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JP2533472B2 - ブラシレス直流モ−タの起動法 - Google Patents

ブラシレス直流モ−タの起動法

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JP2533472B2
JP2533472B2 JP59119989A JP11998984A JP2533472B2 JP 2533472 B2 JP2533472 B2 JP 2533472B2 JP 59119989 A JP59119989 A JP 59119989A JP 11998984 A JP11998984 A JP 11998984A JP 2533472 B2 JP2533472 B2 JP 2533472B2
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JP
Japan
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motor
current
synchronous motor
armature winding
rotor
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JP59119989A
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JPS611290A (ja
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常博 遠藤
文男 田島
信明 加藤
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Hitachi Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
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Hitachi Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/20Arrangements for starting

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は回転子位置検出を電機子巻線端子電圧を利用
して行なう形式のブラシレス直流モータの起動法に係
り、特に、モータ駆動源のインバータを起動時のみ他制
式として同期モータとして起動させる低周波同期起動方
式を採用する場合の起動の確実化を図つたブラシレス直
流モータの起動法に関する。
〔発明の背景〕
回転子位置検出信号を、回転子の軸端側にホール素子
などの位置検出センサを設けないで、電機子巻線の端子
電圧からフイルタ回路を介して得る方式のブラシレス直
流モータの技術は特開昭52-80415号公報に開示されてい
る。この種のブラシレス直流モータでは、起動時には電
機子巻線に誘起電圧が発生していないから、回転子位置
検出信号が発生する回転数までは、何らかの手段で起動
する必要がある。この起動方法として、ブラシレス直流
モータの駆動源に用いているインバータを、起動時のみ
他制式とし、同期モータとして起動させる、いわゆる低
周波同期起動法が特開昭58-29380号公報に示され、同期
モータが停止状態であることを検出した後、起動を行な
う技術が開示されている。
しかしながら、停止状態にある同期モータを起動する
のに、回転子の停止位置についての考慮がなく、更に同
期モータの電機子巻線に流す巻線電流と、同期モータに
加わる負荷トルクの大きさとの関連については何ら考慮
されていなかつた。さらには、低周波同期起動を確実に
行なうためには、負荷トルクに応じて巻線電流の大きさ
を変える必要があるが、一般に負荷トルクの大きさは未
知であり、種々の負荷トルクに応じて確実に起動させる
ことは従来困難であつた。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、従来技術での上記した問題点を解消
し、負荷トルクの大きさにかかわらず、低周波同期起動
を確実に行ないうるブラシレス直流モータも起動法を提
供することにある。
〔発明の概要〕
本発明の概要は、上記目的を達成するために、モータ
駆動源として用いている3相インバータを他制式として
運転する期間に先立って、位置決めモードを設定し、こ
のモードでは電機子巻線への通流方向を任意の一つに固
定しておいて、この巻線に流す電流の大きさを想定され
る最大負荷に対応する電流値まで徐々に高めておき、他
制式運転に移行する時は、電流の上昇を停止し、所望の
回転方向が得られる方向にトルクが発生する電機子巻線
への通流方向に切り替えてから行う起動法とするにあ
る。
即ち、低周波同期起動中において、同期モータの最大
出力トルクをTMXとすると、電機子巻線には同期モータ
のトルク定数(出力トルク/巻線電流)に見合つた巻線
電流を流せば、加速トルクTacと負荷トルクTLとの和が
上記最大出力トルクTMX以下の場合に、同期モータは脱
調しないで加速することが可能となる。しかしながら、
同期モータに加わる負荷トルクに対して、出力トルクが
