JPH09502860A - パルス幅変調モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 可変速可変トルク電動モータ用パルス幅変調制御装置。制御装置への入力は、適切なＲＰＭ信号と、モータのロータの回転数およびステータに対するロータの角度位置の関数であるモータ電気信号と、モータのパワー位相巻線回路から供給されるトルク・フィードバック信号である。制御装置は、モータのパワー位相巻線回路の出力スイッチに印加されるパルス幅変調パワー駆動信号を生成して、パワー位相巻線回路に電流を流す。制御装置が生成するパワー位相イネーブル信号がパワー位相巻線回路の出力スイッチがそのようにするのを可能にする。パワー駆動信号のデューティ・サイクルはモータの適切な回転数および実際の回転数の差とモータのトルクとの関数である。パワー駆動信号の周波数は、モータの回転数の変域全体にわたり、パワー位相イネーブル信号の周波数の定整数倍になっている。

Description

【発明の詳細な説明】 パルス幅変調モータ制御装置 発明の背景 （１）発明の分野 本発明は、磁気抵抗切り替えモータすなわちＳＲモータや永久磁石モータすな わちＰＭモータなどの変速電動モータや可変トルク電動モータの制御装置に関す るものであるが、このようなモータに限定されるものではなく、特に変速電動モ ータの速度およびトルクを決定するパワー駆動信号のパルス幅変調（ＰＷＭ）制 御の改良に関するものである。 （２）関連技術の説明 近年、パワーＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）や絶縁 ゲート・サイリスタ（ＩＧＴ）など、パワー半導体デバイスが開発され、その結 果、変速駆動モータが必要となる用途に使用する整流モータが開発された。モー タのパワー位相巻線を流れる電流のパルス幅変調を行う制御装置によって、その 速度とトルクが制御される電動モータとして代表的なものには、ＳＲモータやＰ Ｍモータなどがあるが、本発明の制御装置は、モータのパワー位相巻線を流れる 電流のパルス幅変調によって制御されるモータならどんなモータとでも併用可能 である。電動モータ用パルス幅変調制御（ＰＷＭ）装置のコストと信頼性は、従 来の変速モータ用制御装置とほぼ同等である。 ＳＲモータやＰＭモータなどは、従来ステータとロータの両方に複数の極を備 えている。ＳＲモータでは、ステータの極にパワー位相巻線があるが、ロータに は巻線も永久磁石もない。ＳＲモータの、直径を挟んで対抗する１対のステータ 極の極それぞれには、直列に接続した巻線が設けてあり、独立したパワー位相巻 線を形成している。ＰＭモータでは、通常、永久磁石をロータに搭載する。 ロータの角度位置と同期した所定の順序で各パワー位相巻線に電流を流してロ ータの回転トルクを発生させ、関連する１対のステータ極に極性を与える。一般 にパワー位相巻線は、ステータの極に配置するが、必要がある場合はロータの極 に配置することもある。発生した磁力は、最も近い位置にある１対のロータ極を 引き付ける。ＳＲモータでは、磁化したステータ極に最も近いロータの極が回転 して、両極が一直線に並ぶ位置を通過する前に、パワー位相巻線、すなわちステ ータの位相巻線に流れる電流を切る。このようなモータで発生するトルクはステ ータの巻線を流れる電流の大きさの関数であり、電流の流れる方向とは無関係で あるため、サイリスタやパワートランジスタなど、一方向電流切替え素子を使っ たコンバータを使って、ロータの回転と同期した一方向電流パルスをステータの パワー位相巻線に印加することができる。モータのロータによって駆動されるエ ンコーダやリゾルバなど、シャフトの位置センサによりロータの位置信号を生成 して、ステータの位相巻線を流れる電流を希望通りに整流することができる。ロ ータの位置信号は、モータの制御装置に印加される。 また、モータ制御装置には、所望のロータ回転方向を指定する信号、および通 常、ＲＰＭ単位で測定する所望のロータ角速度を指定する速度設定信号も印加さ れる。このような速度信号および方向信号の制御は、人手で行うか、または自動 制御装置によって行う。さらに、モータ電気（Ｍｅ）信号とも呼ばれるロータの 位置信号、およびトルクまたは電流のフィードバック信号もモータ制御装置に印 加される。ＳＲモータの各パワー位相巻線を流れる電流は一方向電源から供給さ れ、各パワー位相巻線は、パワートランジスタに直列に接続され、関連するパワ 一位相巻線を流れる電流を制御する。モータの制御装置が生成するパルス幅変調 （ＰＷＭ）パワー駆動信号はパワートランジスタに印加され、パワートランジス タのオン、オフを行う。ロータの位置に従って電流が流れると同時にロータが回 転し、パワー位相巻線が付勢される順序により、ロータの回転方向が決まる。 パワー位相巻線と直列に接続したパワートランジスタに印加されるパワー駆動 信号にパルス幅変調（ＰＷＭ）を施し、所望の回転数でロータを回転させるレベ ルにパワー位相巻線を流れる電流を維持すると同時に、トルク、またはパワー位 相巻線を流れる電流を所定の最大値に限定する。