JPS6240085A - ブラシレスモ−タ - Google Patents
ブラシレスモ−タInfo
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- JPS6240085A JPS6240085A JP60177121A JP17712185A JPS6240085A JP S6240085 A JPS6240085 A JP S6240085A JP 60177121 A JP60177121 A JP 60177121A JP 17712185 A JP17712185 A JP 17712185A JP S6240085 A JPS6240085 A JP S6240085A
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- phase
- stator
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- brushless motor
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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
- H02P6/06—Arrangements for speed regulation of a single motor wherein the motor speed is measured and compared with a given physical value so as to adjust the motor speed
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
- H02K29/06—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
- H02K29/14—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with speed sensing devices
-
- 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
- H02P6/14—Electronic commutators
- H02P6/15—Controlling commutation time
- H02P6/153—Controlling commutation time wherein the commutation is advanced from position signals phase in function of the speed
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
- Brushless Motors (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、位置決め動作可能で高速回転とすることので
きるブラシレスモータに関する。
きるブラシレスモータに関する。
従来の技術
近年の半導体技術及びデジタル技術の発達により産業上
のあらゆる機器のデジタル化が進み、マイクロコンピュ
ータの採用が促進されている。これらの機器の駆動源と
してはデジタル的な位置決め動作が可能なモータが適し
ており、従来、ステッピングモータやサーボモータが使
用されていた。
のあらゆる機器のデジタル化が進み、マイクロコンピュ
ータの採用が促進されている。これらの機器の駆動源と
してはデジタル的な位置決め動作が可能なモータが適し
ており、従来、ステッピングモータやサーボモータが使
用されていた。
以下図面を参照し、なから、従来のステッピングモータ
について説明する。
について説明する。
第１２図は従来のパーマネントマグネット（ＰＭ）型ス
テッピングモータの原理図を示すもので、１２１は固定
子、１２２は磁石よりなる回転子、１２３はコイルであ
る。
テッピングモータの原理図を示すもので、１２１は固定
子、１２２は磁石よりなる回転子、１２３はコイルであ
る。
上記コイルを外部から順序よく励磁してやれば回転子は
コイル通電の状態により位置をかえて、歩進する。第１
３図は第１２図に示したステッピングモータのトルク分
布を示すもので、位置保持特性をもち、かつ、外部信号
に同期した回転数を得ることができることがわかる。し
かしステッピングモータはコイルのもつ時定数や、鉄損
の影響により高スピードでは電流の立ち上がりが遅れて
タイミング良くトルクが発生せず高速回転には向いてい
ない。特に位置分解能を上げる為、磁極ピッチを細かく
した場合は１回転当たりのスイッチング周波数が上がる
為その影響が太き（出ていた。
コイル通電の状態により位置をかえて、歩進する。第１
３図は第１２図に示したステッピングモータのトルク分
布を示すもので、位置保持特性をもち、かつ、外部信号
に同期した回転数を得ることができることがわかる。し
かしステッピングモータはコイルのもつ時定数や、鉄損
の影響により高スピードでは電流の立ち上がりが遅れて
タイミング良くトルクが発生せず高速回転には向いてい
ない。特に位置分解能を上げる為、磁極ピッチを細かく
