JPS634438B2 - - Google Patents
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- JPS634438B2 JPS634438B2 JP56000550A JP55081A JPS634438B2 JP S634438 B2 JPS634438 B2 JP S634438B2 JP 56000550 A JP56000550 A JP 56000550A JP 55081 A JP55081 A JP 55081A JP S634438 B2 JPS634438 B2 JP S634438B2
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- JP
- Japan
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- rotor
- armature
- brushless motor
- armature coils
- rotation angle
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- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 24
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 claims description 11
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical group [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- H02P6/10—Arrangements for controlling torque ripple, e.g. providing reduced torque ripple
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、回転子の回転に伴つて発生するトル
クむらをなくすことのできる直流ブラシレスモー
タの駆動装置に関するものである。
クむらをなくすことのできる直流ブラシレスモー
タの駆動装置に関するものである。
一般に、回転界磁形の直流ブラシレスモータに
おいては、回転子の回転角によつて発生トルクが
変動し、これがモータの起動特性などに悪影響を
与えている。このトルクむらは、電機子コイル辺
および界磁磁極の数が多いモータではそれほど大
きくはない。しかしながら、汎用のブラシレスモ
ータでは、転流を制御する回路を簡素化し、安価
にするために、電機子コイル辺は２〜４辺、界磁
磁極数は２または４極程度であり、このため大き
なトルクむらを生じてしまう。
おいては、回転子の回転角によつて発生トルクが
変動し、これがモータの起動特性などに悪影響を
与えている。このトルクむらは、電機子コイル辺
および界磁磁極の数が多いモータではそれほど大
きくはない。しかしながら、汎用のブラシレスモ
ータでは、転流を制御する回路を簡素化し、安価
にするために、電機子コイル辺は２〜４辺、界磁
磁極数は２または４極程度であり、このため大き
なトルクむらを生じてしまう。
第１図は従来実施されていた直流ブラシレスモ
ータの駆動装置の一例を示す構成図である。図に
おいて、L1，L2は電機子コイル、LMは永久磁石
回転子（以下、単に回転子という）、COは鉄心、
H1，H2は回転子LMより生ずる磁束を検出する
ホール素子、CCはホール素子H1，H2に一定電流
を供給する定電流源である。AMP1，AMP2はそ
れぞれホール素子H1，H2の出力電圧により電機
子コイルL1，L2に流れる励磁電流を発生する増
幅器、Ｅは電源である。回転子LMはその回転に
応じて近傍に配置されたホール素子H1，H2の出
力電圧が正弦波状に変化するように着磁（以下、
これを正弦波着磁という）されている。電機子コ
イルL1，L2とこれに流れる励磁電流を制御する
ホール素子H1，H2とは電気角にして90゜の位相差
をもつてそれぞれ配置され、各電機子コイルL1，
L2間も２極の回転子LMに対応して90゜の位置に