モータのトルクの大きさはパワ ー位相巻線回路を通過する電流の大きさの関数であることに注意されたい。この 電流の大きさを検知して、モータの制御装置に印加する電流またはトルクのフィ ードバック信号を生成するのに利用する。米国特許明細書第５，１９６，７７５ 号の第９図に、ＳＲモータのパワー駆動信号にパルス幅変調を行う従来の回路が 示されている。 従来のＰＷＭモータの制御装置の問題点は、ＰＷＭのパワー駆動信号の周波数 とモータ電気信号（Ｍｅ信号）、またはパワー位相整流信号との間に一定した関 係がないことであり、そのため、うなり周波数（ＰＷＭ−Ｍｅ）が発生し、この 周波数でモータの回転速度およびトルクが変動する。このような変動はそれ自体 望ましいものではなく、回転速度およびトルクが変動すると、モータから発生す る騒音も増大する。 発明の概要 本発明は、周波数がパワー位相整流信号またはパワー位相イネーブル信号の周 波数の定整数倍（ｎ倍）であるＰＷＭパワー駆動信号をモータ制御装置が発生す る可変速可変トルク電動モータ用パルス幅変調制御装置を提供するものである。 パワー位相イネーブル信号は、ロータの回転方向を左右する、各パワー位相巻線 を付勢することが可能な時間およびパワー位相巻線の付勢順序を決定する。 また、本発明は、ＰＷＭパワー駆動信号を生成する可変速可変トルク電動モー タ用ＰＷＭ制御装置を提供するものであり、この制御装置では、ＰＷＭパワー駆 動信号の周波数は、やはり制御装置が生成するパワー位相イネーブル信号の周波 数の定整数倍になることを特徴とする。 さらに、本発明は、電動モータ用ＰＷＭ制御装置について開示するものであり 、この制御装置では、ＰＷＭパワー駆動信号の周波数が、モータの回転速度およ びトルクの変動範囲全体にわたってパワー位相イネーブル信号の定整数倍になる ことを特徴とする。 加えて本発明は、モータの各パワー位相巻線回路を付勢することができる期間 にパワー位相巻線回路を流れる電流を制御するＰＷＭパワー駆動信号のパルス数 を一定に保つことによって、可変速可変トルク電動モータの騒音および回転速度 、トルクの変動を低減する制御装置について開示するものである。 図面の簡単な説明 本発明のその他の目的、特徴、および利点は、添付の図面を参照して行う、好 適な実施形態についての以下の説明により容易に明らかになるであろう。なお、 実施形態には、本発明の新規の概念の趣旨および範囲を逸脱することなく、変形 および改良を実施することができる。 第１図は、従来の技術によるＳＲモータの略図であり、モータのステータ位相 巻線１つを付勢する従来のモータ制御装置について説明する図である。 第２図は、従来の技術によるＰＭモータの略断面図である。 第３図は、ＳＲモータに関する本発明を組み込んだモータ制御装置の略ブロッ ク線図である。 第４図は、第３図のモータ制御装置のブロック線図である。 第５図は、第４図のＰＷＭ電流制御／出力スイッチ論理回路のブロック線図で ある。 第６図は、パワー位相イネーブル信号のパルスとＰＷＭパワー駆動信号のパル スの関係を示すタイミング線図である。 発明の説明 便宜上、本発明のパルス幅変調制御装置の作動を、磁気抵抗切り替えモータと 関連させて説明する。上に述べたように、本発明の制御装置は、永久磁石モータ など、パワー位相巻線回路を流れるパワーにパルス幅変調を行うことにより、モ ータが発生する回転速度とトルクを制御するいずれの型式の電動モータとでも併 用することができる。第１図に示すように、従来の技術によるＳＲモータ１０は 、ロータ１２を備え、このロータには、巻線、永久磁石、整流子が設けられてい ない。ステータ１４は比較的少数のステータパワー位相巻線１６を備えている。 このうち１対の直列接続コイル１８Ａ１および１８Ａ２を含む１６Ａだけが第１ 図に示している。ロータ１２はシャフト２０に取り付けられてあり、円筒状シャ フト２０の長軸に一致する回転軸の周りを回転するようになっている。ロータ１ ２は、透磁性のある合金鋼の薄板から成形、または打抜いた複数の積層体で作製 することが好ましい。同様にステータ１４も、透磁性のある合金鋼から成形、ま たは打抜いた複数の積層体で作製することが好ましい。 第１図に示すように、ステータ１４は、ステータ極２２を８つ備え、ロータ１ ２はロータ極２４を６つ備えている。直径を挟んで対向するステータ極２２のコ イル１８は直列に接続され、４組のパワー位相巻線１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１ ６Ｄを形成する。図示を簡略化するために、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄは、第１図 に示していないが、その代わりに、これらの位相巻線に対応するステータ極に記 号Ｂ、Ｃ、Ｄを付した。ＳＲモータにおいては、ステータ極とロータ極の数が異 なる場合がある。例えば、ステータ極を６つとロータ極を４つで３相モータとし 、ステータのパワー位相巻線を３つにしたり、あるいはステータ極を８つ、ロー タ極を６つとし、パワー位相巻線を４つにしたりする。ステータ極とロータ極の 数は必ず偶数であることに注意されたい。 直流電流がステータのパワー位相巻線１６Ａを流れると、ステータ１４とロー タ１２が磁化される。