JPS6244093A - ブラシレスモ−タ - Google Patents
ブラシレスモ−タInfo
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- JPS6244093A JPS6244093A JP60183469A JP18346985A JPS6244093A JP S6244093 A JPS6244093 A JP S6244093A JP 60183469 A JP60183469 A JP 60183469A JP 18346985 A JP18346985 A JP 18346985A JP S6244093 A JPS6244093 A JP S6244093A
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- Japan
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- coil
- excitation coil
- permanent magnet
- excitation
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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
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/14—Electronic commutators
- H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
- H02P6/18—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Brushless Motors (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
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。
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、ブラシレスモータに関し、特に、サーボモー
タとして使用される際の大きさを抑制するものに関する
。
タとして使用される際の大きさを抑制するものに関する
。
サーボモータとして使用されるブラシレスモータには、
その速度あるいは停止位置を制御するため、出力軸上に
位置検出器としてエンコーダやレゾルバ、速度検出器と
してタコジェネレータが取り付けられている。
その速度あるいは停止位置を制御するため、出力軸上に
位置検出器としてエンコーダやレゾルバ、速度検出器と
してタコジェネレータが取り付けられている。
しかし、これらの検出器は、ブラシレスモータに対して
外づけされるものであるため、ブラシレスモータが大型
化してしまい、検出器を含めたサーボモータ全体の大き
さが、ブラシレスモータ自体の大きさの2倍近くになっ
てしまう場合もある。
外づけされるものであるため、ブラシレスモータが大型
化してしまい、検出器を含めたサーボモータ全体の大き
さが、ブラシレスモータ自体の大きさの2倍近くになっ
てしまう場合もある。
従って、本発明の目的は、サーボモータとして使用され
るブラシレスモータの大きさを抑制することにある。
るブラシレスモータの大きさを抑制することにある。
そこで本発明は、位置または速度検出器の機能をブラシ
レスモータ中に内蔵することを特徴とする。
レスモータ中に内蔵することを特徴とする。
具体的には、本発明のブラシレスモータは、永久磁石を
ロータに、励磁コイルをステータに、それぞれ配設した
ものであり、励磁コイルに対して検出コイルを重ね巻き
し、検出コイルに、ロータの回転に伴う永久磁石の磁束
の変化によって起電力を発生させる。
ロータに、励磁コイルをステータに、それぞれ配設した
ものであり、励磁コイルに対して検出コイルを重ね巻き
し、検出コイルに、ロータの回転に伴う永久磁石の磁束
の変化によって起電力を発生させる。
そして、検出コイルからの起電力を受けて、永久磁石が
励磁コイルと対向する位置にあることを検出してパルス
信号を発生する波形処理回路と、波形処理回路からのパ
ルス信号の発生周期または発生数によって、ロータの回
転位置または回転速度を検出する検出回路とを備える。
励磁コイルと対向する位置にあることを検出してパルス
信号を発生する波形処理回路と、波形処理回路からのパ
ルス信号の発生周期または発生数によって、ロータの回
転位置または回転速度を検出する検出回路とを備える。
ロータの回転に伴って、永久磁石が検出コイル上を通過
すると、永久磁石が検出コイルと対向する位置において
、波形処理回路からパルス信号が発生され、このパルス
信号の発生周期または発生数からロータの回転位置また
は回転速度が検出される。
すると、永久磁石が検出コイルと対向する位置において
、波形処理回路からパルス信号が発生され、このパルス
信号の発生周期または発生数からロータの回転位置また
は回転速度が検出される。
以下、本発明の実施例を図面によって説明する。
第2図〜第4図は、本発明の一実施例の機械的構成を示
し、第2図は部分断面正面図、第3図は第2図の11[
A−1[[A線断面、IIIB−1[[B線断面を同時
に示す断面図、第4図はステータのケースの底面図であ
る。
し、第2図は部分断面正面図、第3図は第2図の11[
A−1[[A線断面、IIIB−1[[B線断面を同時
に示す断面図、第4図はステータのケースの底面図であ
る。
各図中、10はロータ、20はステータであり、11は
永久磁石、21は励磁コイルである。永久磁石11は、
複数個、この場合、16個が回転軸12のまわりに円環
状に配設され、各永久磁石11は、その磁極方向が互い
に平行となるように並べられている。勿論、各永久磁石
11の磁極は、隣り合う永久磁石11同士で互いに逆向
きとなるようにされている。
永久磁石、21は励磁コイルである。永久磁石11は、
複数個、この場合、16個が回転軸12のまわりに円環
状に配設され、各永久磁石11は、その磁極方向が互い
に平行となるように並べられている。勿論、各永久磁石
11の磁極は、隣り合う永久磁石11同士で互いに逆向
きとなるようにされている。
このように並べられた永久磁石11を一組として複数組
、この場合、3組が回転軸12のまわりに固定されてロ
ータlOが構成されており、各々円環状に並べられた永
久磁石組は、固定金具14によって回転軸12上に固定
されている。このとき、回転軸12と各固定金具14と
は、スプライン嵌合13され、固定金具14と永久磁石
11との間は、接着剤によって固着されている。
、この場合、3組が回転軸12のまわりに固定されてロ
ータlOが構成されており、各々円環状に並べられた永
久磁石組は、固定金具14によって回転軸12上に固定
されている。このとき、回転軸12と各固定金具14と
は、スプライン嵌合13され、固定金具14と永久磁石
11との間は、接着剤によって固着されている。
円環状に並べられた永久磁石11の側方には、やはり複
数個、この場合、12個の励磁コイル21が円環状に並
べられており、各励磁コイル21は、各永久磁石11の
磁束と鎖交するように配設されている。このように永久
磁石11の側方に配役された励磁コイル組は、永久磁石
11の一方側にのみ配設すれば良いが、両側に配設され
ていても良く、この実施例の場合は、第2図から明らか
なように、3組の円環状の永久磁石組のうち、真中のも
のには、その両側に励磁コイル組が配設されている。
数個、この場合、12個の励磁コイル21が円環状に並
べられており、各励磁コイル21は、各永久磁石11の
磁束と鎖交するように配設されている。このように永久
磁石11の側方に配役された励磁コイル組は、永久磁石
11の一方側にのみ配設すれば良いが、両側に配設され
ていても良く、この実施例の場合は、第2図から明らか
なように、3組の円環状の永久磁石組のうち、真中のも
のには、その両側に励磁コイル組が配設されている。
各励磁コイル21には、その中心にそれぞれ鉄心22が
設けられており、第2図から明らかなように、各鉄心2
2は、円環状に並べられた永久磁石11の外周側を通っ
て永久磁石11の反対側まで延設されている。ただし、
この実施例の場合、4組の励磁コイル組の各励磁コイル
21は、回転軸12の方向に一列に並んでおり、それら
の鉄心22は互いに一体化されている。その鉄心22は
、積層鉄板によって構成されており、ステータ20のケ
ース24の底面に第4図の如く形成された溝23にその
一端側が嵌め込まれ、他端側がスペーサ29を介してカ
バー25によって圧接されている。また、各鉄心22間
には、第3図から明らかなように、スペーサ26が介挿
されており、スペーサ26のうち幾つかは、ピン27に
よってケース24に固定されている。つまり、回転軸1
2の回転方向に対してまわり止めが施されている。なお
、第2図中、15はベアリングであり、ケース24に対
して回転軸12を回転自在に支持している。また、I6
はシールであり、モータ内に水、はこり等が侵入しない
ようにしている。
設けられており、第2図から明らかなように、各鉄心2
2は、円環状に並べられた永久磁石11の外周側を通っ
て永久磁石11の反対側まで延設されている。ただし、
この実施例の場合、4組の励磁コイル組の各励磁コイル
21は、回転軸12の方向に一列に並んでおり、それら
の鉄心22は互いに一体化されている。その鉄心22は
、積層鉄板によって構成されており、ステータ20のケ
ース24の底面に第4図の如く形成された溝23にその
一端側が嵌め込まれ、他端側がスペーサ29を介してカ
バー25によって圧接されている。また、各鉄心22間
には、第3図から明らかなように、スペーサ26が介挿
されており、スペーサ26のうち幾つかは、ピン27に
よってケース24に固定されている。つまり、回転軸1
2の回転方向に対してまわり止めが施されている。なお
、第2図中、15はベアリングであり、ケース24に対
して回転軸12を回転自在に支持している。また、I6
はシールであり、モータ内に水、はこり等が侵入しない
ようにしている。
円環状に並べられた励磁コイル21は、隣り合う三つが
一セットとされ、全周で4セツトとされており、各セッ
ト間で対応する位置にある励磁コイル21は、全て直列
接続され、さらに、一体化された鉄心22に巻かれてい
る励磁コイル21も、全て直列接続されている。従って
、励磁コイル21は、4×4で16個づつが直列接続さ
れていることになる。
一セットとされ、全周で4セツトとされており、各セッ
ト間で対応する位置にある励磁コイル21は、全て直列
接続され、さらに、一体化された鉄心22に巻かれてい
る励磁コイル21も、全て直列接続されている。従って
、励磁コイル21は、4×4で16個づつが直列接続さ
れていることになる。
このように、励磁コイル21が一セットで3個であるの
に対して、永久磁石11は、対応する範囲内に4個設け
られている。すなわち、−セット内で永久磁石11の個
数が励磁コイル21の個数より1個多くされている。
に対して、永久磁石11は、対応する範囲内に4個設け
られている。すなわち、−セット内で永久磁石11の個
数が励磁コイル21の個数より1個多くされている。
第6図〜第8図は、一つの鉄心22およびそこに巻かれ
た励磁コイル21を拡大して示している。
た励磁コイル21を拡大して示している。
また、第5図は、励磁コイル21が通電されたとき鉄心
22の磁化の様子を示している。このように鉄心22に
よって形成される磁路の中に永久磁石11が挟まれた形
となっているため、第5図の位置に永久磁石11がある
とき、励磁コイル21によって発生される磁力線は、第
5図の一点鎖線の如く通り、励磁コイル21と永久磁石
11との間に矢印Fで示すように、リラクタンストルク
