JPS63129884A

JPS63129884A - ブラシレスモータ

Info

Publication number: JPS63129884A
Application number: JP61272382A
Authority: JP
Inventors: Fumio Tajima; 文男田島; Kunio Miyashita; 邦夫宮下; Yasuyuki Sugiura; 杉浦　康之; Toshimi Abukawa; 俊美虻川; Seiichi Narishima; 誠一成島
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-11-15
Filing date: 1986-11-15
Publication date: 1988-06-02
Anticipated expiration: 2009-06-01
Also published as: JPH0642792B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、ブラシレスモータの駆動方法に係り。

特に、出力トルクの大きなブラシレスモータの駆動方法
に関するものである。

〔従来の技術〕

一般に、サーボモータの性能は、トルク／イナーシャ比
で評価でき、トルクは、電気的な巻線関係が同一である
場合、磁束量に比例する。したがって、磁束量の増加が
性能向上に大きく影響を与える。また、サーボモータに
は、一般に、価格的な制約からフェライト磁石が使用さ
れているが、フェライト磁石の残留磁束密度は低いため
、モータ性能に限界がある。

なお、永久磁石サーボモータの制御に関する先行技術は
５例えば特開昭６０−６２８９４号公報に記載されてい
る。

第６図にブラシレスモータの全体的内部構造を示し、第
６図において、固定ｆ・土は、ハウジング３の内部に固
定ｆ・鉄心４と固定ｆ・巻線５とを収納している。回転
！・２は、シャフト６−ヒにヨーク７゜永久磁石８２位
置検出器１）　Ｓ　、エンコーダＥを備え、エンドブラ
ケツ１〜１０．ベアリング９によって前記固定ｐ１に回
転自在に保持されている。

第７図は従来形ブラシレスモータに組み込まれている回
転ｐ２の全体構成説明図である。図は２極の例を、」（
シ、永久６Ｊ＆石８は図ボのごとく着磁されるとともに
、ヨーク７に対して接着剤等で固定される。

第８図は従来形ブラシレスモータの制御回路図。

第９図は第８図に、バす制御回路の動作特性線図、第１
０図は第７図に、」りす回転Ｊ’２の正転動作説明図で
ある。

第８図において、直流電源１１より制御装置１２を介し
て固定ｆ・巻線５に電力を供給する。モータの制御動作
について述べると、ＡＳＲ（速度制御装置）では、速度
指令Ｗｓと、エンコーダＥよりドＶ変換を介して得られ
た実際の速度Ｗｔ　とから速度誤差ｗ９　　を算出し、
これにＰＩ制御（比例積分制御）等によってトルク指令
、すなわち電流指令■８　　を出力する。一方、正弦・
余弦発生回路では、回転子２の位置を検出する位置検出
器ＰＳ（例えば、ホール素子と磁石等によって構成され
る）と、エンコーダＥからのパルス、すなわち回転子の
位置情報とから、予め書き込まれたＲＯＭを介して、第
９図（ａ）、（ｂ）に示す正弦、余弦信号を出力し、各
相は個別にＡＣＲ（電流制御）系を持つ。各相の電流指
令１詰、　Ｉｓｓ　、　Ｉｓｃ　　（第５図の（ｃ）、
（ｄ）、（ｅ））は、２相−３相変換の出力信号と前記
電流指令ＩＳ信号との積となる。この電流指令は、各相
巻線の誘起電圧Ｅｕ。

Ｅｖ、Ｅ−と同相になるよう、位置検出器ＰＳの位置な
らびにＲＯＭのアドレスを調整する。

第７図に示す回転子２の正転動作説明図である第１０図
において、各和合成の電流は、永久磁石８の磁束工（と
常に直角の位置を占め、かつ一定速ができる。

第１０図の動作特性線図である第１１図において、永久
磁石８の磁束分布が正弦波であると仮定すると、ＢＭ　
（＆）で表わされ、３相電流の合成の電流ｉ　（θ）は
、前記制御によって永久磁石磁束ＢＭ（＋７．）と同相
で、しかも常に正弦波状の分布を、バす。この場合のト
ルク″１゛は、次のように表わされ、この値は常に一定
である。

