JPH0568954B2 - - Google Patents
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- JPH0568954B2 JPH0568954B2 JP59277169A JP27716984A JPH0568954B2 JP H0568954 B2 JPH0568954 B2 JP H0568954B2 JP 59277169 A JP59277169 A JP 59277169A JP 27716984 A JP27716984 A JP 27716984A JP H0568954 B2 JPH0568954 B2 JP H0568954B2
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Classifications
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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
- H02P6/10—Arrangements for controlling torque ripple, e.g. providing reduced torque ripple
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Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は直流無整流子モータの駆動装置に関す
るものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to a drive device for a DC commutatorless motor.
従来の技術
近年、回転子位置検出器（例えばホール素子）
の出力に応じて電機子の通電相を半導体（例えば
トランジスタ）で順次切換えるように構成した直
流無整流子モータが、音響装置、映像装置に応用
されている。Conventional technology In recent years, rotor position detectors (e.g. Hall elements)
A DC non-commutated motor configured to sequentially switch the energized phase of an armature using a semiconductor (for example, a transistor) according to the output of the motor is applied to audio equipment and video equipment.
通常、直流無整流子モータは１相につき１つの
回転子位置検出器と、１つの電機子通電制御回路
が必要であり、モータの相数を増やすことは、制
御回路自体の構成が複雑となり、高価で大型とな
り実用的でない。したがつて一般には２相または
３相の電機子が採用され、その結果、トルクリツ
プルも15〜20％P-P存在するのが通常である。そ
れに対応して直流無整流子モータの回転むらが増
加して、音響装置、映像装置のワウ、フラツタを
増加させている。 Normally, a DC non-commutated motor requires one rotor position detector and one armature energization control circuit for each phase, and increasing the number of motor phases requires the configuration of the control circuit itself to become complicated. It is expensive and large, making it impractical. Therefore, a two-phase or three-phase armature is generally used, and as a result, torque ripple typically exists in the range of 15 to 20% PP . Correspondingly, rotational irregularities of DC non-commutator motors have increased, leading to an increase in wow and flutter in audio and video devices.
最近の直流無整流子モータには回転子位置検出
器としてホール素子が多用されているが、よく知
られているようにホール素子は感度のばつきが大
きく、このため、従来からホール素子の感度のば
らつきを回路技術によつて吸収し、さらに直流無
整流子モータのもつトルクリツプルをも補正しよ
うとする試みが盛んに行なわれてきた。 Hall elements are often used as rotor position detectors in recent DC non-commutated motors, but as is well known, Hall elements have large variations in sensitivity. Many attempts have been made to use circuit technology to absorb the variations in torque and also to correct the torque ripple of DC non-commutated motors.
特開昭59−35585号公報（以後、文献１と略記
する）には、回転子位置検出器として３つのホー
ル素子を用いたその代表的な技術が開示されてい
る。その駆動回路の具体的な構成の説明は省略す
るが、その動作のポイントは前記文献１に示され
ているように、コイルの切換わりタイミングをホ
ール素子の出力が零となるタイミングに合わせる
ことによつて、ホール素子出力のばらつきに強く
し、コイルへの供給電流をモータの回転に同期し
た変調信号に応動して部分的に変調することによ
つてトルクリツプルをキヤンセルすることにあ
る。 Japanese Unexamined Patent Publication No. 59-35585 (hereinafter abbreviated as Document 1) discloses a typical technique using three Hall elements as a rotor position detector. Although a detailed explanation of the configuration of the drive circuit will be omitted, the key point of its operation is to match the switching timing of the coil to the timing when the output of the Hall element becomes zero, as shown in the above-mentioned document 1. Therefore, the purpose is to cancel the torque ripple by making the coil resistant to variations in the Hall element output and partially modulating the current supplied to the coil in response to a modulation signal synchronized with the rotation of the motor.
発明が解決しようとする問題点
しかしながら、前記文献１に示された駆動装置
の構成によれば、ホール素子の零出力時を基準に
回路が働らくようにしたため、ホール素子出力の
ばらつきに強くすることができるが、電機子コイ
ルへの通電制御がオンオフ制御となるため、通電
するコイルの切換えに伴なうスパイク状電圧を低
減するための比較的大きなコンデンサを含むフイ
ルタが電機子コイルへの通電端子に必要となる。
また、電機子コイルに流れる電流が急峻にオン・
オフされるため、振動、騒音を発生しやすいとい
う欠点も有していた。Problems to be Solved by the Invention However, according to the configuration of the drive device shown in Document 1, since the circuit operates based on the zero output of the Hall element, it is made resistant to variations in the output of the Hall element. However, since the energization control to the armature coil is an on/off control, a filter containing a relatively large capacitor is used to reduce the spike voltage caused by switching the energized coil. Required for terminals.
Also, the current flowing through the armature coil turns on suddenly.
Since it is turned off, it also has the disadvantage that it tends to generate vibration and noise.
本発明は上記問題点に鑑み、回転子位置検出器
としてホール素子を用いるが、ホール素子出力の
感度ばらつきに強く、かつ文献１に示された駆動
装置において必要とされるようなフイルタの不要
な、低振動、低騒音、低トルクリツプルのモータ
駆動装置を提供するものである。 In view of the above problems, the present invention uses a Hall element as a rotor position detector, but is resistant to variations in sensitivity of Hall element output, and eliminates the need for a filter as required in the drive device shown in Document 1. The present invention provides a motor drive device with low vibration, low noise, and low torque ripple.
