JPS5947991A - 無刷子型直流電動機を制御する方法並びに装置 - Google Patents

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】 この発明はサーボ方式、特に無刷子型直流電動機の速度
を設定維持する制御式サーボループと、特定の角位置で
回転子を停止させる方法に関する。

〔背　景〕

回転子に複数個の北極と南極を順次定間隔で有する永久
磁石を備えた直流電動機が製造されている。この永久磁
石は複数個の巻線すなわち線輪を有し、これに電流が流
れるとき磁界を生成する固定子素子に近接配置されてい
る。その各線輪は選択的に伺勢されて磁界を生成１〜、
とれが回転子の磁極から出る磁界に力を及ぼしてその回
転イを回転させる。普通回転子の磁石の磁極の相対位置
を感知するためその回転子の磁石に近接して各線輪と固
定関係にホール効果感知器が設けられ、この感知器から
の信号を用いて各線輪の伺勢位相を合せ、電動機の動作
効率を上げるようになっている。

このような電動機ではその回転数を安定な発振器からの
信号周波数のような既知周波数と比較し、電動機の駆動
条件を適当に調節して両者間の周波数誤差をなくするこ
とによシ速度制御が行われることが知られている。一般
にこの制御系すなわちザーボ系の出力によって転流用ホ
ール感知器のバイアス電位か線輪、駆動器への供給電位
が調節される。

〔発明の概要〕

この発明の簡単化されたサーボ方式は、位相比較とザー
ボループ薊波を行うマイクロプロセッサと、転流信号と
回転子の回転を起すホール効果感知器と、線輪駆動器を
備えている。速度制御は固定子線輪駆動パルスの持続時
間の制御によって行うが、その固定子線輪駆動パルスの
始端は速度誤差信号に比例する正規の転流点（すなわち
ホール効果感知器の遷移点）より遅れ、その終端はその
ホール効果感知器の遷移で決まる。誤差信号はマイクロ
プロセッサでソフトウェアによりデジタル処用１され、
誤差累積のないように形式■のサーボ機能を行う。

加速（電動機の起動）時には、固定子線輪への駆動信号
の転流が実質的にホール感知器信号によシ回転子に最大
トルクが〃）かるように制御される。

起動速度を監視して所要速度に達するときを予測し、ホ
ール感知器信号の各サイクルについて回転子の速度変化
率を計算し、どのサイクルで回転子が定速に達するかを
推定する。その定速に達するサイクルまでは各銀線が付
勢されて最大トルクを発生するが、定速に達したとき装
置はサーボモードに入り、駆動パルスの持続時間が短か
くなって回転子の速度を一定に保ち、定周波数の基準信
号と位相固定状態に維持する。回転子の加速度（すなわ
ち駆動トルク）は実質的に瞬時に変えられるから、位相
の固定は最小時間で行われ、始動時間を効果的に減する
。

〔詳細な説明〕

次にこの発明を例えばビデオディスクレコードから信号
を再生するディスクレコードプレーヤについて説明する
。制御すべき直流電動機は無刷子型のもので、そのプレ
ーヤのターンテーブルの回転に用いられ、電動機の固定
子線輪がプレーヤの基台と固定関係にある。電動機の回
転子は同心軸の周りにこれと固定関係で遂次交替する複
数個の北極と南極が放射状に配列された永久磁石を含み
、この回転子の近傍に基台と固定関係に２個のホール感
知器が取付けられて固定子線輪に対する回転子の各磁極
の相対位置を感知するようになっている０ 第１図において、無刷子型直流電動機の固定子は回転子
の回転軸に対して］８０°方向に配置された直列の第１
および第２の固定子線輪１３．１．４と、その回転軸に
対しこの線輪１．３．１４とそれぞれ９０°　を成す直
列の第３および第４の固定子線輪１．１．１．２を有す
る○固定子線輪］−３、］４は回転軸の互いに反対側の
回転子の同極と同じ物理的関係になるよう位置決めされ
、同様にその線輪の巻線は与えられた伺勢電流ＶＣ附し
て軸の反対側の回転子磁極に対し同じ電磁界を生成する
ように配置されている。また同様に、固定子線輪１１．
１２は回転軸の互いに反対側の回転子の同極と同じ関係
になるように位置決めされている。

第１の電流駆動器１７は導線３３を介して直列線輪］３
、〕４に接続され、導線２９の信号ＰＡに応動してその
線輪に第１の極性の線輪電流を供給し、第２の電流駆動
器１９は導線３４を介して直列線輪１３．１４　Ｋ接続
され、線路３０の制御信号ＰＢＫ応動じて逆極性の線輪
電流をそれに供給する。同様に、電流駆動器〕８．２０
はそれぞれ導線３１．３２の制御信号ＰＣ，ＰＤに応じ
て直列固定子線輪ｌ］、１２に互いに逆向きの電流を供
給する。電流駆動器１７．１８．１９．２０は各固定子
線輪に電磁界を発生し、これが回転子の磁石の生成する
磁界と相互作用して、無刷子型直流電動機の分野で公知
のように、その回転子を回転させるように互いに位相を
定められている。

