JP4465770B2

JP4465770B2 - Brushless motor control device and self-priming pump using the same

Info

Publication number: JP4465770B2
Application number: JP2000007418A
Authority: JP
Inventors: 真二末松; 陽一宿里
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2000-01-17
Filing date: 2000-01-17
Publication date: 2010-05-19
Anticipated expiration: 2020-01-17
Also published as: JP2001204192A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、安定して起動させることができ、脱調等することのないブラシレスモータの制御装置及びそれを用いた自吸式ポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、種々のブラシレスモータの制御装置が研究されており、また、小型化やコスト低減のためブラシレスモータを用いた自吸式ポンプが望まれている。
【０００３】
従来のセンサレス駆動のブラシレスモータの制御装置としては、特開平５−２１９７８４号公報（以下、イ号公報と呼ぶ。）に、起動時に強制同期運転から定常センサレス運転に切換える時、固定子巻線の誘起電圧による位置検出信号から導き出される転流のタイミング信号と強制同期信号の位相差のある特定の状態が一定時間続いた場合切換える制御方法が開示されている。
【０００４】
以下にイ号公報に開示のブラシレスモータの制御装置について、図面を用いて説明する。
【０００５】
図６はイ号公報に開示のブラシレスモータの制御装置の装置構成を示すブロック図である。
【０００６】
図６において、１０１はブラシレスモータのステータ、１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗはステータ１０１内で駆動磁界を発生させる三相スター結線された固定子巻線、１０３は固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗの発生する磁界により回転駆動される永久磁石回転子、１０４は固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗの各端子Ｕ、Ｖ、Ｗに接続され各固定子巻線に流す駆動電流を生成するドライブ回路、１０５〜１１０は固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗに流す駆動電流ｉ_u、ｉ_v、ｉ_wの切り換えを行うコミュテータ素子、１１１〜１１６はコミュテータ素子１０５〜１１０のスイッチングにより発生するサージ電圧を解放するフリーホイーリングダイオード、１１７’はステータ１０１を駆動するための電圧を供給する駆動電源である。
【０００７】
ハイサイドのコミュテータ素子１０５〜１０７はＮＰＮ型トランジスタが用いられ、ローサイドのコミュテータ素子１０８〜１１０はＰＮＰ型トランジスタが用いられる。固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗの一端子Ｏ（以下、コモン端子と呼ぶ。）は共通に接続され、他端子Ｕ，Ｖ，Ｗ（以下、駆動端子と呼ぶ。）はそれぞれ、駆動端子Ｕはコミュテータ素子１０５及び１０８の共通接続点（両素子のコレクタ側）に接続されており、駆動端子Ｖはコミュテータ素子１０６及び１０９の共通接続点（両素子のコレクタ側）に接続されており、駆動端子Ｗはコミュテータ素子１０７及び１１０の共通接続点（両素子のコレクタ側）に接続されている。駆動電源１１７の負極側は接地されている。また、ハイサイドのコミュテータ素子１０５〜１０７のエミッタ側は駆動電源１１７の正極側に接続され、ローサイドのコミュテータ素子１０８〜１１０のコレクタ側は接地されている。
【０００８】
２０１は固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗの駆動端子Ｕ、Ｖ、Ｗに発生する駆動端子電圧Ｖ_U、Ｖ_V、Ｖ_Wに基づいて出力信号Ｖ_U0’、Ｖ_V0’、Ｖ_W0’を生成し出力する位置検出手段、２０２はドライブ回路１０４を制御することにより永久磁石回転子１０３の回転数の制御を行う制御部である。
【０００９】
制御部２０２は、コミュテータ素子１０５〜１１０のベースに接続されており、ドライブ回路１０４を制御するための六相制御信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬを生成し出力する。また、制御部２０２は、位置検出手段２０１の出力側に接続されており、永久磁石回転子１０３の回転数がある一定値以上となり帰還同期制御が可能な状態となると、位置検出手段２０１より入力される出力信号Ｖ_U0’、Ｖ_V0’、Ｖ_W0’に基づき各六相制御信号を生成し出力する帰還同期制御に切り換わる。
【００１０】
２０３は起動指令を出力する起動指令手段、２０４は起動指令手段２０３の起動指令により同期信号Ｖ_U1’、Ｖ_V1’、Ｖ_W1’を出力する同期信号発生手段、２０５は位置検出手段２０１の出力信号Ｖ_U0’、Ｖ_V0’、Ｖ_W0’のモードが同期信号Ｖ_U1’、Ｖ_V1’、Ｖ_W1’のモードに対して所定の関係にあるか否かを判別するモード判別手段、２０６は同期信号発生手段２０４が出力した同期信号Ｖ_U1’、Ｖ_V1’、Ｖ_W1’に基づいてドライブ回路１０４を駆動する六相制御信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬを生成する一方、モード判別手段２０５の判別結果を受け位置検出手段の出力信号Ｖ_U0’、Ｖ_V0’、Ｖ_W0’のモードが同期信号Ｖ_U1’、Ｖ_V1’、Ｖ_W1’のモードに対して所定の関係にある状態が所定期間続いた後は位置検出手段の出力信号Ｖ_U0’、Ｖ_V0’、Ｖ_W0’に基づいてドライブ回路１０４を駆動する六相制御信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬを生成する駆動信号生成手段である。
【００１１】
以上のように構成された従来のブラシレスモータの制御装置について、以下その起動時の動作を説明する。
【００１２】
図７はイ号公報に開示のブラシレスモータの制御装置の同期制御から帰還制御への切り換え時のタイミングを示す図である。
【００１３】
図７において、２０７は位置検出手段２０１が固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗに発生する誘起電圧から生成する出力信号Ｖ_U0’、Ｖ_V0’、Ｖ_W0’の相切り換えのタイミングを表し、２０８は同期信号発生手段２０４の発生する同期信号Ｖ_U1’、Ｖ_V1’、Ｖ_W1’の相切り換えタイミングを表す。また、２０９は出力信号Ｖ_U0’、Ｖ_V0’、Ｖ_W0’と同期信号Ｖ_U1’、Ｖ_V1’、Ｖ_W1’との相切り換えのタイミングの位相差を表す。
【００１４】
ブラシレスモータを起動してから、ある回転数に達すると、永久磁石回転子１０３の回転に伴い位置検出手段２０１により固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗに誘起される誘起電圧を検出することが可能となる。その時点では、図７（ａ）に示したように、切り換えタイミング２０７と切り換えタイミング２０８との位相差２０９は大きい。永久磁石回転子１０３の回転が一定の回転数に近づき回転が安定すると、図７（ｂ）に示したように、切り換えタイミング２０７と切り換えタイミング２０８との位相差２０９は小さくなる。このように、位相差２０９がある一定の値以下の状態がある一定時間以上継続すると、駆動信号生成手段２０６は強制同期制御状態（同期信号Ｖ_U1’、Ｖ_V1’、Ｖ_W1’に基づき相切り換えを行う状態）から帰還同期制御状態（出力信号Ｖ_U0’、Ｖ_V0’、Ｖ_W0’に基づき相切り換えを行う状態）へ切り換わる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来のブラシレスモータの制御装置では、以下のような課題を有していた。
【００１６】
（１）強制的な同期信号に従って転流させ、位相差をなくして定常センサレス運転に切り換えるため、ポンプ等の起動時に負荷変動の有る機器に使用する場合、強制同期運転から定常センサレス運転への切り換え時に位相差がなくならず、定常センサレス運転への切り換えが行われないという課題を有していた。
【００１７】
（２）位相差がなくなり、センサレス運転に切り換えることができたとしても、モータにかかる負荷に合わせた強制同期信号で運転させていないため、切り換え時に脱調するという課題を有していた。
