JPS62141993A

JPS62141993A - ブラシレスモ−タの駆動方法

Info

Publication number: JPS62141993A
Application number: JP60279247A
Authority: JP
Inventors: Seiji Yamashita; 誠二山下; Kunio Miyashita; 邦夫宮下; Hiroshi Hayashida; 林田　弘; Ichiro Hashimoto; 一郎橋本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-12-13
Filing date: 1985-12-13
Publication date: 1987-06-25

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、ブラシレスモータの駆動方法に（ｌ、特にモ
ータの電流をパターンに従って制御するのに好適なブラ
シレスモータの駆動方法に関するものである。

〔従来の技術〕

界磁を持つブラシレスモータの、駆動方法は、大きく分
けて２種類ある。

その一つは、１８０度通電方式とも呼ばれる方式である
。

これは、そのモータ誘起電圧、電流の説明図である第６
図のように、モータの固定子巻線の誘起電圧Ｅ　Ａ　−
Ｅ　ｃの位相に合せて、モータの固定子の巻線電流■い
〜Ｉｃを全周期にわたって流すやり方である。この方式
は、誘起電圧ＥＡ−ＥＣが正弦波なら、モータの固定子
の巻線電流も正弦波にするのが最もモータの出力トルク
が大きく、またトルクの脈動も小さい。

そして、モータのトルクを制御するには、モータの固定
子の巻線電流の波形はそのままにしておいて、その電流
の大きさを（変えるような制御がされる。

したがって、この第１の方法では、モータの固定子の巻
線電流のパターンを何らかの方法で作る必要がある。

第２の方法は、モータの誘起電圧、電流の説明図である
第７図に示すように、モータの固定子巻線の誘起電圧が
大きいときだけ電流を流すやり方である。

第７図は、３相モータの例であって、モータの固定子の
巻線電流は一つの相だけ図示しである。

そして、この方法は、３相モータの場合は、１２０度通
電方式とも呼ばれる。

この第２の方法に対しては、実開昭５０−６８２１８号
、特開昭５０−１１６９１１号公報記載のように、ブラ
シレスモータの駆動素子のｏｎ、ｏｆｆ信号として、モ
ータの固定子に巻回された、別途の巻線である検出用巻
線の誘起電圧を利用することが知られている。

しかし、この第２の方法では、モータの固定子の巻線電
流が一定であっても、第７図に示すように、トルク脈動
が生ずる欠点がある。

これに対し、第１の方法は、前述のととりトルク脈動は
少ない反面、従来は、特開昭５５−５０１０号公報記載
のように、モータの固定子の巻線電流のパターンを作る
ために、ディジタル積分器、Ｄ／Ａ変換器などが必要で
、高価となる欠点がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述のように、従来技術の１８０度通電形と呼ばれるも
のは、トルク脈動は少ない反面、モータの固定子の巻線
電流のパターンを作るために、ディジタル積分器、Ｄ／
Ａ変換器などが必要で、高価となる欠点を有するもので
あった。

本発明の目的は、前述した従来技術の欠点を除くように
したことにある。

すなわち、トルクの脈動の少ない１８０度通電形のもの
を含み、ブラシレスモータを安価で、簡単な構成とする
ようにしたことにあり、また、簡単な構成とし、トルク
脈動を小さくする、モータの固定子の巻線電流のパター
ンを作り駆動するようにしたブラシレスモータの駆動方
法の提供にある。

〔問題点を解決するだめの手段〕

モータの固定子巻線とは別に、検出用巻線を固定子に巻
回すると、検出用巻線にも誘起電圧が発生する。本発明
においては、検出用巻線の誘起電圧を積分して得られる
波形を、固定子の巻線電流のパターンとして利用するよ
うにしたものである。

このことにより、簡単でトルク脈動の小さいブラシレス
モータを実現できるようにしだものである。さらに、検
出用巻線の誘起電圧を積分するために、検出用巻線に重
畳されるノイズを除去でき、まだ、広い速度範囲で一定
の大きさの電流パターンを作ることができるものである
。

〔作用〕

本発明では、モータの固定子巻線とは別個に検出用巻線
を設けるようにしたもので、この検出用巻線には、回転
子が回転すると誘起電圧が発生する。

そして、その検出用巻線の誘起電圧は、回転数に比例し
て振幅は大きくなる。この検出用巻線の誘起電圧の波形
を積分すると、積分されて得られた波形は、回転数にか
かわらず一定の振幅の値となる。したがって、広い範囲
で振幅が一定の信号を得られる。検出用巻線の誘起電圧
は、固定子巻線の誘起電圧と同期した信号であるので、
固定子の巻線電流のパターンとして使うことができるも
のである。