問題点を解決するための手段
上記問題点を解決するために本発明の直流無整
子モータの駆動装置は磁界を検出する磁電変換素
子と、磁電変換素子の各出力を増幅するバツフア
増幅器と、前記バツフア増幅器の各出力の差を合
成する複数個の減算回路と、前記減算回路の各出
力の正部分あるいは負部分の和を合成する整流加
算回路と、モータのトルク指令信号を発生する指
令信号発生回路と、前記整流加算回路の出力が所
定値になるように前記バツフア増幅器の増幅度、
あるいは前記複数子の磁電変換素子の入力供給電
圧の調節する第１の誤差増幅器と、前記減算回路
の出力が入力され複数相の電機子コイルに電流を
供給する電力供給回路と、前記複数相の電機子コ
イルへの供給電流を検出する電流検出手段と、前
記複数相の電機子コイルへの供給電流を変調させ
るための変調信号発生回路と、前記電流検出手段
の出力が前記変調信号発生回路の出力に一致する
ように前記電力供給回路の増幅度を調節する第２
の誤差増幅器より構成されたものである。Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, the drive device for a DC non-coherent motor of the present invention includes a magnetoelectric transducer that detects a magnetic field, a buffer amplifier that amplifies each output of the magnetoelectric transducer, a plurality of subtraction circuits for synthesizing the differences between the outputs of the buffer amplifiers; a rectification and addition circuit for synthesizing the sum of the positive or negative parts of the outputs of the subtraction circuits; and a command signal for generating a torque command signal for the motor. the amplification degree of the buffer amplifier so that the outputs of the generating circuit and the rectifying and adding circuit become predetermined values;
Alternatively, a first error amplifier that adjusts the input supply voltage of the plurality of magnetoelectric conversion elements; a power supply circuit that receives the output of the subtraction circuit and supplies current to the armature coils of the plurality of phases; a current detection means for detecting the current supplied to the armature coil; a modulation signal generation circuit for modulating the supply current to the armature coils of the plurality of phases; a second adjusting the amplification of the power supply circuit to match the output;
It consists of an error amplifier.
作 用
本発明は上記した構成によつて、回転子位置検
出器として複数個の磁電変換素子を用いるが、磁
電変換素子出力の感度ばらつきに強く、かつオフ
セツトにも強い回路構成で、低振動、低騒音で、
かつ低トルクリツプルの直流無整流子モータの駆
動装置を実現しようとするものである。Effects The present invention uses a plurality of magnetoelectric transducers as a rotor position detector with the above-described configuration, and has a circuit configuration that is strong against variations in sensitivity of the magnetoelectric transducer output and strong against offset, and has low vibration and With low noise,
The present invention also aims to realize a drive device for a DC commutatorless motor with low torque ripple.
実施例
以下本発明の一実施例の直流無整流子モータの
駆動装置について、図面を参照しながら説明す
る。Embodiment A driving device for a DC non-commutator motor according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第２図は本発明を応用して好適なモータの要部
斜視図を示したものである。図において、７は回
転軸である。上記回転軸７にはバツクヨークとし
ての軟鉄製の円板８が固定され、その円板８の下
面部には円板状の回転子磁石９が固着されて回転
子を構成している。４，５，６は３相の電機子コ
イルであつて、これは軟鉄製の固定子鉄板１０の
面上に接着剤などで固着されている。１１は軸受
で、前記３相の電機子コイル４，５，６の中心位
置となるように固定子鉄板１０に固定され、前記
回転軸７が回転自在に支承される。１，２，３は
ホール素子で、回転子の位置検出器として使用さ
れ、各電機子コイルの中央部に配置され、円板状
の回転子磁石９の磁界を検出できるようになして
いる。 FIG. 2 shows a perspective view of essential parts of a motor suitable for applying the present invention. In the figure, 7 is a rotation axis. A soft iron disc 8 serving as a back yoke is fixed to the rotating shaft 7, and a disc-shaped rotor magnet 9 is fixed to the lower surface of the disc 8 to constitute a rotor. Reference numerals 4, 5, and 6 denote three-phase armature coils, which are fixed onto the surface of a stator iron plate 10 made of soft iron with an adhesive or the like. A bearing 11 is fixed to the stator iron plate 10 so as to be at the center of the three-phase armature coils 4, 5, and 6, and rotatably supports the rotating shaft 7. Hall elements 1, 2, and 3 are used as rotor position detectors, and are arranged at the center of each armature coil so as to be able to detect the magnetic field of the disc-shaped rotor magnet 9.
第１図は本発明の一実施例におけるモータ駆動
装置の回路構成図を示したものである。図におい
て、１２０は直流電源で、３個のホール素子１，
２，３の入力供給電圧源となる。２１，２２，２
３は各ホール素子１，２，３のバツフア増幅器で
あつて、本実施例では各ホール素子の差動出力に
比例した電流iH1，iH2，iH3に変換し、出力する。
バツフア増幅器２１，２２，２３はそれぞれ３つ
の電流出力（電流の大きさは同一とする）が得ら
れるように構成されている。３１，３２，３３は
減算回路であつて、減算回路３１には、バツフア
増幅器２１の出力とバツフア増幅器２２の出力電
流iH1，iH2が入力され減算されてiP1（＝iH1−iH2）の
電流が出力される。減算回路３２にはバツフア回
路２２，２３の出力電流iH2，iH3が入力され減算
されてiP2（＝iH2−iH3）の電流が出力される。同様
に減算回路３３にはバツフア回路２３，２１の出
力電流iH3，iH1が入力されて減算されてiP3（＝iH3−
iH1）の電流が出力される。 FIG. 1 shows a circuit configuration diagram of a motor drive device in an embodiment of the present invention. In the figure, 120 is a DC power supply, and three Hall elements 1,
2 and 3 input supply voltage sources. 21, 22, 2
Reference numeral 3 denotes a buffer amplifier for each Hall element 1, 2, and 3, which in this embodiment converts into currents i H1 , i H2 , and i H3 proportional to the differential output of each Hall element, and outputs the currents.