【００１８】
（３）センサレス駆動するブラシレスモータにより駆動される自吸式ポンプの場合、該自吸式ポンプのケーシング内の水量によって、モータの起動時の負荷が変動するため、センサレス駆動させることが困難であるという課題を有していた。
【００１９】
本発明は、センサレス駆動のブラシレスモータの制御装置において、起動時のモータの負荷に強制同期信号の周期データを対応させることにより、安定して起動することができるブラシレスモータの制御装置を提供することを目的とする。
【００２０】
また、本発明は、モータの負荷に対応した周期データの強制同期信号を利用することによって、起動時の羽根車への負荷にかかわらず安定して起動させることができるブラシレスモータの制御装置を用いた自吸式ポンプを提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明のブラシレスモータの制御装置は、複数の固定子巻線の各端子の電圧と基準電圧とを比較する比較手段と、前記各固定子巻線の各端子に接続され前記各固定子巻線に流す駆動電流を生成するドライブ回路と、前記ドライブ回路に駆動電圧を印加する駆動電源と、前記ドライブ回路に通電タイミング信号を出力する論理演算手段と、を備えたブラシレスモータの制御装置であって、前記論理演算手段が、起動毎に異なる負荷に対応して設定された複数の強制同期信号の周期データを有する構成より成る。
【００２２】
この構成により、起動時のモータの負荷に強制同期信号の周期データを対応させることにより、安定して起動することができるブラシレスモータの制御装置を提供することができる。
【００２３】
また、本発明のブラシレスモータの制御装置を用いた自吸式ポンプは、羽根車がブラシレスモータによって駆動される自吸式のポンプであって、前記ブラシレスモータを制御する制御装置が、複数の固定子巻線の各端子の電圧と基準電圧とを比較する比較手段と、前記各固定子巻線の各端子に接続され前記各固定子巻線に流す駆動電流を生成するドライブ回路と、前記ドライブ回路に駆動電圧を印加する駆動電源と、前記ドライブ回路に通電タイミング信号を出力する論理演算手段と、を備えたブラシレスモータの制御装置であって、前記論理演算手段が、起動毎に異なる負荷に対応して設定された複数の強制同期信号の周期データを有する構成より成る。
【００２４】
この構成により、モータの負荷に対応した周期データの強制同期信号を利用することによって、起動時の羽根車への負荷にかかわらず安定して起動させることができるブラシレスモータの制御装置を用いた自吸式ポンプを提供することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
この目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の自吸式ポンプは、羽根車がブラシレスモータによって駆動される自吸式のポンプであって、複数の固定子巻線の各端子の電圧と基準電圧とを比較する比較手段と、前記各固定子巻線の各端子に接続され前記各固定子巻線に流す駆動電流を生成するドライブ回路と、前記ドライブ回路に駆動電圧を印加する駆動電源と、前記ドライブ回路に通電タイミング信号を出力する論理演算手段と、を備えたブラシレスモータの制御装置によって制御され、前記論理演算手段が、起動毎に異なる負荷に対応して設定された複数の強制同期信号の周期データを有し、前記負荷は、ポンプの内部及び配管に水が満たされている状態と、ポンプの内部に水が満たされているが配管に水が無い状態と、ポンプの内部に水がない状態と、の３つの状態に分類されるものであり、これにより、変動する負荷に対応した強制同期信号の周期データで強制同期運転することで、強制同期運転からセンサレス運転への切り換えにおいて、駆動電流の増加や脱調のない安定した切り換えをすることができるという作用に加え、モータの負荷に対応した周期データの強制同期信号を利用することによって、起動時の羽根車への負荷にかかわらず安定して起動させることができるという作用が得られる。
【００２６】
ここで、ブラシレスモータは２相、又は３相、５相、７相等のセンサレス方式のものが用いられる。また、スター結線したバイポーラ駆動のブラシレスモータや、デルタ結線バイポーラ駆動のブラシレスモータや、ユニポーラ駆動のブラシレスモータ等が用いられる。
【００２７】
ドライブ回路は、バイポーラトランジスタやＭＯＳトランジスタなどのスイッチング素子からなるコミュテータ素子により、固定子巻線に流す駆動電流の相切り換えを行う回路が用いられる。
【００２８】
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の自吸式ポンプを制御するブラシレスモータの制御装置であって、前記論理演算手段が、前記複数の強制同期信号の周期データのうち周期の長い周期データから順に選択し強制同期信号を生成する構成としたものであり、これにより、請求項１の作用に加え、起動時の負荷が大きいことが多い機器に使用する場合に、適切な周期データに速やかに合わせることができるという作用が得られる。
【００２９】
ここで、起動時の負荷が大きいことが多い機器としては、井戸用ポンプ，給湯器に組み込まれた風呂の追い炊き用循環ポンプ，ジェットバス等が用いられる。
【００３０】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の自吸式ポンプを制御するブラシレスモータの制御装置であって、前記論理演算手段が、前記複数の強制同期信号の周期データのうち周期の短い周期データから順に選択し強制同期信号を生成する構成としたものであり、これにより、請求項１の作用に加え、起動時の負荷が小さいことが多い機器に使用する場合に、適切な周期データに速やかに合わせることができるという作用が得られる。
【００３１】
ここで、起動時の負荷が小さいことが多い機器としては、エアコンの室外機用送風ファン等が用いられる。
【００３２】
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の自吸式ポンプを制御するブラシレスモータの制御装置であって、前記論理演算手段が、起動毎に異なる負荷に対応して設定された複数の強制同期信号の周期データが記憶された強制同期周期データメモリ手段と、前記ドライブ回路の駆動電流を検出する電流値検知手段と、前記駆動電流が一定の電流値以上の場合に負荷トルクが設定より大きいとして前記駆動電流を基に前記複数の強制同期信号の周期データのうち適正な周期データを選択し強制同期信号を生成する強制同期信号生成手段と、を備えた構成としたものであり、これにより、請求項１の作用に加え、負荷トルクが設定した強制同期信号の周期データより大きいときに、そのまま周期データを変更して強制同期運転を行うことができるという作用が得られる。
【００３３】
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の自吸式ポンプを制御するブラシレスモータの制御装置であって、前記論理演算手段が、起動毎に異なる負荷に対応して設定された複数の強制同期信号の周期データが記憶された強制同期周期データメモリ手段と、前記ドライブ回路の駆動電流を検出する電流値検知手段と、前記駆動電流が一定の電流値以下の場合に負荷トルクが設定より小さいとして前記駆動電流を基に前記複数の強制同期信号の周期データのうち適正な周期データを選択し強制同期信号を生成する強制同期信号生成手段と、を備えた構成としたものであり、これにより、請求項１の作用に加え、負荷トルクが設定した強制同期信号の周期データより小さいときに、そのまま周期データを変更して強制同期運転を行うことができるという作用が得られる。
【００３４】
本発明の請求項６に記載の発明は、請求項４又は５に記載のブラシレスモータの制御装置であって、前記適正な周期データを選択する前に一度停止し、その後前記適正な周期データに切り換え再起動する構成としたものであり、これにより、負荷トルクが設定した強制同期信号の周期データから大きくずれた場合でも一度停止して再起動することにより、安定した強制同期運転を行うことができるという作用が得られる。
【００３５】
本発明の請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の自吸式ポンプを制御するブラシレスモータの制御装置であって、前記論理演算手段が、起動毎に異なる負荷に対応して設定された複数の強制同期信号の周期データが記憶された強制同期周期データメモリ手段と、前記ドライブ回路の駆動電流を検出する電流値検知手段と、前記複数の強制同期信号の周期データのうち最も長い周期の周期データを選択して起動し前記駆動電流が一定の電流値より小さい場合は前記最も長い周期の周期データの次に長い周期の周期データを選択して強制同期信号を生成する強制同期信号生成手段と、を備えた構成としたものであり、これにより、請求項１の作用に加え、起動時の負荷が変動することが多い機器に使用する場合に、適切な周期データに速やかに合わせることができるという作用が得られる。
