JPS62181689A - Brushless motor - Google Patents
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P8/00—Arrangements for controlling dynamo-electric motors rotating step by step
- H02P8/14—Arrangements for controlling speed or speed and torque
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、位置決め動作可能で高速回転をするこ1.!
:のてきるブラシレスモータに関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention is applicable to a device capable of positioning operation and high speed rotation. !
: This is related to a brushless motor that moves.
iiC来の技(tr?
近年の半導体技1:i及びデジタル技術の発達により産
業上のあらゆる機器のデジタル化が進み、マイクロコン
ピュータの採用が促進されている。これらの機器の駆動
源としてはデジタル的な位置決め動作が可能なモータが
適しており、従来、ステッピング[−夕やり一−ボモー
タが使用されていた。iiC future technology (tr?) Recent semiconductor technology 1: Due to the development of i and digital technology, the digitization of all industrial equipment is progressing, and the adoption of microcomputers is being promoted.Digital is the driving source for these equipment. A motor that can perform positioning operations is suitable, and conventionally, stepping motors have been used.
以下図面を参11αしながら従来のステッピングモータ
について説明する。第14図は従来のパーマ不シトマグ
イ、ツト(P〜1)型ステッピングモータの原理図を示
すt)ので、141は固定子、142は磁石よりなる回
転子、143はコイルである。A conventional stepping motor will be described below with reference to the drawings. FIG. 14 shows a principle diagram of a conventional permanent permanent magnet (P~1) type stepping motor, where 141 is a stator, 142 is a rotor made of magnets, and 143 is a coil.
コイルを外部から順序よく励磁してやれば回転子はコイ
ル通電の状態により位1nをかえて歩進する。If the coils are excited from the outside in a sequential order, the rotor will advance by changing the position 1n depending on the state of energization of the coils.
第15図は第14図に示したステッピングモータのl・
ルク分布を示すもので、位置保持特性をらち、かつ外部
信号に同期した回転数を得ることがわかる。しかし、ス
テッピングモータはコイルのもつ時定数や、鉄損の影響
により高スピードでは電流の立ち上がりが遅れてタイミ
ング良くトルクが発生せず高速回転には向いていない。Figure 15 shows the stepping motor shown in Figure 14.
It shows the torque distribution, and it can be seen that the position holding characteristic is achieved and the rotation speed is synchronized with the external signal. However, stepping motors are not suitable for high-speed rotation because the current rises late at high speeds due to the time constant of the coil and iron loss, and torque is not generated in a timely manner.
特(こ位置分解能をあげるため、磁極ピッチを細かくし
た場合は1回転当たりのスイッチング周波数が上がる為
その影響が大きく出ていた。In particular, when the magnetic pole pitch was made finer in order to increase the position resolution, the switching frequency per revolution increased, which had a significant effect.
またステッピングモータの上記欠点をおぎなうため、外
部にエンコーダをつけ、モータのスピードに応して通電
相の切替を時間的に早くして電流の立ち上がり遅れをカ
バーする方法がとられる場合す)あるが、この方法では
モータ外部にエンコーダをつけるため形状が大きくなり
、またエンコーダが高価であるきいう欠点があった。In order to overcome the above-mentioned drawbacks of stepping motors, an external encoder is attached to switch the energized phase faster depending on the speed of the motor to compensate for the delay in the rise of the current. However, this method has the disadvantage that the encoder is attached to the outside of the motor, which increases the size of the motor, and that the encoder is expensive.
さらにステッピングモータには、位置決め停止の際、第
16図に示すように停止点を中心に振動的に止まるとい
う現生が一般的にあり、位置の確定に時間がかかるとい
う欠点がある。この振動を少なくし位置確定の時間を短
くするためには、回転子に機械的な粘性抵抗(メカダン
ピング)を与えてやる必要があり、この場合には構造が
複雑になるという欠点があった。Furthermore, stepping motors generally have the disadvantage that when stopping for positioning, they vibrate and stop around the stopping point as shown in FIG. 16, and it takes time to determine the position. In order to reduce this vibration and shorten the time required to determine the position, it is necessary to provide mechanical viscous resistance (mechanical damping) to the rotor, which has the disadvantage of complicating the structure. .
次に従来のり一−ボモー 夕について説明する。第17
図はサーボモータの位置決め制m1系を示すt)ので、
+7]はモータ、172はエンコーダ、173はイ(4
差)1ウンタをNむ制御回路、174は駆動回路である
。Next, we will explain the conventional Noriichi-Bomo Yu. 17th
The figure shows the servo motor positioning system m1), so
+7] is the motor, 172 is the encoder, 173 is I (4
Difference) 1 counter is a control circuit, and 174 is a drive circuit.
以上、のように構成された位:’ft決め一す−−ボ系
では、デジタル位置指令に従って高速運転でき、かつ位
「を決め特性を得ることができる。また電気的なダンピ
ングを加えることができて、停止t)振動的ではない。In the above-described position control system, it is possible to operate at high speed according to digital position commands, and it is also possible to obtain position control characteristics.It is also possible to add electrical damping. Done and stopped t) Not vibratory.
しかし、エンコーダが高価であることと、制御系の回路
規模が大きくかつ高価であるという欠点をt)っている
。However, the disadvantages are that the encoder is expensive and the circuit size of the control system is large and expensive.