ｔＭ＊ｒ−反作１８による起磁力は、永久磁石８の磁束
ＢＭ　（θ）　ト９０度位相が異なり、Ａ’Ｌ’（Ｏ）
として現われ、これによってｆＦＪａ、ｆ−反作用によ
る磁束１３ＡＴ（０）が生じる。電流ｉ　（θ）と電機
ｆ・反作用磁束ＢＡＴ（ｉｊ）とによるトルク’ｌ’　
ａ　ｔは。

次のように表わされる。

前記（２）式において、Ｂ　Ａ　Ｔ（０）と１（０）と
は、９０度の位相差を持っていることから零となる。し
たがって、電機ｒ・反作用による磁束の利用はなく、し
かも永久磁石８の磁束密度も低いことから、サーボモー
タとしての特性は低い。

第１２図は従来提案に係る改良形ブラシレスモータに組
み込まれている回転ｆ・の正転動作説明図で、第１２図
にボす回転ｒ・を組み込むブラシレスモータの固定ｒ・
構造は従来と同一で、回転ｆ・２の外周は、永久磁石８
と、当該永久磁石８より＋１商い透磁率を有する磁性材
料１３とからなり、磁性材料１３は、ヨーク７と一体で
も製作可能である。

しかして、第１２図に符号２で、」りす回転ｒ・を組み
込んだブラシレスモータに対し、第８図および第９図に
準じて、高透磁率磁性材（以上、補助突極と称す）１３
に電機ｒ・反作用の増磁作用がかかるように制御する（
具体的には、第１２図に示すように、補助突極１３の中
心に対して巻線電流の合成１が０だけ進んだ位置となる
ように制御する）と、第１２図の動作特性線図である第
１３図から明らかなように、（１）式でボした永久磁石
磁束ＢＭ（０）と巻線°な流１　（０）との間にトルク
は。

永久磁石８の断面積が第１０図の場合よりも少なくなっ
ていることから減少する。しかし、（２）式で示した電
機子反作用磁束ＢＡＴ　（０）と巻線電流１（０）のト
ルクが発生し、結果としてトルクは増加する。電機子反
作用によるトルク発生の原理は、以下のとおりである。

すなわち、電機子反作用の増磁作用が働く側に配置され
た補助磁極には、永久磁石と同じ方向に磁束が発生し、
かつ補゛助磁極の透磁率は大きく、他方、減磁作用が働
く側に配置された永久磁石にあっては、その透磁率が小
さいことから、永久磁石の磁束量の減少を少なく押え、
したがって電流に比例して界磁磁束量（永久磁石磁束量
と補助磁極磁束量との和）を増加させることができる。

一方、第１２図に符号２で示す回転子を逆転させた場合
の動作系について説明すると、第１４図はその動作説明
図、第１５図は第１４図の動作特性線図である。すなわ
ち、第１４図に示すように。

回転子２を逆転させると、補助突極１３に電機子反作用
の減磁力がかかり、永久磁石８と逆方向の磁束が増大す
る。つまり、補助突極１３の磁束がブレーキトルクにな
り、永久磁石８のみで回転子２を構成した場合に比較し
て、かえって１−ルクが減少してしまうことになる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このように、従来形ブラシレスモータ、さらには従来提
案に係る改良形ブラシレスモータにあっては、回転子２
の正転と逆転間、正転指令と逆転指令ｒＪＪもしくは電
流の正負間の変化に対する巻線電流の合成起磁力につい
て十分な配慮がなされておらず、一方向回転のモータに
しか使用することができなかった。

本発明は１以上の点を考慮してなされたものであって、
そのｌｊ的とするところは、回転子の正逆転、正逆転指
令もしくは電流の正負いずれの場合においても、高出力
トルクを得ることのできる。

従来にない新しいブラシレスモータの駆動方法を提供し
ようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

前記目的は、多相の固定子巻線を備えた固定子と、外周
に高透磁率磁性材からなる補助突極を有し、かつ等間隔
の極性を持つ回転子と、前記回転子の位置を検出する複
数の位置検出器と、前記複数の位置検出器の信号に対応
して多相の固定子巻線に電流を供給する制御装置とを備
え、前記回転子の正転と逆転間、正転指令と逆転指令間
もしくは電流の正負間の変化に対する巻線電流の合成起
磁力が、当該回転子に対して変化前と逆相（１８０度）
と異なる位置に生じるよう、前記多相の固定子巻線に電
流を供給することによって達成される。

