JPS6241599Y2 - - Google Patents
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- JPS6241599Y2 JPS6241599Y2 JP1981029622U JP2962281U JPS6241599Y2 JP S6241599 Y2 JPS6241599 Y2 JP S6241599Y2 JP 1981029622 U JP1981029622 U JP 1981029622U JP 2962281 U JP2962281 U JP 2962281U JP S6241599 Y2 JPS6241599 Y2 JP S6241599Y2
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- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Description
本考案は、ブラシレス電動機を最適状態で駆動
するためのブラシレス電動機駆動装置に関するも
のである。 ブラシレス電動機は、消耗するブラシがなく、
且つ保守を要する整流子がない等の特長を有し、
無保守、無点検で従来の直流電動機と同程度の制
御性能を有することで工作機械の制御用電動機等
として広く用いられている。 このブラシレス電動機１は、３相４極のブラシ
レス電動機で説明すれば、第１図に示すように固
定子２と回転子３とから成り、固定子２はスター
結線された固定子巻線２Ｕ，２Ｖ，２Ｗを備え、
回転子３は４極の磁極をもつた永久磁石４を備え
ている。永久磁石４は回転軸５に支持されて回転
するようになつている。 このようなブラシレス電動機１は、永久磁石４
の各磁極からの磁束が各固定子巻線２Ｕ，２Ｖ，
２Ｗにそれぞれ最大に鎖交する状態のとき、その
固定子巻線に電流を供給すれば、最大トルクが得
られ、最低のトルクリツプル特性が得られ、最適
な駆動状態を得ることができる。 このような良好な状態でブラシレス電動機を駆
動するため駆動装置が設けられている。従来の駆
動装置は、位置検出機６と、電力変換器７と、電
力増幅器８から成つている。位置検出機６は、回
転子３の永久磁石４の各磁極とその極数及び周方
向の位置を一致させた各磁極を位置表示部として
有して回転軸５に固着された永久磁石よりなる位
置表示体９と、固定子２の各相の固定子巻線２
Ｕ，２Ｖ，２Ｗと数が同じで且つ相対的位置を一
致させて位置表示体９に対向する固定側に固設さ
れたホール素子等の半導体よりなる位置検出素子
PS１１，PS１２，PS１３とからなつている。 このようなブラシレス電動機駆動装置は、位置
検出機６によつて固定子巻線２Ｕ，２Ｖ，２Ｗに
永久磁石４の各磁極が対向する位置を検出し、こ
の位置信号に応じて変換増幅器７と電力増幅器８
を介して固定子巻線２Ｕ，２Ｖ，２Ｗのいずれか
２つの巻線に直流電流を供給することによりブラ
シレス電動機１を駆動するようになつている。 しかしながらこのような駆動装置の場合には、
固定子巻線２Ｕ，２Ｖ，２Ｗに鎖交する空隙磁束
分布が固定子巻線２Ｕ，２Ｖ，２Ｗに流れる電流
の電機子反作用によつて歪み、この磁束分布の歪
みによつて鎖交磁束と固定子巻線電流とに電気角
の位相ずれをまねき、この位相ずれが回転速度に
比例して大きくなるので、最適な駆動状態を維持
できない欠点がある。このため、従来は回転速度
が上昇するにつれて起動時のトルクよりも駆動ト
ルクが低下し、ブラシレス電動機の制御性能即ち
速い応答特性が得られない欠点があつた。 本考案の目的は、高速運転時における電機子反
作用による磁速分布の歪みにもとづく駆動トルク
の低下を防止できるブラシレス電動機駆動装置を
提供するにある。 本考案は、固定子巻線電流の電機子反作用によ
り固定子と回転子間の空隙磁束分布の最大値が回
転子の磁極に対しその回転方向にずれることに着
目し、空隙磁束分布の最大値が固定子巻線に鎖交
しているときの磁極の位置を検出して、そのとき
に当該固定子巻線に電流を供給してブラシレス電
動機を最適状態で駆動しようとするものである。 以下本考案の具体例を図面を参照して詳細に説
明する。第２図は本考案に係るブラシレス電動機
駆動装置の具体例を示したものである。本実施例
のブラシレス電動機駆動装置は、電機子反作用に
よる磁束分布の最大値のずれを考慮して磁束分布
の最大値が固定子巻線に対向しているときの磁極
の位置を、低速回転時と、反時計方向高速回転時
と、時計方向高速回転時との３つの場合に分けて
検出する位置検出機６と、ブラシレス電動機１の
回転速度をその速度に比例した電圧信号ＥTGとし
て検出する速度発電機TGと、速度発電機TGの出
力信号ＥTGに基いてブラシレス電動機１の回転速
度が低速回転状態にあるのか高速回転状態にある
のかを判別する速度判別器１１と、速度発電機