Buffer amplifiers 21, 22, and 23 are each configured to provide three current outputs (current magnitudes are the same). 31, 32, and 33 are subtraction circuits, and the output of the buffer amplifier 21 and the output currents i H1 and i H2 of the buffer amplifier 22 are inputted to the subtraction circuit 31 and subtracted to obtain i P1 (=i H1 −i H2 ) is output. The output currents i H2 and i H3 of the buffer circuits 22 and 23 are inputted to the subtracting circuit 32 and subtracted, and a current of i P2 (=i H2 - i H3 ) is output. Similarly, the output currents i H3 and i H1 of the buffer circuits 23 and 21 are inputted to the subtracting circuit 33 and subtracted by the output currents i P3 (=i H3 −
i H1 ) current is output.
減算回路３１，３２，３３は各々２つの出力電
流（大きさは同一とする）が得られるように構成
されているものとする。そして一方の電流出力
iP1，iP2，iP3はそれぞれ電力供給回路１０１，１
０２，１０３に入力され、もう一方の電流出力は
整流加算回路４０に入力されている。整流加算回
路４０はダイオード４１，４２，４３と抵抗４４
より構成されていて減算回路３１，３２，３３の
出力電流iP1，iP2，iP3の正部分のみを抵抗４４に
通電することにより整流加算結果を電圧出力す
る。８０は指令信号発生回路で入力ETに比例し
た電流iTが２つの出力端子から出力される。一方
の電流出力iTは抵抗８２に通電され、電圧に変換
後第１の誤差増幅器５０に入力される。第１の誤
差増幅器５０のもう一方の入力端子には、整流加
算回路４０の整流加算結果が入力され、２つの入
力電圧が一致するようにバツフア回路２１，２
２，２３の増幅度を調節する。６０は絶対値加算
回路であつて、バツフア回路２１，２２，２３の
電流出力iH1，iH2，iH3が入力されている。４，５，
６は３相の電機子コイルで、星形結線されてい
て、各々電力供給回路１０１，１０２，１０３の
出力側に接続されている。１１４は直流電源で電
力供給回路１０１，１０２，１０３の入力動作点
を決定するもので、抵抗１１１，１１２，１１３
は、減算回路３１，３２，３３の電流出力iP1，
iP2，iP3を電圧に変換するために設けてある。９
０は電流検出抵抗で、３相の電機子コイル４，
５，６への流入電流を電圧の型で検出するための
電流検出手段を構成している。７０は第２の誤差
増幅器であつて、２つの入力端子には電流検出抵
抗９０の検出電圧と、指令信号発生回路８０の出
力電流と絶対値加算回路６０の出力電流を合成し
た合成信号が入力されている。本実施例では、指
令信号発生回路の電流出力iTと絶対値加算回路の
電流出力irを減算させ合成電流ic（＝iT−ir）を作
成して抵抗７１により電圧に変換している。な
お、絶対値加算回路６０と抵抗７１により変調信
号発生回路２００が構成されている。第２の誤差
増幅器７０の出力は３つの電力供給回路１０１，
１０２，１０３に接続され、第２の誤差増幅器７
０の両入力が一致するように電力供給回路１０
１，１０２，１０３の増幅度が調節される。 It is assumed that the subtraction circuits 31, 32, and 33 are each configured to obtain two output currents (assuming the magnitudes are the same). and one current output
i P1 , i P2 , i P3 are power supply circuits 101 and 1, respectively.
02 and 103, and the other current output is input to the rectifying and adding circuit 40. The rectifying and adding circuit 40 includes diodes 41, 42, 43 and a resistor 44.
By energizing only the positive portions of the output currents i P1 , i P2 , i P3 of the subtraction circuits 31, 32, 33 to the resistor 44, the rectified and added results are output as a voltage. Reference numeral 80 denotes a command signal generation circuit which outputs a current i T proportional to the input E T from two output terminals. One current output i T is applied to a resistor 82 , converted into a voltage, and then input to the first error amplifier 50 . The rectification and addition result of the rectification and addition circuit 40 is input to the other input terminal of the first error amplifier 50, and the buffer circuits 21 and 2 are inputted so that the two input voltages match.
Adjust the amplification degree of 2 and 23. Reference numeral 60 denotes an absolute value addition circuit to which current outputs i H1 , i H2 , i H3 of the buffer circuits 21, 22, and 23 are input. 4,5,
Reference numeral 6 denotes a three-phase armature coil, which is connected in a star shape and is connected to the output side of power supply circuits 101, 102, and 103, respectively. 114 is a DC power supply that determines the input operating point of the power supply circuits 101, 102, 103, and resistors 111, 112, 113
are the current outputs i P1 of the subtraction circuits 31, 32, 33,
It is provided to convert i P2 and i P3 into voltage. 9
0 is a current detection resistor, 3-phase armature coil 4,
A current detecting means is configured to detect the current flowing into 5 and 6 in the form of voltage. 70 is a second error amplifier, and a composite signal obtained by combining the detection voltage of the current detection resistor 90, the output current of the command signal generation circuit 80, and the output current of the absolute value addition circuit 60 is input to two input terminals. has been done. In this embodiment, the current output i T of the command signal generation circuit and the current output i r of the absolute value addition circuit are subtracted to create a composite current i c (= i T − i r ), which is converted into a voltage by a resistor 71. ing. Note that the modulation signal generation circuit 200 is configured by the absolute value addition circuit 60 and the resistor 71. The output of the second error amplifier 70 is supplied to three power supply circuits 101,
102, 103, and the second error amplifier 7
Power supply circuit 10 so that both inputs of 0 match
Amplification degrees of 1, 102, 103 are adjusted.
以上のように構成された直流無整流子モータの
駆動装置について、第３図、第４図及び第５図を
用いてその動作を説明する。 The operation of the DC commutatorless motor drive device configured as described above will be described with reference to FIGS. 3, 4, and 5.