〔実施例〕

本発明の実施例を各図を参照して説明する。

第１図は、本発明の一実施例の実施に供されるブラシレ
スモータの構成図、第２図は、そのモータ本体の略伝断
面図、第３図は、その誘起電圧。

電流の説明図、第４図は、その始動回路のタイムチャー
ト図、第５図は、その速度制御回路の出力図である。

しかして、本実施例に係るものは、３相のブラシレスモ
ータの例であって、回転子には永久磁石を用いている。

まず、第１図で、固定子巻線ＩＡ〜１ｃには、回転子２
が回転すると第３図のＥ　Ａ　−Ｅ　ｃのような誘起電
圧が発生する。

また、固定子側には、モータとしての前記の固定子巻線
ＩＡ〜１ｃとは別に、検出用巻線３Ａ〜３ｃが巻回され
ている。

そして、上記に係る固定子２回転子以外のものが制御回
路を構成するものである。

以上のような構成のため、回転子２が回転すると、検出
用巻線３Ａ〜３ｃにも固定子巻線ＩＡ〜１ｃの誘起電圧
Ｅ　Ａ　−Ｅ　ｃと同期した誘起電圧ＥｒＡ＝Ｅｒｃが
誘起される。

この検出用巻線３Ａ〜３ｃの誘起電圧ＥｆＡ〜Ｅｒａは
、積分器２４１〜２４ｃを経て、その出力電圧Ｅ　ｔ　
’□〜Ｅｔ’ｃ　が乗算器７ム〜７Ｃに入力されるもの
である。乗算器７Ａ〜７Ｃの、もう一方の入力へは、速
度制御回路９（例えばＰＬＬ回路＝　ｐ　ｈａｓｅ　Ｌ
ｏｃｋｅｄ　ＬＯＯｐ）の出力が接続される。

さらに、これら乗算器７Ａ〜７ｃの出力は、加算回路８
Ａ〜８ｃに導かれ、始動回路１ｏの始動信号１５Ａ〜１
５ｃに係る出力とともに加算され、加算回路８八〜８ｃ
の出力は、加算器６Ａ〜６Ｃ。

アンプ５Ａ〜５Ｃ，電流検出器４Ａ〜４ｃよシ構成され
るサーボアンプへの入力となるように構成される。

ここで、速度制御回路９と、始動回路１ｏとが、モータ
の固定子の巻線電流工、〜Ｉｃの大きさを指令するもの
である。

しかして、始動回路１０は、モータの始動時に、相電流
をシーケンシャルに流し、同期始動を行うような動作を
するものであり、同期始動時には、速度制御回路９の動
作を停止させるだめの信号が、始動回路１０から禁止信
号１２として速度制御回路９の禁止信号入力端子ＩＮＨ
に入力されるものである。

そして、この始動回路１０は、モータが始動するときだ
け動作し、モータが始動完了すると、禁止信号１２に係
る出力信号は無くなるように作られている。しだがって
、モータの運転中は、速度制御回路９の出力と、さきに
述べた積分器２４Ａ〜２４ｃの出力との乗算結果が、上
記サーボアンプへの入力となる。

前後したが、速度制御回路９には、既述の積分器２４Ａ
〜２４ａの信号に係る出力電圧Ｅｆ′え〜Ｅｔ’ｃの一
つが、フィードバック周波数信号１４として、信号線を
通じて入力される。そして、速度制御回路９ば、基準周
波数信号１１の周波数ｆ０と前記フィードバック周波数
信号１４の周波数ｆとの位相差に応じた信号を出力する
ものである。

速度制御回路９の前記出力信号である速度制御出力信号
１６と、さきの出力電圧Ｅｆ′ａ〜Ｅｒ’ｃとは、さき
に述べたように、乗算器７＾〜７ｃにより乗算された値
として出力されるものであり、乗算器７Ａ〜７ｃの乗算
器出力信号１７のそれぞれと、始動回路１０の出力信号
に係る始動信号１５八〜１５ｃとは加算回路８Ａ〜８ｃ
により加わえ合わされ、サーボアンプ入力信号１８とな
る。

既述のように、始動回路１０が停止したのちは、始動回
路１０の出力信号は０となるから、結局、速度制御回路
９の出力と、積分器２４人〜２４ｃの出力との乗算結果
が、サーボアンプへのサーボアンプ入力信号１８として
伝達されるわけである。