した場合は１回転当たりのスイッチング周波数が上がる
為その影響が太き（出ていた。
また、ステッピングモータのこの欠点をおぎなう為、外
部にエンコーダをつけ、モータのスピードに応じて、通
電相の切替を時間的に早（して電流の立ち上がり遅れを
カバーする方法がとれる場合もあるが、この方法ではモ
ータ外部にエンコーダをつけている為、形状が大きくな
り、またエンコーダが高価であるという欠点があった。
部にエンコーダをつけ、モータのスピードに応じて、通
電相の切替を時間的に早（して電流の立ち上がり遅れを
カバーする方法がとれる場合もあるが、この方法ではモ
ータ外部にエンコーダをつけている為、形状が大きくな
り、またエンコーダが高価であるという欠点があった。
次に従来のサーボモータについて説明する。
第１４図は、サーボモータの位置決め制御系を示すもの
で、１４１はモータ、１４２はエンコーダ、１４３は偏
差カウンタを含む制御回路、１４４は駆動回路である。
で、１４１はモータ、１４２はエンコーダ、１４３は偏
差カウンタを含む制御回路、１４４は駆動回路である。
以上のように構成された位置決めサーボ系では、デジタ
ル位置指令に従って高速運転でき、かつ位置決め特性を
得ることができる。しかし、エンコーダが高価であると
いうことと、制御系の回路規模が大きくかつ高価である
という欠点をもっている。
ル位置指令に従って高速運転でき、かつ位置決め特性を
得ることができる。しかし、エンコーダが高価であると
いうことと、制御系の回路規模が大きくかつ高価である
という欠点をもっている。
発明が解決しようとする問題点
上記のように、ステッピングモータは、高速回転できな
いという欠点をもち、ステッピングモータにエンコーダ
をつけたものでは、形状が大きくエンコーダが高価であ
るという欠点をもっている。
いという欠点をもち、ステッピングモータにエンコーダ
をつけたものでは、形状が大きくエンコーダが高価であ
るという欠点をもっている。
またサーボモータでは、制御系とエンコーダが高価であ
るという欠点をもっていた。
るという欠点をもっていた。
本発明は前記問題点に鑑み従来のステッピングモータと
同程度の形状で、かつ比較的簡単な回路構成で、位置決
め機能と、高速回転性を持ったブラシレスモータを提供
するものである。
同程度の形状で、かつ比較的簡単な回路構成で、位置決
め機能と、高速回転性を持ったブラシレスモータを提供
するものである。
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ブラシレスモータ
は、 （１） 磁性体または磁石よりなる回転子と、Ｑ）
回転子と空隙を介して対向する同定子コアと複数個のコ
イルを少な（とも備えた固定子と、（３） 回転子を
回転自在に支える軸受装置と、（滲 固定子にとりつけ
られ、回転子の位置の変化を検出しこれを電気信号に変
換して、互いに位相の異なる略正弦波状の位置信号を出
力する複数個の非接触センサと、 （５）位置信号の変化を速度信号に変換する速度検出手
段と、 （６）外部からの歩進指令信号を受けつけ、歩進指令信
号数により多相の位置信号を順序よく選択する電子スイ
ッチ手段と、 （７）速度信号と選択された位置信号の加算値を進相量
として前記位置信号の位相を進ませる進相手段と、 （８）進相された位置信号によって複数個のコイルを付
勢する駆動回路をそなえたものである。
は、 （１） 磁性体または磁石よりなる回転子と、Ｑ）
回転子と空隙を介して対向する同定子コアと複数個のコ
イルを少な（とも備えた固定子と、（３） 回転子を
回転自在に支える軸受装置と、（滲 固定子にとりつけ
られ、回転子の位置の変化を検出しこれを電気信号に変
換して、互いに位相の異なる略正弦波状の位置信号を出
力する複数個の非接触センサと、 （５）位置信号の変化を速度信号に変換する速度検出手
段と、 （６）外部からの歩進指令信号を受けつけ、歩進指令信
号数により多相の位置信号を順序よく選択する電子スイ
ッチ手段と、 （７）速度信号と選択された位置信号の加算値を進相量
として前記位置信号の位相を進ませる進相手段と、 （８）進相された位置信号によって複数個のコイルを付
勢する駆動回路をそなえたものである。
作用
上発明は前記の構成によって、モータに内蔵された非接
触センサにより得られる位置信号を、電子スイッヂ手段
により選択された位置信号自身に応じて相切替用位置信
号を進相させ、進相された位置信号によってコイルを付
勢することにより歩進機能と位置決め機能をもつブラシ
レスモータを得ている。さらに、速度信号を進相指令量
に加算することにより、速度に応じて全体的に位置信号
の進相にを増して電流の立上がり遅れをカバーし高速回
転を行うことができる。
触センサにより得られる位置信号を、電子スイッヂ手段
により選択された位置信号自身に応じて相切替用位置信
号を進相させ、進相された位置信号によってコイルを付
勢することにより歩進機能と位置決め機能をもつブラシ
レスモータを得ている。さらに、速度信号を進相指令量
に加算することにより、速度に応じて全体的に位置信号
の進相にを増して電流の立上がり遅れをカバーし高速回
転を行うことができる。
実施例
以下本発明の一実施例のブラシレスモータについて図面
を参！Ｉゼシなから説明する。
を参！Ｉゼシなから説明する。
第１図は本発明の第１の実施例のブラシレスモータの機
