JP2005224048A - Brushless motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ブラシレスモータに係り、特に駆動方式の切り替え制御に関する。 The present invention relates to a brushless motor, and more particularly to drive system switching control.
ブラシレスモータはブラシと整流子とが無いモータとして知られている。このブラシレスモータでは、ブラシ付きモータがブラシと整流子とが接触しているのに対し、摩擦消耗が発生しないため長期間の駆動に適している。このため、使用頻度が激しく、かつメンテナンスを定期的にされないような環境、例えば車両の冷却用ウォータポンプや各種家電製品の駆動用モータ、に幅広く用いられている。 A brushless motor is known as a motor without a brush and a commutator. This brushless motor is suitable for long-term driving because the brushed motor is in contact with the commutator and the brush is free from frictional wear. For this reason, it is widely used in environments where the frequency of use is high and maintenance is not performed regularly, such as water pumps for cooling vehicles and drive motors for various home appliances.
ブラシレスモータは、電機子巻線と磁石回転子とから構成されており、起動から安定駆動(目標回転速度での駆動)に達するまでに、図7に示すように、励磁(図7の期間t1)、強制駆動(図7の期間t2)、センサレス駆動(図7の期間t3)と順次駆動方式の切り替えを行っている。すなわち、ブラシレスモータの起動では、最初に、励磁(図7の期間t1)を行って磁石回転子の回転位置を初期位置に移動させ、次に、所定のタイミングで電機子巻線に通電を行って回転磁界を発生させ、磁石回転子を強制的に回転させる強制駆動(図7の期間t2)を行っている。強制駆動により磁石回転子が回転し、回転速度が増加すると、電機子巻線には磁石回転子の回転によって誘起電圧が発生するようになる。ブラシレスモータは、強制駆動により電機子巻線に誘起電圧が発生する回転速度(切替回転速度)となると、センサレス駆動(図7の期間t3)へと駆動方式の切り替えを行う。センサレス駆動では磁石回転子の回転により電機子巻線に発生する誘起電圧から磁石回転子の回転位置情報を検出し、回転位置情報に遅延(所定の電気角だけ位相補正する)を行って通電を切り替えるタイミング(通電切替タイミング)を求めている。すなわち、センサレス駆動では回転位置情報を遅延させた通電切替タイミングで電機子巻線に通電が行われて回転磁界が発生し、磁石回転子は発生した回転磁界からトルクを受けて回転する。 The brushless motor is composed of an armature winding and a magnet rotor. As shown in FIG. 7, the excitation (period t1 in FIG. 7) is performed from the start to the stable drive (drive at the target rotation speed). ), Forced driving (period t2 in FIG. 7), sensorless driving (period t3 in FIG. 7), and switching of the driving method are sequentially performed. That is, in starting the brushless motor, first, excitation (period t1 in FIG. 7) is performed to move the rotational position of the magnet rotor to the initial position, and then the armature winding is energized at a predetermined timing. Thus, a forcible drive (period t2 in FIG. 7) for generating a rotating magnetic field and forcibly rotating the magnet rotor is performed. When the magnet rotor is rotated by the forcible driving and the rotation speed is increased, an induced voltage is generated in the armature winding by the rotation of the magnet rotor. When the brushless motor reaches a rotational speed (switching rotational speed) at which an induced voltage is generated in the armature winding by forced driving, the driving method is switched to sensorless driving (period t3 in FIG. 7). In sensorless drive, the rotational position information of the magnet rotor is detected from the induced voltage generated in the armature winding due to the rotation of the magnet rotor, and energization is performed by delaying the phase (correcting the phase by a predetermined electrical angle). The switching timing (energization switching timing) is obtained. That is, in sensorless driving, the armature winding is energized at the energization switching timing with delayed rotational position information to generate a rotating magnetic field, and the magnet rotor rotates by receiving torque from the generated rotating magnetic field.
ここで、センサレス駆動ではブラシレスモータに流れる電流の値(モータ電流値)と磁石回転子の回転速度を検出し、遅延量マップにより回転位置情報を遅延させる遅延時間求めており、モータ電流値が大きくなると遅延量マップより求まる遅延時間が長くなる。なお、特許文献1にはモータ電流値に応じて遅延時間を調整する技術が開示されている。
しかしながら、強制駆動では磁石回転子の回転位置によらず所定のタイミングで電機子巻線に通電を行って回転磁界を発生させるため、通電切替タイミングが必ずしも磁石回転子を回転させるのに効率が良く、適切なタイミングにならず、センサレス駆動に比べてモータ電流値が大きくなる。このため、強制駆動からセンサレス駆動に切り替わる際、モータ電流値はセンサレス駆動の場合よりも大きくなり、遅延量マップより求まる遅延時間も長くなるため、通電切替タイミングが遅れることになる。これにより、強制駆動からセンサレス駆動に切り替ってすぐに回転速度を増加させると、通電切替タイミングが回転速度に対する適切なタイミングからさらに遅れ、脱調する場合がある。 However, in forced driving, the armature winding is energized at a predetermined timing regardless of the rotational position of the magnet rotor to generate a rotating magnetic field, so the energization switching timing is not always efficient for rotating the magnet rotor. As a result, the motor current value becomes large as compared with the sensorless driving without proper timing. For this reason, when switching from the forced drive to the sensorless drive, the motor current value becomes larger than that in the case of the sensorless drive, and the delay time obtained from the delay amount map becomes longer, so the energization switching timing is delayed. As a result, if the rotational speed is increased immediately after switching from forced driving to sensorless driving, the energization switching timing may be further delayed from an appropriate timing with respect to the rotational speed and step out.