TGの出力信号ＥTGに基づいてブラシレス電動機
１が時計方向に回転しているのか反時計方向に回
転しているのかを判別する回転方向判別器１２
と、速度判別器１１と回転方向判別器１２からの
出力信号に基づいて位置検出機６の低速回転時、
反時計方向高速回転時、時計方向高速回転時の位
置検出信号を選択して出力する位置判別器１３
と、この位置判別器１３からの信号と、速度発電
機TGからの信号とによりブラシレス電動機１が
最適状態で駆動されるように固定子巻線電流を供
給する駆動回路１４とから成つている。 位置検出機６は、ブラシレス電動機１の回転軸
５に、その回転子３の永久磁石４とその極数及び
周方向の位置を一致させた各磁極を位置表示部と
して有して回転軸５に固着された永久磁石よりな
る位置表示体９と、ブラシレス電動機１の固定子
巻線２Ｕ，２Ｖ，２Ｗと数を同じにし且つ周方向
の位置を同じにして位置表示体９の外周の固定側
に固設された位置検出素子PS１１，PS１２，PS
１３からなる低速回転時位置検出素子群と、固
定子巻線２Ｕ，２Ｖ，２Ｗと同じ数で各位置検出
素子PS１１，PS１２，PS１３より時計方向に或
る角度だけ位置をそれぞれずらして永久磁石９の
外周の固定側に固設された位置検出素子PS２
１，PS２２，PS２３からなる反時計方向高速回
転時位置検出素子群と、固定子巻線２Ｕ，２
Ｖ，２Ｗと同じ数で各位置検出素子PS１１，PS
１２，PS１３より反時計方向に或る角度だけ位
置をそれぞれずらして永久磁石９の外周の固定側
に固設された位置検出素子PS３１，PS３２，PS
３３からなる時計方向高速回転時位置検出素子群
とから成つている。位置検出素子PS１１，PS
１２，PS１３に対して位置検出素子PS２１，PS
２２，PS２３及び位置検出素子PS３１，PS３
２，PS３３を時計方向又は反時計方向にずらす
角度は、電機子反作用による磁束分布の最大値の
磁極に対するずれの角度が回転速度に応じて異な
るので、使用回転速度に応じて適宜定めるものと
する。速度発電機TGはその回転子がブラシレス
電動機１の回転軸に連結されている。 次に、このような駆動装置の動作を説明する。
まず、ブラシレス電動機１が反時計方向又は時計
方向に低速回転（例えば０〜500rpm）している
ときには、速度発電機TGの出力信号ＥTGは所定
の値よりも小さい電圧値なので、速度判別器１１
の出力信号E1はローレベルとなり、この信号E1
が位置判別器１３に印加される。位置判別器１３
は、速度判別器１１からの信号E1がローレベル
のときは、回転方向判別器１２の出力信号E2，
E3がハイレベルであつてもローレベルであつて
も関係なく出力信号E4としては位置検出機６の
低速回転時位置検出素子群の信号を出力し、駆
動回路１４に入力する。駆動回路１４は、E4を
受信して変換増幅し、固定子巻線２Ｕ，２Ｖ，２
Ｗへ鎖交磁束が最大のときに電流を供給してブラ
シレス電動機１を最適状態で駆動する。 次に、ブラシレス電動機１が反時計方向に高速
回転（例えば、500rpm〜2500rpm）していると
きには、速度発電機TGの出力信号ＥTGが所定の
値よりも高いので、速度判別器１１の出力信号
E1がハイレベルとなり、また回転方向が反時計
方向なので、信号ＥTGが正極性となり、回転方向
判別器１２の出力信号E2がハイレベルとなり、
出力信号E3がローレベルとなり、これらの信号
E1，E2，E3が位置判別器１３に入力される。位
置判別器１３はハイレベル信号E1とE2が入力さ
れたときには位置検出機６の反時計方向高速回転
時位置検出素子群の信号を出力信号E4として
駆動回路１４に入力する。駆動回路１４は、E4
を受信して変換増幅し、固定子巻線２Ｕ，２Ｖ，
２Ｗへ、低速回転時の電流供給状態を基準にして
電気的位相が位相角β１だけ進んだ電流を供給し
てブラシレス電動機１を最適な状態で駆動する。 一方、ブラシレス電動機１が時計方向に高速回
転（例えば、500rpm〜2500rpm）しているとき
には、速度発電機TGの出力電圧ＥTGが所定の値
よりも高いので、速度判別器１１の出力E1がハ
イレベルとなり、また回転方向が時計方向なの
で、信号ＥTGが負極性となり、回転方向判別器１
２の出力信号E2がローレベルとなり、出力信号
E3がハイレベルとなり、これらの信号E1，E2，
E3が位置判別器１３に入力される。位置判別器
１３はハイレベル信号E1とE3が入力されたとき
には位置検出機６の時計方向回転時位置検出素子
群の信号を出力信号E4として駆動回路１４に
入力する。駆動回路１４は、E4を受信して変換
増幅し、固定子巻線２Ｕ，２Ｖ，２Ｗへ、低速回
転時の電流供給状態を基準にして電気的位相が位
相角β２だけ進んだ電流を供給してブラシレス電
動機１を最適な状態で駆動する。 第３図は速度判別器１１の具体例を示したもの
である。この速度判別器１１は、抵抗器Ｒ１〜Ｒ