構部を示すものであり、（ａ）は主要部の斜視図、（ｂ
）は断面図である。
構部を示すものであり、（ａ）は主要部の斜視図、（ｂ
）は断面図である。
第１図において、１は円周上表面に磁極歯を備えた回転
子１，２は回転子との対向面に磁極歯群をイＡｎえた固
定子コア、３は磁石、４は磁気回路を構成する継鉄、５
は３相１２個のコイル、６は１２００接触センサである
。
子１，２は回転子との対向面に磁極歯群をイＡｎえた固
定子コア、３は磁石、４は磁気回路を構成する継鉄、５
は３相１２個のコイル、６は１２００接触センサである
。
第２図は、第１の実施例のブラシレスモータの電気回路
部のブロック図である。
部のブロック図である。
第２図において２０は前述のモータの機構部で、２１は
回転子、２５ａ、２５ｈ、２５ｃは３相のコイル、２６
は磁気抵抗素子からなる非接触センサである。３０ａ、
３０ｂ、３０ｃは上記非接触センサの３相位置信号出力
をそれぞれ増巾する位置信号増巾器である。
回転子、２５ａ、２５ｈ、２５ｃは３相のコイル、２６
は磁気抵抗素子からなる非接触センサである。３０ａ、
３０ｂ、３０ｃは上記非接触センサの３相位置信号出力
をそれぞれ増巾する位置信号増巾器である。
３１は進相指令量に応じて３相の位置信号の位相を進ま
せる進相回路、３２は３相モータのコイルに進相された
位置信号の極性の変化に応じて電流を流す３相全波型矩
形波駆動回路である。３４ａ。
せる進相回路、３２は３相モータのコイルに進相された
位置信号の極性の変化に応じて電流を流す３相全波型矩
形波駆動回路である。３４ａ。
３４ｂ、３４ｃは３相の位置信号を反転する増巾器であ
る。３３は外部からの歩進指令信号を受けつけ、位置信
号と反転された位置信号の合計６信号から１つを選択し
て出力する電子スイッチ回路である。
る。３３は外部からの歩進指令信号を受けつけ、位置信
号と反転された位置信号の合計６信号から１つを選択し
て出力する電子スイッチ回路である。
３６は位置信号の変化を速度信号に変換する周波数−電
圧変換（ＦＶ変換）回路、３７は加算器であり、８ａ、
３８ｂ、３８ｃは位置信号の矩形化回路である。また３
９は進相バイアス電圧である。
圧変換（ＦＶ変換）回路、３７は加算器であり、８ａ、
３８ｂ、３８ｃは位置信号の矩形化回路である。また３
９は進相バイアス電圧である。
以上のように構成されたブラシレスモータについて、以
下動作を説明する。
下動作を説明する。
第３図は本実施例のブラシレスモータのコイル結線図と
、モータのトルク分布を示すものである。
、モータのトルク分布を示すものである。
第３図（ａ）のようにコイルには駆足、電流が１１〜６
のように切替って流れる。このとき固定子、回転子間の
空隙と空間磁束密度分布が回転角に対して正弦波状に分
布しているとすれば、第３図（ｂ）のように各相トルク
は回転角度に対し、回転子の磁極歯ピッチ を周期とす
る正弦波状の分布となる。
のように切替って流れる。このとき固定子、回転子間の
空隙と空間磁束密度分布が回転角に対して正弦波状に分
布しているとすれば、第３図（ｂ）のように各相トルク
は回転角度に対し、回転子の磁極歯ピッチ を周期とす
る正弦波状の分布となる。
通常のブラシレスモータでは、回転子の位置を検出する
非接触センサの位相を調整し第３図（ｃ）のような連続
的なトルクを得るが、本発明のブラシレスモータでは、
基本的に第３図（ｄ）のようなトルク分布になるよう非
接触センサの位置を調整する。このような通電を行うと
、回転子は回転せず通電相によって決まる位置に保持さ
れ、位置決め特性をもつことになる。
非接触センサの位相を調整し第３図（ｃ）のような連続
的なトルクを得るが、本発明のブラシレスモータでは、
基本的に第３図（ｄ）のようなトルク分布になるよう非
接触センサの位置を調整する。このような通電を行うと
、回転子は回転せず通電相によって決まる位置に保持さ
れ、位置決め特性をもつことになる。
最初に基本的な１相分の、センサ信号と回転子とトルク
分布の関係を第４図を用いて説明する。
分布の関係を第４図を用いて説明する。
非接触センサ４３に磁気抵抗素子を用いた場合、センサ
出力は磁気抵抗の変化に応じて第４図（ａ）のように略
正弦波状になる。固定子磁極１４１と回転子磁極歯４２
との位置関係が第４図（ｂ）の場合は吸引力が働いてい
るときの安定点でトルクはＯである。第４図（ｃ）の場
合は反発力が働いているときの安定点でこれもトルクＯ
である。
出力は磁気抵抗の変化に応じて第４図（ａ）のように略
正弦波状になる。固定子磁極１４１と回転子磁極歯４２
との位置関係が第４図（ｂ）の場合は吸引力が働いてい
るときの安定点でトルクはＯである。第４図（ｃ）の場
合は反発力が働いているときの安定点でこれもトルクＯ
である。
トルク最大時の歯の位置関係は第４図（ｄ）で、吸引力
が働くときは回転子は右方向へトルクが発生し、反発力
が働くときは左方向へトルクが発生する。
が働くときは回転子は右方向へトルクが発生し、反発力
が働くときは左方向へトルクが発生する。
センサ信号の極性に従ってコイル電流を０Ｎ−ＯＦＦす
る場合、通常のブラシレスモータのように連撓的なトル
クを発生するには第４図（ｅ）Ａのように非接触センサ
ー相分のエレメント中心が、固定子磁極歯の凹凸の中心
から１／４ピツチずれた位置になるようにセンサを配置
