JPS6137874B2

JPS6137874B2 -

Info

Publication number: JPS6137874B2
Application number: JP53118519A
Authority: JP
Inventors: Eeberuto Heruman; Guryuunraitonaa Yohan; Kyuunrain Hansu
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-09-28
Filing date: 1978-09-26
Publication date: 1986-08-26
Also published as: FR2408942B1; US4292573A; FR2408942A1; DE2743695A1; DE2743695C2; NL7808510A; JPS5457110A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、永久磁石回転子と、半導体素子を有
する電子式コミユテータ装置とを備え、回転数の
目標値と実際値との差に関係して、回転数調節器
により制御されるモータ電圧を固定子巻線に印加
するコミユテータトランジスタの転流順序が反転
されるようになつている可逆転直流モータの回転
数調節装置に関する。

〔従来の技術〕

この種の回転数調節装置はドイツ連邦共和国特
許出願公開第1613438号明細書により公知であ
る。その回転数調節装置においては、ブラシレス
直流モータの互に90゜だけずらした４個の固定子
巻線が、固定子巻線に直列な回路中に配置された
パワートランジスタによつて電流を流されるよう
になつており、そのパワートランジスタは２つの
ホール素子によつて取り出されるロータ位置に関
係して、初段トランジスタの２つのユニツトの一
方を介して交互に制御される。初段トランジスタ
の２つのユニツトのいずれが電圧を印加されるか
に応じて、ロータはいずれかの回転方向に回転す
る。初段トランジスタのユニツトへの電圧印加
は、回転数の目標値からのずれに比例した電流が
入力端に加えられる回転数調節器により行われ
る。しかしながら上記の特許出願公開明細書に
は、特に回転方向の反転が要求された場合の回転
数目標値、回転数実際値、およびその制御偏差を
求めることについては全く開示されていない。

また米国特許第3518519号明細書から給電方向
の反転可能な電源装置により回転数目標値と回転
数実際値との制御偏差に関係して給電される可逆
転直流分巻モータの回転数調節装置が公知であ
る。その回転数実際値は、モータ電圧と抵抗分の
電圧降下および誘導分の電圧降下の和との差を形
成することにより、モータの起電力から求められ
る。

しかしながら、冒頭に述べたような直流モータ
においては、両給電方向に対する回転数実際値
は、通常の直流モータとは異なり、永久磁石回転
子によつて固定子巻線内に誘起される起電力から
求めることは容易でない。何故なら、起電力はダ
イオードによつて取り出されるからである。この
取り出された起電力は回転数の大きさに比例する
だけで、回転方向については考慮されていない。
それ故ダイオードによる起電力の取り出しは、限
られた範囲でしか使用できない。

冒頭に述べた直流モータにおいては、回転方向
の切換えは、通常の直流モータのように電源電圧
の極性の切換えではなく、例えば前述のドイツ連
邦共和国特許出願公開第1613438号明細書に記載
されているように固定子巻線の投入順序の切換え
によつて行われる。それ故モータ電流の方向は永
久磁石回転子の回転方向に関係なく常に同じであ
るので、回転方向が切換可能なブラシレス直流モ
ータの場合には回転方向に関係する起電力を得る
ことは容易ではない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、冒頭に述べたような可逆転直
流モータの回転数調節装置において、正逆両回転
方向に対し、正確な回転数実際値を簡単に得られ
るようにすることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上述の目的は本発明によれば、回転数調節器の
比較要素の制御偏差が回転方向信号発生器に導か
れ、この回転方向信号発生器は入力される制御偏
差の符号に関係して２つの可能な出力信号のうち
の１つを送出し、回転数実際値電圧として、モー
タ起電力に比例する電圧が用いられ、この電圧は
モータ電圧と、モータ及びコミユテータ装置の抵
抗分電圧降下と、コミユテータ装置の半導体素子
の順方向残留電圧とから加算増幅器において形成
され、回転方向信号発生器の出力信号はコミユテ
ータ装置と加算増幅器の出力側に接続された切換
増幅器の制御入力端に導かれ、この切換増幅器は
モータ起電力に比例する電圧の極性を切換増幅器
の制御入力端に加わる回転方向信号発生器の出力
信号に関係して変化せしめることにより達成され
る。