発明が解決しようとする問題点
上記のように、ステッピングモータは高速回転できず位
置確定までの時間が長いという欠点をもち、ステッピン
グモータにエンコーダをつけたものでは、形状が大きく
なりエンコーダが高価であるという欠点をちっている。Problems to be Solved by the Invention As mentioned above, stepping motors have the disadvantage of not being able to rotate at high speeds and taking a long time to determine the position, and if a stepping motor is equipped with an encoder, the size is large and the encoder is expensive. It has the disadvantage of being.
また、サーボモータは制御系とエンコーダが高価である
乏いう欠点をもっていた。Additionally, servo motors have the disadvantage that the control system and encoder are expensive.
本発明は上記問題点に鑑み、従来のステッピングモータ
と同稈度の形状でかつ比較的簡単な回路構成で、位置決
め機能と、高速回転性を持ったブラシレスモータをHH
[Ieするt)のである。In view of the above problems, the present invention provides a brushless motor with a positioning function and high-speed rotation, which has the same shape as a conventional stepping motor and a relatively simple circuit configuration.
[Ie to do it).
問題点を解決するブこめの手段
上記問題点を解決するために本発明のブラシレスモータ
は、
(1)磁性体または磁石よりなる回転子上、(2)
回転子と空隙を介して対向する固定子コアと複数個のコ
イルを少なくとも備えた固定子と、(3) 回転子を
回転自在に支える軸受装置と、(4)固定子にとりつけ
られ、回転子の位置の変化を検出しこれを電気信号に変
換して、互いに位相の異なる略正弦波状の位置信号を出
力する非接触センサと、
(5) 位置信号の変化を速度信号に変換する速度検
出手段と、
(6) 外部からの歩進指令信号を受けつけ、歩進指
令信号数により上記多相の位置信号を順序よく選択する
電子スイッチ手段と、
(7)選択された位置信号の変化量を出力する微分手段
と、
(8)速度信号と選択された位置信号と、位置信号の変
化けと、外部からの指令量との加算値と進相器として上
記位置信号の位相を進ませる進相手段と、
(9)進相された位置信号によって複数個のコイルをイ
・I勢1′ろilE弦波型駆動回路と、を1Aiiえた
ちのである。Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, the brushless motor of the present invention has: (1) a rotor made of a magnetic material or magnet;
a stator that includes at least a stator core and a plurality of coils that face the rotor through a gap; (3) a bearing device that rotatably supports the rotor; and (4) a bearing device that is attached to the stator and that supports the rotor. (5) a non-contact sensor that detects a change in the position of the motor, converts it into an electrical signal, and outputs a substantially sinusoidal position signal with mutually different phases; and (5) a speed detection means that converts the change in the position signal into a speed signal. (6) electronic switch means that receives a step command signal from the outside and sequentially selects the multi-phase position signals according to the number of step command signals; and (7) outputs the amount of change in the selected position signal. Differentiating means; (8) Phase advancing means for advancing the phase of the position signal as a phase advancer using an added value of the speed signal, the selected position signal, a change in the position signal, and an external command amount. (9) A plurality of coils are driven by the phase-advanced position signal and a sinusoidal wave type drive circuit.
作用
本発明は上記の構成によって、モータに内−1された非
接触センサにより得られろ位11q信壮を、電子スイッ
チ手段により選択された位置信号自身により相励磁If
f Ft置倍信号進相させ、−に見進平目された位置信
号によってコイルを付勢することにより歩進機能と位1
1を決め機能をt)つブラシレスモータを得ている。さ
らに、速度信号を進相指令;1に加算することにより、
速度に応じて全体的に位置信号の進相量を増して電流の
立ち上がり遅れをhバーし高速運転を行うこ七ができる
。また、進相指令用位置信号の変化分をダンピング信号
として進相量に加算することにより停止ト時の振動を抑
制し位置確定までの時間を短くしている。そして、外部
からの信号を進用量に加算することにより外部信号に応
じた停止位置の移動を行うことができる。Operation According to the above-described structure, the present invention phase-excites the position signal 11q obtained by the non-contact sensor incorporated in the motor by the position signal itself selected by the electronic switch means.
f By advancing the phase of the Ft multiplication signal and energizing the coil by the position signal that is flattened to -, the stepping function and the position 1 are activated.
A brushless motor with two functions has been obtained. Furthermore, by adding the speed signal to the phase advance command;
According to the speed, the overall phase advance amount of the position signal is increased to reduce the delay in the rise of the current by h, making it possible to perform high-speed operation. Further, by adding the change in the phase advance command position signal to the phase advance amount as a damping signal, vibrations at the time of stopping are suppressed and the time until the position is determined is shortened. By adding the external signal to the advance amount, the stop position can be moved in accordance with the external signal.
実施例
以下本発明の実施例のブラシレスモータについて図面を
参照しながら説明する。Embodiments Hereinafter, brushless motors according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
第1図は本発明の第1の実施例のブラシレスモータの機
構部を示すものであり、(a)は主要部の斜視図、(b
)は断面図である。1 shows the mechanism of a brushless motor according to a first embodiment of the present invention, (a) is a perspective view of the main part, (b)
) is a cross-sectional view.
第1図において、1は円周上表面に磁極歯を備えた回転
子、2は回転子との対向面に磁極歯を備えた固定子コア
、3は磁石、4は磁気回路を構成する継鉄、5は3相1
2個のコイル、6は120゛ずつ位相のずれた略正弦波
状の信号を出力する非接触センサである。In Fig. 1, 1 is a rotor with magnetic pole teeth on its circumferential surface, 2 is a stator core with magnetic pole teeth on the surface facing the rotor, 3 is a magnet, and 4 is a joint constituting a magnetic circuit. Iron, 5 is 3 phase 1
The two coils 6 are non-contact sensors that output substantially sinusoidal signals with a phase shift of 120°.