磁化によりトルクが発生し、ロータ１２の直径を挟んで対 向する１対の極２４が、励起、すなわち磁化したステータ極２２Ａ１および２２ Ａ２と一直線上に並ぶ。ロータ１２は必ずステータ１４に引き寄せられるととも に、付勢された極と極の間の経路の磁気抵抗が最も小さくなるような方向に回転 するため、トルクの極性は電流の極性に左右されない。したがって、ＳＲモータ では、電源２６からパワー位相巻線を通って流れる単極電流のみ必要になる。位 相巻線１６Ａから１６Ｄが順に励起されると、ロータ１２が回転し、１対になっ たロータ極２４と、パワー位相巻線１６が付勢され、すなわち励起されたステー タ極２２とが同期的に一直線上に並ぶ。通常、１つの相の電流の流れが遮断され ると同時に後続する相に電流が流れ、パワー位相巻線が順次付勢するが、直前の 相が脱磁する前に後続する相が磁化し、これとパワー位相巻線の付勢とが重なる 場合もある。ロータ１２の回転を同期させるとともにステータのパワー位相巻線 １６Ａ〜１６Ｄを順次励起させる、すなわち付勢させるには、ステータ１４に対 するロータ１２の位置に関する情報が必要となり、ロータ位置センサ２８は、こ の情報を制御装置３０に提供する。 第１図では、ステータのパワー位相巻線１６Ａ、すなわち位相を付勢させる基 本電気回路だけが示されている。同様の回路が位相１６Ａ〜１６Ｄにも設けられ ているが、図には示されていない。１対のスイッチ３２が閉じると、交流電源２ ６から電流が位相１６Ａに形成される。１対のスイッチ３２が開くと、電流はダ イオード３４に移動し、ダイオードは位相１６Ａを付勢した結果として蓄えられ たエネルギーを急速に除去し、回復する。 ロータ１２は、ステータの位相巻線１６Ａ〜１６Ｄが付勢される、すなわち励 起される順序と反対の方向に回転する。位相巻線１６Ａ〜１６Ｄを通過する電流 のパルスは、ロータの位置センサ２８が生成するモータ電気（Ｍｅ）タイミング 信号に応答して制御装置３０により制御され、ロータ１２が一定の角度ｑだけ回 転するごとに出現するように時間調整が行われる。したがって、ステータの位相 巻線１６Ａ〜１６Ｄを流れる電流を、ロータが角度ｑだけ回転するごとに整流し 、引力されているステータ極２２を通過してロータ極２４を比較的スムーズに回 転させる。そのために、引力を発生するステータ極と、これに引き寄せられるロ ータ極とが一直線上に並ぶ前に、各パワー位相巻線の付勢をほぼ解除する。 付勢電流パルスがステータのパワー位相巻線を流れる時期とその期間は、制御 装置３０が決定し、制御装置はロータの角度ｑとモータの回転数の関数であるパ ワー位相整流信号、すなわちパワー位相イネーブル信号を生成する。ステータの 位相巻線を流れる電流の大きさの制御は、所与のパワー位相巻線をパワー位相イ ネーブル信号、すなわちパワー位相イネーブルパルスでイネーブルする間に、当 該パワー位相巻線を流れる付勢電流に対してパルス幅変調（ＰＷＭ）を施して実 施する。 第２図に示すように、従来技術によるＰＭモータ３６は、直径を挟んで対向さ せた２つの永久磁石４０および４１を取り付けたロータ３８を備えている。永久 磁石４０および４１はロータ極４２および４３を構成している。ロータ３８はス テータ４４の内側に位置し、ロータ３８を取り付けたシャフト４６の長軸に対し て回転する。第２図に示した実施形態のステータ４４には、直径を挟んで対向配 置した２対のステータ極４８および４９を設けてある。ステータ４４には、２つ のステータパワー位相巻線５０および５２があって、この巻線はそれぞれ直列接 続したコイルを１対含んでいる。ＰＭモータには全部で４つのステータ極がある ため、２相モータとなる。 永久磁石をロータ３８に取り付けてあるほか、異なる数のステータ極とロータ 極とを設けてあり、パワー位相巻線５０、５２を流れる電流の方向を、整流を行 うごとに逆転させる必要がある。ＰＭモータの詳細については、１９７５年、Ｅ ｌｅｃｔｒｏｃｒａｆｔ Ｃｏｒｐ．発行の“Ｄ．Ｃ．Ｍｏｔｏｒｓ，Ｓｐｅｅ ｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ，ａｎｄ Ｓｅｒｖｏ Ｓｙｓｔｅｍｓ；Ｅｎｇｉｎｅｅｒ ｉｎｇ Ｈａｎｄｂｏｏｋ”第３版を参照されたい。 第３図のモータ１０、ロータ１２、ステータ、パワー位相巻線、ロータ位置セ ンサは、第１図に示したものと実質的に同じである。モータ制御装置５６は、直 流電圧である速度設定信号を入力端子５８に印加し、また回転方向信号を入力端 子６０に印加する。前記速度設定信号はモータ１０に設けたロータ１２の適切な 回転数の関数であり、前記回転方向信号は、その極性がロータ１２の適切な回転 方向を示す。各パワー位相巻線１６Ａ〜１６Ｄのコイルを付勢する電流は、電源 Ｖ＋から供給する。パワー位相巻線１６Ａ〜１６Ｄはそれぞれパワースイッチ６ ２Ａ〜６２Ｄのいずれか１つに直列に接続されている。前記パワースイッチはパ ワーＭＯＳＦＥＴであることが好ましい。モータ制御装置５６は出力端子６４Ａ 〜６４ＤにおいてＰＷＭパワー駆動信号を生成し、この信号はパワースイッチ６ ２Ａ〜６２Ｄにそれぞれ印加される。