他の実施例としては、電流駆動器１．７．１９が第３図
について後述する１つのブリッジ型駆動器に用いられ、
同様に電流駆動器］８．２０が第２のブリッジ型駆動器
に用いられるものがある。

制御信号ＦＡ、　ＰＢ、　ＰＣ，ＰＤは矩形パルスで、
電流駆動器１７．１８．１９．２０はこの制御パルスを
積分する。制御パルスが比較的長い場合、例えば電、気
角度９０’の場合は、積分する駆動器が飽和して実質的
に矩形の駆動パルスを各線輪に出力するが、制御パルス
が短いときは、各駆動器がその制御パルスの幅に振幅が
比例する３角波の駆動信号を出力する。

再び第１図において、２つのホール感知ＲＧ　１５．１
６が固定子に対し固定関係で配置され、駆動パルスの転
流を行う制御信号を各線輪に祖給し、回転子を時計方向
に回転させる。このホール感知器は電気的に例えば９０
°の位相関係の２つの信号を生成するような角度位置に
設けられている。以下の説明では各ホール感知器が論理
レベルの振幅を示す矩形波信号を供給し得る回路を含む
ものとする。

ホール感知器１．５．１６からの信号Ｈ１，Ｈ２はマイ
クロプロセッサ２２に印加され、マイクロプロセッサ２
２けこの信号Ｈ１、Ｈ２に応じて線輪駆動器を付勢する
４相信号ＦＡ、　ＰＢ、　ＰＣ，ＦＤを発生する。マイ
クロプロセッサの周期は充分短かくて、ホール感知器の
遷移と各制御信号ＦＡ、　ＰＢ、　ＰＣ，ＦＤの遷移と
の間に人為的以外の遅延が実質的にないようになってい
る。ビデオディスクプレーヤに用いる場合は、マイクロ
プロセッサを水晶発振器２１を用いて自家刻時するか、
プレーヤ内の映像信号処理回路から得られる周波数すな
わち３　、５７９５４５　ＭＨｚにより刻時することが
できる。

第２図は装置が加速すなわち起動状態で動作していると
きのホール感知器の信号、制御パルスＦＡ、ＦＢ、　Ｐ
Ｃ，ＰＤおよび線輪１３．１４の電流駆動信号の関係を
示す。加速中は固定子線輪が付勢されて最大トルクを発
生し、そのためある極性の電流で固定子線輪１３．１４
が電気的に９０°駆動され、次にその極性の電流で固定
子線輪１１、■２が９００駆動され、次に逆極性の電流
で固定子線輪１３、］４が９０°駆動され、さらにその
逆極性の電流で固定子線輪１１．、１．２が９０°駆動
されることになる。

第２図において実質的な正弦波形２５ｉｄホ一ル感知器
１５自体の発生する信号である。同様にホール感知器］
６もこの感知器１５の信号から９０°遅た実質的な正弦
波形電位２６を発生する。信号２５．２６は零交点が検
知されて導線２７．２ＢＹＣそれぞれ矩形波論理信号Ｈ
１，Ｈ２が生成される。この信号Ｈ１，Ｈ２はマイクロ
プロセッサにより反復試験され、その遷移に応じて信号
ＰＡ、　ＰＢ、　ＰＣ％ＰＤが生成される。制御信号Ｆ
Ａ、　ＰＢｌＰＣ，ＰＤは信号Ｈ１の１周期中に信号Ｈ
］、Ｈ２の遷移で画定される１／４周期を有し、この各
１／４周期が電気角の９０°に相当する。電流駆動器は
制御信号ＰＡ、　ＰＢ、ＰＣ，ＦＤに応じて各制御パル
ス（て一致する実質的な１／４周期電流パルスを出力す
るが、この駆動電流波形ＯＡ　（ＯＢ　）は図示のよう
に電流パルスの前後縁が駆動器１７．１つの積分特性の
ため傾斜している。

