JPS59220091A - 電動機の制御装置およびその制御方法 - Google Patents

電動機の制御装置およびその制御方法

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JPS59220091A
JPS59220091A JP58092248A JP9224883A JPS59220091A JP S59220091 A JPS59220091 A JP S59220091A JP 58092248 A JP58092248 A JP 58092248A JP 9224883 A JP9224883 A JP 9224883A JP S59220091 A JPS59220091 A JP S59220091A
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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】 〔発明の利用分野〕 本発明は回転検出装置に関し、特に回転速度と回転位置
を同時に検出してゆくものである。また、本発明は、こ
の回転検出装置を利用した電動機の制御装置を提供する
ものである。
〔発明の背景〕
運転指令値に対し、忠実な運転制御を行なうため、電動
機の運転速度情報ばかりでなく、電動機の回転子の回転
位置情報もフィードバック制御の対象とすることが行な
われている。このような目的で開発された無整流子電動
機(以下単にモードルと称す)の制御システム例を第1
図に示す。すなわち、これを簡単に説明すると、1,2
.3はモードル13を駆動するためのインバータ装置を
構成するコンバータ一部のダイオードブリッジ回路、平
滑用コンデンサー、およびインバータ部のパワートラン
ジスター回路である。モードル15はインバータ装置よ
り電力の供給を受ける3相の電機子巻線7と、有極特性
を持つ回転子8から構成される。11.14は回転子8
にそれぞれ連結した、運転速度情報を取り出すための速
度発電機、回転子80回転位置情報を取り出すための位
置検出器である。位置検出器14としては、しや元板9
と光電式センサー10を組み合わせたもの、あるいは磁
気式センサーを利用するものなどがすでに提案されてい
る。12は速度発電機11および位置検出器14からの
フィードバック信号を基に、主にインバータ部のパワー
トランジスター回路3のペース信号を制御する制御装置
であり、回転子8の回転位置に応じて各電機子巻線7に
適切な割合、および、大きさの電流を供給するためのも
のである。なお、A、5. 6は各所の電流検出用の抵
抗である。
さて、このようなシステムにおいては、速度発電機11
、および、位置検出器14をそれぞれ別体で構成し、モ
ードル130反負荷側に直列に連結しているのが常であ
った。このように、各種検出器を取り付けると、モード
ル13の小形化が進められなくなる問題が生じるばかり
でなく、各検出器単体、あるいは、各検出器相互間の組
み付は精度、および検出精度を高めることが難しくなっ
てしまう。%に、モルトル13をサーボ・ユニットとし
て使用する場合には、さらに、回転子80回転角検出も
必要となり、このような検出装置を連結していたのでは
、必要な制御精度を保つことは、極めて難しくなる。
また、インバータ装置の120°通電制御方式を採るも
のは、すでに説明した各種検出装置で足りるが、180
°通電制御方式を採るものは、正弧波変調信号を得るた
め、さらにレゾルバ15を組み付けなければならない。
このような構成を採ると、すでに説明した欠点が、さら
に助長されることになる。
〔発明の目的〕
そこで本発明は、各種制御に対応することができ、しか
も信号検出精度の高い回転検出装置を提供することにあ
る。
また、本発明の他の目的は、この回転検出装置を利用し
て、確実な制御を進めてゆくことができる電動機の制御
装置を提供するものである。
〔発明の概要〕
すなわち本発明は、コード化された繰返しパターンを同
軸上あるいは同心円上に複数組形成して成る回転可能な
回転体と、この回転体の繰返しパターンの各組に対応し
て配置した複数個の検出素子とから成る回転検出装置に