パワー駆動信号の各パルスの「オン」部分 がパワースイッチ６２に印加されると、前記スイッチが入り、前記スイッチと直 列に接続したパワー位相巻線およびパワースイッチ６２Ａ〜６２Ｄのそれぞれに 直列に接続した抵抗６６Ａ〜６６Ｄのいずれか１つに電流が流れる。パワー位相 巻線１６Ａ、パワースイッチ６２Ａ、および抵抗６６Ａが集まってパワー位相巻 線回路６８Ａを形成している。同様に、各パワー位相巻線回路６８Ｂ〜６８Ｄは 、直列に接続したパワー位相巻線、パワースイッチ、および抵抗から成っている 。 各抵抗６６Ａ〜６６Ｄ前後の電圧降下は、それぞれのパワー位相巻線回路６８ Ａ〜６８Ｄを通って流れる電流の大きさに比例し、任意の瞬間に、いずれかの位 相巻線を流れる電流の大きさの目安となる。抵抗６６Ａ〜６６Ｄの両端にかかる 電圧は、パワー位相電流信号、またはトルク・フィードバック信号を生成し、そ れぞれモータ制御装置５６の入力端子７０Ａ〜７０Ｄに印加される。 例えば、エンコーダあるいはレゾルバであるロータ位置センサ２８は、モータ 電気（Ｍｅ）信号を生成し、前記信号の発生タイミングは、ステータ１４に対す るロータ１２の角度位置の関数であり、また前記信号の周波数は、ロータ１２の 回転数（ＲＰＭ）とロータの極数との積の関数である。ちなみに、実施形態にお いては、ロータの極数が６つになっている。Ｍｅ信号は、モータ制御装置５６の 入力端子７２に印加される。 第４図は、モータ制御装置５６の詳細なブロック線図であり、この図では、制 御装置５６の入力端子７２に印加されたＭｅ信号がフェーズロックループ（ＰＬ Ｌ）７６の位相コンパレータ７４に印加される。ＰＬＬ７６の電圧制御発振器Ｖ ＣＯ７８の出力は、パルス幅変調パワー駆動信号を生成する場合に使用するパル ス幅変調信号ＰＷＭであり、以下に述べるように、制御装置５６の出力端子６４ Ａ〜６４Ｄを介してパワートランジスタ６２Ａ〜６２Ｄに印加される。また、Ｐ ＷＭ信号は「÷Ｎ」カウンタ８０にも印加され、カウンタの出力はパワー位相整 流信号となる。「÷Ｎ」カウンタ８０の出力は第２の入力として位相コンパレー タ７４に印加され、さらにアップ・ダウン・カウンタ８４のクロック入力端子８ ２にも印加される。 アップ・ダウン・カウンタ８４の端子Ａ〜Ｄの出力であるパワー位相イネーブ ル信号により、モータ１０の各パワー位相巻線が付勢可能である期間とパワー位 相巻線の付勢順序とが定まる。カウンタ８４は、回転方向端子６０を介して印加 される信号の極性により、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの順にカウントする場合とＤ、Ｃ、Ｂ 、Ａの順にカウントする場合とがある。カウントの方向により、パワー位相巻線 １６Ａ〜１６Ｄが時計方向周りの順になるか反時計方向周りの順になるかが決ま り、さらに、この順によってロータ１２の回転方向が決まる。したがって、制御 装置５６の入力端子６０、ひいてはカウンタ８４のアップ・ダウン制御端子に印 加されるモータの方向コマンド信号によりモータ１０のロータ１２の回転方向が 決まる。 速度設定信号は、大きさがモータ１０の適切な回転数の関数であり、制御装置 ５６の入力端子５８と演算増幅器（演算増幅器アンプ）８６の正の入力端子に印 加される。ＰＬＬ７６のソース・フォロア８８の出力は演算増幅器アンプ８６の 負の入力端子に印加される。ＰＬＬ７６のソース・フォロアが生成する電圧の大 きさが、実際のモータ速度電圧信号であり、これはロータ１２の瞬間的な回転数 の関数となる。演算増幅器アンプ８６の出力である速度エラー信号は、ロータ１ ２の回転数が速度設定信号の指定回転数より低い場合は正となり、ロータ１２の 回転数が速度設定信号の指定回転数より高い場合は負となる。ダイオード９０、 トランジスタ９２、およびポテンショメータ９４を備える回路が、正の速度エラ ー信号の大きさを制限してパワー位相巻線内を流れる最大電流を制限し、ひいて はモータ１０の最大トルクを制限する。速度エラー信号およびＰＷＭ信号は、Ｐ ＷＭ電流制御／パワースイッチ論理回路９６Ａ〜９６Ｄのそれぞれに印加される 。入力端子７０Ａ〜７０Ｄに印加される位相電流フィードバック信号と同じく、 カウンタ８４の出力端子Ａ−Ｄから出力される位相イネーブル信号は、それぞれ 回路９６Ａ〜９６Ｄに印加される。 第５図に示すように、各回路９６Ａ〜９６Ｄは、演算増幅器アンプ９８Ａ〜９ ８Ｄ、セット／リセット・フリップ・フロップ１００Ａ〜１００Ｄ、およびＡＮ Ｄゲート１０２Ａ〜１０２Ｄを含む。ＰＬＬ７６から出るＰＷＭ信号は、各フリ ップ・フロップの設定端子Ｓに印加される。フリップ・フロップ１００Ａのリセ ット端子Ｒに印加される信号は、回路９６Ａの演算増幅器アンプ９８Ａの出力で ある。演算増幅器アンプ８６を含む回路から出力される速度エラー信号は、演算 増幅器アンプ９８Ａ〜９８Ｄの負の入力端子に印加され、例えば、位相Ａの電流 フィードバック信号は、演算増幅器アンプ９８Ａの正の入力端子に印加される。 フリップ・フロップ１００Ａの設定端子Ｓに印加されたＰＷＭ信号のパルスが 正になると、フリップ・フロップ１００Ａの出力Ｑはハイの状態となり、プリッ プ・フロップ１００Ａのリセット端子Ｒの電圧がフリップ・フロップ１００Ａの リセット値に達するまで、ハイの状態を維持する。