JPH10500280A - ブラシなし直流モータ制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ブラシなし直流モータの電力制御と信号電送の回路網であって、モータに近接して設けられた第１部分（Ａ１）と、第１部分とは離れて設けられ且つ一対の導線（２０、２１）で第１部分に接続された第２部分（Ｂ１）からなる。上記第１部分にはモータ付勢用主電源となるサーボ制御増幅器（２３）が配置され、上記第２部分には多相ブラシなし直流モータ、整流作用論理モジュール（３２）、整流作用論理モジュール付勢用補助電源（３４）、モータ角度位置センサ（２９）、モータ固定子コイル（２７）及びモータ固定子コイルを切り換えて上記一対の導線に接続する固定子コイル切替回路（３０）が配置される。上記サーボ制御増幅器は振幅変調形出力を発生するものであってもよく、この場合は高周波発振器（２４）の出力端子はＡＣ結合で上記一対の導線に接続され、上記補助電源の入力端子もＡＣ結合で上記一対の導線に接続される。また、上記サーボ制御増幅器はパルス幅変調形出力を発生させるものでも実現できるが、この場合は上記補助電源は出力電圧を調整する電圧調整器を含む。

Description

【発明の詳細な説明】 １．発明の名称 ブラシなし直流モータ制御回路 ２．発明の背景 本発明は一般的にはモータ制御回路の改良に関し、特に改良されたブラシなし 直流モータ制御回路に関する。 ブラシなし直流モータは、様々な分野で使用されることが望まれている。ブラ シなし直流モータはモータの連続回転速度とトルクの調整と制御を可能にして、 ブラシ付直流モータの欠点も除去して、電気機械的な整流用ブラシの必要性を排 除している。ブラシなし直流モータは、多くの環境条件の下で、応用自在、適用 性が高く、頑強であり、信頼性があり、そして安定性も高い。ところで、モータ の主電源回路即ち主電圧供給回路をモータが設置されている場所から離れた場所 に設置する必要がしばしばある。このような場合、従来のブラシなし直流モータ では、モータの近くに設置されたモータ制御回路の構成要素と、モータとは離れ て設置されている主電源回路及び残りのモータ制御回路の構成要素との間を多数 の長い導線で接続しなければならない。 ３．発明の概要 本発明の目的は改良されたモータ制御回路を提供することにある。本発明の他 の目的は改良されたブラシなし直流モータ制御回路を提供することにある。本発 明の更に他の目的は特定のモータ制御要素がモータとは離れた場所に設置されて いる改良されてブラシなし直流モータ制御回路を提供することにある。本発明の 更に他の目的は広い応用に適し、簡便で、低価格で、高い信頼性と融通性を有す る改良されたブラシなし直流モータ制御回路を提供することにある。本発明のそ の他の目的は添付する図面と好ましい実施例の説明から明らかになるであろう。 本発明に係るブラシなし直流モータ制御回路は複数の固定子コイルと１個の回 転子とを有する多相ブラシなし直流モータ、主電源回路、固定子コイルを交互に 切り換えて主電源回路に接続する固定子コイル切替回路、モータの回転子の回転 角度を検出して対応する信号を発生する回転子角度位置センサ、この回転子角度 位置センサの信号に応答して固定子コイル切替回路に整流作用制御信号を供給す る整流作用論理モジュールとを具備し、その特徴は多相ブラシなし直流モータ、 固定子コイル切替回路、回転子角度位置センサ、整流作用論理モジュールとを第 １の場所に配置し、周期的に変化する成分を有する出力を含む主電源回路を第１ の場所とは離れた第２の場所に配置し、主電源回路の出力端子と第１場所の回路 構成要素との間を一対の導線で接続したことであり、更に入力端子をＡＣ結合で 上記一対の導線に接続し且つその直流出力端子を整流作用論理モジュール等の整 流作用回路要素に接続した補助電源回路を設けたことにある。 主電源回路は、その出力端子が誘導素子の如き低域フィルタを経て上記一対の 導線に接続され、且つ２００乃至５００ＫＨｚの高周波発振器にＡＣ結合で接続 された直流電圧供給回路であってもよい。この直流電圧供給回路は、その出力を 手動で調整されるものでもよく、又はモータで駆動される装置のパラメータ若し くはモータの動作パラメータに対応した入力制御信号によって調整されるもので あってもよい。