JPH05344780A - ブラシレス直流モータ駆動装置 - Google Patents
ブラシレス直流モータ駆動装置Info
- Publication number
- JPH05344780A JPH05344780A JP4150833A JP15083392A JPH05344780A JP H05344780 A JPH05344780 A JP H05344780A JP 4150833 A JP4150833 A JP 4150833A JP 15083392 A JP15083392 A JP 15083392A JP H05344780 A JPH05344780 A JP H05344780A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- coil
- voltage
- output
- integrator
- output signal
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 回転駆動に伴う温度上昇が少なく、トルクリ
ップルが改善されたブラシレス直流モータ駆動装置を実
現することにある。 【構成】 ホール素子を用いてコイルに流れる電流を転
流制御するように構成されたブラシレス直流モータ駆動
装置において、各コイルの駆動系統として、各コイルに
対応したホール素子の出力信号をΔΣ変調してそれぞれ
のコイルに加えるとともにコイルに加えられる電圧のタ
イミングで負帰還するブロックを設けたことを特徴とす
る。
ップルが改善されたブラシレス直流モータ駆動装置を実
現することにある。 【構成】 ホール素子を用いてコイルに流れる電流を転
流制御するように構成されたブラシレス直流モータ駆動
装置において、各コイルの駆動系統として、各コイルに
対応したホール素子の出力信号をΔΣ変調してそれぞれ
のコイルに加えるとともにコイルに加えられる電圧のタ
イミングで負帰還するブロックを設けたことを特徴とす
る。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はブラシレス直流モータ駆
動装置に関するものであり、詳しくは、温度上昇の軽減
とトルクリップルの低減に関するものである。
動装置に関するものであり、詳しくは、温度上昇の軽減
とトルクリップルの低減に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図5は従来のブラシレス直流モータ駆動
装置の要部構成図である。このような装置の具体例とし
ては例えばサーボレコーダがある。図5のモータ44は
ブラシレスサーボモータであり、円筒形のロータ41と
ロータ41を内包するように固定配置された電機子コイ
ル(以下コイルという)42,43とで回転界磁形直流
モータとして構成されている。
装置の要部構成図である。このような装置の具体例とし
ては例えばサーボレコーダがある。図5のモータ44は
ブラシレスサーボモータであり、円筒形のロータ41と
ロータ41を内包するように固定配置された電機子コイ
ル(以下コイルという)42,43とで回転界磁形直流
モータとして構成されている。
【0003】ロータ41は、コイル42,43の導体に
直交する界磁が正弦波状の分布となるように外周が4極
に磁化されている。ロータ41が回転することにより、
図示しない負荷(例えばレコーダの記録ペン)を測定値
に応じて移動させる。ロータ41の回転角度θは、エン
コーダ47でパルス化されてプロセッサ48に加えられ
る。コイル42,43は、ロータ41を回転させるため
の界磁を発生する。
直交する界磁が正弦波状の分布となるように外周が4極
に磁化されている。ロータ41が回転することにより、
図示しない負荷(例えばレコーダの記録ペン)を測定値
に応じて移動させる。ロータ41の回転角度θは、エン
コーダ47でパルス化されてプロセッサ48に加えられ
る。コイル42,43は、ロータ41を回転させるため
の界磁を発生する。
【0004】ホール素子45,46はコイル42,43
の外周に互いに90°の電気角になるように固定配置さ
れている。これらホール素子45,46は回転界磁の極
性と大きさを検出し、各コイル42,43に流れる電流
を転流制御する。すなわち、D/A変換器49を介して
プロセッサ48からモータ制御信号Saに比例したホー