サーボアンプは、各相の電流検出器４Ａ〜４ｃと、サー
ボアンプ入力信号１８との差分が０となるように制御す
るものである。

すなわち、乗算器７Ａ〜７ｃの乗算器出力信号１７に相
当する固定子の巻線電流ＩＡ〜Ｉｃがモータの固定子巻
線ＩＡ〜１ｃに流れるものである。

さて、サーボアンプは、人相に着目すると、サーボアン
プへのサーボアンプ入力信号１８と電流検出器４Ａの検
出電流の値とが比較され、アンプ５Ａのゲインが充分太
きければ、モータの電流はサーボアンプ入力信号１８と
なるように流れる。

モータの回転数が一定のときは、速度制御回路９からの
出力の値は、一定の大きさとなる。したがって、サーボ
アンプへの入力は、積分器２４Ａ〜２４ｃの出力電圧Ｅ
　ｔ　’　ｈ−Ｅｔ　’　ｃの波形と相似のパターンが
入力されることを意味する。

本発明に係るものにおいては、モータの巻線へ流す電流
の波形を検出用巻線の誘起電圧を積分して得られる波形
と相似となるよう制御することに特徴がある。

すなわち、第３図のように、人相に着目して説明すれば
、人相の相誘起電圧に係る誘起電圧ＥＡより９０度位相
の進むように検出用巻線３Ａは配置される。

このように配置するのは、特別に難かしいことではなく
、固定子巻線ＩＡの位置と、検出用巻線３Ａの位置とを
回転位置に対して、同一角度で巻回すればよい。そして
他も同様であり、それらの固定子巻線１＾〜１ｃと、検
出用巻線３Ａ〜３Ｃとを、Ｙ結線として接続し、当該検
出用巻線の誘起電圧を線間電圧として取り出せば、これ
は、固定子巻線の相電圧より９０度の進み信号の電圧と
して得ることができるからである。

いずれにしても、固定子巻線ＩＡの誘起電圧Ｅ　Ａより
も９０度位相の進んだ信号に係る誘起電圧ＥｔＡを積分
器２４Ａに通ずるものである。

積分器２４Ａから出力される信号は、検出用巻線３Ａよ
りも９０度の位相が遅れ、結局固定子巻線ＩＡの誘起電
圧ＥＡと、同相の信号を得ることができるものである。

本発明に係るものでは、こうして、固定子巻線に流す電
流のパターン信号を得るものである。

モータの固定子巻線に流す固定子の巻線電流のパターン
を検出用巻線の誘起電圧を積分して得る利点は、まず第
１に、電流のパターン用として、誘起電圧を積分するだ
けで得られる点である。

これは、オペアンプ１個で実現できる簡素な回路となる
。そして、従来の１２０度通電形に比較して、はるかに
トルク脈動を小さくできる利点がある。

また、積分器は、周波数が高い程、その振幅は低下する
。このことは、検出用巻線に多少の高周波成分が入って
いたとしても、固定子巻線の電流は正弦波に近い波形に
なる利点もある。

さらに、検出用巻線にノイズ等が混入したとしても、ノ
イズの除去に効果があるものである。

第２図は、上記のようなモータ本体の構造を示すもので
あって、既述のように、磁石を界磁とするモータ本体の
縦断面を示すものである。

なお、固定子巻線１Ａ〜１ｃ、検出用巻線３＾〜３ｃを
、固定子巻線１．検出用巻線３として総括的に略伝して
いるものである。

モータのロータに係る回転子２は、永久磁石２０、シャ
フト１９が一体となって回転し、ベアリング２１．２２
に支承されるものである。ステータに係る固定子側には
、固定子鉄板２３が僅かな距離をへだてて配置され、固
定子巻線１が巻回される。

そして、固定子鉄板２３と同じ形状を持つ検出用鉄板２
５が置かれ、検出用巻線３がその中に巻回される。検出
用巻線３は、電流を流す必要がないから、固定子巻線１
より細線でよく、まだ巻回数も少なくてすむものである
。

また、前述のように、固定子鉄板２３と、検出用鉄板２
５とは同一仕様のものを使えるので、固定子巻線１に誘
起する電圧と検出用巻線３に誘起する電圧とは、一定の
位相差を持てば、どのような回転位置でも、この位相差
が変動することはない。