１３と、ダイオードＤ１〜Ｄ４と、電圧比較器
COMP−１，COMP−２と、反転増幅器AMPと
が図示の如く接続されて構成されている。このよ
うな速度判別器１１においては、速度発電機TG
から回転速度に比例した速度電圧ＥTGが入力され
ると、その電圧ＥTGが正極性電圧＋ＥTGのときに
は、基準電圧＋ＥDCを抵抗器Ｒ６，Ｒ７で分圧し
た電圧と電圧比較器COMP−１で比較されて、電
圧比較器COMP−１の出力電圧はプラス電圧から
マイナス電圧に変化し、反転増幅器AMPの出力
電圧がローレベル（0V）からハイレベルに変化
する。このときの入力電圧＋ＥTGと出力電圧E1
との関係を第４図の右側部分に示す。図におい
て、入力電圧＋ＥTGが所定値＋ＥTG1以上になる
と出力電圧E1はローレベルからハイレベルに変
化している。 次に、速度発電機TGから与えられる速度電圧
ＥTGが負極性電圧−ＥTGのときには基準電圧−Ｅ
DCを抵抗器Ｒ８，Ｒ９で分圧した電圧と電圧比較
器COMP−２で比較されて、電圧比較器COMP−
２の出力電圧はプラス電圧からマイナス電圧に変
化し、反転増幅器AMPの出力電圧がローレベル
（0V）からハイレベルに変化する。このときの入
力電圧−ＥTGと出力電圧E1との関係を第４図の
左側部分に示す。図において、入力電圧−ＥTGが
所定値−ＥTG1以上になると、出力電圧E1はロー
レベルからハイレベルになるように出力される。 第５図は回転方向判別器１２の具体例を示した
ものである。この回転方向判別器１２は、抵抗器
Ｒ１４〜Ｒ１７と、ダイオードＤ５，Ｄ６と、反
転増幅器AMP１，AMP３と、非反転増幅器AMP
２とが図示のように接続されて構成されている。
このような回転方向判別器１２は、速度発電機
TGから回転速度に比例した速度電圧ＥTGが入力
されると、反転増幅器AMP１で増幅され、その
出力電圧が非反転増幅器AMP２、反転増幅器
AMP３で増幅されて出力電圧E2，E3となる。こ
の場合の入力電圧ＥTGと出力電圧E2，E3との関
係を第６図Ａ，Ｂに示す。第６図Ａ，Ｂの右側部
分に示すように入力電圧ＥTGが正極性電圧＋ＥTG
のときには出力電圧E2はハイレベルとなり、出
力電圧E3はローレベルとなる。また、第６図
Ａ，Ｂの左側部分に示すように入力電圧ＥTGが負
極性電圧−ＥTGのときには出力電圧E2はローレ
ベルとなり、出力電圧E3はハイレベルとなる。 第７図は位置判別器１３の具体例を示したもの
である。この位置判別器１３は、アンド回路
AND１，AND２，AND３と、インバータ回路
INV１，INV２と、アナログスイツチASW１〜
ASW３が図示のように接続されて構成されてい
る。 このような位置判別器１３は、ブラシレス電動
機１が低速回転して入力信号E1がローレベルに
あるときには、入力信号E2，E3が入力されてい
ても、アンド回路AND１，AND２の出力はロー
レベルになるので、アンド回路AND３の出力は
ハイレベルになつてアナログスイツチASW１が
オンとなり、低速回転時位置検出素子群の出力
がアナログスイツチASW１を経て出力E4として
出力される。このとき、アナログスイツチASW
２，ASW３はいずれもオフとなつている。 次に、ブラシレス電動機１が反時計方向に高速
回転して入力信号E1がハイレベルにあり、また
入力信号E2がハイレベルにあり、入力信号E3が
ローレベルにあるときには、入力信号E1，E2の
入力でアンド回路AND１がハイレベルになり、
アナログスイツチASW２がオンとなり、反時計
方向高速回転時位置検出素子群の出力がアナロ
グスイツチASW２を経て出力E4として出力され
る。このとき、アンド回路AND２の出力はロー
レベルとなり、アナログスイツチASW１，ASW
３はいずれもオフとなつている。 一方、ブラシレス電動機１が時計方向に高速回
転して入力信号E1がハイレベルにあり、また入
力信号E2がローレベルにあり、入力信号E3がハ
イレベルにあるときには、入力信号E1，E3の入
力でアンド回路AND２がハイレベルになり、ア
ナログスイツチASW３がオンとなり、時計方向
高速回転時位置検出素子群の出力がアナログス
イツチASW３を経て出力E4として出力される。
このとき、アンド回路AND１の出力はローレベ
ルとなり、アナログスイツチASW１，ASW２は
いずれもオフとなつている。 これら出力電圧E4の印加による駆動回路１４
の出力電流ＩU，U、ＩV，V、ＩW，Wの通電
状態を第８図Ａ，Ｂ、第９図Ａ，Ｂで説明する。
第８図Ａはブラシレス電動機１が低速度（例えば
０〜500rpm）で反時計方向に回転しているとき
の固定子巻線２Ｕ，２Ｖ，２Ｗへの通電状態を示
し、第８図Ｂはブラシレス電動機１が高速度（例
えば500〜2500rpm）で反時計方向に回転してい
るときの固定子巻線２Ｕ，２Ｖ，２Ｗへの通電状