例えば２００乃至５００ＫＨｚの高周波発振器はＡＣ結合で上記 一対の導線に接続される。主電源回路はパルス幅変調形の増幅器でも実現できる が、この場合は高周波発振器は不要である。 本発明に係る改良されたブラシなし直流モータ制御回路は構成が簡単で、信頼 性が高く、且つ多様性と適用性も高いものである。 ４．図面の簡単な説明 図１は多相ブラシなし直流モータの従来の制御回路を示す。 図２は本発明の一実施例の多相ブラシなし直流モータの制御回路を示す。 図３は本発明の他の実施例のブラシなし直流モータの制御回路を示す。 図４は図３回路のモータの電圧と電流の波形を示す図である。 図５は他の動作モードでの図３回路のモータの電圧と電流の波形を示す。 図６は本発明の更に他の実施例の回路を示す。 ５．好ましい実施例の説明 多相ブラシなし直流モータの制御と付勢のために用いられている従来の回路を 示す図１において、１０は、例えば１つの共通接続点と３個の外部端子を有する ３個の固定子コイル１１を含むＹ結線されたモータ固定子巻線であり、１２は永 久磁石型のモータ回転子である。図１において制御回路は破線Ｘ−Ｘで２つの部 分に分割される。第１部分Ａはモータに近接して設けられ、モータ回転子１２の 角回転位置に応答する例えばホール効果トランジスタの如き角度間隙センサ１３ を含む。第２部分Ｂは、例えば入力信号に応答して振幅変調やパルス幅変調され たり、又は手動で調整されるサーボ電力増幅器で実現されるモータ付勢用直流電 源回路を含む。この電源回路の出力は固定子コイル切替回路１４を経て、モータ 固定子コイル１１の外部端子に接続される。この固定子コイル切替回路１４は６ 個のスイッチ素子Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔｄ、Ｔｅ及びＴｆを含む。そしてスイッ チ素子ＴａとＴｂ、ＴｃとＴｄ及びＴｅとＴｆはそれぞれ直列に接続され、且つ 、これら３つの直列接続スイッチ素子対は並列に接続されている。各直列接続ス イッチ素子対の接続点は出力は固定子コイル切替回路１４の出力端子であり、こ れらがモータ固定子巻線１１の外部端子にそれぞれ接続されている。これらスイ ッチ素子は、整流作用回路即ち整流作用論理モジュール１６の対応する出力端子 に接続されたベースや制御電極を有するトランジスタやサイリスタの如き素子で ある。整流作用論理モジュール１６は周知の構成のものでよく、各センサ１３に 接続されたモジュール付勢用電力供給制御入力、エラー信号入力及び方向入力を 含む。 上述の制御回路の動作は周知である。しかしながら、この制御回路には重大な 欠点がある。基本的には第１部分と第２部分との間の距離に依存するが、長い導 線を多数必要とするということである。図示の３相モータでは、８本の長い導線 が必要である。これは極めて厄介であり、不便であり、値段を上げる原因にもな っており、従ってこの制御回路の多面性、適応性及び応用性を制限している。 図２に示す回路は上述の従来の制御回路の欠点を克服したものであり、破線Ｙ −Ｙで分割された第１部分Ａ１と第２部分Ｂ１とを含む。第１部分Ａ１は被制御 モータに近接して設けられるもので、モータまたはハウジングに直接配置される ことが好ましい。第２部分Ｂ１は第１部分Ａ１とは離れた場所に配置されるもの で、モータで駆動される装置か又はモータと関連した装置に近接して配置される ことが好ましい。第１部分Ａ１と第２部分Ｂ１とは−対の導線２０と２１によっ て接続される。この−対の導線２０と２１の長さは、第１部分Ａ１と第２部分Ｂ １との間の距離に依存する。 第２部分Ｂ１は、例えば入力制御信号に応答して又は手動操作によって振幅変 調されるサーボ電力増幅器２３で実現されるる主電源回路を含む。サーボ電力増 幅器２３の一対の出力端子は、それぞれの誘導素子Ｌ１を経て対応する導線２０ と導線２１に接続される。これら誘導素子Ｌ１は低域フィルタとして機能する。 導線２０と導線２１には高周波電力発振器２４の一対の出力端子が、それぞれ容 量素子Ｃ１を経て接続される。高周波電力発振器２４の周波数は、１００ＫＨｚ と５００ＫＨｚとの間であることが好ましい。第１部分Ａ１は整流回路２６、Ｙ 結線の固定子コイル２７と永久磁石回転子２８とを有する多相ブラシなし直流モ ータ、３個の回転子角度位置センサ２９、固定子コイル切替回路３０、整流作用 論理回路モジュール３２、極性制御回路３３及び補助直流電源回路３４とを含む 。