本発明の有利な実施態様については特許請求の
範囲第２項以下に、記述されている。

〔実施例〕

以下、実施例を示す図面を参照しながら本発明
を更に詳細に説明する。

第１図は回転数制御されかつ回転方向が切換え
可能であるブラシレス直流モータのブロツク図を
示し、第２図は回転数調節器のための回路を示
す。

第１図において１はモータ本体を示す。このモ
ータ本体１は永久磁石回転子を有し、固定子には
多相固定子巻線、本実施例では90゜ずつずらされ
た４つの固定子巻線を有する。これらの固定子巻
線は、固定子周辺に90゜elだけずらされて配置さ
れた少なくとも２つのホール発電素子により永久
磁石回転子の角度位置に依存してコミユテータ装
置２を介して電流を流される。このコミユテータ
装置２は導線３により回転方向信号発生器４に接
続され、この回転方向信号発生器４を介して回転
方向信号をコミユテータ装置２に与えることがで
きる。回転方向信号がＬからＨへ変化したとき、
または逆にＨからＬへ変化したときには、通電す
べき固定子巻線の投入順序が逆方向に切換えら
れ、その結果永久磁石回転子はその回転方向を変
える。回転方向信号発生器４は回転数調節器の比
較要素５から回転方向および回転数偏差に比例し
た制御偏差Un_Wを受け取る。回転方向信号発生器
４のブロツク内に示されている特性図から分るよ
うに、回転数調節器の比較要素５の出力制御偏差
Un_Wが負の値のときはＬ信号（特性図の左側部
分）が電子式コミユテータ装置２に与えられ、回
転数調節器の比較要素５の出力制御偏差Un_Wが正
の値のときはＨ信号（特性図の右側部分）が電子
式コミユテータ装置２に与えられる。

回転数調節器の比較要素５の制御偏差Un_Wは回
転数調節器の終段要素６にも導かれる。この回転
数調節器の終段要素６は回転方向に関係なく制御
偏差の絶対値に比例した正の電圧Ｕ_Mを発生す
る。この電圧Ｕ_Mは制御偏差Un_Wとともに直線的
に増大する。したがつて、回転数調節器の終段要
素６の出力端にはモータ１およびコミユテータ装
置２に導かれるモータ電圧Ｕ_Mが発生する。

回転数調節器の比較要素５は、回転数ｎ_spllを
電圧の形で表わした目標値Un_spllを目標値設定器
７から得る。回転数実際値に比例した電圧Un_ist
が整合回路８から取り出される。この整合回路８
は導線９を介して起電力に比例した電圧を得る。
１０にて示されている電流検出器は例えば抵抗か
らなる。この電流検出器１０から導線１１を介し
て電流実際値Ｉ_M・Ｒに比例した量が加算増幅器
１２に与えられる。この加算増幅器１２には導線
１３を介してモータ電圧Ｕ_Mが導かれ、また電流
実際値増幅器１４を介して補償電圧が導かれる。
この補償電圧はモータ電圧Ｕ_Mから導き出され、
導線１５を介して伝達される。加算増幅器１２の
出力端１６にはほぼモータ起電力の絶対値に比例
した電圧を生じる。この電圧は切換増幅器１７に
導かれる。この増幅器１７は回転方向信号発生器
４の回転方向信号に応じて導線１８を介して制御
され、その結果回転数調節器の比較要素５に起電
力に比例した非反転電圧または反転電圧を与え
る。

モータ１を起動するときは、目標値ｎ_spllを目
標値設定器７に設定する。永久磁石回転子の停止
状態ではUn_ist＝０であるので、目標値設定器７
の出力電圧Un_spllは回転数調節器の終段要素６飽
和状態に制御する。回転方向信号発生器４の出力
端もしくはコミユテータ装置２の入力端にはＨ信
号が生じ、固定子巻線には回転子位置に応じて左
電流が流され、永久磁石回転子が起動される。モ
ータの回転中、モータ電圧Ｕ_Mに反対に作用する
起電力が発生し、この起電力は回転数が上昇すれ
ばするほど高くなる。モータ電流は、マイナール
ープの電流調節器がない場合には起電力の増大に
つれて減少する。モータ回転数は回転数実際値
Un_istが目標値Un_spllに等しくなるまで上昇する。
そのとき制御偏差Un_Wは零になる。それによつて
回転数が低下する否や、回転数調節器５，６を介
してモータ電圧Ｕ_Mが再び連続的に高められる。

Un_istがUn_spllよりも大きくなるほど、すなわち
Un_Wが負になるほどモータ回転数が上昇したとき
には、回転方向信号発生器４が応答して導線３を
介して回転方向変化に相当する信号をコミユテー
タ装置２に与える。これはコミユテータトランジ
スタの転流順序の逆転を生ぜしめ、その結果ｎ_ist
＝ｎ_spllになるまで制動過程が行われる。