〔作用〕

しかして、本発明によれば、回転子の正転と逆転間、正
転指令と逆転指令間もしくは電流の正負間の変化に対す
る巻線電流の合成起磁力が、当該回転子に対して変化前
と逆相と異なる位置に生じるよう、前記多相の固定子巻
線に電流を供給することにより、回転子の逆転、逆転指
令、電流が負の場合においても、前記回転子の正転、正
転指令。

電流が正の場合と同様、最大トルクを得ることができる
。

〔実施例〕

以下、本発明を第１図および第２図にもとづいて説明す
ると、第１図は本発明方法の実施に供されるブラシレス
モータ（回転子２）の逆イた動作説明図、第２図は第１
図の動作特性線図であり、本発明において、回転子２が
正転、正転指令もしくは電流が正の場合の動作原理は、
既述した第８図〜第１３図の動作原理と同一である。

これに対し１回転子２が逆転、逆転指令もしくは電流が
負の場合は、第１図に示すように、回転２が正転、正転
指令もしくは電流が正の場合における巻線電流の合成値
１１の位置に対して逆相の位置であるｉｉ（この位置で
は、第１４図に示すように、モータ出力トルクを減少せ
しめる）の位置と異なり、補助突極１３よりも０だけ進
んだ位置に巻線電流の合成起磁力が生じるよう、多相の
固定子巻線に電流を供給する。

そして、前記のごとく電流供給した本発明によれば、永
久磁石８のＮ極は１回転子が正転、正転指令もしくは電
流が正の場合に同極性を有した補助奏ｔｉ　ｉ　３　Ａ
とは異なり、補助炎ｔ４１３　Ｉ３と同極性を有するこ
とになり、第１３図に示す回転子２の正転、正転指令も
しくは電流が正の場合と全く同じとなって、永久磁石８
による磁束量と補助突極１３による磁束量との合成と、
巻線電流の合成との間に大きな出力トルクを得ることが
できる。

第３図は本発明方法の実施に供される２相モータの制御
回路図、第４図は第３図に符号２で示す回転子の詳細図
である。

第３図に示す２相モータの制御について述べると、ＡＳ
Ｒでは、速度指令ｗｒと、エンコーダＥよりＦＶ変換を
介して得られる実際の速度ｗ４とから、速度誤差Ｗ＠を
算出する。一方、位置検出器ＰＳからは１回転子２の位
置に応じて、永久磁石、ホール索子工（＾、　）Ｉｓ等
を介して２相の正弦波信号を得る。さらに、２相は、個
々のＡＣＲ系（ＡＣＲＡ、ＡＣＲＢ）を持ち、各相を制
御する。ここで、ＡＣＲ系の入力信号は、ホール素子出
力と速度誤差Ｗｆ　との積として表わされ、これによっ
ても、回転子の正転、正転指令もしくは電流が正の場合
、第４図に示すように、第１２図の場合とほぼ同様、巻
線電流ｉ□と、永久磁石８．補助突極１３からなる回転
子２の位置関係が得られ、大きな１〜ルクを得ることが
できる。

一方１回転子２の逆転、逆転指令もしくは電流が負の場
合は、第３図に示す位置検出器ＰＳの信号ＩＩＡ　、　
ＬＩＢと、２相の固定子巻線に電流を供給する制御装置
１２Ａ、１２Ｂとの対応を異ならせる。

つまり、位置検出器ＰＳの信号ＩＩＡ　をＡＣＲｎ　、
制御装置１２Ｂに１位置検出器ｐｓの信号ＨらをＡＣＲ
Ａ、制御装置１２Ａに対応させる。そして、この場合、
回転子２の逆転、逆転指令もしくは電流が負になった時
には、第４図に示すように１巻線電流の合成１２が第１
図の場合とほぼ同じ値となり、既述した原理によって大
きなトルクを得ることができる。