ル電流IHを流す。ここで、ホール素子45,46には
回転界磁が加わっているので、ホール電流IHと回転界
磁磁束密度BHの積に比例したホール電圧VHが生じる。
これを増幅器U1,U2で増幅してコイル42,43に印
加し、コイル電流IWを流す。前述のように、ホール素
子45,46は互いに90°の電気角になるように固定
配置され、ホール素子45,46に印加される回転界磁
はロータ41の回転に伴って正弦波状に変化するので、
2つのコイル42,43には2相の正弦波電流が流れ
る。
の外周に互いに90°の電気角になるように固定配置さ
れている。これらホール素子45,46は回転界磁の極
性と大きさを検出し、各コイル42,43に流れる電流
を転流制御する。すなわち、D/A変換器49を介して
プロセッサ48からモータ制御信号Saに比例したホー
ル電流IHを流す。ここで、ホール素子45,46には
回転界磁が加わっているので、ホール電流IHと回転界
磁磁束密度BHの積に比例したホール電圧VHが生じる。
これを増幅器U1,U2で増幅してコイル42,43に印
加し、コイル電流IWを流す。前述のように、ホール素
子45,46は互いに90°の電気角になるように固定
配置され、ホール素子45,46に印加される回転界磁
はロータ41の回転に伴って正弦波状に変化するので、
2つのコイル42,43には2相の正弦波電流が流れ
る。
【0005】プロセッサ48はモータ制御信号Saを変
化させることでコイル電流IWの大きさと極性を決定
し、モータ44の出力と回転方向を制御する。
化させることでコイル電流IWの大きさと極性を決定
し、モータ44の出力と回転方向を制御する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の構成によれば、ホール素子45,46の出力をその
まま増幅してコイル42,43に印加しているので、モ
ータの回転駆動に比例してコイルドライバ素子の熱損失
が大きくなり、モータ周辺の温度上昇が大きくなるとい
う問題がある。温度上昇はモータの周辺回路素子の寿命
を縮めたり、軸受の摩擦を大きくしたり、機構部品を変
形させる要因になり、好ましくない。
来の構成によれば、ホール素子45,46の出力をその
まま増幅してコイル42,43に印加しているので、モ
ータの回転駆動に比例してコイルドライバ素子の熱損失
が大きくなり、モータ周辺の温度上昇が大きくなるとい
う問題がある。温度上昇はモータの周辺回路素子の寿命
を縮めたり、軸受の摩擦を大きくしたり、機構部品を変
形させる要因になり、好ましくない。
【0007】このような温度上昇を軽減するためには放
熱対策が必要になる。また、モータの組み込みスペース
を大きくしなければならず、モータを組み込む装置全体
の小型化が図りにくい。そこで、温度上昇を軽減するた
めに、例えばMOSFETを用いてスイッチング駆動す
るように構成し、パルス幅変調(PWM)信号で駆動す
ることも提案されているが、この場合の変調周波数は可
聴周波数よりも高くしなければならず、PWM回路を構
成するコンパレータやMOSFETのスイッチングの遅
れがオフセットになってモータ特性のトルクリップルと
して現れてしまう。
熱対策が必要になる。また、モータの組み込みスペース
を大きくしなければならず、モータを組み込む装置全体
の小型化が図りにくい。そこで、温度上昇を軽減するた
めに、例えばMOSFETを用いてスイッチング駆動す
るように構成し、パルス幅変調(PWM)信号で駆動す
ることも提案されているが、この場合の変調周波数は可
聴周波数よりも高くしなければならず、PWM回路を構
成するコンパレータやMOSFETのスイッチングの遅
れがオフセットになってモータ特性のトルクリップルと
して現れてしまう。
【0008】本発明はこのような問題点を解決するもの
であり、その目的は、回転駆動に伴う温度上昇の少ない
ブラシレス直流モータ駆動装置を実現することにある。
そして、他の目的は、トルクリップルを改善することに
ある。
であり、その目的は、回転駆動に伴う温度上昇の少ない
ブラシレス直流モータ駆動装置を実現することにある。
そして、他の目的は、トルクリップルを改善することに
ある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような問
題点を解決するために、ホール素子を用いてコイルに流
れる電流を転流制御するように構成されたブラシレス直