回転子の角速度が増すと信号Ｈ１，Ｈ２の周期が減少し
、制御パルスＦＡ、　ＰＢ、　ＰＣ，ＦＤの周期もそれ
に伴って減少することは容易に判る。

第３図は１対の固定子線輪１３′、１４′を駆動するブ
リッジ型電流駆動器を示す０この回路では、エミッタお
よびコレクタ電極をそれぞれ正の供給電位と端子３４′
に接続したｐｎｐ　）ランジスタ４０と、コレクタおよ
びエミッタ電極をそれぞれ端子３３′と相対的に負の供
給電位に接続したｎｐｎ　）ランジスタ４２が、分相増
幅トランジスタ４６ＶＣより同時に導通させられる。こ
のトランジスタ４０．４２が（トランジスタ４６により
）導通すると、固定子線輪１３′、］４′を図中布から
左に電流が流れる。同様に、正電源と端子３３′の間に
接続された１；’ｎｐ）ランジスタ４】と、端子３４′
と負電源の間に接続されたｎｐｎトランジスタ４３は分
相増幅トランジスタ４７によシ同時に導通するようにな
っている。トランジスタ／１．０．４１のコレクタ回路
にはそれぞれダイオード４５．４４が直列に接続され、
ｐｎｐトランジスタが導通していないときこれを線輪の
インダクタンスにより（１１） 生じ得る電位衝撃波から絶縁するようになっている０ 分相増幅トランジスタ４６．４７はそれぞれ差動増幅器
４９．４８によシ導通ずるようになっている。差動増幅
器４つは端子２９′からその反転入力に印加される第２
図の制御信号ＰＢと相補の制御信号ＰＢ’に応動し、差
動増幅器４８は端子３０　／からその反転入力に印加さ
れる制御信号ＰＡの相補制御信号Ｐ　Ａ　／に応動する
。従ってトランジスタ４Ｑ、　４２とトランジスタ４１
．４３は互いに排他的に導通する。

増幅器４つ（４８）とトランジスタ４６．４２（４７，
４３）は容量性負帰還回路５０を有する複合増幅器を形
成することが判る。この回路は右奥的積分回路の形をし
ていて、前述のように積分特性を示す。

第４図はこの発明の１実施例のノ・−ドウエア部分のブ
ロック図で、この動作の説明により第１図のマイクロプ
ロセッサ２２の機能動作の一般的説明を行う○直流電動
機の制御は加速、定速、減速の３つの動作様式で行われ
る。加速状態は既に一般説明を行った。第２図の４つの
制御信号ＰＡ、　ＰＢ、（１２） ＰＣ，ＦＤは２つのホール感知器信号Ｈ１、Ｈ２の４つ
の論理状態を表わす。この入力信号Ｈ１，Ｈ２に応じて
その制御信号を発生するようにマイクロプロセッサ２２
のプログラムを作ることは公知の方法で容易にできるこ
とが判る。第４図では、破線１０６で囲まれた４つの３
人カアンドゲート８２．８３．８４．８５を含む回路網
により４つの制御信号ＦＡ、　ＰＢ、　ＰＣｌＦＤが発
生される。各アンドゲート８２．８３．８４．８５の第
１の入力は、加速中論理高レベルの出力を発生するオア
ゲート８６から供給され、第２、第３の入力は通常の方
法で第２図に示す制御信号の各状態を選択的に生成する
ようなホール信号Ｈ１、Ｈ２とその相補信号Ｈ１、Ｈ２
の適当な組合せから成る。アンドゲート８２．８３とア
ンドゲート８４．８５の各出力信号は固定子線輪への印
加電流の方向を実際に制御する切換スイッチ８１に印加
される。切換スイッチの状態はアンドゲート１０７の出
力状態により制御されるが、加速中は制御信号ＰＡ、　
ＰＢ、　ＰＣ，ＰＤを一定に保つようにアンドゲート１
０７の出力状態が論理低レベルに維持される。

加速中装置はホール感知器１５の出力信号を遂次検査し
て回転子が定速に近付いているかどうかを判定スる。ビ
デオディスクプレーヤでは定速が約４５０回転／分すな
わち’７５Ｈｚである。回転子の磁石Ｆｉ４組の南北極
を持つように設計されているため、定速においてホール
感知器制御信号Ｈ］の４周期に６０Ｈ２の信号の８周期
が含まれ、回転子の速度が定速以下（以上）のときは、
６０Ｈｚ信号の８周期以上（以下）が含まれることにな
る。装置はホール感知器信号の４周期当りの６０Ｈｚ信
号の周期数を連続計数し、１回転当り６０Ｈｚパルスを
８個計数すると、その前の１回転中に６０Ｈ２信号が正
確［８周期あった場合との差が測定される。この差を用
いて制御信号ＦＡ％ＰＢ、　ＰＣ！％ＰＤのパルス幅を
減じ、回転子の回転速度が定速を超えぬようにする。こ
のようにして装置は定速に達するときを予測し、回転子
が定速に達するホール感知器周期目指して回転子の加速
度を減じる。