さらに、固定子に巻回される両巻線を分布巻とすれば、
誘起電圧を正弦波とさせることができるものである。

このように、モータの誘起電圧を正弦波とし、また、電
流の波形をも正弦波とする利点は、トルク脈動を低減す
ることができることにある。

すなわち、３相モータで考えれば、トルクＴは、次の（
１）式のように一定となる。

Ｔ６ｃＩＡＩＩＥＡ＋ＩＢ−ＥＢ＋ＩＣＩＩＥＣ＝１．
Ｅ、、（ｓｉｎ２（ωｔ　）−＋−Ｂｉｎ２（ωｔ＋１
２０）＋５ｉｎ２（ωｔ＋２４０））＝Ｉ１．ｌＥ、□×２．５　　　　　　　　　　　　　
・・・・・・（１）すなわち、トルク脈動は無いことを
意味する。

ここで、（１）式の工、は固定子巻線電流のピーク値、
Ｅｏｍは相誘起電圧のピーク値、またωｔはモータの電
気角度である。

同様に２相のモータにおいても、トルク脈動は生じない
。

さて、本発明に係るものにおいては、検出用巻線の誘起
電圧を使うことから、始動回路が必要になる。

すなわち、検出用巻線には、モータが回転しないと信号
が現われないからである。

第４図は、既述のように、第１図に用いた始動回路１０
のタイムチャートを示すものである。

始動回路１０にスタート、ストップ指令１３に係るスタ
ート信号（０から１に変化）が入力されると、方形波状
の始動信号１５Ａ〜１５ｃを出力する。方形波状の各始
動信号は、１２０度ずつずれた３相の信号を出力するが
、第４図では人相のみの始動信号１５Ａを示している。

方形波の始動信号１５Ａを出力すると同時に、ＰＬＬ回
路である速度制御回路９への禁止信号１２を出力する。

そして、方形波の各始動信号の周波数を上昇させていき
、速度制御回路９が、動作するモータ回転数に立上げた
のちに、速度制御回路９への禁止信号１２ｉ解除し、始
動回路１ｏからの信号自体も停止させる。

このようにして、始動回路１ｏにより出される始動信号
によってモータは始動する。

以上のように、モータの固定子の巻線電流のパターンと
して、検出用巻線によって得られた電圧を積分して得ら
れる波形を利用しているものである。

このため、単に検出用巻線の波形をそのまま電流パター
ンとして利用するよりは、広い回転数範囲で使用できる
ものである。

また、第５図は、検出用巻線の誘起電圧Ｅ１の積分値Ｅ
ｔ’、そして、速度制御回路９の速度制御出力信号１６
．及び乗算器７＾　（７Ｂ、’ｉｃ　）の乗算器出力信
号１７（電流指令値と一致）とを示している。検出用巻
線の誘起電圧Ｅｔは、回転数に比例した大きさの振幅を
持つが、積分器を通すことによシ図示の積分値Ｅｔ’の
ように回転数に関係なく一定の値を得るものである。

しかして、速度制御回路９は、例えばＰＬＬ回路のよう
に、基準周波数信号の周波数ｆ。と検出用巻線の誘起電
圧を積分して得られたフィードバック同波数信号の周波
数ｆとの速度偏差に従った出力信号を出すように設定さ
れるものである。

第５図の例では、モータの速度はｖｏを中心にｖ１〜ｖ
２が速度制御の範囲となる。

なお、速度制御回路は、ＰＬＬ回路でなくとも、例えば
マイクロプロセッサなどで、両者の周波数を比較するよ
うなやり方のものでも実現できるものである。

上述の構成に係るものは、多極のモータにおいては特に
有効な手段となシうるものである。

その理由は、電流のパター／を検出用巻線に依存するこ
とにある。

検出用巻線は、モータの固定子の全周を使用することが
できるから、結果として、モータの回転角度に対して高
精度の信号を得ることができる。

例えば、モータの極数を１５０“極としても、充分な精
度が期待できる。このような多極のブラシレスモータを
従来の詳細な位置に対応する電流パターンを作るとした
ら、エンコーダの出力パルス数を非常に多く必要とする
。

例として、電気角３６０度を８ビット精度で分割すると
したら、１５０Ｘ２８＝３８４００パルスのエンコーダ
ｌ要とする。エンコーダのパルス数を小さくすると、そ
れは結局、電流パターンの精度を低下させることとなシ
、トルク脈動の原因となる。

したがって、特に低速時は、従来の方法ではトルク変動
が大きくなる欠点がある。

多極モータにおいて、巻線の誘起電圧波形が正弦波から
ずれるのではないかという疑問が生ずるかも知れないが
、それは、ロータに係る回転子の構造や、検出用鉄板の
形状、さらには、巻線の巻装方法で、正弦波とすること
は可能である。