を発生する。
22の磁化の様子を示している。このように鉄心22に
よって形成される磁路の中に永久磁石11が挟まれた形
となっているため、第5図の位置に永久磁石11がある
とき、励磁コイル21によって発生される磁力線は、第
5図の一点鎖線の如く通り、励磁コイル21と永久磁石
11との間に矢印Fで示すように、リラクタンストルク
を発生する。
第9図は、−セットを成すA−Cの三つの励磁コイル2
1とロータ10の永久磁石11との位置関係を平面上で
示すとともに、ロータ10の回転に伴って励磁コイル2
1の通電方向、つまり、極性が切り換えられる様子を時
間の経過と共に示している。
1とロータ10の永久磁石11との位置関係を平面上で
示すとともに、ロータ10の回転に伴って励磁コイル2
1の通電方向、つまり、極性が切り換えられる様子を時
間の経過と共に示している。
まず、(イ)で示すtoのタイミングでは、励磁コイル
21のA−Cは、(ロ)で示すように、永久磁石11側
の磁極が順次N、N、Sとなっており、これに対して、
ロータ10の永久磁石11が図のように位置しているた
め、ロータ10には、矢印で示すように、図の下方向に
トルクが発生する0次にtlのタイミングでは、Bの励
磁コイル21の通電方向が切り換えられて極性が切り換
えられ、永久磁石11側が順次N、S、Sとされる。
21のA−Cは、(ロ)で示すように、永久磁石11側
の磁極が順次N、N、Sとなっており、これに対して、
ロータ10の永久磁石11が図のように位置しているた
め、ロータ10には、矢印で示すように、図の下方向に
トルクが発生する0次にtlのタイミングでは、Bの励
磁コイル21の通電方向が切り換えられて極性が切り換
えられ、永久磁石11側が順次N、S、Sとされる。
すなわち、励磁コイル21と永久磁石11とが一対一で
対向する位置となったときに、励磁コイル21の極性が
切り換えられる。このように、励磁コイル21と永久磁
石11とが対向しているときには、その励磁コイル21
と永久磁石11との間には、トルクが発生しないが、上
述のように励磁コイル21の個数に対して永久磁石11
の個数が多くされているため、−組の励磁コイル21と
永久磁石11とが対向していても、他の励磁コイル21
と永久磁石11とは対向せず、トルクを発生している。
対向する位置となったときに、励磁コイル21の極性が
切り換えられる。このように、励磁コイル21と永久磁
石11とが対向しているときには、その励磁コイル21
と永久磁石11との間には、トルクが発生しないが、上
述のように励磁コイル21の個数に対して永久磁石11
の個数が多くされているため、−組の励磁コイル21と
永久磁石11とが対向していても、他の励磁コイル21
と永久磁石11とは対向せず、トルクを発生している。
第9図において(ハ)は、励磁コイル21の通電方向を
示しており、t、のタイミングでBの励磁コイル21の
通電方向が切り換えられる。以後同様にC3、t、、L
’L、j9、jllのタイミングで励磁コイル21と永
久磁石11とが一対一で対向したとき、励磁コイル2I
の極性が切り換えられる。そして、tl、のタイミング
で再びBの励磁コイル21の極性が切り換えられ、−サ
イクルの動作を完了し、以後、この動作が繰り返されて
、ロータlOは回転される。
示しており、t、のタイミングでBの励磁コイル21の
通電方向が切り換えられる。以後同様にC3、t、、L
’L、j9、jllのタイミングで励磁コイル21と永
久磁石11とが一対一で対向したとき、励磁コイル2I
の極性が切り換えられる。そして、tl、のタイミング
で再びBの励磁コイル21の極性が切り換えられ、−サ
イクルの動作を完了し、以後、この動作が繰り返されて
、ロータlOは回転される。
このように励磁コイル21は、一つの永久磁石11と一
対一で対向したとき極性の切換が行われるが、このため
、励磁コイル21が一つの永久磁石11と一対一で対向
した状態を検出するべく、第7図および第8図に良く示
されているように、励磁コイル21には、検出コイル2
8が重ね巻きされている。ただし、励磁コイル21と永
久磁石11との位置関係は各セット間では、全て同一で
あるため、検出コイル28は、一つのセットの励磁コイ
ル21にのみ設けられている。また、一つの鉄心22に
巻かれた励磁コイル21が複数個あっても、同様の理由
で一つの励磁コイル21にのみ検出コイル28を設けれ
ば良いが、第7図の場合では、一つの鉄心22に巻かれ
た励磁コイル21の全てに検出コイル28を設け、これ
ら検出コイル28は全て直列接続されている。
対一で対向したとき極性の切換が行われるが、このため
、励磁コイル21が一つの永久磁石11と一対一で対向
した状態を検出するべく、第7図および第8図に良く示
されているように、励磁コイル21には、検出コイル2
8が重ね巻きされている。ただし、励磁コイル21と永
久磁石11との位置関係は各セット間では、全て同一で
あるため、検出コイル28は、一つのセットの励磁コイ
ル21にのみ設けられている。また、一つの鉄心22に
巻かれた励磁コイル21が複数個あっても、同様の理由
で一つの励磁コイル21にのみ検出コイル28を設けれ
ば良いが、第7図の場合では、一つの鉄心22に巻かれ
た励磁コイル21の全てに検出コイル28を設け、これ
ら検出コイル28は全て直列接続されている。
検出コイル28は、永久磁石11の磁界の影響を受けて
、起電力を発生し、その信号波形は、第9図(ニ)に示
す如(となる、すなわち、励磁コイル21と永久磁石1
1とが一対一で対向する位置で起電力の方向が切り換わ
る交流信号を発生する。検出コイル28からの信号は、
波形整形されて矩形波とされ、さらに、微分回路によっ
て信号の変化分のみが取り出される。この微分信号は、
第9図(ホ)に示されており、この微分信号をトリガと
して励磁コイル21の極性切換が行われる。
、起電力を発生し、その信号波形は、第9図(ニ)に示
す如(となる、すなわち、励磁コイル21と永久磁石1
1とが一対一で対向する位置で起電力の方向が切り換わ
る交流信号を発生する。検出コイル28からの信号は、
波形整形されて矩形波とされ、さらに、微分回路によっ
て信号の変化分のみが取り出される。この微分信号は、
第9図(ホ)に示されており、この微分信号をトリガと
して励磁コイル21の極性切換が行われる。
以上は、−セント中の励磁コイル21の数が3個の場合
について説明したが、励磁コイル21の数は2以上の任
意の数とすることができ、第10図〜第12図は、励磁
コイル21の数を2〜4個とした場合について互いに比
較して示しである。
について説明したが、励磁コイル21の数は2以上の任
意の数とすることができ、第10図〜第12図は、励磁
コイル21の数を2〜4個とした場合について互いに比
較して示しである。
この第10図〜第12図から明らかなように、−セット
中の励磁コイル21の数Nに対して永久磁石11の数を
N+1とすることによってロータ10の回転中、ロータ
の回転角にかかわらず、常時励磁コイル21と永久磁石
11との間にトルクを発生させることができる。また、
励磁コイル21の極性を切り換えるための通電方向の切
換は、<1/2N)X (2/N+1)X (2yc/
m)〔ただし、Nは励磁コイル21の極数、mはセット
数〕毎に行われる。
中の励磁コイル21の数Nに対して永久磁石11の数を
N+1とすることによってロータ10の回転中、ロータ
の回転角にかかわらず、常時励磁コイル21と永久磁石
11との間にトルクを発生させることができる。また、
励磁コイル21の極性を切り換えるための通電方向の切
換は、<1/2N)X (2/N+1)X (2yc/
m)〔ただし、Nは励磁コイル21の極数、mはセット
数〕毎に行われる。
第1図は、励磁コイル21の通電を制御する回路を示し
ており、各検出コイル28からの起電力は、波形処理回
路56において波形整形されて微分され、微分信号がプ
リドライブ回路30およびマイクロコンピュータ51に
送り込まれる。プリドライブ回路30は、その微分信号
を受けてドライブ回路40を作動させる信号を形成し、
ドライブ回路40は、各励磁コイル21の通電を制御す
る。また、マイクロコンピュータ51は、波形処理回路
56からの微分信号によってロータ10の回転速度およ
び回転位置を検出する。一方、マイクロコンピュータ5
1は、速度指令52、位置指令53、トルク指令54も
受けており、微分信号によって検出される速度が速度指
令52による速度と一致するように、また、位置指令5
3によって決められた位置でロータlOの回転が停止す
るように、プリドライブ回路30に信号を送り込んでい
る。
ており、各検出コイル28からの起電力は、波形処理回
路56において波形整形されて微分され、微分信号がプ
リドライブ回路30およびマイクロコンピュータ51に
送り込まれる。プリドライブ回路30は、その微分信号
を受けてドライブ回路40を作動させる信号を形成し、
ドライブ回路40は、各励磁コイル21の通電を制御す
る。また、マイクロコンピュータ51は、波形処理回路
56からの微分信号によってロータ10の回転速度およ
び回転位置を検出する。一方、マイクロコンピュータ5
1は、速度指令52、位置指令53、トルク指令54も
受けており、微分信号によって検出される速度が速度指
令52による速度と一致するように、また、位置指令5
3によって決められた位置でロータlOの回転が停止す
るように、プリドライブ回路30に信号を送り込んでい
る。
第13図は、プリドライブ回路30の詳細を示しており
、この図から明らかなように、プリドライブ回路30は
、波形処理回路56からの微分信号を受けてその度に反
転動作するT型フリップフロップ31〜33と、そのフ
リップフロップ31〜33の出力によってマイクロコン
ピュータ51からの信号を選択してドライブ回路40へ
送る六つのアンドゲート34〜39とから成る。例えば
、フリップフロップ31のT端子に波形処理回路56か
ら微分信号を受けると、フリップフロップ31は反転動
作され、開かれるアンドゲートを34から35または3
5から34に切り換える。
、この図から明らかなように、プリドライブ回路30は
、波形処理回路56からの微分信号を受けてその度に反
転動作するT型フリップフロップ31〜33と、そのフ
リップフロップ31〜33の出力によってマイクロコン
ピュータ51からの信号を選択してドライブ回路40へ
送る六つのアンドゲート34〜39とから成る。例えば
、フリップフロップ31のT端子に波形処理回路56か
ら微分信号を受けると、フリップフロップ31は反転動
作され、開かれるアンドゲートを34から35または3
5から34に切り換える。
第14図には、ドライブ回路40の詳細が示されており
、このドライブ回路40は、複数個のトランジスタの導
通、非導通の組合せによって3回路とされた励磁コイル
21の通電を制御するようにされている。すなわち、ア
ンドゲート34が開かれてアンドゲート35が閉じられ
ているときには、マイクロコンピュータ51からのデユ
ーティ比信号がドライブ回路40のトランジスタ41.
42のベースに印加され、デユーティ比信号のデユーテ
ィ比でトランジスタ41.42が導通されて、Aの励磁
コイル21を通電し、また、アンドゲート34が閉じら
れ、アンドゲート35が開かれているときには、マイク
ロコンピュータ51からのデユーティ比信号がトランジ
スタ43.44のベースに印加され、トランジスタ43
.44がデユーティ比信号のデユーティ比で導通され、
Aの励磁コイル21をそれまでとは逆方向に通電する。
、このドライブ回路40は、複数個のトランジスタの導
通、非導通の組合せによって3回路とされた励磁コイル
21の通電を制御するようにされている。すなわち、ア
ンドゲート34が開かれてアンドゲート35が閉じられ
ているときには、マイクロコンピュータ51からのデユ
ーティ比信号がドライブ回路40のトランジスタ41.