第４図の破線１１０で囲まれた回路網が加速時の速度を
監視する。この回路では分局器６３．　　］、］０と計
数器９８がこの装置のクロック周波数３　、５８　ＭＨ
ｚを分周して実質的に６０Ｈｚのパルスを生成する。（
第１図のマイクロプロセッサの中断信号は６０Ｈｚテ発
生される。）点６６の６０Ｈｚパルスは計数器１０１で
計数されるが、この計数器１０１は入力パルス８個ごと
に持続時間６０Ｈｚ周期のパルスを出力するようになっ
てお９、その出力信号はラッチ回路９７の入力端子に印
加される。

ホール感知器信号Ｈ１，［分周回路１０２で分周されて
その４周期ごとに１つの出力パルスを生ずるが、これは
回転子の１回転当り１つの出力パルスに相当する。分周
器１０２の出力は計数器１０１をリセットすると共にそ
の計数器１０１の出力を回路９７に記憶させる。回転子
の１回転中１ｃ６０Ｈ２のクロックツくルス８個が生じ
たとき、ラッチ回路９７の出力端子９３は論理高レベル
になシ、８個よシ多くても少なくてもその端子は論理低
レベルになる。加速中は端子９３の論理低レベル出力が
イア）ぐ−夕８７により反転されてオアゲート８６に印
加され、これに応じてオアゲート８７が前に回路１０６
の動作の説明で仮（１５） 定したように論理高レベルの出力を発生する。一方ラッ
チ回路９７の出力が高しベのときは回路１０６の制御が
第４図の回路の残部に戻る。

この回路は回転子の１回転の時間が６０Ｈ２のクロック
信号の正確に８周期の時間よりどれほど太きいかを遂次
測定することにより回転子が定速に達する時点を予測す
る。計数器９８は第１５６番目の入カハルスで計数が０
にリセットされるようになった組合せ論理回路を持つ８
ビツト２進計数器であるとすると、第４図の回路ではこ
のリセットパルスがこの装置の６０Ｈ２のクロック信号
を力える。計数器１０１が名目通りに６０Ｈ２のクロッ
ク信号を計数すると、この６０Ｈｚ信号の遷移がホール
感知器信号Ｈ１／４の遷移に対応する計数器１０２のリ
セット出力に一致しない。計数器１０１が６０Ｈ２信号
の立上りに応じてトリガすなわち計数するとすると、第
５図の波形は回転子が定速に近付いたときの６０Ｈ２信
号とＨ１／４信号の典型的関係を示し、６０Ｈ２信号の
立上りに付した数字が計数器１０］の計数が増す時点を
示す。Ｈ１／４信号の各パルス間すなわち回転（１６） 子の１回転中に６０Ｈｚ信号の完全な７周期とｂｎ−１
＋ａという量が含まれていることが判る。６０Ｈｚ信号
の１周期は計数器９８の１５６計数を表わし、時点Ｔ。

で計数器９８でａｎｖＣ相当する計数値すなわち２進数
を充分含むため、６０Ｈｚの１周期を完成するための残
り計数は１５６−ａｎすなわちｂｎである。簡単な演算
によりｂｎ−１＋ａｎと１５６との差が１ａｎ−ａｎ−
１に等しいことが判る。従ってリセット信号Ｈ１／４が
生ずる時点で計数器９８に存在する数値を順次差引くこ
とにより、回転子が定速に達する時点を予測することが
できる０与えられた装置に対して、数値’ｎ’ｎ−１が
特定の範囲に入ると、回転子が次の〕回転中に定速に達
することを統計的に決めることができ、この数値ａｎ’
ｎ−１は一般に定速の得られる４つのホール感知器の周
期の１つを表わしている。

再び第４図において、計数器９８の計数値は呼出されて
記憶器９６に記憶される０この計数値ａｎはまた加算器
９５に印加され、記憶器９６から供給されたその前の計
数値ａｎ−１を減算されて差ａｎ−ａｎ−１を生成する
。この数は復号器９４に印加される。値ａｎ−ａｎ−０
が回転子が次の１回転中に定速（で達することを表わす
所定範囲に入れば、復号器は出力を発生して計数器９０
のプログラミングをする。計数器９０はホール感知器信
号阻の周期数を計数し、定速の予測されるＨｌの周期中
出力を発生してフリップフロップ８９ヲセツトし、これ
によって装置を定速状態の動作にする。（記憶器９６、
加算器９５、復号器９４、計数器９０はすべて信号Ｈ１
と基準周波数に応動する制御器９１Ｖｃよシ同期されて
いる。）ラッチ回路９７が高レベル出力を発生し、装置
が定速状態にある間、第１および第２の入力端子をそれ
ぞれラッチ回路９７．８９の出力端子に接続され、出力
端子をオアゲート８６の他の入力端子に接続されたナン
トゲート８８が、そのオアゲート８６の出力電位を定速
状態の動作が始まるまで高レベル状態に維持することに
注意されたい。

