JPS58103886A - モ−タ制御回路 - Google Patents

モ−タ制御回路

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JPS58103886A
JPS58103886A JP57212052A JP21205282A JPS58103886A JP S58103886 A JPS58103886 A JP S58103886A JP 57212052 A JP57212052 A JP 57212052A JP 21205282 A JP21205282 A JP 21205282A JP S58103886 A JPS58103886 A JP S58103886A
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motor
rotor
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magnetic field
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JP57212052A
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Rii Hoorando Garii
ガリィ・リ−・ホ−ランド
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Yokogawa Hewlett Packard Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/20Arrangements for starting
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/08Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はブラシレス直流モータの電子回路装置に関し、
特にモータを一定の回転速度で駆動するための速度制御
装置に関する。
従来の速度制御装置では、モータ軸に連動され′〔いる
高分解能の光学式エンコーダが用いられている。前記エ
ンコーダの出力からは、回転子の角度情報が得られる。
その情報は、位相比較器によつ゛〔、安定したクロック
信号と比較され、前記位相比較器から回転子位相角エラ
ーを表わす信号が出力される。この位相角エラー信号は
、その後、整流回路を介してモータコイルの電圧および
電流を制御する。これによりモータの回転速度を制御す
る。このような構成は高価なエンコーダの外に、複雑な
整流回路等を必要とする。
本発明は、モータの始動に必要な整流のための簡単な位
置検出器を使用することによっ(、高分解能の光学式エ
ンコーダや従来のフェーズ・ロック・ループ回路(PL
L )の必要性をなくシ゛〔いる。
本発明の速度制御回路はモータの始動、回転速度に関す
本初期低周波不安定性の制動、そして所望の運転速度を
達成した後における回転速度を実質的に一定に維持する
。更に直流モータに組込まれたホール効果発電器からの
出力信号を利用することにより、始動直後のモーターの
不安定な回転速度の制動およ・び定常運転中における一
定回転速度の維持を行なう。
本発明の速度制御回路によって制御される直流モータの
回転速度は水晶発振器によって制御された基準信号に同
期制御される。回転子が置かれている象限(四分円)を
示す位置情報はそのモータを始動させるのに使用される
。それは、又、その回転子水晶発振器による制御を解除
する瞬間的負荷又は他の運転上の動揺を修正するために
も使用される。
以下、本発明の一実施例を用いて詳説する。
第1図は本発明のモータ制御回路に使用するモータの概
略図である。
第1“図におい′〔、ブラシレス直流モータ5は永久磁
石の回転子8と、電磁コイルIn、 12.14および
16を含む電機子9とから成つ”Cいる。それらの参照
番号順にコイルを順次励磁することKより、回転磁界が
固定子内に作り出される。正規な運転状態の下において
、回転子8はこの磁界に追従し°〔回転するが、その始
動後の速度と時間に依存して前記回転磁界から僅かばか
り遅れることになる。
2つのホール効果発電器HGI、HG2  (図示せず
)はそのモータ5の一部とし°C一体的に設けられる。
前記ホール効果発電器は、回転子8の位置を表わす正弦
波状電圧を出方する。前記正弦波状出力電圧は、それら
の波形が90’だけずれるように、位相調整されている
第2図は本発明のモータ制御回路のブロック図であろう 第2図において、モータ5の固定子界磁コイルを駆動す
るための電流駆動回路29が設けられ°〔いる。電流駆
動@略29はデジタル−アナログ変換器26および28
に連結され°Cいる。デジタル−アナログ変換器26.