第３図は回転子の回転角度θを電気角で表わし
て、第１図の駆動装置の各部の波形を示したもの
である。第３図Ａはホール素子１，２，３の差動
出力電圧波形lH1，lH2，lH3である。第３図につい
て、差動出力電圧lH1の０から正への立上り点を
θ＝0゜として差動出力電圧lH2，lH3はそれぞれ120゜
ずつ位相が遅れている。第３図Ａではホール素子
１，２，３の各差動出力には感度ばらつき及びオ
フセツトはないものとする。 FIG. 3 shows waveforms of various parts of the drive device of FIG. 1, with the rotation angle θ of the rotor expressed in electrical angles. FIG. 3A shows differential output voltage waveforms l H1 , l H2 , l H3 of Hall elements 1, 2, and 3. Regarding FIG. 3, assuming that the rising point of the differential output voltage l H1 from 0 to positive is θ=0°, the differential output voltages l H2 and l H3 are each delayed in phase by 120°. In FIG. 3A, it is assumed that there is no sensitivity variation or offset in the differential outputs of Hall elements 1, 2, and 3.
一般に永久磁石回転子型のモータではモータの
高効率化と量産性を考慮して永久磁石は台形波着
磁が施されるため、磁界を検出するホール素子の
差動出力電圧には高次の高調波成分まで含まれて
いる。第３図Ａでは、第３次、第５次、第７次の
各成分が基本波に比べて12.6％、2.5％、0.6％含
まれた例を示す。 In general, in permanent magnet rotor type motors, the permanent magnets are magnetized with trapezoidal waves in consideration of high motor efficiency and mass production, so the differential output voltage of the Hall element that detects the magnetic field has a high order It even contains harmonic components. FIG. 3A shows an example in which the 3rd, 5th, and 7th components are included by 12.6%, 2.5%, and 0.6% compared to the fundamental wave.
第３図Ｂはバツフア増幅器２１，２２，２３の
電流出力波形iH1，iH2，iH3であり、第３図Ｃは減
算回路３１，３２，３３の電流出力波形iP1，iP2，
iP3である。 3B shows the current output waveforms i H1 , i H2 , i H3 of the buffer amplifiers 21, 22, 23, and FIG. 3 C shows the current output waveforms i P1 , i P2 , i H3 of the subtraction circuits 31, 32, 33 .
i It is P3 .
第１図について、バツフア増幅器２１，２２，
２３と減算回路３１，３２，３３と整流加算回路
４０と第１の誤差増幅器５０によつて、制御ルー
プが構成されているので、減算回路３１，３２，
３３の各電流出力iP1，iP2，iP3の波高値は、第３
図Ｃに示したように、モータの指令信号（第３図
Ｅの波形）に比例した一定値となる。上記の制御
ループの動作によつて、ホール素子１，２，３に
感度ばらつき及びオフセツトが存在する場合に
も、バツフア増幅器の増幅度が調節されて、減算
回路３１，３２，３３の各電流出力iP1，iP2，iP3
の波高値は常に一定に保たれる。 Regarding FIG. 1, the buffer amplifiers 21, 22,
23, the subtracting circuits 31, 32, 33, the rectifying and adding circuit 40, and the first error amplifier 50 constitute a control loop.
The peak value of each of the 33 current outputs i P1 , i P2 , i P3 is the third
As shown in Figure C, it becomes a constant value proportional to the motor command signal (waveform in Figure 3E). By the operation of the control loop described above, even when there are sensitivity variations and offsets in the Hall elements 1, 2, and 3, the amplification degree of the buffer amplifier is adjusted, and each current output of the subtracting circuits 31, 32, and 33 is adjusted. i P1 , i P2 , i P3
The wave height value of is always kept constant.
第３図Ｄは、絶対値加算回路６０の電流出力波
形irであつて、絶対値加算回路６０への流入方向
を正方向としている。バツフア回路２１，２２，
２３の各電流出力iH1，iH2，iH3と絶対値加算回路
６０の電流出力irの間にはir−｜iH1｜＋｜iH2｜＋
｜iH3｜の関係が存在する。第３図Ｅは指令信号
発生回路８０の電流出力iTを示すもので、モータ
の指令信号に比例した大きさである。第３図Ｆは
抵抗７１に流入する電流icを示したもので指令信
号発生回路８０の電流出力iTと絶対値加算回路６
０の電流出力irの間には、ic＝iT−irの関係があ
る。第３図Ｆには６次のリツプルが含まれてい
る。 FIG. 3D shows the current output waveform i r of the absolute value addition circuit 60, and the direction of flow into the absolute value addition circuit 60 is the positive direction. Buffer circuits 21, 22,
23 current outputs i H1 , i H2 , i H3 and the current output i r of the absolute value addition circuit 60, i r − | i H1 | + | i H2 | +
The relationship |i H3 | exists. FIG. 3E shows the current output i T of the command signal generation circuit 80, which has a magnitude proportional to the motor command signal. FIG. 3F shows the current i c flowing into the resistor 71, which shows the current output i T of the command signal generation circuit 80 and the absolute value addition circuit 6.
There is a relationship between the current output i r of 0: i c =i T −i r . FIG. 3F includes a sixth-order ripple.
第１図において、電力供給回路１０１，１０
２，１０３と、電機子コイル４，５，６への流入
電流の大きさを電圧に変換する検出抵抗９０と、
２つの入力端子に検出抵抗９０に発生した電圧と
抵抗７１に発生した電圧とが入力され、出力でも
つて電力供給回路１０１，１０２，１０３の増幅
度を調節するように接続された第２の誤差増幅器
７０によつて、制御ループが構成されている。 In FIG. 1, power supply circuits 101, 10
2,103, a detection resistor 90 that converts the magnitude of the current flowing into the armature coils 4, 5, and 6 into voltage;
The voltage generated in the detection resistor 90 and the voltage generated in the resistor 71 are input to two input terminals, and a second error is connected at the output so as to adjust the amplification degree of the power supply circuits 101, 102, 103. The amplifier 70 constitutes a control loop.