態を示している。この場合、前者の通電状態より
後者の通電状態の方がβ１だけ電気的位相が進ん
だ状態になるので、高速で高負荷トルク条件でも
最大トルクを発生することができる。次に、第９
図Ａはブラシレス電動機１が低速度で時計方向に
回転しているときの固定子巻線２Ｕ，２Ｖ，２Ｗ
への通電状態を示し、第９図Ｂはブラシレス電動
機１が高速度で時計方向に回転している時の固定
子巻線２Ｕ，２Ｖ，２Ｗへの通電状態を示してい
る。この場合、前者の通電状態より後者の通電状
態の方がβ２だけ電気的位相が進んだ状態になつ
ているので、高速で高負荷トルク条件でも最大ト
ルクを発生することができる。 このような電気的位相β１，β２（β１＝β
２）は、実際のブラシレス電動機（2kW、３相
４極）について測定したところ、下表のようにな
つた。
するためのブラシレス電動機駆動装置に関するも
のである。 ブラシレス電動機は、消耗するブラシがなく、
且つ保守を要する整流子がない等の特長を有し、
無保守、無点検で従来の直流電動機と同程度の制
御性能を有することで工作機械の制御用電動機等
として広く用いられている。 このブラシレス電動機１は、３相４極のブラシ
レス電動機で説明すれば、第１図に示すように固
定子２と回転子３とから成り、固定子２はスター
結線された固定子巻線２Ｕ，２Ｖ，２Ｗを備え、
回転子３は４極の磁極をもつた永久磁石４を備え
ている。永久磁石４は回転軸５に支持されて回転
するようになつている。 このようなブラシレス電動機１は、永久磁石４
の各磁極からの磁束が各固定子巻線２Ｕ，２Ｖ，
２Ｗにそれぞれ最大に鎖交する状態のとき、その
固定子巻線に電流を供給すれば、最大トルクが得
られ、最低のトルクリツプル特性が得られ、最適
な駆動状態を得ることができる。 このような良好な状態でブラシレス電動機を駆
動するため駆動装置が設けられている。従来の駆
動装置は、位置検出機６と、電力変換器７と、電
力増幅器８から成つている。位置検出機６は、回
転子３の永久磁石４の各磁極とその極数及び周方
向の位置を一致させた各磁極を位置表示部として
有して回転軸５に固着された永久磁石よりなる位
置表示体９と、固定子２の各相の固定子巻線２
Ｕ，２Ｖ，２Ｗと数が同じで且つ相対的位置を一
致させて位置表示体９に対向する固定側に固設さ
れたホール素子等の半導体よりなる位置検出素子
PS１１，PS１２，PS１３とからなつている。 このようなブラシレス電動機駆動装置は、位置
検出機６によつて固定子巻線２Ｕ，２Ｖ，２Ｗに
永久磁石４の各磁極が対向する位置を検出し、こ
の位置信号に応じて変換増幅器７と電力増幅器８
を介して固定子巻線２Ｕ，２Ｖ，２Ｗのいずれか
２つの巻線に直流電流を供給することによりブラ
シレス電動機１を駆動するようになつている。 しかしながらこのような駆動装置の場合には、
固定子巻線２Ｕ，２Ｖ，２Ｗに鎖交する空隙磁束
分布が固定子巻線２Ｕ，２Ｖ，２Ｗに流れる電流
の電機子反作用によつて歪み、この磁束分布の歪
みによつて鎖交磁束と固定子巻線電流とに電気角
の位相ずれをまねき、この位相ずれが回転速度に
比例して大きくなるので、最適な駆動状態を維持
できない欠点がある。このため、従来は回転速度
が上昇するにつれて起動時のトルクよりも駆動ト
ルクが低下し、ブラシレス電動機の制御性能即ち
速い応答特性が得られない欠点があつた。 本考案の目的は、高速運転時における電機子反
作用による磁速分布の歪みにもとづく駆動トルク
の低下を防止できるブラシレス電動機駆動装置を
提供するにある。 本考案は、固定子巻線電流の電機子反作用によ
り固定子と回転子間の空隙磁束分布の最大値が回
転子の磁極に対しその回転方向にずれることに着
目し、空隙磁束分布の最大値が固定子巻線に鎖交
しているときの磁極の位置を検出して、そのとき
に当該固定子巻線に電流を供給してブラシレス電
動機を最適状態で駆動しようとするものである。 以下本考案の具体例を図面を参照して詳細に説
明する。第２図は本考案に係るブラシレス電動機
駆動装置の具体例を示したものである。本実施例
のブラシレス電動機駆動装置は、電機子反作用に
よる磁束分布の最大値のずれを考慮して磁束分布
の最大値が固定子巻線に対向しているときの磁極
の位置を、低速回転時と、反時計方向高速回転時
と、時計方向高速回転時との３つの場合に分けて
検出する位置検出機６と、ブラシレス電動機１の
回転速度をその速度に比例した電圧信号ＥTGとし
て検出する速度発電機TGと、速度発電機TGの出
力信号ＥTGに基いてブラシレス電動機１の回転速
度が低速回転状態にあるのか高速回転状態にある
のかを判別する速度判別器１１と、速度発電機
TGの出力信号ＥTGに基づいてブラシレス電動機
１が時計方向に回転しているのか反時計方向に回
転しているのかを判別する回転方向判別器１２
と、速度判別器１１と回転方向判別器１２からの
出力信号に基づいて位置検出機６の低速回転時、