おいて、複数組の中の一組の繰返しパターンを回転体の
回転速度を検出するのに十分な繰返し周期に細分すると
共に、複数組の中の他の組の繰返しパターンを回転体の
回転位置を検出するのに十分な繰返し周期にそれぞれ設
けてゆくものである。
また、本発明は、電動機の回転子に連結し、電動機の運
転速度を精度良く検出してゆくのに必要な繰返し周期に
細分してコード化した第1の繰返しパターンと、回転子
の回転位置の検出を行なうのに必要な繰返し周期にコー
ド化した第2の繰返しパターンとを備える回転体と、こ
の回転体の第1・第2の繰返しパターンにそれぞれ近設
した第1・第2の検出素子を備える回転検出装置と、第
1の検出素子の検出信号を基に電動機の運転速度を測定
して目標値と比べ、新たな速度指令を発する速度指令手
段と、第2の検出素子の検出信号により基準位置を定め
、第1の検出素子の検出信号を受けて回転子の回転位置
を割り出す位置検出手段と、この位置検出手段の位置信
号により電動機の各相の電機子巻線に供給する電流の割
合を決定する位相指令手段と、速度指令手段および位相
指令手段の各信号を受は電動機に供給する電流の大きさ
、および、位相を制御する駆動手段とから電動機の制御
装置を構成するものである。
〔発明の実施例〕
以下、第1の発明の一つの実施例を第2図、第3図によ
り説明する。200は円盤状の回転体であり、−面にコ
ード化した複数組(トラック)の繰返しパターンを同心
円上に設けたものである。
具体的には板状のアルミニウム材による構造体の盤面2
01に磁性塗膜の焼付は部分、未焼付は部分を一定の周
期で繰返したものであり、図中、黒帯部分(あるいはハ
ツチング部分)は磁性塗膜の焼付は箇所、白帯部分は未
焼付は箇所を示す。すなわち、回転体200の最外径部
のトラック203は、回転体2000回転速度の読取精
度を保つのに必要な分解能を持つ繰返し周期に細分した
焼付は部分・未焼付は部分が繰返し設けられる。実施例
では、この焼付は部分・未焼付は部分の繰返しパターン
が1024対設けられている。次に、内側の各トラック
204,205,206には、回転体2000回転位置
の読取を行なうのに必要な繰返し周期(すなわち、これ
と連結するモードルの極数の1/2に等しい繰返し回数
を持つ)で焼付は部分・未焼付部分が設けられる。実施
例は3相2極モータに組み合わせる回転検出装置である
ため、各トラック204. 205. 206内では磁
性塗膜の焼付は部分・未焼付部分は、中心より見てそれ
ぞれ180°の範囲に設定し、また、各トラック相互間
ではそれぞれ120°の位相差を設けて構成している。
100は回転体200 の盤面201に近設して対面す
るよう配置した検出器であり、この検出器100には各
トラック203゜204.205,206にそれぞれ対
応する、例えばパーマロイ材より成る磁気抵抗素子10
1〜111が設げられている。すなわち、磁気抵抗素子
101〜105は各トラック206〜206と対向し、
磁性塗膜の磁気的影響を受は易いように配置している。
また、磁気抵抗素子107〜111は各トラック203
〜206の磁気的影響を受は難い場所に配置し、それぞ
れの磁気抵抗素子101〜105と直列に接続し、これ
らのベース抵抗を構成するものである。このような磁気
抵抗素子101〜111はフォト・エツチング法あるい
はスパッタ法で容易に検出器基板上に作成してゆくこと
ができる。このように構成した上で、例えば磁気抵抗素
子101,107の直列回路に一定電圧を加え、磁気抵
抗素子1070両端の電圧変化を検出することに磁性塗
膜の通過、すなわち回転体2000回転状態を測定する
ことができる。なお、トラック203に2組の磁気抵抗
素子101・107゜102・108を設けたのは回転
体2000回転方向検出のためである。したがって、磁
気抵抗素子IQ1,102の配置間隔は、トラック20
3の磁性塗膜の焼付け、未焼付は間隔人の1/2に選ん
でいる。
このように構成した回転検出装置をモータの反負荷11
1、すなわち、回転体200をモータの回転子に連結し
、検出器100を固定部に配置して、各磁気抵抗素子1
07〜111の電圧変化を検出することにより取り出し
た各種フィードバック情報をモードルの制御運転に利用