上記の制御ループの動作について、第４図及び
第５図を用いて説明する。 The operation of the above control loop will be explained using FIGS. 4 and 5.
第４図は、全体値加算回路６０の出力を開放状
態にしたときの波形図を示したものである。 FIG. 4 shows a waveform diagram when the output of the total value addition circuit 60 is in an open state.
第４図Ａはモータの回転子磁石の回転によつて
固定子に配置された３相の電機子コイル４，５，
６にそれぞれ誘起される３相の発電電圧波形l1，
l2，l3を示したものである。第４図について、発
電電圧波形l1の０から正への立上り点はθ＝−30゜
の点にあり、他の発電電圧波形l2，l3はそれぞれ
120゜ずつ位相が遅れている。またホール素子１，
２，３の各差動出力電圧波形lH1，lH2，lH3に比べ
て、発電電圧波形l1，l2，l3はそれぞれ30゜ずつ位
相が進んでいる。第４図Ａにおいて、３相の電機
子コイル４，５，６に誘起される発電電圧波形
l1，l2，l3の波高値はすべて等しいものとする。
実際上、電機子コイルの形状、配置は機械的に精
度よく定められるので、この仮定は現実にほぼ満
足される。また電機子コイルには通常、数10ター
ンの巻線が、ある巻幅をもつて施されるため、電
機子コイルに誘起される発電電圧波形には、含ま
れる高調波成分が比較的少なく、第４図Ａでは第
３次、第５次の各高調波成分が基本波に比べて、
7.1％、0.4％含まれた例を示した。 Figure 4A shows three-phase armature coils 4, 5, arranged on the stator by the rotation of the motor's rotor magnet.
The three-phase power generation voltage waveforms l 1 ,
This shows l 2 and l 3 . Regarding FIG. 4, the rising point of the generated voltage waveform l 1 from 0 to positive is at the point θ=-30°, and the other generated voltage waveforms l 2 and l 3 are respectively
The phase is delayed by 120°. In addition, Hall element 1,
Compared to the differential output voltage waveforms 2 and 3, l H1 , l H2 , and l H3 , the generated voltage waveforms l 1 , l 2 , and l 3 each have a phase lead of 30 degrees. In Fig. 4A, the generated voltage waveform induced in the three-phase armature coils 4, 5, and 6
The peak values of l 1 , l 2 , and l 3 are all equal.
In practice, the shape and arrangement of the armature coils are mechanically determined with high precision, so this assumption is almost satisfied in reality. In addition, the armature coil is usually wound with several tens of turns with a certain winding width, so the generated voltage waveform induced in the armature coil contains relatively few harmonic components. In Figure 4A, the 3rd and 5th harmonic components are compared to the fundamental wave,
Examples containing 7.1% and 0.4% are shown.
第４図Ｂは電機子コイル４，５，６に通電され
る電流i1，i2，i3を示したものである。電力供給
回路１０１，１０２，１０３の入力側には減算回
路３１，３２，３３の電流出力iP1，iP2，iP3が入
力され、一方電力供給回路１０１，１０２，１０
３の増幅度は絶対値加算回路６０の出力が開放状
態のため指令信号に応じた一定値に保持されるた
め、入力がそのまま線形増幅されて３相の電機子
コイル４，５，６に通電される電流波形i1，i2，
i3は減算回路３１，３２，３３の電流出力波形
iP1，iP2，iP3と相似波形となる。また減算回路３
１，３２，３３の電流出力iP1，iP2，iP3は３組の
ホール素子の各出力を増幅するバツフア増幅器２
１，２２，２３の３組の出力電流iH1，iH2，iH3の
うち２組どおしの差を出力するものであるから
iP1＋iP2＋iP3＝（iH1−iH2）＋（iH2−iH3）＋（iH3
−iH1）＝０
の関係が常に成立する。したがつて、電力供給回
路１０１，１０２，１０３によつて、線形増幅さ
れて３相の電機子コイル４，５，６に通電された
出力電流i1，i2，i3の間にも
i1＋i2＋i3＝０
の関係が常に成立する。ななわち３相電機子コイ
ルへ流入する電流和と３相電機子コイルから流出
する電流和が等しく、本実施例に示したような星
形結線された３相電機子コイルにも何ら支承なく
電流を供給することが可能となる。なお、３相の
電機子コイルに流入する電流の和は指令信号に比
例した一定値となる。 FIG. 4B shows the currents i 1 , i 2 , i 3 applied to the armature coils 4, 5, 6. The current outputs i P1 , i P2 , i P3 of the subtraction circuits 31 , 32 , 33 are input to the input sides of the power supply circuits 101 , 102 , 103 , while
Since the amplification degree of 3 is held at a constant value according to the command signal because the output of the absolute value addition circuit 60 is in an open state, the input is linearly amplified as it is and energizes the three-phase armature coils 4, 5, and 6. Current waveforms i 1 , i 2 ,
i 3 is the current output waveform of subtraction circuits 31, 32, and 33
The waveforms are similar to i P1 , i P2 , and i P3 . Also, subtraction circuit 3
The current outputs i P1 , i P2 , i P3 of 1, 32, and 33 are buffer amplifiers 2 that amplify the respective outputs of the three sets of Hall elements.
