JPH0720389B2

JPH0720389B2 - 交流信号発生装置

Info

Publication number: JPH0720389B2
Application number: JP59262701A
Authority: JP
Inventors: 正大川; 浩之富田; 昌尚八原; 正治村松; 澄男小林; 博菅井; 寿一二宮
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1984-12-14
Filing date: 1984-12-14
Publication date: 1995-03-06
Anticipated expiration: 2010-03-06
Also published as: EP0184860A1; JPS61142985A; DE3577166D1; EP0184860B1

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は回転磁極体の回転に応じた交流信号を発生する
交流信号発生装置に関するものであり、特にブラシレス
直流モートルの制御に於いて磁極の位置を検出するのに
用いて好適な交流信号発生装置に関するものである。

〔発明の背景〕

ブラシレス直流モートルを用いたACサーボモートルは、
磁極位置Ｕ、Ｖ、Ｗ相を検出する必要がある。｛ただし
Ｕ、Ｖ、Ｗ相のうち一相は他の二相より、例えばＷ＝−
（Ｕ＋Ｖ）として算出できるため省略できる。｝この磁極位置検出として、モートル軸に直結あるいはカ
ツプリング等を介してマグネツトを取付け、ホール素子
やサーチコイルにより磁束を検出するものがある。

このマグネツトは、モートルの磁極位置に対応して着磁
されている。

この磁極位置検出信号により、サーボモートルのＵ、Ｖ
相の電流位相及び大きさを決めている。

第１図は従来から使われているACサーボモートルの制御
回路の一例である。

１はサーボモータコントローラの主回路、２はサーボモ
ートル、３は交流信号発生装置であるエンコーダ、４は
誤差増幅器、５、６は乗算器、７〜12は突き合わせ回
路、13〜15は電流制御アンプ、16〜18はPWM信号発生
器、19、20は電流検出器、21は速度検出回路である。

速度指令信号V_N ^＊とエンコーダ３からの速度信号V_Nを突
き合わせ回路７に入力して差をとり、誤差増幅器４によ
り増幅する。誤差増幅器４の出力はエンコーダ３の磁極
位置検出信号Ｕ、Ｖと乗算器６で乗算される。乗算器
５、６の出力はそれぞれＵ、Ｖ相の電流指令信号にな
る。

電流検出器19、20で検出された信号はそれぞれつき合わ
せ回路８、９で突き合わされ、それぞれ電流制御アンプ
13、14により増幅され、PWM信号発生器16、17でPWM波形
に変換されて、サーボモータコントロールの主回路１の
トランジスタベース信号として印加される。一方、Ｗ相
はつき合わせ回路８、９の出力を突き合わせ回路10によ
り合成し、また電流検出信号も電流検出器19、20の検出
信号をつき合わせ回路12により合成し、これらの信号を
突き合わせ回路11で差をとる。そしてつき合わせ回路11
の出力はＵ、Ｖ相同様、電流制御アンプ15、PWM信号発
生器18を通してサーボモータコントローラ主回路１のト
ランジスタベース信号として印加される。これらの信号
によりモートル２の必要な固定子巻線に順次電流を流
し、ACサーボモータを速度指令通りに制御する。

この例のように、Ｗ相はＵ、Ｖ相より合成される。この
方法によれば、Ｗ相電流検出器がいらないこと、エンコ
ーダからのＷ相検出信号配線がいらないこと、Ｗ相の乗
算器がいらない等の利点があるため、一般に多く使われ
ている。

ところで、サーボモータのＵ、Ｖ相検出信号は、磁極位
置検出用に着磁されたマグネツトの磁束を検出している
が、正弦波出力が得られるように着磁するのは、かなり
むずかしくどうしてもピーク部分がなまつてしまい数％
〜10数％の高調波が含まれてしまう。この高調波の大部
分が第３調波によつて占められている。

Ｗ相をＵ、Ｖ相より合成する方法によれば、第３調波
は、Ｕ、Ｖ相で同相となるため、Ｗ相は２倍の含有率と
なる。具体的にＵ、Ｖ、Ｗ相の磁極位置検出波形を示す
と第２図のようになる。

Ｕ、Ｖ相には同じ位相で第３調波が点線で示したように
含まれる。Ｗ相はＷ＝−（Ｕ＋Ｖ）として合成するため、Ｗ相に含まれる第３調波はＵ、Ｖ
に比べ振幅が２倍で極性が反転したものとなる。この様
子をＷ相の点線で示す。