反時計方向高速回転時、時計方向高速回転時の位
置検出信号を選択して出力する位置判別器１３
と、この位置判別器１３からの信号と、速度発電
機TGからの信号とによりブラシレス電動機１が
最適状態で駆動されるように固定子巻線電流を供
給する駆動回路１４とから成つている。 位置検出機６は、ブラシレス電動機１の回転軸
５に、その回転子３の永久磁石４とその極数及び
周方向の位置を一致させた各磁極を位置表示部と
して有して回転軸５に固着された永久磁石よりな
る位置表示体９と、ブラシレス電動機１の固定子
巻線２Ｕ，２Ｖ，２Ｗと数を同じにし且つ周方向
の位置を同じにして位置表示体９の外周の固定側
に固設された位置検出素子PS１１，PS１２，PS
１３からなる低速回転時位置検出素子群と、固
定子巻線２Ｕ，２Ｖ，２Ｗと同じ数で各位置検出
素子PS１１，PS１２，PS１３より時計方向に或
る角度だけ位置をそれぞれずらして永久磁石９の
外周の固定側に固設された位置検出素子PS２
１，PS２２，PS２３からなる反時計方向高速回
転時位置検出素子群と、固定子巻線２Ｕ，２
Ｖ，２Ｗと同じ数で各位置検出素子PS１１，PS
１２，PS１３より反時計方向に或る角度だけ位
置をそれぞれずらして永久磁石９の外周の固定側
に固設された位置検出素子PS３１，PS３２，PS
３３からなる時計方向高速回転時位置検出素子群
とから成つている。位置検出素子PS１１，PS
１２，PS１３に対して位置検出素子PS２１，PS
２２，PS２３及び位置検出素子PS３１，PS３
２，PS３３を時計方向又は反時計方向にずらす
角度は、電機子反作用による磁束分布の最大値の
磁極に対するずれの角度が回転速度に応じて異な
るので、使用回転速度に応じて適宜定めるものと
する。速度発電機TGはその回転子がブラシレス
電動機１の回転軸に連結されている。 次に、このような駆動装置の動作を説明する。
まず、ブラシレス電動機１が反時計方向又は時計
方向に低速回転（例えば０〜500rpm）している
ときには、速度発電機TGの出力信号ＥTGは所定
の値よりも小さい電圧値なので、速度判別器１１
の出力信号E1はローレベルとなり、この信号E1
が位置判別器１３に印加される。位置判別器１３
は、速度判別器１１からの信号E1がローレベル
のときは、回転方向判別器１２の出力信号E2，
E3がハイレベルであつてもローレベルであつて
も関係なく出力信号E4としては位置検出機６の
低速回転時位置検出素子群の信号を出力し、駆
動回路１４に入力する。駆動回路１４は、E4を
受信して変換増幅し、固定子巻線２Ｕ，２Ｖ，２
Ｗへ鎖交磁束が最大のときに電流を供給してブラ
シレス電動機１を最適状態で駆動する。 次に、ブラシレス電動機１が反時計方向に高速
回転（例えば、500rpm〜2500rpm）していると
きには、速度発電機TGの出力信号ＥTGが所定の
値よりも高いので、速度判別器１１の出力信号
E1がハイレベルとなり、また回転方向が反時計
方向なので、信号ＥTGが正極性となり、回転方向
判別器１２の出力信号E2がハイレベルとなり、
出力信号E3がローレベルとなり、これらの信号
E1，E2，E3が位置判別器１３に入力される。位
置判別器１３はハイレベル信号E1とE2が入力さ
れたときには位置検出機６の反時計方向高速回転
時位置検出素子群の信号を出力信号E4として
駆動回路１４に入力する。駆動回路１４は、E4
を受信して変換増幅し、固定子巻線２Ｕ，２Ｖ，
２Ｗへ、低速回転時の電流供給状態を基準にして
電気的位相が位相角β１だけ進んだ電流を供給し
てブラシレス電動機１を最適な状態で駆動する。 一方、ブラシレス電動機１が時計方向に高速回
転（例えば、500rpm〜2500rpm）しているとき
には、速度発電機TGの出力電圧ＥTGが所定の値
よりも高いので、速度判別器１１の出力E1がハ
イレベルとなり、また回転方向が時計方向なの
で、信号ＥTGが負極性となり、回転方向判別器１
２の出力信号E2がローレベルとなり、出力信号
E3がハイレベルとなり、これらの信号E1，E2，
E3が位置判別器１３に入力される。位置判別器
１３はハイレベル信号E1とE3が入力されたとき
には位置検出機６の時計方向回転時位置検出素子
群の信号を出力信号E4として駆動回路１４に
入力する。駆動回路１４は、E4を受信して変換
増幅し、固定子巻線２Ｕ，２Ｖ，２Ｗへ、低速回
転時の電流供給状態を基準にして電気的位相が位
相角β２だけ進んだ電流を供給してブラシレス電
動機１を最適な状態で駆動する。 第３図は速度判別器１１の具体例を示したもの
である。この速度判別器１１は、抵抗器Ｒ１〜Ｒ
１３と、ダイオードＤ１〜Ｄ４と、電圧比較器
COMP−１，COMP−２と、反転増幅器AMPと
が図示の如く接続されて構成されている。このよ
うな速度判別器１１においては、速度発電機TG
