JP3389328B2 - Motor starter - Google Patents
Motor starterInfo
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- JP3389328B2 JP3389328B2 JP13957594A JP13957594A JP3389328B2 JP 3389328 B2 JP3389328 B2 JP 3389328B2 JP 13957594 A JP13957594 A JP 13957594A JP 13957594 A JP13957594 A JP 13957594A JP 3389328 B2 JP3389328 B2 JP 3389328B2
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Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、中性点非接地Y結線さ
れた3組の電機子コイルを備えた3相センサレスブラシ
レスモータを起動するモータ起動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、センサレスブラシレスモータ
(以下、単にモータという)は、ホール素子のようなロ
ータの位置検出センサを備えていないため、ロータの回
転速度が所定値以上に達して、非通電の電機子コイルに
所定の誘起電圧が発生しないとロータの位置を検出する
ことができない。
【0003】そこで、例えば、特開平1−30819号
公報(センサレス・ブラシレスモータの起動方法)に開
示されているもののように、モータの電機子コイルを初
期設定状態に所定時間励磁し、その後に、モータのロー
タの回転速度が所定値になるまで、所定の起動時励磁切
換動作を行うという方法により、センサレスブラシレス
モータを起動するようにしていた。
【0004】そして、モータのロータの回転速度が所定
値になると、それ以降は、電機子コイル群の中性点の電
圧変化に基づいて、ロータの回転位置を検出し、その検
出結果に基づいて電機子コイルを励磁切換する通常運転
動作に移行する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のモータの起動方法では、次のような不都合を
生じていた。
【0006】例えば、モータが、3組の電機子コイル群
を備えた3相センサレスブラシレスモータである場合、
通常運転動作においては、6種類の励磁パターンを順次
切り換えてモータを回転させるいわゆる2相通電パター
ンで駆動している。それとともに、起動時の励磁切換動
作としても、2相通電パターンの励磁切換動作でモータ
を駆動している。
【0007】ところが、この2相通電パターンで励磁切
換動作すると、励磁切換のたびにモータのロータが60
°づつ回転するので、モータの出力トルクにむらが生
じ、モータ起動を円滑に行うことができないという不都
合を生じる。それとともに、ロータの出力トルクが小さ
くなるような通電パターンでは、ロータが逆方向に回転
することもあった。
【0008】本発明は、かかる実情に鑑みてなされたも
のであり、起動時にセンサレスブラシレスモータのロー
タを円滑に回転駆動することができるモータ起動装置を
提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、中性点非接地
Y結線された3組の電機子コイルを備えた3相センサレ
スブラシレスモータを起動するモータ起動装置におい
て、電機子コイルの中性点電圧に基づいて回転磁界の回
転位置を検出する回転磁界位置検出手段と、上記回転磁
界位置検出手段の検出信号に基づいてモータの起動終了
を判定する起動終了判定手段と、起動時、上記電機子コ
イルを、3相同時通電と2相同時通電とを混在して通電
励磁する所定の3相通電励磁パターンで所定時間励磁切
換した後、2相同時に通電励磁する所定の2相通電励磁
パターンで励磁切換し、その励磁切換動作で上記起動終
了判定手段が起動終了を判定すると、所定の通常時運転
動作に移行するモータ駆動制御手段を備えたものであ
る。
【0010】
【0011】
【作用】したがって、起動の開始直後の状態では、3相
同時通電と2相同時通電とを混在して通電励磁する所定
の3相通電励磁パターンで所定時間励磁切換されるた
め、励磁切換のときのモータのロータの回転角度変化が
より小さくなり、それにより、起動時のモータの回転が
円滑になるとともに、発生するトルクのむらが小さくな
り、ロータが逆転するような事態を回避することができ
る。
【0012】
【0013】
【実施例】以下、添付図面を参照しながら、本発明の実
施例を詳細に説明する。
【0014】図1は、本発明の一実施例にかかる電動自
転車を示している。
【0015】同図において、電動自転車1は、フレーム
2、前輪3、後輪4、ハンドル5、サドル6、ペダル
7、および、ペダル7の動力を後輪4に伝達するための
伝動機構8から構成されている。
【0016】後輪4のハブ9に設けられている円盤状ハ
ウジング10には、モータ11、および、モータ11の
動力を後輪7の駆動軸に伝達するための伝達機構(図示
略)が設けられている。この伝達機構には、モータ11
の軸の回転速度と後輪7の駆動軸の回転速度が一致しな
い場合に、モータ軸と後輪軸との結合を一時的に解除す
る一方向クラッチ機構(例えば、ラチェット)が設けら
れている。また、メンテナンス性が良好なのと、乗り心
地が良好なために、モータ11としては、センサレスブ
ラシレスモータが用いられている。また、後輪7の上部
に設けられた荷台12には、モータ11に電力を供給す
るためのバッテリが収容されるバッテリボックス13が
配設されている。
【0017】ハンドル5の右手グリップ14には、モー
タ11のオンオフおよび速度を、ユーザが指定するため
のアクセル装置が付設されている。例えば、アクセル装
置では、モータ11のオフを指定する位置、低速を指定
する位置、中速を指定する位置、および、高速を指定す
る位置に操作可能であり、この操作位置に対応した位置
信号が、後述するモータ制御装置に出力される。また、
ハンドル5には、車体を停止するためのブレーキ15,
16が設けられている。
【0018】図2は、モータ11を駆動制御するための
モータ制御装置の一例を示している。なお、この場合、
モータ11は、センサレスブラシレスモータである。
【0019】同図において、モータ11は、中性点非接
地Y結線された電機子コイル11u,11v,11w
と、回転磁界を形成するロータ11rを備えており、バ
ッテリ20の駆動電源は、スイッチング装置21を介し
て、電機子コイル11u,11v,11wに印加され
る。
【0020】スイッチング装置21は、バッテリ20の
プラス極とマイナス極の間にそれぞれ直列接続される2
つのスイッチング素子を3組並列接続して構成されてい
る。そして、直列接続されるスイッチング素子S1とス
イッチング素子S2の相互接続点は、電機子コイル11
uの他端に接続されており、直列接続されるスイッチン
グ素子S3とスイッチング素子S4の相互接続端は、電
機子コイル11vの他端に接続されており、直列接続さ
れるスイッチング素子S5とスイッチング素子S6の相
互接続端は、電機子コイル11wの他端部に接続されて
いる。ここで、スイッチング素子S1,S2,S3,S
4,S5,S6は、FETおよび保護用ダイオードから
構成されている。
【0021】電機子コイル11u,11v,11wの相
互接続点、すなわち、中性点11nの電圧Vnは、比較
器22のプラス側入力端、比較器23のプラス側入力
端、および、比較器24のマイナス側入力端にそれぞれ
加えられている。
【0022】分圧抵抗R1,R2は、バッテリ20の電