第2図は第1の実施例のブラシレスモータの電気回路部
のブロック図である。第2図において20は前述のモー
タの機構部で、21は回転子、25a。FIG. 2 is a block diagram of the electric circuit section of the brushless motor of the first embodiment. In FIG. 2, reference numeral 20 denotes a mechanism section of the aforementioned motor, 21 a rotor, and 25a.
25b、25cは3相のコイル、26は磁気抵抗階子か
らなろ非接触センサである。30a、30b。25b and 25c are three-phase coils, and 26 is a non-contact sensor made of a magnetoresistive scale. 30a, 30b.
:30cは上記非接触セン・す°の3相位置信号出力を
それぞれ増111する位置信号増巾器である。31は進
相指令(品に応じて3t(1の位置信号の位相を進ませ
たり遅らせたりする進相回路、32は3相モータのコイ
ルに、進相された位(6信号に比例した電流を流ず3相
正弦波型駆動回路である。34a。:30c is a position signal amplifier that increases the three-phase position signal output of each of the non-contact sensors. 31 is a phase advance command (3t depending on the product); 32 is a phase advance circuit that advances or delays the phase of the position signal in 1; 32 is a phase advance command (3t depending on the product); It is a three-phase sine wave type drive circuit. 34a.
34b、34cは3相の位置信号を反転する増巾器であ
る。33は外部からの歩進指令信号を受けつけ、位置信
号と反転された位置信号の合計6信号から1つを選択し
て出力する電子スイッチ回路である。34b and 34c are amplifiers that invert the three-phase position signals. 33 is an electronic switch circuit that receives a step command signal from the outside, selects one signal from a total of six signals including a position signal and an inverted position signal, and outputs the selected signal.
35は選択された進相指令用の位置信号の変化をとり出
し増巾する微分器である。36は非接触セン・1)から
の位置信号の変化を速度信号に変換する周波数−電圧変
換(FV変換)回路、37は加算器であり、その出力が
進相器31の進相毒性信号となる。35 is a differentiator which extracts and amplifies the change in the position signal for the selected phase advance command. 36 is a frequency-voltage conversion (FV conversion) circuit that converts a change in the position signal from the non-contact sensor 1) into a speed signal, and 37 is an adder whose output is the phase advance toxicity signal of the phase advancer 31. Become.
以上のように構成されたブラシレスモータについて、以
下動作を説明する。The operation of the brushless motor configured as above will be described below.
本実施例のモータのように固定子、回転子磁極山が発生
する力を利用するレラクタンタイプのモータでは、その
磁極歯の形状を工夫することにより、固定子上回転子間
の空隙の磁束分市を正弦波に近づけろことができる。In a reluctan type motor that utilizes the force generated by the stator and rotor magnetic pole peaks like the motor in this example, the magnetic flux in the air gap between the stator and the rotor is improved by devising the shape of the magnetic pole teeth. It is possible to make the distribution closer to a sine wave.
このようにしたとき各コイル相に一定電lΔrを流した
場合、コイルの各相、A、B、Cに、よるトルクは第:
3 i’21に示すように回転子方向電気角θに対しr
Hピッヂτ1(5気角2πを周期とする正弦波として表
せる。本実施例の場合、;3相モータなので各トルク分
布は1.20°ずっ位相がずれている。In this case, if a constant electric current lΔr is applied to each coil phase, the torque due to each phase of the coil, A, B, and C, is as follows:
3 As shown in i'21, r for the electrical angle θ in the rotor direction
H pitch τ1 (can be expressed as a sine wave with a period of 5 air angles 2π. In the case of this embodiment, since it is a three-phase motor, each torque distribution is out of phase by 1.20°.
磁気抵抗素1′−よりなる非接触センサは1チツプの中
に;3相分のセンサエレメントが構成されており回転子
の磁14 mの位置を検出する。第4図にセン1)配置
i’tと出力を示す。第4図において41は回転子磁埼
i1′打、/12は非接触センナである。回転子がθ方
向に移動すると、各センサエレメントの中心a、b、c
と回転子磁極歯の相対位置の変化により:3 tllの
センナ出力が得られる。セン・す出力ち容気抵抗メ・1
子の取付位置やバイアス磁石43の強さを調整ずろこと
に、より市弦波状の出力を得ることができる。A non-contact sensor consisting of a magnetoresistive element 1'-- has sensor elements for three phases in one chip, and detects the position of the magnetic field 14m of the rotor. Figure 4 shows the sensor 1) arrangement i't and output. In FIG. 4, 41 is a rotor magnetic field i1', and /12 is a non-contact sensor. When the rotor moves in the θ direction, the centers of each sensor element a, b, c
By changing the relative position of the rotor magnetic pole teeth, a senna output of 3 tll is obtained. Sen output power resistance me 1
By adjusting the mounting position of the magnet and the strength of the bias magnet 43, a more sinusoidal output can be obtained.
非接触セン日ノは基本的に第5図に示すように取り付け
ろ。第5図において51は固定子1相の磁極歯、52は
回転子磁極歯、53は固定子磁極歯の相に対応する1相
のセンサである。第5図(a)のように回転j′−と固
定子の磁極歯が対向しているときトルクは発生しない。Basically, attach the non-contact sensor as shown in Figure 5. In FIG. 5, 51 is a stator 1-phase magnetic pole tooth, 52 is a rotor magnetic pole tooth, and 53 is a 1-phase sensor corresponding to the stator magnetic pole tooth phase. When the rotation j'- and the magnetic pole teeth of the stator are opposed to each other as shown in FIG. 5(a), no torque is generated.