から回転速度に比例した速度電圧ＥTGが入力され
ると、その電圧ＥTGが正極性電圧＋ＥTGのときに
は、基準電圧＋ＥDCを抵抗器Ｒ６，Ｒ７で分圧し
た電圧と電圧比較器COMP−１で比較されて、電
圧比較器COMP−１の出力電圧はプラス電圧から
マイナス電圧に変化し、反転増幅器AMPの出力
電圧がローレベル（0V）からハイレベルに変化
する。このときの入力電圧＋ＥTGと出力電圧E1
との関係を第４図の右側部分に示す。図におい
て、入力電圧＋ＥTGが所定値＋ＥTG1以上になる
と出力電圧E1はローレベルからハイレベルに変
化している。 次に、速度発電機TGから与えられる速度電圧
ＥTGが負極性電圧−ＥTGのときには基準電圧−Ｅ
DCを抵抗器Ｒ８，Ｒ９で分圧した電圧と電圧比較
器COMP−２で比較されて、電圧比較器COMP−
２の出力電圧はプラス電圧からマイナス電圧に変
化し、反転増幅器AMPの出力電圧がローレベル
（0V）からハイレベルに変化する。このときの入
力電圧−ＥTGと出力電圧E1との関係を第４図の
左側部分に示す。図において、入力電圧−ＥTGが
所定値−ＥTG1以上になると、出力電圧E1はロー
レベルからハイレベルになるように出力される。 第５図は回転方向判別器１２の具体例を示した
ものである。この回転方向判別器１２は、抵抗器
Ｒ１４〜Ｒ１７と、ダイオードＤ５，Ｄ６と、反
転増幅器AMP１，AMP３と、非反転増幅器AMP
２とが図示のように接続されて構成されている。
このような回転方向判別器１２は、速度発電機
TGから回転速度に比例した速度電圧ＥTGが入力
されると、反転増幅器AMP１で増幅され、その
出力電圧が非反転増幅器AMP２、反転増幅器
AMP３で増幅されて出力電圧E2，E3となる。こ
の場合の入力電圧ＥTGと出力電圧E2，E3との関
係を第６図Ａ，Ｂに示す。第６図Ａ，Ｂの右側部
分に示すように入力電圧ＥTGが正極性電圧＋ＥTG
のときには出力電圧E2はハイレベルとなり、出
力電圧E3はローレベルとなる。また、第６図
Ａ，Ｂの左側部分に示すように入力電圧ＥTGが負
極性電圧−ＥTGのときには出力電圧E2はローレ
ベルとなり、出力電圧E3はハイレベルとなる。 第７図は位置判別器１３の具体例を示したもの
である。この位置判別器１３は、アンド回路
AND１，AND２，AND３と、インバータ回路
INV１，INV２と、アナログスイツチASW１〜
ASW３が図示のように接続されて構成されてい
る。 このような位置判別器１３は、ブラシレス電動
機１が低速回転して入力信号E1がローレベルに
あるときには、入力信号E2，E3が入力されてい
ても、アンド回路AND１，AND２の出力はロー
レベルになるので、アンド回路AND３の出力は
ハイレベルになつてアナログスイツチASW１が
オンとなり、低速回転時位置検出素子群の出力
がアナログスイツチASW１を経て出力E4として
出力される。このとき、アナログスイツチASW
２，ASW３はいずれもオフとなつている。 次に、ブラシレス電動機１が反時計方向に高速
回転して入力信号E1がハイレベルにあり、また
入力信号E2がハイレベルにあり、入力信号E3が
ローレベルにあるときには、入力信号E1，E2の
入力でアンド回路AND１がハイレベルになり、
アナログスイツチASW２がオンとなり、反時計
方向高速回転時位置検出素子群の出力がアナロ
グスイツチASW２を経て出力E4として出力され
る。このとき、アンド回路AND２の出力はロー
レベルとなり、アナログスイツチASW１，ASW
３はいずれもオフとなつている。 一方、ブラシレス電動機１が時計方向に高速回
転して入力信号E1がハイレベルにあり、また入
力信号E2がローレベルにあり、入力信号E3がハ
イレベルにあるときには、入力信号E1，E3の入
力でアンド回路AND２がハイレベルになり、ア
ナログスイツチASW３がオンとなり、時計方向
高速回転時位置検出素子群の出力がアナログス
イツチASW３を経て出力E4として出力される。
このとき、アンド回路AND１の出力はローレベ
ルとなり、アナログスイツチASW１，ASW２は
いずれもオフとなつている。 これら出力電圧E4の印加による駆動回路１４
の出力電流ＩU，U、ＩV，V、ＩW，Wの通電
状態を第８図Ａ，Ｂ、第９図Ａ，Ｂで説明する。
第８図Ａはブラシレス電動機１が低速度（例えば
０〜500rpm）で反時計方向に回転しているとき
の固定子巻線２Ｕ，２Ｖ，２Ｗへの通電状態を示
し、第８図Ｂはブラシレス電動機１が高速度（例
えば500〜2500rpm）で反時計方向に回転してい
るときの固定子巻線２Ｕ，２Ｖ，２Ｗへの通電状
態を示している。この場合、前者の通電状態より
後者の通電状態の方がβ１だけ電気的位相が進ん
だ状態になるので、高速で高負荷トルク条件でも
最大トルクを発生することができる。次に、第９
図Ａはブラシレス電動機１が低速度で時計方向に
