JPH02197289A - ブラシレスdcモータの制御方法及びブラシレスdcモータ - Google Patents

ブラシレスdcモータの制御方法及びブラシレスdcモータ

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JPH02197289A
JPH02197289A JP1013169A JP1316989A JPH02197289A JP H02197289 A JPH02197289 A JP H02197289A JP 1013169 A JP1013169 A JP 1013169A JP 1316989 A JP1316989 A JP 1316989A JP H02197289 A JPH02197289 A JP H02197289A
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JP
Japan
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motor
brushless
voltage signal
permanent magnet
voltage
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JP1013169A
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English (en)
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Hideo Tsuchiya
英雄 土屋
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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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】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明はブランレスDCモータの制御方法及びブラシレ
スDCモータに関する。
(従来の技術) ブラシレスDCモータはブラシつきDCCツタ整流子の
働きをホール素子などを用いたセンサ部と半導体スイッ
チング素子に置き換えたものであり、機械的な摺動部分
かないために接点でのスパイクノイズがなく、ブラシ部
分の保守か不要になるなどの特徴がある。
このようなブラシレスDCモータの電機子ステタ側に取
付けられたホール素子は、回転界磁ロタ側に取付けられ
た永久磁石による磁束の変化に応じた電気信号を発生す
るものであり、小形で安価なためにブラシレスDCモー
タのセンサとして広く用いられている。一般には第5図
に示すようにモータの相数に応じて複数のホール素子を
31a、31b、31cを取り付け、駆動出力回路33
で二値化した磁極信号32a、32b。
32cを論理演算処理して励磁切り換え信号を得、スイ
ッチング素子34a−34fの0N10FFでモータ3
5の電機子ステータに方形波状の駆動電圧を印加する。
このときの理想的な磁極信号とモータに印加される電圧
の一例を第6図に示す。
この図からもわかるように、モータに印加される電圧の
切り換えタイミングは各相の磁極信号32a、32b、
32Cがゼロクロスする点をもって行うのが通常であり
、従ってホール素子31a31b、31cの取り付けの
微妙な位置誤差はモータの理想的な励磁制御の妨げとな
る。例えば磁極信号のうちの7層が第7図に示すように
位相ずれを起こした場合などがこれにあたり、電機子ス
テータの電流切り換えのタイミングに誤差が生じること
になる。こういった場合には、モータのロータとステー
タによる磁束と電流との電磁力の発生が有効に行われず
、モータ効率が低下したり、振動(トルク変動)か生じ
たりする結果となる。
また、ロータへの永久磁石の取り付けは、従来、ロータ
母相の周囲に接着などの手段により行うことが多かった
。このようにすると接着しるの誤差が生じ、それに伴い
ロータとステータとのギャップには、この接着誤差によ
る寸法のばらつきが生じるので、結果的に磁極ごとに磁
束の差が生じることになる。このほかにも機械的な製作
誤差やロータとステータの偏心などによってもギャップ