【００３６】
ここで、起動時の負荷が変動することが多い機器としては、井戸用ポンプ，給湯器に組み込まれた風呂の追い炊き用循環ポンプ，ジェットバス等が用いられる。
【００３８】
（基本構成）
図１は本発明の基本構成におけるブラシレスモータの制御装置の装置構成を示すブロック図である。
【００３９】
図１において、１０１はステータ、１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗは固定子巻線、１０３は永久磁石回転子、１０４はドライブ回路、１０５〜１１０はコミュテータ素子、１１１〜１１６はフリーホイーリングダイオード、ｉ_u、ｉ_v、ｉ_wは駆動電流、Ｕ、Ｖ、Ｗは駆動端子、Ｏはコモン端子、Ｖ_U、Ｖ_V、Ｖ_Wは駆動端子電圧であり、これらは図６と同様のものであり、同一の符号を付して説明は省略する。
【００４０】
１１７は可変電圧源からなりステータ１０１を駆動するための電圧を供給する駆動電源、１１８は駆動電源１１７の電圧に重畳するノイズを除去するバイパスコンデンサ、Ｒ_Iは全電流値検出抵抗、Ｖ_Iは全電流検出抵抗Ｒ_Iの両端に発生する電圧である全電流検出電圧である。
【００４１】
バイパスコンデンサ１１８は駆動電源１１７の両極に負極側で全電流値検出抵抗Ｒ_Iを介して接続されており、駆動電源１１７の負極側は接地されている。また、ハイサイドのコミュテータ素子１０５〜１０７のエミッタ側は駆動電源１１７の正極側に接続され、ローサイドのコミュテータ素子１０８〜１１０のコレクタ側は全電流値検出抵抗Ｒ_Iを介して接地されている。
【００４２】
１１９Ｕ、１１９Ｌは固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗの端子に発生する電圧の中性点の電位（以下、中性電位Ｖ_Nと呼ぶ。）を生成する中性電位生成抵抗、１２０は固定子巻線１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗの端子Ｕ、Ｖ、Ｗに発生する駆動端子電圧Ｖ_U、Ｖ_V、Ｖ_Wと中性電位Ｖ_Nとを比較することによりゼロクロス点検出信号Ｖ_U0、Ｖ_V0、Ｖ_W0を生成し出力するゼロクロス点検出部、１２０ｕ、１２０ｖ、１２０ｗはそれぞれ駆動端子電圧Ｖ_U、Ｖ_V、Ｖ_Wと中性電位Ｖ_Nとが入力されゼロクロス点検出信号Ｖ_U0、Ｖ_V0、Ｖ_W0を出力するコンパレータ、１２１はドライブ回路１０４を制御することにより永久磁石回転子１０３の回転数の制御を行う制御部である。
【００４３】
中性電位生成抵抗１１９Ｕ及び中性電位生成抵抗１１９Ｌとは接続点Ｏ_Nにおいて一端が互いに接続されており、中性電位生成抵抗１１９Ｕの他端はバイパスコンデンサ１１８の正極に接続され、中性電位生成抵抗１１９Ｌの他端は全電流値検出抵抗Ｒ₁を介して接地されている。中性電位生成抵抗１１９Ｕと中性電位生成抵抗１１９Ｌとは、互いが接続する接続点Ｏ_Nにおいて中性電位Ｖ_Nを生成するように抵抗値が調整されている。コンパレータ１２０ｕ、１２０ｖ、１２０ｗの正入力側は、それぞれ、駆動端子Ｕ、Ｖ、Ｗに接続されており、各々の負入力側は接続点Ｏ_Nに接続されている。コンパレータ１２０ｕ、１２０ｖ、１２０ｗは、入力された各相の駆動端子電圧Ｖ_U、Ｖ_V、Ｖ_Wと中性電位Ｖ_Nとを比較し、駆動端子電圧Ｖ_U、Ｖ_V、Ｖ_Wが中性電位Ｖ_Nより大きいときにはそれぞれゼロクロス点検出信号Ｖ_U0、Ｖ_V0、Ｖ_W0をＨＩＧＨ状態として出力し、駆動端子電圧Ｖ_U、Ｖ_V、Ｖ_Wが中性電位Ｖ_Nより小さいときにはそれぞれゼロクロス点検出信号Ｖ_U0、Ｖ_V0、Ｖ_W0をＬＯＷ状態として出力する。制御部１２１は、コミュテータ素子１０５〜１１０のベースに接続されており、ドライブ回路１０４を制御するための六相制御信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬを生成し出力する。また、制御部１２１は、コンパレータ１２０ｕ、１２０ｖ、１２０ｗの出力側に接続されており、永久磁石回転子１０３の回転数がある一定値以上となり帰還同期制御が可能な状態となると、ゼロクロス点検出部１２０より入力されるゼロクロス点検出信号Ｖ_U0、Ｖ_V0、Ｖ_W0に基づき各六相制御信号を生成し出力する帰還同期制御に切り換わる。
【００４４】
図２は本発明の基本構成における制御部の機能ブロック図である。
【００４５】
図２において、１２０はゼロクロス点検出部、１２０ｕ、１２０ｖ、１２０ｗはコンパレータ、１２１は制御部、Ｖ_U、Ｖ_V、Ｖ_Wは駆動端子電圧、Ｖ_U0、Ｖ_V0、Ｖ_W0はゼロクロス点検出信号、Ｖ_Iは全電流検出電圧、ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬは六相制御信号であり、これらは図１と同様のものである。
【００４６】
１３０は入力されるゼロクロス点検出信号Ｖ_U0、Ｖ_V0、Ｖ_W0に基づき六相制御信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬの転流のタイミングを得るための帰還同期制御信号Ｖ_U1、Ｖ_V1、Ｖ_W1を生成し出力する帰還同期信号生成手段、１３１は複数の強制同期信号の周期データ（本基本構成においては、３つの強制同期信号の周期データ、周期の長い（周波数の低い）方からｆ１，ｆ２，ｆ３）が記憶された強制同期周期データメモリ手段であり、負荷の大きいものにはｆ１が用いられ、負荷の小さいものにはｆ３が用いられる。１３２は全電流検出電圧Ｖ_Iから駆動電流を検知する電流検知手段であり、所定の電流値（以下、閾電流値という）より、駆動電流が大きい場合に後述の強制同期信号生成手段に検知信号を出力する。１３３は電流検知手段１３２からの検知信号が入力され、駆動電流に応じた強制同期周期データ（ｆ１，ｆ２，ｆ３）を強制同期周期データメモリ手段１３１から読み出し強制同期信号Ｖ_U2、Ｖ_V2、Ｖ_W2を生成する強制同期信号生成手段、１３４は帰還同期制御信号Ｖ_U1、Ｖ_V1、Ｖ_W1又は強制同期信号Ｖ_U2、Ｖ_V2、Ｖ_W2に基づき六相制御信号ＵＨ’、ＵＬ’、ＶＨ’、ＶＬ’、ＷＨ’、ＷＬ’を生成し出力する転流制御手段、１３５は転流制御部１３４から入力される六相制御信号ＵＨ’、ＵＬ’、ＶＨ’、ＶＬ’、ＷＨ’、ＷＬ’から実際にコミュテータ素子１０５〜１１０のベース電圧のレベルの六相制御信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬを生成し出力する駆動ベース信号バッファ手段、１３６は転流制御手段１３３の入力を帰還同期制御信号Ｖ_U1、Ｖ_V1、Ｖ_W1と強制同期制御信号Ｖ_U2、Ｖ_V2、Ｖ_W2との何れか一方に切り換える切換制御部である。
【００４７】
以上のように構成された本基本構成のブラシレスモータの制御装置において、以下その起動時のモータの負荷が変動する場合の制御方法について説明する。
【００４８】
図３は本発明の基本構成におけるブラシレスモータの制御装置の強制同期信号の周波数の時間変化と電流値の時間変化とを負荷毎に示す図であり、図４は起動時の強制同期運転から定常センサレス運転に移行するまでの強制同期信号の周波数の時間変化と電流値の時間変化とを示す図である。
【００４９】
ブラシレスモータの起動が開始されると、強制同期信号生成手段１３３は強制同期周期データメモリ手段１３１から周期の最も長い（周波数の最も低い）強制同期信号の周期データｆ１を読み出す。次いで、周期の長い方から周期データｆ１に周期を段階的に近づけていきながら、強制同期信号Ｖ_U2、Ｖ_V2、Ｖ_W2を転流制御手段１３４に段階的に出力する。次いで、転流制御手段１３４は駆動ベース信号バッファ手段１３５に六相制御信号ＵＨ’、ＵＬ’、ＶＨ’、ＶＬ’、ＷＨ’、ＷＬ’を出力し、駆動ベース信号バッファ手段１３５はドライブ回路１０４に六相制御信号ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬを出力し、強制同期運転が開始される。所定の期間、駆動電流が安定している場合は、電流検知手段１３２が切換制御手段１３６に検知信号を出力し、切換制御手段１３６が転流制御手段１３４に切換信号を出力することによって、定常センサレス運転へ切り換えられる。
【００５０】
周期データｆ１での強制同期運転時における負荷が、予め設定された負荷と違い小さい場合、駆動電流が小さくなる。この場合、起動から所定の時間（Ｔ１）経過後、電流検知手段１３２が全電流検出電圧Ｖ_Iから駆動電流を検出し駆動電流が閾電流値より小さい場合は、強制同期信号生成手段１３３に検知信号を出力する。電流検知手段１３２から検知信号が入力された強制同期信号生成手段１３３は、予め設定された負荷が周期データｆ１より小さい周期データｆ２を強制同期周期データメモリ手段１３１から読み出し、周期データｆ１の周期を周期データｆ２の周期に段階的に近づけていきながら、強制同期信号Ｖ_U2、Ｖ_V2、Ｖ_W2を転流制御手段１３４に段階的に出力する。所定の期間、駆動電流が安定している場合は、電流検知手段１３２が切換制御手段１３６に検知信号を出力し、切換制御手段１３６が転流制御手段１３４に切換信号を出力することによって、定常センサレス運転へ切り換えられる。
