転子磁極， の下に２個の巻線I,IIが示されており、これらの巻線は
それらが互いに偏位しているように設置されている。同
時に、巻線Ｉ及びIIは、第６図に示すように、それらが
重なり合って１つの巻線のコイル内の空間13が他の巻線
のコイルのウェブ部分12によって殆ど完全に充たされて
いるように設計されねばならない。この配列は、コイル
内の空間が有利に利用されることを可能にしている。ホ
ールセンサーH1，H2，H3，H4は巻線の中に組込まれ、且
つ巻線に対し、或いはむしろそれらのコイルに対して定
められた位置に置かれる。静止の場合、即ち時刻Ｔ＝０
における回転子磁極によって発生される磁界強度の変化
が第１図の下側部分に示されている。結果として、ホー
ルセンサー信号は、回転角αの関数として磁界強度の変
動を示す正弦波曲線に対応している。
それらが互いに偏位しているように設置されている。同
時に、巻線Ｉ及びIIは、第６図に示すように、それらが
重なり合って１つの巻線のコイル内の空間13が他の巻線
のコイルのウェブ部分12によって殆ど完全に充たされて
いるように設計されねばならない。この配列は、コイル
内の空間が有利に利用されることを可能にしている。ホ
ールセンサーH1，H2，H3，H4は巻線の中に組込まれ、且
つ巻線に対し、或いはむしろそれらのコイルに対して定
められた位置に置かれる。静止の場合、即ち時刻Ｔ＝０
における回転子磁極によって発生される磁界強度の変化
が第１図の下側部分に示されている。結果として、ホー
ルセンサー信号は、回転角αの関数として磁界強度の変
動を示す正弦波曲線に対応している。
第２図は、動的な場合即ち回転子が一定速度で回転する
場合に起きる正弦波状のホールセンサー信号を示してお
り、各信号は時間の関数として示されている。
場合に起きる正弦波状のホールセンサー信号を示してお
り、各信号は時間の関数として示されている。
第３図に示されているブロック回路図は、如何にホール
センサー信号が次々に処理されるかを示している。定電
流源Icは、一定電流を４個のホールセンサーH1，H2，H3
及びH4に供給するために具えられている。
センサー信号が次々に処理されるかを示している。定電
流源Icは、一定電流を４個のホールセンサーH1，H2，H3
及びH4に供給するために具えられている。
４個のホールセンサー信号UH1，UH2，UH3，UH4は、下方
に並んで接続されている増幅器V1，V2，V3及びV4によっ
て適当に増幅された後、第１乗算器π1，π2，π3，π4
に供給され、そして信号ａ・UH1,b・UH2,c・UH3及びｄ
・UH4が乗算器の出力端子に現れるように別々の信号a,
b,c,dによって乗算されている。
に並んで接続されている増幅器V1，V2，V3及びV4によっ
て適当に増幅された後、第１乗算器π1，π2，π3，π4
に供給され、そして信号ａ・UH1,b・UH2,c・UH3及びｄ
・UH4が乗算器の出力端子に現れるように別々の信号a,
b,c,dによって乗算されている。
信号a,b,c及びｄはプリセットできる要求された角度β
の関数であり、下記の関係式が良好に保持されるよう
に、関数sin（ｎβ/2）及び cos（ｎβ/2）から発生される。
の関数であり、下記の関係式が良好に保持されるよう
に、関数sin（ｎβ/2）及び cos（ｎβ/2）から発生される。
ａ＝cos（ｎβ/2） ｃ＝cos（ｎβ/2＋π/4） ｂ＝cos（ｎβ/2＋π/2） ｃ＝cos（ｎβ/2＋３π/4） 第１乗算器からの出力信号は加算器Σ1，Σ2，Σ3によ
って合算され、総和は制御利得増幅器Ｒを経由し第２乗
算器π5，π6に供給される。このπ5，π6に対してホー
ルセンサー信号UH1とUH2がまた直接に供給されている。
巻線Ｉに接続されている第１電力増幅器L1を駆動する信
号は、UH1と、Ｒに対応する利得ファクタによって増幅
されたΣ3による総和信号との積から形成されている。
巻線IIに供給するための第２電力増幅器L2を駆動する信
号は、ホールセンサー信号UH2と、制御利得増幅器Ｒに
よって増幅されたΣ3による総和出力信号との積とし
て、同様な方法で第２乗算器π6によって発生される。
って合算され、総和は制御利得増幅器Ｒを経由し第２乗
算器π5，π6に供給される。このπ5，π6に対してホー
ルセンサー信号UH1とUH2がまた直接に供給されている。
巻線Ｉに接続されている第１電力増幅器L1を駆動する信
号は、UH1と、Ｒに対応する利得ファクタによって増幅
されたΣ3による総和信号との積から形成されている。