流モータ駆動装置において、各コイルの駆動系統とし
て、各コイルに対応したホール素子の出力信号をΔΣ変
調してそれぞれのコイルに加えるとともにコイルに加え
られる電圧のタイミングで負帰還するブロックを設けた
ことを特徴とする。
題点を解決するために、ホール素子を用いてコイルに流
れる電流を転流制御するように構成されたブラシレス直
流モータ駆動装置において、各コイルの駆動系統とし
て、各コイルに対応したホール素子の出力信号をΔΣ変
調してそれぞれのコイルに加えるとともにコイルに加え
られる電圧のタイミングで負帰還するブロックを設けた
ことを特徴とする。
【0010】
【作用】各コイルはΔΣ変調ブロックの出力信号により
スイッチング駆動されるので、駆動回路での損失は少な
くなる。そして、ΔΣ変調ブロックの帰還はコイルに加
えられる電圧のタイミングで負帰還されるので、ループ
内の素子の時間遅れがオフセットになることはなく、ト
ルクリップルが改善できる。
スイッチング駆動されるので、駆動回路での損失は少な
くなる。そして、ΔΣ変調ブロックの帰還はコイルに加
えられる電圧のタイミングで負帰還されるので、ループ
内の素子の時間遅れがオフセットになることはなく、ト
ルクリップルが改善できる。
【0011】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。図1は本発明の一実施例の構成説明図であり、一方
のコイルの駆動系統について示したものであって、図4
と共通する部分には同一の符号を付けている。図におい
て、1はホール素子45の駆動信号の入力端子であり、
モータの位置帰還電圧と記録すべき測定電圧との差の入
力電圧VINが入力される。2は差動アンプであり、ホー
ル素子45の出力信号を増幅し、抵抗R9を介して積分
器3に印加する。4はコンパレータであり、積分器3の
出力信号を0Vと比較する。5は遅延素子として用いる
D型フリップフロップであり、その出力信号は駆動回路
6を介してコイル42に印加される。7はレベルシフタ
であり、コイル42に印加される電圧を基準電圧VSの
極性を選択する切換スイッチ8の駆動に適切なレベルに
変換する。切換スイッチ8の出力信号は抵抗R10を介し
て積分器3に印加されている。ここで、積分器3,コン
パレータ4,D型フリップフロップ5および基準電圧V
Sの極性を選択する切換スイッチ8により、ΔΣ変調ブ
ロックを構成している。すなわち、積分器3は予測器と
して機能し、コンパレータ4は1ビットの量子化器とし
て機能し、D型フリップフロップ5は量子化データを1
サンプリング周期遅延させる遅延素子として機能し、切
換スイッチ8により極性が選択される基準電圧VSの供
給系統は1ビットのD/A変換器として機能する。
る。図1は本発明の一実施例の構成説明図であり、一方
のコイルの駆動系統について示したものであって、図4
と共通する部分には同一の符号を付けている。図におい
て、1はホール素子45の駆動信号の入力端子であり、
モータの位置帰還電圧と記録すべき測定電圧との差の入
力電圧VINが入力される。2は差動アンプであり、ホー
ル素子45の出力信号を増幅し、抵抗R9を介して積分
器3に印加する。4はコンパレータであり、積分器3の
出力信号を0Vと比較する。5は遅延素子として用いる
D型フリップフロップであり、その出力信号は駆動回路
6を介してコイル42に印加される。7はレベルシフタ
であり、コイル42に印加される電圧を基準電圧VSの
極性を選択する切換スイッチ8の駆動に適切なレベルに
変換する。切換スイッチ8の出力信号は抵抗R10を介し
て積分器3に印加されている。ここで、積分器3,コン
パレータ4,D型フリップフロップ5および基準電圧V
Sの極性を選択する切換スイッチ8により、ΔΣ変調ブ
ロックを構成している。すなわち、積分器3は予測器と
して機能し、コンパレータ4は1ビットの量子化器とし
て機能し、D型フリップフロップ5は量子化データを1
サンプリング周期遅延させる遅延素子として機能し、切
換スイッチ8により極性が選択される基準電圧VSの供
給系統は1ビットのD/A変換器として機能する。
【0012】図2はこのような構成の動作を説明する各
部の波形例図である。(A)はホール素子45の出力電
圧VHと積分器3の出力電圧Vnを示し、(B)はD型フ
リップフロップ5の出力に基づいてコイル42に印加さ
れる駆動電圧±VDを示している。このような構成にお