42のベースに印加され、デユーティ比信号のデユーテ
ィ比でトランジスタ41.42が導通されて、Aの励磁
コイル21を通電し、また、アンドゲート34が閉じら
れ、アンドゲート35が開かれているときには、マイク
ロコンピュータ51からのデユーティ比信号がトランジ
スタ43.44のベースに印加され、トランジスタ43
.44がデユーティ比信号のデユーティ比で導通され、
Aの励磁コイル21をそれまでとは逆方向に通電する。
つまり、フリップフロップ31が反転動作されてアンド
ゲート34.35の開閉が切り換えられることによって
、Aの励磁コイル21の通電方向が切り換えられ、励磁
コイル21の極性が切り換えられる。Bの励磁コイル2
1、Cの励磁コイル21についても、同様にフリップフ
ロップ32.33を反転動作させることによって、その
通電方向が切り換えられ、極性が切り換えられる。
ゲート34.35の開閉が切り換えられることによって
、Aの励磁コイル21の通電方向が切り換えられ、励磁
コイル21の極性が切り換えられる。Bの励磁コイル2
1、Cの励磁コイル21についても、同様にフリップフ
ロップ32.33を反転動作させることによって、その
通電方向が切り換えられ、極性が切り換えられる。
第15図、第16図、第21図および第22図は、マイ
クロコンピュータ51を動作させるプログラムのうち、
主要部分をフローチャートによって示すものである。第
15図のプログラムは、励磁コイル21の通電電流のデ
ユーティ比を制御するもので、100”9秒毎に起動さ
れる時間割り込み処理ルーチンである。
クロコンピュータ51を動作させるプログラムのうち、
主要部分をフローチャートによって示すものである。第
15図のプログラムは、励磁コイル21の通電電流のデ
ユーティ比を制御するもので、100”9秒毎に起動さ
れる時間割り込み処理ルーチンである。
まず、ステップ101では、トルク指令54に応じて励
磁コイル21の通電電流のデユーティ比DUTYが求め
られる。これは、演算によって求めても良いし、予めメ
モリに格納されたデータを読み出すことによって求めて
も良いが、トルク指令54による指令トルクTcに対し
て第17図の如く求められる。
磁コイル21の通電電流のデユーティ比DUTYが求め
られる。これは、演算によって求めても良いし、予めメ
モリに格納されたデータを読み出すことによって求めて
も良いが、トルク指令54による指令トルクTcに対し
て第17図の如く求められる。
次に、ステップ102では、速度指令52による指令速
度Ncと現在の速度Nとの差ΔNが求められる。現在の
速度Nは、後述の第22図のプログラムによって、波形
処理図IIP156からの微分信号が発生される間隔を
測ることによって求められる。第19図には、指令速度
Ncに対する速度Nの変化の様子の一例が示されている
。次のステップ103では、速度差ΔNに基づいてデユ
ーティ比の補正量ΔDLITYが求められる。この補正
量ΔDUTYも、上述のステップ101と同様、演算に
よって求めても良いし、予めメモリに格納されたデータ
を読み出すことによって求めても良いが、速度差ΔNに
対して、第18図の如く求められる。ステップ104で
は、ステップ101で求められたデユーティ比DUTY
とステップ103で求められた補正量ΔDUTYとを加
算して最終的なデユーティ比DUTYが求められる。こ
のようにして、第15図のプログラムでは、速度指令5
2による速度Ncを維持するように励磁コイル21への
!lI電電流のデユーティ比DUTYが制御される。
度Ncと現在の速度Nとの差ΔNが求められる。現在の
速度Nは、後述の第22図のプログラムによって、波形
処理図IIP156からの微分信号が発生される間隔を
測ることによって求められる。第19図には、指令速度
Ncに対する速度Nの変化の様子の一例が示されている
。次のステップ103では、速度差ΔNに基づいてデユ
ーティ比の補正量ΔDLITYが求められる。この補正
量ΔDUTYも、上述のステップ101と同様、演算に
よって求めても良いし、予めメモリに格納されたデータ
を読み出すことによって求めても良いが、速度差ΔNに
対して、第18図の如く求められる。ステップ104で
は、ステップ101で求められたデユーティ比DUTY
とステップ103で求められた補正量ΔDUTYとを加
算して最終的なデユーティ比DUTYが求められる。こ
のようにして、第15図のプログラムでは、速度指令5
2による速度Ncを維持するように励磁コイル21への
!lI電電流のデユーティ比DUTYが制御される。
第15図のプログラムが1001り秒毎に起動されるた
め、ステップ104によって求められるデユーティ比D
UTYの値をそのままプリセッタブルダウンカウンタ(
図示せず)にプリセットし、このダウンカウンタを1!
9秒のクロック信号によってダウンカウントすることに
よって、ただちにダウンカウンタからは、ステップ10
4において求められるデユーティ比DUTYのパルス信
号を得ることができる。このパルス信号は、プリドライ
ブ回路30のa端子に送り込まれる。
め、ステップ104によって求められるデユーティ比D
UTYの値をそのままプリセッタブルダウンカウンタ(
図示せず)にプリセットし、このダウンカウンタを1!
9秒のクロック信号によってダウンカウントすることに
よって、ただちにダウンカウンタからは、ステップ10
4において求められるデユーティ比DUTYのパルス信
号を得ることができる。このパルス信号は、プリドライ
ブ回路30のa端子に送り込まれる。
第16図のプログラムは、図示してないメイン処理ルー
チンプログラム中の一部であり、ロータ10、つまり、
モータの停止位置を制御するためのプログラムである。
チンプログラム中の一部であり、ロータ10、つまり、
モータの停止位置を制御するためのプログラムである。
このプログラムが起動されると、ステップ105におい
て、位置指令53で指令された位置Pcと現在の回転位
置Pとの差ΔPが求められる。現在の回転位置Pは、後
述の第22図のプログラムによって波形処理回路56か
らの微分信号を計数することによって計測される。
て、位置指令53で指令された位置Pcと現在の回転位
置Pとの差ΔPが求められる。現在の回転位置Pは、後
述の第22図のプログラムによって波形処理回路56か
らの微分信号を計数することによって計測される。
ステップ106では、位置の差ΔPが「0」であるか否
かが判定される。現在の回転位置Pが指令位置Pcに達
するまでの間は、ステップ106は否定判断され、ステ
ップ109において差ΔPが正であるか否かが判定され
る。このとき差ΔPは正であるため、ステップ110に
進み、ここで、後述のフラグFが「1」にセットされて
いるか否かが判定される。このとき、フラグFはセット
されていないので、ステップ110は否定判断され、現
在の回転位置Pが指令位置Pcに達するまで、以上の処
理が繰り返される。
かが判定される。現在の回転位置Pが指令位置Pcに達
するまでの間は、ステップ106は否定判断され、ステ
ップ109において差ΔPが正であるか否かが判定され
る。このとき差ΔPは正であるため、ステップ110に
進み、ここで、後述のフラグFが「1」にセットされて
いるか否かが判定される。このとき、フラグFはセット
されていないので、ステップ110は否定判断され、現
在の回転位置Pが指令位置Pcに達するまで、以上の処
理が繰り返される。
やがて現在の回転位置Pが指令位置Pcに達すると、ス
テップ106は肯定判断されてステップ107において
上述のデユーティ比DUTYがrOJとされ、励磁コイ
ル21への通電を停止する。そして、ステップ108で
は、フラグFを「1」にセットし、現在の回転位置Pが
指令位置Pcに達したことを記憶する。
テップ106は肯定判断されてステップ107において
上述のデユーティ比DUTYがrOJとされ、励磁コイ
ル21への通電を停止する。そして、ステップ108で
は、フラグFを「1」にセットし、現在の回転位置Pが
指令位置Pcに達したことを記憶する。
第20図に示すように、現在の回転位置Pが指令位置P
cに達しても、慣性によってロータ10は指令位置pc
に停まらず、オーバランする。こうしてオーバランした
ときには、ステップ106.109は共に否定判断され
、ステップ113においてフラグFが「1」にセットさ
れているか否かが判定される。いま、フラグFがセント
されているので、ステップ113は肯定判断されてステ
ップ111において逆転パルスが発生される。この逆転
パルスは、第1図における逆流防止用ダイオード55を
介してプリドライブ回路30のb−d端子に送り込まれ
、プリドライブ回路30の三つのフリップフロップ31
〜33を一斉に反転動作させる。フリップフロップ31
〜33が反転動作されると、上述のように、励磁コイ9
210通電方向が反転され、励磁コイル21の極性が反
転されるため、第9図の(ロ)から明らかなように、各
永久磁石11には、矢印で示したのとは反対方向にトル
クが発生する。従って、ステップ111において逆転パ
ルスが発生されることによって、ロータ10の回転方向
が逆転される。そして、ステップ112では、フラグF
がリセットされてrOJとされる。
cに達しても、慣性によってロータ10は指令位置pc
に停まらず、オーバランする。こうしてオーバランした
ときには、ステップ106.109は共に否定判断され
、ステップ113においてフラグFが「1」にセットさ
れているか否かが判定される。いま、フラグFがセント
されているので、ステップ113は肯定判断されてステ
ップ111において逆転パルスが発生される。この逆転
パルスは、第1図における逆流防止用ダイオード55を
介してプリドライブ回路30のb−d端子に送り込まれ
、プリドライブ回路30の三つのフリップフロップ31
〜33を一斉に反転動作させる。フリップフロップ31
〜33が反転動作されると、上述のように、励磁コイ9
210通電方向が反転され、励磁コイル21の極性が反
転されるため、第9図の(ロ)から明らかなように、各
永久磁石11には、矢印で示したのとは反対方向にトル
クが発生する。従って、ステップ111において逆転パ
ルスが発生されることによって、ロータ10の回転方向
が逆転される。そして、ステップ112では、フラグF
がリセットされてrOJとされる。
ロータ10へのトルクが反転されても、慣性によってた
たちにはロータ10は逆転しないが、やがて回転方向が
変えられ、第20図の如く、回転位Hpは再び指令位置
Pcに到達する。このとき、ステップ106は再び肯定
判断されてデユーティ比DUTYがゼロとされるととも
に、ステップ108においてフラグFがrlJにセット
される。
たちにはロータ10は逆転しないが、やがて回転方向が
変えられ、第20図の如く、回転位Hpは再び指令位置
Pcに到達する。このとき、ステップ106は再び肯定
判断されてデユーティ比DUTYがゼロとされるととも
に、ステップ108においてフラグFがrlJにセット
される。
現在の回転位置Pが指令位置Pcに達しても、ロータ1
0は再びオーバランして今度は、ステップ109は肯定
判断される。そして、ステップ110も、このときフラ
グFがセットされているため肯定判断されて、ステップ
111において逆転パルスが発生され、再びロータlO
の回転方向が逆転される。
0は再びオーバランして今度は、ステップ109は肯定
判断される。そして、ステップ110も、このときフラ
グFがセットされているため肯定判断されて、ステップ
111において逆転パルスが発生され、再びロータlO
の回転方向が逆転される。
以上の第16図の停止位1制御ルーチンプログラムによ
る動作を繰り返すことによって、第20図の如く、ロー
タ10は指令位置Pcに停止される。
る動作を繰り返すことによって、第20図の如く、ロー
