JPH02188184A - 帰還回路付臨界制動型直流ブラシレスモータ - 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】 【産業上の利用分野】 この発明は、最近エレクトロニクス機器の利用範囲拡大
と共に、その機構部分の回転、移動、制御等に使用され
る直流ブラシレスモータの用途が急速に拡大したことに
伴い、その性能、特性に対する要求もとみに高級化して
来た。特に機械的雑音や熱雑音、温度上昇等を、減少さ
せるため軸承摩擦を少くする目的で球軸承や空気軸承を
利用するものも多くなったが、此の場合慣性の多い回転
系の場合に急速停止を実現するためのブラシレスモーフ
のシステム構成に関するものである。 〔従来の技術Ｊ 従来の小型直流ブラシレスモータは第４図（ａ）に示す
ように普通の軸承を利用していたが、負荷と軸承の摩擦
が適度にあったので、停止に際しては、電源を断とする
だけで、比較的容易に停止していた。 併し、機械工作の精度が向上し、電気回路の損失も少（
なると、軸承摩擦だけが運転中の主要な損失であるため
第４図（ｂ）に示す、球軸承や第４図（ｃ）に示す空気
軸承が逐次採用される趨勢となって来た。ところが第４
図（ａ）で示す様に特に回転子が永久磁石で固定子が捲
線を有するアウターロータ勿の直流ブラシレスモーフの
様な場合は、負荷も回転体のときは、極めて大きな、慣
性モーメントがあり、−旦回転が定常状態に達したとき
は、急速に停止させることは容易にできないという難問
が生じて来た。第３図の曲線Ｋ（従来方式）に示す通り
である。電源を断としても。 摩擦抵抗は少いので、相当長時間廻り続けることになる
。特に負荷が回転体の場合は容易に止らない、機械的ブ
レーキを付加することも考えられるか、それでは装置の
複雑化につながり好ましくない、何んとか電気的に名案
はないものであろう力）。 ［発明が解決しようとする課題Ｊ 上述した様に、運転中の損失を極小にし高速化、高精度
化、高信頼性化を実現した、慣性モーメントの大きい直
流ブラシレスモータを急速に停止させるのに、わざわざ
抵抗板等を付加して摩擦で停止させる等ということは、
技術的には逆行であるから好ましくない、電気的にスマ
ートに実現する手段はないか、これがこの発明の解決し
なければならない課題である。 ［課題を解決するための手段１ さて、この課題を時系列的によく観察して見ることにし
よう、直流ブラシレスモータが一定負荷を負って成る速
度で回転している時、その回転系には、モータのロータ
と、負荷との慣性・エネルギーが可なり蓄積されている
。停止させようとするため、電源回路を断とすれば、外
から回転させる力は働かないが、蓄積された、回転エネ
ルギーで徐々にそのエネルギーを消耗しながら廻り続け
る。そこで若し電源供給回路を断として開放するのでは
なく、電源だけを除いて、短絡すれば、逆起電力が起り
回転を阻止する方向に急速に働くであろう、これは、い
わゆる発電制動である。直流系の電気鉄道などで、近年
有効に利用されている帰還制動方式である。 併し、現在用いられている直流ブラシレスモーフは、昔
の直流モータではなく、トランジスタ回路を用いた、交
流回路で働いているものである。 従って、単純に帰還するという方式は成り立たない、使
用されている交流線輪を機能別に有効に利用して、逆起
電力も相互に打ち消す手段を考えなければならない。 そこで考えついたのが、各相別の線輪の誘起電圧を別々
に取り出して逆位相のもの同士を一緒にすれば、相互に
打ち消し合って都合よく行くのではないか。具体的に考
えてみると、最もポピユラーに使われている三相の場合
、Ｕ％Ｖ、Ｗの三つの相があるが、Ｕ相に対して、Ｖ相