第２図からもわかるように、Ｕ、Ｖ相はほぼ同じ波形を
しているのに、Ｗ相は振幅の大きな三角波に近い波形と
なつている。

これらＵ、Ｖ、Ｗの磁極位置検出信号がもとになつて電
流指令となるため、Ｗ相の電流ピーク値が大きくなつて
しまう。Ｗ相の電流ピーク値が大きくなるため、サーボ
モータコントローラに使用しているトランジスタの電流
が不必要に大きくなつてしまうという欠点があつた。ま
た第３調波がサーボモータに流れるため、トルク脈動を
生ずる結果となる。

第２図から明らかなように角Ｕ、Ｖ、Ｗ相に含まれてい
る第３高調波は同相になることがわかる。従ってこの第
３高調波成分は２つの相の出力の差をとれば取り除くこ
とができる。また３つの相の出力の和をとれば、第３高
調波成分だけを取り出すことができる。従ってこの第３
高調波を各相から引くことによって第３高調波の全く含
まれない、あるいは第３高調波の少ない出力を得ること
ができる。出力Ｕに対しての場合は２つの出力に含ま
れる第３高調波の出力はπは位相差を有することになる
から、このときは２つの相の和をとれば第３高調波を含
まない。あるいは含んでいてもわずかな出力を得ること
ができる。しかし多極モータになると磁極位置検出用マ
グネットもそれに対応して多極にする必要があるが、多
極マグネットになると各極の着磁の大きさを揃えること
が難しく、多少の不揃いがでる。これによりサーボモー
タに流れる３相電流が不平衡になってトルク脈動が発生
する問題があった。

〔発明の目的〕本発明の目的は多極の磁極位置検出信号に含まれている
第３高調波を極力少なくすると同時に、磁極位置検出信
号を三相交流信号としてバランスさせて出力することが
できる交流信号発生装置を構成することにある。

〔発明の概要〕

多極の磁極検出素子の三相分の磁極検出素子の位置を、
電気的にπ/3の位相差をもって配置し、中間に配置され
た磁極検出素子の出力を反転して利用する。これにより
同一磁極あるいは隣り合った磁極の電気角で120゜の範
囲の磁束を検出するので３相出力信号は平衡する（従来
は240゜またはそれ以上）。これによりサーボモータに
流れる３相電流が不平衡になってトルクが脈動発生する
ことがなくなる。

〔発明の実施例〕

第３図は第３高調波除去の原理図を示す。

30は回転磁極体であつて、一対のＮ極200とＳ極201とを
有している。31〜33は第１〜第３信号発生手段としての
ホール素子であつて回転磁極体のＮ極、Ｓ極に対向して
いる。300は演算手段であつて、34〜36で示す突き合せ
回路と37で示す1/3回路で構成してある。

マグネツト30はサーボモートルの磁極位置と相対的に位
置が合うようにしてある。

ホール素子31〜33により30の磁束を検出する。31〜33は
電気角で120゜ずつ、ずれた位置に配置され、それぞれ
ｕ、ｖ、ｗ相となる。

ｕ、ｖ、ｗ相検出信号は突き合わせ回路36で加え合わさ
れると、基本波分は零となり、第３調波が残る。この第
３調波は１相分の３倍の値を持つので、37により1/3倍
する。ｕ、ｖの検出信号から37の出力信号を34、35の突
き合わせ回路により引いてやると、第３調波が打消され
た波形が得られる。この波形をＵ、Ｖ出力としてエンコ
ーダから取り出す。

第４図はモータの磁極が２極と４極の場合の磁極位置検
出マグネツトとホール素子の関係を示したものである。
電気角で０゜、120゜、240゜の位置にホール素子が配置
される。多極になつた場合も同様に考えてホール素子を
配置する。

第４図（ａ）は２極、（ｂ）は４極の例である。

なお多極の場合、電気角で360゜の倍数の位置にホール
素子をずらしても良い。

第５図は第３高調波除去の具体的一実施例を示す図であ
る。53〜75は抵抗器、76〜81はオペアンプ、82〜86は可
変抵抗器、Ic₁〜Ic₃はホール素子の制御電流である。

オペアンプ76により、ホール素子31の出力を差動増幅し
てｕ相を検出し、同様にオペアンプ77によりｖ相を、オ
ペアンプ78によりｗ相を検出する。可変抵抗器60、61、
62は零レベル調整用、85、86はゲイン調整用である。
ｕ、ｖ、ｗの大きさを等しく調整し、オペアンプ81によ
り、加え合わせる。