([))の位iNi関係のとき磁tJ (9間の吸引力
によりθ方向のトルクが働く。(c)のときは反0方向
へのトルクが発生する。セン−IJ−を(a>、(b)
。([)) When the relationship is iNi, a torque in the θ direction acts due to the attractive force between the magnetic tJ (9). In the case of (c), a torque in the opposite direction to 0 is generated. ,(b)
.
(c)に示すように、固定子磁極1′11に対して配置
すると、各相のトルク分布とセンサ出力との関係は、第
5図(d)、(e)に示ず1ように1〕0°位相のずれ
た関係になる。但し励磁相センリー信冨=は進相器31
により任意の角度進相されることになる。As shown in FIG. 5(c), when arranged with respect to the stator magnetic pole 1'11, the relationship between the torque distribution of each phase and the sensor output is as shown in FIG. 5(d) and (e). ] The relationship is 0° out of phase. However, the excitation phase sensor Nobutomi= is the phase advancer 31
Therefore, the phase can be advanced by an arbitrary angle.
本発明のように正弦波型駆動回路をもちいた場合、各相
のコイル電流は正弦波状の位置信号に従って変化する。When a sinusoidal drive circuit is used as in the present invention, the coil current of each phase changes according to a sinusoidal position signal.
従って各相のトルクは、
A相 KIIA−sinθ
C相 )(+−1n−sin(θ−−π〉C相 K
I・IC−5in (θ−−π〉■<1.定数 IA
’、ln、IC:各相電流となる。Therefore, the torque of each phase is A phase KIIA-sinθ C phase) (+-1n-sin(θ--π〉C phase K
I・IC-5in (θ−−π〉■<1. Constant IA
', ln, IC: Each phase current.
各相の電流はセンサ信号に比例するのでIA=に2・s
i n (θ−−+α)■<2:定数 α・セン→
ノ゛信号の進相角度となって、全体のトルク分布は
T (θ ) =Kl−K 2 ts
i n (θ−−+cz)・ヱ
J−に+ K2 ・s
i n a −(1)となる。Since the current of each phase is proportional to the sensor signal, IA=2・s
i n (θ−−+α)■<2: Constant α・sen→
The phase advance angle of the noise signal becomes the overall torque distribution as T (θ) = Kl - K 2 ts
i n (θ−−+cz)・ヱ
+ K2 ・s to J-
i na −(1).
通常のブラシレスモータは、α−−のときに(目:3
当し、T−一に+に2となって連続的なトルクを発生す
る。A normal brushless motor generates continuous torque when α-- (eyes: 3 hits, T-1 and +2).
本発明のブラシレスモータでは、進相けαをセンリ信号
自身に応じて変化させて位置決め特性をらなせる。In the brushless motor of the present invention, positioning characteristics can be achieved by changing the phase advance α according to the sensor signal itself.
第2図の進相回路31は上記正弦波、伏の庁)磁用ヒン
→J゛信号の位相を進相指令電圧に応じて進まぜる回路
で、センサ信号のベクトル加算による方法や、指示h)
により正弦的な値の変化をする基準信号とセンーリー信
号との乗具による方法で11られろ。The phase advancing circuit 31 in FIG. 2 is a circuit that advances the phase of the sine wave, magnetic hinge → J signal according to the phase advancing command voltage. )
11 by a method using a vehicle between a reference signal and a sensor signal whose values change sinusoidally.
センサ信号は相励磁用として進相回路31に導かれると
同時に進相指令用としても用いられる。The sensor signal is guided to the phase advance circuit 31 for phase excitation and is also used for phase advance command.
第2図に示すように3相のセンリー信号はそれぞれ反転
され、計6信号が電子スイッヂ回路3;3に入力される
。As shown in FIG. 2, the three-phase sentry signals are each inverted, and a total of six signals are input to the electronic switch circuit 3;
電子スイッチ回路33は第0図に示す、ように6進の可
逆カウンタ61とカウンタ出力により6つの信号から1
つを選択するデコーダ62により構成される。この構成
により両方向の進相指令に対して6つの信号f−順序よ
く選択することができる。As shown in FIG.
It is comprised of a decoder 62 that selects one. With this configuration, six signals f can be selected in good order for phase advance commands in both directions.
また、FV変換回路36はセンザ信号の変化から速度に
応じた電圧を発生させる回路で、微分器を中心とした回
路で構成される。Further, the FV conversion circuit 36 is a circuit that generates a voltage according to the speed from changes in the sensor signal, and is composed of a circuit mainly including a differentiator.
さて、外部からのパルス指令の間隔か長く速度電圧がほ
とんど無視できる場合の本発明のブラシレスモータの動
作を説明する。Now, the operation of the brushless motor of the present invention will be described when the interval between external pulse commands is long and the speed voltage is almost negligible.
第7図に、進相器の6信号の分市図を示す。センリー信
号はそれぞれ反転され、60°ずつ位相のずれた正弦波
信号がつくられている。FIG. 7 shows a distribution diagram of the six signals of the phase advancer. The senry signals are each inverted to create sine wave signals with a phase shift of 60 degrees.