は１２０″′、Ｗ相は２４０°後れている。そこでＶ相
とＷ相を加え合せれば、その合成相は１８０゜後れのし
相と同じになる。そこで、■ＵとθＵを加え合せれば零
になるから、これを回路上で、支障な〈実施出来るよう
に具体的な回路構成を考えればよいことになる。 ここでは三相を例にとって考えたが、二相でも、四相で
も同じことが言える。二相は、始めから１８０°違って
いるので、最も単純と考えられるが、回転電体の形成上
死点があるので比較的に実際は使われていない。四相は
各相９０’づつ異るので、問題はないが、三相程には使
われていないので、ここでは三相について考えることと
する。 ［実施例］ この発明の一実施例を図面によって詳しく説明する。第
１図は、この発明の一実施例を示す回路図である。第１
図において、鎖線で囲った中はｌで示すモータ駆動部で
ある。このモータ駆動部は一般の直流三相ブラシレスモ
ータの駆動部回路であって、特異なものではない、２は
直流電源、３は駆動用トランジスタで、Ｔ１１．　Ｔ１
２とＴ２１、Ｔ２２と、Ｔ３１、Ｔ３２との３つのペア
から成り、夫々、モータの三相捲線、ｕ、ｖ、ｗ各相に
対応する。４は信号増幅器（Ａｓ　）で、ＡＳＩ、Ａｇ
３、Ａ３Ｂの３個が、Ｕ、Ｖ、Ｗ相に対応する１次に、
５はホールセンサー（）Ｉ）でＨ，、Ｈ２、Ｈ３の３個
が、夫々ＡＳＩ、　Ａ３２１．Ａｓａと接続される。 次に、三相の切換スイッチ６がある。Ｔ１１．７１２か
ら出力するＵ相電流はＡ１とＣ１を接続することによっ
て、Ｔ２１、Ｔ２２から出力するＶ相電流は、Ａ２と０
２を接続することによって、Ｔａｔ、　Ｔａ２から出力
するＷ相電流は、Ａ３と０３とを接続することによって
、７のモータ（Ｍ）のｕ、ｖ、ｗ、各相捲線に供給され
る。即ち、スイッチ６をＡとＣ側に接とした場合、平常
運転に入るわけである。 ここで、この発明の特徴は、スイッチ６に別の接点Ｂ、
即ちＡ、に対するＢ１．Ａ２に対するＢ２．Ａ３に対す
るＢ３を設け５スイツチ６を入側から断とした後、Ｂ側
に倒す、つまりＢ１とＣ１、Ｂ２とＣ２、Ｂ３とＣ３を
接続することにより、■相とＷ相とを接続点８において
、合成後合成したその出力を増幅器９により増幅し、そ
の出力を、２個のトランジスタＴ０１、ＴＯ２により波
形を整えた上で、スイッチＢ、Ｃ，の接続を通して、Ｕ
和回路に帰還してやる回路を設けたことである。 次に、この回路を設けた、この発明の原理を図面によっ
て説明する。第２図は各相の電圧波形を示す図である。 第２図（ａ）は、平常運転の際、各相Ｕ、Ｖ、Ｗの固定
子線輪ｕ、ｖ、ｗに加えられる電圧波形を時間の推移に
従って画いた図である・これは”Ｉ’ｌ１％Ｔ　１２　
：　Ｔ２１％Ｔ２２：　Ｔａｔ、　Ｔａ２の各ペアーの
トランジスタで作られた１２０°違いの交流がＡＳＩ、
Ａｇ３、Ａ３Ｂの各信号増幅器と、Ｈ，、Ｂ２　、Ｂ３
の各ホールセンサーとにより調整されて、各ｕ、ｖ、ｗ
の捲線を流れる駆動電圧である。 第２図（ｂ）は、電源スィッチ６を断とした瞬間にどの
様な状態となるかを考察したもので、従来の駆動時と回
転速度が不変であるとすれば、逆起電力は同じだ＆り生
ずる。即ち、Ｕ、Ｖ、Ｗは、駆動電圧が供給されていた
時と全く同じ値を少（共、瞬間的に示す筈である。そこ
で、ＶとＷとを合成したとすれば、点線で示す様な波形
になる筈である。これを、別々に取り出して、第２図（
ｃ）に示す、第２図（Ｃ）では、Ｕ相はそのままとし、
■相とＷ相とを合成したものを点線で画いてみると％Ｕ
相と全く逆位相であることが解る０図に示したＵ′は、
その合成波形の点線で示したものである。ここで、此の
Ｖ相とＵ′相とを加え合せれば、零となるのであるが、
実際には第１図に示した様に、■相とＷ相の合成を接続