これらの回路要素２６〜３３は通常の構成ないし組合せのもので、補助直流電 力供給回路３４の出力端子から電力を供給されている。補助直流電源回路３４は 電圧制御されるものでもよい。補助直流電源回路３４の一対の入力端子はそれぞ れの容量素子Ｃ２を経て、一対の導線２０と２１に接続される。極性制御回路３ ３の一対の信号入力端子は、それぞれ誘導素子Ｌ２を経て一対の導線２０と２１ に接続されるとともに、それぞれ容量素子Ｃ３を経て接地される。誘導素子Ｌ２ と容量素子Ｃ３とは低域フィルタを構成する。補助直流電源回路３４の出力端子 は、回転子角度位置センサ２９、極性制御回路３３及び整流作用論理回路モジュ ール３２の付勢用端子に接続される。 モータ制御回路を付勢する補助直流電源回路３４を設けたこと、及び補助直流 電源回路３４への入力の仕方を工夫した点を除けば、上述の多相ブラシなし直流 モータの動作は一般的なものである。しかしながら、補助直流電源回路３４を設 けたことと、主電源回路との接続関係によって、従来は多数の導線が必要だった のに対して、本発明では僅か一対の導線でモータ制御回路のモータに近接した部 分とモータから遠隔の部分との間を接続できるようになった。 図３は本発明の他の実施例を示し、ここでは前述の実施例において示されてい た高周波電力発振器２４とこれに関連する素子は省かれている。主電源回路であ るサーボ電力増幅器４０は多相ブラシなし直流モータに近接した部分、即ち第１ 部分Ａ２とは離れている第２部分Ｂ２に配置される。この主電源回路であるサー ボ電力増幅器４０は、ゼロトルク即ちゼロ状態では５０／５０のデューティサイ クルを有するＰＷＭ（パルス幅変調）増幅器であり、その出力は制御入力信号に よって自動的に制御されるか、又は手動で制御されるものである。サーボ電力増 幅器４０の出力端子は、第１部分Ａ２と第２部分Ｂ２との間を接続している一対 の導線２０と２１に接続される。図４には、サーボ電力増幅器４０の変調された 出力が示されているが、ここでＥはパルス幅変調された出力電圧を、Ｉは回転子 ４４を有する多相ブラシなし直流モータのＹ結線の固定子コイル４３を流れる電 流を表す。固定子コイル切替回路３９は、例えばＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴトラン ジスタの如き素子で構成された６対の双方向電力スイッチ４６で実現される。固 定子コイル切替回路３９の３つの出力端子、即ちスイッチ対４６の相互接続点は 固定子コイル４３の対応する外部端子に接続される。 多相ブラシなし直流モータが配置されている部分Ａ２には、ブリッジ形整流回 路４７、電圧電力調整器４８、整流作用論理回路モジュール４９、固定子コイル 切替回路３９、及び回転子４４の角度位置に応答する回転子角度位置センサ５０ が配置される。ブリッジ形整流回路４７の入力端子は導線４１と４２に接続され 、その直流出力端子は電圧電力調整器４８を経て整流作用論理回路モジュール４ ９に接続される。回転子角度位置センサ５０は整流作用論理回路モジュール４９ の対応する制御端子に接続される。整流作用論理回路モジュール４９の制御端子 Ａ〜Ｆは、固定子コイル切替回路３９の６個のスイッチ対４６の対応する制御電 極に接続される。 図４に示す如く、パルス幅変調形サーボ電力増幅器４０の出力電圧Ｅが平均で ゼロである場合、電流Ｉはゼロを境に交互に変化して、その平均電流はゼロであ る。正パルスの幅が負パルスの幅よりも広がった場合は平均電流Ｉは正となり、 正パルスの幅が負パルスの幅よりも狭くなった場合は平均電流Ｉは負となる。従 って、正パルスの幅が負パルスの幅よりも広ければモータは正方向に回転し、逆 に正パルスの幅が負パルスの幅よりも狭ければモータは逆方向に回転するので、 整流作用論理回路モジュール４９へのモータ回転方向制御信号が不要となった。 整流作用回路網への電力供給と、整流作用回路網の各構成要素を上述の如く配置 したことを除けば、この多相ブラシなし直流モータの整流作用回路網の動作は周 知である。本発明では、モータ制御回路の主電源回路であるサーボ増幅器即ちパ ルス幅変調形サーボ電力増幅器４０と、モータ制御回路の残りの部分との間が僅 か２本の導線で接続されているのである。 