距離に寸法のばらつきが生じ、磁束不均等の原因になる
。これはモータの振動の原因にもなるほか、磁極検出を
行うホール素子の出力電圧も、磁極ごとにその絶対値が
変動することになり、磁極信号の平均電圧は第8図に示
すようにオフセット(時間ずれ)を生じ、素子の信号を
二値化する際にON10 F Fの比率が変わってしま
うため、ステツの電流切り換えのタイミングに誤差が生
じてしまう。
(発明が解決しようとする課題) 以上のように従来のブラシレスDCモータでは、ホール
素子の取り付は誤差や永久磁石の取り付は誤差が、モー
タ効率の低下や振動発生の原因となってしまっていた。
本発明はこういった問題を解決し、ホール素子や永久磁
石の取り付は誤差があってもモータ効率の低下や振動発
生を防止することのできるブラシレスDCモータの制御
方法及びブラシレスDCモータの提供を目的とする。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 上記の目的を達成するために本発明においては、 永久磁石と、前記永久磁石の磁束の変化を検知すること
により前記永久磁石の位置情報を得る複数の磁気センサ
を具備したブラシレスDCモータにおいて、 前記磁気センサの電圧信号からこの電圧信号の平均値を
減算し、更に得られた電圧信号を複数に分割し、それぞ
れに重みづけをしてベクトル合成を行うことにより出力
電圧信号を生成しブラシレスDCモータを駆動するブラ
シレスDCモータの制御方法とした。また、 永久磁石と、 前記永久磁石の磁束の変化を検知することにより前記永
久磁石の位置情報を得る複数の磁気センサと、 前記磁気センサの電圧信号からこの電圧信号の平均値を
減算する第1の演算部と、 前記第1の演算部からの電圧信号を複数に分割し、それ
ぞれに重みづけをしてベクトル合成を行う第2の演算部
と有するブラシレスDCモータとした。
(作  用) このような構成とすることにより、電圧信号のオフセッ
ト及び位相ずれを除去することかできる。従ってモータ
効率の低下や振動発生を防止することのできるブラシレ
スDCモータの制御方法及びブラシレスDCモータが実
現する。
(実施例) 以下、図面に従って本発明を説明する。
第1図は本発明の第1の実施例を示すブラシレスDCモ
ータの制御方法を示す図である。ここではモータとして
永久磁石回転界磁形の3相8極24スロツトを用いたも
のを示す。3個のホール素子1a、lb、lcは3相交
流の電気角で120度の位相間隔になるようにステータ
側に取り付けられ、ロータ側に取り付けられた永久磁石
による磁極の極性に応じて、はぼ正弦波状に振幅する磁
極信号2a、2b、2cを出力する。平均電圧演算回路
3はこれら磁極信号2a、2b、2Cを個々にサンプリ
ングして平均電圧を計算した後、平均電圧信号4a、4
b、4cを出力し、磁極信号2a、2b、2cと共に減
算回路5a、5b、5cに入力される。減算回路5a、
5b、5Cでは、磁極信号2a、2b、2cから平均電
圧信号4a、4b、4cを減算し、磁極信号5a。
6b、6cを新たに出力する。この磁極信号6a。
6b、6cは同図に示すように各々3つの信号に分けら
れ、位相演算回路7にて計9つの信号それぞれに所定の
重みづけが行われた後、減算回路8a、8b、8cにて
減算が行われる。尚、ここでは図示していないが、減算
回路8a、8b、gcにプラスの信号として入力される
のは、順番に磁極信号6 a +  6 b 、6 c
であり、その他の磁極信号は全てマイナスの信号として
入力される。そして更に新たな磁極信号9a、9b、9
Cが生成される。磁極信号9a、9b、9cはそれぞれ
ワイドバック回路10に取り込まれ、位相演算回路7で
行われた重みづけか正確であるかどうかが計算された後
、その重みづけを補正する信号11a。
11b、IICをそれぞれの位相演算回路7a。
7b、7cにフィードバックする。一方、磁極信号9a
、9b、9cは駆動出力回路12にて二値化されて論理
演算処理が施され、励磁切り換え信号を得る。そして半
導体スイッチング素子13a〜13fの0N10FFが
これら信号によって切り換えられ、ステータに適当な駆
動電圧を与えることによりブラシレスDCモータ14を
駆動する。
また、平均電圧演算回路3、位相演算回路7はサンプル
ホールド信号発生器15からそれぞれサンプルホールド
信号16a、16bを受けることにより演算を停止し、
既にサンプルした値を連続して発生させる。また、サン