【００５１】
以上のように、本発明の基本構成におけるブラシレスモータの制御装置は、駆動電流を検出し、駆動電流に対応した周期データを使用することによって、起動時の負荷に対応した強制同期運転ができるので、脱調等おこさない安定した強制同期運転を行うことができる。
【００５２】
尚、周期データｆ２を用いた場合も、駆動電流が閾電流値より小さい場合は、周期データｆ３に移行される。
【００５３】
本基本構成においては、周期データはｆ１，ｆ２，ｆ３の３つであるが、周期データの数は複数であれば同様に実施可能である。
【００５４】
（実施の形態）
次に基本構成のブラシレスモータの制御装置を用いた本実施の形態における自吸式ポンプについて説明する。
【００５５】
図５は本発明の実施の形態における自吸式ポンプの要部断面側面図である。
【００５６】
図５において、１０１はステータ、１０３は永久磁石回転子であり、これらは基本構成と同様のものであるので、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５７】
１１は上部に吸込口１１ａ及び吐出口１１ｂを有する自吸式ポンプのハウジング、１２はハウジング１１内の空間を吸込口１１ａ側の空間である吸水室１３と吐出口１１ｂ側の空間である吐出室１４とに分割する仕切り板、１２ａは仕切り板１２の下部に穿設された通水孔、１５は一端が通水孔１２ａ付近に固定されて吐出室１４内に固設された固定軸、１６は固定軸１５に固定軸１５と同軸に回動自在に外嵌された軸受け部であり、周囲部に永久磁石回転子１０３が固定軸１５と同軸に固定されている。１７は固定軸１５の両端部に固定され軸受け部１６の軸方向への移動を防止している。１８は吸込側が通水孔１２ａに対向して吐出室１４内に配設された羽根車であり、軸受け部１６に固定軸１５と同軸に固定されている。１９は永久磁石１０３，軸受け部１６，羽根車１８が一体に形設されたロータであり、ステータ１０１に通電することにより回動する。２０は基本構成のドライブ回路１０４，ゼロクロス点検出部１２０，論理演算手段１２１等から構成された制御部である。
【００５８】
尚、本実施の形態は基本構成におけるブラシレスモータの制御装置と同様のものを用いている。
【００５９】
以上のように構成された本実施の形態における自吸式ポンプについて、以下その動作を説明する。
【００６０】
制御部２０がステータ１０１に通電することにより、ステータ１０１に回転磁界が発生し、ロータ１９が回動する。ロータ１９が回転することにより、羽根車１８の吸込側が低圧、吐出側が高圧になり、吸込口１１ａから流入した流体は、吸水室１３，通水孔１２ａ，羽根車１８，吐出室１４を経て、吐出口１１ｂから吐出される。
【００６１】
以上のような自吸式ポンプの起動時のモータ（ステータ１０１及びロータ１９）にかかる負荷は、自吸式ポンプの内部及び配管に水が満たされている状態（以下、状態１という），自吸式ポンプの内部に水が満たされているが配管に水が無い状態（以下、状態２という），自吸式ポンプの内部に水がない状態（以下、状態３という）の３つの状態に分類することができる。尚、本実施の形態における強制同期信号の周期データｆ１，ｆ２，ｆ３は状態１，状態２，状態３における負荷に対応した周期データである。
【００６２】
この際の、モータへの負荷は状態１が最大であり、状態３が最小であり、状態２がその中間である。自吸式ポンプの状態は起動毎に状態が変動することが多い用途に使用されることが多く、起動時のモータへの負荷を特定することが困難である。そこで、起動時の強制同期運転において、周期の長い（周波数の低い）周期データｆ１を選択し強制同期運転を開始し、基本構成と同様に段階的にｆ２，ｆ３と強制同期信号の周期データの周期を短い（周波数の高い）ものに変えていく。強制同期信号の周期データｆ１を用いた強制同期運転時にモータの負荷が予め設定した負荷と違い小さい場合、駆動電流が低くなる。これにより、基本構成と同様に論理演算手段１２１が負荷が軽いと判断し、強制同期信号の周期データは周期のより短い周期データ（ｆ２）へ移行される。これにより、電流値が高くなった場合は、そのまま定常センサレス運転に移行し、駆動電流が低いままの場合は、強制同期信号周期データはさらに短い周期データ（ｆ３）へ移行される。
【００６３】
以上のように、本発明の実施の形態における自吸式ポンプは、起動毎に異なる（状態１，状態２，状態３における）負荷に対応した強制同期信号の周期データ（ｆ１，ｆ２，ｆ３）を予め設定しておき負荷に対応した強制同期信号の周期データで強制同期運転するので、運転開始時の自吸式ポンプの状態にかかわらず（モータへの負荷の大小にかかわらず）、脱調等おこさない安定した強制同期運転を行うことができる。
【００６４】
【発明の効果】
以上のように本発明のブラシレスモータの制御装置及びそれを用いた自吸式ポンプによれば、以下のような有利な効果を得ることができる。
【００６５】
請求項１に記載の発明によれば、変動する負荷に対応した強制同期信号の周期データで強制同期運転することで、強制同期運転からセンサレス運転への切り換えにおいて、駆動電流の増加や脱調のない安定した切り換えをすることができ、モータの負荷に対応した周期データの強制同期信号を利用することによって、起動時の羽根車への負荷にかかわらず安定して起動させることができる自吸式ポンプを提供することができる。
【００６６】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加え、起動時の負荷が大きいことが多い機器に使用する場合に、適切な周期データに速やかに合わせることができるブラシレスモータの制御装置を提供することができる。
【００６７】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１の効果に加え、起動時の負荷が小さいことが多い機器に使用する場合に、適切な周期データに速やかに合わせることができるブラシレスモータの制御装置を提供することができる。
【００６８】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１の効果に加え、負荷トルクが設定した強制同期信号の周期データより大きいときに、そのまま周期データを変更して強制同期運転を行うことができるブラシレスモータの制御装置を提供することができる。
【００６９】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１の効果に加え、負荷トルクが設定した強制同期信号の周期データより小さいときに、そのまま周期データを変更して強制同期運転を行うことができるブラシレスモータの制御装置を提供することができる。
【００７０】
請求項６に記載の発明によれば、負荷トルクが設定した強制同期信号の周期データから大きくずれた場合でも一度停止して再起動することにより、安定した強制同期運転を行うことができるブラシレスモータの制御装置を提供することができる。
【００７１】
請求項７に記載の発明によれば、請求項１の効果に加え、起動時の負荷が変動することが多い機器に使用する場合に、適切な周期データに速やかに合わせることができるブラシレスモータの制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本構成におけるブラシレスモータの制御装置の装置構成を示すブロック図
【図２】本発明の基本構成における制御部の機能ブロック図
【図３】強制同期信号の周波数の時間変化と電流値の時間変化とを負荷毎に示す図
【図４】起動時の強制同期運転から定常センサレス運転に移行するまでの強制同期信号の周波数の時間変化と電流値の時間変化とを示す図
【図５】本発明の実施の形態における自吸式ポンプの要部断面側面図
【図６】イ号公報に開示のブラシレスモータの制御装置の装置構成を示すブロック図
【図７】イ号公報に開示のブラシレスモータの制御装置の同期制御から帰還制御への切り換え時のタイミングを示す図
【符号の説明】
１１ハウジング
１１ａ吸込口
１１ｂ吐出口
１２仕切り板
１２ａ通水孔
１３吸水室
１４吐出室
１５固定軸
１６軸受け部
１７軸受け板
１８羽根車
１９ロータ
２０制御部
１０１ステータ
１０２ｕ、１０２ｖ、１０２ｗ固定子巻線
１０３永久磁石回転子
１０４ドライブ回路
１０５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１０コミュテータ素子
１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６フリーホイーリングダイオード
１１７駆動電源
１１８バイパスコンデンサ
１１９Ｕ、１１９Ｌ中性電位生成抵抗
１２０ゼロクロス点検出部
１２０ｕ、１２０ｖ、１２０ｗコンパレータ
１２１制御部