Since it outputs the difference between two of the three output currents i H1 , i H2 , and i H3 of 1, 22, and 23 , i P1 + i P2 + i P3 = (i H1 − i H2 ) + (i H2 −i H3 ) + (i H3
−i H1 )=0 always holds true. Therefore, between the output currents i 1 , i 2 , i 3 linearly amplified by the power supply circuits 101 , 102 , 103 and energized to the three-phase armature coils 4 , 5 , 6 , i The relationship 1 +i 2 +i 3 =0 always holds true. In other words, the sum of the currents flowing into the three-phase armature coils is equal to the sum of the currents flowing out from the three-phase armature coils, and there is no support in the star-connected three-phase armature coils as shown in this embodiment. It becomes possible to supply current. Note that the sum of the currents flowing into the three-phase armature coils is a constant value proportional to the command signal.
第４図Ｃはモータの３相電機子コイルに第４図
Ｂに示すような電流を通電したときにモータが発
生するトルク波形を示したものである。モータの
発生トルクは第４図Ａに示される電機子コイルに
誘起される発電電圧l1，l2，l3と、第４図Ｂに示
される電機子コイルに通電される電流i1，i2，i3
のそれぞれの積の和（l1・i1＋l2・i2＋l3・i3）に
比例する。第４図Ｃにおいて、発生トルクの最大
値は、θ＝30゜、90゜、150゜、210゜、……の点に現
われ、最小値はθ＝0゜、60゜、120゜、180゜の点に現
われ、トルクリツプルの主成分は６次高調波成分
である。 FIG. 4C shows a torque waveform generated by the motor when a current as shown in FIG. 4B is applied to the three-phase armature coil of the motor. The torque generated by the motor is determined by the generated voltages l 1 , l 2 , l 3 induced in the armature coils shown in FIG. 4A, and the currents i 1 , i energized in the armature coils shown in FIG. 4B. 2 , i3
It is proportional to the sum of the respective products (l 1・i 1 +l 2・i 2 +l 3・i 3 ). In Fig. 4C, the maximum value of the generated torque appears at θ = 30°, 90°, 150°, 210°, ..., and the minimum value appears at θ = 0°, 60°, 120°, 180°. The main component of the torque ripple is the sixth harmonic component.
本実施例で絶対値加算回路６０の出力側を開放
したとき、すなわち３相電機子コイルに流入する
電流和が指令信号に比例した一定値となるように
電力供給回路１０１，１０２，１０３の増幅度を
調節したときにはトルクリツプルの大きさは約14
％P-P発生することになる。 In this embodiment, when the output side of the absolute value adder circuit 60 is opened, that is, the power supply circuits 101, 102, and 103 are amplified so that the sum of currents flowing into the three-phase armature coil becomes a constant value proportional to the command signal. When the degree is adjusted, the torque ripple is approximately 14
% PP will occur.
このトルクリツプルを抑制するには、３相電機
子コイルに流入する電流和が一定となるように制
御するのではなく、第４図Ｃに示したトルク波形
のリツプル分と逆位相の関係になるようにしかも
同じリツプル率で上記電流和を変調させればよ
い。 In order to suppress this torque ripple, the sum of the currents flowing into the three-phase armature coils should not be controlled to be constant, but should be controlled so that it has a relationship in phase opposite to the ripple component of the torque waveform shown in Figure 4C. Moreover, it is sufficient to modulate the above-mentioned current sum with the same ripple rate.
第１図の直流無整流子モータの駆動装置では、
第４図Ｃに示すトルクリツプルを抑制するため
に、変調信号を全体値加算回路６０によつて作成
するものである。そして、この絶対値加算回路６
０の出力電流irは第３図Ｄに示す如く、第４図Ｃ
のトルク波形のリツプル分と同位相の関係にある
ため、位相を反転させるため指令信号に比例した
一定電流iT（第４図Ｅ）から出力電流irを減算させ
ることにより変調信号ic（第４図Ｆ）を作成して
いる。さらに第２の誤差増幅器７０の２つの入力
端子には、モータの３相電機子コイルに流入する
電流和を電圧値に変換する電流検出抵抗９０の検
出電圧と、指令信号発生回路８０の出力電流iTと
絶対値加算回路６０の出力電流irの差を合成した
変調信号icを抵抗７１で電圧値に変換した電圧と
が入力されていて、第２の誤差増幅器７０の両入
力が一致するように電力供給回路１０１，１０
２，１０３の増幅度が調節される。そして上記変
調信号icのリツプル率を第４図Ｃのトルク波形の
リツプル率と等しくすることによつて、トルクリ
ツプルを抑制しようとするものである。 In the drive device of the DC non-commutator motor shown in Fig. 1,
In order to suppress the torque ripple shown in FIG. 4C, a modulation signal is created by a total value addition circuit 60. This absolute value addition circuit 6
The output current i r of 0 is as shown in Figure 3D, and as shown in Figure 4C
Since it is in the same phase as the ripple component of the torque waveform, in order to reverse the phase , the modulation signal i c ( Figure 4 F) has been created. Furthermore, the two input terminals of the second error amplifier 70 are supplied with the detection voltage of a current detection resistor 90 that converts the sum of currents flowing into the three-phase armature coils of the motor into a voltage value, and the output current of the command signal generation circuit 80. i T and a voltage obtained by converting the modulated signal i c, which is a combination of the difference between the output current i r of the absolute value adder circuit 60, into a voltage value using a resistor 71, and both inputs of the second error amplifier 70 match. The power supply circuits 101, 10
2,103 amplification degrees are adjusted. The torque ripple is suppressed by making the ripple rate of the modulation signal ic equal to the ripple rate of the torque waveform shown in FIG. 4C.