すればよい。
る場合、通常のブラシレスモータのように連撓的なトル
クを発生するには第４図（ｅ）Ａのように非接触センサ
ー相分のエレメント中心が、固定子磁極歯の凹凸の中心
から１／４ピツチずれた位置になるようにセンサを配置
すればよい。
本発明のブラシレスモータのように、位置決めの特性を
得るには、第４図（ｂ）、（ｃ）の関係のときに通電期
間の中心がくればよいので第４図（ｅ）Ｂのように非接
触センサー相分のセンサエレメントの中心と固定子磁極
歯の凹凸の中心が一致するように配置すれば良い。
得るには、第４図（ｂ）、（ｃ）の関係のときに通電期
間の中心がくればよいので第４図（ｅ）Ｂのように非接
触センサー相分のセンサエレメントの中心と固定子磁極
歯の凹凸の中心が一致するように配置すれば良い。
このとき各相の発生トルクと各相のセンサ出力は１／４
ピツチずれた関係になる。
ピツチずれた関係になる。
進相回路３１は略正弦波の３相センサ信号の位相を進相
指令電圧に応じて進まぜる回路で、センサ信号のベクト
ル加算による方法や、指示量により正弦的な値の変化を
する基準信号とセンサ信号との乗算による方法で得られ
る。センサ信号は相励磁用の信号として進相回路３１に
導かれろと同時に進相指令用としても用いられる。
指令電圧に応じて進まぜる回路で、センサ信号のベクト
ル加算による方法や、指示量により正弦的な値の変化を
する基準信号とセンサ信号との乗算による方法で得られ
る。センサ信号は相励磁用の信号として進相回路３１に
導かれろと同時に進相指令用としても用いられる。
第２図に示すように３相のセンサ信号はそれぞれ反転さ
れ、計６信号が電子スイッチ回路３５に入力される。
れ、計６信号が電子スイッチ回路３５に入力される。
電子スイッチ回路３５は、第５図に示すように６進の可
逆カウンタ５１と、カウンタの出力により、６つの信号
から１つを選択するデコーダ５２により構成される。
逆カウンタ５１と、カウンタの出力により、６つの信号
から１つを選択するデコーダ５２により構成される。
この構成により、両方向の歩進指令に対しても６つの位
置信号を可逆的に順序よく選択することができるように
している。
置信号を可逆的に順序よく選択することができるように
している。
また、ＦＶ変換回路３６は、センサ信号の変化から速度
に応じた電圧を発生させろ回路で、微分器を中心とした
回路で構成される。
に応じた電圧を発生させろ回路で、微分器を中心とした
回路で構成される。
さて外部からのパルス指令の間隔が長く速度電圧がほと
んど無視できる場合の本発明のブラシレスモータの動作
を第６図にて説明する。
んど無視できる場合の本発明のブラシレスモータの動作
を第６図にて説明する。
第６図＜ａ）は３相Ａ、Ｂ、Ｃに一定電流を流したとき
のトルク分布を示す。
のトルク分布を示す。
（ｂ）は固定子磁極歯凹凸の中心に配置された各相のセ
ンサの出力信号を示している。前述したようにトルク分
布とセンサの出力波形１／４ピツチずつずれている。第
６図（Ｃ）は第３図（ａ）のように結線された３相全波
駆動の場合の各励磁モードのトルク分布であり、各２相
トルクの合成値上なっている。センサ信号はバイアス電
圧で速度矩形化回路３８ ａ 、３８ ｂ ＋ ３８
ｃにより波形整形され、第６図（ｂ）に示す波形になる
。
ンサの出力信号を示している。前述したようにトルク分
布とセンサの出力波形１／４ピツチずつずれている。第
６図（Ｃ）は第３図（ａ）のように結線された３相全波
駆動の場合の各励磁モードのトルク分布であり、各２相
トルクの合成値上なっている。センサ信号はバイアス電
圧で速度矩形化回路３８ ａ 、３８ ｂ ＋ ３８
ｃにより波形整形され、第６図（ｂ）に示す波形になる
。
これが駆動回路に入力され、内部のロジック回路により
各相コイルの通電方向と期間を決める為の、第６図（ｅ
）に示す波形が合成され、これに従ってコイル電流が流
れる。
各相コイルの通電方向と期間を決める為の、第６図（ｅ
）に示す波形が合成され、これに従ってコイル電流が流
れる。
いま、第６図（Ｃ）の安定点１．Ａ’Ｃのトルクが発生
するように励磁されているとき、電子スイッチ回路３５
により第、６図（ｃ）の位置信号五が選択されるように
しておく、この状態で外部からの歩進指令がないときは
、Ａ’Ｃのトルク曲線によりモータは同位置を保持する
。正方向歩進パルスが１パルスずつ入るに従って電子ス
イッチがセンサ信号７’； →ａ−＋Ｃ→ｂ＋２−＋ｃ
−）Ｕを次々選択するようしておけば、前記すが選ばれ
て安定しているときに正方向指令の１パルスが入ると進
相用のセンサ信号はａに切替わり、進相指令電圧として
第６図（ｂ）のａ上の２の点の正電圧が出力される。
するように励磁されているとき、電子スイッチ回路３５
により第、６図（ｃ）の位置信号五が選択されるように
しておく、この状態で外部からの歩進指令がないときは
、Ａ’Ｃのトルク曲線によりモータは同位置を保持する
。正方向歩進パルスが１パルスずつ入るに従って電子ス
イッチがセンサ信号７’； →ａ−＋Ｃ→ｂ＋２−＋ｃ
−）Ｕを次々選択するようしておけば、前記すが選ばれ
て安定しているときに正方向指令の１パルスが入ると進
相用のセンサ信号はａに切替わり、進相指令電圧として
第６図（ｂ）のａ上の２の点の正電圧が出力される。
この２点の電圧によって相切替用センサ信号が電気角で