過大となるほどの巻線電流を流すと、以下の現象が生じ
て起動失敗となる。低周波同期起動の開始直後、最初に
通電する60度の巻線通流モードにおいて、電機子巻線に
流す電流が負荷トルクに対応する以上に過大であると、
任意の位置に停止していた回転子は、上記通流モードで
出力トルクが零となる位置の方向に回転し、慣性トルク
によりその位置を行き過ぎ、通流モードには無関係に回
転しつづけ、上記任意の停止位置によつては、希望とす
る回転方向とは逆方向に回転をつづける。
以上の問題点を解決するのに、本発明は前述した方法
を採用するもので、これにより、出力トルクが零となる
位置に、一たん、回転子を移動して固定した後、通流モ
ードを変化して加速するようにしたものである。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図〜第4図を用いて説
明する。
第1図は本発明の起動法によつて起動されるブラシレ
ス直流モータの全体構成を示したもので、交流電源1か
ら整流回路2及び平滑コンデンサ3を介して直流電圧Ed
を得てインバータ4に供給し、このインバータ4の3相
交流出力が、同期モータ5の電機子巻線5−1に印加さ
れて、永久磁石を界磁とする回転子5−2を駆動する。
インバータ4は、6個のトランジスタA+,B+,C+
A-,B-,C-と6個の還流ダイオードD1〜D6から構成され
る。120度通電形のインバータで、3相の電機子巻線の
うちいずれかの2相が通電される。また上記6個のトラ
ンジスタのうち、直流電圧Edの正電位側に接続されたト
ランジスタA+〜C+のみが、その120度の通流期間がチヨ
ツパ信号CHPにより変調を受け、このチヨツパ信号CHPの
通流率を変え、巻線電流を制御する。さらに、直流電圧
Edの負電位ライン側のトランジスタA-〜C-の共通エミツ
タ端子と、還流ダイオードD4〜D6の共通アノード端子間
に低抵抗R1が接続され、この低抵抗R1に流れる電流IL
電機子巻線に流れる巻線電流として、低抵抗R1の電圧降
下から検出する。
制御回路は、シングルチツプのマイクロコンピユータ
7、同期モータ5の回転子5−2の磁極位置を検出する
位置検出回路6、同期モータ5の巻線電流ILを希望値ID
Rに制御する電流制限回路8、及びトランジスタA+
C+,A-〜C-のベースドライブ回路9から構成される。位
置検出回路6は、特開昭52-80415号公報に開示されてい
る位置検出回路であり、同期モータ5の電機子巻線電圧
VA〜VCより、フイルタ回路(図示せず)を介して回転子
磁極位置に応じた位置検出信号65を作つて出力する。マ
イクロコンピユータ7は、例えばHD6805V1のようなシン
グルチツプのものを用い、CPUやALU7−4,RAM7−5,ROM7
−6、タイマ7−7、入出力ポート用レジスタ7−1〜
7−3が内蔵される。ROM7−6には、ブラシレス直流モ
ータを駆動するに必要な各種処理、例えば低周波同期起
動のためのトランジスタに対するドライブ信号95の出力
や、位置検出運転を行なうための、位置検出信号65の取
り込み、その位置検出信号に対応したドライブ信号95の
出力などのプログラムが記憶されている。
第2図は第1図中の電流制限回路8の詳細回路図であ
る。電流制限回路8は、増幅器10、ヒステリシス特性を
有するコンパレータ11及びD/A変換器12から構成され
る。増幅器10は、前述の低抵抗R1の電圧降下を増幅して
電流検出値VILとして出力する。D/A変換器12は、マイク
ロコンピユータ7内の出力ポートレジスタ7−2を介し
て出力される8ビツトの電流希望値IDRをアナログ量で
あるアナログ電流希望値IDRAに交換する。コンパレータ
11にて電流検出値VILとアナログ電流希望値IDRAとが比
較され、チヨツパ信号CHPが作成され、巻線電流ILが電
流希望値IDRに応じて制御される。なお、R2〜R6はそれ
ぞれ図示位置に挿入配置されている抵抗である。
以上の回路構成において、本実施例起動法は以下のよ
うに動作する。
第3図(a)は、低周波同期起動の期間内において、
インバータ4を構成する6個のトランジスタの通流モー
ドを、(b)はアナログ電流希望値IDRAを、(c)は同
期モータ5の回転数を、それぞれ示している。低周波同
期起動では、マイクロコンピユータ7のプログラム処理
により、マイクロコンピユータ内蔵のタイマ7−7を用
いて、インバータ4の出力周波数の1サイクルに対する
60度の時間を、第3図(a)のように、通流モードごと
に短かくすることにより、同期モータ5を加速する。
第3図(a)に示した期間Δt1は位置決め期間であ
り、この期間において、電流希望値IDRを零アンペアか
ら、同期モータとして出力すべき最大トルクに相当する
最大電流希望値まで、第3図(b)のように、徐々に増
加させる。この結果、同期モータに加わる負荷トルクTL
に出力トルクTMが打ち勝つ時点で、回転子は回転を開始
する。
第4図(a)は上記位置決め期間における巻線電流の
通流径路と回転子の最終移動位置を示したもので、a相
巻線の巻線軸より反時計方向に30度の位置をθ=0とし
て示している。第4図(b)は回転角度を横軸に、同時
モータの出力トルクTMを縦軸に示したもので、同期モー
タの空隙の磁束密度分布が台形波状であつて、回転子が
時計方向に回転するトルクの方向を正方向トルクとして