なお、上記変調信号icのリツプル率は、第１図
に示す直流無整流子モータの駆動装置では、抵抗
８２と抵抗４４の抵抗比でもつて任意に決定する
ことが可能である。本実施例では、抵抗８２の抵
抗値を抵抗４４の抵抗値の0.35倍に設定すること
により、トルクリツプルを最小にしている。とこ
ろで、ホール素子の差動出電圧波形及び電機子コ
イルに誘起される発電電圧波形それぞれに含まれ
る高調波の含有率が前記の場合と異なる場合に
は、それに適した抵抗４４と抵抗８２の抵抗値の
比を決定することによりトルクリツプルを最小に
することができる。 Note that the ripple rate of the modulation signal ic can be arbitrarily determined by the resistance ratio of the resistor 82 and the resistor 44 in the DC commutatorless motor drive device shown in FIG. In this embodiment, torque ripple is minimized by setting the resistance value of the resistor 82 to 0.35 times the resistance value of the resistor 44. By the way, if the content of harmonics included in the differential output voltage waveform of the Hall element and the generated voltage waveform induced in the armature coil is different from the above case, the resistances of the resistor 44 and the resistor 82 should be adjusted accordingly. Torque ripple can be minimized by determining the ratio of values.
ただし、この決定作業は同一構造のモータにお
いて一台一台行なう必要はない。それは同一構造
のモータでは、ホール素子の差動出力電圧波形及
び電機子コイルに誘起される発電電圧波形それぞ
れに含まれる高調波の含有率はほぼ同一と考えら
れるからである。 However, this determination work does not need to be performed for each motor of the same structure. This is because, in motors having the same structure, the content of harmonics in the differential output voltage waveform of the Hall element and the generated voltage waveform induced in the armature coil is considered to be approximately the same.
第５図は、第１図の構成でモータの３相電機子
コイルに流入する電流の和を上記変調信号icによ
り変調させることによつて、トルク波形のリツプ
ルを抑制させたときの波形図を示したものであ
る。第５図Ａは３相の電機子コイル４，５，６に
それぞれ誘起された３相発電波形l1，l2，l3を示
したものである。第５図Ｂは、モータの３相電機
子コイルに流入する電流の和を変調信号icにより
変調させたときに３相の電機子コイル４，５，６
に通電される電流波形i1，i2，i3を示したもので
ある。第５図Ｃはモータの３相電機子コイルに第
５図Ｂに示すような電流を通電したときにモータ
が発生するトルク波形を示したものである。 Figure 5 is a waveform diagram when ripples in the torque waveform are suppressed by modulating the sum of the currents flowing into the three-phase armature coils of the motor with the above modulation signal ic in the configuration shown in Figure 1. This is what is shown. FIG. 5A shows three-phase power generation waveforms l 1 , l 2 , and l 3 induced in the three-phase armature coils 4, 5, and 6, respectively. Figure 5B shows that when the sum of the currents flowing into the three-phase armature coils of the motor is modulated by the modulation signal i c , the three-phase armature coils 4, 5, 6
This figure shows the current waveforms i 1 , i 2 , and i 3 that are energized. FIG. 5C shows a torque waveform generated by the motor when a current as shown in FIG. 5B is applied to the three-phase armature coil of the motor.
本実施例では、トルクリツプルの主成分は第12
次成分であり、トルクリツプルの大きさは2.8％P
−Ｐまで抑制されている。 In this example, the main component of torque ripple is the 12th
The magnitude of torque ripple is 2.8% P
-P is suppressed.
なお、第１図の実施例において、第１の誤差増
幅器５０の出力はバツフア増幅器２１，２２，２
３に接続して、バツフア増幅器２１，２２，２３
の増幅度を調節するように構成したが、第１の誤
差増幅器５０の力で直接ホール素子１，２，３の
入力供給電圧を制御してもよい。 In the embodiment shown in FIG. 1, the output of the first error amplifier 50 is transmitted to the buffer amplifiers 21, 22,
3, and the buffer amplifiers 21, 22, 23
Although the configuration is configured to adjust the amplification degree of the Hall elements 1, 2, and 3, the input supply voltages of the Hall elements 1, 2, and 3 may be directly controlled by the power of the first error amplifier 50.
発明の効果
以上のように本発明は、固定子上に配置されて
回転子磁石による磁界を検出する複数個の磁電変
換素子と、前記磁電変換素子の各出力を増幅する
バツフア増幅器と、前記バツフア増幅器の各出力
の差を合成する複数個の減算回路と、前記減算回
路の各出力の正部分あるいは負部分の和を合成す
る整流加算回路と、モータのトルク指令信号を発
生する指令信号発生回路と、前記整流加算回路の
出力が所定値になるように前記バツフア増幅器の
増幅度、あるいは前記複数個の磁電変換素子の入
力供給電圧を調節する第１の誤差増幅器と、前記
減算回路の出力が入力され複数相の電機子コイル
に電流を供給する電力供給回路と、前記複数相の
電機子コイルへの供給電流を検出する電流検出手
段と、前記複数相の電機子コイルへの供給電流を
変調させるための変調信号発生回路と、前記電流
検出手段の出力が前記変調信号発生回路の出力に
一致するように前記電力供給回路の増幅度を調節
する第２の誤差増幅器を設けることにより、回転
子位置検出器として複数個の磁電変換素子を用い
るが、磁電変換素子出力の感度ばらつきに強く、
かつオフセツトにも強い回路構成で、低振動、低
騒音、低トルクリツプルの直流無整流子モータの
駆動装置を提供するものである。Effects of the Invention As described above, the present invention includes a plurality of magnetoelectric transducers disposed on a stator to detect a magnetic field generated by a rotor magnet, a buffer amplifier that amplifies each output of the magnetoelectric transducer, and a buffer amplifier that amplifies each output of the magnetoelectric transducer. A plurality of subtracting circuits that synthesize the differences between the outputs of the amplifiers, a rectifying and adding circuit that synthesizes the sum of the positive or negative portions of the respective outputs of the subtracting circuits, and a command signal generation circuit that generates a torque command signal for the motor. and a first error amplifier that adjusts the amplification degree of the buffer amplifier or the input supply voltage of the plurality of magnetoelectric conversion elements so that the output of the rectifying and adding circuit becomes a predetermined value; a power supply circuit that supplies an input current to the armature coils of multiple phases, a current detection means that detects the current supplied to the armature coils of the multiple phases, and modulates the current supplied to the armature coils of the multiple phases. By providing a modulation signal generation circuit for controlling the rotor and a second error amplifier for adjusting the amplification degree of the power supply circuit so that the output of the current detection means matches the output of the modulation signal generation circuit. Multiple magnetoelectric transducers are used as a position detector, but it is resistant to variations in the sensitivity of the magnetoelectric transducer output.