３０°以上９０°以下の進相をするように進相回路３１
の電圧−進相角度係数を定めておけばコイルの相励磁が
ＣＢに切替わって正方向のトルクが発生し回転子は正方
向に始動する。しかし、回転に従って進相用センサ信号
ａのレベルは小さくなり、相切替用センサ進号の通相量
も少なくなるので、次の励磁モードであるＢＡに切替わ
ることなくＵＢのトルク分布に従って第６図（Ｃ）の３
で安定をする。安定点３ではセンサ出力ａによる進相量
はＯである。
３０°以上９０°以下の進相をするように進相回路３１
の電圧−進相角度係数を定めておけばコイルの相励磁が
ＣＢに切替わって正方向のトルクが発生し回転子は正方
向に始動する。しかし、回転に従って進相用センサ信号
ａのレベルは小さくなり、相切替用センサ進号の通相量
も少なくなるので、次の励磁モードであるＢＡに切替わ
ることなくＵＢのトルク分布に従って第６図（Ｃ）の３
で安定をする。安定点３ではセンサ出力ａによる進相量
はＯである。
この状態で次の正方向指令パルスが１パルス入れば進相
用センサ信号τが選択され同じように次の安定点へ移動
する。第６図（ｃ）２の状態で逆方向指令パルスが１パ
ルス入ると、電子スイッチ３３内の６進カウンタ出力は
１つ前の状態へ戻り進相用センサ信号■が選択される。
用センサ信号τが選択され同じように次の安定点へ移動
する。第６図（ｃ）２の状態で逆方向指令パルスが１パ
ルス入ると、電子スイッチ３３内の６進カウンタ出力は
１つ前の状態へ戻り進相用センサ信号■が選択される。
この七き■のレベルは負であるので相切替センサ信号は
遅相され、ＡＵのモードが選択され逆方向のトルクが働
き１点で安定する。
遅相され、ＡＵのモードが選択され逆方向のトルクが働
き１点で安定する。
以上のように、外部の歩進パルスに応じて１ステツプず
つ指令の方向に回転することがわかる。次に外部の歩進
指令の間隔が短くなり、それに従って回転子のスピード
が上がってくると、ＦＶ変換３６の出力電圧が太き（な
りこの速度電圧が加算器３７により、進相用位置電圧と
加算され、相励磁用センサ信号は、スピードの遅い場合
より進翔量が大きくなる。ＦＶ変換出力のレベルを適当
に調節することにより、通常のブラシレスモータと同様
な第６図（Ｃ）のトルク分布のピーク点に近い連続的ト
ルクを発生させることができ、さらに進相により早めに
コイル励磁を切替えてスイッチング周波数の増加に伴な
うコイル電流の立上がり遅れをカバーして高速の運転を
することができる。
つ指令の方向に回転することがわかる。次に外部の歩進
指令の間隔が短くなり、それに従って回転子のスピード
が上がってくると、ＦＶ変換３６の出力電圧が太き（な
りこの速度電圧が加算器３７により、進相用位置電圧と
加算され、相励磁用センサ信号は、スピードの遅い場合
より進翔量が大きくなる。ＦＶ変換出力のレベルを適当
に調節することにより、通常のブラシレスモータと同様
な第６図（Ｃ）のトルク分布のピーク点に近い連続的ト
ルクを発生させることができ、さらに進相により早めに
コイル励磁を切替えてスイッチング周波数の増加に伴な
うコイル電流の立上がり遅れをカバーして高速の運転を
することができる。
以上のように本実施例によれば円周上に一定ピッチでき
ざまれた磁極歯を備えた磁性体よりなる回転子と、磁極
歯群を備えた固定子コア、磁石、多相のコイルよりなる
固定子と、回転子の磁極の凹凸を検出し略正弦波状の位
置信号を出力する非接触センサと、速度検出手段と、電
子スイッチ手段と、進相手段と駆動回路を設けることに
より、歩進機能と位置決め機能をもち、高速で回転する
小型かつ廉価なブラシレスモータを得ることができる。
ざまれた磁極歯を備えた磁性体よりなる回転子と、磁極
歯群を備えた固定子コア、磁石、多相のコイルよりなる
固定子と、回転子の磁極の凹凸を検出し略正弦波状の位
置信号を出力する非接触センサと、速度検出手段と、電
子スイッチ手段と、進相手段と駆動回路を設けることに
より、歩進機能と位置決め機能をもち、高速で回転する
小型かつ廉価なブラシレスモータを得ることができる。
以下本発明の第２の実施例について図面を参照しなから
説明する。
説明する。
第７図は本発明の第２の実施例のブラシレスモータの電
気回路部のブロック図である。
気回路部のブロック図である。
同図において７０はモータの機構部で、この部分は第１
の実施例と同様のもので、７１は回転子、７５ａ、７５
ｂ、７５ｃは３相コイル、７６は非接触センサである。
の実施例と同様のもので、７１は回転子、７５ａ、７５
ｂ、７５ｃは３相コイル、７６は非接触センサである。
また、８１は進相回路、８３は電子スイッチ回路、８４
ａ、８４ｂ、８４ｃは反転増巾器、８６はＦ■変換器で
あり、以上の電気回路部も第２図の構成と同様なもので
ある。
ａ、８４ｂ、８４ｃは反転増巾器、８６はＦ■変換器で
あり、以上の電気回路部も第２図の構成と同様なもので
ある。
第２図の構成と異なるのは、矩形波回路と、進相バイア
ス電圧をなくし駆動回路８２を３相全波圧弦波駆動回路
とした点である。
ス電圧をなくし駆動回路８２を３相全波圧弦波駆動回路
とした点である。
正弦波駆動回路の場合、位置センサの出力に応した略正
弦波状の電流がコイルに流れるので、回転子、固定子対
向面空隙の磁束の空間分布を正弦波と仮定した場合、ト
ルクは次式で表わせる。