タ10は指令位置Pcに停止される。
第21図は、第16図の停止位置制御ルーチンプログラ
ムと同様、メイン処理ルーチンプログラム中にあり、ロ
ータ10の回転方向を判別するための回転方向判別ルー
チンプログラムである。
ムと同様、メイン処理ルーチンプログラム中にあり、ロ
ータ10の回転方向を判別するための回転方向判別ルー
チンプログラムである。
このプログラムが起動されると、まず、ステップ114
において、現在の速度Nが設定速度Nsより低いか否か
が判定される。設定速度Nsは停止に近いごく低い速度
に設定されており、従って、ステップ114では、実質
的にはロータ10が停止しているか否かを判定している
ことになる。ロータ10が停止していてステップ114
が肯定判断されると、ステップ115において、上述の
回転位置の差ΔPが正であるか否かが判定される。
において、現在の速度Nが設定速度Nsより低いか否か
が判定される。設定速度Nsは停止に近いごく低い速度
に設定されており、従って、ステップ114では、実質
的にはロータ10が停止しているか否かを判定している
ことになる。ロータ10が停止していてステップ114
が肯定判断されると、ステップ115において、上述の
回転位置の差ΔPが正であるか否かが判定される。
差ΔPが正でないときは、ステップ115は否定判断さ
れ、ステップ117においてフラグFdが「1」にセッ
トされ、差ΔPが正のときは、ステップ115が肯定判
断されてステップ116においいてフラグFdが「0」
にリセットされる。従って、第20図に示した如く、ロ
ータ10が指令位iPcで停止せず、オーバランし、再
び指令位置に向けてロータ10の回転方向が変わる瞬間
にフラグFdはセント、またはリセットされる。つまり
、フラグFdがリセットされているときは、回転位置P
が指令位置Pcに達しない位置から指令位置Pcに向け
て正転しているときを表し、フラグFdがセットされる
ときは、回転位置Pが指令位置Pcを超えた位置から指
令位置pcに向けて逆転しているときを表す。
れ、ステップ117においてフラグFdが「1」にセッ
トされ、差ΔPが正のときは、ステップ115が肯定判
断されてステップ116においいてフラグFdが「0」
にリセットされる。従って、第20図に示した如く、ロ
ータ10が指令位iPcで停止せず、オーバランし、再
び指令位置に向けてロータ10の回転方向が変わる瞬間
にフラグFdはセント、またはリセットされる。つまり
、フラグFdがリセットされているときは、回転位置P
が指令位置Pcに達しない位置から指令位置Pcに向け
て正転しているときを表し、フラグFdがセットされる
ときは、回転位置Pが指令位置Pcを超えた位置から指
令位置pcに向けて逆転しているときを表す。
ロータlOが停止していないときには、ステップ114
は否定判断されてステップ115〜117の処理はスキ
ップされ、回転方向の判別は行われない。
は否定判断されてステップ115〜117の処理はスキ
ップされ、回転方向の判別は行われない。
次に第22図は、波形処理回路56から微分信号が入力
される度に起動される割り込み処理ルーチンプログラム
であり、ロータ10の回転位置Pおよび回転速度Nを求
めるプログラムである。このプログラムが本発明におけ
る検出回路に相当するものである。
される度に起動される割り込み処理ルーチンプログラム
であり、ロータ10の回転位置Pおよび回転速度Nを求
めるプログラムである。このプログラムが本発明におけ
る検出回路に相当するものである。
微分信号が入力されてこのプログラムが起動されると、
まず、ステップ118においてフラグFdがリセットさ
れているか否かが判定される。つまり、ロータ10が正
転しているか否かが判定される。このときロータlOが
正転中であれば、ステップ118は肯定判断され、ステ
ップ119においてロータ10の回転位置を表す値Pが
インクリメント処理される。また、ロータ10が逆転中
のときは、ステップ118は否定判断されるため、ステ
ップ120において値Pがデクリメント処理される。こ
のようにロータ10の回転方向に応じた値Pの計数が行
われることによって値Pは、正確にロータ10の回転位
置を表すものとなる。
まず、ステップ118においてフラグFdがリセットさ
れているか否かが判定される。つまり、ロータ10が正
転しているか否かが判定される。このときロータlOが
正転中であれば、ステップ118は肯定判断され、ステ
ップ119においてロータ10の回転位置を表す値Pが
インクリメント処理される。また、ロータ10が逆転中
のときは、ステップ118は否定判断されるため、ステ
ップ120において値Pがデクリメント処理される。こ
のようにロータ10の回転方向に応じた値Pの計数が行
われることによって値Pは、正確にロータ10の回転位
置を表すものとなる。
次にステップ121では、例えば、マイクロコンピュー
タ51に内蔵されているフリーランカウンタの値を読み
取り、その値をCnとする0次のステップ122では、
前回の割り込み処理時に読み取った値Cnoと今回の値
Cnとの差ΔCをΔC=Cn−Cn oから算出し、ス
テップ123では、その差ΔCの逆数を算出して回転速
度Nを得る。すなわち、N=A/ΔCの演算をステップ
123で行う。ただし、Aは定数である。そして、次の
ステップ124では、次回の割り込み処理に備えて、C
n)ICCnOとしてメモリに格納する。
タ51に内蔵されているフリーランカウンタの値を読み
取り、その値をCnとする0次のステップ122では、
前回の割り込み処理時に読み取った値Cnoと今回の値
Cnとの差ΔCをΔC=Cn−Cn oから算出し、ス
テップ123では、その差ΔCの逆数を算出して回転速
度Nを得る。すなわち、N=A/ΔCの演算をステップ
123で行う。ただし、Aは定数である。そして、次の
ステップ124では、次回の割り込み処理に備えて、C
n)ICCnOとしてメモリに格納する。
このようにして、ロータ10の回転速度が求められる。
以上のように本発明によれば、位置または速度検出器の
機能をブラシレスモータ中に内蔵するので、検出器をサ
ーボモータに外づけしないで、サーボモータを構成する
ことができ、サーボモータとして使用されるブラシレス
モータの大きさを抑制することができる。
機能をブラシレスモータ中に内蔵するので、検出器をサ
ーボモータに外づけしないで、サーボモータを構成する
ことができ、サーボモータとして使用されるブラシレス
モータの大きさを抑制することができる。
第1図は、本発明の一実施例の制御回路を示す電気回路
図、第2図〜第4図は、上記実施例の機械的構成を示し
、第2図は部分断面正面図、第3図は第2図のl[1A
−IlIA線断面、III B −11I B &?!
断面を同時に示す断面図、第4図はステータのケースの
底面図である。また、第5図は、上記実施例の動作を説
明するための図である。第6図〜第8図は、上記実施例
における一つの鉄心の拡大図であり、第6図は斜視図、
第7図は励磁コイルを巻かれた状態の正面図、第8図は
第7図の■−■線断面図である。さらに、第9図は、上
記実施例の動作を説明するための図、第10図〜第12
図は、励磁コイルおよび永久磁石の個数を変えたときの
第9図と同様の説明図、第13図は、第1図のプリドラ
イブ回路の詳細回路図、第14図は、第1図のドライブ
回路の詳細回路図、第15図、第16図、第21図およ
び第22図は、第1図のマイクロコンピュータの主要プ
ログラムを示すフローチャート、第17図〜第20図は
、第15図および第16図のプログラムによる動作を説
明するための図である。 10−・・−・ロータ 11−・−−一−−永久磁石 20・・・−・・ステータ 21・・−・−・励磁コイル 22−・・・・・・鉄心 28−−−−一検出コイル 51・−・−・マイクロコンピュータ(検出回路)56
・・−・−波形処理回路 出願人 トヨタ自動車株式会社 第2因 第−3図 第4図 第−7図 第8図 第13国 〃 第16図 第17図 第18図 第19図 第20図 手続補正書 (方式) 昭和60年7り月//日 昭和60年特許願第183469号 2、発明の名称 ブラシレスモータ 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所 愛知県豊田市トヨタ町1番地 〒471名称
(320)トヨタ自動車株式会社・°′牲二)ウ 。 1G(戸−;−、−、−21 \β“7.4、−]、パ 5、補正の対象 (1)、明細書全文 (2)0図面 6、補正の内容 (1)、明細書全文を別紙の通り補正する。 (2)0図面中、第10図以降の図の番号を補正して第
10図〜第20図とするとともに、第9図以降の図面の
浄書を行う、第9図〜第20図は別紙の通り、なお、補
正前後の第10図以降の図の番号は次表の通り。 以上 明 細 書 1、発明の名称 ブラシレスモータ 2、特許請求の範囲 1、永久磁石をロータに、励磁コイルをステータに、そ
れぞれ配設したブラシレスモータであって、 励磁コイルに対して重ね巻きされ、ロータの回転に伴う
永久磁石の磁束の変化によって起電力を発生する検出コ
イルと、 検出コイルからの起電力を受けて、永久磁石が励磁コイ
ルと対向する位置にあることを検出してパルス信号を発
生する波形処理回路と、波形処理回路からのパルス信号
の発生周期または発生数によって、ロータの回転位置ま
たは回転速度を検出する検出回路と、 を備えるブラシレスモータ。 3、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ブラシレスモータに関し、特に、す−ボモー
タとして使用される際の大きさを抑制するものに関する
。 〔従来の技術〕 サーボモータとして使用されるブラシレスモータには、
その速度あるいは停止位置を制御するため、出力軸上に
位置検出器としてエンコーダやレゾルバ、速度検出器と
してタコジェネレータが取り付けられている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかし、これらの検出器は、ブラシレスモータに対して
外づけされるものであるため、ブラシレスモータが大型
化してしまい、検出器を含めたサーボモータ全体の大き
さが、ブラシレスモータ自体の大きさの2倍近くになっ
てしまう場合もある。 従って、本発明の目的は、サーボモータとして使用され
るブラシレスモータの大きさを抑制することにある。 (問題点を解決するための手段〕 そこで本発明は、位置または速度検出器の機能をブラシ
レスモータ中に内蔵することを特徴とする。 具体的には、本発明のブラシレスモータは、永久磁石を
ロータに、励磁コイルをステータに、それぞれ配設した
ものであり、励磁コイルに対して検出コイルを重ね巻き
し、検出コイルに、ロータの回転に伴う永久磁石の磁束
の変化によって起電力を発生させる。 そして、検出コイルからの起電力を受けて、永久磁石が
励磁コイルと対向する位置にあることを検出してパルス
信号を発生する波形処理回路と、波形処理回路からのパ
ルス信号の発生周期または発生数によって、ロータの回
転位置または回転速度を検出する検出回路とを備える。 〔作用〕 ロータの回転に伴って、永久磁石が検出コイル上を通過
すると、永久磁石が検出コイルと対向する位置において
、波形処理回路からパルス信号が発生され、このパルス
信号の発生周期または発生数からロータの回転位置また
は回転速度が検出される。 〔実施例〕 以下、本発明の実施例を図面によって説明する。 第2図〜第4図は、本発明の一実施例の機械的構成を示
し、第2図は部分断面正面図、第3図は第2図の111
A−InA線断面、IIIB−111B線断面を同時に
示す断面図、第4図はステータのケースの底面図である
。 各図中、10はロータ、20はステータであり、11は
永久磁石、21は励磁コイルである。永久磁石11は、