配置されている。
ータの駆動装置の一例を示す構成図である。図に
おいて、L1，L2は電機子コイル、LMは永久磁石
回転子（以下、単に回転子という）、COは鉄心、
H1，H2は回転子LMより生ずる磁束を検出する
ホール素子、CCはホール素子H1，H2に一定電流
を供給する定電流源である。AMP1，AMP2はそ
れぞれホール素子H1，H2の出力電圧により電機
子コイルL1，L2に流れる励磁電流を発生する増
幅器、Ｅは電源である。回転子LMはその回転に
応じて近傍に配置されたホール素子H1，H2の出
力電圧が正弦波状に変化するように着磁（以下、
これを正弦波着磁という）されている。電機子コ
イルL1，L2とこれに流れる励磁電流を制御する
ホール素子H1，H2とは電気角にして90゜の位相差
をもつてそれぞれ配置され、各電機子コイルL1，
L2間も２極の回転子LMに対応して90゜の位置に
配置されている。
このように構成された直流ブラシレスモータの
駆動装置において、その動作を説明すると次の通
りである。回転子LMが回転するとホール素子
H1，H2にはそれぞれ90゜の位相差をもつて正弦波
状の出力電圧が誘起される。この時、図示の如く
電機子コイルL1と対向する位置に回転子LMの磁
極Ｎが来たとすると、この電機子コイルL1に励
磁電流を制御するホール素子H1は回転子LMの両
磁極Ｎ，Ｓの中間に位置し、その出力電圧は零と
なつている。すなわち、電機子コイルL1の励磁
電流はホール素子H1の出力電圧に対応して零と
なる。これと反対に、回転子LMの磁極Ｓと対向
しているホール素子H2の出力電圧は最大の値と
なり、電機子コイルL2には最大の励磁電流が流
れる。その後、回転子LMが図中の矢印の方向に
回転すると、電機子コイルL1の励磁電流は増加
し、電機子コイルL2の励磁電流は減少する。こ
の時、両励磁電流の変化は正弦波状であり、90゜
の位相差を有している。したがつて、これらの励
磁電流により発生される磁界のベクトル合成は常
に一定の値を有する回転磁界となり、回転子LM
の位置に対して発生トルクの変動を生じることが
なくなる。また、電機子コイルが回転子と固定子
との間のギヤツプに配置された形式のモータにお
いては、トルクを発生する動作原理は上記のモー
タと多少異なるが、各電機子コイルには正弦波状
の励磁電流が流れ、各電機子コイルにより発生さ
れるトルクの和は常に一定の値となる。
駆動装置において、その動作を説明すると次の通
りである。回転子LMが回転するとホール素子
H1，H2にはそれぞれ90゜の位相差をもつて正弦波
状の出力電圧が誘起される。この時、図示の如く
電機子コイルL1と対向する位置に回転子LMの磁
極Ｎが来たとすると、この電機子コイルL1に励
磁電流を制御するホール素子H1は回転子LMの両
磁極Ｎ，Ｓの中間に位置し、その出力電圧は零と
なつている。すなわち、電機子コイルL1の励磁
電流はホール素子H1の出力電圧に対応して零と
なる。これと反対に、回転子LMの磁極Ｓと対向
しているホール素子H2の出力電圧は最大の値と
なり、電機子コイルL2には最大の励磁電流が流
れる。その後、回転子LMが図中の矢印の方向に
回転すると、電機子コイルL1の励磁電流は増加
し、電機子コイルL2の励磁電流は減少する。こ
の時、両励磁電流の変化は正弦波状であり、90゜
の位相差を有している。したがつて、これらの励
磁電流により発生される磁界のベクトル合成は常
に一定の値を有する回転磁界となり、回転子LM
の位置に対して発生トルクの変動を生じることが
なくなる。また、電機子コイルが回転子と固定子
との間のギヤツプに配置された形式のモータにお
いては、トルクを発生する動作原理は上記のモー
タと多少異なるが、各電機子コイルには正弦波状
の励磁電流が流れ、各電機子コイルにより発生さ
れるトルクの和は常に一定の値となる。
しかしながら、このような装置においては、回
転子LMを正弦波着磁する必要があるが、通常の
磁性材料を正弦波着磁することは容易ではなく、
しかも、このような回転子には強い保磁力を有す
る異方性の磁性材料等を使用することができない
ので、大きな出力を効率よく得ることができな
い。
転子LMを正弦波着磁する必要があるが、通常の
磁性材料を正弦波着磁することは容易ではなく、