してゆくことができる。すなわち、モードルの120°
通電制御方式を取る制御系では、すでに第1図で説明し
たと同様な方式でモードル130制御操作を行なうこと
ができる。つまり、トラック203より検出される速度
フィードバック情報によりモードル13に加える電圧値
を制御し、トラック20A〜206より検出する回転位
置のフィードバック情報の単純な組み合わせによりモー
ドル13の電機子巻線7の各相に供給する電流の位相を
制御してゆくものである。
このように、実施例の回転検出装置は回転体の速度情報
と回転位置情報が同時に取り出せるものであり、従来装
置のように、速度発電機と位置検出器を組み合わせて設
けるものに比べ、装置の小形化を進めることができる。
また、装置の組み立て誤差の累積も少なくなることから
、信頼性の高いフィードバック信号を得ることができる
。特に実施例においては、印刷技術を用いて回転体の各
トラックのパターン、および、検出器の各磁気抵抗素子
を同時に配置してゆくことができることから、回転検出
装置自身の精度を高めてゆくことができ、しかも、組立
時の調整操作を省いてゆくことも可能となる。
以上説明した実施例では盤状の回転体を用いた回転検出
装置について説明したが、本発明では円筒状の回転体を
利用し、これの筒面に各トラックを同心上に、しかも平
行に配設してゆくこともできる。また、実施例において
は回転位置検出のためのトラックを各相互に1本設げ、
このトラック内をモードルの極数に応じて分割してゆく
4列について説明したが、本発明は各相当り電気角で9
0”位相の異なるトラックを磁極対数本分設けてゆくこ
ともできる。勿論、各磁極数に合わせたトラックを設け
ておき、これを接続する側のモードルの磁極数に合わせ
て最も適3切なトラックを選択してゆくこともできる。
さらK、実施例では磁性塗膜と磁気抵抗素子の組み合わ
せにより各種信号を検出したが、これは、従来より提案
されているホール素子、あるいは通光式の回転体と光電
素子の組み合わせなどによっても実現してゆくことがで
きる。この場合も、印刷技術を用いて、透明板にじや光
塗料を塗布してすでに説明した第2図のようなパターン
を構成することができる。
次に第4図、第5図を参照し、本出願の第2の発明につ
いて説明する。すでに、本発明の回転検出装置の各検出
信号を基に、12o°通電制御方式の制御装置を運転制
御してゆくことについて説明したが、これを18o°通
電制御方式の制御装置に利用する場合には、さらに工夫
が必要になる。
以下、3相電機子巻線308U、308V、308Wを
備える2極構成のモードル30Bを制御してゆく例を示
す。今、モードル3o8の各相巻線308U、308V
、308Wに誘起される電圧Eu。
Fiv、 F!wを Eu−sin(ωt) KV=sin(ωt−gπ) E w= sin (ωt ”−sπ)とおくと、各相
間の線間電圧E u v、 Ftvw、 Ewuは Fiuv ==v’ 3 sin (ωt + −)π
 2 Pvw =JT 6in (ωt+−−−π)3 Ewu =J”;−5in(ωt+−−−π)3 となる。
この関係を第4図に同−附号を用いて表記する。
180°通電制御方式の場合は、誘起電圧Eu、 Ev
Fl!Wと同一位相の正弦波電流を供給することにより
平滑なトルクを得られることが分かつている。
したがって、各相巻線の誘起電圧Ku、 II!v、 
Kvより50°位相の進んだ線間電圧を供給するよう指
令信号を作り出し、この指令信号を基にモードル308
の駆動手段を制御してゆけば良いことになる。このため
には、二つの方法が考えられる。その一つは誘起電圧と
同相の回転位置信号が得られるよう、回転子621の磁
極配置に合わせて回転検出装置509の回転体を連結し
、検出した回転位置信号を何らかの方法で処理し、結果
として誘起電圧より30°位相の進んだ信号を得る方法
。もう一つは、線間電圧と同相の信号を得るため、回転
検出装置3090回転体の連結位置を回転丑21の磁極
配置よりも電気角で50°に相当する角度だけあらかじ
め進めて置く、あるいは、回転検出装置309の検出器
の取り付は位置を、モードル308の各巻線に対して同