複数個、この場合、16個が回転軸12のまわりに円環
状に配設され、各永久磁石llは、その磁極方向が互い
に平行となるように並べられている。勿論、各永久磁石
11の磁極は、隣り合う永久磁石11同士で互いに逆向
きとなるようにされている。 このように並べられた永久磁石11を一組として複数組
、この場合、3&uが回転軸12のまわりに固定されて
ロータlOが構成されており、各々円環状に並べられた
永久磁石組は、固定金具14によって回転軸12上に固
定されている。このとき、回転軸12と各固定金具14
とは、スプライン嵌合13され、固定金具14と永久磁
石11との間は、接着剤によって固着されている。 円環状に並べられた永久磁石11の側方には、やはり複
数個、この場合、12個の励磁コイル21が円環状に並
べられており、各励磁コイル21は、各永久磁石11の
磁束と鎖交するように配設されている。このように永久
磁石11の側方に配設された励磁コイル組は、永久磁石
11の一方側にのみ配設すれば良いが、両側に配設され
ていても良く、この実施例の場合は、第2図から明らか
なように、3組の円環状の永久磁石組のうち、真中のも
のには、その両側に励磁コイル組が配設されている。 各励磁コイル21には、その中心にそれぞれ鉄心22が
設けられており、第2図から明らかなように、各鉄心2
2は、円環状に並べられた永久磁石11の外周側を通っ
て永久磁石11の反対側まで延設されている。ただし、
この実施例の場合、4組の励磁コイル組の各励磁コイル
21は、回転軸12の方向に一列に並んでおり、それら
の鉄心22は互いに一体化されている。その鉄心22は
、積層鉄板によって構成されており、ステータ20のケ
ース24の底面に第゛4図の如く形成された溝23にそ
の一端側が嵌め込まれ、他端側がスペーサ29を介して
カバー25によって圧接されている。また、各鉄心22
間には、第3図から明らかなように、スペーサ26が介
挿されており、スペーサ26のうち幾つかは、ピン27
によってケース24に固定されている。つまり、回転軸
12の回転方向に対してまわり止めが施されている。な
お、第2図中、15はベアリングであり、ケース24に
対して回転軸12を回転自在に支持している。また、1
6はシールであり、モータ内に水、はこり等が侵入しな
いようにしている。 円環状に並べられた励磁コイル21は、隣り合う三つが
一セットとされ、全周で4セツトとされており、各セン
ト間で対応する位置にある励磁コイル21は、全て直列
接続され、さらに、一体化された鉄心22に巻かれてい
る励磁コイル21も、全て直列接続されている。従って
、励磁コイル21は、4×4で16個づつが直列接続さ
れていることになる。 このように、励磁コイル21が一セントで3個であるの
に対して、永久磁石11は、対応する範囲内に4個設け
られている。すなわち、−セット内で永久磁石11の個
数が励磁コイル2L−の個数より1個多くされている。 第6図〜第8図は、一つの鉄心22およびそこに巻かれ
た励磁コイル21を拡大して示している。 また、第5図は、励磁コイル21が通電されたとき鉄心
22の磁化の様子を示している。このように鉄心22に
よって形成される磁路の中に永久磁石11が挟まれた形
となっているため、第5図の位置に永久磁石11がある
とき、励磁コイル21によって発生される磁力線は、第
5図の一点鎖線の如く通り、励磁コイル21と永久磁石
11との間に矢印Fで示すように、リラクタンストルク
を発生する。 第9図は、−セットを成すA〜Cの三つの励磁コイル2
1とロータ10の永久磁石11との位置関係を平面上で
示すとともに、ロータ10の回転に伴って励磁コイル2
1の通電方向、つまり、極性が切り換えられる様子を時
間の経過と共に示している。 まず、(イ)で示すtoのタイミングでは、励磁コイル
21のA−Cは、(ロ)で示すように、永久磁石11例
の磁極が順次N、N、Sとなっており、これに対して、
ロータ10の永久磁石11が図のように位置しているた
め、ロータ10には、矢印で示すように、図の下方向に
トルクが発生する。次にtlのタイミングでは、Bの励
磁コイル21の通電方向が切り換えられて極性が切り換
えられ、永久磁石ll側が順次N、S、Sとされる。 すなわち、励磁コイル21と永久磁石11とが一対一で
対向する位置となったときに、励磁コイル21の極性が
切り換えられる。このように、励磁コイル21と永久磁
石11とが対向しているときには、その励磁コイル21
と永久磁石11との間には、トルクが発生しないが、上
述のように励磁コイル21の個数に対して永久磁石11
の個数が多くされているため、−組の励磁コイル21と
永久磁石11とが対向していても、他の励磁コイル21
と永久磁石11とは対向せず、トルクを発生している。 第9図において(ハ)は、励磁コイル21の通電方向を
示しており、t、のタイミングでBの励磁コイル21の
通電方向が切り換えられる。以後同様に”S、js、L
’、L’、t++のタイミングで励磁コイル21と永久
磁石11とが一対一で対向したとき、励磁コイル21の
極性が切り換えられる。そして、tl3のタイミングで
再びBの励磁コイル21の極性が切り換えられ、−サイ
クルの動作を完了し、以後、この動作が繰り返されて、
ロータ10は回転される。 このように励磁コイル21は、一つの永久磁石11と一
対一で対向したとき極性の切換が行われるが、このため
、励磁コイル21が一つの永久磁石11と一対一で対向
した状態を検出するべく、第7図および第8図に良く示
されているように、励磁コイル21には、検出コイル2
8が重ね巻きされている。ただし、励磁コイル21と永
久磁石11との位置関係は各セント間では、全て同一で
あるため、検出コイル28は、一つのセットの励磁コイ
ル21にのみ設けられている。また、一つの鉄心22に
巻かれた励磁コイル21が複数個あっても、同様の理由
で一つの励磁コイル21にのみ検出コイル28を設けれ
ば良いが、第7図の場合では、一つの鉄心22に巻かれ
た励磁コイル21の全てに検出コイル28を設け、これ
ら検出コイル28は全て直列接続されている。 検出コイル28は、永久磁石11の磁界の影響を受けて
、起電力を発生し、その信号波形は、第9図(ニ)に示
す如くとなる。すなわち、励磁コイル21と永久磁石1
1とが一対一で対向する位置で起電力の方向が切り換わ
る交流信号を発生する。検出コイル28からの信号は、
波形整形されて矩形波とされ、さらに、微分回路によっ
て信号の変化分のみが取り出される。この微分信号は、
第9図(ホ)に示されており、この微分信号をトリガと
して励磁コイル21の極性切換が行われる。 以上は、−セット中の励磁コイル21の数が3個の場合
について説明したが、励磁コイル21の数は2以上の任
意の数とすることができ、第10図(イ)〜(ニ)は、
励磁コイル21の数を2〜N個とした場合について互い
に比較して示しである。この第10図(イ)〜(ニ)か
ら明らかなように、−セント中の励磁コイル21の数N
に対して永久磁石11の数をN+1とすることによって
ロータ10の回転中、ロータの回転角にかかわらず、常
時励磁コイル21と永久磁石11との間にトルクを発生
させることができる。また、励磁コイル21の極性を切
り換えるための通電方向の切換は、(1/2N)x (
2/N+1)x (2π/m)(ただし、Nは励磁コイ
ル21の極数、mはセット数)毎に行われる。 第1図は、励磁コイル21の通電を制御する回路を示し
ており、各検出コイル28からの起電力は、波形処理回
路56において波形整形されて微分され、微分信号がプ
リドライブ回路30およびマイクロコンピュータ51に
送り込まれる。プリドライブ回路30は、その微分信号
を受けてドライブ回路40を作動させる信号を形成し、
ドライブ回路40は、各励磁コイル21の通電を制御す
る。また、マイクロコンピュータ51は、波形処理回路
56からの微分信号によってロータ10の回転速度およ
び回転位置を検出する。一方、マイクロコンピュータ5
1は、速度指令52、位置指令53、トルク指令54も
受けており、微分信号によって検出される速度が速度指
令52による速度と一致するように、また、位置指令5
3によって決められた位置でロータ10の回転が停止す
るように、プリドライブ回路30に信号を送り込んでい
る。 第11図は、プリドライブ回路3oの詳細を示しており
、この図から明らかなように、プリドライブ回路30は
、波形処理回路56からの微分信号を受けてその度に反
転動作するT型フリップフロップ31〜33と、そのフ
リップフロップ31〜33の出力によってマイクロコン
ピュータ5Iからの信号を選択してドライブ回路4oへ
送る六つのアンドゲート34〜39とから成る。例えば
、フリップフロップ31のT端子に波形処理回路56か
ら微分信号を受けると、フリップフロップ31は反転動
作され、開かれるアンドゲートを34から35または3
5から34に切り換える。 第12図には、ドライブ回路40の詳細が示されており
、このドライブ回路40は、複数個のトランジスタの導
通、非導通の組合せによって3回路とされた励磁コイル
2Iの通電を制御するようにされている。すなわち、ア
ンドゲート34が開かれてアンドゲート35が閉じられ
ているときには、マイクロコンピュータ51からのデユ
ーティ比信号がドライブ回路40のトランジスタ41.
420ベースに印加され、デユーティ比信号のデユーテ
ィ比でトランジスタ41.42が導通されて、Aの励磁
コイル21を通電し、また、アンドゲート34が閉じら
れ、7ンドゲート35が開かれているときには、マイク
ロコンピュータ51からのデユーティ比信号がトランジ
スタ43.44のベースに印加され、トランジスタ43
.44がデユーティ比信号のデユーティ比で導通され、
Aの励磁コイル21をそれまでとは逆方向に通電する。 つまり、フリップフロップ31が反転動作されてアンド
ゲート34.35の開閉が切り換えられることによって
、Aの励磁コイル21の通電方向が切り換えられ、励磁
コイル21の極性が切り換えられる。Bの励磁コイル2
1.Cの励磁コイル21についても、同様にフリップフ
ロップ32.33を反転動作させることによって、その
通電方向が切り換えられ、極性が切り換えられる。 第13図、第14図、第19図および第20図は、マイ
クロコンピュータ51を動作させるプログラムのうち、
主要部分をフローチャートによって示すものである。第
13図のプログラムは、励磁コイル21の通電電流のデ
ユーティ比を制御するもので、100 ”す秒毎に起動
される時間割り込み処理ルーチンである。 まず、ステップ101では、トルク指令54に応じて励
磁コイル21の通電電流のデユーティ比DtJTYが求
められる。これは、演算によって求めても良いし、予め
メモリに格納されたデータを読み出すことによって求め
ても良いが、トルク指令54による指令トルク′rCに
対して第15図の如く求められる。 次に、ステップ102では、速度指令52による指令速
度Ncと現在の速度Nとの差ΔNが求められる。現在の
速度Nは、後述の第20図のプログラムによって、波形
処理回路56からの微分信号が発生される間隔を測るこ
とによって求められる。第17図には、指令速度Ncに
対する速度Nの変化の様子の一例が示されている。次の
ステップ103では、速度差ΔNに基づいてデユーティ
比の補正量ΔDLJTYが求められる。この補正量ΔD
CITYも、上述のステップ101と同様、演算によっ
て求めても良いし、予めメモリに格納されたデータを読
み出すことによって求めても良いが、速度差ΔNに対し
て、第16図の如く求められる。ステップ104では、
ステップ101で求められたデユーティ比DUTYとス
テップ103で求められた補正量ΔD U T Yとを
加算して最終的なデユーティ比1) Ll ′rYが求
められる。このようにして、第13図のプログラムでは