しかも、このような回転子には強い保磁力を有す
る異方性の磁性材料等を使用することができない
ので、大きな出力を効率よく得ることができな
い。
本発明は、上記のような従来装置の欠点をなく
し、正弦波着磁された回転子を使用することな
く、トルクむらをなくすことのできる直流ブラシ
レスモータの駆動装置を簡単な構成により実現す
ることを目的としたものである。
し、正弦波着磁された回転子を使用することな
く、トルクむらをなくすことのできる直流ブラシ
レスモータの駆動装置を簡単な構成により実現す
ることを目的としたものである。
本発明の直流ブラシレスモータの駆動装置は、
回転子の回転に伴い励磁電流の大きさを制御し、
発生トルクを一定に保つ手段として、回転子の着
磁状態を記憶した記憶回路とデイジタル演算回路
とを使用し、回転子の回転角を示すシヤフトエン
コーダの出力から、回転子の磁極とその周囲に配
置された電機子コイルとの相対的な位置関係およ
び各電機子コイルごとに所定のトルクを発生させ
るために電機子コイルに流す励磁電流の大きさを
デイジタル的に演算することにより、回転子の着
磁状態にかかわらず、トルクむらをなくすことが
できるように構成したものである。
回転子の回転に伴い励磁電流の大きさを制御し、
発生トルクを一定に保つ手段として、回転子の着
磁状態を記憶した記憶回路とデイジタル演算回路
とを使用し、回転子の回転角を示すシヤフトエン
コーダの出力から、回転子の磁極とその周囲に配
置された電機子コイルとの相対的な位置関係およ
び各電機子コイルごとに所定のトルクを発生させ
るために電機子コイルに流す励磁電流の大きさを
デイジタル的に演算することにより、回転子の着
磁状態にかかわらず、トルクむらをなくすことが
できるように構成したものである。
以下、図面を用いて本発明の直流ブラシレスモ
ータの駆動装置を説明する。
ータの駆動装置を説明する。
第２図は本発明の直流ブラシレスモータの駆動
装置の一実施例を示す構成図である。図におい
て、LMは回転子、L1，L2はその外周に配置され
た電機子コイルで、ここでは２極に着磁された回
転子を有する直流ブラシレスモータを例示してい
る。１はモータの制御信号Eaをデイジタル信号
に変換するアナログ・デイジタル変換器（以下、
Ａ／Ｄ変換器と略記する）、２は回転子LMの回
転角を示すデイジタル信号を発生するシヤフトエ
ンコーダ、３は回転子１の回転方向における着磁
状態をシヤフトエンコーダ２の分解能に合わせて
微少間隔ごとに記憶する記憶回路、４はＡ／Ｄ変
換器１およびシヤフトエンコーダ２の出力に応じ
て電機子コイルL1，L2に供給する励磁電流ID1，
ID2の大きさを算出するデイジタル演算回路（以
下、単に演算回路という）、５，６は演算回路４
の出力に応じてパルス幅変調された励磁電流ID1，
ID2を発生する電力増幅器である。
装置の一実施例を示す構成図である。図におい
て、LMは回転子、L1，L2はその外周に配置され
た電機子コイルで、ここでは２極に着磁された回
転子を有する直流ブラシレスモータを例示してい
る。１はモータの制御信号Eaをデイジタル信号
に変換するアナログ・デイジタル変換器（以下、
Ａ／Ｄ変換器と略記する）、２は回転子LMの回
転角を示すデイジタル信号を発生するシヤフトエ
ンコーダ、３は回転子１の回転方向における着磁
状態をシヤフトエンコーダ２の分解能に合わせて
微少間隔ごとに記憶する記憶回路、４はＡ／Ｄ変
換器１およびシヤフトエンコーダ２の出力に応じ
て電機子コイルL1，L2に供給する励磁電流ID1，
ID2の大きさを算出するデイジタル演算回路（以
下、単に演算回路という）、５，６は演算回路４
の出力に応じてパルス幅変調された励磁電流ID1，
ID2を発生する電力増幅器である。
上記のように構成された本発明の直流ブラシレ
スモータの駆動装置において、その動作を第３図
の波形図を用いて説明すると次の通りである。第
３図ａは回転子LMの回転方向における着磁状態
の一例を示すもので、Bgmは回転子LMと電機子
コイルL1，L2とのギヤツプにおける磁束密度で
ある。回転子LMの着磁状態は記憶回路３に記憶
されるが、いま、シヤフトエンコーダ２の分解能