１３０帰還同期信号生成手段
１３１強制同期周期データメモリ手段
１３２電流検知手段
１３３強制同期信号生成部
１３４転流制御手段
１３５駆動ベース信号バッファ部
１３６切換制御手段
２０１位置検出手段
２０２制御部
２０３起動指令手段
２０４同期信号発生手段
２０５モード判別手段
２０６駆動信号生成手段
２０７、２０８切り換えタイミング
２０９位相差
Ｖ_N 性電位
Ｖ_U、Ｖ_V、Ｖ_W 駆動端子電圧
Ｖ_I 全電流検出電圧
Ｒ₁ 全電流検出抵抗
Ｖ_U0、Ｖ_V0、Ｖ_W0 ゼロクロス点検出信号
Ｖ_U1、Ｖ_V1、Ｖ_W1 帰還同期制御信号
Ｖ_U2、Ｖ_V2、Ｖ_W2 強制同期制御信号
Ｖ_S 駆動電圧
ＵＨ、ＵＬ、ＶＨ、ＶＬ、ＷＨ、ＷＬ、ＵＨ’、ＵＬ’、ＶＨ’、ＶＬ’、ＷＨ’、ＷＬ’ 六
相制御信号
ｉ_u、ｉ_v、ｉ_w 駆動電流[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for a brushless motor that can be stably started and does not step out, and a self-priming pump using the same.
[0002]
[Prior art]
In recent years, various brushless motor control devices have been studied, and self-priming pumps using brushless motors are desired for miniaturization and cost reduction.
[0003]
As a conventional sensorless drive brushless motor control device, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-219784 (hereinafter referred to as “A”) discloses a stator coil winding when switching from forced synchronous operation to steady sensorless operation at startup. There is disclosed a control method for switching when a specific state having a phase difference between a commutation timing signal derived from a position detection signal by an induced voltage and a forced synchronization signal continues for a certain time.
[0004]
Hereinafter, a brushless motor control device disclosed in Japanese Patent Publication No. 1 will be described with reference to the drawings.
[0005]
FIG. 6 is a block diagram showing a device configuration of a brushless motor control device disclosed in the Japanese Patent Publication (A).
[0006]
In FIG. 6, 101 is a stator of a brushless motor, 102u, 102v, and 102w are three-phase star-connected stator windings that generate a drive magnetic field in the stator 101, and 103 is a stator winding 102u, 102v, and 102w. A permanent magnet rotor that is driven to rotate by a magnetic field that is driven; 104, a drive circuit that generates a drive current that is connected to the terminals U, V, and W of the stator windings 102u, 102v, and 102w and flows through the stator windings; ˜110 is the drive current i flowing through the stator windings 102u, 102v, 102w _u , I _v , I _w The commutator elements 111 to 116 are freewheeling diodes for releasing a surge voltage generated by the switching of the commutator elements 105 to 110, and 117 ′ is a driving power source that supplies a voltage for driving the stator 101.
[0007]
NPN transistors are used for the high-side commutator elements 105 to 107, and PNP-type transistors are used for the low-side commutator elements 108 to 110. One terminal O (hereinafter referred to as a common terminal) of the stator windings 102u, 102v, and 102w is connected in common, and the other terminals U, V, and W (hereinafter referred to as drive terminals) are respectively connected to the drive terminal U. Is connected to the common connection point (collector side of both elements) of the commutator elements 105 and 108, and the drive terminal V is connected to the common connection point (collector side of both elements) of the commutator elements 106 and 109. The terminal W is connected to the common connection point (collector side of both elements) of the commutator elements 107 and 110. The negative side of the drive power supply 117 is grounded. The emitter sides of the high-side commutator elements 105 to 107 are connected to the positive electrode side of the drive power supply 117, and the collector sides of the low-side commutator elements 108 to 110 are grounded.
[0008]
Reference numeral 201 denotes a drive terminal voltage V generated at the drive terminals U, V, and W of the stator windings 102u, 102v, and 102w. _U , V _V , V _W Output signal V based on _U0 ', V _V0 ', V _W0 A position detecting means 202 for generating and outputting ', and a control unit 202 for controlling the rotational speed of the permanent magnet rotor 103 by controlling the drive circuit 104.