また第２図においては、固定子鉄板２３と検出巻線用鉄
板２５とは別個に配置したものである。

しかし、検出用巻線３を固定子鉄板２３に巻き込むと、
検出巻線用鉄板２５を省略することが可能である。この
とき、検出用巻線３には、固定子巻線１の電流の反作用
として、若干のノイズが発生する。この場合には、検出
用巻線３の誘起電圧Ｅ！を、適当なノイズフィルターに
通すことにより、取り除くことができるものである。

したがって、特に固定子鉄板に検出用巻線を巻回すると
、検出部が安価に構成することができる効果を有するも
のである。

以上のように、上記実施例に係るものにおいては、ブラ
シレスモータの固定子電流のパターンを、検出用巻線に
誘起される電圧の積分波形と相似の波形としているので
、ブラシレスモータのトルク脈動は小さく、速度変動が
小さいという効果がある。

また、検出用巻線の誘起電圧を利用するために、電流パ
ターンと固定子巻線の誘起電圧とは、回転位置で位相ず
れの起らない高精度な電流パターンとなる効果を有する
ものである。

さらに、従来の電流パターンを作成するのに必要な詳細
な位置検出用工／コーダが不用となり、かつ、また記憶
素子が不要となり、これに従って、ブラシレスモータを
安価にすることができる効果がある。

そして、これら効果は、特に多極のブラシレスモー）Ｘ
にオイて、有効となるものである。

〔発明の効果〕

本発明によるときは、簡単な構成で生産性のよいブラシ
レスモータによる、トルク脈動の少ない、ブラシレスモ
ータの、駆動方法を提供することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の実施に供されるブラシレ
スモータの構成図、第２図は、そのモータ本体の略伝断
面図、第３図は、その誘起電圧。電流の説明図、第４図は、その始動回路のタイムチャー
ト図、第５図は、その速度制御回路の出力図、第６，７
図は、それぞれ、従来技術に係るものの誘起電圧、電流
の説明図である。１．１ム〜１ｃ・・・固定子巻線、２・・・回転子、３
゜３Ａ〜３ｃ・・・検出用巻線、４Ａ〜４ｃ・・・電流
検出器、５ム〜５ｃ・・・アンプ、６Ａ〜６ｃ・・・加
算器、７＾〜７ｃ・・・乗算器、８＾〜８ｃ・・・加算
回路、９・・・速度制御回路、１ｏ・・・始動回路、１
１・・・基準周波数信号、１２・・・禁止信号、１３・
・−スタート、ストップ指令、１４・・・フィードバッ
ク周波数信号、１５Ａ〜１５ｃ・・・始動信号、１６・
・・速度制御出力信号、１７・・・乗算器出力信号、１
８・・・サーボアンプ入力信号、１９・・・シャフト、
２ｏ・・・永久磁石、２１．２２・・・ベアリング、２
３・・・固定子鉄板、２４Ａ〜２４ｃ・・・積分器、２
５・・・検出巻線用鉄板、Ｅ　Ａ＝　Ｅ　ｃ・・・固定
子巻線の誘起電圧、Ｅ　ｆ　、　ＦＮ　Ａ。〜Ｅｔｃ・・・検出用巻線の誘起電圧、Ｅ’ｔ　・・・
Ｅｆの積分値、Ｅｆ′人〜ＥＩ′ｃ・・・積分器の出力
電圧、ＩＡ〜高１図１図図来年図も５図

Claims

【特許請求の範囲】１、磁極に巻回した固定子巻線を有する固定子と、前記
固定子と対向配置されて界磁を有する回転子と、上記固
定子巻線の巻線電流を一定のパターンに従つた大きさに
流す制御回路とを有するブラシレスモータにおいて、上
記固定子巻線とは別に固定子に巻回した検出用巻線を設
け、前記検出用巻線の誘起電圧を積分して得られる波形
と相似なパターンの固定子電流を流すことを特徴とする
ブラシレスモータの駆動方法。２、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、固定子
巻線の誘起電圧の波形をほぼ正弦波形にし、検出用巻線
の誘起電圧の波形を積分して得られる波形を正弦波状と
するものであるブラシレスモータの駆動方法。３、特許請求の範囲第１項もしくは第２項記載のものの
いずれかにおいて、固定子巻線の誘起電圧の位相と、検
出用巻線の誘起電圧の位相との位相差を電気角９０度と
なるように配置するものであるブラシレスモータの駆動
方法。