、速度指令52による速度Ncを維持するように励磁コ
イル21への通電電流のデユーティ比DUTYが制御さ
れる。 第13図のプログラムが100 ’+r秒毎に起動され
るため、ステップ104によって求められるデユーティ
比DUTYO値をそのままプリセッタブルダウンカウン
タ(図示せず)にプリセッ、トシ、このダウンカウンタ
を1ミリ秒のクロック信号によってダウンカウントする
ことによって、ただちにダウンカウンタからは、ステッ
プ104において求められるデユーティ比D U T
Yのパルス信号を得ることができる。このパルス信号は
、プリドライブ回路30のa端子に送り込まれる。 第14図のプログラムは、図示してないメイン処理ルー
チンプログラム中の一部であり、ロータ10、つまり、
モータの停止位置を制御するためのプログラムである。 このプログラムが起動されると、ステップ105におい
て、位置指令53で指令された位置Pcと現在の回転位
置Pとの差ΔPが求められる。現在の回転位置Pは、後
述の第20図のプログラムによって波形処理回路56か
らの微分信号を計数することによって計測される。 ステップ106では、位置の差ΔPが「0」であるか否
かが判定される。現在の回転位置Pが指令位置Pcに達
するまでの間は、ステップ106は否定判断され、ステ
ップ109において差ΔPが正であるか否かが判定され
る。このとき差ΔPは正であるため、ステップ110に
進み、ここで、後述のフラグFが「1」にセットされて
いるか否かが判定される。このとき、フラグFはセット
されていないので、ステップ110は否定判断され、現
在の回転位置Pが指令位置Pcに達するまで、以上の処
理が繰り返される。 やがて現在の回転位置Pが指令位置Pcに達すると、ス
テップ106は肯定判断されてステップ107において
上述のデユーティ比DUTYが「0」とされ、励磁コイ
ル21への通電を停止する。そして、ステップ108で
は、フラグFをrlJにセントし、現在の回転位?&P
が指令位置Pcに達したことを記憶する。 第18図に示すように、現在の回転位置Pが指令位置P
cに達しても、慣性によってロータlOは指令位置Pc
に停まらず、オーバランする。こうしてオーバランした
ときには、ステップ106.109は共に否定判断され
、ステップ113においてフラグFが「1」にセットさ
れているか否かが判定される。いま、フラグFがセット
されているので、ステップ113は肯定判断されてステ
ップ111において逆転パルスが発生される。この逆転
パルスは、第1図における逆流防止用ダイオード55を
介してプリドライブ回路30のb−d端子に送り込まれ
、プリドライブ回路30の三つのフリップフロップ31
〜33を一斉に反転動作させる。フリップフロップ31
〜33が反転動作されると、上述のように、励磁コイル
21の通電方向が反転され、励磁コイル21の極性が反
転されるため、第9図の(ロ)から明らかなように、各
永久磁石11には、矢印で示したのとは反対方向にトル
クが発生する。従って、ステップ111において逆転パ
ルスが発生されることによって、ロータlOの回転方向
が逆転される。そして、ステップ112では、フラグF
がリセットされてrOJとされる。 ロータ10へのトルクが反転されても、慣性によってた
たちにはロータ10は逆転しないが、やがて回転方向が
変えられ、第18図の如く、回転位置Pは再び指令位置
Pcに到達する。このとき、ステップ106は再び肯定
判断されてデユーティ比DUTYがゼロとされるととも
に、ステップ108においてフラグFが「1」にセット
される。 現在の回転位置Pが指令位置Pcに達しても、ロータ1
0は再びオーバランして今度は、ステップ109は肯定
判断される。そして、ステップ110も、このときフラ
グFがセットされているため肯定判断されて、ステップ
111において逆転パルスが発生され、再びロータ10
の回転方向が逆転される。 以上の第14図の停止位置制御ルーチンプログラムによ
る動作を繰り返すことによって、第18図の如く、ロー
タ10は指令位置Pcに停止される。 第19図は、第14図の停止位置制御ルーチンプログラ
ムと同様、メイン処理ルーチンプログラム中にあり、ロ
ータ10の回転方向を判別するための回転方向判別ルー
チンプログラムである。 このプログラムが起動されると、まず、ステ・ノブ11
4において、現在の速度Nが設定速度NSより低いか否
かが判定される。設定速度Nsは停止に近いごく低い速
度に設定されており、従って、ステップ114では、実
質的にはロータ10が停止しているか否かを判定してい
ることになる。ロータ10が停止していてステップ11
4が肯定判断されると、ステップ115において、上述
の回転位置の差ΔPが正であるか否かが判定される。 差ΔPが正でないときは、ステップ115は否定判断さ
れ、ステップl17においてフラグFdが「1」にセッ
トされ、差ΔPが正のときは、ステップ115が肯定判
断されてステップ116においいてフラグFdが「0」
にリセットされる。従って、第18図に示した如く、ロ
ータ10が指令位置Pcで停止せず、オーバランし、再
び指令位置に向けてロータ10の回転方向が変わる瞬間
にフラグFdはセット、またはリセットされる。つまり
、フラグFdがリセットされているときは、回転位置P
が指令位置Pcに達しない位置から指令位置Pcに向け
て正転しているときを表し、フラグFdがセットされる
ときは、回転位置Pが指令位置Pcを超えた位置から指
令位置Pcに向けて逆転しているときを表す。 ロータ10が停止していないときには、ステップ114
は否定判断されてステップ115〜117の処理はスキ
ップされ、回転方向の判別は行われない。 次に第20図は、波形処理回路56から微分信号が入力
される度に起動される割り込み処理ルーチンプログラム
であり、ロータ10の回転位置Pおよび回転速度Nを求
めるプログラムである。このプログラムが本発明におけ
る検出回路に相当するものである。 微分信号が入力されてこのプログラムが起動されると、
まず、ステップ118においてフラグFdがリセットさ
れているか否かが判定される。つまり、ロータ10が正
転しているか否かが判定される。このときロータ10が
正転中であれば、ステップ118は肯定判断され、ステ
ップ119においてロータ10の回転位置を表す値Pが
インクリメント処理される。また、ロータ10が逆転中
のときは、ステップ118は否定判断されるため、ステ
ップ120において値Pがデクリメント処理される。こ
のようにロータ10の回転方向に応じた値Pの計数が行
われることによって値Pは、正確にロータ10の回転位
置を表すものとなる。 次にステップ121では、例えば、マイクロコンピュー
タ51に内蔵されているフリーランカウンタの値を読み
取り、その値をCnとする。次のステップ122では、
前回の割り込み処理時に読み取った値Cnoと今回の値
Cnとの差ΔCをΔC=Cn−Cnoから算出し、ステ
ップ123では、その差ΔCの逆数を算出して回転速度
Nを得る。すなわち、N=A/ΔCの演算をステップ1
23で行う。ただし、Aは定数である。そして、次のス
テップ124では、次回の割り込み処理に備えて、Cn
をCnoとしてメモリに格納する。 このようにして、ロータ10の回転速度が求められる。 〔発明の効果〕 以上のように本発明によれば、位置または速度検出器の
機能をブラシレスモータ中に内蔵するので、検出器をサ
ーボモータに外づけしないで、サーボモータを構成する
ことができ、サーボモータとして使用されるブラシレス
モータの大きさを抑制することができる。 4、図面の簡単な説明 第1図は、本発明の一実施例の制御回路を示す電気回路
図、第2図〜第4図は、上記実施例の機械的構成を示し
、第2図は部分断面正面図、第3図は第2図の111A
−I[[A線断面、IIIB−111B線断面を同時に
示す断面図、第4図はステータのケースの底面図である
。また、第5図は、上記実施例の動作を説明するための
図である。第6図〜第8図は、上記実施例における一つ
の鉄心の拡大図であり、第6図は斜視図、第7図は励磁
コイルを巻かれた状態の正面図、第8図は第7図の■−
■線断面図である。さらに、第9図は、上記実施例の動
作を説明するための図、第10図は、励磁コイルおよび
永久磁石の個数を変えたときの第9図と同様の説明図、
第11図は、第1図のプリドライブ回路の詳細回路図、
第12図は、第1図のドライブ回路の詳細回路図、第1
3図、第14図、第19図および第20図は、第1図の
マイクロコンピュータの主要プログラムを示すフローチ
ャート、第15図〜第18図は、第13図および第14
図のプログラムによる動作を説明するための図である。 。 10・−・−・・ロータ 11−・−・−・永久磁石 20−・・・・・・ステータ 21・−・−・励磁コイル 22・・・−・−・鉄心 28・・・・−・検出コイル 51・−・−・・マイクロコンピュータ(検出回路)5
.6・−・・・・波形処理回路 出願人 トヨタ自動車株式会社 第11図 〃 第14図 第15図 第16図 第17図 第18図 第19図 第20図
図、第2図〜第4図は、上記実施例の機械的構成を示し
、第2図は部分断面正面図、第3図は第2図のl[1A
−IlIA線断面、III B −11I B &?!
断面を同時に示す断面図、第4図はステータのケースの
底面図である。また、第5図は、上記実施例の動作を説
明するための図である。第6図〜第8図は、上記実施例
における一つの鉄心の拡大図であり、第6図は斜視図、
第7図は励磁コイルを巻かれた状態の正面図、第8図は
第7図の■−■線断面図である。さらに、第9図は、上
記実施例の動作を説明するための図、第10図〜第12
図は、励磁コイルおよび永久磁石の個数を変えたときの
第9図と同様の説明図、第13図は、第1図のプリドラ
イブ回路の詳細回路図、第14図は、第1図のドライブ
回路の詳細回路図、第15図、第16図、第21図およ
び第22図は、第1図のマイクロコンピュータの主要プ
ログラムを示すフローチャート、第17図〜第20図は
、第15図および第16図のプログラムによる動作を説
明するための図である。 10−・・−・ロータ 11−・−−一−−永久磁石 20・・・−・・ステータ 21・・−・−・励磁コイル 22−・・・・・・鉄心 28−−−−一検出コイル 51・−・−・マイクロコンピュータ(検出回路)56
・・−・−波形処理回路 出願人 トヨタ自動車株式会社 第2因 第−3図 第4図 第−7図 第8図 第13国 〃 第16図 第17図 第18図 第19図 第20図 手続補正書 (方式) 昭和60年7り月//日 昭和60年特許願第183469号 2、発明の名称 ブラシレスモータ 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所 愛知県豊田市トヨタ町1番地 〒471名称
(320)トヨタ自動車株式会社・°′牲二)ウ 。 1G(戸−;−、−、−21 \β“7.4、−]、パ 5、補正の対象 (1)、明細書全文 (2)0図面 6、補正の内容 (1)、明細書全文を別紙の通り補正する。 (2)0図面中、第10図以降の図の番号を補正して第
10図〜第20図とするとともに、第9図以降の図面の
浄書を行う、第9図〜第20図は別紙の通り、なお、補
正前後の第10図以降の図の番号は次表の通り。 以上 明 細 書 1、発明の名称 ブラシレスモータ 2、特許請求の範囲 1、永久磁石をロータに、励磁コイルをステータに、そ
れぞれ配設したブラシレスモータであって、 励磁コイルに対して重ね巻きされ、ロータの回転に伴う
永久磁石の磁束の変化によって起電力を発生する検出コ
イルと、 検出コイルからの起電力を受けて、永久磁石が励磁コイ
ルと対向する位置にあることを検出してパルス信号を発
生する波形処理回路と、波形処理回路からのパルス信号
の発生周期または発生数によって、ロータの回転位置ま