28は、デジタルの正弦および余弦信号を出方する読出
し専用メモIJ (ROM ) 24 K接続すFLC
イル。ROM24はゲート21を介し°〔得られる2、
4KHz の水晶クロックによっ°〔駆動されるカウン
タ22からの信号を受信し、ゲート21の入力には比較
器23の出方が与えられている。比較器23は、回転子
8が固定子9の回転磁界に追従する際に回転子8の瞬間
的位置を表わす信号を出方する象限デコーダ25および
27に連結されている。象限デコーダ25はカラ/り2
2の出力を入力として受ける。象限デコーダ27は、七
〜り5に組込まれているホール効果発電器からの出方信
号に応答して発生されるアナログ−デジタル(A/D 
)変換器2oからの出力信号を受信する。デジタル−ア
ナログ変換器/26および28は補償器39にも連結さ
れており、位相比較器38によって発生される固定子の
磁界に対する回転子8の位相遅れに逆比例した信号を受
信する。位相比較器38は5ビツトカウンタ22および
A/D変換器2oから受信した信号に応答し°〔位相エ
ラーを発生する。
第3図は本発明のモータ制御回路の説明図である。第3
図において、Aはコイル10,12,14゜16に流れ
る電流波形である。Bはモータが低速回転しているとき
のホール効果発電器HG1 、 HO2の出力電圧波形
図。Cはモータが定常状態で回転し゛(いる時のホール
効果発電器HGI、HG2の出力電圧波形図である。第
2,3図においてアナログ−デジタル変換器2oは、ホ
ール効果発電器の出力信号が正の半サイクルにある場合
には常にデジタル“1″を表わし〔いる信号を発生する
。ゆっくりと回転する状態の下での位相遅れは零であつ
°Cしかもコイルは1回忙1つづつ励磁されるものと仮
定すると、3oで示される1つのホール効果発電器HG
Iの出力信号波形上における負の遷移はコイルioが励
磁されるときに生じ、そし°〔32で示される第2のホ
ール効果発を器HG2の出力信号波形上における負の遷
移はコイル12が励磁されるときに生ずる。同様にし〔
,34で示されるHGlの波形上での正の遷移はコイル
14が励磁されるときに生じ、そし°C36で示される
HO2の波形上における正の遷移はコイル16が励磁さ
れるときに生ずる。前記遷移シーケンスは第1図の矢印
18によって示されている如く、回転子8が反時計方向
に回転する場合を仮定している。
前述の如く、零位相遅れ波形はゆっ(つと回転する状態
に対し°〔仮定されている。一般の運転条件下において
は、第3図Cに示すように回転子が波形33および35
によって示されている如く固定子磁界から幾らか遅れる
再び第2図において、カウンタ22は、いづれか所定の
サイクルにおいて、どこでその励磁電流波形が生ずるか
を決定する。かくして、そのモータコイルlo、12.
14および16に印加される励磁電流は常に同じ関係に
あり、そして第3図の上部において示されているカウン
タ値に対応する。
カウンタ22は、コイルを駆動するための正弦および余
弦関数をそれぞれ表わし°Cいる信号をデジタル−アナ
ログ(D/A )変換器26および28へと与えるRO
M24をアドレス指定する。D/A変換器26および2
8はROM24から出力されたデジタル信号をアナログ
波形に変換し、電流駆動回路29へと与える。電流駆動
回路29はモータ5のコイル10,12.14および1
6へとシーゲンス状電流を与える。
カウンタ22はゲート21を介し−(2,4KHzのク
ロックによって駆動される。このクロック率は、75t
−1gにおい’C循環するD/A変換器26および28
からの正弦および余弦信号の割合を決定する。電流駆動
回路29はD/A変換器28から受信された信号を整流
しそし°〔総合的余弦波に比例した電流をモータ5のコ
イルloへと与えも同様にし°ビ、コイル12はD/A
i換器26にて発生された正弦波信号に比例した信号に
ょっ′〔励磁される。コイル14および16に対する励
磁電流は、D/A変換器28および26にょっCそれぞ
れ発生される余弦および正弦波の反転から引き出される
モータ5における回転子8は、その慣性によっ°〔、回
転磁界に即応した回動を行なうことができない。始動は
、所望の回転速度において、この場合には75Hzにお
い°〔磁界を駆動することにより、しかもその駆動電流
を1回転当り4回停止させてその回転子をその固定子磁
界に対するその磁気的吸引力によつ°〔捕えさせること
により行なわれる。
再び第3図におい°〔、カウンタ22の計数値が6.1
4,22.30になったとき、固定子磁界駆動電流は停
止される。もしもカウンター22の計数値が6でありl
してHGIがなおもデジタル11′出力にあるとするな
らば、固定子磁界と回転子8との間には略90°の位相
遅れがある(第3図C)。
この場合、クロックは、HG1出力が0”になるまです
なわちその時点においCはそのクロックが再び有効にな
るまで、比較器23からの入力に応答し°〔ゲート21
によって無効にされる。同様にして、もしも、計数14
が生ずるときにHO2がなおもデジタル@1″にあるな
らば、そのクロックパルスは、HG2出力が再びデジタ
ル10″になるまですなわちその時点ではクロックが有
効にされるまで無効にされる。同様にし′〔、もしも、
計数22が現われるときにt(Gl比出力なおもデジタ
ル“O”にあるとするならば、それがデジタル“1”に
なるまでその励磁信号が停止される。
そし°(もしも計数30が生ずるとき、)(G2出力が
なおもデジタル10″であるならば、それがデジタル“
l“になるまでその信号が停止される。
回転子8がある所定の時間におい′〔回動している象限
はホール効果発電器の出力信号から判定される。2進符
号化のために、HO2は最上位ビットとし゛〔任意に樹
立され、そしてHGIは最上位ビットとし°〔任意に樹