本発明は上記事実を考慮し、駆動方式を強制駆動からセンサレス駆動に円滑に切り替えることができるブラシレスモータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above-described facts, and an object of the present invention is to provide a brushless motor that can smoothly switch the driving method from forced driving to sensorless driving.
請求項1に記載の発明は、電機子巻線へ電源による通電を行って回転磁界を発生させ、磁石回転子を回転させるブラシレスモータであって、前記電機子巻線への通電を強制的に切り替える所定のタイミングを出力する強制通電切替タイミング出力手段と、前記磁石回転子の回転によって前記電機子巻線に発生する誘起電圧に基づいて前記磁石回転子の回転位置情報を検出する回転位置情報検出手段と、前記回転位置情報検出手段により検出される前記回転位置情報を遅延させて、前記電機子巻線への通電を切り替えるタイミングを演算する通電切替タイミング演算手段と、前記磁石回転子の回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記回転速度検出手段により検出される前記回転速度が、前記電機子巻線に前記誘起電圧が発生し、前記回転位置情報検出手段により前記回転位置情報が検出される切替回転速度である場合に、前記電機子巻線への通電を前記強制通電切替タイミング出力手段による前記強制通電切替タイミングから前記通電切替タイミング演算手段による前記通電切替タイミングへと切り替える切替手段と、を有し、前記切替手段により切り替えを行ってから所定の期間、前記磁石回転子の回転速度を前記切替回転速度を基準とした所定の範囲内に維持することを特徴とする。 The invention according to claim 1 is a brushless motor that rotates a magnet rotor by energizing an armature winding with a power source to generate a rotating magnetic field, and forcibly energizing the armature winding. Forced energization switching timing output means for outputting a predetermined switching timing, and rotational position information detection for detecting rotational position information of the magnet rotor based on an induced voltage generated in the armature winding due to rotation of the magnet rotor Means, energization switching timing calculation means for delaying the rotation position information detected by the rotation position information detection means and calculating a timing for switching the energization to the armature winding, and the rotational speed of the magnet rotor The rotational speed detected by the rotational speed detection means, the induced voltage is generated in the armature winding, and the rotational speed is detected by the rotational speed detection means. When the rotational position information is detected by the position information detection means, the energization to the armature winding is changed from the forced energization switching timing by the forced energization switching timing output means to the energization switching timing calculation means. Switching means for switching to the energization switching timing by, and for a predetermined period after switching by the switching means, the rotational speed of the magnet rotor is within a predetermined range based on the switching rotational speed It is characterized by maintaining.
請求項1に記載の発明によれば、電機子巻線には強制通電切替タイミング出力手段により出力された電機子巻線への通電を強制的に切り替える所定のタイミング(強制通電切替タイミング)で通電(強制駆動)が行われ、回転磁界が発生する。磁石回転子は電機子巻線に発生した回転磁界からトルクを受けて回転をする。磁石回転子が回転して切替回転速度となると、回転位置情報検出手段は電機子巻線に発生する誘起電圧に基づき回転位置情報を検出するため、切替手段は、誘起電圧から検出された回転位置情報を遅延させた通電切替タイミングによる通電(センサレス駆動)へ切り替えを行う。 According to the first aspect of the present invention, the armature winding is energized at a predetermined timing (forced energization switching timing) for forcibly switching energization to the armature winding output by the forced energization switching timing output means. (Forced drive) is performed, and a rotating magnetic field is generated. The magnet rotor receives torque from the rotating magnetic field generated in the armature winding and rotates. When the magnet rotor rotates and reaches the switching rotational speed, the rotational position information detecting means detects rotational position information based on the induced voltage generated in the armature winding, so the switching means detects the rotational position detected from the induced voltage. Switching to energization (sensorless drive) at the energization switching timing with delayed information.
このとき、センサレス駆動へ切り替えが行われてから所定の期間、磁石回転子の回転速度を前記切替回転速度を基準とした所定の範囲内に維持する。ブラシレスモータでは、所定の期間、回転速度を前記所定の範囲内に維持することにより、強制駆動により発生している通電切替タイミングの遅れを収束させることができる。よって、強制駆動からセンサレス駆動に円滑に切り替えることができる。 At this time, the rotational speed of the magnet rotor is maintained within a predetermined range based on the switching rotational speed for a predetermined period after switching to the sensorless drive. In the brushless motor, by maintaining the rotation speed within the predetermined range for a predetermined period, it is possible to converge the delay of the energization switching timing generated by the forced drive. Therefore, it is possible to smoothly switch from forced driving to sensorless driving.
請求項2に記載の発明は、前記請求項1記載の発明において、前記所定の範囲が前記切替回転速度以上、前記切替回転速度より50%速い回転速度以下であることを特徴とする。 The invention according to claim 2 is characterized in that, in the invention according to claim 1, the predetermined range is not less than the switching rotation speed and not more than 50% faster than the switching rotation speed.
請求項2に記載の発明によれば、ブラシレスモータでは、駆動切り替え時に回転速度を維持すると、通電切替タイミングの遅れが収束するに従い適切な通電切替タイミングに近づき、磁石回転子を回転させる効率が良くなるため、回転速度が増加する。よって、回転速度を維持する所定の範囲を切替回転速度以上、切替回転速度より50%速い回転速度以下とする。なお、通電される電流等を制御して回転速度を切替回転速度に維持するようにしてもよい。 According to the second aspect of the present invention, in the brushless motor, when the rotation speed is maintained at the time of switching the drive, as the delay of the energization switching timing converges, the proper energization switching timing approaches and the efficiency of rotating the magnet rotor is high. Therefore, the rotation speed increases. Therefore, the predetermined range for maintaining the rotation speed is set to be not less than the switching rotation speed and not more than 50% faster than the switching rotation speed. It should be noted that the rotation speed may be maintained at the switching rotation speed by controlling a current to be energized.