破線１０５で囲まれた回路網は定速サーボ機能を行う０
次にこの回路の動作を第６図について説明する。各回路
素子には定速状態における第１図のマイクロプロセッサ
の動作を表わすフローチャートを一般に表わすように番
号を付しである。

定速状態ではホール感知器信号Ｈ１の位相関係が１回転
すなわちその信号Ｈ１の１周期１／′ｃ＋Ｉき４回６０
Ｈｚの基準信号パルスの前縁に対して決定される。

これは分周された３゜５８ＭＨｚ信号を計数する計数器
６１を信号Ｈ１の立下りで始動し、６０Ｈｚパルスの後
縁で停止することにより行われる。この計数器の計数値
は位相誤差を表わす。第６図において、波形Ｗは割数期
間を表わす。正のパルスＷの幅は位相検知期間で、　　
４．９ＫＨｚクロツクパルス（例えば３−５８７７２Ｍ
Ｈｚ）の２５６周期の最大幅を有する。計数値２５６は
電気角４０°の位相誤差を表わす。信号■■１が基準周
波数に位相固定されているときは計数器の計数値が１２
７になる。従って信号Ｈ１が定速状態から進んでいるか
遅れているかを判定するには、記憶器６７の記障値１２
７をその計数器の計数値から引けば（６８）、その差が
正のときＨｌの位相が所要の位相関係」こり進んでおシ
、負のとき遅れていることが判る。この誤差信号はアナ
ログサーボ方式の場合の０９） ように閉ループ系の安定度を確保するため濾波されるが
、この発明の装置では、砺波をテジタル的に行う（６つ
）。以下これを第７図について説明する。

この装置はとの補数演算を行うから、異る２進数によっ
て相等しい正負の差が表さｉｚる。誤差の符号は決って
いるから、その数の絶対値を決めて（ワ２）以後の処理
を容易にするのが有利である。回転子の位相の進退は、
濾波した差信号の１符閃」ビットの制御の下に整相が行
われる固定子線輪の印加駆動電流の持続時間を決めるこ
とにより行われる。従って回転子の速度の相等しい増加
または減少が相等しい駆動信号により得られる。従って
２の補数の負の差は正の数に変換されて正の差と同じチ
ャンネルでさらに処理される。

定速状態で直流電動機を円滑に動作させるには、固定子
線輪を矩形パルスよシ３角波の駆動信号で駆動する方が
有利である。駆動制御は線輪駆動器により実質的に積分
される制御パルスＰＡ、　ＰＢ、　ＰＣｌＰＤの幅を制
御することにより行わ九る。積分機能は駆動信号の振幅
を損うため、固定子線輪に印加（２Ｃ１） する駆動エネルギは制御信号パルス幅の変化の自乗に比
例する。自乗因子を考慮するため、誤差信号の平方根熟
卵が行わ八る（７３）。

この誤差信号の平方根を用いて制御パルスＦＡ、ＰＢ、
　ＰＣ，ＰＤの幅を制御するが、これは回路１０６で発
生された各制御パルスの前縁を遅らせることにより行う
。第４図において、誤差信号の平方根はプログラム式計
数器７６のプログラム入力端子ＪＩＣ印加され、その計
数器はプログラムの数のクロック周期を計数すると出力
を発生する。この計数器の出力信号はオアゲート８６を
介して制御パルス発生用アンドゲート８２．８３．８４
．８５Ｖｃ印加され、これを開く。この計数器は信号Ｈ
１の１周期尚シ４回出力信号を発生するが、この各出力
信号ｔま１２０Ｈｚ（６ｏＨ２ｘ２）信号の前縁から誤
差信号に比例する量だけ遅れている。計数器のプログラ
ムの対象の差信号が大きくなるほど、その計数器で生ず
る遅延期間が短〃・くなり、制御信号ＦＡ％ＦＢ、ＰＣ
％ＦＤ。

の幅が広くなる。第６図の波形ＦＡ、　ＦＢ、　ＰＣ，
ＰＤの点線は制御パルスの可変範囲を示すが、この範囲
は各パルスの前縁にある。未砺波誤差信号が０であって
も、機械系の摩擦力を克服するためこの装置は１駆動パ
ルスを供給する必要があることにも注意すべきで、この
結果この装置は電動機の速度が精確なときに駆動パルス
を発生することもあり、従ってこの駆動パルスの位相が
電動機速度を交〃に増減するように変る。