様に進めて配置する方法がある。実施例においては後に
説明した方法を採用している。すなわち、第41R1に
おいて、Ru、 Rv。
Rwは回転子321の磁極配置と同相の回転位置信号が
得られるように回転検出装置309を連結した場合の回
転位置信号、Ruv、RVW、Rwuは線間電圧と同相
の回転位置信号が得られるように回転検出装置309を
工夫して連結した場合の回転位置信号を示すものである
さて、制御装淘部分について税、明を始めると、回転検
出装置309のトラック203より読み出される2相の
速度検出信号A、Bば、4倍回路512に入力され4倍
の周波数に加工された後、F/vコンバータ613でア
ナログ値の速度フィードバック信号に変換され、突き合
せ点302でモードル308の目標運転速度を設定した
目標設定手段501の目標信号と突き合わされる。2相
の速度検出信号A、  Bは、同時に正逆転判定器31
1に入力され、モードル308の回転方向が判別される
。この判別結果はアップダウンカウンタ314のアップ
ダウン選択端子U/Dに入力され、判別されたモードル
308の回転方向に応じて、アップ・ダウンカウンタ3
14の加算、あるいは、減算操作が選択される。また、
速度検出信号Aはアップ・ダウンカウンタ314のクロ
ック入力端子opに入力される。さらに、回転検出装置
309の例えばトラック204より検出される回転位置
信号Ruvはワンショットマルチバイブレータで波形成
形された後、アップ−ダウンカウンタ314のリセット
端子REBK入力される。すなわち、回転位置信号Ru
vが入力され、アップ書ダウンカウンタ614がゼ四ク
リアされる位置を回転系の原点と想定すると、回転系の
回転位置はアップ・ダウンカウンタ314に記憶される
数値に一定の関係で対応することになる。今、モードル
308の1回転により速度検出信号Aが1024パルス
発生すると仮定すれば、アップ・ダウンカウンタ314
に入力される1パルスはモードル308の360’ /
102 Aの回転を示すことになる。したがって、この
アップ・ダウンカウンタ614の値を読み出し、このカ
ウント数に360°/1024を掛は合わせることによ
りモードル608の回転角度を知ることができる。この
アップ・ダウンカウンタ314のカウント数値はそのま
ま、次段の正塩波テーブル315〜317のアドレス信
号として利用される。すなわち、正紘、波テーブル61
5〜317を構成するROMには、アドレス信号(換言
するとモードル308の回転角度)に対応し、制御上必
要な各線間電圧波形に相似する各種正波の値をあらかじ
め記憶しておく。正弦波テーブル315〜317により
出力されたデジタル信号はD / h変換器318〜3
20でアナログの位相指令信号に変換された後、掛算器
625〜327に出力され、速度制御アンプ503を通
して入力される突き合せ点302の速度指令信号と共に
掛は合わされ、インバータ337の駆動指令信号となる
。インバータ337はこれらの駆動指令信号を受けて、
インバータ部667のパワートランジスタ群を導通制御
し、モードル308に供給する3相の各線間電圧を制御
するものである。なお、インバータ33Z内の305,
306はインバータ337の適切な負荷状態での運転を
続けるための電流フィードバックの突き合わせ点、およ
び電流制御アンプである。
このように制御装置を構成すると、回転検出装置309
の信号を基に、モードル308の運転状襲に応じてモー
ドル308に供電する3相電力の線間電圧および位相を
適切な条件に保つことができる。すなわち、モードル3
08に供給される3相電力は適切な位相関係を持つ正荻
波状となるため、モードル608は常に平滑なトルクが
得られる。まだ、従来から必要とされていたレゾルバな
使用することなく、必要な制御運転を行なうことができ
るため、モードル308に組み合わせる検出装置を小形
化してゆくことができる。
なお、実施例においては、180°通電制御方式を行な
うための正St波変調信号をアップ・ダウンカウンタ6
1ルと正鵠波テーブル515〜6170組み合わせKよ
り発生し、アップ・ダウンカウンタ614のノイズなど
によるエラー〇カウントの積算防止のため回転検出装置