が2π／100（rad）であるとすると、記憶回路３には 100個分のデータの記憶場所が確保され、回転子
LMの外周における2π／100（rad）ごとの磁束密度 Bgmの側定値がそれぞれ記憶される。また、第
３図ｂは本発明の直流ブラシレスモータの駆動装
置の動作状態において回転子LMの回転、すなわ
ち回転角の変化に応じて回転子LMに働くトルク
の大きさを示すもので、T1，T2はそれぞれ電機
子コイルL1，L2に流れる励磁電流ID1，ID2とギヤ
ツプの磁束密度Bgmとの積に比例して発生する
トルクであり、Toはその和である。図から明ら
かなように、各電機子コイルL1，L2により発生
されるトルクT1，T2の大きさが、常に一定の関
係（T1＋T2＝To）を持つて変化するように、各
電機子コイルL1，L2に流れる励磁電流ID1，ID2の
大きさを制御すれば、回転子LMに働くトルクの
和Toが一定となり、トルクむらをなくすことが
できる。
スモータの駆動装置において、その動作を第３図
の波形図を用いて説明すると次の通りである。第
３図ａは回転子LMの回転方向における着磁状態
の一例を示すもので、Bgmは回転子LMと電機子
コイルL1，L2とのギヤツプにおける磁束密度で
ある。回転子LMの着磁状態は記憶回路３に記憶
されるが、いま、シヤフトエンコーダ２の分解能
が2π／100（rad）であるとすると、記憶回路３には 100個分のデータの記憶場所が確保され、回転子
LMの外周における2π／100（rad）ごとの磁束密度 Bgmの側定値がそれぞれ記憶される。また、第
３図ｂは本発明の直流ブラシレスモータの駆動装
置の動作状態において回転子LMの回転、すなわ
ち回転角の変化に応じて回転子LMに働くトルク
の大きさを示すもので、T1，T2はそれぞれ電機
子コイルL1，L2に流れる励磁電流ID1，ID2とギヤ
ツプの磁束密度Bgmとの積に比例して発生する
トルクであり、Toはその和である。図から明ら
かなように、各電機子コイルL1，L2により発生
されるトルクT1，T2の大きさが、常に一定の関
係（T1＋T2＝To）を持つて変化するように、各
電機子コイルL1，L2に流れる励磁電流ID1，ID2の
大きさを制御すれば、回転子LMに働くトルクの
和Toが一定となり、トルクむらをなくすことが
できる。
さて、回転子LMが回転すると、その回転角は
遂次シヤフトエンコーダ２により検出され、演算
回路４に入力される。演算回路４は、まず、シヤ
フトエンコーダ２の出力から回転子LMの磁極と
電機子コイルL1，L2との相対的な位置関係を算
出し、記憶回路３から各電機子コイルL1，L2の
位置における磁束密度Bgmの値を読み出してく
る。次に、この磁束密度Bgmの値および制御信
号Eaの値をもとにして、所望のトルクT1，T2、
すなわち前記第３図ｂのグラフに示すように、そ
の時の回転子LMの回転角に対応して各電機子コ
イルL1，L2に割り当てられたトルクT1，T2を発
生するために必要とする励磁電流ID1，ID2の大き
さを算出し、出力する。ここで、回転子LMの回
転角に対応して設定されるT1，T2は、第３図ｂ
のグラフに応じた関数式、または微少回転角ごと
の個別の設定値として、演算回路４内、あるいは
記憶回路３に予め記憶されている。電力増幅器
５，６は演算回路４から出力されるデイジタル信
号に応じて励磁電流ID1，ID2をパルス幅変調し、
電機子コイルL1，L2に供給する。
遂次シヤフトエンコーダ２により検出され、演算
回路４に入力される。演算回路４は、まず、シヤ
フトエンコーダ２の出力から回転子LMの磁極と
電機子コイルL1，L2との相対的な位置関係を算
出し、記憶回路３から各電機子コイルL1，L2の
位置における磁束密度Bgmの値を読み出してく
る。次に、この磁束密度Bgmの値および制御信
号Eaの値をもとにして、所望のトルクT1，T2、
すなわち前記第３図ｂのグラフに示すように、そ
の時の回転子LMの回転角に対応して各電機子コ
イルL1，L2に割り当てられたトルクT1，T2を発
生するために必要とする励磁電流ID1，ID2の大き
さを算出し、出力する。ここで、回転子LMの回
転角に対応して設定されるT1，T2は、第３図ｂ
のグラフに応じた関数式、または微少回転角ごと
の個別の設定値として、演算回路４内、あるいは