遅延計数器７６で計数されるクロック周波数はこの装置
に望ましい分解能により決まり、周波数を高くするほど
プログラム用誤差信号の分解能に出熱支配される遅延が
より正確になる。第４図ではクロック周波数が３　、５
８　／　６Ｎ　ＭＨｚである。またプログラム用計数値
は計数器７６にその入力ＰＥに接続されｆｃ単単発マル
チバイブレータラフ介して６０Ｈ２０Ｎ２基準信際は２
　Ｘ６０Ｈｚ　）　Ｋよシ書込まれる。６０Ｎ２信号は
位相誤差の計算を開始するため、　ＰＫ大入力信号中に
遅延７つを含ませて誤差計算が終了するようにする必要
があるが、この計算は充分速く行われるため、遅延によ
って制御パルスＦＡ％ＰＢ、　ＰＣｌＦＤの幅が著しく
影響されることはなく、誤差信号に定数を含−ませるこ
とで説明することもできる。

ｔ　ｆｌ加速中はオアゲート８６の出力がラッチ回路９
７からの信号により常に高レベルに保たれるため、泪数
器゛７６の出力がパルス発生回路に影響することにない
ことに注意されたい。

次に第９図についてサーボ濾波機能６９の動作を説明す
る。図中のブロックはその機能の回路的表現における通
常のデジタルノ・−ドウエア素子またはマイクロプロセ
ツザ準拠系においてソフトウェアで構成きれる過程を表
わす。各矢印は信号の進行方向および転送順序を示す。

各円形は図示通りのデジタル加算器および減算器であり
、父を記入したブロックは１サンプル遅延を与える遅延
素子である。この装置の各素子は２の補数論理により動
作するものとする。

ビデオディスク用では、ターンテーブル電動機（サーボ
式）が閉ループサーボ系に２つの極を提供するが、その
第〕の極が実際上マイナス無限大の周波数を持ち、第２
の極が’Ｌ／２　Ｈｚの周波数を詩っている。利得１の
交点は系の安定度を保証する（２３） ため周波数１０当り２０ｄ、Ｂ以下の勾配をその系の伝
達関数が示す約４Ｈｚで生ずる。

第７図の装置（・↓利得増倍器１１．３、微分器１１０
、ロールオフ濾波器１１．１’Ｌおよび積分器］）２を
含んでいる。この濾波器は導線１］４から信号を印加さ
れ、導線１３１から「符号」回路７１に出力信号を印加
する０増倍器は単にその信号の２進数を３位置左方ヘシ
フトし、その２進数の最下位３ビット位置に０を３個加
える。その数が正か資力）は（２の補数演算）最高位ビ
ット（ＭＢＳ）位置にＯがある力）］があるかで示され
るっこの濾波器の過程による導線１１４からの数に対す
る操作がＭＢＳ　Ｋは影響しないことを示すことができ
るため、濾波された数の符号を決めるにはＭＢＳが１か
Ｏかを検べることしか必要がない。

！、た素子１］０．１］１．１１２を含む濾波回路が次
式で与えられるＺ変換表示の伝達関数を生ずることも示
すことができる。

（２Ａ） この周波数域に移されるとその回路は１　／　２　Ｉ（
ｚと］、Ｈ２で零を、ＯＨｚと８．’７Ｈｚで極を提供
する。閉ループの伝達関数は電動機の提供する極を含め
てＯＨ２からＩＨｚまで１０Ｈ２当り４０ｄＢの勾配を
有する。電動機の提供する１７２Ｈ２の極は濾波器の提
供する零と相互作用し、ここで濾波器の提供するとの零
１てよりその装置の応答がＩＨｚで破れてその勾配が１
０Ｈｚに付き２０ｄＢに低下する。８，７Ｈｚの極では
この応答が再び破れて］、ＯＨ２当り４０ｄ、Ｂのロー
ルオフになる○ との濾波機能をさらに詳細に説明するため、誤差信号の
各サンプルｘ　（ｎ）を３２で割って（１２０）それ自
身から引き（１２１）１　３２　Ｘ　（”）という項を
作る。この項を１サンプル期間遅らせて（１２３）次の
サンプルから引き（１２２，１２４）ｂ次の改変サンプ
ルを作る。

ｘ　（ｎ）−πｘ（ｎ　−１）　＝ｙ（ｎ）　　　　　
　　（２）このサンプル３’（ｎ）を４で割って（１ａ
５）ｙ（ｎ）から引き（１，２６）、項一３’　（ｎ）
を作って項−ｘ　（ｎ）に加える４　　　　　　　　　
　　　　　　　　　３２と（１２４）次のよ“うになる
。