モータを逆転させようとするときはｎ_spllを−
ｎ_spllに切り換える。すなわち回転数偏差がｎ_W＝
２・ｎ_spllとなる。制御偏差Un_Wの極性が反転す
るので、回転方向信号発生器４は導線３を介して
Ｌ信号をコミユテータ装置２に与える。すなわち
即座に強い制動過程が行われる。もちろん図示さ
れていない電流調節器を介してこの制動電流は限
界内に保持される。

第２図はモータ電圧Ｕ_MからIR補償によつて回
転数に比例した起電力を得ることのできるような
実施例を示す。この場合には次式が基礎になつて
いる。

Ｕ_M＝Ｅ＋Ｉ_M・Ｒ＋Ｕ_k＋１／ｋ・Ｒ・Ｉ_M ここで、Ｕ_Mはモータ電圧、Ｅは起電力、Ｉ_M・
Ｒは固定子巻線における抵抗分圧降下、Ｕ_kはコ
ミユテータ装置２の終段のコレクタ・エミツタ間
残留電圧Ｕ_CEとこれに直例接続されたダイオード
の順方向電圧降下Ｕ_Dとの和、ｋは比例係数、Ｒ
は固定子巻線抵抗、Ｉ_Mはモータ電流である。上
式からＥ＝Ｕ_M−Ｕ_k−Ｉ・Ｒ_W・（１＋１／ｋ）が得られる。

第２図においては、第１図による電流調節器付
コミユテータ装置２、回転方向信号発生器４およ
び回転数調節器の終段要素６が２０にてまとめて
示されている。導線１１を通して電流実際値Ｉ
_M・Ｒに比例した電圧が抵抗２１を介して電流実
際値増幅器１４に導かれる。この増幅器の入力端
は別の抵抗２２を介して更に別の抵抗２３とダイ
オード２４との直列回路の接続点に接続されてい
る。その抵抗２３とダイオード２４との直列回路
はモータ電圧Ｕ_Mを導かれる導線１３につながれ
ている。ダイオード２４により、モータ巻線路に
おけるコミユテータ装置終段のダイオード順方向
電圧降下Ｕ_Dおよびコレクタ・エミツタ残留電圧
Ｕ_CEが補償される。別のダイオード２５は電圧制
限に役立つ。

電流実際値増幅器１４の出力端は帰還抵抗２６
を介してその反転入力端に接続されている。電流
実際値増幅器１４の出力端は可調整抵抗２７を介
して加算増幅器１２の入力端に接続されている。
この入力端には抵抗２８を介してモータ電圧Ｕ_M
＝Ｅ＋Ｉ_M・Ｒ＋Ｕ_k＋１／ｋ・Ｒ・Ｉ_Mが導かれる。Ｉ_M ・Ｒ＋Ｕ_k＋１／ｋ・Ｒ・Ｉ_Mの補償は抵抗２７により調整される。加算増幅器１２の出力端１６には起
電力Ｅに比例した電圧が生じる。２つのツエナー
ダイオード２９，３０により加算増幅器１２の出
力電圧が制限される。加算増幅器１２の出力端１
６は等しい２つの抵抗３２，３３を介して増幅器
１７の反転および非反転入力端に接続されてい
る。増幅器１７の反転入力端は抵抗３４を介して
その出力端に接続されている。増幅器１７の非反
転入力端は電界効果トランジスタ３５を介して直
流電圧源の負極に接続されている。その制御は第
１図による回転方向信号発生器４からくる導線３
を介して行われる。ダイオード３６および抵抗３
７は電界効果トランジスタ３５がどんな場合にも
応答するようにするために電界効果トランジスタ
３５における信号適合化に役立つ。電界効果トラ
ンジスタ３５がオフ状態にあるときには、増幅器
１７の両入力端は加算増幅器１２の出力端１６に
おける信号を導かれるので、この信号は増幅器１
７の出力端にも同じ極性で現われる。しかしなが
ら電界効果トランジスタ３５が導線３を介して相
応せる回転方向信号によりオンされているとき
は、増幅器１７の非反転入力端は零電位に置かれ
る。この非反転入力端がこの入力電位を与えられ
ているときは、増幅器１７はよく知られているよ
うに反転動作をする。すなわち、入力端の信号が
正の場合には増幅器１７の出力端に相応せる大き
さの負の信号が現われる。