図３に示すサーボ電力増幅器４０は、図５に示す如くゼロトルク状態ではゼロ 電圧電流モードで動作するものでよい。出力電圧は非ゼロトルク状態では正又は 負の電圧となり、固定子コイルを付勢してモータを時計方向又は反時計方向に回 転させる。ゼロトルク状態での動作モードでは、整流作用論理回路モジュール４ ９には電力は与えられない。この状態のとき、モータは停止しているから、整流 作用論理回路モジュール４９への電力供給は不要である。しかし、サーボ電力増 幅器４０の電圧出力がゼロでなくなると、直ちに整流作用論理回路モジュール４ ９には電力が供給され、整流作用論理回路モジュール４９は固定子コイル切替回 路３９に所定の制御信号を提供する。 図６は本発明の他の実施例であるが、この実施例は前述の実施例とは固定子コ イルと固定子コイル切替回路との接続が相違するだけである。即ち前述の実施例 では３個のコイルの内の２個のコイルが同時に付勢されるのに対し、図６の実施 例では１個のコイルのみが付勢されるようになっている。特に、部分Ａ２とＢ２ は破線Ｙ−Ｙで区分されているが、多相ブラシなし直流モータに近接して設けら れた部分Ａ２と、サーボ電力増幅器５０を含む部分Ｂ２とは大きく離れて設けら れている。部分Ａ２とＢ２との間は、サーボ電力増幅器５０の出力端子に接続さ れた一対の導線５１と５２で接続されている。 多相ブラシなし直流モータを含む部分には、その入力端子を導線５１と５２が 接続され、且つその出力端子が電圧調整器５４を経て整流作用論理モジュール５ ５に接続された整流回路５３が含まれる。電圧調整器５４、固定子コイル５６、 モータ５７、固定子コイル切替回路５８及び回転子角度位置センサ５９は部分Ａ ２に配置される。Ｙ結線の固定子コイル５６の共通接続点は導線５１に接続され ている。Ｙ結線の固定子コイル５６の３個の出力端子は対応する固定子コイル切 替回路５８の半導体スイッチ回路６０を経て導線５２に接続される。半導体スイ ツチ回路６０は、その制御電極を整流作用論理モジュール５５の対応する整流作 用信号出力端子にそれぞれ接続され、整流作用論理モジュール５５によって制御 される。整流作用論理モジュール５５の入力端子には、対応する回転子角度位置 センサ５９が接続される。 上述した固定子コイルと固定子コイル切替回路との接続が相違する点を除けば 、図６の実施例と図３の実施例の動作は類似している。図６の実施例では、１時 に１個のコイルしか励磁されないので、モータの回転変換効率は６５％に低下す るが、固定子コイル切替回路５９を構成する半導体スイッチ即ち電力素子を５０ ％に減らすことができる。 以上、好ましい実施例を図示して詳述したが、本発明はこれらに限定されるも のではなく、発明の精神を離れることなしに他にも様々な変更や修正が可能であ ることは明らかであろう。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．複数の固定子コイルと１個の回転子を有する多相モータ、モータ付勢用主電 源回路、整流作用信号に応答して複数の固定子コイルを切り換えて主電源回路に 接続する固定子コイル切替回路、回転子角度位置検出手段、この回転子角度位置 検出手段に応答して整流作用信号を固定子コイル切替回路に供給する整流作用回 路とを具備したブラシなし直流モータ制御回路であって、回転子角度位置検出手 段と固定子コイル切替回路とを第１部分に配置し、主電源回路を第１部分とは離 れた第２部分に配置し且つ周期的に変化する成分を有するモータ制御可変電圧を 出力するものとし、更に主電源回路の出力端子に一端を接続された一対の導線を 第２部分から第１部分まで延長し、この一対の導線にその入力端子を接続し且つ その直流出力で整流作用回路を付勢する補助電源回路を設けたことを特徴とする ブラシなし直流モータ制御回路。 ２．請求の範囲１のブラシなし直流モータ制御回路における上記主電源回路はそ の出力端子が上記一対の導線に接続された電力増幅器であって、且つ入力信号に 応答して出力を変化させるものであることを特徴とするブラシなし直流モータ制 御回路。 ３．請求の範囲２のブラシなし直流モータ制御回路における上記電力増幅器はそ の出力が手動で調整されるものであることを特徴とするブラシなし直流モータ制 御回路。 ４．請求の範囲２のブラシなし直流モータ制御回路における上記電力増幅器はそ の出力が振幅変調形直流出力であること、及びその出力端子が低域フィルタを経 て上記一対の導線に接続されたものであることを特徴とするブラシなし直流モー タ制御回路。 ５．複数の固定子コイルと１個の回転子を有する多相モータ、振幅変調形直流出 力を有する信号応答電力増幅器と交流出力を有する発振器とを具備するモータ付 勢用主電源回路、整流作用信号に応答して複数の固定子コイルを切り換えて主電 源回路に接続する固定子コイル切替回路、回転子角度位置検出手段、この回転子 角度位置検出手段に応答して整流作用信号を固定子コイル切替回路に供給する整 流作用回路とを具備したブラシなし直流モータ制御回路であって、上記回転子角 度位置検出手段と固定子コイル切替回路とを第１部分に配置し、上記主電源回路 を第１部分とは離れた第２部分に配置し、これら第１部分から第２部分まで延び た一対の導線を配置し、信号応答電力増幅器の出力端子を低域フィルタを経て一 対の導線に接続し、発振器の出力端子を上記一対の導線に交流結合し、更に入力 端子を上記一対の導線に接続し且つその直流出力で上記整流作用回路を付勢する 補助電源回路を設けたことを特徴とするブラシなし直流モータ制御回路。 ６．請求の範囲５のブラシなし直流モータ制御回路における上記発振器は２００ 乃至５００ＫＨｚの出力を有するものであることを特徴とするブラシなし直流モ ータ制御回路。 ７．請求の範囲５のブラシなし直流モータ制御回路において、上記補助電源回路 によって付勢される極性制御回路であって、低域フィルタを経て上記一対の導線 に接続された入力端子と上記整流作用回路の方向制御端子に接続された方向制御 出力端子とを有する極性制御回路を更に設けたこと特徴とするブラシなし直流モ ータ制御回路。 ８．請求の範囲１のブラシなし直流モータ制御回路における上記回転子角度位置 検出手段は上記補助電源回路の直流出力端子に接続された電圧入力端子を有する ことを特徴とするブラシなし直流モータ制御回路。 ９．請求の範囲１のブラシなし直流モータ制御回路における上記第１部分は上記 タに近接して設けられることを特徴とするブラシなし直流モータ制御回路。 １０．請求の範囲２のブラシなし直流モータ制御回路における上記電力増幅器は パルス幅変調形出力を有することを特徴とするブラシなし直流モータ制御回路。 １１．請求の範囲１０のブラシなし直流モータ制御回路における上記補助電源回 路は上記一対の導線に入力端子が接続された入力端子と直流出力端子とを有する 整流回路と、この直流出力端子と上記整流作用回路との間に接続された電圧調整 器とを含むものであることを特徴とするブラシなし直流モータ制御回路。 １２．請求の範囲１のブラシなし直流モータ制御回路における上記固定子コイル はＹ結線され、その外部端子は上記固定子コイル切替回路を経て上記一対の導線 に接続されていることを特徴とするブラシなし直流モータ制御回路。 １３．請求の範囲１のブラシなし直流モータ制御回路における上記固定子コイル はＹ結線され、その共通接続点は上記一対の導線の一方に接続され、且つその外 部端子は上記固定子コイル切替回路を経て上記一対の導線の他方に接続されてい ることを特徴とするブラシなし直流モータ制御回路。 １４．複数の固定子コイルと１個の回転子を有する多相モータ、周期的に変化す る成分を有する被制御連続可変直流出力を発生するモータ付勢用主電源回路、整 流作用信号に応答して複数の固定子コイルを切り換えて主電源回路に接続する固 定子コイル切替回路、回転子角度位置検出手段、この回転子角度位置検出手段に 応答して整流作用信号を固定子コイル切替回路に供給する整流作用回路とを具備 したブラシなし直流モータ制御回路であって、上記回転子角度位置検出手段と固 定子コイル切替回路とを第１部分に配置し、上記主電源回路を第１部分とは離れ た第２部分に配置し、モータ付勢用主電源回路の可変直流出力端子に一端を接続 された一対の導線を第２部分から第１部分まで延伸し、更に第１部分に配置され てその直流出力で整流作用回路を付勢する補助電源回路の入力端子を一対の導線 に接続してモータ付勢用主電源回路の周期的に変化する成分の出力で付勢される ようにしたことを特徴とするブラシなし直流モータ制御回路。