たは回転速度を検出する検出回路と、 を備えるブラシレスモータ。 3、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ブラシレスモータに関し、特に、す−ボモー
タとして使用される際の大きさを抑制するものに関する
。 〔従来の技術〕 サーボモータとして使用されるブラシレスモータには、
その速度あるいは停止位置を制御するため、出力軸上に
位置検出器としてエンコーダやレゾルバ、速度検出器と
してタコジェネレータが取り付けられている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかし、これらの検出器は、ブラシレスモータに対して
外づけされるものであるため、ブラシレスモータが大型
化してしまい、検出器を含めたサーボモータ全体の大き
さが、ブラシレスモータ自体の大きさの2倍近くになっ
てしまう場合もある。 従って、本発明の目的は、サーボモータとして使用され
るブラシレスモータの大きさを抑制することにある。 (問題点を解決するための手段〕 そこで本発明は、位置または速度検出器の機能をブラシ
レスモータ中に内蔵することを特徴とする。 具体的には、本発明のブラシレスモータは、永久磁石を
ロータに、励磁コイルをステータに、それぞれ配設した
ものであり、励磁コイルに対して検出コイルを重ね巻き
し、検出コイルに、ロータの回転に伴う永久磁石の磁束
の変化によって起電力を発生させる。 そして、検出コイルからの起電力を受けて、永久磁石が
励磁コイルと対向する位置にあることを検出してパルス
信号を発生する波形処理回路と、波形処理回路からのパ
ルス信号の発生周期または発生数によって、ロータの回
転位置または回転速度を検出する検出回路とを備える。 〔作用〕 ロータの回転に伴って、永久磁石が検出コイル上を通過
すると、永久磁石が検出コイルと対向する位置において
、波形処理回路からパルス信号が発生され、このパルス
信号の発生周期または発生数からロータの回転位置また
は回転速度が検出される。 〔実施例〕 以下、本発明の実施例を図面によって説明する。 第2図〜第4図は、本発明の一実施例の機械的構成を示
し、第2図は部分断面正面図、第3図は第2図の111
A−InA線断面、IIIB−111B線断面を同時に
示す断面図、第4図はステータのケースの底面図である
。 各図中、10はロータ、20はステータであり、11は
永久磁石、21は励磁コイルである。永久磁石11は、
複数個、この場合、16個が回転軸12のまわりに円環
状に配設され、各永久磁石llは、その磁極方向が互い
に平行となるように並べられている。勿論、各永久磁石
11の磁極は、隣り合う永久磁石11同士で互いに逆向
きとなるようにされている。 このように並べられた永久磁石11を一組として複数組
、この場合、3&uが回転軸12のまわりに固定されて
ロータlOが構成されており、各々円環状に並べられた
永久磁石組は、固定金具14によって回転軸12上に固
定されている。このとき、回転軸12と各固定金具14
とは、スプライン嵌合13され、固定金具14と永久磁
石11との間は、接着剤によって固着されている。 円環状に並べられた永久磁石11の側方には、やはり複
数個、この場合、12個の励磁コイル21が円環状に並
べられており、各励磁コイル21は、各永久磁石11の
磁束と鎖交するように配設されている。このように永久
磁石11の側方に配設された励磁コイル組は、永久磁石
11の一方側にのみ配設すれば良いが、両側に配設され
ていても良く、この実施例の場合は、第2図から明らか
なように、3組の円環状の永久磁石組のうち、真中のも
のには、その両側に励磁コイル組が配設されている。 各励磁コイル21には、その中心にそれぞれ鉄心22が
設けられており、第2図から明らかなように、各鉄心2
2は、円環状に並べられた永久磁石11の外周側を通っ
て永久磁石11の反対側まで延設されている。ただし、
この実施例の場合、4組の励磁コイル組の各励磁コイル
21は、回転軸12の方向に一列に並んでおり、それら
の鉄心22は互いに一体化されている。その鉄心22は
、積層鉄板によって構成されており、ステータ20のケ
ース24の底面に第゛4図の如く形成された溝23にそ
の一端側が嵌め込まれ、他端側がスペーサ29を介して
カバー25によって圧接されている。また、各鉄心22
間には、第3図から明らかなように、スペーサ26が介
挿されており、スペーサ26のうち幾つかは、ピン27
によってケース24に固定されている。つまり、回転軸
12の回転方向に対してまわり止めが施されている。な
お、第2図中、15はベアリングであり、ケース24に
対して回転軸12を回転自在に支持している。また、1
6はシールであり、モータ内に水、はこり等が侵入しな
いようにしている。 円環状に並べられた励磁コイル21は、隣り合う三つが
一セットとされ、全周で4セツトとされており、各セン
ト間で対応する位置にある励磁コイル21は、全て直列
接続され、さらに、一体化された鉄心22に巻かれてい
る励磁コイル21も、全て直列接続されている。従って
、励磁コイル21は、4×4で16個づつが直列接続さ
れていることになる。 このように、励磁コイル21が一セントで3個であるの
に対して、永久磁石11は、対応する範囲内に4個設け
られている。すなわち、−セット内で永久磁石11の個
数が励磁コイル2L−の個数より1個多くされている。 第6図〜第8図は、一つの鉄心22およびそこに巻かれ
た励磁コイル21を拡大して示している。 また、第5図は、励磁コイル21が通電されたとき鉄心
22の磁化の様子を示している。このように鉄心22に
よって形成される磁路の中に永久磁石11が挟まれた形
となっているため、第5図の位置に永久磁石11がある
とき、励磁コイル21によって発生される磁力線は、第
5図の一点鎖線の如く通り、励磁コイル21と永久磁石
11との間に矢印Fで示すように、リラクタンストルク
を発生する。 第9図は、−セットを成すA〜Cの三つの励磁コイル2
1とロータ10の永久磁石11との位置関係を平面上で
示すとともに、ロータ10の回転に伴って励磁コイル2
1の通電方向、つまり、極性が切り換えられる様子を時
間の経過と共に示している。 まず、(イ)で示すtoのタイミングでは、励磁コイル
21のA−Cは、(ロ)で示すように、永久磁石11例
の磁極が順次N、N、Sとなっており、これに対して、
ロータ10の永久磁石11が図のように位置しているた
め、ロータ10には、矢印で示すように、図の下方向に
トルクが発生する。次にtlのタイミングでは、Bの励
磁コイル21の通電方向が切り換えられて極性が切り換
えられ、永久磁石ll側が順次N、S、Sとされる。 すなわち、励磁コイル21と永久磁石11とが一対一で
対向する位置となったときに、励磁コイル21の極性が
切り換えられる。このように、励磁コイル21と永久磁
石11とが対向しているときには、その励磁コイル21
と永久磁石11との間には、トルクが発生しないが、上
述のように励磁コイル21の個数に対して永久磁石11
の個数が多くされているため、−組の励磁コイル21と
永久磁石11とが対向していても、他の励磁コイル21
と永久磁石11とは対向せず、トルクを発生している。 第9図において(ハ)は、励磁コイル21の通電方向を
示しており、t、のタイミングでBの励磁コイル21の
通電方向が切り換えられる。以後同様に”S、js、L
’、L’、t++のタイミングで励磁コイル21と永久
磁石11とが一対一で対向したとき、励磁コイル21の
極性が切り換えられる。そして、tl3のタイミングで
再びBの励磁コイル21の極性が切り換えられ、−サイ
クルの動作を完了し、以後、この動作が繰り返されて、
ロータ10は回転される。 このように励磁コイル21は、一つの永久磁石11と一
対一で対向したとき極性の切換が行われるが、このため
、励磁コイル21が一つの永久磁石11と一対一で対向
した状態を検出するべく、第7図および第8図に良く示
されているように、励磁コイル21には、検出コイル2
8が重ね巻きされている。ただし、励磁コイル21と永
久磁石11との位置関係は各セント間では、全て同一で
あるため、検出コイル28は、一つのセットの励磁コイ
ル21にのみ設けられている。また、一つの鉄心22に
巻かれた励磁コイル21が複数個あっても、同様の理由
で一つの励磁コイル21にのみ検出コイル28を設けれ
ば良いが、第7図の場合では、一つの鉄心22に巻かれ
た励磁コイル21の全てに検出コイル28を設け、これ
ら検出コイル28は全て直列接続されている。 検出コイル28は、永久磁石11の磁界の影響を受けて
、起電力を発生し、その信号波形は、第9図(ニ)に示
す如くとなる。すなわち、励磁コイル21と永久磁石1
1とが一対一で対向する位置で起電力の方向が切り換わ
る交流信号を発生する。検出コイル28からの信号は、
波形整形されて矩形波とされ、さらに、微分回路によっ
て信号の変化分のみが取り出される。この微分信号は、
第9図(ホ)に示されており、この微分信号をトリガと
して励磁コイル21の極性切換が行われる。 以上は、−セット中の励磁コイル21の数が3個の場合
について説明したが、励磁コイル21の数は2以上の任
意の数とすることができ、第10図(イ)〜(ニ)は、
励磁コイル21の数を2〜N個とした場合について互い
に比較して示しである。この第10図(イ)〜(ニ)か
ら明らかなように、−セント中の励磁コイル21の数N
に対して永久磁石11の数をN+1とすることによって
ロータ10の回転中、ロータの回転角にかかわらず、常
時励磁コイル21と永久磁石11との間にトルクを発生
させることができる。また、励磁コイル21の極性を切
り換えるための通電方向の切換は、(1/2N)x (
2/N+1)x (2π/m)(ただし、Nは励磁コイ
ル21の極数、mはセット数)毎に行われる。 第1図は、励磁コイル21の通電を制御する回路を示し
ており、各検出コイル28からの起電力は、波形処理回
路56において波形整形されて微分され、微分信号がプ
リドライブ回路30およびマイクロコンピュータ51に
送り込まれる。プリドライブ回路30は、その微分信号
を受けてドライブ回路40を作動させる信号を形成し、
ドライブ回路40は、各励磁コイル21の通電を制御す
る。また、マイクロコンピュータ51は、波形処理回路
56からの微分信号によってロータ10の回転速度およ
び回転位置を検出する。一方、マイクロコンピュータ5
1は、速度指令52、位置指令53、トルク指令54も
受けており、微分信号によって検出される速度が速度指
令52による速度と一致するように、また、位置指令5
3によって決められた位置でロータ10の回転が停止す
るように、プリドライブ回路30に信号を送り込んでい
る。 第11図は、プリドライブ回路3oの詳細を示しており
、この図から明らかなように、プリドライブ回路30は
、波形処理回路56からの微分信号を受けてその度に反
転動作するT型フリップフロップ31〜33と、そのフ
リップフロップ31〜33の出力によってマイクロコン
ピュータ5Iからの信号を選択してドライブ回路4oへ
送る六つのアンドゲート34〜39とから成る。例えば
、フリップフロップ31のT端子に波形処理回路56か
ら微分信号を受けると、フリップフロップ31は反転動
作され、開かれるアンドゲートを34から35または3
5から34に切り換える。 第12図には、ドライブ回路40の詳細が示されており
、このドライブ回路40は、複数個のトランジスタの導
通、非導通の組合せによって3回路とされた励磁コイル
2Iの通電を制御するようにされている。すなわち、ア
ンドゲート34が開かれてアンドゲート35が閉じられ
ているときには、マイクロコンピュータ51からのデユ
ーティ比信号がドライブ回路40のトランジスタ41.