（２５） ｙ（ｎ）＝　Ｘ（ｎ）十−ｘ　Ｃｎ−１）十−ｙ（ｎ−
１，’）　（３）３２　　　　　　　　　　　　４ このサンプルｙ　（ｎ）　？：６４で割り（１２７）、
個別に積分して（１２８，１２９）ｙ（ｎ）に加える（
１３０）。この積分は各サンプルｙ（ｎ）／６４を順次
加算してそれぞれエサンプル期間ずつ遅れたサンプルの
累積和を作ることにより行う。すなわち Σｙ（ｎ−１’）、／６４ ま ただしＮは３’　（ｎ）までのサンプル数である。従っ
て導線１３１の濾波器出力０　（ｎ）は、式（２）、（
３）、（４）を組合せて出力０（ｎ）を入力サンプルｘ
　（ｎ）について解くこともできるが、式（１）に示す
２表示を用いる方が簡単で有意義である。

電動機の減速または停止はその装置をＰＡ、　ＦＡ、Ｐ
Ｃ％ＦＤの位相が反転したホール感知器転流状態に戻す
ことによシ行われる。第４図によると、これは交差スイ
ッチ８１を単に切換えることに等価であって、回転子が
基準周波数との同期を破り、ラッチ回路９７の出力が低
レベルになって、回路１０６内（２５） にホール感知器信号Ｈ１，Ｈ２だけに応じて駆動パルス
が生成される。回転子が停止すると、装置を再度付勢し
て回転子が逆方向に加速されるのを防ぐ。

マイクロブセッサを用いる場合は、ソフトウェアにより
ＦＡ、　ＦＢとＰＣ，ＰＤの位相関係を逆転し、信号Ｈ
１、Ｈ２の遷移を検知したときパルス波形を発生するこ
とにより電動機を停止させる。駆動パルスＦＡ、　ＰＢ
、　ＰＣ，ＰＤははそれぞれ最大減速を得るため実質的
に９０°の持続時間を有する。マイクロプロセッサばＨ
】、Ｈ２の波形を監視することにより回転子の回転方向
が反転するときを決定する。Ｈ２が高レベルのときのＨ
２の立上シまたはＨｌが高レベルのときのＨ２の立下り
は回転子の磁石の位相反転、従って電動機の回転方向の
反転を示す。この点で固定子線輪への駆動電流をすべて
止めることができる０しかし回転子は停止するまでに無
用に長時間空転することがあり、このような空転を防止
するため順逆の固定子駆動電流を印加して積極的に電動
機を停止］−させる。このときその系が連続振動状態に
陥らないＩうに特別のルーチンを適用する。

（２７） 回転子の回転方向の反転を検知したとき、駆動信号ＰＡ
、　ＰＢ、　ＰＣ，ＰＤの位相を順方向駆動用に調節（
〜、同時に計数器（図示せず）を作動させる。この順方
向駆動パルスはＨｌ、Ｈ２の遷移に応じて発生され、回
転子の逆転を止めるように極性を定められる。

回転方向が再度反転するＣ順方向になる）とき、計数器
の内容は回転子の反転を生ずるに要する時間に比例して
いる。駆動信号の位相が再び反転して順回転を減速する
が、計数器の示す時間の３／４だけ線輪に駆動電流を印
加すると、この３／４の駆動時間中に回転子は回転方向
を反転した後空転ＶＣ入る。ここで駆動信号を再び切替
えて回転方向が再び反転するまで全駆動をかけ、所要時
間を再び計数する。ここで示された時間の３／４だけ再
び逆駆動をかけ、このルーチンを回転子が停止するまで
反復する。綜合すれば、回転方向が反転して例えば反時
計方向になるまで逆相駆動パルスを印加することにより
電動機を減速した後、再び回転子が反転するまで線輪を
時計方向に駆動し、然る後線輪の位相関係を反時計方向
用に再び反転して回Ｃ２８） 転子が反転するまでの時間を測定する。次に線輪の位相
を時計方向回転用に調節してその前の反時計方向駆動時
間の３／４だけ駆動し、回転子が反転した後、線輪を反
時計方向用に駆動して回転子を反転させ、それまでの時
間を再び測定する。このときの反時計方向駆動時間の３
／４だけ線輪に時計方向用の駆動をかけ、以下同様にし
て回転子が停止するまで続ける。ホール感知器が固定子
駆動信号を順回転のため効率よく転流させるように物理
的にバイアスされているため、順回転を誘起するに至る
ほぼ３／４の駆動時間は回転方向の反転を得るに充分で
あることに注意されたい。この結果、逆回転を起すため
駆動位相を切替えるときは同等の順回転を起すときより
駆動信号の転流効率が低く、このため駆動時間が長く力
・かる。３／４という係数は任意に選んだものであるが
、回転子の回転方向を確実に変えるために充分である。