巻線IIに供給するための第２電力増幅器L2を駆動する信
号は、ホールセンサー信号UH2と、制御利得増幅器Ｒに
よって増幅されたΣ3による総和出力信号との積とし
て、同様な方法で第２乗算器π6によって発生される。
増幅器V1，V2，V3及びV4としては、低雑音で、安定な高
速比例増幅器を選ぶ必要がある。制御利得増幅器Ｒを用
い、各々の場合において、第２乗算器π5とπ6で形成さ
れるべき積におけるΣ3による総和出力信号の影響を定
めることが可能である。
速比例増幅器を選ぶ必要がある。制御利得増幅器Ｒを用
い、各々の場合において、第２乗算器π5とπ6で形成さ
れるべき積におけるΣ3による総和出力信号の影響を定
めることが可能である。
回転子が回転することを要求されているプリセット角β
は、設定点発生器SWに設定される。同時に、この要求さ
れた角度βは時間関数の形に規定することができる。最
も簡単な場合、要求された特定の角度に対応する電圧は
電圧分割器から取出すことができる。
は、設定点発生器SWに設定される。同時に、この要求さ
れた角度βは時間関数の形に規定することができる。最
も簡単な場合、要求された特定の角度に対応する電圧は
電圧分割器から取出すことができる。
運動β＝ｆ（ｔ）について、即ち連続的な一定回転の場
合においては、β（ｔ）は２π・γ・ｔに等しくなり、
回転速度は２γ/nとなる。ここでγは、信号a,b,c及び
ｄの振動周波数を示している。所定のプリセット角βか
ら、演算ユニットＧ中でsin（ｎβ/2）とcos（ｎβ/2）
が形成され、加算増幅器Σβ及び微分増幅器Δβに供給
される。これらの増幅器は各第１乗算器π3とπ4に供給
される第１入力値を発生する。第２入力値はホールセン
サー信号UH3とUH4それぞれによって形成される。前記の
ように規定された振動a,b,c及びｄは、第１乗算器π1，
π2，π3，π4の入力端子の１つに印加される。加算増
幅器Σβと微分増幅器Δβからの出力信号は、 cos（ｎβ/2＋π/4）及び cos（ｎβ/2＋３π/4）、 即ちｃとｄである。
合においては、β（ｔ）は２π・γ・ｔに等しくなり、
回転速度は２γ/nとなる。ここでγは、信号a,b,c及び
ｄの振動周波数を示している。所定のプリセット角βか
ら、演算ユニットＧ中でsin（ｎβ/2）とcos（ｎβ/2）
が形成され、加算増幅器Σβ及び微分増幅器Δβに供給
される。これらの増幅器は各第１乗算器π3とπ4に供給
される第１入力値を発生する。第２入力値はホールセン
サー信号UH3とUH4それぞれによって形成される。前記の
ように規定された振動a,b,c及びｄは、第１乗算器π1，
π2，π3，π4の入力端子の１つに印加される。加算増
幅器Σβと微分増幅器Δβからの出力信号は、 cos（ｎβ/2＋π/4）及び cos（ｎβ/2＋３π/4）、 即ちｃとｄである。
この回路においては、瞬間的な局部磁界強度分布が巻線
の１個のコイルについて４個のホールセンサーによって
検出されており、且つこれが要求された角度βから計算
された要求される理論曲線の形と比較される。制御電子
回路は、平衡状態で２つの曲線が互いにできる限り一致
に近付くように巻線I,IIを付勢する。このように、回転
子は、各特定の場合にプリセットされており、一定の或
いはプリセット可能な所定の時間の関数にもできる要求
された角度βに従って、角度αだけ回転する。ホールセ
ンサーによる検出が実効的に無限大の分離能で行われる
ので、どのような回転子の回転角αであっても高分解能
を設定でき、即ち正確に案内された運動を実行すること
もまた可能である。これは、回転角αが瞬間的に要求さ
れた角度βから非常に僅かだけでも偏ると直ちに追従の
ために最大トルクを発生することによる。
の１個のコイルについて４個のホールセンサーによって
検出されており、且つこれが要求された角度βから計算
された要求される理論曲線の形と比較される。制御電子
回路は、平衡状態で２つの曲線が互いにできる限り一致
に近付くように巻線I,IIを付勢する。このように、回転
子は、各特定の場合にプリセットされており、一定の或
いはプリセット可能な所定の時間の関数にもできる要求
された角度βに従って、角度αだけ回転する。ホールセ
ンサーによる検出が実効的に無限大の分離能で行われる
ので、どのような回転子の回転角αであっても高分解能
を設定でき、即ち正確に案内された運動を実行すること
もまた可能である。これは、回転角αが瞬間的に要求さ
れた角度βから非常に僅かだけでも偏ると直ちに追従の