増幅器１７の出力端は、それ故回転数実際値に
比例する電圧Un_istを発生する。この電圧Un_istは
目標値と共に抵抗３８〜４０を介して回転数調節
器の比較要素５の入力端に導かれる。スイツチ４
１により回転数目標値電圧Un_spllをモータ起動の
ために回転数調節器の比較要素５に導くことがで
きる。

〔発明の効果〕

本発明においては、回転方向信号発生器から与
えられる回転方向信号は従つて二重に使用され、
すなわち一方ではモータ１の回転方向を制御する
ために使用され、他方ではモータ電流およびモー
タ電圧から演算される起電力に比例する電圧の極
性を定めるのに使用されるものであり、したがつ
てブラシレス直流モータをその内部構成に関係な
く通常の直流モータと同じように制御することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロツク図、
第２図は第１図の実施例の要部詳細回路図であ
る。１……モータ本体、２……電子式コミユテータ
装置、４……回転方向信号発生器、５……回転数
調節器の比較要素、６……回転数調節器の終段要
素、７……目標値設定器、８……整合回路、１０
……電流検出装置、１２……加算増幅器、１４…
…電流実際値増幅器、１７……切換増幅器。

Claims

【特許請求の範囲】１永久磁石回転子と、半導体素子を有する電子
式コミユテータ装置とを備え、回転数の目標値と
実際値との差に関係して、回転数調節器により制
御されるモータ電圧を固定子巻線に印加するコミ
ユテータトランジスタの転流順序が反転されるよ
うになつている直流モータにおいて、回転数調節
器５，６の比較要素５の制御偏差Un_Wが回転方向
信号発生器４に導かれ、この回転方向信号発生器
４は入力される制御偏差Un_Wの符号に関係して２
つの可能な出力信号Ｈ；Ｌのうちの１つを送出
し、回転数実際値電圧としてモータ起電力に比例
する電圧が用いられ、この電圧はモータ電圧Ｕ_M
と、モータ及びコミユテータ装置の抵抗分電圧降
下と、コミユテータ装置の半導体素子の順方向残
留電圧とから加算増幅器１２において形成され、
回転方向信号発生器４の出力信号Ｈ，Ｌはコミユ
テータ装置２と加算増幅器１２の出力側に接続さ
れた切換増幅器１７の制御入力端に導かれ、この
切換増幅器１７はモータ起電力に比例する電圧の
極性を切換増幅器１７の制御入力端に加わる回転
方向信号発生器４の出力信号Ｈ；Ｌに関係して変
化せしめることを特徴とする直流モータの回転数
調節装置。２モータ電流回路中にある電流検出器１０から
電流実際値を取り出し第１の抵抗２１を介して電
流実際値増幅器１４の入力端に導き、この入力端
はモータ電圧Ｕ_Mを印加される第２の抵抗２３と
ダイオード２４との直列回路の中間接続点に第３
の抵抗２２を介して接続され、固定子巻線回路に
おけるコミユテータ装置の終段要素のコレクタ・
エミツタ間残留電圧およびコミユテータ装置の終
段要素に直列接続されているダイオードの順方向
電圧降下を補償するようにしたことを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の回転数調節装置。３電流実際値増幅器１４の出力端を可調整抵抗
２７を介して加算増幅器１２の入力端に接続し、
この加算増幅器の入力端には他の抵抗２８を介し
てモータ電圧Ｕ_Mを導くようにしたことを特徴と
する特許請求の範囲第２項記載の回転数調節装
置。４加算増幅器１２の出力電圧を２つのツエナー
ダイオード２９，３０により制限するようにした
ことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の回
転数調節装置。５切換増幅器１７はその制御入力端に加えられ
る信号に関係して反転動作または非反転動作する
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第
４項のいずれか１項に記載の回転数調節装置。６切換増幅器１７の出力端は帰還抵抗３４を介
して反転入力端と接続され、加算増幅器１２の出
力信号は同じ抵抗値の抵抗３２，３３を介してそ
れぞれ切換増幅器１７の反転入力端および非反転
入力端に導かれ、切換増幅器１７の制御入力端は
電界効果トランジスタ３５の制御入力端により形
成され、この電界効果トランジスタ３５の制御入
力端により切換増幅器１７の非反転入力端が直流
電圧源の負極または基準電位と接続可能になつて
いることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載
の回転数調節装置。