回転しているときの固定子巻線２Ｕ，２Ｖ，２Ｗ
への通電状態を示し、第９図Ｂはブラシレス電動
機１が高速度で時計方向に回転している時の固定
子巻線２Ｕ，２Ｖ，２Ｗへの通電状態を示してい
る。この場合、前者の通電状態より後者の通電状
態の方がβ２だけ電気的位相が進んだ状態になつ
ているので、高速で高負荷トルク条件でも最大ト
ルクを発生することができる。 このような電気的位相β１，β２（β１＝β
２）は、実際のブラシレス電動機（2kW、３相
４極）について測定したところ、下表のようにな
つた。
【表】
第１０図は本考案の駆動装置で駆動されるブラ
シレス電動機のトルク−速度特性図を示したもの
である。図において、は電気的位相角がβ１＝
β２＝０のときの特性を示し、は電気的位相角
がβ１＝β２＝35゜のときの特性を示したもので
ある。図において、斜線部分で示す分だけ特性
は特性よりも回転方向の如何に拘らず最大トル
クを大きくすることができるので、制御性能がよ
い速い応答性をもつことになる。 以上説明したように本考案に係るブラシレス電
動機駆動装置によれば、反時計方向高速回転時、
時計方向回転時のいずれにおいても電機子反作用
による磁束分布の歪みにもとづく駆動トルクの低
下を防止でき、従つて低速回転から高速回転にわ
たつて高トルクを維持して駆動することができ、
ブラシレス電動機の制御性能を大幅に改善でき、
速い応答特性を得ることができる。
シレス電動機のトルク−速度特性図を示したもの
である。図において、は電気的位相角がβ１＝
β２＝０のときの特性を示し、は電気的位相角
がβ１＝β２＝35゜のときの特性を示したもので
ある。図において、斜線部分で示す分だけ特性
は特性よりも回転方向の如何に拘らず最大トル
クを大きくすることができるので、制御性能がよ
い速い応答性をもつことになる。 以上説明したように本考案に係るブラシレス電
動機駆動装置によれば、反時計方向高速回転時、
時計方向回転時のいずれにおいても電機子反作用
による磁束分布の歪みにもとづく駆動トルクの低
下を防止でき、従つて低速回転から高速回転にわ
たつて高トルクを維持して駆動することができ、
ブラシレス電動機の制御性能を大幅に改善でき、
速い応答特性を得ることができる。
第１図は従来のブラシレス電動機駆動装置のブ
ロツク構成図、第２図は本考案に係るブラシレス
電動機駆動装置の一実施例のブロツク構成図、第
３図は本実施例で用いている速度判別器の具体例
の回路図、第４図はこの速度判別器の動作特性
図、第５図は本実施例で用いている回転方向判別
器の具体例を示す回路図、第６図Ａ，Ｂはこの回
転方向判別器の動作特性図、第７図は本実施例で
用いている位置判別器の具体例を示す回路図、第
８図Ａ，Ｂは反時計方向の低速回転時と高速回転
時との固定子巻線電流の通電状態を示す説明図、
第９図Ａ，Ｂは時計方向の低速回転時と高速回転
時との固定子巻線電流の通電状態を示す説明図、
第１０図は本考案の駆動装置により駆動されたブ
ラシレス電動機のトルク−速度特性図である。 １……ブラシレス電動機、２……固定子、２
Ｕ，２Ｖ，２Ｗ……固定子巻線、３……回転子、
４……永久磁石、５……回転軸、６……位置検出
機、９……位置表示体、PS１１，PS１２，PS１
３，PS２１，PS２２，PS２３，PS３１，PS３
２，PS３３……位置検出素子、……低速回転
時位置検出素子群、……反時計方向高速回転時
位置検出素子群、……時計方向高速回転時位置
検出素子群、１１……速度判別器、１２……回転
方向判別器、１３……位置判別器、１４……駆動
回路。
ロツク構成図、第２図は本考案に係るブラシレス
電動機駆動装置の一実施例のブロツク構成図、第
３図は本実施例で用いている速度判別器の具体例
の回路図、第４図はこの速度判別器の動作特性
図、第５図は本実施例で用いている回転方向判別
器の具体例を示す回路図、第６図Ａ，Ｂはこの回
転方向判別器の動作特性図、第７図は本実施例で
用いている位置判別器の具体例を示す回路図、第
８図Ａ，Ｂは反時計方向の低速回転時と高速回転
時との固定子巻線電流の通電状態を示す説明図、
第９図Ａ，Ｂは時計方向の低速回転時と高速回転
時との固定子巻線電流の通電状態を示す説明図、
第１０図は本考案の駆動装置により駆動されたブ
ラシレス電動機のトルク−速度特性図である。 １……ブラシレス電動機、２……固定子、２
Ｕ，２Ｖ，２Ｗ……固定子巻線、３……回転子、
４……永久磁石、５……回転軸、６……位置検出
機、９……位置表示体、PS１１，PS１２，PS１
３，PS２１，PS２２，PS２３，PS３１，PS３
２，PS３３……位置検出素子、……低速回転
時位置検出素子群、……反時計方向高速回転時
位置検出素子群、……時計方向高速回転時位置
検出素子群、１１……速度判別器、１２……回転
方向判別器、１３……位置判別器、１４……駆動
回路。
Claims (1)