ために最大トルクを発生することによる。
従って、回転子は常に動電的にラッチイン状態にあり、
電子的手段によりラッチングが起きる位置を設定するこ
と及びシフトすることが可能である。ラッチング位置は
また一定速度で連続的に回転でき、その結果、全トルク
を伴った無限に低い回転速度を発生することが可能であ
る。この動電的ラッチイン作用は、駆動システムのコイ
ルが通常とは異なった無鉄心構造によるものであり、特
別の電力供給回路を具えていることと併せて、精度、再
現性及び動作寿命に関し、機械的ラッチングを超えてい
る。回転子は機械的に定められた零位置を持たないの
で、回転子が要求された位置から変位させようとする力
に対抗して作動する場合にのみ電力が実質的に消費され
る。
電子的手段によりラッチングが起きる位置を設定するこ
と及びシフトすることが可能である。ラッチング位置は
また一定速度で連続的に回転でき、その結果、全トルク
を伴った無限に低い回転速度を発生することが可能であ
る。この動電的ラッチイン作用は、駆動システムのコイ
ルが通常とは異なった無鉄心構造によるものであり、特
別の電力供給回路を具えていることと併せて、精度、再
現性及び動作寿命に関し、機械的ラッチングを超えてい
る。回転子は機械的に定められた零位置を持たないの
で、回転子が要求された位置から変位させようとする力
に対抗して作動する場合にのみ電力が実質的に消費され
る。
最初の例では、回転子の絶対的位置は、n/2個の可能な
位置の１つに対応する。
位置の１つに対応する。
前もって選ばれた最大トルクを超過した場合は、駆動装
置はラッチが外され、そして周囲に分布しているn/2の
別のラッチング位置の可能な位置に落込む。これが不可
能と思われる場合においては、電子的性質（識別、ラッ
チされた状態の計数）の既知の追加の測定手段による
か、或いは永久磁石システムをｎ−２に合わせることに
より完全に明確な結果が得られる。更に任意の他の駆動
装置と同様に、この駆動システムは外部位置帰還装置に
よる正規のサーボモードで動作でき、更に、非調節モー
ターとして機能するようにもまた変換できる。他のアナ
ログ符号器或いはディジタル符号器との組合せも可能で
ある。
置はラッチが外され、そして周囲に分布しているn/2の
別のラッチング位置の可能な位置に落込む。これが不可
能と思われる場合においては、電子的性質（識別、ラッ
チされた状態の計数）の既知の追加の測定手段による
か、或いは永久磁石システムをｎ−２に合わせることに
より完全に明確な結果が得られる。更に任意の他の駆動
装置と同様に、この駆動システムは外部位置帰還装置に
よる正規のサーボモードで動作でき、更に、非調節モー
ターとして機能するようにもまた変換できる。他のアナ
ログ符号器或いはディジタル符号器との組合せも可能で
ある。
第４図と第５図は、この駆動システムの２つの可能な構
造の実施例を示している。第４図では、ボビン形強磁性
支持体１を具え、これは回転子を形成し、且つ２個の環
状円板部分2,3を担持し、それら円板部分2,3の内側表面
には磁極対4,5を形成するように永久磁石が付設されて
いる。“I"字形断面を持つ無鉄心の円板形固定子巻線６
は、磁極対4,5及び環状円板2,3によって形成された空隙
中にはめ込まれ、この巻線６は動かないようになってい
る。この巻線は２個の巻線I,IIのコイルを含み、これら
のコイルは、位置調節が可能なホールセンサーキャリア
７と共に、注型用樹脂でポッティングされている。駆動
されるべきシャフト部分は、支持体１の中心の凹み８に
直接挿入され、そして相対的回転が起きないように支持
体に接続される。図示された設計では、ロックピン９が
２個の環状円板部分2,3を固定するのに用いられてお
り、それら自身が相対的に回転できないようになってい
る。
造の実施例を示している。第４図では、ボビン形強磁性
支持体１を具え、これは回転子を形成し、且つ２個の環
状円板部分2,3を担持し、それら円板部分2,3の内側表面
には磁極対4,5を形成するように永久磁石が付設されて
いる。“I"字形断面を持つ無鉄心の円板形固定子巻線６
は、磁極対4,5及び環状円板2,3によって形成された空隙
中にはめ込まれ、この巻線６は動かないようになってい
る。この巻線は２個の巻線I,IIのコイルを含み、これら
のコイルは、位置調節が可能なホールセンサーキャリア
７と共に、注型用樹脂でポッティングされている。駆動
されるべきシャフト部分は、支持体１の中心の凹み８に
直接挿入され、そして相対的回転が起きないように支持