立される。故に、回転子8がそこを通して旋回する象限
の順序は、Qt o。
QOO,QOIおよびQllによつ°〔与えられる。か
<シーc、そのクロックは、カウンタ22の計数値が6
であり且つ回転子8が象限Qllにあるときか、又は計
数値が14で回転子8がQIOにあるときに無効にされ
る。同様にし°〔、クロックパルスは、カウンタ122
の計数値が22で、回転子8が象限QOOにおい゛〔回
転するとき、又は計数値が30で回転子8が象限QOI
を通し”C回転し°〔いるときに無効にされる。か<ジ
〔、象限デコーダf25および27は、ゲート21およ
び比較器23を介し”C1クロックパルスを制御する。
第2図の回路の部分詳細図を第4図に示す。第2図の回
路と同一部分には同一番号が付されている。
前述したモータ制御回路装置はモータ5を75Hz に
おいて駆動するには十分であるけれども、モータ5の始
動直後に生ずる回転子8の回転速度につい゛〔の過渡的
増大および減少すなわちうねり(以下、動揺という)を
制動させるには別な回路装置が必要である。この制動補
償回路装置なしでは、その始動後における動揺を取るに
は少なくとも5分程かかる。
動揺は、回転子8が第5図において示されC(・る如く
その回転する固定子磁界に追いつこうとする始動中に伸
びたり縮んだりするばねに対する回転子8とその回転す
る固定子磁界との間における磁気的連結を類推すること
ができる。かくして、その回転する固定子磁界はトルク
を回転子8に与える。もしもそのトルクが角度位置情報
を用い°〔その電流を制御することによりモータコイル
を流れる電流に比例するならば、その動揺は以下に与え
られる関係に従つ”C*Jflhされることになる。
第5図は回転子および回転磁界の関係を表わす原理図で
ある。
第5図におい゛〔、 O虞:回転子8の角度 θF :固定子磁界の角度 Bds、 。
1「、軸受にかかる摩擦トルク J :回転子8およびその負荷′の慣性モーメント T :回転子8に印加されるトルク K :バネ定数 θRgr :基準角度 とすると、 Σ′r =: Jd16−!− im I汐+BdA−=K(θ、−08) ラグラス変換すると、 (S”J−1−8B)θR(S)=K(θy(S)トθ
菖(S) )モータコイルを流れる電流はその回転磁界
の特性を決定する。故に、その回転磁界はホール効果発
電器HG1およびHO2の出力から引き出される角度位
置情報を用い°Cその電流を変えることにより制御され
る。更に、前記動揺補償回路装置は通常の運転中に生ず
る速度の変動に対する補償をも与える。
動揺補償回路装置は位相比較器38および補償器39か
ら成る。位相比較器38は、その回転する固定子磁界に
対する回転子8の位相遅れに逆比例した補償信号を与え
る。この信号は、回転子8の位相遅れの変化の割合を表
わし゛〔いる信号を与えるべ(、補償器39へと交流連
結され°Cいる、前記信号はD/A変換器26および2
8によつ°〔受信される入力信号との乗算のために調整
されもこの補償信号は、最終的には、電流駆動回路29
によつ°C与えられる駆動電流信号のピーク値を設定す
るのに使用される。回転子8の位相遅れが変わるにつれ
て、補償信号はその遅れを一定に保つように作用する。
以上述べた如く本発明によれば、回転子の位置と回転磁
界との間の遅れを検出し、モータの回転を制御し′(お
り又、光エンコーダ等の高′価な回路は不要なので、廉
価で且つ制御特性のすぐれたモータ制御回路を提供でき
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のモータ制御回路に使用するモータの概
略図。 第2図は本発明のモータ制御回路のブロック鴫第3図は
本発明のモータ制御回路の説明図。 第4図は本発明のモータ制御回路の部分詳細回路図。 第5図は回転子および回転磁界の関係を表わす原理図。 5:モータ、 8:回転子、 9:を様子、10.12
,14.16 :コイル、  20:A/i)変換器、
  21:ゲート、  22:カウンタ、23:比較器
、 24:ROM。 25.27二象限デコーダ、26,28:D/A変換器
、29:電流駆動回路、 38:位相比較器、39:補
償器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1個の回転子と複数個の固定子巻線とを具備するモータ
    のモータ制御回路におい°C1前記複数個の固定子巻線
    が回転磁界を発生するように制御する制御回路と、前記
    モータおよび制御回路に接続され、前もつ°C設定され
    た時点に前記回転磁界の発生を阻止する帰還回路より成
    ることを特徴とする前記モータ制御回路。
JP57212052A 1981-12-02 1982-12-02 モ−タ制御回路 Granted JPS58103886A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US326631 1981-12-02
US06/326,631 US4454458A (en) 1981-12-02 1981-12-02 Synchronous drive for brushless DC motor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS58103886A true JPS58103886A (ja) 1983-06-21
JPH0347078B2 JPH0347078B2 (ja) 1991-07-18

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ID=23273041

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