それらは π ご覧=に3@5ln(θ−−) π =に3・5in(θ−一) π 4 π a=に3・s i n (θ−−−π)π =に3・ 5in(θ−−−π) と表せる。They are π See = 3@5ln(θ--) π = 3.5 inches (θ-1) π 4 π a = 3・s i n (θ−−−π)π = 3・5in (θ−−−π) It can be expressed as
いま電子スイッチ回路により進相信号としてaが選ばれ
ているとする。また進相器31の進相指令電圧−進相角
度の係数をβとすれば、(1)式よりトルク分布は、
T(θ)=−KIK2S i n
(β−J(3−sin(θ −−) l−(2)と
なる。It is now assumed that a is selected as the phase advance signal by the electronic switch circuit. Furthermore, if the coefficient of the phase advance command voltage - phase advance angle of the phase advancer 31 is β, the torque distribution is calculated from equation (1) as follows: T(θ)=-KIK2S i n (β-J(3-sin(θ) --) l-(2).
このトルク分布は第8図に示すようにβに2の値により
形状をかえるが、θ=−−πの点で位置保持特性をもつ
ことを示している。またβに3の値を変えることにより
、位置決め特性上重要な、位置決め点近傍のトルク分布
の傾斜(T−θ特性)を変えろこ七ができろこ七も示し
ている。即ち通常のステッピングモータでは、トルク分
布はT’ (θ) −−K I K2 s i nθ七
なるが、このときの位置保持点近傍の傾斜は、第8図の
βに3=1の場合にほぼ等しい。As shown in FIG. 8, this torque distribution changes shape depending on the value of 2 for β, but it shows that it has a position holding characteristic at the point θ=−−π. Also, by changing the value of 3 to β, the slope of the torque distribution near the positioning point (T-θ characteristic), which is important for positioning characteristics, can be changed. That is, in a normal stepping motor, the torque distribution is T' (θ) − K I K2 sin θ7, but the slope near the position holding point at this time is as follows when 3=1 for β in Fig. 8. Almost equal.
しかし本発明のブラシレスモータの場合、βに3−一程
度にすることにより、位16保持点近傍のT−θ特性を
約2倍に上げることができ、外乱に対しての位置決め誤
差を小さくすることができる。However, in the case of the brushless motor of the present invention, by setting β to about 3-1, the T-θ characteristic near the 16th holding point can be approximately doubled, and the positioning error due to disturbances can be reduced. be able to.
さて、進相信号aの場合のトルク分布と同じようにβI
<3−一とじた場合のa、b、c、a、T)。Now, in the same way as the torque distribution in the case of phase advance signal a, βI
<3- a, b, c, a, T) when tied together.
τの進相信号が選ばれたときのトルク分布を第9図に示
す。本図かられかるように、磁極歯1ピッチ内に6つの
位置保持点をらつトルク分布のつらなりが得られること
がわかる。FIG. 9 shows the torque distribution when the phase leading signal of τ is selected. As can be seen from this figure, a torque distribution with six position holding points within one pitch of the magnetic pole teeth is obtained.
電子スイッチ回路が外部クロックにより進相11−レン
サ信号をa 8 e E b−π−! Ct:= Uの
順番で可逆的に選ぶように定めておき、現在aの信壮が
選はれているとすれば、回転子はT aで定まるトルク
分布に従い第9図1点で安定し1ケ置を保持ずろ。The electronic switch circuit converts the phase-advanced 11-lenser signal to a 8 e E b-π-! using an external clock. If it is determined that the selection is reversible in the order of Ct:=U, and Shinso of a is currently selected, the rotor will stabilize at point 1 in Figure 9 according to the torque distribution determined by Ta. Keep it at one place.
次に正方向への進相指令が外部よりはいろと電子スイッ
チによりセン−り信号でか選ばれろ。Next, a phase advance command in the positive direction is selected from the outside by a sensor signal using an electronic switch.
これにより回転子には第9図工τ上の2点の正トルタが
はたらき13点まで移動して位置を保持1−ろ。As a result, the two positive tortors on the rotor in Fig. 9 act on the rotor, and it moves to the 13th point and holds the position.
このよつにして外部パルスの数に応じて回転子は歩進じ
ていく。3点て安定しているときに負方向・\の歩進指
令が入ると進相用しン1ノ信−;−aが選ばれ回転子に
は4点の負I・ルクがはたらき回転子は逆方向に移動し
11.セで安定し、外部パルスに応じた可所的な動きを
ずろことかわかる。In this way, the rotor advances in accordance with the number of external pulses. If a step command in the negative direction/\ is input when the three points are stable, the phase advance signal -;-a is selected, and the four points of negative I/lurk act on the rotor. moves in the opposite direction and 11. It is stable in the central position, and you can see that it moves in certain places in response to external pulses.
また位置保持点近傍のT−θ特性を第10図の(、−1
)のように線型化して考えろと、センサ信号によるフィ
ートノくツク系(b)を構成しているとみなすことがで
きろ。In addition, the T-θ characteristics near the position holding point are shown in Figure 10 (, -1
), it can be considered that the sensor signal constitutes the foot-pull system (b).
(第10図においてJは回転子イナーシャ、Sはラプラ
ス演算子、K+、Ksは定数である。)このような2次
系のり一−ボ系の場合、第10図(C)のように位置の
微分項K 5 Sをフィードバックループ内に入れると
位置決め時の整定性を変化させろことができろ。(In Figure 10, J is the rotor inertia, S is the Laplace operator, and K+ and Ks are constants.) In the case of such a quadratic system, the position is as shown in Figure 10 (C). By inserting the differential term K 5 S into the feedback loop, it is possible to change the stability during positioning.