プルホールド信号発生器15はサンプルホールド信号1
6a  16bの発生を別々に行わせることもできる。
尚、平均電圧演算回路3と減算回路4a、4b。
4cは第1の演算部を形成し、位相演算回路7と減算回
路8a、8b、8cは第2の演算部を形成している。
以上のような構成の本発明において、まずオフセット量
の除去について説明する。ここでは平均電圧演算回路3
及び減算回路5a、5b  5cにより、第8図に示し
たようなオフセットを除去している。つまり、第8図の
ようにオフセットが生じている場合、平均電圧演算回路
3aにて電圧の平均値−A [V]が求められるが、こ
れは即ちオフセット量であるため、磁極信号2aから常
にA [V]を減算するように減算回路5aにて処理を
行えば、オフセット分を常に除去することができ、正負
対称の電圧波形となる。尚、オフセットの除去はモータ
の各ホール素子にて独立に行われる。また、オフセット
量を定常誤差と見なせば、サンプルホールド信号発生器
15を操作することによりサンプルホールド信号16a
を発生させ、サンプルした信号をホールドし、この信号
を平均電圧信号4aとして繰り返し減算回路4aに入力
して処理を行うこともできる。
次に位相ずれの除去について説明する。ここでは磁極信
号6a  6b、6cを各々3つの信号に分割し、位相
演算回路7a、7b、7cにて別々に重みづけをした後
、減算回路8a、8b、8cにて減算を行うことにより
位相ずれを検出している。第4図は、磁極信号のベクト
ル合成について示したものであり、ベクトルの向きは位
相を、ベクトルの長さは振幅を表している。同図に示す
ように、例えばV相が7′に位相ずれを生じている場合
、位相ずれが生じていないU相、W相から7′を修正す
るベクトルを合成することができる。
つまりここでは適当な定数に、 Jllを用いることに
よる重みづけにより−(k寸十g苗)を生成すれば、T
;’ + (−(ku+、Q汀))により7′を理想状
態でのV相の位相に一致させることができる。
位相演算回路7a、7b、7cでは例えばまず任意の定
数(例えば全て同じ数)が与えられ、減算回路8a、8
b、8cでの演算結果が0となるように、再び位相演算
回路7a、7b、7cにフィトバック信号11 a、 
 1 l b、  11 cが送られる。そして上述の
例では7′がV相に収束するようなに、Ωの値を選択す
るように演算処理か行われる。具体的には、例えば第2
図(a)のように可変抵抗17a、17bを用いること
により、フィトバック回路10からのフィードバック信
号11aに従って抵抗値を変化させる方法、または(■
1) 同図(b)のようにプログラマブル・アッテネータIg
a、18bにより抵抗値を変化させる方法などが用いら
れる。尚、得られたベクトル7の長さつまり振幅は演算
の具合いによって変化するが、この信号はそのあとの駆
動出力回路12にてゼロクロスの起きる点でまず二値化
し、それから論理演算処理するため、励磁切り換えには
影響を及ぼさない。また、位相ずれを定常誤差と見なせ
ば、サンプルホールド信号発生器15を操作することに
よりサンプルホールド信号16を発生させ、サンプルし
た信号をホールドし、この信号を繰り返し減算回路8に
入力して処理を行うこともできる。
以上のような構成及び動作を有する本発明のブラシレス
DCモータとすれば、オフセットや位相ずれが除去され
、モータ効率の低下や振動発生を防止することができる
第3図は本発明の他の実施例を示すブラシレスDCモー
タの制御方法を示す図の一部である。ここではオフセッ
ト除去に係る構成のみを示してあり、前述の実施例と同
一の構成要素には同一符号を付し、説明を省略する。磁
極信号2a、2b2cは平均電圧演算回路3に入力され
る際、A/Dコンバータ19を介してデジタル信号に変
換される。平均電圧演算回路3はこの信号を取り込み、
デジタル量として演算し、結果の平均値データをD/A
コンバータ20を介して再びアナログ信号に変換し、平
均電圧信号4a、4b、4cとして減算回路5a、5b
、5cに出力するものである。
デジタル量で得られた平均値データは、大容量コンデン
サやバッテリ、あるいはメモリ用電源21でバックアッ
プされたメモリ22に蓄積される。
このような構成とすれば、ここでは図示しないモータ用
電源を切っても平均値データは保持されるので、モータ
用電源再投入後もモータ用電源切断前の平均値データを