弦波状の電流がコイルに流れるので、回転子、固定子対
向面空隙の磁束の空間分布を正弦波と仮定した場合、ト
ルクは次式で表わせる。
Ｔ＝に＋１ｓｉｎθ・ｓｉｍ（θ十−＋α）＋２４
π ４Ｔ：トルク θ：回転子と固定子の相対角度（電気角）α：位置信号
の進相角度、 ＫＩ：定数 連続的なトルクを発生する通常のブラシレスモータの場
合は π ゛ αニー一のときに相当しＴ＝１．５Ｋｌとなり、正弦波
駆動ではリップルのない一定のトルクが得られる。
π ４Ｔ：トルク θ：回転子と固定子の相対角度（電気角）α：位置信号
の進相角度、 ＫＩ：定数 連続的なトルクを発生する通常のブラシレスモータの場
合は π ゛ αニー一のときに相当しＴ＝１．５Ｋｌとなり、正弦波
駆動ではリップルのない一定のトルクが得られる。
本発明の場合、第２図や第７図に示す構成により位置信
号はセンサ自身の信号により進相される。
号はセンサ自身の信号により進相される。
本実施例では進相量は電子スイッチ８３から出力され、
進相指示電圧は Ｖｓ−−に２ ・ｓｉｎθで与えら
れる に２ ：定数（センサ信号のピーク値）この指示電圧を
うけ、進相回路８１は、３相の位置信号を全体的にα＝
十に２・β・ｓｉｎθだけ進相させる。
進相指示電圧は Ｖｓ−−に２ ・ｓｉｎθで与えら
れる に２ ：定数（センサ信号のピーク値）この指示電圧を
うけ、進相回路８１は、３相の位置信号を全体的にα＝
十に２・β・ｓｉｎθだけ進相させる。
β−進相回路の係数
従って本発明第２の実施例のトルク分布はＴ＝−−Ｋｌ
ｓ ｉ ｎ （Ｋ２β・ｓｉｎθ）となる。
ｓ ｉ ｎ （Ｋ２β・ｓｉｎθ）となる。
この曲線を第８図に示すかに２βの値により分布形状が
変わることがわかる。
変わることがわかる。
Ｋ２β勾１で安定点付近のＴ−θ特性は、トルクが正弦
波分布をしている場合にほぼ等しい。
波分布をしている場合にほぼ等しい。
Ｋ２βを大きくしてい（と、安定点付近のトルク傾斜は
正弦波分布に比べて大きくなり、安定点付近のトルク分
布が一定の略正弦波状である実施例のブラシレスモータ
や、一般のステッピングモータに比べ任意に大きなＴ−
θ特性を得ることができ、種々の外乱がある場合の位置
決め精度を良（することができる。
正弦波分布に比べて大きくなり、安定点付近のトルク分
布が一定の略正弦波状である実施例のブラシレスモータ
や、一般のステッピングモータに比べ任意に大きなＴ−
θ特性を得ることができ、種々の外乱がある場合の位置
決め精度を良（することができる。
また、位置微調信号入力端子３７より一定値の進相指令
電圧に３を加えると、進相指令信号はｖｂ＝ （Ｋ３−
に２ｄ ｓ ｉ ｎｅθ〉となりトルク分布はＴ＝−−
に＋ｓ ｉ ｎ （Ｋ２β・ｓｉｎθ−に３β）となっ
て前述の位置微調入力がない場合のトルク分布より位相
がずれた分布になる。
電圧に３を加えると、進相指令信号はｖｂ＝ （Ｋ３−
に２ｄ ｓ ｉ ｎｅθ〉となりトルク分布はＴ＝−−
に＋ｓ ｉ ｎ （Ｋ２β・ｓｉｎθ−に３β）となっ
て前述の位置微調入力がない場合のトルク分布より位相
がずれた分布になる。
従って、トルクＯの安定点即ち回転子の停止位置を位置
微調入力の値により任意に連続的に変えることができる
。
微調入力の値により任意に連続的に変えることができる
。
以上のように、本発明の第２の実施例では第１の実施例
における３相全波矩形波駆動回路を３相全波圧弦波駆動
回路にし、位置微調入力端子から入力される信号を進相
指示量に加算することにより、第１の実施例の効果に加
えて、回転子の停止点付近のトルク傾斜を増して位置決
め性能を向上し、かつ回転子停止位置の連続的な位置微
調整ができるという、効果が得られる。
における３相全波矩形波駆動回路を３相全波圧弦波駆動
回路にし、位置微調入力端子から入力される信号を進相
指示量に加算することにより、第１の実施例の効果に加
えて、回転子の停止点付近のトルク傾斜を増して位置決
め性能を向上し、かつ回転子停止位置の連続的な位置微
調整ができるという、効果が得られる。
なお、第１の実施例においても、第２の実施例において
も、モータの機構部分には従来のブラシレスモータすべ
てを適用することができる。
も、モータの機構部分には従来のブラシレスモータすべ
てを適用することができる。
即ち、第９図に示すように回転子に磁石９２を配置し、
回転子コア９１．固定子コア９３ともに磁極歯を持つブ
ラシレスモータや、第１０図のように、回転子１０１が
多極着磁されたブラシレスモータや、第１１図のように
、円板面上に、多極着磁された磁石１１１よりなる回転
子をもつブラシレスモータとしてもよい。また、実施例
では３相コイルのブラシレスモータとしているが他の２
相以上のブラシレスモータとしても同様の効果を得るこ
とができる。なお、第９図〜第１１図において、９４，
１０２．１１２はコイル、９５，１０３．１１３は非接
触センサである。
回転子コア９１．固定子コア９３ともに磁極歯を持つブ
ラシレスモータや、第１０図のように、回転子１０１が
多極着磁されたブラシレスモータや、第１１図のように
、円板面上に、多極着磁された磁石１１１よりなる回転
子をもつブラシレスモータとしてもよい。また、実施例
では３相コイルのブラシレスモータとしているが他の２
相以上のブラシレスモータとしても同様の効果を得るこ
とができる。なお、第９図〜第１１図において、９４，