309の回転位置信号Ruvの立ち上がりを捕らえてア
ップ・ダウンカウンタ314のリセットを行なったが、
さらに厳密な制御を行なうのであれば、回転検出装置3
09より発せられる回転位置信号Ruv、Rvw。
Rwuの全てを利用し、アップ・ダウンカウンタと正虱
波テーブルの組み合わせを相数組分設けても良いもので
ある。さらに、正該波テーブルを1組だけ設け、アップ
・ダウンカウンタのアドレスデータを各相の位相差に相
当する値だけ、加減算処理し正札波テーブルに入力する
ことにより、必要な正眩波の値を知ることもできる。
さて、前記実施例においては、モードル308の始動初
期の段階で、アップ・ダウンカウンタ314のリセット
端子RESにリセット信号が入力されるまで、各正該波
テーブル315〜317に出力されるアドレス信号の内
容が特定されないため、制御動作が不安定になってしま
うことがあるOこの対策として第6図、第7図に示す方
式を採ることが考えられる。すなわち、モードルの始動
初期には各回転位置信号Ru v、  Rv w、  
Rw uの信号状態力ら、モードル308の取り得る回
転角度範囲を判断し、一義的に判断された回転角度範囲
の中心の回転角度に対応する各aL波テーブルのアドレ
ス信号が得られるように構成すれば良いものである。こ
れを詳しく説明すると、第7図に示すように例えば回転
位置信号Ruv、Rwuが共に発生している場合にはモ
ードル308の回転角度は350°〜30゛の範囲にあ
ると判断し、一義的にこれの中心の0°(560°挨モ
ードル′50Bの制御のだめの回転角度とする。第6図
において、+i00は回転位1e判別回路であり、始動
初期時に閉じられる始動表示スイッチ401の信号を受
けて、各回転位置信号Ruv、Rvw、Rwuの信号よ
り、第7図で説明したような各E’L波テーブル315
〜317のアドレス信号を一義的に定めて出力する。4
02はアドレス信号選択回路であり、モードル308の
始動時は回転位置判別回路400のアドレス信号を、始
動完了後はアップ・ダウンカウンタ314のカウント結
果を選択して各正払波テーブル315〜317に伝える
ものである。説明を省略したその他の部分についてはす
でに説明した実施例と同様であると考えると、始動初期
時(少なくともモードル608の1回転以内)には−M
的に各正味波テーブル615〜317のアドレス信号が
定まるため制御の安定化を進めることができる。
さらに、早い機会に正確なアドレス信号を得たい場合に
は、回転位置信号Ruv、Rvw、Rwuと正逆転判定
器311の信号を利用して、回転位置信号Ruv、Rv
w、Rwuの組み合わせが変わる毎にモードル608の
回転位置を割り出し、この割り出し位置に対応するアド
レス信号を得ると同時に、アップ嗜ダウンカウンタ31
4をリセットし、この後、割り出したアドレス信号の値
にアップ・ダウンカウンタ!+14のカウント値を加算
し、この加算結果を各正味波テーブル315〜317の
アドレス信号として利用するよう制御回路を構成するこ
ともできる。このような構成を取ると、モードル308
が少なくとも60°回転するまでに正確な位置信号を得
ることができる0〔発明の効果〕 以上の説明から明らかなように、本発明はコード化され
た繰返しパターンを同心上に複数組形成して成る回転可
能な回転体と、この回転体のコード化された繰返しパタ
ーンの各組に対応して配置した複数個の検出素子とから
成る回転検出装置において、−組のコード化された繰返
しパターンは回転体の回転速度の読取精度を保つのに必
要な繰返し周期に細分して配設すると共に、他の組のコ
ード化された繰返しパターンは回転体の回転位置の読取
を行なうために必要な繰返し周期に配設してゆくもので
ある。したがって、本発明による回転検出装置によれば
、運転速度情報と、回転位置情報を同時に、しかも精度
良く取り出してゆくことができるものである。
また本発明は、電動機の回転子に連結し、この電動機の
回転速度の読取精度を保つのに必要な繰返し周期に細分
してコード化した第1の繰返しパターンと、電動機の回
転子の回転位置の読取を行なうために必要な繰返し周期
にコード化した第2の繰返しパターンを備える回転体と
、この回転体の第1・第2の繰返しパターンにそれぞれ