請求項3に記載の発明は、前記請求項1又は請求項2項記載の発明において、前記所定の期間、前記通電切替タイミング演算手段により前記回転位置情報を遅延させる遅延量を所定の値とすることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, a delay amount by which the rotation position information is delayed by the energization switching timing calculation means during the predetermined period is set to a predetermined value. It is characterized by that.
請求項3に記載の発明によれば、所定の期間、さらに、回転位置情報を遅延させる遅延量を所定の値(例えば、電気角30°)としている。ブラシレスモータでは、遅延量を所定の値とすることにより、強制駆動により発生している通電切替タイミングの遅れを補正することができる。 According to the third aspect of the present invention, the delay amount for delaying the rotational position information is set to a predetermined value (for example, an electrical angle of 30 °) for a predetermined period. In the brushless motor, by setting the delay amount to a predetermined value, it is possible to correct the delay of the energization switching timing generated by the forced drive.
請求項4に記載の発明は、電機子巻線へ電源による通電を行って回転磁界を発生させ、磁石回転子を回転させるブラシレスモータであって、前記電機子巻線への通電を強制的に切り替える所定のタイミングを出力する強制通電切替タイミング出力手段と、前記磁石回転子の回転によって前記電機子巻線に発生する誘起電圧に基づいて前記磁石回転子の回転位置情報を検出する回転位置情報検出手段と、前記回転位置情報検出手段により検出される前記回転位置情報を遅延させて、前記電機子巻線への通電を切り替えるタイミングを演算する通電切替タイミング演算手段と、前記磁石回転子の回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記回転速度検出手段により検出される前記回転速度が、前記電機子巻線に前記誘起電圧が発生し、前記回転位置情報検出手段により前記回転位置情報が検出される切替回転速度である場合に、前記電機子巻線への通電を前記強制通電切替タイミング出力手段による前記強制通電切替タイミングから前記通電切替タイミング演算手段による前記通電切替タイミングへと切り替える切替手段と、を有し、前記切替手段により切り替えを行ってから所定の期間、前記通電切替タイミング演算手段により前記回転位置情報を遅延させる遅延量を所定の値とすることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a brushless motor that rotates a magnet rotor by energizing an armature winding with a power source to generate a rotating magnetic field, and forcibly energizing the armature winding. Forced energization switching timing output means for outputting a predetermined switching timing, and rotational position information detection for detecting rotational position information of the magnet rotor based on an induced voltage generated in the armature winding due to rotation of the magnet rotor Means, energization switching timing calculation means for delaying the rotation position information detected by the rotation position information detection means and calculating a timing for switching the energization to the armature winding, and the rotational speed of the magnet rotor The rotational speed detected by the rotational speed detection means, the induced voltage is generated in the armature winding, and the rotational speed is detected by the rotational speed detection means. When the rotational position information is detected by the position information detection means, the energization to the armature winding is changed from the forced energization switching timing by the forced energization switching timing output means to the energization switching timing calculation means. Switching means for switching to the energization switching timing according to the above, and a delay amount for delaying the rotational position information by the energization switching timing calculation means for a predetermined period after switching by the switching means is set to a predetermined value. It is characterized by doing.
請求項4に記載の発明によれば、電機子巻線には強制通電切替タイミング出力手段により出力される電機子巻線への通電を強制的に切り替える所定のタイミング(強制通電切替タイミング)で通電(強制駆動)が行われ、回転磁界が発生する。磁石回転子は電機子巻線に発生した回転磁界からトルクを受けて回転をする。磁石回転子が回転して切替回転速度となると、回転位置情報検出手段は電機子巻線に発生する誘起電圧に基づき回転位置情報を検出するため、切替手段は、誘起電圧から検出された回転位置情報を遅延させた通電切替タイミングによる通電(センサレス駆動)へ切り替えを行う。 According to the fourth aspect of the present invention, the armature winding is energized at a predetermined timing (forced energization switching timing) for forcibly switching energization to the armature winding output by the forced energization switching timing output means. (Forced drive) is performed, and a rotating magnetic field is generated. The magnet rotor receives torque from the rotating magnetic field generated in the armature winding and rotates. When the magnet rotor rotates and reaches the switching rotational speed, the rotational position information detecting means detects rotational position information based on the induced voltage generated in the armature winding, so the switching means detects the rotational position detected from the induced voltage. Switching to energization (sensorless drive) at the energization switching timing with information delayed.
このとき、切り替えが行われてから所定の期間、回転位置情報を遅延させる遅延量を所定の値(例えば、電気角30°)としている。ブラシレスモータでは、遅延量を所定の値とすることにより、強制駆動により発生している通電切替タイミングの遅れを補正することができる。よって、強制駆動からセンサレス駆動に円滑に切り替えることができる。 At this time, the delay amount for delaying the rotational position information is set to a predetermined value (for example, an electrical angle of 30 °) for a predetermined period after switching. In the brushless motor, by setting the delay amount to a predetermined value, it is possible to correct the delay in the energization switching timing that has occurred due to the forced drive. Therefore, it is possible to smoothly switch from forced driving to sensorless driving.