いて、D型フリップフロップ5は各クロックCLKの立
ち上がりでコンパレータ4の出力をラッチし、次のクロ
ックの立ち上がりまで保持する。駆動回路6はこのD型
フリップフロップ5の出力を増幅して(B)のような電
圧±VDでコイル42を駆動する。切換スイッチ8は、
駆動回路6から出力される電圧と逆極性の基準電圧VS
を積分器3に印加するように駆動回路6の出力電圧によ
り切り換え駆動される。
部の波形例図である。(A)はホール素子45の出力電
圧VHと積分器3の出力電圧Vnを示し、(B)はD型フ
リップフロップ5の出力に基づいてコイル42に印加さ
れる駆動電圧±VDを示している。このような構成にお
いて、D型フリップフロップ5は各クロックCLKの立
ち上がりでコンパレータ4の出力をラッチし、次のクロ
ックの立ち上がりまで保持する。駆動回路6はこのD型
フリップフロップ5の出力を増幅して(B)のような電
圧±VDでコイル42を駆動する。切換スイッチ8は、
駆動回路6から出力される電圧と逆極性の基準電圧VS
を積分器3に印加するように駆動回路6の出力電圧によ
り切り換え駆動される。
【0013】積分器3に入力される基準電圧VSの極性
は、ホール素子45の出力電圧VHの極性と積分器3の
出力電圧Vnの極性の組み合わせに応じて切り換えられ
る。すなわち、VH>0でVn>0の場合はVn<0にな
るまでのクロックCLKのn周期間にわたって−VSが
印加され、VH>0でVn<0の場合はクロックCLKの
1周期間だけ+VSが印加される。VH<0でVn>0の
場合はVn<0になるまでのクロックCLKのn周期間
にわたって+VSが印加され、VH>0でVn<0の場合
はクロックCLKの1周期間だけ−VSが印加される。
ここで、逆極性の基準電圧VSが印加される期間および
同極性の基準電圧VSが印加されることによるVnの変化
の大きさは、(A)のようにVHの振幅に比例して変化
する。これにより、コイル42に印加される駆動電圧V
Dの極性および印加時間幅もVHの振幅に比例して変化す
ることになり、回転方向および回転距離の制御が行え
る。
は、ホール素子45の出力電圧VHの極性と積分器3の
出力電圧Vnの極性の組み合わせに応じて切り換えられ
る。すなわち、VH>0でVn>0の場合はVn<0にな
るまでのクロックCLKのn周期間にわたって−VSが
印加され、VH>0でVn<0の場合はクロックCLKの
1周期間だけ+VSが印加される。VH<0でVn>0の
場合はVn<0になるまでのクロックCLKのn周期間
にわたって+VSが印加され、VH>0でVn<0の場合
はクロックCLKの1周期間だけ−VSが印加される。
ここで、逆極性の基準電圧VSが印加される期間および
同極性の基準電圧VSが印加されることによるVnの変化
の大きさは、(A)のようにVHの振幅に比例して変化
する。これにより、コイル42に印加される駆動電圧V
Dの極性および印加時間幅もVHの振幅に比例して変化す
ることになり、回転方向および回転距離の制御が行え
る。
【0014】このように構成される装置では、コイル4
2に印加される駆動電圧のタイミングで負帰還をかけて
いるので、負帰還ループ内の素子の時間遅れがオフセッ
トになることはなく、精度のよい駆動が行える。そし
て、コイル42をスイッチング駆動しているので、駆動
回路の損失を少なくできる。図3は本発明の他の実施例
の構成説明図であり、図1と共通する部分には同一の符
号を付けている。図3と図1の異なる点は、図3では図
1の差動アンプ2の代わりにキャパシタC1,C2と切換
スイッチ9〜12で構成されるスイッチト・キャパシタ
を用いていることである。キャパシタC1の両端にはそ
れぞれ切換スイッチ9,10の可動接点が接続され、キ
ャパシタC2の両端にはそれぞれ切換スイッチ11,1
2の可動接点が接続されている。切換スイッチ9の一方
の固定接点φ1はホール素子45の一方の出力端子に接
続され、他方の固定接点φ2は積分器3の入力端子に接
続されている。切換スイッチ10の一方の固定接点φ1
はホール素子45の他方の出力端子に接続され、他方の
固定接点φ2は共通電位点に接続されている。切換スイ
ッチ11の一方の固定接点φ1は共通電位点に接続さ
れ、他方の固定接点φ2は積分器3の入力端子に接続さ
れている。切換スイッチ12の一方の固定接点φ1は切
換スイッチ8の可動接点に接続され、他方の固定接点φ