圧Eを1/2に分圧するものであり、その分圧点の電圧
(E/2)は、比較器22のマイナス側入力端に加えら
れている。分圧抵抗R3,R4,R5は、バッテリ20
の電圧Eを1/3および2/3に分圧するものであり、
その2/3の分圧点の電圧(2E/3)は、比較器23
のマイナス側入力端に加えられ、また、1/3の分圧点
の電圧(E/3)は、比較器24のプラス側入力端に加
えられている。
【0023】比較器22は、電圧Vnが電圧(E/2)
よりも大きくなっている場合には論理Hレベルの比較信
号SC1を出力するとともに、電圧Vnが電圧(E/
3)以下の場合には、論理Lレベルの比較信号SC1を
出力するものであり、その比較信号SC1は、ゲート回
路25に加えられている。
【0024】比較器23は、電圧Vnが電圧(2E/
3)よりも大きくなっている場合には論理Hレベルの比
較信号SC2を出力するとともに、電圧Vnが電圧(2
E/3)以下の場合には、論理Lレベルの比較信号SC
2を出力するものであり、その比較信号SC2は、オア
回路26の一方の入力端に加えられている。
【0025】比較器24は、電圧Vnが電圧(E/3)
よりも小さくなっている場合には論理Hレベルの比較信
号SC3を出力するとともに、電圧Vnが電圧(E/
3)以上の場合には、論理Lレベルの比較信号SC3を
出力するものであり、その比較信号SC3は、オア回路
26の一方の入力端に加えられている。
【0026】オア回路26の出力は、ゲート制御信号S
C4として、ゲート回路25の制御信号入力端に加えら
れている。
【0027】ゲート回路25は、ゲート制御信号SC4
が論理Lレベルになっている状態では、入力した比較信
号SC1をそのまま通過させて信号SC5として出力す
る一方、ゲート制御信号SC4が論理Hレベルに立ち上
がると、信号SC5をその立ち上がりの時点で出力して
いる状態に保持するものであり、その信号SC5は、モ
ータ駆動制御部27および起動終了判定部28に加えら
れている。
【0028】起動終了判定部28は、入力した信号SC
5の論理レベルが、論理Hレベルと論理Lレベルに周期
的に変化し、かつ、論理Hレベルになっている期間と論
理Lレベルになっている期間が同じ時間になっていれ
ば、モータ11のロータ11rの回転速度が十分な値に
なり、起動終了したと判定するものであり、その判定結
果をあらわす起動終了判定信号DSは、モータ駆動制御
部27に加えられている。
【0029】モータ駆動制御部27は、スイッチング装
置21のスイッチング素子S1,S2,S3,S4,S
5,S6にそれぞれ制御信号SS1,SS2,SS3,
SS4,SS5,SS6を出力して、スイッチング素子
S1,S2,S3,S4,S5,S6のオンオフ状態を
切り換え、それによって、モータ11の電機子コイル1
1u,11v,11wの励磁状態を切り換えるものであ
る。
【0030】ここで、モータ駆動制御部27は、起動時
には、モータ11の電機子コイル11u,11v,11
wを初期設定状態に所定時間励磁し、その後に、起動終
了判定部28から起動終了判定信号DSが出力されるま
で所定の起動時励磁切換動作を行うとともに、起動終了
すると、ゲート回路25から出力される信号SC5の論
理レベル変化に対応して、モータ11の電機子コイル1
1u,11v,11wを所定の励磁パターン(2相通電
励磁パターン)で励磁する通常運転動作を行うものであ
る。また、モータ駆動制御部27は、通常運転動作で
は、アクセル装置から出力される位置信号SPに対応し
て、制御信号SS1,SS2,SS3,SS4,SS
5,SS6のレベルを設定し、それにより、モータ11
の電機子コイル11u,11v,11wに印加する駆動
電流の大きさを設定する。
【0031】そして、モータ駆動制御部27は、通常運
転処理においては、図3(a)〜(f)に示すように、
制御信号SS1,SS2,SS3,SS4,SS5,S
S6のレベルをパターンPT1,PT2,PT3,PT
4,PT5,PT6に、順次切り換える(2相通電励磁
パターン)。ここで、制御信号SS1,SS2,SS
3,SS4,SS5,SS6の低レベルは、レベル
「0」に等しく、また、制御信号SS1,SS2,SS
3,SS4,SS5,SS6の高レベルは、駆動電流の
大きさを制御信号SS1〜SS6のレベル制御で行うと
きには、そのときの位置信号SPに対応した電圧値であ
る。
【0032】このように、制御信号SS1,SS2,S
S3,SS4,SS5,SS6を、パターンPT1,P
T2,PT3,PT4,PT5,PT6に順次切り換え
ることで、モータ11のロータ11rは、所定の方向に
所定の速度で回転する。
【0033】また、パターンPT1〜PT6に切り換え
ると、それぞれの電機子コイル11u,11v,11w
の端子電圧Vu,Vv,Vwは、それぞれ同図(g)〜
(i)に示したように変化し、したがって、電機子コイ
ル11u,11v,11wの中性点11nの電圧Vn
は、同図(j)に示すように変化する。ここで、端子電
圧Vu,Vv,Vwには、スイッチング素子S1〜S6
のオンオフ切り換え時に発生するパルス上のノイズSK
が含まれるので、電圧Vnにもこのノイズ成分SKaが
含まれる。
【0034】したがって、電圧Vnのレベル変化に応じ
て、比較器22,23,24からそれぞれ出力される比
較信号SC1,SC2,SC3は、同図(k),
(l),(m)に示したように変化し、それによって、
オア回路26から出力されるゲート制御信号SC4は、
同図(n)に示したように変化する。
【0035】すなわち、ゲート制御信号SC4は、比較
信号SC1に電圧Vnのノイズ成分SKaの信号成分が
出力される直前のタイミングで論理Lレベルから論理H
レベルに立ち上がるとともに、モータ駆動制御部27が
励磁切換動作のタイミングに必要なエッジがあらわれる
直前のタイミングで論理Lレベルに立ち下がる態様に変
化する。
【0036】それにより、ゲート回路25から出力され
る信号SC5は、同図(o)に示すように、比較信号S
C1から、電圧Vnに含まれていたノイズ成分SKaの
信号を除去したものとなる。
【0037】モータ駆動制御部27は、この信号SC5
が論理Lレベルから論理Hレベルに立ち上がる立ち上が
り端、および、論理Hレベルから論理Lレベルに立ち下
がる立ち下がり端を、それぞれ、そのときの励磁切換周
期に対応した所定の電気角(例えば30度)遅延させた
状態で、制御信号SS1〜SS6のパターンPT1〜P
T6の切り換え動作を行う。
【0038】また、このようにして、モータ11を通常
運転している状態では、ロータ11rが充分な回転速度
をもつので、電機子コイル11u,11v,11wの中
性点11rの電圧Vnが適切な値になり、信号SC5が
論理Hレベルと論理Lレベルに周期的に変化し、かつ、
論理Hレベルの期間T1と論理Lレベルの期間T2がほ
ぼ等しい値となる。
【0039】すなわち、この信号SC5のレベル変化を
検出することで、モータ11が通常運転処理を適用でき
る状態になっているかどうかを判定することができる。
このことは、上述のように、起動終了判定部28が起動
終了を判定するための判定条件として採用している。
【0040】一方、起動時処理では、モータ駆動制御部
27は、起動直後の状態では、図4(a)〜(f)に示
したように、制御信号SS1,SS2,SS3,SS
4,SS5,SS6のレベルを、パターンPT1a,P
T1b,PT2a,PT2b,PT3a,PT3b,P
T4a,PT4b,PT5a,PT5b,PT6a,P
T6bの12種類に順次切り換える3相通電励磁パター
ンで、モータ11を駆動する。
【0041】このように、制御信号SS1,SS2,S
S3,SS4,SS5,SS6を、パターンPT1a,
PT1b,PT2a,PT2b,PT3a,PT3b,
PT4a,PT4b,PT5a,PT5b,PT6a,