- 複数の磁極をもつ永久磁石よりなる回転子と、
前記回転子に対して空隙を隔て且つ周方向に位置
を異にして固設された複数の固定子巻線を有する
固定子とで形成されたブラシレス電動機の駆動装
置において、前記回転子の各磁極と周方向の位置
を同じにした複数の位置表示部を有し前記回転子
と一緒になつて回転する位置表示体と、前記位置
表示体の各位置表示部が回転中に対向することに
より前記回転子の各磁極が前記各固定子巻線にそ
れぞれ対向する位置を検出する低速回転時位置検
出素子群と、前記位置表示体の各位置表示部が回
転中に対向することにより前記回転子が反時計方
向に高速回転している際に前記回転子の各磁極が
前記各固定子巻線にそれぞれ最大の磁束を与える
位置を検出するため前記低速回転時位置検出素子
群より時計方向に位置をずらして設置された反時
計方向高速回転時位置検出素子群と、前記位置表
示体の各位置表示部が回転中に対向することによ
り前記回転子が時計方向に高速回転している際に
前記回転子の各磁極が前記各固定子巻線にそれぞ
れ最大の磁束を与える位置を検出するため前記低
速回転時位置検出素子群より反時計方向に位置を
ずらして設置された時計方向高速回転時位置検出
素子群と、前記ブラシレス電動機の回転速度をそ
の速度に比例した電圧信号ＥTGとして出力する速
度発電機と、前記速度発電機の出力信号ＥTGを入
力として前記ブラシレス電動機が低速回転してい
るときにはローレベルの出力信号E1を出力し高
速回転しているときにはハイレベルの出力信号
E1を出力する速度判別器と、前記速度発電機の
出力信号ＥTGを入力として前記ブラシレス電動機
が反時計方向に回転しているときにはハイレベル
の出力信号E2とローレベルの出力信号E3を出力
し前記ブラシレス電動機が時計方向に回転してい
るときにはローレベルの出力信号E2とハイレベ
ルの出力信号E3を出力する回転方向判別器と、
前記出力信号E1，E2，E3を入力として前記ブラ
シレス電動機が低速で回転していて前記出力信号
E1がローレベルのときは前記出力信号E2，E3の
レベルに関係なく前記低速回転時位置検出素子群
の出力を出力E4として出力し前記ブラシレス電
動機が反時計方向に高速回転していて前記出力信
号E1がハイレベルで前記出力信号E2がハイレベ
ルで且つ前記出力信号E3がローレベルのときに
は前記反時計方向高速回転時位置検出素子群の出
力を出力E4として出力し前記ブラシレス電動機
が時計方向に高速回転していて前記出力信号がハ
イレベルで前記出力信号E2がローレベルで且つ
前記出力信号E3がハイレベルのときには前記時
計方向高速回転時位置検出素子群の出力を出力
E4として出力する位置判別器と、前記ブラシレ
ス電動機の低速回転、反時計方向高速回転、時計
方向高速回転に応じて前記位置判別器から与えら
れる出力信号E4を入力として変換増幅し前記ブ
ラシレス電動機が反時計方向高速回転時及び時計
方向高速回転時には低速回転時に比べて電気的位
相が進んだ電流を前記各固定子巻線に供給する駆
動回路とを具備したことを特徴とするブラシレス
電動機駆動装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1981029622U JPS6241599Y2 (ja) | 1981-03-05 | 1981-03-05 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1981029622U JPS6241599Y2 (ja) | 1981-03-05 | 1981-03-05 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57143898U JPS57143898U (ja) | 1982-09-09 |
| JPS6241599Y2 true JPS6241599Y2 (ja) | 1987-10-24 |
Family
ID=29827183
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1981029622U Expired JPS6241599Y2 (ja) | 1981-03-05 | 1981-03-05 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6241599Y2 (ja) |
-
1981
- 1981-03-05 JP JP1981029622U patent/JPS6241599Y2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57143898U (ja) | 1982-09-09 |
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