請求項5に記載の発明は、前記請求項3又は請求項4記載の発明において、前記電機子巻線が3相電機子巻線であり、前記所定の値を電気角30°とすることを特徴とする。 The invention according to claim 5 is the invention according to claim 3 or claim 4, wherein the armature winding is a three-phase armature winding, and the predetermined value is an electrical angle of 30 °. Features.
請求項5に記載の発明によれば、電機子巻線を3相電機子巻線とすると、回転位置情報を遅延させる遅延量の適切な値は、電気角30°となる。 According to the invention described in claim 5, when the armature winding is a three-phase armature winding, an appropriate value of the delay amount for delaying the rotational position information is an electrical angle of 30 °.
図1は、本実施の形態のブラシレスモータ50及びブラシレスモータ駆動装置10の概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a
ブラシレスモータ50は、磁石回転子54、及びU、V、Wの電機子巻線がスター結線された3相電機子巻線52から構成されている。
The
ブラシレスモータ駆動装置10は、図示されない電源と接続され、後述する駆動信号を受けて3相電機子巻線52に通電切替を行うインバータ部14と、磁石回転子54の回転位置を検出して3相の回転位置信号を出力する回転位置検出部16と、3相の回転位置信号を遅延し、3相の通電切替タイミング信号を出力する遅延部20と、遅延部20及び後述する強制信号出力部38より出力される通電切替タイミング信号の切替を行う切替部22と、3相の通電切替タイミング信号に基づいて駆動信号を出力するロジック制御部24と、インバータ部14を流れる電流(モータ電流)を検出してモータ電流信号を出力する電流検出部26と、3相の回転位置信号のU相から磁石回転子54の回転速度を検出し、回転速度信号を出力する回転速度検出部28と、モータ電流値に応じて回転位置信号を遅延させる遅延量を記憶する遅延量マップ30と、モータ電流信号と回転速度信号とに基づき、遅延量マップ30より遅延量を求め、回転位置信号を遅延させる遅延時間を演算する遅延時間演算部34と、強制駆動、センサレス駆動の切替制御を行うマイクロコンピュータ36と、強制駆動において3相の通電切替タイミング信号を出力する強制信号出力部38と、を含んで構成されている。
The brushless motor driving apparatus 10 is connected to a power source (not shown), detects the rotational position of the
3相電機子巻線52の各相はインバータ部14の出力端子及び回転位置検出部16と接続されている。3相電機子巻線52には、駆動信号により通電切替がされることで、120°方形波通電の回転磁界が発生する。
Each phase of the three-phase armature winding 52 is connected to the output terminal of the
磁石回転子54は、3相電機子巻線52に発生した回転磁界からトルクを受けて回転する。また、磁石回転子54が回転することで、3相電機子巻線52の各相には誘起電圧が発生する。
The
インバータ部14は、3対(計6個)のスイッチング素子U+、U−、V+、V−、W+、W−が3相ブリッジ接続した回路で構成されており、図示されない電源、ロジック制御部24、電流検出部26及び3相電機子巻線52の各相と接続されている。インバータ部14は、ロジック制御部24から駆動信号を受け、3相電機子巻線52に120°方形波通電の通電切替を行う。また、スイッチング素子U−、V−、W−の一端側はGNDされている。
The
回転位置検出部16は、3相電機子巻線52の各相及び遅延部20と接続され、3相電機子巻線52の端子電圧をローパスフィルタを通して擬似誘起電圧を抽出し、擬似誘起電圧のゼロクロス点を検出して3相の回転位置信号(U相、V相、W相)を遅延部20へ出力する。
The rotational position detection unit 16 is connected to each phase of the three-phase armature winding 52 and the
遅延部20は、回転位置検出部16、切替部22及び遅延時間演算部34と接続され、3相の回転位置信号に後述する遅延時間演算部34で求められた遅延時間の遅延を行って3相の通電切替タイミング信号(U相、V相、W相)を出力する。
The
切替部22は、遅延部20、ロジック制御部24及び強制信号出力部38と接続され、後述するマイクロコンピュータ36より切替指示信号を受け、ロジック制御部24へ出力される3相の通電切替タイミング信号の切替を行う。
The switching unit 22 is connected to the
ロジック制御部24は、切替部22、インバータ部14及びマイクロコンピュータ36と接続され、通電切替タイミング信号の値が変わるタイミングに基づいて駆動信号を出力する。また、ロジック制御部24が出力する駆動信号のU−、V−、W−はパルス幅変調されており(図3の駆動信号参照)、後述するマイクロコンピュータ36より出力されるデューティ比制御信号により、パルス幅変調された駆動信号のU−、V−、W−のディーティ比が制御されている。
The
電流検出部26は、インバータ部14及び遅延時間演算部34と接続され、インバータ部14のGND側を流れる電流の値(モータ電流値)を検出してモータ電流信号を遅延時間演算部34へ出力する。
The
回転速度検出部28は、回転位置信号のU相、遅延時間演算部34及びマイクロコンピュータ36と接続され、回転位置信号のU相の信号が発生する周期から磁石回転子54の回転速度を検出して回転速度信号を遅延時間演算部34とマイクロコンピュータ36へ出力する。
The rotational speed detection unit 28 is connected to the U phase of the rotational position signal, the delay
遅延量マップ30は、遅延時間演算部34と接続され、遅延量として回転位置信号を遅延させる電気角を電流検出部26により検出されるモータ電流値に応じて予め記憶している。なお、遅延量マップ30に記憶されている電気角は、モータ電流値が大きくなるのに従い値が大きくなる。