通常(b)のように微分項がない場合、回転子は振動的
に+I= 」:るが、(c)のようにしてK sの値を
適当な(1/jに定めるとその振動を抑制することがで
き、整定までの時間を短(ずろことができる。Normally, when there is no differential term as in (b), the rotor vibrates as +I = '': However, if the value of Ks is set to an appropriate value (1/j) as in (c), the vibration can be reduced. The time required for settling can be shortened.
またに5の値の調整は電気的に行うことかでき、ステッ
ピングモータの場合のように、義賊的に行う必要はない
。Further, the value of 5 can be adjusted electrically, and there is no need to manually adjust it as in the case of a stepping motor.
さて、位置決め特性は(1)式のトルク外歯により定ま
るが、この進相量αに第2図:38の位置微調入力端子
から任意のバイアス電圧K Gを与えた場合、セン゛す
゛信号a′h<選ばれているとずろと、進相量は
π
α −β ・ K3 ・ 5in(θ −−)
+ β ・ I(6となって、
i・ルク分布は
T (θ ) −−KI K2 s i
n l β K3 ・ sinπ
(θ−一)+β・K 61− (3)
となり、(2)式の分布からβに6だけ位相がずれた分
布になる。従って、トルクθの安定点、即ち回転子の停
止位置を位置微調入力の値により任意に連続的に変える
ことができる。Now, the positioning characteristics are determined by the torque external teeth in equation (1), but if an arbitrary bias voltage KG is applied to this phase advance amount α from the position fine adjustment input terminal 38 in Figure 2, the sensor signal a If 'h< is selected, the phase advance amount is π α −β ・K3 ・5in(θ −−)
+ β ・I (6, and the i・lux distribution is T (θ ) −−KI K2 s i
n l β K3 · sin π (θ−1)+β·K 61− (3), resulting in a distribution whose phase is shifted by 6 from the distribution of equation (2) to β. Therefore, the stable point of the torque θ, that is, the stopping position of the rotor, can be arbitrarily and continuously changed by the value of the position fine adjustment input.
次に夕り部の歩進指令の間隔が短くなり、それに従って
回転子のスピードが増してくると、FV変換器36の出
力電圧が大きくなりこの速度電圧が加算器37により、
進相用位置電圧と加算され、相励磁用のセンサ信号は、
スピードの遅い場合より進相量が大きくなる。FV変換
出力のレベルを適当に調整することにより、スイッチン
グ周波数の増加に伴うコイル電流の立ち上がり遅れを励
磁用位置信号の進相によりノ1バーして高速の運転を行
うことができる。Next, when the interval between stepping commands in the evening period becomes shorter and the speed of the rotor increases accordingly, the output voltage of the FV converter 36 increases, and this speed voltage is added to the adder 37 to
The sensor signal for phase excitation, which is added to the position voltage for phase advancement, is
The amount of phase advance is larger than when the speed is slow. By appropriately adjusting the level of the FV conversion output, it is possible to compensate for the delay in the rise of the coil current due to an increase in the switching frequency by increasing the phase of the excitation position signal, thereby achieving high-speed operation.
以上のよう1こ本実施例によれば、円周上に−7ピッチ
できざまれた磁極mを備えた磁性体よりなる回転子と、
磁14 (J:J群を備えた固定子コア、磁石、多相の
コイルよりなる固定子と、回転子の磁極の凹凸を検出し
略正弦波吠の位1斤信号を出力する非接触センサと、速
度検出手段と、電子スイッチ手段と、微分手段と、位1
n微調入力端子と、進相手段と、正弦波型駆動回路を設
けることにより、歩進機能と、整定性がよく位置の微調
整が可能な位置決め機能をt)ち、高速で回転する小型
かつ廉価なブラシレスモータを得ることができろ。As described above, according to this embodiment, a rotor made of a magnetic material is provided with magnetic poles m cut at -7 pitches on the circumference;
Magnetism 14 (J: A stator consisting of a stator core with J groups, magnets, and multi-phase coils, and a non-contact sensor that detects the unevenness of the magnetic poles of the rotor and outputs a signal approximately equal to a sine wave. , a speed detection means, an electronic switch means, a differentiator, and a position 1
By providing a fine adjustment input terminal, a phase advance means, and a sine wave type drive circuit, a stepping function and a positioning function with good stability and fine position adjustment are provided. I wish I could get an inexpensive brushless motor.
なお、上述の実施例において、モータの機構部分には従
来のブラシレスモータすべてを適用することができる。In addition, in the above-mentioned embodiment, all conventional brushless motors can be applied to the mechanical part of the motor.
即ち、第11図に示すように回転子に磁石112を配置
し、回転子コア111、固定子コア113とちに磁4’
& 7Bを持つブラシレスモータや、第12図のように
回転子が多極着磁された磁石よりなるブラシレスモータ
や、第13図のように円板面上に多極着磁された磁石よ
りなる回転子をもつブラシレスモータとしてらよい。ま
た実施例では3相コイルのブラシレスモータとしている
が他の2相以上のブラシレスモータとしてt)同(Rの
効果を得ることができろ。なお第11図において、11
4はコイル、115は非接触セン+J−である。また、
第12図において、121は固定子コア、122は磁石
、123はコイル、1211は非接触セン−りである。That is, as shown in FIG. 11, magnets 112 are arranged on the rotor, and the rotor core 111, stator core 113, and magnet 4'
& 7B brushless motors, brushless motors in which the rotor is made up of multi-pole magnetized magnets as shown in Figure 12, and brushless motors in which the rotor is made up of multi-pole magnetized magnets on a disk surface as shown in Fig. 13. It would be better to use a brushless motor with a rotor. In addition, in the embodiment, a brushless motor with a three-phase coil is used, but the effects of (t) and (R) can be obtained by using other brushless motors with two or more phases.