[0009]
The control unit 202 is connected to the bases of the commutator elements 105 to 110, and generates and outputs six-phase control signals UH, UL, VH, VL, WH, WL for controlling the drive circuit 104. The control unit 202 is connected to the output side of the position detection unit 201. When the rotation number of the permanent magnet rotor 103 is equal to or greater than a certain value and feedback synchronization control is possible, the control unit 202 is input from the position detection unit 201. Output signal V _U0 ', V _V0 ', V _W0 Based on ', it switches to feedback synchronous control that generates and outputs each six-phase control signal.
[0010]
203 is a start command means for outputting a start command, 204 is a synchronization signal V _U1 ', V _V1 ', V _W1 'Is a synchronizing signal generating means for outputting', 205 is an output signal V of the position detecting means 201 _U0 ', V _V0 ', V _W0 'Mode is sync signal V _U1 ', V _V1 ', V _W1 Mode discriminating means for discriminating whether or not there is a predetermined relationship with the mode of ', and 206 is a synchronizing signal V outputted from the synchronizing signal generating means 204 _U1 ', V _V1 ', V _W1 Is generated based on the six-phase control signals UH, UL, VH, VL, WH, WL for driving the drive circuit 104, while receiving the discrimination result of the mode discrimination means 205 and the output signal V of the position detection means _U0 ', V _V0 ', V _W0 'Mode is sync signal V _U1 ', V _V1 ', V _W1 After the state having a predetermined relationship with the mode 'continues for a predetermined period, the output signal V of the position detecting means _U0 ', V _V0 ', V _W0 Drive signal generating means for generating six-phase control signals UH, UL, VH, VL, WH, WL for driving the drive circuit 104 based on '.
[0011]
About the control apparatus of the conventional brushless motor comprised as mentioned above, the operation | movement at the time of starting is demonstrated below.
[0012]
FIG. 7 is a diagram showing the timing at the time of switching from synchronous control to feedback control of the brushless motor control device disclosed in the Japanese Patent Publication No. A.
[0013]
In FIG. 7, reference numeral 207 denotes an output signal V generated by the position detection means 201 from the induced voltage generated in the stator windings 102u, 102v, 102w. _U0 ', V _V0 ', V _W0 'Represents the timing of phase switching, and 208 is a synchronization signal V generated by the synchronization signal generation means 204. _U1 ', V _V1 ', V _W1 'Represents the phase switching timing. Reference numeral 209 denotes an output signal V. _U0 ', V _V0 ', V _W0 'And sync signal V _U1 ', V _V1 ', V _W1 Indicates the phase difference of the phase switching timing with '.
[0014]
When a certain number of rotations is reached after starting the brushless motor, it is possible to detect the induced voltage induced in the stator windings 102u, 102v, 102w by the position detection means 201 as the permanent magnet rotor 103 rotates. It becomes. At that time, as shown in FIG. 7A, the phase difference 209 between the switching timing 207 and the switching timing 208 is large. When the rotation of the permanent magnet rotor 103 approaches a certain number of rotations and the rotation becomes stable, the phase difference 209 between the switching timing 207 and the switching timing 208 becomes small as shown in FIG. As described above, when the state where the phase difference 209 is equal to or smaller than a certain value continues for a certain time or longer, the drive signal generation means 206 is in the forced synchronization control state (the synchronization signal V _U1 ', V _V1 ', V _W1 'Phase switching based on') to feedback synchronous control state (output signal V _U0 ', V _V0 ', V _W0 Switch to the state where the phase is switched based on ').
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional brushless motor control device has the following problems.
[0016]
(1) Switching from forced synchronous operation to steady sensorless operation when used in equipment with load fluctuations when starting pumps, etc., because commutation is performed according to a forced synchronization signal and the phase difference is eliminated to switch to steady sensorless operation. Sometimes the phase difference does not disappear, and there is a problem that switching to the steady sensorless operation is not performed.
[0017]
(2) Even if the phase difference disappears and the operation can be switched to the sensorless operation, the operation is not performed with the forced synchronization signal that matches the load applied to the motor, so that there is a problem that the step out occurs at the time of the switching.
[0018]
(3) In the case of a self-priming pump driven by a brushless motor that is driven sensorlessly, since the load at the start of the motor varies depending on the amount of water in the casing of the self-priming pump, it is difficult to drive sensorlessly. It had the problem that.
[0019]
The present invention provides a control device for a brushless motor that can be stably started by associating periodic data of a forced synchronization signal with a motor load at the time of startup in a control device for a brushless motor driven by a sensor. With the goal.
[0020]
The present invention also uses a brushless motor control device that can be stably started regardless of the load on the impeller at the time of startup by using a forced synchronization signal of periodic data corresponding to the motor load. An object of the present invention is to provide a self-priming pump.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, a brushless motor control device according to the present invention includes a comparison unit that compares a voltage of each terminal of a plurality of stator windings with a reference voltage, and is connected to each terminal of each stator winding. A brushless circuit comprising: a drive circuit that generates a drive current that flows through each of the stator windings; a drive power supply that applies a drive voltage to the drive circuit; and a logical operation unit that outputs an energization timing signal to the drive circuit. In the motor control apparatus, the logical operation means includes a plurality of periodic data of forced synchronization signals set corresponding to different loads at each activation.
[0022]
With this configuration, it is possible to provide a brushless motor control device that can be stably started by associating the periodic data of the forced synchronization signal with the motor load at the time of startup.
[0023]
The self-priming pump using the brushless motor control device of the present invention is a self-priming pump in which an impeller is driven by a brushless motor, and the control device for controlling the brushless motor includes a plurality of fixed pumps. Comparison means for comparing the voltage of each terminal of the child winding with a reference voltage, a drive circuit that is connected to each terminal of each of the stator windings and generates a drive current that flows through each of the stator windings, and the drive A brushless motor control device comprising: a drive power supply for applying a drive voltage to a circuit; and a logic operation means for outputting an energization timing signal to the drive circuit, wherein the logic operation means is loaded at a different load at each start-up. It has a configuration having period data of a plurality of forced synchronization signals set correspondingly.
[0024]
With this configuration, by using the forced synchronization signal of the periodic data corresponding to the motor load, it is possible to stably start the brushless motor regardless of the load on the impeller at the time of startup. A suction pump can be provided.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In order to achieve this object, it is claimed in claim 1 of the present invention. Self-priming pump Is The impeller is a self-priming pump driven by a brushless motor, Comparing means for comparing a voltage at each terminal of the plurality of stator windings with a reference voltage, a drive circuit for generating a drive current connected to each terminal of each stator winding and flowing through each stator winding, A control device for a brushless motor, comprising: a drive power supply for applying a drive voltage to the drive circuit; and a logic operation means for outputting an energization timing signal to the drive circuit. Controlled by The logical operation means has periodic data of a plurality of forced synchronization signals set corresponding to different loads at each activation. The load includes a state in which the pump and the pipe are filled with water, a state in which the pump is filled with water but no water in the pipe, and a state in which there is no water in the pump. It is classified into three states As a result, by performing forced synchronous operation with periodic data of the forced synchronous signal corresponding to fluctuating loads, stable switching without increasing drive current or step-out in switching from forced synchronous operation to sensorless operation The effect of being able to In addition, by using the forced synchronization signal of the periodic data corresponding to the motor load, it is possible to start stably regardless of the load on the impeller at the time of startup Is obtained.
[0026]
Here, the brushless motor is a sensorless type of 2-phase, 3-phase, 5-phase, 7-phase, or the like. Further, a star-connected bipolar drive brushless motor, a delta connection bipolar drive brushless motor, a unipolar drive brushless motor, or the like is used.