抵抗71〜73を等しくし、74を71〜73の1/3にすればオペアンプの出力はとなり、ｕ、ｖ、ｗに含まれる第３高調波と大きさが同
じで反対極性の出力が得られる。したがつてオペアンプ
79により、ｕとオペアンプ81の出力に加え合わせると第
３高調波の除かれたＵ相波形が、オペアンプ80によりｖ
とオペアンプ81の出力を加え合わせると同様に第３調波
の除かれたＶ相波形が得られる。

ここで抵抗器63と65は等しく、64と66は等しい。

この実施例によれば、Ｕ、Ｖ相として第３高調波が除か
れた出力が得られ、したがつてＷ＝−（Ｕ＋Ｖ）として
合成されたＷ相も第３調波が除かれるので良好なサーボ
モータ制御ができる。

第６図は、第３高調波を検出する手段として、ホール素
子31〜33の出力電圧を直列にしたものである。

90〜101は抵抗器、102〜105は可変抵抗器、106〜108は
オペアンプである。

オペアンプ108の入力電圧はｕ、ｖ、ｗ相のホール素子
電圧が直列として入力される。

抵抗器90〜97は等しい値である。抵抗器100は90〜97の
値の1/3である。したがつてオペアンプ108の出力はとなり、ｕ、ｖ、ｗに含まれる第３高調波と同じ大きさ
で、極性が反対の出力が得られる。この出力をオペアン
プ106、107で加えると、第５図と同様第３高調波の除か
れたＵ、Ｖ相出力が得られる。

第６図の実施例によれば、ホール素子の制御電流電源が
絶線分離されていれば回路構成が簡単になる利点があ
る。

第７図は本発明の実施例に示したものである。第７図
は、ｕ、ｖ、ｗ相波形及び相の波形を示したものであ
るが、第４図に示した４極のマグネツト等、多極のマグ
ネツトになると、各極の着磁の大きさをそろえることが
むずかしく、多少の不ぞろいが出来る。第７図において
、、、はマグネツトの同じ極、つまり同時には
一対の極から磁束を受けて検出したところを示してい
る。この図から分かるようにｕ＋ｖ＋ｗを合成するの
に、例えばｕ、ｖがであるのにｗはであり、電圧の
大きさがくいちがうことが起こる場合がある。ここで
相つまり第３信号発生手段の出力として点線で示した波
形はｗ相の反転したものでなく、ホール素子の取付位置
をの位置としたものである。第８図はこの検出用ホ
ール素子の取付状態を示したもので、第１信号発生手段
31と第２信号発生手段32との中間の60゜の位置に取り付
けている。このようにすると、ｕ、ｖがのときも
となり、したがつてｕ＋ｖ−＝ｕ＋ｖ＋ｗとしたときに、等しい極付近で検出したものどおしを加
え合わせることになる。したがつてこのようにすると、
ｕ、ｖ、ｗを120゜ずつずらしたものに対し、基本成分
の誤差が小さくなる利点がある。

第９図は第８図に対応した検出回路である。第５図とほ
ぼ同じ構成になつているが、相検出部が異なつてい
る。すなわちホール素子取付位置により第５図のものと
反対極性になるようにホール素子電圧が出てくるので、
オペアンプ78の入力を反対にして差動増幅する。その他
は第５図と同じである。

第10図は第３調波を打消すのにｕ＋及びｕ＋とした
ものである。ｕ、ｖ、ｗに対し、、はｕ、ｖ、ｗ
を反転したものである。ｕ、ｖ、ｗを反転したものを加
え合わせると第３調波は極性が反転され、加え合わされ
るので、打消されることになる。ただしｕ＋とｖ＋
は120゜位相となるがｕ＋、ｖ＋はｕ、ｖ相に対し3
0゜だけ位相が進むので、モータの磁石の位置と相対的
に30゜ずらして、エンコーダ出力信号Ｕ、Ｖをモータの
磁極位置に一致させるか、ホール素子の取付位置を反対
方向に30゜ずらしてＵ、Ｖ出力を磁極位置に一致させる
と良い。

第11図は第10図に示した方法を実現するための原理図で
ある。

110、111は突き合わせ回路である。

31〜33のホール素子より検出した信号を突き合わせ回路
でｕ−ｖとしＵ相信号とし、突き合わせ回路111でｕ−
ｗとしＶ相信号とする。

第12図は本発明の具体的一実施例を示す図である。123
〜143は抵抗器、144〜148は可変抵抗器、149〜154はオ
ペアンプである。オペアンプ149で−ｕ相、オペアンプ1
50で−ｖ相、オペアンプ151で−相を検出する。オペ
アンプ152でｕ＋を出力してＵ相とする。またオペア
ンプ153でｖ＋を出力してＶ相とする。