体に接続される。図示された設計では、ロックピン９が
２個の環状円板部分2,3を固定するのに用いられてお
り、それら自身が相対的に回転できないようになってい
る。
第５図に示された実施例では、支持体１は磁極対4,5を
持つ２個の同心円筒リング面10,11を形成している。こ
の設計では、固定子巻線６は同様に“T"字形断面を持つ
無鉄心の設計であるが、円筒形状になっている。位置調
節が可能なホールセンサーキャリア７とホールセンサー
は、合成樹脂でポッティングされた巻線中に組込まれて
いる。
持つ２個の同心円筒リング面10,11を形成している。こ
の設計では、固定子巻線６は同様に“T"字形断面を持つ
無鉄心の設計であるが、円筒形状になっている。位置調
節が可能なホールセンサーキャリア７とホールセンサー
は、合成樹脂でポッティングされた巻線中に組込まれて
いる。
それぞれの場合における双方の巻線への位置センサーの
組込みは、本発明の本質的特徴と考えられるべきであ
る。永久磁石によって位置センサーに生じる信号は、こ
の組込みの結果として特に都合の良い形を示す。ここで
説明した実施例では、平行平面中において、巻線を重ね
合わせて配置することによってもたらされる。更に、こ
の配置によって、電気的制御回路による巻線からそれら
に専用の位置センサーへのフィードバックが低く抑えら
れるように、巻線と位置センサーとの相対位置を決める
ことができる。
組込みは、本発明の本質的特徴と考えられるべきであ
る。永久磁石によって位置センサーに生じる信号は、こ
の組込みの結果として特に都合の良い形を示す。ここで
説明した実施例では、平行平面中において、巻線を重ね
合わせて配置することによってもたらされる。更に、こ
の配置によって、電気的制御回路による巻線からそれら
に専用の位置センサーへのフィードバックが低く抑えら
れるように、巻線と位置センサーとの相対位置を決める
ことができる。
第１図は、固定子巻線を展開して示した図、及び回転角
αの関数としてホールセンサー信号を示した図、第２図
は、回転子の一定回転の間におけるホールセンサー信号
の変化を示す図、第３図は、ホールセンサー信号を処理
する回路のブロック図、第４図は、磁極対が回転子の環
状面上に位置している実施例を示す図、第５図は、磁極
対が回転子の円筒面上に位置している実施例を示す図、
第６図は、固定子巻線の一部の斜視図である。 １……支持体、2,3……環状円板部分 4,5……磁極対、６……固定子巻線 ７……ホールセンサーキャリア、８……中心の凹み ９……ロックピン、10,11……円筒面 12……ウェブ部分、13……コイル内の空間 I,II……巻線、Ｇ……演算ユニット Ｈ……ホールセンサー、Ic……定電流源 Ｌ……電力増幅器、Ｒ……制御利得増幅器 SW……設定点発生器、Ｖ……増幅器 Δ……微分増幅器、Σ……加算器（或いは加算増幅器） π……乗算器
αの関数としてホールセンサー信号を示した図、第２図
は、回転子の一定回転の間におけるホールセンサー信号
の変化を示す図、第３図は、ホールセンサー信号を処理
する回路のブロック図、第４図は、磁極対が回転子の環
状面上に位置している実施例を示す図、第５図は、磁極
対が回転子の円筒面上に位置している実施例を示す図、
第６図は、固定子巻線の一部の斜視図である。 １……支持体、2,3……環状円板部分 4,5……磁極対、６……固定子巻線 ７……ホールセンサーキャリア、８……中心の凹み ９……ロックピン、10,11……円筒面 12……ウェブ部分、13……コイル内の空間 I,II……巻線、Ｇ……演算ユニット Ｈ……ホールセンサー、Ic……定電流源 Ｌ……電力増幅器、Ｒ……制御利得増幅器 SW……設定点発生器、Ｖ……増幅器 Δ……微分増幅器、Σ……加算器（或いは加算増幅器） π……乗算器
Claims (7)
- 【請求項１】永久磁石を有する回転子と、少なくとも２
つの巻線を有し且つ回転子の位置に対応する該永久磁石
の磁場に依存する電気出力信号を発生する回転子位置セ
ンサーの出力に基づいて制御される固定子と、巻線に接
続され且つ該巻線への電流を整流する電力供給回路とを
具える駆動及び位置決め方式において、 該固定子が無鉄心型であり、該巻線（I,II）が、円板形
であり、ウェブと空間を有するコイルを具え、平行平面
に位置し、コイルの内側の空間が完全に他のコイルのウ
ェブによって充たされるように重ね合わされ、 回転子位置センサー（H1，H2，H3，H4）が少なくとも２
つの巻線（I,II）に組込まれ、 巻線（I,II）に接続された該電力供給回路が、該少なく