記憶回路３に予め記憶されている。電力増幅器
５，６は演算回路４から出力されるデイジタル信
号に応じて励磁電流ID1，ID2をパルス幅変調し、
電機子コイルL1，L2に供給する。
このように、回転子LMの回転角に応じて電機
子コイルL1，L2に励磁電流ID1，ID2が供給される
ので、回転子LMは回転を続け、励磁電流ID1，ID2
の大きさは所望のトルクT1，T2を発生するよう
に常に制御されているので、総合の発生トルク
Toは制御信号Eaに比例した一定値であり、回転
子LMの回転に伴つてトルクむらを生じることは
ない。また、回転子LMの着磁状態は、同じ種類
の磁性材料であればほぼ同一であるので、材料の
種類および着磁条件等の分かつている回転子を使
用する場合には、着磁状態を個々に測定すること
なく、その種類の回転子について予め与えられた
データを記憶回路３に書き込めば良い。
子コイルL1，L2に励磁電流ID1，ID2が供給される
ので、回転子LMは回転を続け、励磁電流ID1，ID2
の大きさは所望のトルクT1，T2を発生するよう
に常に制御されているので、総合の発生トルク
Toは制御信号Eaに比例した一定値であり、回転
子LMの回転に伴つてトルクむらを生じることは
ない。また、回転子LMの着磁状態は、同じ種類
の磁性材料であればほぼ同一であるので、材料の
種類および着磁条件等の分かつている回転子を使
用する場合には、着磁状態を個々に測定すること
なく、その種類の回転子について予め与えられた
データを記憶回路３に書き込めば良い。
なお、上記の説明においては、電機子コイル
L1，L2により発生されるトルクT1，T2をそれぞ
れ三角波状に変化させた場合を例示したが、この
変化の状態は任意に選ぶことができるものであ
り、例えば、前記した従来装置のように三角関数
的に変化するものであつても、同様の動作を行な
わせることができる。このような変更は、演算回
路４における演算式や式中の定数を変更すること
により容易に行なうことができる。さらに、電力
増幅器５，６は演算回路４の出力をＤ／Ａ変換
し、振幅変調された励磁電流ID1，ID2を電機子コ
イルL1，L2に供給するものであつても良い。
L1，L2により発生されるトルクT1，T2をそれぞ
れ三角波状に変化させた場合を例示したが、この
変化の状態は任意に選ぶことができるものであ
り、例えば、前記した従来装置のように三角関数
的に変化するものであつても、同様の動作を行な
わせることができる。このような変更は、演算回
路４における演算式や式中の定数を変更すること
により容易に行なうことができる。さらに、電力
増幅器５，６は演算回路４の出力をＤ／Ａ変換
し、振幅変調された励磁電流ID1，ID2を電機子コ
イルL1，L2に供給するものであつても良い。
以上説明したように、本発明の直流ブラシレス
モータの駆動装置では、回転子の着磁状態を記憶
回路に記憶させるとともに、デイジタル演算回路
によりこのデータを使用して、複数の電機子コイ
ルが回転子の回転角に対応した所望のトルクを発
生するために必要とする励磁電流の大きさを算出
するようにしているので、回転子の着磁状態に応
じて適当な大きさの励磁電流を電機子コイルに供
給することができ、正弦波着磁された回転子を使
用することなく、トルクむらをなくすことのでき
る直流ブラシレスモータの駆動装置を簡単な構成
により実現することができる。
モータの駆動装置では、回転子の着磁状態を記憶
回路に記憶させるとともに、デイジタル演算回路
によりこのデータを使用して、複数の電機子コイ
ルが回転子の回転角に対応した所望のトルクを発
生するために必要とする励磁電流の大きさを算出
するようにしているので、回転子の着磁状態に応
じて適当な大きさの励磁電流を電機子コイルに供
給することができ、正弦波着磁された回転子を使
用することなく、トルクむらをなくすことのでき
る直流ブラシレスモータの駆動装置を簡単な構成
により実現することができる。
第１図は従来の直流ブラシレスモータの駆動装
置の一例を示す構成図、第２図は本発明の直流ブ
ラシレスモータの駆動装置の一実施例を示す構成
図、第３図はその動作を説明するための波形図で
ある。 L1，L2…電機子コイル、LM…回転子、CO…
鉄芯、H1，H2…ホール素子、CC…定電流源、