2は共通電位点に接続されている。
2に印加される駆動電圧のタイミングで負帰還をかけて
いるので、負帰還ループ内の素子の時間遅れがオフセッ
トになることはなく、精度のよい駆動が行える。そし
て、コイル42をスイッチング駆動しているので、駆動
回路の損失を少なくできる。図3は本発明の他の実施例
の構成説明図であり、図1と共通する部分には同一の符
号を付けている。図3と図1の異なる点は、図3では図
1の差動アンプ2の代わりにキャパシタC1,C2と切換
スイッチ9〜12で構成されるスイッチト・キャパシタ
を用いていることである。キャパシタC1の両端にはそ
れぞれ切換スイッチ9,10の可動接点が接続され、キ
ャパシタC2の両端にはそれぞれ切換スイッチ11,1
2の可動接点が接続されている。切換スイッチ9の一方
の固定接点φ1はホール素子45の一方の出力端子に接
続され、他方の固定接点φ2は積分器3の入力端子に接
続されている。切換スイッチ10の一方の固定接点φ1
はホール素子45の他方の出力端子に接続され、他方の
固定接点φ2は共通電位点に接続されている。切換スイ
ッチ11の一方の固定接点φ1は共通電位点に接続さ
れ、他方の固定接点φ2は積分器3の入力端子に接続さ
れている。切換スイッチ12の一方の固定接点φ1は切
換スイッチ8の可動接点に接続され、他方の固定接点φ
2は共通電位点に接続されている。
【0015】図3において、積分器3のn回目の積分の
出力をVnとすると、 Vn=Vn-1−(C1/C3)VH+(C2/C3)・(±VS) になる。ここで、簡単にするため、(C1/C3)=(C
2/C3)=1とすると、 Vn=Vn-1−VH+±VS になる。なお、基準電圧VSは、Vn>0でVD<0のと
き−VSになり、Vn<0でVD>0のとき+VSになる。
出力をVnとすると、 Vn=Vn-1−(C1/C3)VH+(C2/C3)・(±VS) になる。ここで、簡単にするため、(C1/C3)=(C
2/C3)=1とすると、 Vn=Vn-1−VH+±VS になる。なお、基準電圧VSは、Vn>0でVD<0のと
き−VSになり、Vn<0でVD>0のとき+VSになる。
【0016】図4は図3のスイッチト・キャパシタのタ
イミングチャートであり、(A)はクロックCLKを示
し、(B)は切換スイッチ9〜12の切り換えタイミン
グを示している。切換スイッチ9〜12の切り換えタイ
ミングはクロックCLKの立ち上がりに同期していれば
よく、キャパシタC1,C2の充電が短時間で行われるも
のであればデューティは50:50に限らなくてよい。
イミングチャートであり、(A)はクロックCLKを示
し、(B)は切換スイッチ9〜12の切り換えタイミン
グを示している。切換スイッチ9〜12の切り換えタイ
ミングはクロックCLKの立ち上がりに同期していれば
よく、キャパシタC1,C2の充電が短時間で行われるも
のであればデューティは50:50に限らなくてよい。
【0017】図5は図3の構成の動作を説明する各部の
波形例図で、(A)はホール素子45の出力電圧VHと
積分器3の出力電圧Vnを示し、(B)はD型フリップ
フロップ5の出力に基づいてコイル42に印加される駆
動電圧±VDを示している。図5と図2の異なる点は、
図2では積分器3の出力電圧Vnが直線的に変化するの
に対して図5ではスイッチト・キャパシタの働きにより
ステップ的に変化することである。詳細な動作は図1と
実質的に同じなのでその説明は省略する。
波形例図で、(A)はホール素子45の出力電圧VHと
積分器3の出力電圧Vnを示し、(B)はD型フリップ
フロップ5の出力に基づいてコイル42に印加される駆
動電圧±VDを示している。図5と図2の異なる点は、
図2では積分器3の出力電圧Vnが直線的に変化するの
に対して図5ではスイッチト・キャパシタの働きにより
ステップ的に変化することである。詳細な動作は図1と
実質的に同じなのでその説明は省略する。
【0018】このような図3の構成によれば、図1と同
様な本発明の効果のほかに、スイッチト・キャパシタを
用いているので差動アンプが不要になって部品点数の削
減が図れ、スイッチト・キャパシタの積分器を用いるの
で回路の集積化が容易になるという効果も得られる。な
お、駆動回路の遅れが実用上無視できるものであれば、
帰還信号を駆動回路の入力側から取り出してもよい。
様な本発明の効果のほかに、スイッチト・キャパシタを
用いているので差動アンプが不要になって部品点数の削