とも２つの回転子位置センサー（H1，H2，H3，H4）から
の電気出力信号を増幅するための増幅器（V1，V2，V3，
V4）と、該増幅器（V1，V2，V3，V4）からの出力信号と
設定点発生器（SW）でプリセットされた所定の設定角β
に依存して計算ユニット（Ｇ）で作り出され該設定角の
三角関数に対応する電気信号とを乗算するための第１の
乗算段（π1，π2，π3，π4）と、該少なくとも２つの
巻線（I,II）に接続された電力増幅器（L1，L2）と、第
１の乗算段（π1，π2，π3，π4）からの出力信号を加
算するための加算段（Σ1，Σ2，Σ3）と、更に該少な
くとも２つの回転子位置センサー（H1，H2，H3，H4）か
らの増幅された出力信号と該加算段（Σ1，Σ2，Σ3）
からの出力信号とを乗算するための第２の乗算段
（π5，π6）とを具え、 第２の乗算段（π5，π6）の出力が該電力増幅器（L1，
L2）の入力に接続され、該電力増幅器（L1，L2）の出力
により該巻線（I,II）の整流を制御するように構成した
ことを特徴とする駆動及び位置決め方式。 - 【請求項２】該回転子の永久磁石によって形成される磁
極対の数をｎとし、該回路が、角度π/2nずつ離れて配
置された４つの回転子位置センサーを有することを特徴
とする特許請求の範囲第１項に記載の駆動及び位置決め
方式。 - 【請求項３】回転子位置センサーがホールセンサーであ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の駆動
及び位置決め方式。 - 【請求項４】回転子位置センサーの数が巻線の数より大
きいことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の駆
動及び位置決め方式。 - 【請求項５】回転子が、円環状の強磁性支持体であり、
Ｕ字形断面を有し、永久磁石によって形成される複数の
磁極対を有し、該磁極対が、固定子の巻線と磁気的に対
面する空隙を有し、且つ、該Ｕ字形断面の脚部の対面す
る内側表面に位置することを特徴とする特許請求の範囲
第１項に記載の駆動及び位置決め方式。 - 【請求項６】該Ｕ字形断面の支持体が、互いに対面し且
つ回転軸と同軸の環状の表面を有することを特徴とする
特許請求の範囲第５項に記載の駆動及び位置決め方式。 - 【請求項７】該Ｕ字形断面の支持体が、互いに対面し且
つ回転軸と同心の円筒形表面を有することを特徴とする
特許請求の範囲第５項に記載の駆動及び位置決め方式。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19853504681 DE3504681A1 (de) | 1985-02-12 | 1985-02-12 | Antriebs- und positioniersystem |
| DE3504681.3 | 1985-02-12 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61191254A JPS61191254A (ja) | 1986-08-25 |
| JPH07110119B2 true JPH07110119B2 (ja) | 1995-11-22 |
Family
ID=6262258
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61026993A Expired - Lifetime JPH07110119B2 (ja) | 1985-02-12 | 1986-02-12 | 駆動及び位置決め方式 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US4763050A (ja) |
| EP (1) | EP0191366B1 (ja) |
| JP (1) | JPH07110119B2 (ja) |
| AT (1) | ATE48726T1 (ja) |
| CA (1) | CA1256153A (ja) |
| DE (3) | DE3504681A1 (ja) |
| DK (1) | DK64786A (ja) |
Families Citing this family (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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