近設して設けた第1・第2の検出素子とを備える回転検
出装置と、第1の検出素子の検出信号を基に電動機の運
転速度を目標値と比べて速度指令を発する速度指令手段
と、第2の検出素子の信号により回転系の基準位置を定
め、第1の検出素子の信号より回転子の回転位置を算出
してゆく位置検出手段と、この位置検出手段の信号によ
り電動機に供給する電流の割合を決定する位相指令手段
と、速度指令手段と位相指令手段の出力信号を受は電動
機に供給する電圧および位相を制御する駆動手段とを有
する電動機の制御装置である。したがって本発明によれ
ば、取り出した運転速度情報、および回転位置情報を基
に電動機を常に目標状態に制御してゆくことができるも
のである。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の電動機の制御装置を説明するだめのブロ
ック図、第2図は本発明の一つの実施例の回転検出装置
の要部を説明するための図、第3図は第2図のさらに要
部を拡大して示す図、第4図は回転検出装置の各種検出
信号と電動機の各断電圧波形を横軸に電動機の回転子の
回転角度を取って示す図、第5図は本発明の電動機の制
御装置の一つの実施例を説明するためのブロック図、第
6図は他の実施例の要部を説明するためのブロック図、
第7図は第6図の動作を説明するための線図である。 101.102,105,104,105・・・検出素
子、200・・・回転体、203,204,205゜2
06・・・コード化された繰返しパターン、508・・
・電動機、509・・・回転検出装置、jol、 50
2゜3.03. 312,313・・・速度指令手段、
310゜511.514・・・位置検出手段、315,
316゜317.318,319,320・・・位相指
令手段、525.526,327,357・・・駆動手
段界  1  四 L−−I71 ゛\−、トI5 第 2 図 渫3 凹 祐

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、コード化された繰返しパターンを同心上に複数組形
    成して成る回転可能な回転体と、この回転体のコード化
    された繰返しパターンの各組に対応して配置6シた複数
    個の検出素子とから成る一転検出装置において、 前記−組のコード化された繰返しパターンは前記回転体
    の回転速度の読取精度を保つのに必要な繰返し周期に細
    分して配設すると共に、前記他の組のコード化された繰
    返しパターンは前記回転体の回転位置の読取を行なうの
    に必要な繰返し周期に配設したことを%徴とする回転検
    出装置。 2、電動機の回転子に連結し、電動機の運転速度の読取
    精度を保つのに必要な繰返し周期に細分してコード化し
    た第1の繰返しパターンと、′電動機の回転子の回転位
    置の読取を行なうために必要な繰返し周期にコード化し
    た第2の繰返しパターンとを備える回転体と、この回転
    体の第1−第2の繰返しパターンにそれぞれ近設した第
    11第2の検出素子を備える回転検出装置と、 前記第1の検出素子の検出信号を基に電動機の運転速度
    を測定し、目標値と比べて速度指令を発する速度指令手
    段と、 前記第220検出素子の検出信号により基準位置を定め
    、第1の検出素子の検出信号を受けて電動機の回転子の
    回転位置を割り出す位置検出手段と、この位置検出手段
    の信号により電動機の電機子の各相に供給する電流の割
    合を決定する位相指令手段と、 前記速度指令手段および位相指令手段の信号を受は電動
    機の’を様子の各相に供給する電流の大きさおよび位相
    を制御する駆動手段とを有する電動機の制御装置。
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JPS605789A (ja) * 1983-06-20 1985-01-12 Shibaura Eng Works Co Ltd Acサ−ボモ−タ

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