用いた制御を行うことができる。
また、ここではオフセット除去に係る構成要素のみ示し
たが、位相ずれ除去に係る構成要素にA/Dコンバータ
やD/Aコンバータ、メモリ、メモリ用電源などを用い
れば、同様にデータを保持することかできる。
また、これらデータを例えばその時の温度条件や運転時
間などと共にメモリしておき、モータを再駆動した時に
その温度や運転時間でのデータを呼び出すようにしても
よい。
尚、ザンプルホールド信号発生器15は前述したように
サンプルホールド信号16a、16bの発生を別々に行
わせることができる。例えばロタか1回転した時点でサ
ンプルホールド信号16aを発生させ、更にロータが1
回転した時点でサンプルホールド信号16bを発生させ
るようにしてもよい。もちろんこれらの信号発生は自動
的に行われても手動によって行われてもよい。
[発明の効果] 以上のように本発明によれば、ホール素子や永久磁石の
取り付は誤差かあってもモータ効率の低下や振動発生を
防止することのできるブラシレスDCモータの制御方法
及びブラシレスDCモータが実現する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のブラシレスDCモータの制御方法を示
す図、第2図は位相演算回路内における重みづけの変化
を行う手段を示す回路図、第3図は本発明のブラシレス
DCモータの制御方法の変形例を示す図、第4図は本発
明に係る位相ずれ除去方法を示すベクトル線図、第5図
は従来のブラシレスDCモータの制御方法を示す図、第
6図乃至第8図は磁極信号の波形のタイムチャートであ
る。 la、lb、lc・・・ホール素子(磁気センサ)、3
・・・平均電圧演算回路(第1の演算部)、5a5b、
5c・・・減算回路(第1の演算部)、7・・・位相演
算回路(第2の演算部)8a、8b、8c・・・減算回
路(第2の演算部)

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)永久磁石と、前記永久磁石の磁束の変化を検知す
    ることにより前記永久磁石の位置情報を得る複数の磁気
    センサを具備したブラシレスDCモータにおいて、  前記磁気センサの電圧信号からこの電圧信号の平均値
    を減算し、更に得られた電圧信号を複数に分割し、それ
    ぞれに重みづけをしてベクトル合成を行うことにより出
    力電圧信号を生成しブラシレスDCモータを駆動するこ
    とを特徴とするブラシレスDCモータの制御方法。
  2. (2)永久磁石と、前記永久磁石の磁束の変化を検知す
    ることにより前記永久磁石の位置情報を得る複数の磁気
    センサを具備したブラシレスDCモータにおいて、  前記磁気センサの電圧信号を複数に分割し、それぞれ
    に重みづけをしてベクトル合成を行うことにより出力電
    圧信号を生成しブラシレスDCモータを駆動することを
    特徴とするブラシレスDCモータの制御方法。
  3. (3)請求項1乃至2記載のブラシレスDCモータの制
    御方法において、前記電圧信号を3分割することを特徴
    とするブラシレスDCモータの制御方法。
  4. (4)永久磁石と、  前記永久磁石の磁束の変化を検知することにより前記
    永久磁石の位置情報を得る複数の磁気センサと、  前記磁気センサの電圧信号からこの電圧信号の平均値
    を減算する第1の演算部と、  前記第1の演算部からの電圧信号を複数に分割し、そ
    れぞれに重みづけをしてベクトル合成を行う第2の演算
    部とを有することを特徴とするブラシレスDCモータ。
  5. (5)永久磁石と、  前記永久磁石の磁束の変化を検知することにより前記
    永久磁石の位置情報を得る複数の磁気センサと、  前記磁気センサの電圧信号を複数に分割し、それぞれ
    に重みづけをしてベクトル合成を行う演算部ろを有する
    ことを特徴とするブラシレスDCモータ。
  6. (6)請求項4乃至5記載のブラシレスDCモータにお
    いて、前記電圧信号を3分割することを特徴とするブラ
    シレスDCモータ。
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Cited By (3)

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