減が図れ、スイッチト・キャパシタの積分器を用いるの
で回路の集積化が容易になるという効果も得られる。な
お、駆動回路の遅れが実用上無視できるものであれば、
帰還信号を駆動回路の入力側から取り出してもよい。
【0019】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、回転駆動に伴う温度上昇が少なく、回転角度にか
かわらず一定の発生トルクが得られるブラシレス直流モ
ータ駆動装置を実現でき、サーボレコーダのモータ駆動
などに有効である。
れば、回転駆動に伴う温度上昇が少なく、回転角度にか
かわらず一定の発生トルクが得られるブラシレス直流モ
ータ駆動装置を実現でき、サーボレコーダのモータ駆動
などに有効である。
【図1】本発明の一実施例の構成説明図である。
【図2】図1の各部の波形図である。
【図3】本発明の他の実施例の構成説明図である。
【図4】図3の要部の動作を説明するタイミングチャー
トである。
トである。
【図5】図3の各部の波形図である。
【図6】従来のブラシレス直流モータ駆動装置の一例の
構成説明図である。
構成説明図である。
1 入力端子 2 アンプ 3 積分器 4 コンパレータ 5 D型フリップフロップ 6 駆動回路 7 レベルシフタ 8〜12 切換スイッチ 42 コイル 45 ホール素子
Claims (1)
- 【請求項1】ホール素子を用いてコイルに流れる電流を
転流制御するように構成されたブラシレス直流モータ駆
動装置において、 各コイルの駆動系統として、各コイルに対応したホール
素子の出力信号をΔΣ変調してそれぞれのコイルに加え
るとともにコイルに加えられる電圧のタイミングで負帰
還するブロックを設けたことを特徴とするブラシレス直
流モータ駆動装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4150833A JPH05344780A (ja) | 1992-06-10 | 1992-06-10 | ブラシレス直流モータ駆動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4150833A JPH05344780A (ja) | 1992-06-10 | 1992-06-10 | ブラシレス直流モータ駆動装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05344780A true JPH05344780A (ja) | 1993-12-24 |
Family
ID=15505382
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4150833A Pending JPH05344780A (ja) | 1992-06-10 | 1992-06-10 | ブラシレス直流モータ駆動装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05344780A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6919699B2 (en) | 2002-08-01 | 2005-07-19 | Fanuc Ltd | Motor control apparatus |
JP2005287187A (ja) * | 2004-03-30 | 2005-10-13 | Brother Ind Ltd | モータ制御装置及び画像形成装置 |
JP2012506685A (ja) * | 2008-10-23 | 2012-03-15 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | 電子整流モータを制御するための制御装置、電子整流モータの制御方法、およびモータ |
WO2014098217A1 (ja) * | 2012-12-22 | 2014-06-26 | 株式会社Schaft | モータ駆動電圧制御装置およびモータ駆動電圧制御方法 |
CN112798843A (zh) * | 2021-01-06 | 2021-05-14 | 四川众航电子科技有限公司 | 一种闭环式霍尔传感器电路 |
-
1992
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