出力Ｑがハイになってから、 フリップ・フロップ１００Ａがリセットされ、出力Ｑがローになるまでの時間は 、演算増幅器アンプ９８Ａの出力がフリップ・フロップ１００Ａのリセットに必 要な大きさになるまでにかかる時間によって決まる。これは速度エラー信号の大 きさおよび極性と演算増幅器アンプ９８Ａに印加される位相Ａの電流フィードバ ック信号の大きさとによって決まる。位相Ａの電流の大きさが大きくなるほど、 フリップ・フロップ７８の出力Ｑにおけるパルスの正の部分、すなわちデューテ ィ・サイクルは狭くなる。速度エラーが負の場合、正の部分が広がるほどパルス の デューティ・サイクルが長くなり、速度エラーが正の場合は、正の部分が広がる ほどパルスのデューティ・サイクルが短くなる。 フリップ・フロップ１００Ａの出力Ｑは、１つの入力信号としてＡＮＤゲート １０２Ａに印加される。ＡＮＤゲート１０２Ａに対するもう１つの入力信号は、 カウンタ８４の出力端子Ａから出力される位相Ａのイネーブル信号である。端子 ６４ＡにおけるＡＮＤゲート１０２Ａの出力は、位相Ａのパワー駆動信号であり 、パワートランジスタ６２Ａに印加される。回路９６B、９６Ｃ、９６Ｄの動作 は、上に述べたように、ほぼ回路９６Ａの動作と同じである。例えば、回路９６ Ａが作動すると、出力スイッチ６２Ａに印加されるパワー駆動信号の各パルスの オン部分、すなわちデューティ・サイクルの期間が速度エラー信号と、パワー位 相巻線回路６８Ａから出力されるパワー位相電流フィードバック信号、あるいは トルク・フィードバック信号との関数になる。 第６図では、信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４が、カウンタ８４の出力端子Ａ、Ｂ 、Ｃ、Ｄにおいて生成するパワー位相イネーブル信号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのタイミン グを示す。したがって、パワー位相イネーブル信号Ｂが正の場合、第５図のＡＮ Ｄゲート１０２Ｂは可能状態になり、その結果フリップ・フロップ１００Ｂの出 力端子Ｑから出力されるＰＷＭパワー駆動信号がパワー位相巻線回路６８Ｂのパ ワートランジスタ６２Ｂに送信される。信号Ｓ５およびＳ６については、水平方 向の尺度を拡大して、Ｓ４の位相Ａのイネーブルパルスが正、すなわちオンの期 間とＡＮＤゲート１０２Ａがイネーブルされている期間に、例えば、パワートラ ンジスタ６２Ａに印加されるパワー駆動パルスの形状と数がさらにわかりやすい ようにしている。波形Ｓ５は、位相Ａのイネーブルパルスが正、特にモータ１０ が通常の負荷を駆動している場合に、パワー駆動トランジスタ６２Ａに印加され る位相Ａの各位相Ａのパワー駆動信号の幅、すなわち期間と、オン部分、すなわ ちデューティ・サイクルを示すものである。波形Ｓ６は、モータ１０が小さな負 荷を駆動している場合の位相Ａの各パワー駆動信号のオン部分の出力の幅を示す ものである。 各位相巻線が可能状態にある期間にステータの位相巻線のパワートランジスタ に印加されるパワー駆動信号の数は、モータの回転速度、負荷すなわち所定の最 大値以下であればトルクの大きさにかかわらず、一定の整数値であり、図示した 実施形態では５つになっていることに注意されたい。換言すると、パワー駆動信 号の周波数は、モータの回転数によらず、出力イネーブル信号、すなわちパワー 位相整流信号の周波数の定整数倍になっている。モータ１０が発生することがで きる最大トルクに限度があることから、モータに損傷を与える可能性がある極端 に大きな電流が位相巻線を流れることはなくなる。 前記の説明に鑑み、本発明については多数の改良、変形が可能なことは明らか である。したがって、本発明は請求項の範囲内で、前記実施形態以外の実施形態 が可能であるものと理解されたい。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年１１月２２日 【補正内容】 補正請求の範囲 １．電動モータの制御に使用するのに適切なパルス幅変調制御装置であって、 モータ制御装置（５６）と、 前記モータ制御装置（５６）の出力端子（６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃ、６４Ｄ） にそれぞれ接続され、パワー位相巻線からの出力を供給する複数のパワースイッ チ（６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、６２Ｄ）と、 前記モータ制御装置（５６）の入力端子（７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ、７０Ｄ） および前記複数のパワースイッチ（６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、６２Ｄ）にそれぞ れ接続した複数のパワー位相電流センサ（６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃ、６６Ｄ）と 、 前記モータ制御装置（５６）に対してロータ位置を指示（７２）するロータ位 置センサ（２８）と、 前記モータ制御装置（５６）に接続したロータ速度設定インジケータ（５８） と、 前記モータ制御装置（５６）に接続したロータ回転方向インジケータ（６０） とを備えるパルス幅変調制御装置。 ２．前記モータ制御装置（５６）が、 ロータ位置センサ（２８）に接続した第１の入力端子を有するフェーズロック ループ（７６）と、 前記フェースロックループ（７６）の第１の出力端子に接続した入力端子と、 前記複数のパワースイッチ（６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、６２Ｄ）に接続した出力 端子（６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃ、６４Ｄ）と、前記複数のパワー位相電流センサ （６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃ、６６Ｄ）に接続した入力端子（７０Ａ、７０Ｂ、７ ０ｃ、７０Ｄ）とを有する複数のパルス幅電流制御／パワースイッチ論理回路（ ９６Ａ、９６Ｂ、９６Ｃ、９６Ｄ）と、 前記フェースロックループ（７６）の第１の出力端子に接続した入力端子と、 前記フェースロックループ（７６）の第２の入力端子に接続した出力端子とを有 するＮ値除算実行カウンタ（８０）と、 前記Ｎ値除算実行カウンタ（８０）の出力端子に接続したクロック入力端子 （８２）と、ロータ回転方向インジケータ（６０）に接続した入力端子と、前記 複数のパルス幅電流制御／パワースイッチ論理回路（９６Ａ、９６Ｂ、９６Ｃ、 ９６Ｄ）の入力端子に接続した複数の出力端子とを有するアップ／ダウン・カウ ンタ（８４）と、 ロータ速度設定インジケータ（５８）に接続した入力端子と、前記複数のパル ス幅電流制御／パワースイッチ論理回路（９６Ａ、９６Ｂ、９６Ｃ、９６Ｄ）の 入力端子に接続した出力端子と、前記フェーズロックループ（７６）の第２の出 力端子に接続した入力端子とを有する速度エラー回路とを備えることを特徴とす る請求項１に記載のパルス幅変調制御装置。 ３．前記複数のパルス幅電流制御／パワースイッチ論理回路（９６Ａ、９６Ｂ、 ９６Ｃ、９６Ｄ）がそれぞれ、 前記複数のパワー位相電流センサ（６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃ、６６Ｄ）のいず れか１つに接続した第１の入力端子（７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ、７０Ｄ）と、前 記速度エラー回路に接続した第２の入力端子とを有する増幅器（９８Ａ、９８Ｂ 、９８Ｃ、９８Ｄ）と、 増幅器（９８Ａ、９８Ｂ、９８Ｃ、９８Ｄ）の出力端子に接続したリセット入 力端子と、前記フェースロックループ（７６）の第１の出力端子に接続した設定 入力端子とを有するフリップ・フロップ（１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１０ ０Ｄ）と、 フリップ・フロップ（１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ）の出力端子 に接続した第１の入力端子と、前記アップ／ダウン・カウンタ（８４）の複数の 出力端子のいずれか１つに接続した第２の入力端子と、前記複数のパワースイッ チ（６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、６２Ｄ）のいずれか１つに接続した出力端子（６ ４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃ、６４Ｄ）とを有するＡＮＤゲート（１０２Ａ、１０２Ｂ 、１０２Ｃ、１０２Ｄ）とを備えることを特徴とする請求項２に記載のパルス幅 変調制御装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ロータ、ステータ、および複数のパワー位相巻線回路を有し、各パワー位相 回路が出力スイッチと、モータのロータの回転数（ＲＰＭ）およびモータのステ ータに対するロータの相対位置の関数であるモータ電気（Ｍｅ）信号を発生する 手段とを含む可変速可変トルク電動モータ用パルス幅変調制御装置において、 モータが生成するＭｅ信号に応答して、パルス幅変調信号を発生する回路手段 と、 前記パルス幅変調信号の周波数に対して一定した関係を有する周波数のパワー 位相整流信号を、モータの各パワー位相巻線回路ごとにパワー位相イネーブル信 号１つずつ発生する回路手段と、 ロータの実際の回転数と適切な回転数との差の関数である速度エラー信号を生 成する回路手段と、 各出力スイッチをパワー位相イネーブル信号によりイネーブルして前記パワー 駆動信号を受信する場合に、パワー位相巻線回路それぞれの出力スイッチに印加 するパワー駆動信号を発生するパルス幅変調（ＰＷＭ）回路手段とを備え、前記 ＰＷＭ回路手段が生成するパワー駆動信号の周波数がパルス幅変調信号の周波数 に等しく、パワー駆動信号のデューティ・サイクルが速度エラー信号と、パワー 駆動信号を出力スイッチに印加して前記回路を付勢する場合にパワー位相巻線回 路が生成するパワー位相フィードバック信号との関数であり、前記出力巻線回路 が順次付勢されることを特徴とするパルス幅変調（ＰＷＭ）回路。 ２．パワー位相整流信号とパルス幅変調信号の周波数とが、ｎを正の整数として 、パワー位相整流信号の周波数がパルス幅変調信号の周波数の１／ｎに等しいと いう一定した関係にあることを特徴とする、請求項１に記載の可変速可変トルク 電動モータ用パルス幅変調制御装置。 ３．電動モータが、偶数であるＲ個の極を有するロータを備えた可変磁気抵抗モ ータであり、ＭＥ周波数がロータの回転数とＲとの積に等しいことを特徴とする 、請求項２に記載の可変速可変トルク電動モータ用パルス幅変調制御装置。 ４．各パワー位相巻線がパワー位相フィードバック信号を生成する手段を含むこ とを特徴とする、請求項３に記載の可変速可変トルク電動モータ用パルス幅変調 制御装置。 ５．電動モータが永久磁石モータであることを特徴とする、請求項１に記載の可 変速可変トルク電動モータ用パルス幅変調制御装置。 ６．ロータ、ステータ、および複数のパワー位相巻線回路を有し、各パワー位相 回路が出力スイッチと、モータのロータの回転数（ＲＰＭ）およびモータのステ ータに対するロータの相対位置の関数であるモータ電気（Ｍｅ）信号を発生する 手段とを含む可変速可変トルク電動モータ用パルス幅変調制御装置において、 モータが生成するＭｅ信号に応答してパルス幅変調信号を発生する回路手段と 、 ｎを１より大きい整数として、周波数が前記パルス幅変調信号の周波数の１／ ｎであるパワー位相整流信号を生成する回路手段と、 前記位相整流信号を印加して、モータの各パワー位相巻線回路ごとにパワー位 相イネーブル信号１つを生成する整流信号を印加する対象である回路手段と、 ロータの実際の回転数と適切な回転数の差の関数である速度エラー信号を生成 する回路手段と、 複数のパルス幅変調（ＰＷＭ）回路手段とを備え、各ＰＷＭ回路手段は、モー タのパワー位相巻線回路の１つと関係があるとともに、前記ＰＷＭ回路手段の１ つにパワー位相イネーブル信号を印加する場合に、関係するパワー位相巻線回路 の出力スイッチに印加するパワー駆動信号を前記パワー位相巻線回路に供給する ための手段であり、前記ＰＷＭ回路手段が生成する関連するパワー駆動信号の周 波数がパルス幅変調信号の周波数に等しく、パワー駆動信号のデューティ・サイ クルが速度エラー信号と、パワー駆動信号をパワー位相巻線回路の出力スイッチ に印加して前記回路を付勢する場合にパワー位相巻線回路が生成するパワー位相 フィードバック信号との関数であり、前記パワー位相巻線回路を順次付勢してモ ータのロータを回転させることを特徴とするパルス幅変調駆動装置。 ７．モータのロータが、偶数であるＲ個の極を備え、ステータがやはり偶数であ るＳ個の極を備え、パワー位相巻線回路がステータの極上に配置されていること を特徴とする、請求項６に記載の可変速可変トルク電動モータ用パルス幅変調制 御装置。 ８．電動モータが可変磁気抵抗モータであり、Ｍｅ信号の周波数がロータの回転 数とＲとの積に等しいことを特徴とする、請求項７に記載の可変速可変トルク電 動モータ用パルス幅変調制御装置。 ９．整数ｎが５に等しいことを特徴とする、請求項８に記載の可変速可変トルク 電動モータ用パルス幅変調制御装置。 １０．電動モータが永久磁石モータであることを特徴とする、請求項８に記載の 可変速可変トルク電動モータ用パルス幅変調制御装置。 １１．可変速可変トルク電動モータ用パルス幅変調モータ制御装置であって、直 径を挟んで対向するＳ個のステータ極から成る第１の極の組と、回転軸の周りに 回転するようにステータ内に搭載したロータと、パルスのタイミングがステータ に対するロータの角度位置の関数であり、周波数がロータの回転数とロータの極 数との関数であるパルス化モータ電気（Ｍｅ）信号を生成する手段と、スイッチ 手段に印加されるパワー駆動信号のオン部分に応答してパワー位相巻線に電流を 流すために、パワー位相巻線それぞれに直列に接続した出力スイッチ手段と、任 意の瞬間にパワー位相巻線のいずれかを流れる電流の関数である電流フィードバ ック信号を生成する目的でパワー位相巻線それぞれに接続した回路手段とを備え 、前記ロータが直径を挟んで対向するＲ個のロータ極から成る第２の極の組を有 し、ＳおよびＲが偶数であって、一方の極の組の直径を挟んで対向する極の対そ れぞれが、直列に接続されたパワー位相巻線を有する可変速可変トルク電動モー タ用パルス幅変調モータ制御装置において、 Ｍｅ信号と同位相のパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を生成するためのＭｅ信号と 、モータの有するロータの回転数の関数である第２の信号とを印加する対象であ る第１の回路手段と、 ロータの回転数の関数であって第１の回路手段が生成する電圧と、ロータの適 切な回転数の関数であり、速度エラー信号を生成する速度設定電圧とを印加する 対象である第２の回路手段と、 ｎを１より大きい正の整数とした場合に、周波数がＰＷＭ信号の周波数の１／ ｎであるパワー位相整流信号を得るために、第１の回路手段が生成するＰＷＭ信 号を印加する対象である第３の回路手段と、 モータの各パワー位相巻線ごとに１つずつパワー位相イネーブル信号を生成す るために、第３の回路手段が生成するパワー位相整流信号を印加する対象である 第４の回路手段と、 モータの各パワー位相巻線ごとに１つずつあるＰＷＭ電流制御／出力スイッチ 論理手段とを備え、前記ＰＷＭ電流制御／出力スイッチ論理手段それぞれに速度 エラー信号と、ＰＷＭ信号と、パワー位相イネーブル信号と、パワー位相電流フ ィードバック信号を印加し、前記ＰＷＭ電流制御／出力スイッチ論理手段が、速 度エラー信号と電流フィードバック信号との関数であるデューティ・サイクルお よび周波数と、各パワー位相巻線を流れる電流を順次制御してロータを回転させ るためにモータの各パワー位相巻線と直列に接続した出力スイッチ手段にそれぞ れ印加されるパワー位相イネーブル信号の周波数のｎ倍である周波数とを有する パルス幅変調パワー駆動信号を生成することを目的とするパルス幅変調モータ制 御装置。 １２．直列に接続したパワー位相巻線を、直径を挟んで対向する１対のステータ 巻線それぞれの周囲に配置したことを特徴とする、請求項１１に記載の可変速可 変トルク電動モータ用パルス幅変調モータ制御装置。 １３．ＳがＲよりも大きいことを特徴とする、請求項１２に記載の可変速可変ト ルク電動モータ用パルス幅変調モータ制御装置。 １４．第１の回路手段が、位相ロック・ループ装置であることを特徴とする、請 求項１３に記載の可変速可変トルク電動モータ用パルス幅変調モータ制御装置。 １５．第４の回路手段が、アップ／ダウン・カウンタであることを特徴とする、 請求項１４に記載の可変速可変トルク電動モータ用パルス幅変調モータ制御装置 。 １６．電動モータが可変磁気抵抗モータであることを特徴とする、請求項１５に 記載の可変速可変トルク電動モータ用パルス幅変調モータ制御装置。 １７．電動モータが、ロータに永久磁石を配置した永久磁石モータであることを 特徴とする、請求項１５に記載のパルス幅変調モータ。 １８．磁気抵抗切り替えモータ用パルス幅変調制御装置であって、前記モータが 、直径を挟んで対向する８つのステータ極を有するステータと、回転軸の周りに 回転するようにステータ内に搭載したロータと、パルスのタイミングがステータ に 対するロータの角度位置の関数であり、周波数が回転数（ＲＰＭ）とロータの極 数との積の関数であるモータ電気（Ｍｅ）信号を生成する手段と、各パワー位相 巻線を通って流れる電流を、スイッチ手段に印加するパワー駆動信号の各パルス のオン部分に応答して制御する目的でステータの各位相巻線に直列に接続した出 力スイッチ手段と、ステータのパワー位相巻線に接続した回路手段であって、任 意の瞬間にステータのパワー位相巻線を通って流れる電流の関数であるトルク・ フィードバック信号を生成する回路手段とを備え、前記ロータが直径を挟んで対 向する６つロータ極を有し、前記直径を挟んで対向するステータ極の対それぞれ がステータの４つのパワー位相巻線を形成する直列接続したパワー位相巻線を有 するパルス幅変調制御装置において、 モータのロータの適切な回転数と、速度エラー信号を生成するための、モータ のロータの実際の回転数の関数である実際の速度電圧との関数である速度設定電 圧を印加する対象である回路手段と、 入力端子および出力端子を有するｎ値除算実行カウンタと、 制御装置が制御するモータが生成するＭｅ信号の印加対象である第１の信号入 力端子と、位相コンパレータ入力端子と、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号を生成す る電圧制御発振器（ＶＣＯ）とを含む位相ロック・ループ（ＰＬＬ）回路と、 出力端子においてパワー位相整流信号を生成するｎ値除算実行カウンタ回路の 入力端子に、ＶＣＯが生成するＰＷＭ信号を印加する回路手段と、 ｎ値除算実行カウンタの出力端子をＰＬＬの位相コンパレータ入力端子に接続 する回路手段と、 モータのパワー位相巻線ごとにパワー位相イネーブル信号を生成するためにパ ワー位相整流信号を印加する対象であるアップ／ダウン・カウンタ回路と、 周波数がＰＬＬのＶＣＯ出力端子におけるＰＷＭ信号の周波数に等しいＰＷＭ パワー駆動信号生成用の速度エラー信号とトルク・フィードバック信号の差の関 数として各ＰＷＭ信号パルスのオン部分の出力期間を変化させるためにモータが 生成する速度エラー信号とトルク・フィードバック信号とを印加する対象である ＰＷＭデューティ・サイクル制御手段と、 ＰＷＭパワー駆動信号をモータの出力回路手段に印加して、位相巻線をロータ の回転に同期させて順次付勢することを目的として、ＰＷＭデューティ・サイク ル制御手段から発生するＰＷＭパワー駆動信号とｎ値除算カウンタが生成する位 相イネーブル信号とを印加する対象である論理／出力スイッチ制御回路手段とを 備えるパルス幅変調制御装置。 １９．ｎが正の整数であることを特徴とする、請求項１８に記載のパルス幅変調 制御装置。 ２０．ｎが５に等しいことを特徴とする、請求項１９に記載のパルス幅変調制御 装置。