PT6bに順次切り換えることで、モータ11のロータ
11rは、所定の方向に所定の速度で回転する。それと
ともに、励磁切換のたびに、30°づつ回転位置を切り
換える。
【0042】このようにして、3相通電励磁切換パター
ンでモータ11を駆動すると、励磁切換のたびにロータ
11rが回転する角度が、図3の通常運転時の1/2に
なるため、モータ11の回転が円滑になる。
【0043】図5は、モータ駆動制御部27の処理例を
示している。
【0044】モータ駆動制御部27は、位置信号SPが
変化したことを監視しており(判断101のNOルー
プ)、位置信号SPが変化して、判断101の結果がY
ESになると、その位置信号SPが「モータオフ」の操
作位置のものであるかどうかを調べる(判断102)。
【0045】判断102の結果がYESになるときに
は、モータ11をオフしている状態を記憶するためのフ
ラグFoffをセットし(処理103)、制御信号SS
1〜SS6の変化を停止してモータ11の励磁切換動作
を停止し、モータ11を停止して(処理104)、判断
101に戻る。
【0046】位置信号SPが変化して、その変化後の値
が「モータオフ」以外の操作位置のものであり、判断1
02の結果がNOになるときには、フラグFoffがセ
ットされているかどうかを調べる(判断105)。
【0047】判断105の結果がYESになるときに
は、「モータオフ」状態からいずれかの速度を指定する
操作位置に切り換えられた状態であり、したがって、こ
のときには、モータ11を起動する。
【0048】すなわち、まず、フラグFoffをクリア
し(処理106)、所定の3相通電起動処理を開始して
(処理107)、その3相通電起動処理が所定時間TA
実行されて、モータ11のロータ11rの回転速度があ
る程度上昇するまで待つ(判断108のNOループ)。
ここで、3相通電起動処理とは、制御信号SS1〜SS
6の値を所定の初期設定状態のパターンに設定し、その
初期設定状態を所定時間維持し、所定の起動時切換周期
で、制御信号SS1〜SS6のレベルを、パターンPT
1a,PT1b,PT2a,PT2b,PT3a,PT
3b,PT4a,PT4b,PT5a,PT5b,PT
6a,PT6bの3相通電励磁パターンで駆動する動作
である。
【0049】このようにして、3相通電起動処理でモー
タ11のロータ11rの回転速度がある程度上昇し、判
断108の結果がYESになると、モータ駆動制御部2
7は、所定の2相通電起動処理を開始する(処理10
9)。ここで、2相通電起動処理とは、制御信号SS1
〜SS6のレベルを、パターンPT1,PT2,PT
3,PT4,PT5,PT6の2相通電励磁パターンで
駆動する動作である。
【0050】これにより、電機子コイル11u,11
v,11wの中性点11nには、上述したような電圧V
nが発生するので、起動終了判定部28は、上述した起
動終了判定動作を行うことができる。そこで、モータ駆
動制御部27は、起動終了判定部28から起動終了判定
信号DSが出力されるまで待つ(判断110のNOルー
プ)。
【0051】モータ11の起動が終了して、判断118
の結果がYESになるときには、信号SC5を参照して
パターンPT1〜PT6(2相通電パターン)に制御信
号SS1〜SS6のレベルを切り換えるとともに、駆動
電流の値を、そのときの位置信号SPの操作位置に対応
した大きさに制御する通常運転処理を開始して(処理1
11)、モータ11を通常運転して、判断101に戻
る。
【0052】また、通常運転動作状態でモータ速度が変
更された場合で、判断105の結果がNOになるときに
は、モータ11の駆動電流の値を、そのときの位置信号
SPの操作位置に対応した値に制御して(処理11
2)、判断101に戻る。
【0053】このようにして、本実施例では、起動直後
では、モータ11の励磁切換パターンを、12種類の3
相通電励磁パターンに設定しているので、励磁切り換え
のたびにロータ11rが回転する角度が通常運転時の1
/2になって、回転磁界の動きが滑らかになるので、モ
ータ11が発生するトルクのむらが少なくなるととも
に、ロータ11rの逆転などの不具合が発生することが
防止され、安定した起動動作を行うことができる。
【0054】さて、上述した実施例では、モータ11の
起動直後には、モータ11の回転が滑らかになるよう
に、3相励磁通電パターンで駆動しているが、例えば、
周知の3相交流インバータ通電励磁パターンでモータ1
1を駆動すると、ロータ11rの回転が連続的になり、
モータ11の回転がより滑らかな状態になる。
【0055】この3相交流インバータ通電励磁パターン
の一例を図6(a)〜(f)に示す。
【0056】なお、3相交流インバータ通電励磁パター
ンには、これ以外にも、例えば、よりモータ11の回転
を滑らかにすることができる三角波比較PWM法による
通電励磁パターンなどがある。
【0057】ところで、上述した実施例では、電動自転
車に搭載するセンサレスブラシレスモータの起動につい
て、本発明を適用したが、それ以外の装置に搭載するセ
ンサレスブラシレスモータを起動する場合についても、
本発明を同様にして適用することができる。
【0058】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
起動の開始直後の状態では、3相同時通電と2相同時通
電とを混在して通電励磁する所定の3相通電励磁パター
ンで所定時間励磁切換されるため、励磁切換のときのモ
ータのロータの回転角度変化がより小さくなり、それに
より、起動時のモータの回転が円滑になるとともに、発
生するトルクのむらが小さくなり、ロータが逆転するよ
うな事態を回避することができるという効果を得る。
【0059】Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a motor starting device for starting a three-phase sensorless brushless motor having three sets of armature coils connected to a neutral point and non-grounded Y connection. About. 2. Description of the Related Art In general, a sensorless brushless motor (hereinafter simply referred to as a motor) does not include a rotor position detecting sensor such as a Hall element. Unless a predetermined induced voltage is generated in the non-energized armature coil, the position of the rotor cannot be detected. Therefore, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-30819 (a method of starting a sensorless brushless motor), an armature coil of a motor is excited to an initial setting state for a predetermined time, and thereafter, The sensorless brushless motor has been started by performing a predetermined start-up excitation switching operation