4 is a coil, and 115 is a non-contact sensor +J-. Also,
In FIG. 12, 121 is a stator core, 122 is a magnet, 123 is a coil, and 1211 is a non-contact sensor.
さらに、第13図において、131は回転子磁石、13
2は固定子継鉄、1:33はコイル、134は非接触セ
ンサである。Furthermore, in FIG. 13, 131 is a rotor magnet;
2 is a stator yoke, 1:33 is a coil, and 134 is a non-contact sensor.
発明の効果
以上のように本発明は、磁性体または磁石よりなる回転
子と、固定子コアと複数個のコイルを少なくとら備えた
固定子と、軸受装置と、回転子の位1aを検出する非接
触セン・す゛と、速度検出手段と、外部パルスを受けつ
ける電子スイッチ手段と、進相手段と、微分器;べ1と
、正弦波型駆動回路を設けることにより、整定性がよく
外部より位I?ttYa調ができる位置決め機能をもち
、外部の歩進パルスに同期して高速に回転する小型、廉
価なブラシレスモータが得られる。Effects of the Invention As described above, the present invention includes a rotor made of a magnetic material or magnets, a stator including a stator core and a plurality of coils, a bearing device, and a rotor position 1a. By providing a non-contact sensor, a speed detection means, an electronic switch means for accepting external pulses, a phase advance means, a differentiator, and a sine wave type drive circuit, it has good stability and can be easily positioned from outside. I? A small, inexpensive brushless motor that has a positioning function that allows ttYa adjustment and rotates at high speed in synchronization with an external stepping pulse can be obtained.
第1図(a)、(b)は本発明の第1の実施例におけろ
ブラシレスモータの要部斜視図および断面図、第2図は
本発明の第1の実施例における電気回路のブロック図、
第3図は第1の実施例の各相のトルク分布を示す図、第
4図(a)、(b)は非接融センサの配置と出力を示す
図、第5図(a)〜(e)はセンIP配置?1とトルク
位びセン゛リー出力の分布を示す図、第6図は第1の実
施例の電子スイッチ手段の構成図、第7図は進用用位置
信号の波形を示す図、第8図(a)〜(d)、第9図は
第1の実施例のトルク分布を示す図、第10図(a)〜
(c)はダンピング部分を説明ずろ図、第11図、第1
2図、第13図は本発明の他の実施例のモータ主要機構
部を示す図、第14図は従来のステッピングモータの原
理図、第15図は第14図のモータのトルク分布を示す
図、第16図はステッピングモータの整定性を示す図、
第17図は従来のサーボモータの制御系を示す図である
。
1・・・・・・回転子、2,113.121・・・・・
・固定子コア、3.112・・・・・・磁石、5,11
4,123゜133・・・・・・コイル、6.26,1
15,124゜134・・・・・・非接触センサ、20
・・・・・・モータ部、31・・・・・・進相回路、3
2・・・・・・正弦波型駆動回路、33・・・・・・電
子スイッチ回路、35・・・・・・微分器、36・・・
・・・l” V変換器、41.52・・・・・・回転子
磁極歯、51・・・・・・固定子磁極歯。
第3図
第4図
1λ
宕5図
[・ルグ
辷ンブでJ
第 6 図
第 7 図
第8図 ア
寞10図
第11図
第14図 θ
一一一一一へ、
14Z、 /43
14、: I F図
0方が昨トノしづ7
訂】6図
ひFIGS. 1(a) and (b) are perspective views and sectional views of essential parts of a brushless motor according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram of an electric circuit according to a first embodiment of the present invention. figure,
FIG. 3 is a diagram showing the torque distribution of each phase in the first embodiment, FIGS. 4(a) and (b) are diagrams showing the arrangement and output of the non-welding sensor, and FIGS. 5(a) to ( e) Sen IP placement? FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the electronic switch means of the first embodiment, FIG. 7 is a diagram showing the waveform of the advance position signal, and FIG. (a) to (d), FIG. 9 is a diagram showing the torque distribution of the first embodiment, and FIG. 10 (a) to
(c) is a diagram explaining the damping part, Figure 11, Figure 1.
2 and 13 are diagrams showing the main mechanical parts of a motor according to another embodiment of the present invention, FIG. 14 is a diagram showing the principle of a conventional stepping motor, and FIG. 15 is a diagram showing the torque distribution of the motor in FIG. 14. , FIG. 16 is a diagram showing the stability of the stepping motor,
FIG. 17 is a diagram showing a conventional servo motor control system. 1...Rotor, 2,113.121...
・Stator core, 3.112...Magnet, 5,11
4,123°133... Coil, 6.26,1
15,124°134...Non-contact sensor, 20
...Motor section, 31... Phase advance circuit, 3
2... Sine wave type drive circuit, 33... Electronic switch circuit, 35... Differentiator, 36...