１０２．１１２はコイル、９５，１０３．１１３は非接
触センサである。
発明の効果
以上のように本発明は、磁性体または磁石よりなる回転
子と、固定子コアと複数個のコイルを少なくとも備えた
固定子と、軸受装置と、前記回転子の位置を検出する非
接触センサと、速度検出手段と、外部からの歩進入力を
受けつけ、進相用位置信号を切り替える電子スイッチ手
段と、指令量により位置信号を進相させる進相手段と、
コイルを付勢する駆動回路を設けることにより、位置決
めの機能をもち、外部の歩進パルスに同期して高速に回
転する小型のブラシレスモータが得られる。
子と、固定子コアと複数個のコイルを少なくとも備えた
固定子と、軸受装置と、前記回転子の位置を検出する非
接触センサと、速度検出手段と、外部からの歩進入力を
受けつけ、進相用位置信号を切り替える電子スイッチ手
段と、指令量により位置信号を進相させる進相手段と、
コイルを付勢する駆動回路を設けることにより、位置決
めの機能をもち、外部の歩進パルスに同期して高速に回
転する小型のブラシレスモータが得られる。
さらに、駆動回路を正弦波駆動回路とすることにより、
高い位置決めの精度が得られ、回定子位置の連続的な微
調整できるというすぐれた効果が得られる。
高い位置決めの精度が得られ、回定子位置の連続的な微
調整できるというすぐれた効果が得られる。
第１図（ａ）、（ｂ）は本発明の第１の実施例における
ブラシレスモータの主要部の斜視図および断面図、第２
図は本発明の第１の実施例における電気回路図、第３図
は本発明の第１の実施例のコイル結線およびモータのト
ルク分布を示す図、第４図は本発明の第１の実施例のセ
ンサ位置を説明する図、第５図は本発明の第１の実施例
の電子スイッチ手段の構成図、第６図は第１の実施例の
歩進動作時のトルク分布を示す図、第７図は本発明の第
２の実施例の電気回路図、第８図は第２の実施例の停止
時のトルク分布を示す図、第９図から第１１図は本発明
の他の実施例のモータ構造図、第１２図は従来のステッ
ピングモータの原理図、第１３図は第１２図のモータの
トルク分布を示す図、第１４図は従来のサーボモータの
制御系ブロック図である。 １・・・・・・回転子、２，９３・・・・・・固定子コ
ア、３゜９２．１１１・・・・・・磁石、５．９４，１
０２．１１２・・・・・・コイル、６，２６．４３．７
６．９５，１０３．１１３・・・・・・非接触センサ、
２０・・・・・・モータ部、３１．８１・・・・・・進
相回路、３２・・・・・・駆動回路、：３３．３５．８
３・・・・・・電子スイッチ回路、４１・・・・・・固
定子磁極歯、４２・・・・・・回転子磁極歯。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 ほか１名第２図 →ｉｚンノで刀シスレ（ノフ 第３ｒＸ１ 第４図 第５図 Ｌ Ｊ 第６図 第７図 第８図 −’２ Ｓｉｎ Ｆｋ２１３ ・ｓｌ’７１θ）側線第
９図 ’／１ 第１０図 第１１図
ブラシレスモータの主要部の斜視図および断面図、第２
図は本発明の第１の実施例における電気回路図、第３図
は本発明の第１の実施例のコイル結線およびモータのト
ルク分布を示す図、第４図は本発明の第１の実施例のセ
ンサ位置を説明する図、第５図は本発明の第１の実施例
の電子スイッチ手段の構成図、第６図は第１の実施例の
歩進動作時のトルク分布を示す図、第７図は本発明の第
２の実施例の電気回路図、第８図は第２の実施例の停止
時のトルク分布を示す図、第９図から第１１図は本発明
の他の実施例のモータ構造図、第１２図は従来のステッ
ピングモータの原理図、第１３図は第１２図のモータの
トルク分布を示す図、第１４図は従来のサーボモータの
制御系ブロック図である。 １・・・・・・回転子、２，９３・・・・・・固定子コ
ア、３゜９２．１１１・・・・・・磁石、５．９４，１
０２．１１２・・・・・・コイル、６，２６．４３．７
６．９５，１０３．１１３・・・・・・非接触センサ、
２０・・・・・・モータ部、３１．８１・・・・・・進
相回路、３２・・・・・・駆動回路、：３３．３５．８
３・・・・・・電子スイッチ回路、４１・・・・・・固
定子磁極歯、４２・・・・・・回転子磁極歯。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 ほか１名第２図 →ｉｚンノで刀シスレ（ノフ 第３ｒＸ１ 第４図 第５図 Ｌ Ｊ 第６図 第７図 第８図 −’２ Ｓｉｎ Ｆｋ２１３ ・ｓｌ’７１θ）側線第
９図 ’／１ 第１０図 第１１図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （１）磁性体または磁石よりなる回転子と、該回転子と
空隙を介して対向する固定子コアと複数個のコイルとを
少なくとも備えた固定子と、前記回転子を回転自在に支
える軸受装置と、前記固定子にとりつけられ、前記回転
子の位置の変化を検出しこれを電気信号に変換し、互い
に位相の異なる略正弦波状の位置信号を出力する複数個
の非接触センサと、前記位置信号の変化を、速度信号に
変換する速度検出手段と、外部からの歩進指令信号を受
けつけ、歩進指令信号数により前記多相の位置信号を順
序よく選択する電子スイッチ手段と、前記速度信号と選
択された位置信号の加算値を進相量として、前記位置信
号の位相を進ませる進相手段と、前記進相された位置信