until the rotation speed of the motor rotor reaches a predetermined value. When the rotational speed of the rotor of the motor reaches a predetermined value, thereafter, the rotational position of the rotor is detected based on the voltage change at the neutral point of the armature coil group, and based on the detection result. The operation shifts to a normal operation in which the excitation of the armature coil is switched. [0005] However, such a conventional method of starting a motor has caused the following inconveniences. For example, when the motor is a three-phase sensorless brushless motor having three armature coil groups,
In the normal operation, the motor is driven by a so-called two-phase energizing pattern in which the motor is rotated by sequentially switching the six types of excitation patterns. At the same time, as the excitation switching operation at the time of starting, the motor is driven by the excitation switching operation of the two-phase conduction pattern. However, when the excitation switching operation is performed in the two-phase energizing pattern, the rotor of the motor becomes 60
Since the motor rotates by degrees, the output torque of the motor becomes uneven, and the motor cannot be started smoothly. At the same time, in an energizing pattern in which the output torque of the rotor is reduced, the rotor may rotate in the opposite direction. The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a motor starting device capable of smoothly driving the rotor of a sensorless brushless motor at the time of starting. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a motor starting device for starting a three-phase sensorless brushless motor having three sets of armature coils connected to a neutral point and not grounded in a Y-connection. A rotating magnetic field position detecting means for detecting a rotating position of the rotating magnetic field based on a neutral point voltage; a starting and ending determining means for determining whether to start the motor based on a detection signal of the rotating magnetic field position detecting means; A predetermined two-phase energization for energizing the armature coil for a predetermined time in a predetermined three-phase energization pattern in which a three-phase simultaneous energization and a two-phase simultaneous energization are mixedly energized for a predetermined time, and Excitation switching is performed in accordance with an excitation pattern, and motor drive control means is provided for shifting to a predetermined normal operation operation when the activation completion determination means determines the termination of activation in the excitation switching operation. Therefore, in the state immediately after the start of the startup, the excitation is switched for a predetermined time in a predetermined three-phase excitation pattern in which the three-phase simultaneous energization and the two-phase simultaneous energization are mixed and excited. Therefore, the change in the rotation angle of the rotor of the motor at the time of the excitation switching becomes smaller, whereby the rotation of the motor at the time of startup becomes smoother, the unevenness of the generated torque becomes smaller, and the rotor may rotate in the reverse direction. Can be avoided. Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows an electric bicycle according to one embodiment of the present invention. In FIG. 1, an electric bicycle 1 includes a frame 2, a front wheel 3, a rear wheel 4, a handle 5, a saddle 6, a pedal 7, and a transmission mechanism 8 for transmitting the power of the pedal 7 to the rear wheel 4. It is configured. A disk-shaped housing 10 provided on the hub 9 of the rear wheel 4 is provided with a motor 11 and a transmission mechanism (not shown) for transmitting the power of the motor 11 to the drive shaft of the rear wheel 7. Have been. This transmission mechanism includes a motor 11
A one-way clutch mechanism (for example, a ratchet) is provided for temporarily releasing the connection between the motor shaft and the rear wheel shaft when the rotation speed of the shaft of the rear wheel 7 does not match the rotation speed of the drive shaft of the rear wheel 7. Further, a sensorless brushless motor is used as the motor 11 because of its good maintainability and good ride comfort. In addition, a battery box 13 in which a battery for supplying electric power to the motor 11 is accommodated is provided on a loading platform 12 provided above the rear wheel 7. The right hand grip 14 of the handle 5 is provided with an accelerator device for the user to specify on / off and speed of the motor 11. For example, in the accelerator device, it is possible to operate a position for designating the motor 11 to be turned off, a position for designating a low speed, a position for designating a medium speed, and a position for designating a high speed. Are output to a motor control device described later. Also,
The steering wheel 5 includes a brake 15 for stopping the vehicle body,
16 are provided. FIG. 2 shows an example of a motor control device for controlling the drive of the motor 11. In this case,
The motor 11 is a sensorless brushless motor. In FIG. 1, a motor 11 has armature coils 11u, 11v, and 11w connected to a neutral point and non-grounded Y.
And a rotor 11r for generating a rotating magnetic field. The driving power of the battery 20 is applied to the armature coils 11u, 11v, 11w via the switching device 21. The switching device 21 is connected between the positive and negative poles of the battery 20 in series.
And three switching elements connected in parallel. The interconnection point between the switching element S1 and the switching element S2 connected in series is connected to the armature coil 11
u is connected to the other end of the switching element S3 and the switching element S4 are connected in series. The interconnection end of the switching element S4 is connected to the other end of the armature coil 11v. The interconnection end of S6 is connected to the other end of the armature coil 11w. Here, switching elements S1, S2, S3, S
Reference numerals 4, S5, and S6 each include an FET and a protection diode. The interconnection point of the armature coils 11u, 11v, and 11w, that is, the voltage Vn at the neutral point 11n is supplied to the plus input terminal of the comparator 22, the plus input terminal of the comparator 23, and the comparator 24. Are added to the negative input terminals. The voltage dividing resistors R1 and R2 divide the voltage E of the battery 20 by half, and the voltage (E / 2) at the voltage dividing point is applied to the negative input terminal of the comparator 22. Have been. The voltage dividing resistors R3, R4 and R5 are connected to the battery 20.