Furthermore, the present invention provides a drive device for a DC non-commutator motor that has a circuit configuration that is resistant to offsets, and has low vibration, low noise, and low torque ripple.
第１図は本発明の実施例における直流無整流子
モータの駆動装置の回路構成図、第２図は本発明
を応用して好適なモータの要部斜視図、第３図、
第４図及び第５図は本発明の直流無整流子モータ
の駆動装置の動作を説明するための信号波形図で
ある。
１，２，３……ホール素子、２１，２２，２３
……バツフア増幅器、３１，３２，３３……減算
回路、４０……整流加算回路、６０……絶対値加
算回路、５０……第１の誤差増幅器、７０……第
２の誤差増幅器、１０１，１０２，１０３……電
力供給回路、４，５，６……電機子コイル。
FIG. 1 is a circuit diagram of a drive device for a DC non-commutator motor according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of main parts of a motor suitable for applying the present invention, and FIG.
4 and 5 are signal waveform diagrams for explaining the operation of the DC commutatorless motor drive device of the present invention. 1, 2, 3... Hall element, 21, 22, 23
... Buffer amplifier, 31, 32, 33 ... Subtraction circuit, 40 ... Rectification addition circuit, 60 ... Absolute value addition circuit, 50 ... First error amplifier, 70 ... Second error amplifier, 101, 102, 103...power supply circuit, 4,5,6...armature coil.
Claims (1)
を検出する複数個の磁電変換素子と、前記磁電変
換素子の各出力を増幅するバツフア増幅器と、前
記バツフア増幅器の各出力の差を合成する複数個
の減算回路と、前記減算回路の各出力の正部分あ
るいは負部分の和を合成する整流加算回路と、モ
ータのトルク指令信号を発生する指令信号発生回
路と、前記整流加算回路の出力が所定値になるよ
うに前記バツフア増幅器の増幅度、あるいは前記
複数個の磁電変換素子の入力供給電圧を調節する
第１の誤差増幅器と、前記減算回路の出力が入力
され複数相の電機子コイルに電流を供給する電力
供給回路と、前記複数相の電機子コイルへの供給
電流を検出する電流検出手段と、前記複数相の電
機子コイルへの供給電流を変調させるための変調
信号発生回路と、前記電流検出手段の出力が前記
変調信号発生回路の出力に一致するように前記電
力供給回路の増幅度を調節する第２の誤差増幅器
を具備してなる直流無整流子モータの駆動装置。 ２ 整流加算回路の出力は、指令信号発生回路の
出力する指令信号に一致するように構成された特
許請求の範囲第１項記載の直流無整流子モータの
駆動装置。 ３ 変調信号発生回路は、指令信号発生回路の出
力と、バツフア増幅器の各出力を絶対値に変換し
加算する絶対値加算回路の出力とを合成してなる
合成信号を出力するように構成された特許請求の
範囲第１項記載の直流無整流子モータの駆動装
置。 ４ 合成信号は、指令信号と絶対値加算回路の出
力を減算させることにより合成した特許請求の範
囲第３項記載の直流無整流子モータの駆動装置。 ５ 電流検出手段は、複数相の電機子コイルへの
供給電流のそれぞれを共通抵抗に通電させること
により前記供給電流の総和を電圧値に変換するよ
うに構成した特許請求の範囲第１項記載の直流無
整流子モータの駆動装置。[Scope of Claims] 1. A plurality of magnetoelectric transducers arranged on a stator to detect the magnetic field generated by rotor magnets, a buffer amplifier that amplifies each output of the magnetoelectric transducer, and each output of the buffer amplifier. a plurality of subtraction circuits for synthesizing the differences between the subtraction circuits; a rectification and addition circuit for synthesizing the sum of the positive or negative parts of the outputs of the subtraction circuits; a command signal generation circuit for generating a torque command signal for the motor; a first error amplifier that adjusts the amplification degree of the buffer amplifier or the input supply voltage of the plurality of magnetoelectric conversion elements so that the output of the adder circuit becomes a predetermined value; a power supply circuit for supplying current to the armature coils of the plurality of phases; current detection means for detecting currents supplied to the armature coils of the plurality of phases; and modulation for modulating the currents supplied to the armature coils of the plurality of phases. A DC non-commutator motor comprising a signal generation circuit and a second error amplifier that adjusts the amplification degree of the power supply circuit so that the output of the current detection means matches the output of the modulation signal generation circuit. Drive device. 2. The drive device for a DC non-commutator motor according to claim 1, wherein the output of the rectifying and adding circuit is configured to match the command signal output from the command signal generating circuit. 3. The modulation signal generation circuit is configured to output a composite signal obtained by combining the output of the command signal generation circuit and the output of an absolute value addition circuit that converts each output of the buffer amplifier into an absolute value and adds it. A drive device for a DC non-commutator motor according to claim 1. 4. The DC non-commutator motor drive device according to claim 3, wherein the composite signal is synthesized by subtracting the command signal and the output of the absolute value adding circuit. 5. The current detection means according to claim 1, wherein the current detection means is configured to convert the sum of the supply currents into a voltage value by passing each of the supply currents to the armature coils of a plurality of phases through a common resistor. Drive device for DC non-commutator motor.
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1984
- 1984-12-25 JP JP59277169A patent/JPS61150695A/en active Granted
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