号によって、前記複数個のコイルを付勢する駆動回路を
備えたことを特徴とするブラシレスモータ。 （２）回転子は円周上に一定のピッチできざまれた磁極
歯を備えた磁性体よりなり、固定子は前記回転子対向面
に磁極歯群を備えた固定子コアと該固定子コアに装着さ
れた磁石と、前記固定コアに巻かれた複数個のコイルか
らなり、非接触センサは前記回転子の磁極歯の凹凸を検
出しこれを電気信号に変換する特許請求の範囲第１項記
載のブラシレスモータ。 （３）回転子は磁石と該磁石を両側から積層する磁性体
と、該磁性体円周上にきざまれた磁極歯を備え、固定子
は前記回転子対向面に磁極歯群を備えた固定子コアと、
該固定子コアに巻かれた複数個のコイルからなり、非接
触センサは、前記回転子の磁極歯の凹凸を検出しこれを
電気信号に変換する特許請求の範囲第１項記載のブラシ
レスモータ。（４）回転子は、円周内面もしくは外面に
多極着磁された磁石よりなり、固定子は前記回転子円周
の対向面に極をもつ固定子と複数のコイルから構成され
、非接触センサは前記回転子の磁極を検出しこれを電気
信号に変換する特許請求の範囲第１項記載のブラシレス
モータ。 （５） 回転子は円板上に多極着磁された磁石よりなり
、固定子は前記回転子円板の対向面に配置された複数の
コイルと、継鉄から構成され、非接触センサは前記回転
子の磁極を検出しこれを電気信号に変換する特許請求の
範囲第１項記載のブラシレスモータ。 （６） 駆動回路は、正弦波全波駆動型回路により構成
され、速度信号を選択された位置信号と外部からの指令
量の加算値を進相量として位置信号の位相を進ませるこ
とを特徴とした特許請求の範囲第１項記載のブラシレス
モータ。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60177121A JPH0667258B2 (ja) | 1985-08-12 | 1985-08-12 | ブラシレスモ−タ |
| US07/049,319 US4818908A (en) | 1985-08-12 | 1985-12-10 | Brushless motor having phase advance |
| PCT/JP1985/000679 WO1987001251A1 (en) | 1985-08-12 | 1985-12-10 | Brushless motor |
| GB8705530A GB2193055B (en) | 1985-08-12 | 1985-12-10 | Brushless motor |
| DE19853590835 DE3590835T (ja) | 1985-08-12 | 1985-12-10 | |
| DE3590835A DE3590835C2 (ja) | 1985-08-12 | 1985-12-10 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60177121A JPH0667258B2 (ja) | 1985-08-12 | 1985-08-12 | ブラシレスモ−タ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6240085A true JPS6240085A (ja) | 1987-02-21 |
| JPH0667258B2 JPH0667258B2 (ja) | 1994-08-24 |
Family
ID=16025529
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60177121A Expired - Fee Related JPH0667258B2 (ja) | 1985-08-12 | 1985-08-12 | ブラシレスモ−タ |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4818908A (ja) |
| JP (1) | JPH0667258B2 (ja) |
| DE (2) | DE3590835C2 (ja) |
| GB (1) | GB2193055B (ja) |
| WO (1) | WO1987001251A1 (ja) |
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| EP0374805B1 (de) * | 1988-12-18 | 1994-11-02 | Buck Werke GmbH & Co | Elektronisch kommutierter Synchronmotorantrieb |
| JPH0389899A (ja) * | 1989-09-01 | 1991-04-15 | Hitachi Ltd | ステツプモータおよびこれにおける回転子位置信号記録方法 |
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| JPH0998593A (ja) * | 1995-10-02 | 1997-04-08 | Secoh Giken Inc | ２個のコイルにより３相の位置検知信号を得る装置 |
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