Is divided into 1/3 and 2/3.
The voltage (2E / 3) at the 2/3 voltage dividing point is calculated by the comparator 23
, And the voltage (E / 3) at the voltage dividing point of 1/3 is applied to the plus input terminal of the comparator 24. The comparator 22 determines that the voltage Vn is equal to the voltage (E / 2)
If the voltage Vn is larger than the voltage (E /
3) In the following cases, a comparison signal SC1 of a logic L level is output, and the comparison signal SC1 is applied to the gate circuit 25. The comparator 23 determines that the voltage Vn is equal to the voltage (2E /
If it is larger than 3), a comparison signal SC2 of a logic H level is output and the voltage Vn is
E / 3) In the following case, the comparison signal SC at the logical L level
2, and the comparison signal SC2 is applied to one input terminal of the OR circuit 26. The comparator 24 determines that the voltage Vn is equal to the voltage (E / 3)
If the voltage Vn is smaller than the voltage (E / E), a comparison signal SC3 of a logic H level is output.
3) In the above case, a comparison signal SC3 of a logic L level is output, and the comparison signal SC3 is applied to one input terminal of the OR circuit 26. The output of the OR circuit 26 is a gate control signal S
C4 is applied to the control signal input terminal of the gate circuit 25. The gate circuit 25 has a gate control signal SC4
Is at the logic L level, the input comparison signal SC1 is passed as it is and output as a signal SC5. On the other hand, when the gate control signal SC4 rises to the logic H level, the signal SC5 is output at the time of the rise. The signal SC5 is applied to the motor drive control unit 27 and the start / end determination unit 28. The start / end determination section 28 receives the input signal SC
5 periodically changes between the logical H level and the logical L level, and if the period during which the logical level is at the logical H level is the same as the period during which the logical level is at the logical L level, the motor 11 It is determined that the rotation speed of the rotor 11r has reached a sufficient value and the startup has been completed, and a startup completion determination signal DS representing the determination result is applied to the motor drive control unit 27. The motor drive control unit 27 includes switching elements S1, S2, S3, S4, S
5 and S6, control signals SS1, SS2, SS3, respectively.
The switching elements S1, S2, S3, S4, S5, and S6 are switched on and off by outputting SS4, SS5, and SS6.
The excitation states of 1u, 11v, and 11w are switched. Here, the motor drive control unit 27 controls the armature coils 11u, 11v, 11
w is excited to the initial setting state for a predetermined period of time. Thereafter, a predetermined start-up excitation switching operation is performed until the start-up end determination signal DS is output from the start-up end determination unit 28. In response to the change in the logic level of the signal SC5, the armature coil 1 of the motor 11
The normal operation is performed to excite 1u, 11v, and 11w in a predetermined excitation pattern (two-phase energization excitation pattern). In the normal operation, the motor drive control unit 27 controls the control signals SS1, SS2, SS3, SS4, SS4 in accordance with the position signal SP output from the accelerator device.
5, the level of SS6 is set.
The magnitude of the drive current applied to the armature coils 11u, 11v, 11w is set. Then, in the normal operation process, the motor drive control unit 27 performs the following operations as shown in FIGS.
Control signals SS1, SS2, SS3, SS4, SS5, S
Set the level of S6 to the pattern PT1, PT2, PT3, PT
4, PT5, and PT6 are sequentially switched (two-phase energization excitation pattern). Here, the control signals SS1, SS2, SS
3, SS4, SS5, and SS6 have low levels equal to the level "0" and the control signals SS1, SS2, and SS6.
When the magnitude of the drive current is controlled by the level control of the control signals SS1 to SS6, the high level of 3, SS4, SS5, SS6 is a voltage value corresponding to the position signal SP at that time. As described above, the control signals SS1, SS2, S
S3, SS4, SS5, SS6 are converted to patterns PT1, P
By sequentially switching to T2, PT3, PT4, PT5, and PT6, the rotor 11r of the motor 11 rotates in a predetermined direction at a predetermined speed. When switching to the patterns PT1 to PT6, the respective armature coils 11u, 11v, 11w
Are the terminal voltages Vu, Vv, Vw of FIG.
(I), the voltage Vn at the neutral point 11n of the armature coils 11u, 11v, 11w
Changes as shown in FIG. Here, the terminal voltages Vu, Vv, Vw include the switching elements S1 to S6.
SK on the pulse generated when switching on / off
, The voltage Vn also includes this noise component SKa. Therefore, the comparison signals SC1, SC2, SC3 output from the comparators 22, 23, 24 in accordance with the level change of the voltage Vn are shown in FIG.
(L), as shown in (m), whereby
The gate control signal SC4 output from the OR circuit 26 is
It changes as shown in FIG. That is, the gate control signal SC4 changes from the logic L level to the logic H at the timing immediately before the signal component of the noise component SKa of the voltage Vn is output to the comparison signal SC1.
At the same time as the level rises, the motor drive control unit 27 changes to a mode of falling to the logic L level at a timing immediately before an edge necessary for the timing of the excitation switching operation appears. As a result, the signal SC5 output from the gate circuit 25 becomes the comparison signal S as shown in FIG.