AMP1，AMP2…増幅器、Ｅ…電源、１…アナロ
グ・デイジタル変換器、２…シヤフトエンコー
ダ、３…記憶回路、４…デイジタル演算回路、
５，６…電力増幅器。
置の一例を示す構成図、第２図は本発明の直流ブ
ラシレスモータの駆動装置の一実施例を示す構成
図、第３図はその動作を説明するための波形図で
ある。 L1，L2…電機子コイル、LM…回転子、CO…
鉄芯、H1，H2…ホール素子、CC…定電流源、
AMP1，AMP2…増幅器、Ｅ…電源、１…アナロ
グ・デイジタル変換器、２…シヤフトエンコー
ダ、３…記憶回路、４…デイジタル演算回路、
５，６…電力増幅器。
Claims (1)
- １ 永久磁石回転子とその内側または外周に配置
された複数の電機子コイルとを有する回転界磁形
直流ブラシレスモータの駆動装置において、前記
回転子の回転角を表わすデイジタル信号を発生す
るシヤフトエンコーダと、前記回転子の回転方向
における着磁状態を前記シヤフトエンコーダの分
解能に従つて微小間隔ごとの測定データとして記
憶する記憶回路と、前記回転子の回転角と着磁状
態と外部から印加される制御信号とをもとにして
前記複数の電機子コイルにそれぞれ所定のトルク
を発生させるために各電機子コイルに供給すべき
励磁電流の大きさを算出するデイジタル演算回路
と、このデイジタル演算回路の出力に応じた励磁
電流を前記複数の電機子コイルにそれぞれ供給す
る電力増幅器とを具備するとともに、前記デイジ
タル演算回路の演算動作において使用される各電
機子コイルの発生トルクの設定値を各トルクの和
が常に一定の値となるような関係に設定してなる
直流ブラシレスモータの駆動装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56000550A JPS57113790A (en) | 1981-01-06 | 1981-01-06 | Driving device for dc brushless motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56000550A JPS57113790A (en) | 1981-01-06 | 1981-01-06 | Driving device for dc brushless motor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57113790A JPS57113790A (en) | 1982-07-15 |
| JPS634438B2 true JPS634438B2 (ja) | 1988-01-28 |
Family
ID=11476825
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56000550A Granted JPS57113790A (en) | 1981-01-06 | 1981-01-06 | Driving device for dc brushless motor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57113790A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55109188A (en) * | 1979-02-13 | 1980-08-22 | Sony Corp | Brushless dc motor |
-
1981
- 1981-01-06 JP JP56000550A patent/JPS57113790A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55109188A (en) * | 1979-02-13 | 1980-08-22 | Sony Corp | Brushless dc motor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57113790A (en) | 1982-07-15 |
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