...l'' V converter, 41.52... Rotor magnetic pole tooth, 51... Stator magnetic pole tooth. Fig. 3 Fig. 4 1λ Fig. 5 J Figure 6 Figure 7 Figure 8 A-10 Figure 11 Figure 14 θ To 11-11, 14Z, /43 14,: IF Figure 0 is the previous edition] Figure 6 fire
Claims (1)
と空隙を介して対向する固定子コアと複数個のコイルを
少なくとも備えた固定子と、前記回転子を回転自在に支
える軸受装置と、前記固定子にとりつけられ、前記回転
子の位置の変化を検出しこれを電気信号に変換し、互い
に位相の異なる略正弦波状の位置信号を出力する非接触
センサと、上記位置信号の変化を速度信号に変換する速
度検出手段と、外部からの歩進指令信号を受けつけ、歩
進指令信号数により上記多数の位置信号を順序よく選択
する電子スイッチ手段と、該選択された位置信号の変化
量を出力する微分手段と、上記速度信号と選択された位
置信号と位置信号の変化量と外部からの指令量との加算
値を進相量として、上記位置信号の位相を進ませる進相
手段と、上記進相された位置信号によって前記複数個の
コイルを付勢する正弦波型駆動回路を備えたブラシレス
モータ。 (2) 回転子は、円周上に一定のピッチできざまれた
磁極歯を備えた磁性体よりなり、固定子は上記回転子と
の対向面に磁極歯群を備えた固定子コアと該固定子コア
に装着された磁石と、上記固定子コアに巻かれた複数個
のコイルからなり、非接触センサは前記回転子の磁極歯
の凹凸を検出しこれを電気信号に変換する特許請求の範
囲第1項記載のブラシレスモータ。 (3) 回転子は磁石と該磁石を両側から積層する磁性
体と、該磁性体円周上にきざまれた磁極歯を備え、固定
子は上記回転子対向面に磁極歯群を備えた固定子コアと
、該固定子コアに巻かれた複数個のコイルからなり、非
接触センサは前記回転子の磁極歯の凹凸を検出しこれを
電気信号に変換する特許請求の範囲第1項記載のブラシ
レスモータ。(4) 回転子は、円周内面もしくは外面
に多極着磁された磁石よりなり、固定子は上記回転子円
周の対向面に極をもつ固定子と複数のコイルから構成さ
れ、非接触センサは前記回転子の磁極を検出し、これを
電気信号に変換する特許請求の範囲第1項記載のブラシ
レスモータ。 (5)回転子は円板上に多極着磁された磁石よりなり、
固定子は上記回転子円板の対向面に配置された複数のコ
イルと、継鉄から構成され、非接触センサは前記回転子
の磁極を検出しこれを電気信号に変換する特許請求の範
囲第1項記載のブラシレスモータ。[Scope of Claims] (1) A rotor made of a magnetic material or a magnet, a stator including at least a stator core and a plurality of coils facing the rotor through an air gap, and a stator that rotates the rotor. a bearing device that freely supports the rotor; a non-contact sensor that is attached to the stator and detects a change in the position of the rotor, converts it into an electrical signal, and outputs substantially sinusoidal position signals having mutually different phases; speed detection means for converting a change in the position signal into a speed signal; electronic switch means for receiving a step command signal from the outside and sequentially selecting the plurality of position signals according to the number of step command signals; Differentiating means outputs the amount of change in the position signal, and advances the phase of the position signal by using the sum of the speed signal, the selected position signal, the amount of change in the position signal, and the external command amount as a phase advance amount. and a sine wave drive circuit that energizes the plurality of coils using the phase-advanced position signal. (2) The rotor is made of a magnetic material having magnetic pole teeth cut at a constant pitch on the circumference, and the stator has a stator core having a group of magnetic pole teeth on the surface facing the rotor. The non-contact sensor is composed of a magnet attached to a stator core and a plurality of coils wound around the stator core, and the non-contact sensor detects irregularities of the magnetic pole teeth of the rotor and converts them into electrical signals. Brushless motor as described in Range 1. (3) The rotor is equipped with magnets, a magnetic body laminating the magnets from both sides, and magnetic pole teeth notched on the circumference of the magnetic body, and the stator is a stationary member with a group of magnetic pole teeth on the surface facing the rotor. The non-contact sensor is composed of a child core and a plurality of coils wound around the stator core, and the non-contact sensor detects the unevenness of the magnetic pole teeth of the rotor and converts it into an electrical signal. brushless motor. (4) The rotor consists of magnets with multi-pole magnetization on the inner or outer circumferential surface, and the stator consists of a stator with poles on the opposing surface of the rotor circumference and multiple coils, and is non-contact. 2. The brushless motor according to claim 1, wherein the sensor detects the magnetic pole of the rotor and converts it into an electric signal. (5) The rotor consists of multi-pole magnets on a disc,
The stator is composed of a plurality of coils arranged on opposing surfaces of the rotor disk and a yoke, and the non-contact sensor detects the magnetic poles of the rotor and converts them into electrical signals. The brushless motor described in item 1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61021413A JPH0667260B2 (en) | 1986-02-03 | 1986-02-03 | Brushless motor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61021413A JPH0667260B2 (en) | 1986-02-03 | 1986-02-03 | Brushless motor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62181689A true JPS62181689A (en) | 1987-08-10 |
JPH0667260B2 JPH0667260B2 (en) | 1994-08-24 |
Family
ID=12054333
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61021413A Expired - Fee Related JPH0667260B2 (en) | 1986-02-03 | 1986-02-03 | Brushless motor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0667260B2 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5386423A (en) * | 1976-10-26 | 1978-07-29 | Ncr Co | Motor control system |
JPS57101597A (en) * | 1980-12-16 | 1982-06-24 | S G:Kk | Closed loop control system for multipole motor |
-
1986
- 1986-02-03 JP JP61021413A patent/JPH0667260B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPS5386423A (en) * | 1976-10-26 | 1978-07-29 | Ncr Co | Motor control system |
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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JPH0667260B2 (en) | 1994-08-24 |
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