The
遅延時間演算部34は、遅延部20、電流検出部26、回転速度検出部28、遅延量マップ30及びマイクロコンピュータ36と接続され、電流検出部26により検出されたモータ電流値の磁石回転子54の回転周期毎の最大値を求め、前記最大値に基づき遅延量マップ30から回転位置信号を遅延させる電気角を選択する。さらに、回転速度検出部28により検出された回転速度に基づき、遅延量マップ30より選択した電気角だけ回転位置信号を遅延させる遅延時間を演算し、遅延時間信号として遅延部20へ出力する。
The delay
マイクロコンピュータ36は、ロジック制御部24、回転速度検出部28、遅延時間演算部34、強制信号出力部38及び切替部22と接続され、目標回転速度が設定された駆動開始指示(図1の駆動開始指示参照)を受けてブラシレスモータ50の駆動制御を行う。すなわち、マイクロコンピュータ36は駆動開始指示を受けると強制駆動を行う。強制駆動では、後述する強制信号出力部38へ強制駆動指示信号を出力し、強制信号出力部38より所定の通電切替タイミング信号を出力させる。また、切替部22を強制信号出力部38と接続させる切替指示信号を出力し、ロジック制御部24へ強制信号出力部38より出力される通電切替タイミング信号を出力させる。
The microcomputer 36 is connected to the
また、マイクロコンピュータ36は、回転速度検出部28より検出される磁石回転子54の回転速度を駆動開始指示に設定された目標回転速度と比較し、ロジック制御部24の駆動信号のディーティ比を調整するデューティ比制御信号を出力して磁石回転子54の回転速度を制御する。
Further, the microcomputer 36 compares the rotation speed of the
さらに、マイクロコンピュータ36は、図示しない不揮発性メモリを有し、強制駆動からセンサレス駆動へ駆動方式の切り替えを行う切替回転速度(図1の36参照)を予め記憶している。なお、この切替回転速度は磁石回転子54の回転によって3相電機子巻線52に誘起電圧が発生し、回転位置検出部16により回転位置信号が検出できる回転速度となっている。
Further, the microcomputer 36 has a non-volatile memory (not shown) and stores in advance a switching rotational speed (see 36 in FIG. 1) for switching the driving method from forced driving to sensorless driving. The switching rotational speed is a rotational speed at which an induced voltage is generated in the three-phase armature winding 52 by the rotation of the
強制駆動により磁石回転子54の回転速度が増加して切替回転速度となるとセンサレス駆動へ駆動方式の切り替えが行われるが、この切り替え時、マイクロコンピュータ36は切替部22を遅延部20と接続させる切替指示信号を出力して、ロジック制御部24へ遅延部20より出力される通電切替タイミング信号を出力させる。また、センサレス駆動に切り替ってから所定の期間(例えば、100ms)、遅延固定指示信号を遅延時間演算部34へ出力し、遅延時間演算部34で回転位置信号を遅延させる遅延量を所定の値(本実施の形態では電気角30°)に固定させる。さらに、前記所定の期間、回転速度を切替回転速度に維持するようにデューティ比を制御するデューティ比制御信号を出力する。
When the rotational speed of the
強制信号出力部38は、マイクロコンピュータ36及び切替部22と接続され、マイクロコンピュータ36より強制駆動指示信号を受けると、最初に3相電機子巻線52に励磁を行う通電信号を出力し、次に、3相電機子巻線52の通電を強制的に切り替える所定のタイミング(強制通電切替タイミング)を通電切替タイミング信号として出力する。
The forcible
次に上記本実施の形態の作用を説明する。 Next, the operation of the present embodiment will be described.
マイクロコンピュータ36は、目標回転速度が設定された駆動開始指示を受けると、強制駆動指示信号を強制信号出力部38へ出力し、さらに、切替部22へ強制信号出力部38と接続させる切替指示信号を出力してブラシレスモータ50の駆動を開始する。
When the microcomputer 36 receives a drive start instruction in which the target rotational speed is set, the microcomputer 36 outputs a forced drive instruction signal to the forced
強制信号出力部38は、最初に3相電機子巻線52に励磁(図2の期間t4)を行う通電信号を出力し、磁石回転子54の回転位置を初期位置に移動させる。次に、図3に示す通電切替タイミング信号を出力して強制駆動(図2の期間t5)を行う。
The forcible
ロジック制御部24は、通電切替タイミング信号を受け、通電切替タイミング信号が0から1、1から0へ変化するタイミングに基づき、図3に示す120°方形波通電の駆動信号を出力する。ここで、例えば、通電切替タイミング信号のV相が0から1へ変化するタイミング(図3の矢印t8参照)で駆動信号U+がOFFとなり、駆動信号W+がONとなる。
The
インバータ部14は、120°方形波通電の駆動信号に従い図示しない電源による通電を行い3相電機子巻線52に回転磁界が発生させる。磁石回転子54は発生した回転磁界からトルクを受けて回転する。
The
強制駆動により磁石回転子54(図1参照)の回転速度が増加すると、3相電機子巻線52には磁石回転子54の回転によって誘起電圧が発生する。誘起電圧が発生すると、回転位置検出部16は3相電機子巻線52の各相の端子電圧を検出して、3相の回転位置信号(図3の回転位置信号参照)を出力する。回転速度検出部28は回転位置信号のU相の周期から磁石回転子54の回転速度を検出して回転速度信号を遅延時間演算部34とマイクロコンピュータ36へ出力する。
When the rotational speed of the magnet rotor 54 (see FIG. 1) increases due to forced driving, an induced voltage is generated in the three-phase armature winding 52 due to the rotation of the