The signal of the noise component SKa included in the voltage Vn is removed from C1. The motor drive control unit 27 outputs the signal SC5
Is a predetermined electrical angle (for example, 30 degrees) corresponding to the excitation switching cycle at that time, with a rising edge rising from a logic L level to a logic H level and a falling edge falling from a logic H level to a logic L level. In a state in which the patterns PT1 to P6 of the control signals SS1 to SS6 are delayed.
The switching operation of T6 is performed. In this manner, when the motor 11 is operating normally, the rotor 11r has a sufficient rotation speed, so that the voltage Vn at the neutral point 11r of the armature coils 11u, 11v, 11w is appropriately adjusted. And the signal SC5 periodically changes to a logic H level and a logic L level, and
The period T1 of the logic H level and the period T2 of the logic L level have substantially the same value. That is, by detecting the level change of the signal SC5, it can be determined whether or not the motor 11 is in a state where the normal operation process can be applied.
This is employed as a determination condition for the start / end determination unit 28 to determine the start / end, as described above. On the other hand, in the start-up processing, the motor drive control unit 27, immediately after the start-up, controls the control signals SS1, SS2, SS3, SS3 as shown in FIGS.
4, SS5, SS6, the levels of the patterns PT1a, P1
T1b, PT2a, PT2b, PT3a, PT3b, P
T4a, PT4b, PT5a, PT5b, PT6a, P
The motor 11 is driven by a three-phase energizing excitation pattern that is sequentially switched to 12 types of T6b. As described above, the control signals SS1, SS2, S
S3, SS4, SS5, and SS6 are converted to patterns PT1a,
PT1b, PT2a, PT2b, PT3a, PT3b,
PT4a, PT4b, PT5a, PT5b, PT6a,
By sequentially switching to the PT 6b, the rotor 11r of the motor 11 rotates in a predetermined direction at a predetermined speed. At the same time, each time the excitation is switched, the rotational position is switched by 30 °. When the motor 11 is driven in the three-phase energized excitation switching pattern in this manner, the angle of rotation of the rotor 11r every time the excitation is switched becomes 1/2 of that in the normal operation shown in FIG. Rotation becomes smooth. FIG. 5 shows a processing example of the motor drive control section 27. The motor drive control unit 27 monitors that the position signal SP has changed (NO loop of the judgment 101), and the position signal SP changes and the result of the judgment 101 is Y
When it becomes ES, it is checked whether or not the position signal SP is of the operation position of "motor off" (decision 102). If the result of determination 102 is YES, a flag Foff for storing the state where the motor 11 is off is set (process 103), and the control signal SS
1 to SS6 are stopped, the excitation switching operation of the motor 11 is stopped, the motor 11 is stopped (process 104), and the process returns to the judgment 101. The position signal SP changes, and the value after the change is that of an operation position other than “motor off”.
When the result of 02 is NO, it is checked whether or not the flag Foff is set (decision 105). If the result of determination 105 is YES, the motor has been switched from the "motor off" state to an operation position for designating one of the speeds. Therefore, at this time, the motor 11 is started. That is, first, the flag Foff is cleared (step 106), and a predetermined three-phase energization start process is started (step 107).
It is executed and waits until the rotation speed of the rotor 11r of the motor 11 increases to some extent (NO loop of the judgment 108).
Here, the three-phase energization start processing refers to the control signals SS1 to SS
6 is set in a pattern of a predetermined initial setting state, the initial setting state is maintained for a predetermined time, and the level of the control signals SS1 to SS6 is changed at a predetermined switching cycle at the time of the pattern PT.
1a, PT1b, PT2a, PT2b, PT3a, PT
3b, PT4a, PT4b, PT5a, PT5b, PT
This is an operation of driving with a three-phase energization excitation pattern of 6a and PT6b. As described above, when the rotation speed of the rotor 11r of the motor 11 increases to some extent in the three-phase energization start processing, and the result of the judgment 108 becomes YES, the motor drive control unit 2
7 starts a predetermined two-phase energization activation process (process 10).
9). Here, the two-phase energization start processing is defined as the control signal SS1
~ SS6 level by pattern PT1, PT2, PT
This is an operation of driving with the two-phase energizing excitation pattern of 3, PT4, PT5, and PT6. Thus, the armature coils 11u, 11
The voltage V as described above is applied to the neutral point 11n
Since n occurs, the activation end determination unit 28 can perform the activation end determination operation described above. Therefore, the motor drive control unit 27 waits until the startup completion determination signal DS is output from the startup completion determination unit 28 (NO loop of the determination 110). After the start of the motor 11 is completed, a decision 118 is made.
When the result is YES, the levels of the control signals SS1 to SS6 are switched to the patterns PT1 to PT6 (two-phase energization pattern) with reference to the signal SC5, and the value of the drive current is changed by operating the position signal SP at that time. The normal operation process for controlling the size corresponding to the position is started (process 1).
11) The motor 11 is operated normally, and the process returns to the judgment 101. When the motor speed is changed in the normal operation state and the result of determination 105 is NO, the value of the drive current of the motor 11 is set to correspond to the operation position of the position signal SP at that time. Control to a value (process 11
2) Return to decision 101. As described above, in this embodiment, immediately after the start, the excitation switching pattern of the motor 11 is changed to 12 types of 3
Since the phase energization excitation pattern is set, the rotation angle of the rotor 11r is set to 1 in normal operation every time the excitation is switched.