点８で行い、９のバリアプルアンプで、適当に増幅し、
１０のトランジスタで位相と波形を整えた上で、Ｕ相へ
入れてやるとき、９のアンプをどの位に調整したら最適
条件が得られるかは、実際問題であるから、実験的に確
かめるのが一番よいと思われる。そこで、第３図に停止
時の回転速度特性図を示す。 従来方式のままであると１曲＃ＩＫに従って、スピード
が減衰し、極めて長時間かかる。逆回転を与えると、曲
線して示す様に急速に停止に向うが１行き過ぎて、実際
に逆回転が起ってしまう。 そこで今この方式で停止のため電源を切り、切換を行う
と、逆回転を与えたと同じスピードで回転数零の付近ま
で行き、その後、回転数の減少に伴い逆起電力も減少し
、あたかも粘性のある物体によって停止する様な停止形
態を示しつつ、回転率に持ち来す。Ｍのカーブに従うこ
とが出来れば最上である。実験の結果は、本方式によっ
てＭ特性を得ることが出来ることが立証された。 以上は、便宜のため、直流三相ブラシレスモーフを一例
として説明したが、同様の原理で、直流二相、及び直流
四相式ブラシレスモータに於ても、同様に成立すること
は間違いない。 ［発明の効果］ 以上の実施例で見る様に、本方式の回路を付加した、直
流ブラシレスモーフは、従来装置に対して、極く簡単な
回路や部品を付加するだけで、従来極めて困難とされた
停止時の慣性による行き過ぎを少（し、極めて短時間に
臨界制動され、希望の停止位置から遠くない位置に停止
させつるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す回路図、第２図は交
流波形の時間的推移を示す特性図で、第２図（ａ）は三
相直流ブラシレスモーフの平常運転時の各相の電圧波形
、第２図（ｂ）は停止時の逆起電力の波形図、第２図（
ｃ）は上記（ｂ）図の簡素化した′もの、第３図は、直
流ブラシレスモータの各状況における停止時における特
性図、第４図（ａ）は、アウターロータ型ブラシレスモ
ータの構造を示す断面図、第４図（ｂ）は、球軸承を使
用した軸承部の縦断面図、第４図（Ｃ）は、空気軸承を
使用した軸承部の縦断面図である。 第１図において、 １・・・モータ駆動部 ２・・・電源 ３・・・駆動用トランジスタ’　Ｔ１１−　Ｔ１２　；
　Ｔ　２１、Ｔ２２；　Ｔａ１１．　Ｔ３２ ４・・・信号増幅器：Ａｓ１、Ａｓ２、Ａｓａ５・・・
ホールセンサ：）１１、Ｂ２、Ｂ３６・・・切換スイッ
チ：Ａ１−Ｃｔ　　：Ａ２−Ｃ２；Ａ：１−ｃａ通常運
転、Ｂ、−Ｃ，、Ｂ２−Ｃ２、Ｂ、−ｃａ帰還停止 ７・・・直流三相ブラシレスモータ：Ｍ、ｕ、ｖ、Ｗ三
相捲線 ８・・・Ｖ相、Ｗ相合酸点 ９・・・可変増幅器 ＩＯ・・・帰還用トランジスタ：Ｔａ１、Ｔ　０２　＊
第４図において、 １０１・・・アウターロータ型ブラシレスモータ１０２
・・・インナーステータ １０３−・・ステータコイル １０４−・・アウターロータ １０５・・・モータマグネット １０５−・・軸承（従来型） １０７・・・回転軸 １０Ｂ−・・球軸承 １０９・・・空気軸承

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　二相、三相、又は四相の直流ブラシレスモータにお
   いて、運転作動中に停止するに当り、電源供給回路を断
   とすると同時に、所定の駆動線輪を第１相とし、これと
   １８０゜位相を異にする第２相又は、第２相と第３相と
   の合成からなる検出線輪の逆起電力を増幅し第１相の逆
   起電力と正しく反対位相になる様に位相を調整する回路
   を経て第１相駆動線輪に供給する切換回路に接続させる
   回路構成としたことを特徴とする帰還回路付臨界制動型
   直流ブラシレスモータ。