ここで、強制駆動では磁石回転子54の回転位置によらず、3相電機子巻線52に回転磁界を強制的に発生させるため、磁石回転子54の回転位置を検出しながら回転磁界を発生させるセンサレス駆動と比べて、通電切替タイミングが遅れることが知られている。例えば、図3の場合、U相の通電切替タイミング信号と回転位置信号では、電気角60°(図3の期間t12)だけ通電切替タイミング信号が回転位置信号よりも遅れており、この電気角60°の遅れはセンサレス駆動の場合(図5の期間t13参照)と比較すると遅れる量(電気角)が大きくなっている。このため、図4の期間t9のモータ電流値に示すように磁石回転子54を回転させるのにモータ電流値の振幅が大きくなり、インバータ部14に電流が多く流れるため効率が悪い。
Here, in the forcible drive, a rotating magnetic field is forcibly generated in the three-phase armature winding 52 regardless of the rotating position of the
マイクロコンピュータ36(図1参照)は、強制駆動により磁石回転子54の回転速度が切替回転速度(図2の矢印t10参照)となると、切替部22へ遅延部20と接続させる切替指示信号を出力して、強制駆動からセンサレス駆動へ駆動方式の切り替えを行い。また、切り替えを行ってから100msの間、センサレス駆動過度期(図2の期間t6参照)を設ける。このセンサレス駆動過度期の間、マイクロコンピュータ36は、磁石回転子54の回転速度を強制駆動からセンサレス駆動へ切り替えた切替回転速度(図2参照)に維持するようにデューティ比を制御し、さらに、遅延固定指示信号を出力して、回転位置信号を遅延させる電気角を30°に固定する。これにより、このセンサレス駆動過度期では、通電切替タイミング信号が正しい(効率の良い)方向に補正されるため、駆動方式を切り替えた直後に大きなトルクが発生して磁石回転子54が加速される。これを電気的なエネルギーの視点から見ると、センサレス駆動過度期(図4の期間t11)では、強制駆動により蓄えられた必要以上のエネルギーが放出されるため、駆動方式の切り替え後、モータ電流値が通常のセンサレス駆動(図4の期間t14)の値より少くても(本実施の形態では、図4の期間t11のモータ電流値がほぼゼロとなている)慣性により磁石回転子54の回転速度が一時的に上昇する(図4の回転周期t16がt15より短くなり回転速度が上昇している)。このセンサレス駆動過度期は強制駆動により蓄えられたエネルギーが放出される期間であり、蓄えられたエネルギーの放出が終わると、モータ電流はセンサレス駆動の正常な値に回復(収束)し、また、磁石回転子54の回転速度は切替回転速度で安定する(図4の回転周期t17は、切替回転速度の周期)。このため、センサレス駆動過度期(図4の期間t11)からセンサレス駆動(図4の期間t14)へ円滑に移行できる。なお、本実施の形態ではセンサレス駆動過度期を100msとしたが、強制駆動により蓄えられたエネルギーが放出される期間であるため、ブラシレスモータ50及びブラシレスモータ駆動装置10の構成に応じて変更することが好ましい。
The microcomputer 36 (see FIG. 1) outputs a switching instruction signal for connecting the
このように、センサレス駆動過度期では、強制駆動により蓄えられた必要以上のエネルギーが放出されるため、モータ電流値をセンサレス駆動による電流値に収束させることができる。また、回転位置信号を遅延させる電気角を30°に固定することで、強制駆動による電気角の遅れを補正し、効率の良い適切な値とすることができる。なお、本実施の形態のブラシレスモータ50及びブラシレスモータ駆動装置10の構成では、遅延固定指示信号により回転位置信号を遅延させる電気角が小さすぎると通電切替タイミングが早まり過ぎるため、電気角30°が適当な値であることが予め実験によってわかっている。また、遅延固定指示信号により回転位置信号を遅延させる電気角はブラシレスモータ50及びブラシレスモータ駆動装置10の構成に応じて変更する必要がある。
In this way, in the sensorless driving excessive period, the unnecessary energy stored by the forced driving is released, so that the motor current value can be converged to the current value by the sensorless driving. Further, by fixing the electrical angle for delaying the rotational position signal to 30 °, it is possible to correct the delay of the electrical angle due to the forced drive and to obtain an appropriate value with high efficiency. In the configuration of the
センサレス駆動過度期を過ぎると、マイクロコンピュータ36(図1参照)は、遅延固定指示信号の出力を停止し、磁石回転子54の回転速度を目標回転速度(図2参照)とするように調整したデューティ比制御信号を出力してセンサレス駆動(図2の期間7)を行う。
When the sensorless driving excessive period has passed, the microcomputer 36 (see FIG. 1) stops outputting the fixed delay instruction signal and adjusts the rotation speed of the
センサレス駆動では、回転位置検出部16(図1参照)が3相電機子巻線52の各相の端子電圧を検出して、図5に示す3相の回転位置信号を遅延部20へ出力する。 In sensorless driving, the rotational position detector 16 (see FIG. 1) detects the terminal voltage of each phase of the three-phase armature winding 52 and outputs the three-phase rotational position signal shown in FIG. .