/ 2, the movement of the rotating magnetic field becomes smooth, so that the unevenness of the torque generated by the motor 11 is reduced, and problems such as the reverse rotation of the rotor 11r are prevented from occurring, and a stable start-up operation is performed. Can be. In the embodiment described above, immediately after the motor 11 is started, the motor 11 is driven in the three-phase excitation energizing pattern so that the rotation of the motor 11 becomes smooth.
Motor 1 with well-known three-phase AC inverter
When 1 is driven, the rotation of the rotor 11r becomes continuous,
The rotation of the motor 11 becomes smoother. FIGS. 6A to 6F show an example of the three-phase AC inverter energizing excitation pattern. Other than the above, the three-phase AC inverter energization excitation pattern includes, for example, an energization excitation pattern by a triangular wave comparison PWM method that can make the rotation of the motor 11 smoother. In the above-described embodiment, the present invention is applied to the activation of the sensorless brushless motor mounted on the electric bicycle. However, when the sensorless brushless motor mounted on other devices is activated, the present invention is also applicable.
The present invention can be similarly applied. As described above, according to the present invention,
Immediately after the start of the start, the excitation is switched for a predetermined time in a predetermined three-phase excitation pattern in which the three-phase simultaneous energization and the two-phase simultaneous energization are mixed and excited. The change in the rotation angle becomes smaller, whereby the rotation of the motor at the time of startup becomes smoother, the unevenness of the generated torque becomes smaller, and the effect that the rotor reverses can be avoided. [0059]
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例にかかる電動自転車を示した
概略斜視図。
【図2】本発明の一実施例にかかるモータ制御装置を示
したブロック図。
【図3】通常運転時の動作を説明するための動作波形
図。
【図4】3相通電励磁パターンの一例を示した動作波形
図。
【図5】モータ駆動制御部の処理の一例を示したフロー
チャート。
【図6】3相交流インバータ通電励磁パターンの一例を
示した動作波形図。
【符号の説明】
11 モータ
11u,11v,11w 電機子コイル
11r ロータ
20 バッテリ
21 スイッチング装置
22,23,24 比較器
25 ゲート回路
26 オア回路
27 モータ駆動制御部
28 起動終了判定部BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic perspective view showing an electric bicycle according to one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing a motor control device according to one embodiment of the present invention. FIG. 3 is an operation waveform diagram for explaining an operation during a normal operation. FIG. 4 is an operation waveform diagram showing an example of a three-phase energization excitation pattern. FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of processing of a motor drive control unit. FIG. 6 is an operation waveform diagram showing an example of a three-phase AC inverter energization excitation pattern. [Description of Signs] 11 Motors 11u, 11v, 11w Armature coil 11r Rotor 20 Battery 21 Switching device 22, 23, 24 Comparator 25 Gate circuit 26 OR circuit 27 Motor drive control unit 28 Startup / end determination unit
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−101696(JP,A) 特開 平5−310176(JP,A) 特開 平6−70587(JP,A) 特開 平1−283090(JP,A) 特開 昭62−230392(JP,A) 特開 昭61−52194(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02P 6/20 B62M 23/02 H02P 6/16 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-4-101696 (JP, A) JP-A-5-310176 (JP, A) JP-A-6-70587 (JP, A) JP-A-1- 283090 (JP, A) JP-A-62-230392 (JP, A) JP-A-61-52194 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H02P 6/20 B62M 23 / 02 H02P 6/16
Claims (1)
コイルを備えた3相センサレスブラシレスモータを起動
するモータ起動装置において、 電機子コイルの中性点電圧に基づいて回転磁界の回転位
置を検出する回転磁界位置検出手段と、 上記回転磁界位置検出手段の検出信号に基づいてモータ
の起動終了を判定する起動終了判定手段と、 起動時、上記電機子コイルを、3相同時通電と2相同時
通電とを混在して通電励磁する所定の3相通電励磁パタ
ーンで所定時間励磁切換した後、2相同時に通電励磁す
る所定の2相通電励磁パターンで励磁切換し、その励磁
切換動作で上記起動終了判定手段が起動終了を判定する
と、所定の通常時運転動作に移行するモータ駆動制御手
段を備えたことを特徴とするモータ起動装置。(57) [Claim 1] A motor starting device for starting a three-phase sensorless brushless motor having three sets of armature coils connected to a neutral point non-grounded Y-connection, wherein: A rotating magnetic field position detecting means for detecting a rotating position of the rotating magnetic field based on the neutral point voltage; a starting and ending determining means for determining whether to start the motor based on a detection signal of the rotating magnetic field position detecting means; Armature coil, 3 phase simultaneous energization and 2 phase simultaneous
After a predetermined time excited switching in a predetermined three-phase power excitation pattern power excitation mixed energization and, to the power excitation 2-phase simultaneously
That excited switching at a predetermined two-phase power excitation pattern, when in its energized changeover operation is the start completion determining means determines the completion boot, and further comprising a motor drive control means shifts to a predetermined normal running operation Motor starter.
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