いる。
上記位置決め期間において、a相巻線からb相巻線に
電流を流せば、電機子巻線による磁束方向はθ=0であ
り、回転角度に対する出力トルクTMは、第4図(b)の
ように、巻線電流の増加とともに増大する。しかしなが
ら、θ=0では出力トルクは零であり、負荷トルクTM
打ち勝つて回転を開始した回転子はθ=0の近傍で巻線
電流の大きさには無関係に停止する。
第3図(c)は以上の様子を示したもので、負荷トル
ク小の場合には、位置決め期間の早い時点に回転を開始
し、前述のθ=0の近傍で振動するも、一方向に回転し
つづけることはない。一方、負荷トルク大の場合に、位
置決め期間の遅い時点に回転を開始するも、θ=0の近
傍で振動することなく停止する。
上述の実施例では、t=0の時点に回転子の位置が第
4図で示すθ=−180度の位置にある場合には、電流希
望値を増加しても、出力トルクは零であり、θ=0の位
置にまで移動させることができない。しかし、このよう
な状態が存在し得るものに本発明を適用する場合には、
第3図(a)で示すΔt2の期間を第2の位置決め期間と
して、この期間にも電流希望値を零アンペア相当から徐
々に増加することにより解決できる。
また、上記実施例は、マイクロコンピユータ7により
電流希望値IDRを出力する構成としたことにより、位置
決め期間中の電流希望値の増加パターンを第3図(b)
に示したような直線的に増加するパターン以外にも、使
用する同期モータまたは負荷トルクの種類に応じて、自
由に設定できる利点がある。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、低周波同期起
動に先立ち、位置決めモードを設定し、このモードでは
巻線電流への通電方向を任意の一つに固定しておいて、
巻線電流を零から想定される最大負荷トルクに対応する
電流値まで徐々に増加させて、回転子をトルクが0とな
る方向に移動して固定せしめ、引き続いての低周波同期
起動では電流増加を停止させ、所望の回転方向が得られ
る方向にトルクが発生する電機子巻線への通流方向に切
り替えてから行う起動法としたことにより、停止時の回
転子位置がどこにあっても、負荷トルクの大きさにかか
わらず、同期モータの出力トルクがその負荷トルクより
高くなる時点に回転子は回転を始めて、出力トルクが零
となる回転角度の近傍で停止する。このため、停止時の
回転子位置にかかわらず、負荷トルクの大きさに無関係
に確実に位置決めが行なわれ、それ以降、インバータ出
力周波数を徐々に高めて同期モータを加速しても、脱調
することが無い。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例説明用の全体構成図、第2図
は第1図中の一部詳細回路図、第3図〜第4図は本発明
実施例の動作説明図で第3図(a)はトランジスタの通
流モード、(b)は電流希望値、(c)は同期モータの
回転数、第4図(a)は巻線電流の径路と回転子の最終
移動位置、(b)は回転角度と同期モータ出力トルクと
の関係をそれぞれ示す図である。 2……整流回路、4……インバータ、5……同期モー
タ、5−1……電機子巻線、5−2……回転子、6……
位置検出回路、7……マイクロコンピユータ、8……電
流制限回路、9……ベースドライブ回路、10……増幅
器、11……コンパレータ、12……D/A変換器。
フロントページの続き (72)発明者 加藤 信明 日立市幸町3丁目2番1号 日立エンジ ニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 昭52−6919(JP,A) 特開 昭49−114026(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】永久磁石を界磁回転子とする同期モータの
    3相電機子巻線にインバータの3相交流出力を接続し、
    該同期モータの電機子巻線の端子電圧から前記回転子の
    位置を検出し、該位置検出の信号に基づき前記インバー
    タにより前記同期モータを可変速制御するブラシレス直
    流モータであって、特に、起動時において前記インバー
    タを他制式として低周波同期起動運転して前記同期モー
    タを起動するブラシレス直流モータの起動法において、 前記低周波同期起動運転に先立ち、 前記3相電機子巻線への電流の通流径路を任意の一つに
    固定し、この電機子巻線に流れる電流を0から起動時に
    加わる最大負荷トルクに対応する電流以上まで徐々に高
    め、回転子をトルクが発生しない位置に移動せしめて固
    定する位置決めモード期間を設け、 この位置決めモード期間終了後、一旦電流の上昇を停止
    し、前記電機子巻線への通流方向を所望の回転方向が得
    られる方向のトルクが出力されるような通電モードに切
    り替えてから前記低周波同期起動を行うようにした ことを特徴とするブラシレス直流モータの起動法。
JP59119989A 1984-06-13 1984-06-13 ブラシレス直流モ−タの起動法 Expired - Lifetime JP2533472B2 (ja)

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