420ベースに印加され、デユーティ比信号のデユーテ
ィ比でトランジスタ41.42が導通されて、Aの励磁
コイル21を通電し、また、アンドゲート34が閉じら
れ、7ンドゲート35が開かれているときには、マイク
ロコンピュータ51からのデユーティ比信号がトランジ
スタ43.44のベースに印加され、トランジスタ43
.44がデユーティ比信号のデユーティ比で導通され、
Aの励磁コイル21をそれまでとは逆方向に通電する。 つまり、フリップフロップ31が反転動作されてアンド
ゲート34.35の開閉が切り換えられることによって
、Aの励磁コイル21の通電方向が切り換えられ、励磁
コイル21の極性が切り換えられる。Bの励磁コイル2
1.Cの励磁コイル21についても、同様にフリップフ
ロップ32.33を反転動作させることによって、その
通電方向が切り換えられ、極性が切り換えられる。 第13図、第14図、第19図および第20図は、マイ
クロコンピュータ51を動作させるプログラムのうち、
主要部分をフローチャートによって示すものである。第
13図のプログラムは、励磁コイル21の通電電流のデ
ユーティ比を制御するもので、100 ”す秒毎に起動
される時間割り込み処理ルーチンである。 まず、ステップ101では、トルク指令54に応じて励
磁コイル21の通電電流のデユーティ比DtJTYが求
められる。これは、演算によって求めても良いし、予め
メモリに格納されたデータを読み出すことによって求め
ても良いが、トルク指令54による指令トルク′rCに
対して第15図の如く求められる。 次に、ステップ102では、速度指令52による指令速
度Ncと現在の速度Nとの差ΔNが求められる。現在の
速度Nは、後述の第20図のプログラムによって、波形
処理回路56からの微分信号が発生される間隔を測るこ
とによって求められる。第17図には、指令速度Ncに
対する速度Nの変化の様子の一例が示されている。次の
ステップ103では、速度差ΔNに基づいてデユーティ
比の補正量ΔDLJTYが求められる。この補正量ΔD
CITYも、上述のステップ101と同様、演算によっ
て求めても良いし、予めメモリに格納されたデータを読
み出すことによって求めても良いが、速度差ΔNに対し
て、第16図の如く求められる。ステップ104では、
ステップ101で求められたデユーティ比DUTYとス
テップ103で求められた補正量ΔD U T Yとを
加算して最終的なデユーティ比1) Ll ′rYが求
められる。このようにして、第13図のプログラムでは
、速度指令52による速度Ncを維持するように励磁コ
イル21への通電電流のデユーティ比DUTYが制御さ
れる。 第13図のプログラムが100 ’+r秒毎に起動され
るため、ステップ104によって求められるデユーティ
比DUTYO値をそのままプリセッタブルダウンカウン
タ(図示せず)にプリセッ、トシ、このダウンカウンタ
を1ミリ秒のクロック信号によってダウンカウントする
ことによって、ただちにダウンカウンタからは、ステッ
プ104において求められるデユーティ比D U T
Yのパルス信号を得ることができる。このパルス信号は
、プリドライブ回路30のa端子に送り込まれる。 第14図のプログラムは、図示してないメイン処理ルー
チンプログラム中の一部であり、ロータ10、つまり、
モータの停止位置を制御するためのプログラムである。 このプログラムが起動されると、ステップ105におい
て、位置指令53で指令された位置Pcと現在の回転位
置Pとの差ΔPが求められる。現在の回転位置Pは、後
述の第20図のプログラムによって波形処理回路56か
らの微分信号を計数することによって計測される。 ステップ106では、位置の差ΔPが「0」であるか否
かが判定される。現在の回転位置Pが指令位置Pcに達
するまでの間は、ステップ106は否定判断され、ステ
ップ109において差ΔPが正であるか否かが判定され
る。このとき差ΔPは正であるため、ステップ110に
進み、ここで、後述のフラグFが「1」にセットされて
いるか否かが判定される。このとき、フラグFはセット
されていないので、ステップ110は否定判断され、現
在の回転位置Pが指令位置Pcに達するまで、以上の処
理が繰り返される。 やがて現在の回転位置Pが指令位置Pcに達すると、ス
テップ106は肯定判断されてステップ107において
上述のデユーティ比DUTYが「0」とされ、励磁コイ
ル21への通電を停止する。そして、ステップ108で
は、フラグFをrlJにセントし、現在の回転位?&P
が指令位置Pcに達したことを記憶する。 第18図に示すように、現在の回転位置Pが指令位置P
cに達しても、慣性によってロータlOは指令位置Pc
に停まらず、オーバランする。こうしてオーバランした
ときには、ステップ106.109は共に否定判断され
、ステップ113においてフラグFが「1」にセットさ
れているか否かが判定される。いま、フラグFがセット
されているので、ステップ113は肯定判断されてステ
ップ111において逆転パルスが発生される。この逆転
パルスは、第1図における逆流防止用ダイオード55を
介してプリドライブ回路30のb−d端子に送り込まれ
、プリドライブ回路30の三つのフリップフロップ31
〜33を一斉に反転動作させる。フリップフロップ31
〜33が反転動作されると、上述のように、励磁コイル
21の通電方向が反転され、励磁コイル21の極性が反
転されるため、第9図の(ロ)から明らかなように、各
永久磁石11には、矢印で示したのとは反対方向にトル
クが発生する。従って、ステップ111において逆転パ
ルスが発生されることによって、ロータlOの回転方向
が逆転される。そして、ステップ112では、フラグF
がリセットされてrOJとされる。 ロータ10へのトルクが反転されても、慣性によってた
たちにはロータ10は逆転しないが、やがて回転方向が
変えられ、第18図の如く、回転位置Pは再び指令位置
Pcに到達する。このとき、ステップ106は再び肯定
判断されてデユーティ比DUTYがゼロとされるととも
に、ステップ108においてフラグFが「1」にセット
される。 現在の回転位置Pが指令位置Pcに達しても、ロータ1
0は再びオーバランして今度は、ステップ109は肯定
判断される。そして、ステップ110も、このときフラ
グFがセットされているため肯定判断されて、ステップ
111において逆転パルスが発生され、再びロータ10
の回転方向が逆転される。 以上の第14図の停止位置制御ルーチンプログラムによ
る動作を繰り返すことによって、第18図の如く、ロー
タ10は指令位置Pcに停止される。 第19図は、第14図の停止位置制御ルーチンプログラ
ムと同様、メイン処理ルーチンプログラム中にあり、ロ
ータ10の回転方向を判別するための回転方向判別ルー
チンプログラムである。 このプログラムが起動されると、まず、ステ・ノブ11
4において、現在の速度Nが設定速度NSより低いか否
かが判定される。設定速度Nsは停止に近いごく低い速
度に設定されており、従って、ステップ114では、実
質的にはロータ10が停止しているか否かを判定してい
ることになる。ロータ10が停止していてステップ11
4が肯定判断されると、ステップ115において、上述
の回転位置の差ΔPが正であるか否かが判定される。 差ΔPが正でないときは、ステップ115は否定判断さ
れ、ステップl17においてフラグFdが「1」にセッ
トされ、差ΔPが正のときは、ステップ115が肯定判
断されてステップ116においいてフラグFdが「0」
にリセットされる。従って、第18図に示した如く、ロ
ータ10が指令位置Pcで停止せず、オーバランし、再
び指令位置に向けてロータ10の回転方向が変わる瞬間
にフラグFdはセット、またはリセットされる。つまり
、フラグFdがリセットされているときは、回転位置P
が指令位置Pcに達しない位置から指令位置Pcに向け
て正転しているときを表し、フラグFdがセットされる
ときは、回転位置Pが指令位置Pcを超えた位置から指
令位置Pcに向けて逆転しているときを表す。 ロータ10が停止していないときには、ステップ114
は否定判断されてステップ115〜117の処理はスキ
ップされ、回転方向の判別は行われない。 次に第20図は、波形処理回路56から微分信号が入力
される度に起動される割り込み処理ルーチンプログラム
であり、ロータ10の回転位置Pおよび回転速度Nを求
めるプログラムである。このプログラムが本発明におけ
る検出回路に相当するものである。 微分信号が入力されてこのプログラムが起動されると、
まず、ステップ118においてフラグFdがリセットさ
れているか否かが判定される。つまり、ロータ10が正
転しているか否かが判定される。このときロータ10が
正転中であれば、ステップ118は肯定判断され、ステ
ップ119においてロータ10の回転位置を表す値Pが
インクリメント処理される。また、ロータ10が逆転中
のときは、ステップ118は否定判断されるため、ステ
ップ120において値Pがデクリメント処理される。こ
のようにロータ10の回転方向に応じた値Pの計数が行
われることによって値Pは、正確にロータ10の回転位
置を表すものとなる。 次にステップ121では、例えば、マイクロコンピュー
タ51に内蔵されているフリーランカウンタの値を読み
取り、その値をCnとする。次のステップ122では、
前回の割り込み処理時に読み取った値Cnoと今回の値
Cnとの差ΔCをΔC=Cn−Cnoから算出し、ステ
ップ123では、その差ΔCの逆数を算出して回転速度
Nを得る。すなわち、N=A/ΔCの演算をステップ1
23で行う。ただし、Aは定数である。そして、次のス
テップ124では、次回の割り込み処理に備えて、Cn
をCnoとしてメモリに格納する。 このようにして、ロータ10の回転速度が求められる。 〔発明の効果〕 以上のように本発明によれば、位置または速度検出器の
機能をブラシレスモータ中に内蔵するので、検出器をサ
ーボモータに外づけしないで、サーボモータを構成する
ことができ、サーボモータとして使用されるブラシレス
モータの大きさを抑制することができる。 4、図面の簡単な説明 第1図は、本発明の一実施例の制御回路を示す電気回路
図、第2図〜第4図は、上記実施例の機械的構成を示し
、第2図は部分断面正面図、第3図は第2図の111A
−I[[A線断面、IIIB−111B線断面を同時に
示す断面図、第4図はステータのケースの底面図である
。また、第5図は、上記実施例の動作を説明するための
図である。第6図〜第8図は、上記実施例における一つ
の鉄心の拡大図であり、第6図は斜視図、第7図は励磁
コイルを巻かれた状態の正面図、第8図は第7図の■−
■線断面図である。さらに、第9図は、上記実施例の動
作を説明するための図、第10図は、励磁コイルおよび
永久磁石の個数を変えたときの第9図と同様の説明図、
第11図は、第1図のプリドライブ回路の詳細回路図、
第12図は、第1図のドライブ回路の詳細回路図、第1
3図、第14図、第19図および第20図は、第1図の
マイクロコンピュータの主要プログラムを示すフローチ
ャート、第15図〜第18図は、第13図および第14
図のプログラムによる動作を説明するための図である。 。 10・−・−・・ロータ 11−・−・−・永久磁石 20−・・・・・・ステータ 21・−・−・励磁コイル 22・・・−・−・鉄心 28・・・・−・検出コイル 51・−・−・・マイクロコンピュータ(検出回路)5
.6・−・・・・波形処理回路 出願人 トヨタ自動車株式会社 第11図 〃 第14図 第15図 第16図 第17図 第18図 第19図 第20図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、永久磁石をロータに、励磁コイルをステータに、そ
れぞれ配設したブラシレスモータであって、 励磁コイルに対して重ね巻きされ、ロータの回転に伴う
永久磁石の磁束の変化によって起電力を発生する検出コ
イルと、 検出コイルからの起電力を受けて、永久磁石が励磁コイ
ルと対向する位置にあることを検出してパルス信号を発
生する波形処理回路と、 波形処理回路からのパルス信号の発生周期または発生数
によって、ロータの回転位置または回転速度を検出する
検出回路と、 を備えるブラシレスモータ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60183469A JPS6244093A (ja) | 1985-08-21 | 1985-08-21 | ブラシレスモ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60183469A JPS6244093A (ja) | 1985-08-21 | 1985-08-21 | ブラシレスモ−タ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6244093A true JPS6244093A (ja) | 1987-02-26 |
Family
ID=16136336
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60183469A Pending JPS6244093A (ja) | 1985-08-21 | 1985-08-21 | ブラシレスモ−タ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6244093A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5334917A (en) * | 1990-07-12 | 1994-08-02 | W. Schlafhorst Ag & Co. | System and method for optimally driving a DC motor |
JP2009168493A (ja) * | 2008-01-11 | 2009-07-30 | Nippon Densan Corp | レゾルバ、モータ、パワーステアリング装置およびレゾルバの製造方法 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5996859A (ja) * | 1982-11-22 | 1984-06-04 | Seiko Epson Corp | ブラシレスモ−タ− |
-
1985
- 1985-08-21 JP JP60183469A patent/JPS6244093A/ja active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5996859A (ja) * | 1982-11-22 | 1984-06-04 | Seiko Epson Corp | ブラシレスモ−タ− |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5334917A (en) * | 1990-07-12 | 1994-08-02 | W. Schlafhorst Ag & Co. | System and method for optimally driving a DC motor |
JP2009168493A (ja) * | 2008-01-11 | 2009-07-30 | Nippon Densan Corp | レゾルバ、モータ、パワーステアリング装置およびレゾルバの製造方法 |
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