なお、本発明は、３相モータに対しても適用できる。

第５図に本発明方法の実施に供される回転子の変形例を
示し、第５図に示す回転子２には、先に符号８で示した
永久磁石がない場合を示した。しかして、第５図におい
て、動作可能な巻線電流の位置は、永久磁石８がある場
合と異なり、回転子２の正転、逆転時とも、それぞれ図
に示すように２ケ所ずつある。これは、永久磁石８がな
いために、補助突極１３が巻線起磁力のＮ、Ｓ極に対応
しうるためであり、これによっても、第３図に示す位置
検出器ＰＳの信号Ｈ＾、　Ｉ（Ｂと、２相の固定子巻線
５Ａ、５Ｂに電流を供給する制御装置１２Ａ、１２Ｂと
の対応を異ならせることにより、回転子２の正転と逆転
、正転指令と逆転指令、電流の正負間の変化に対応して
、常に最大トルクを得ることができる。

ところで、前記実施例においては、本発明を、回転形の
モータ駆動に適用した場合について例示したが、これに
代えて、本発明を、リニアモータ駆動に適用したり、さ
らには磁極歯を有するパルスモータ駆動に適用すること
もできる。

また、多相の固定子巻線に電流を供給する制御装置と複
数の位置検出器との対応を切り換える方式は、モータの
回転数を変えたい場合に有用である。それは、回転子に
対する巻線電流合成値の位相が変り、これによって出力
トルクが変るためである。

〔発明の効果〕

本発明は以上のごときであり、図示実施例の説明から明
らかなように１本発明によれば１回転子の正逆転、正逆
転指令もしくは電流の正負いずれの場合においても、高
出力トルクを得ることのできる、従来にない新しいブラ
シレスモータの駆動方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の実施に供されるブラシレスモータ
（回転子）の逆転動作説明図、第２図は第１図の動作特
性線図、第３図は本発明方法の実施に供される２相モー
タの制御回路図、第４図は第３図に符号２で示す回転子
の詳細図、第５図は本発明方法の実施に供される回転子
の変形例を示す図、第６図はブラシレスモータの全体的
内部構造を示す上半部縦断面図、第７図は従来形ブラシ
レスモータに組み込まれている回転ｒの全体構成説明図
、第８図は従来形プラスレスモータの制御回路図、第９
図は第８図にノ＋＜す制御回路の動作特性線図、第１０
図は第７図に示す回転ｒ・の正転動作説明図、第１１図
は第１０図の動作特性線図、第１２図は従来提案に係る
改良形ブラシレスモータに組み込まれている回転Ｙ・の
正転動作説明図、第１３図は第１２図の動作特性線図、
第１４図は第１２図に＞Ｊ＜す回転ｒ・の逆転動作説明
図、第１５図は第１４図の動作特性線図である。１・・固定ｆ・、２・・・回転ｆ・、４・・・固定子鉄
心、５・・固定子巻線、７・・・ヨーク、８・・・永久
磁石、１１・・・直流電源、１２（１２Ａおよび１２Ｂ
）・・・制御装置、１３　（１３Ａおよび１３Ｂ）・・
・高透磁率磁性材、Ｅ・・・エンコーダ、ＰＳ・・・位
置検出器。第１図高２−口ｕ′Ｓ躬Ｓ図治１１図一回転″８向Ｎ　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｓ佑（２，図荊１３０ −ロ帖方向右１４図來ＩＳ図ＳＡＴ　（θ〕 ′第１頁の続き ■発明者　成鳥　誠−茨で勝ｌ工場内

Claims

【特許請求の範囲】

１．多相の固定子巻線を備えた固定子と、外周に高透磁
率磁性材を有し、かつ等間隔の極性を持つ回転子と、前
記回転子の位置を検出する複数の位置検出器と、前記複
数の位置検出器の信号に対応して多相の固定子巻線に電
流を供給する制御装置とを備え、前記回転子の正転と逆
転間，正転指令と逆転指令間もしくは電流の正負間の変
化に対する巻線電流の合成起磁力が、当該回転子に対し
て変化前と逆相（１８０度）と異なる位置に生じるよう
、前記多相の固定子巻線に電流を供給することを特徴と
するブラシレスモータの駆動方法。
２．特許請求の範囲第１項記載の発明において、複数の
位置検出器と、多相の固定子巻線に対して電流を供給す
る制御装置との対応を、回転子の正転と逆転，正転指令
と逆転指令もしくは電流の正負によつて異ならしめるブ
ラシレスモータの駆動方法。