電流検出部26はモータ電流(図4の期間t14参照)を検出してモータ電流信号を遅延時間演算部34へ出力する。
The
回転速度検出部28は回転位置信号のU相(図5の回転位置信号参照)の周期から磁石回転子54の回転速度を検出して回転速度信号を遅延時間演算部34とマイクロコンピュータ36へ出力する。
The rotational speed detector 28 detects the rotational speed of the
遅延時間演算部34では、磁石回転子54の回転速度から回転周期を求め、回転周期毎のモータ電流の最大値に基づき回転位置信号を遅延させる電気角を遅延量マップ30より選択し、選択した電気角だけ回転位置信号を遅延させる遅延時間を回転速度に基づき演算する。ここで、図4の期間t11で示したように、センサレス駆動過度期で既にモータ電流が収束しているため、センサレス駆動(図4の期間t14)において遅延量マップ30から選択される電気角はブラシレスモータ50が駆動するのに効率の良い適切な値となっている。
In the delay
遅延部20は、3相の回転位置信号に遅延時間演算部34により求めた遅延時間の遅延を行って3相の通電切替タイミング信号(図5の通電切替タイミング信号参照)をロジック制御部24へ出力する。
The
ロジック制御部24は、3相の通電切替タイミング信号の値が変わるタイミングに基づいて120°方形波通電の駆動信号(図5の駆動信号参照)をインバータ部14へ出力し、3相電機子巻線52に回転磁界を発生させて磁石回転子54を回転させる。
The
図6にブラシレスモータ50の駆動方式の切り替わりに関するフローを示す。
FIG. 6 shows a flow relating to switching of the driving method of the
ステップ100では、3相電機子巻線52に励磁を行い(図2の期間t4参照)、磁石回転子54の回転位置を初期位置に移動させ、ステップ102へ移行する。
In
ステップ102では、強制信号出力部38より所定の通電切替タイミング信号を出力して前述の強制駆動(図2の期間t5参照)を行う。強制駆動により磁石回転子54の回転速度が切替回転速度(図2の矢印t10参照)となると、ステップ104へ移行する。
In
ステップ104では、センサレス駆動過度期(図2の期間t6参照)として100msの間、マイクロコンピュータ36より磁石回転子54の回転速度を切替回転速度(図2参照)に維持するようにデューティ比制御信号を出力し、また、回転位置信号を遅延させる電気角を30°に固定するため遅延固定指示信号を出力する。100msを経過するとステップ106へ移行する。
In
ステップ106では、モータ電流を検出し、モータ電流値と磁石回転子54の回転速度に基づき遅延時間を演算し、回転位置信号を遅延時間だけ遅延させた通電切替タイミング信号に基づき前述のセンサレス駆動(図2の期間t7参照)を開始させる。また、センサレス駆動が終了するとエンドに移行する。
In
このように、本実施の形態のブラシレスモータによれば、強制駆動からセンサレス駆動へ移行する際にセンサレス駆動過度期を設け、センサレス駆動過度期において磁石回転子54の回転速度を切替回転速度に維持することによりモータ電流値をセンサレス駆動による電流値に収束させることができるため、モータ電流値から求まる遅延時間が適切となり、強制駆動による通電切替タイミングの遅れを無くすことができる。また、回転位置信号を遅延させる電気角を30°とすることにより、強制駆動による電気角の遅れを補正し、効率の良い適切な値とすることができる。すなわち、センサレス駆動過度期で強制駆動による余分なエネルギーが放出されるため、センサレス駆動に円滑に移行できる。
As described above, according to the brushless motor of the present embodiment, the sensorless driving excessive period is provided when shifting from the forced driving to the sensorless driving, and the rotational speed of the
なお、本実施の形態では、センサレス駆動過度期において、磁石回転子54の回転速度を切替回転速度に保ち、且つ回転位置信号を遅延させる電気角を30°としたが、いずれか一方のみを用いてもよい。
In this embodiment, in the sensorless driving excessive period, the rotation speed of the
また、センサレス駆動過度期において磁石回転子54の回転速度を切替回転速度(例えば、500rpm)に保つようにしたが、センサレス駆動過度期では、強制駆動による余分なエネルギーが放出されてトルクが発生し、回転負荷に応じて回転速度が一時上昇するため、磁石回転子54の回転速度を切替回転速度より速い回転速度(例えば、切替回転速度より50%程度速い750rpm)に保つようにしてもよい。また、回転速度を保つ範囲を切替回転速度を基準とした所定の範囲内(例えば、切替回転速度を基準とした50%程度速い回転速度の範囲内)としてもよい。
Further, the rotational speed of the
さらに、本実施の形態では、磁石回転子54の回転速度を回転位置信号から検出したが、磁石回転子54が回転する回転軸に回転センサーを設けるなどにより回転速度を検出してもよい。
Furthermore, in the present embodiment, the rotational speed of the
また、遅延量をモータ電流値に基づき遅延量マップ30より選択したが、磁石回転子54の回転速度、3相電機子巻線52の端子から検出される電圧値及び電圧の波形などに基づき遅延量を選択してよく、遅延量マップ30を用いずにモータ電流値、磁石回転子54の回転速度、3相電機子巻線52の端子電圧値及び端子電圧の波形などから演算により求めてもよい。
The delay amount is selected from the
10 ブラシレスモータ駆動装置、14 インバータ部、16 回転位置検出部(回転位置情報検出手段)、20 遅延部(通電切替タイミング演算手段)、22 切替部(切替手段)、24 ロジック制御部、26 電流検出部、28 回転速度検出部(回転速度検出手段)、30 遅延量マップ、34 遅延時間演算部、36 マイクロコンピュータ、38 強制信号出力部(強制通電切替タイミング出力手段)、50 ブラシレスモータ、52 3相電機子巻線、54 磁石回転子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Brushless motor drive device, 14 Inverter part, 16 Rotation position detection part (Rotation position information detection means), 20 Delay part (Energization switching timing calculation means), 22 Switching part (switching means), 24 Logic control part, 26 Current detection , 28 Rotational speed detection part (Rotational speed detection means), 30 Delay amount map, 34 Delay time calculation part, 36 Microcomputer, 38 Forced signal output part (Forced energization switching timing output means), 50 Brushless motor, 52 3-phase Armature winding, 54 magnet rotor
Claims (5)
前記電機子巻線への通電を強制的に切り替える所定のタイミングを出力する強制通電切替タイミング出力手段と、
前記磁石回転子の回転によって前記電機子巻線に発生する誘起電圧に基づいて前記磁石回転子の回転位置情報を検出する回転位置情報検出手段と、
前記回転位置情報検出手段により検出される前記回転位置情報を遅延させて、前記電機子巻線への通電を切り替えるタイミングを演算する通電切替タイミング演算手段と、
前記磁石回転子の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記回転速度検出手段により検出される前記回転速度が、前記電機子巻線に前記誘起電圧が発生し、前記回転位置情報検出手段により前記回転位置情報が検出される切替回転速度である場合に、前記電機子巻線への通電を前記強制通電切替タイミング出力手段による前記強制通電切替タイミングから前記通電切替タイミング演算手段による前記通電切替タイミングへと切り替える切替手段と、を有し、
前記切替手段により切り替えを行ってから所定の期間、前記磁石回転子の回転速度を前記切替回転速度を基準とした所定の範囲内に維持することを特徴とするブラシレスモータ。 A brushless motor that rotates a magnet rotor by energizing an armature winding with a power source to generate a rotating magnetic field,