可変抵抗144〜146は零レベル調整用、147、148はゲイン
調整用である。

第13図は第３高調波除去の更に他の具体的実施例を示し
たものである。第13図はホール素子の電圧を直列にして
オペアンプを少なくしたものである。

163〜168は抵抗器、170〜172は可変抵抗器、173、174は
オペアンプである。

ホール素子31によりを、32によりを、33によりｗを
検出する。オペアンプ173出力は−（−）＝ｕ＋
が得られるのでＵ相とし、オペアンプ174の出力には−
（＋ｗ）＝ｖ＋が得られるのでＶ相とする。

第13図の場合、ホール素子31〜33の制御電流を流す電源
がそれぞれ絶縁分離されている場合に、回路構成が簡単
になる利点がある。

多極にして本発明を適用する場合も前記したように同様
に実施できる。また第７図、第８図に示した波形の大き
さの問題についても同様に考えられる。

なお本発明は磁束検出として、ホール素子を使用した
が、ホール素子に限らず、例えば磁極に対向させて設け
たサーチコイルのように磁束を検出できるものであれば
ホール素子の代わりに使用できることは明らかである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、以上説明から明らかなように、多極の
磁極位置検出信号に含まれている第３高調波を極力少な
くして、更に磁極位置検出用マグネットが多極になり着
磁の大きさにアンバランスが生じても、検出された信号
は三相交流信号としてバランスが取れるという優れた効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来より使用されているACサーボモータ制御回
路を示す図、第２図は、磁極位検出用マグネツトとホー
ル素子を使つた磁極位置検出信号を示す図、第３図は第
３高調波除去の原理を示す図、第４図は磁極検出用マグ
ネツトとホール素子の位置関係を示した図、第５図は第
３高調波除去の具体的一実施例を示す図、第６図は第３
高調波除去の他の具体的一実施例を示す図、第７図は磁
極位置検出信号を示す図、第８図は本発明装置による磁
極位置検出用マグネツトとホール素子の位置関係を示す
図、第９図は本発明装置の他の具体的一実施例を示す
図、第10図は波形合成を示した図、第11図は本発明装置
の他の変形例の原理を示した図、第12図は本発明装置の
更に異なる変形例を示す図、第13図は第３高調波除去の
他の具体的一実施例を示す図。 30は回転磁極体、31〜33は第１〜第３信号発生手段の一
例を示すホール素子、200はＮ極、201はＳ極、300は演
算手段である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者村松正治千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号株式会社日立製作所習志野工場内 (72)発明者小林澄男千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号株式会社日立製作所習志野工場内 (72)発明者菅井博千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号株式会社日立製作所習志野工場内 (72)発明者二宮寿一千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号株式会社日立製作所習志野工場内 (56)参考文献特開昭59−194694（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多極に着磁されＮ極とＳ極とを複数組有す
る回転磁極体と、該回転磁極体から受けた磁束に応じ、互いに電気的にｎ
π/3（但しｎは整数）の位相差を有する交流信号を発生
する第１〜第３信号発生手段と、前記第１〜第３信号発生手段の発生する前記交流信号を
入力して演算し、前記交流信号に含んでいる第３高調波
成分を減少させた第１相信号と第２相信号とを出力する
演算手段とを有する交流信号発生装置において、前記第１〜第３信号発生手段は、同時には前記回転磁極体の一つの磁極または隣接する一
対のＮ極、Ｓ極から電気角で２π/3の範囲内の磁束を受
け、且つ前記第３信号発生手段は、前記第１信号発生手段の出力に対して電気的にπ/3の遅
れ位相を、前記第２信号発生手段の出力に対しては電気
的にπ/3の進み位相を有する信号を出力するように前記
回転磁極体のまわりに配置してあることを特徴とする交
流信号発生装置。
【請求項２】前記演算手段は、前記第１信号発生手段の出力と第２信号発生手段の出力
との和から第３信号発生手段の出力を差し引いた値の３
分の１を前記第１〜第３信号発生手段のうち少なくとも
２つから減算し、前記第１相信号、及び前記第１相信号
に対し２π/3位相差の前記第２相信号を出力するように
構成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
交流信号発生装置。
【請求項３】前記演算手段は、前記第１信号発生手段の出力と第２信号発生手段の出力
との差に対応して前記第１相信号を出力し、前記第２信
号発生手段の出力と前記第３信号発生手段の出力との和
に対応して前記第１相信号に対し２π/3位相差の前記第
２相信号を出力するように構成したことを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の交流信号発生装置。