回転子の回転方向を変えるために逆方向に必要な駆動時
間の３７４だけ１つの方向に駆動をかけることにより空
転期間を含めることによって、振動（２９）１＾Ｉ 状態を起す危険なく比較的速やかな停止が得られる。普
通は回転子の１／４回転以内またはホール感知器の信号
の１周期以内に順次回転方向が反転する。

第４図の回路はこの発明の説明のために示したものでそ
の主要素子しか示さないが、第１図のマイクロプロセッ
サをプログラミングして上記の機能を行わせることは自
明であることが容易に理解される。

【図面の簡単な説明】

第１図は無刷子型直流電動機とこの発明を実施したその
駆動回路網を示す部分ブロック回路図、第２図は駆動パ
ルスがホール感知器により効果的に転流されるときの第
１図の各点の波形を示すタイミング図、第３図は固定子
線輪電流駆動器の回路図、第４図は第１図のマイクロプ
ロセッサの行う機能を実現する回路のブロック図、第５
図は第４図の回路の定速予測機能に関するタイミング図
、第６図は装置が安定基準周波数に位相固定されて動作
するとき第１図および第４図の回路に生ずる（３０） 駆動波形のタイミング図、第７図は第１図のマイクロプ
ロセッサのサーボ濾波機能を行う類似回路のブロック図
である。 １０・・・電動機、１５、］６・・・第１および第２の
感知素子、１１．１２．１３、］４・・・固定子線輪、
］７．１８、］９．２０・・・駆動回路、２２・・・制
御信号発生手段、２９．３０．３１．３２・・・制御パ
ルス信号出力、Ｈｌ、Ｈ２・・・第１および第２の２値
化号。 ％　許出１ｉＡ　人　　　　アールシーニー　コーポレ
ーション化　理　人　　清　水　　　哲　はが２名（３
］） 工 ９　　　　　　　　　〜 −４８８− ＠ｔ　　ｉ　　〒 ≧　　ロ　　Ｃ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）交互等間隔に同数の北極と南極を有する回転子用
   永久磁石が回転軸の周りに放射状に設けられ、基台に対
   して固定関係で固定子線輪が設けられ、その線輪を順次
   付勢することによって上記回転子を回転させる形式の無
   刷子型直流電動機の順方向回転を止めるものであって、
   上記固定子線輪に第１の順序で駆動電流を供給して上記
   回転子を逆方向に回転させ、この回転子の回転方向の反
   転を検知し、上記固定子線輪に第２の順序で駆動電流を
   供給して上記回転子を順方向に回転させ、この回転子の
   回転方向の反転を検知し、上記固定子線輪に上記第１の
   順序で駆動電流を供給し、最後とその次の回転子の回転
   方向の反転間の時間を測定し、その次の回転方向の反転
   時に、その測定した時間の所定の一部の間上記固定子線
   輪に上記第２の順序で駆動電流を供給し、以下上記最後
   ３段階を回転方向の反転が検知されなくなるまで反復す
   ることを特徴とする無刷子型直流電動機を制御する方法
   ０
2. （２）順次付勢されて複数個の北極と南極を交互に有す
   る回転子を回転させる２個またはそれ以上の固定子線輪
   を含む形式の無刷子型直流電動機を制御する装置であっ
   て、上記固定子線輪と固定関係に取付けられてその固定
   子線輪に対する回転子の磁極の相対位置を示す所定の位
   相関係を持つ第１および第２の２値信号を供給する第１
   および第２の感知素子と上記回転子の回転速度を同期さ
   せる周波数の基準信号の発生源と、装置が加速状態で動
   作しているとき上記第１および第２の２値信号に応じて
   その信号の状態により位相が決まりその信号の遂次遷移
   により実質的に持続時間が決壕る制御パルス信号を発生
   すると共に、定速状態において上記基準信号に応じて電
   動機の速度をこれに同期させ、また上記第１の２値信号
   の規定の遷移と上記基準信号の規定の遷移の間の連続時
   間測定により回転子の回転数と上記基準信号の周波数と
   の差に関係し、かつ定速状態における上記第１および第
   ２の２値化号の状態遷移に応じて浅才る上記制御信号の
   前端をその後端に対して変えることにより、その定速状
   態における上記制御信号の位相関係と持続時間を決定す
   る大きさを持つ誤差信号を発生する制御信号発生手段と
   、上記・ぐルス制御信号に応じてその制御信号の持続時
   間に比例する持続時間とどちら力）の極性を持つ固定子
   線輪伺勢電流を供給して−ｌ二記固定子線輪のそれぞれ
   を伺勢する駆動回路とを含むことを特徴とする装置。