Forced energization switching timing output means for outputting a predetermined timing for forcibly switching energization to the armature winding;
Rotational position information detecting means for detecting rotational position information of the magnet rotor based on an induced voltage generated in the armature winding by the rotation of the magnet rotor;
Energization switching timing calculating means for delaying the rotational position information detected by the rotational position information detecting means and calculating timing for switching energization to the armature winding;
Rotation speed detection means for detecting the rotation speed of the magnet rotor;
When the rotational speed detected by the rotational speed detection means is a switching rotational speed at which the induced voltage is generated in the armature winding and the rotational position information is detected by the rotational position information detection means, Switching means for switching energization to the armature winding from the forced energization switching timing by the forced energization switching timing output means to the energization switching timing by the energization switching timing calculation means,
A brushless motor, wherein the rotational speed of the magnet rotor is maintained within a predetermined range based on the switching rotational speed for a predetermined period after switching by the switching means.
前記電機子巻線への通電を強制的に切り替える所定のタイミングを出力する強制通電切替タイミング出力手段と、
前記磁石回転子の回転によって前記電機子巻線に発生する誘起電圧に基づいて前記磁石回転子の回転位置情報を検出する回転位置情報検出手段と、
前記回転位置情報検出手段により検出される前記回転位置情報を遅延させて、前記電機子巻線への通電を切り替えるタイミングを演算する通電切替タイミング演算手段と、
前記磁石回転子の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記回転速度検出手段により検出される前記回転速度が、前記電機子巻線に前記誘起電圧が発生し、前記回転位置情報検出手段により前記回転位置情報が検出される切替回転速度である場合に、前記電機子巻線への通電を前記強制通電切替タイミング出力手段による前記強制通電切替タイミングから前記通電切替タイミング演算手段による前記通電切替タイミングへと切り替える切替手段と、を有し、
前記切替手段により切り替えを行ってから所定の期間、前記通電切替タイミング演算手段により前記回転位置情報を遅延させる遅延量を所定の値とすることを特徴とするブラシレスモータ。 A brushless motor that rotates a magnet rotor by energizing an armature winding with a power source to generate a rotating magnetic field,
Forced energization switching timing output means for outputting a predetermined timing for forcibly switching energization to the armature winding;
Rotational position information detecting means for detecting rotational position information of the magnet rotor based on an induced voltage generated in the armature winding by the rotation of the magnet rotor;
Energization switching timing calculating means for delaying the rotational position information detected by the rotational position information detecting means and calculating timing for switching energization to the armature winding;
Rotation speed detection means for detecting the rotation speed of the magnet rotor;
When the rotational speed detected by the rotational speed detection means is a switching rotational speed at which the induced voltage is generated in the armature winding and the rotational position information is detected by the rotational position information detection means, Switching means for switching energization to the armature winding from the forced energization switching timing by the forced energization switching timing output means to the energization switching timing by the energization switching timing calculation means,
A brushless motor characterized in that a delay amount by which the rotation position information is delayed by the energization switching timing calculation means is set to a predetermined value after switching by the switching means.
前記所定の値を電気角30°とすることを特徴とする前記請求項3又は請求項4記載のブラシレスモータ。 The armature winding is a three-phase armature winding;
The brushless motor according to claim 3 or 4, wherein the predetermined value is an electrical angle of 30 °.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004030552A JP2005224048A (en) | 2004-02-06 | 2004-02-06 | Brushless motor |
Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2011199968A (en) * | 2010-03-18 | 2011-10-06 | Asmo Co Ltd | Apparatus and method for control of brushless motor |
US10361682B2 (en) | 2016-05-20 | 2019-07-23 | Ultra Electronics Limited | Filter for a brushless DC motor |
-
2004
- 2004-02-06 JP JP2004030552A patent/JP2005224048A/en active Pending
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