[0027]
As the drive circuit, a circuit for switching the phase of the drive current flowing through the stator winding by a commutator element including a switching element such as a bipolar transistor or a MOS transistor is used.
[0028]
The invention described in claim 2 of the present invention is described in claim 1. Control the self-priming pump A control device for a brushless motor, wherein the logic operation means is configured to select a cycle data having a long cycle among cycle data of the plurality of forced synchronization signals and generate a forced synchronization signal. In addition to the operation of the first aspect, when used in a device that often has a large load at start-up, an operation that can be quickly adjusted to appropriate periodic data is obtained.
[0029]
Here, as a device that often has a large load at start-up, a well pump, a circulation pump for bath preparation built in a water heater, a jet bath, and the like are used.
[0030]
The invention described in claim 3 of the present invention is described in claim 1. Control the self-priming pump A control device for a brushless motor, wherein the logical operation means is configured to generate a forced synchronization signal by selecting in order from cycle data having a short cycle among cycle data of the plurality of forced synchronization signals. In addition to the operation of the first aspect, when used in a device that often has a small load at the time of start-up, it is possible to quickly adjust to appropriate periodic data.
[0031]
Here, an air-conditioning outdoor unit blower fan or the like is used as a device that often has a small load at startup.
[0032]
The invention described in claim 4 of the present invention is described in claim 1. Control the self-priming pump A controller for a brushless motor, wherein the logical operation means stores forced synchronization cycle data memory means in which cycle data of a plurality of forced synchronization signals set corresponding to different loads at each startup, and the drive circuit Current value detecting means for detecting the drive current of the current, and the drive current is a constant current value more than In this case, the load torque is larger than a set value, and a forced synchronization signal generating unit that selects appropriate cycle data among the cycle data of the plurality of forced synchronization signals based on the drive current and generates a forced synchronization signal is provided. In this manner, in addition to the operation of claim 1, when the load torque is larger than the set periodic data of the forced synchronous signal, the forced synchronous operation can be performed by changing the periodic data as it is. The effect is obtained.
[0033]
The invention described in claim 5 of the present invention is described in claim 1. Control the self-priming pump A controller for a brushless motor, wherein the logical operation means stores forced synchronization cycle data memory means in which cycle data of a plurality of forced synchronization signals set corresponding to different loads at each startup, and the drive circuit Current value detecting means for detecting the drive current of the current, and the drive current is a constant current value Less than In this case, the load torque is smaller than a set value, and a forced synchronization signal generating unit that selects appropriate cycle data from among the cycle data of the plurality of forced synchronization signals based on the drive current and generates a forced synchronization signal is provided. In this way, in addition to the operation of claim 1, when the load torque is smaller than the set periodic data of the forced synchronous signal, the forced synchronous operation can be performed by changing the periodic data as it is. The effect is obtained.
[0034]
The invention according to claim 6 of the present invention is the brushless motor control device according to claim 4 or 5, wherein the controller is stopped once before selecting the appropriate cycle data, and then converted into the appropriate cycle data. With this configuration, even if the load torque deviates significantly from the set periodic data of the forced synchronization signal, it is possible to perform stable forced synchronous operation by once stopping and restarting The effect that it can be obtained.
[0035]
The invention described in claim 7 of the present invention is described in claim 1. Control the self-priming pump A controller for a brushless motor, wherein the logical operation means stores forced synchronization cycle data memory means in which cycle data of a plurality of forced synchronization signals set corresponding to different loads at each startup, and the drive circuit Current value detecting means for detecting the drive current of the plurality of forced synchronization signals, and selecting and starting the cycle data of the longest cycle among the cycle data of the plurality of forced synchronization signals. small In this case, the system includes a forced synchronization signal generating means for selecting a cycle data of the next longest cycle after the cycle data of the longest cycle and generating a forced synchronization signal. In addition to the above operation, when used in a device in which the load at the time of activation often fluctuates, an operation that can be quickly adjusted to appropriate periodic data is obtained.
[0036]
Here, as a device in which the load at the time of starting often fluctuates, a well pump, a circulation pump for reheating a bath incorporated in a water heater, a jet bath, or the like is used.
[0038]
( Basic configuration )
FIG. 1 illustrates the present invention. Basic configuration It is a block diagram which shows the apparatus structure of the control apparatus of the brushless motor in.
[0039]
In FIG. 1, 101 is a stator, 102u, 102v and 102w are stator windings, 103 is a permanent magnet rotor, 104 is a drive circuit, 105 to 110 are commutator elements, 111 to 116 are freewheeling diodes, i _u , I _v , I _w Is a drive current, U, V, W are drive terminals, O is a common terminal, V _U , V _V , V _W Is a drive terminal voltage, which is the same as that in FIG.
[0040]
Reference numeral 117 denotes a driving power source that is a variable voltage source and supplies a voltage for driving the stator 101. Reference numeral 118 denotes a bypass capacitor that removes noise superimposed on the voltage of the driving power source 117. R _I Is the total current detection resistance, V _I Is the total current detection resistor R _I This is the total current detection voltage that is a voltage generated at both ends.
[0041]
The bypass capacitor 118 has a total current value detection resistor R on both sides of the drive power supply 117 on the negative electrode side. _I And the negative side of the drive power supply 117 is grounded. The emitter side of the high-side commutator elements 105 to 107 is connected to the positive side of the drive power supply 117, and the collector side of the low-side commutator elements 108 to 110 is the total current value detection resistor R. _I Is grounded.
[0042]
Reference numerals 119U and 119L denote potentials at neutral points of voltages generated at the terminals of the stator windings 102u, 102v, and 102w (hereinafter referred to as neutral potential V). _N Call it. ), And 120 denotes a drive terminal voltage V generated at terminals U, V, and W of the stator windings 102u, 102v, and 102w. _U , V _V , V _W And neutral potential V _N And the zero cross point detection signal V _U0 , V _V0 , V _W0 The zero-cross point detectors 120u, 120v, and 120w generate and output the drive terminal voltage V _U , V _V , V _W And neutral potential V _N Is input and the zero-cross point detection signal V _U0 , V _V0 , V _W0 , 121 is a control unit that controls the rotational speed of the permanent magnet rotor 103 by controlling the drive circuit 104.
[0043]
The neutral potential generating resistor 119U and the neutral potential generating resistor 119L are connected to the connection point O. _N Are connected to each other, the other end of the neutral potential generating resistor 119U is connected to the positive electrode of the bypass capacitor 118, and the other end of the neutral potential generating resistor 119L is the total current value detecting resistor R. ₁ Is grounded. The neutral potential generating resistor 119U and the neutral potential generating resistor 119L are connected to each other at a connection point O at which they are connected. _N Neutral potential V _N The resistance value is adjusted to generate The positive input sides of the comparators 120u, 120v, and 120w are connected to the drive terminals U, V, and W, respectively, and each negative input side is connected to the connection point O. _N It is connected to the. The comparators 120u, 120v, and 120w are input to the input drive terminal voltage V of each phase. _U , V _V , V _W And neutral potential V _N And the drive terminal voltage V _U , V _V , V _W Is neutral potential V _N When it is larger, the zero cross point detection signal V _U0 , V _V0 , V _W0 Is output as a HIGH state, and the drive terminal voltage V _U , V _V , V _W Is neutral potential V _N When it is smaller, the zero cross point detection signal V _U0 , V _V0 , V _W0 Is output as a LOW state. The control unit 121 is connected to the bases of the commutator elements 105 to 110, and generates and outputs six-phase control signals UH, UL, VH, VL, WH, WL for controlling the drive circuit 104. The control unit 121 is connected to the output side of the comparators 120u, 120v, and 120w, and when the rotation speed of the permanent magnet rotor 103 is equal to or greater than a certain value and the feedback synchronization control is possible, the zero cross point detection unit Zero cross point detection signal V input from 120 _U0 , V _V0 , V _W0 Is switched to feedback synchronous control for generating and outputting each six-phase control signal based on the above.
[0044]
FIG. 2 illustrates the present invention. Basic configuration It is a functional block diagram of the control part in.
[0045]
In FIG. 2, 120 is a zero crossing point detection unit, 120u, 120v and 120w are comparators, 121 is a control unit, and V _U , V _V , V _W Is the drive terminal voltage, V _U0 , V _V0 , V _W0 Is the zero cross point detection signal, V _I Is the total current detection voltage, UH, UL, VH, VL, WH, WL are six-phase control signals, which are the same as in FIG.
[0046]
Reference numeral 130 denotes an input zero cross point detection signal V. _U0 , V _V0 , V _W0 Feedback synchronous control signal V for obtaining the commutation timing of the six-phase control signals UH, UL, VH, VL, WH, WL based on _U1 , V _V1 , V _W1 Feedback synchronization signal generating means 131 for generating and outputting the periodic data of a plurality of forced synchronization signals (this Basic configuration Is a forced synchronization cycle data memory means in which the cycle data of three forced synchronization signals, f1, f2, f3) from the longer cycle (low frequency) are stored, and f1 is used for those with a large load. F3 is used for a light load. 132 is the total current detection voltage V _I Current detection means for detecting the drive current from the control signal, and when the drive current is greater than a predetermined current value (hereinafter referred to as a threshold current value), a detection signal is output to a forced synchronization signal generation means described later. 133 is input with a detection signal from the current detection means 132, reads the forced synchronization cycle data (f 1, f 2, f 3) corresponding to the drive current from the forced synchronization cycle data memory 131, and the forced synchronization signal V _U2 , V _V2 , V _W2 Forcing synchronization signal generating means 134 for generating feedback feedback control signal V _U1 , V _V1 , V _W1 Or forced sync signal V _U2 , V _V2 , V _W2 The commutation control means 135 generates and outputs the six-phase control signals UH ′, UL ′, VH ′, VL ′, WH ′, WL ′ based on the reference numeral 135, and the six-phase control signal UH ′ input from the commutation controller 134. , UL ′, VH ′, VL ′, WH ′, WL ′ is a drive that actually generates and outputs six-phase control signals UH, UL, VH, VL, WH, WL at the base voltage level of the commutator elements 105 to 110. Base signal buffer means 136 receives feedback synchronization control signal V as input of commutation control means 133. _U1 , V _V1 , V _W1 And forced synchronization control signal V _U2 , V _V2 , V _W2 And a switching control unit for switching to any one of the above.
[0047]
Book configured as above Basic configuration In the brushless motor control apparatus, a control method in the case where the motor load at the start-up varies will be described below.
[0048]
FIG. 3 illustrates the present invention. Basic configuration FIG. 4 is a diagram showing, for each load, a time change in frequency of a forced synchronization signal and a time change in current value of a brushless motor control device in FIG. 4, and FIG. 4 shows the forced change from forced synchronous operation at startup to steady sensorless operation. It is a figure which shows the time change of the frequency of a synchronizing signal, and the time change of an electric current value.
[0049]
When the activation of the brushless motor is started, the forced synchronization signal generation unit 133 reads the cycle data f1 of the forced synchronization signal having the longest cycle (the lowest frequency) from the forced synchronization cycle data memory unit 131. Next, the forcible synchronization signal V1, while gradually approaching the cycle to the cycle data f1 from the longer cycle, _U2 , V _V2 , V _W2 Is output to the commutation control means 134 step by step. Next, the commutation control means 134 outputs the six-phase control signals UH ′, UL ′, VH ′, VL ′, WH ′, WL ′ to the drive base signal buffer means 135, and the drive base signal buffer means 135 outputs the drive circuit 104. 6-phase control signals UH, UL, VH, VL, WH, WL are output to the forced synchronous operation. When the drive current is stable for a predetermined period, the current detection unit 132 outputs a detection signal to the switching control unit 136, and the switching control unit 136 outputs a switching signal to the commutation control unit 134. Switch to sensorless operation.
[0050]
When the load at the time of forced synchronous operation with cycle data f1 is small, unlike a preset load , Drive current becomes smaller . In this case, after a predetermined time (T1) has elapsed from the start-up, the current detection means 132 detects the total current detection voltage V _I The drive current is detected from the small In this case, a detection signal is output to the forced synchronization signal generation unit 133. The forced synchronization signal generation unit 133 to which the detection signal is input from the current detection unit 132 reads the cycle data f2 having a preset load smaller than the cycle data f1 from the forced synchronization cycle data memory unit 131, and determines the cycle of the cycle data f1. The forced synchronization signal V2 while gradually approaching the cycle of the cycle data f2. _U2 , V _V2 , V _W2 Is output to the commutation control means 134 step by step. When the drive current is stable for a predetermined period, the current detection unit 132 outputs a detection signal to the switching control unit 136, and the switching control unit 136 outputs a switching signal to the commutation control unit 134. Switch to sensorless operation.
[0051]
As described above, the present invention Basic configuration The control device for brushless motors in the system can detect the drive current and use the periodic data corresponding to the drive current, so that the forced synchronous operation corresponding to the load at the start can be performed. You can drive.
[0052]
Even when the periodic data f2 is used, the drive current is more than the threshold current value. small In this case, the period data f3 is transferred.
[0053]
Book Basic configuration In FIG. 5, the period data is three, f1, f2, and f3, but the same can be implemented if the number of period data is plural.
[0054]
( Embodiment )
next Basic configuration Using a brushless motor control device This embodiment The self-priming pump will be described.
[0055]
FIG. 5 illustrates the present invention. Embodiment It is a principal part cross-sectional side view of the self-priming pump in FIG.
[0056]
In FIG. 5, 101 is a stator and 103 is a permanent magnet rotor. Basic configuration Therefore, the same reference numerals are used and description thereof is omitted.
[0057]
Reference numeral 11 denotes a housing of a self-priming pump having a suction port 11a and a discharge port 11b in the upper part, and 12 denotes a water suction chamber 13 which is a space on the suction port 11a side and a discharge chamber which is a space on the discharge port 11b side. 14 is a partition plate divided into 14, 12 a is a water passage hole formed in the lower part of the partition plate 12, 15 is a fixed shaft fixed at one end in the vicinity of the water passage hole 12 a and fixed in the discharge chamber 14, 16 Is a bearing portion fitted on the fixed shaft 15 so as to be rotatable coaxially with the fixed shaft 15, and a permanent magnet rotor 103 is fixed coaxially with the fixed shaft 15 around the periphery. 17 is fixed to both ends of the fixed shaft 15 to prevent the bearing portion 16 from moving in the axial direction. Reference numeral 18 denotes an impeller having a suction side disposed in the discharge chamber 14 so as to face the water passage hole 12a, and is fixed to the bearing portion 16 coaxially with the fixed shaft 15. Reference numeral 19 denotes a rotor in which the permanent magnet 103, the bearing portion 16, and the impeller 18 are integrally formed. The rotor 19 is rotated by energizing the stator 101. 20 Basic configuration The control unit includes a drive circuit 104, a zero-cross point detection unit 120, a logical operation unit 121, and the like.
[0058]
still, This embodiment Is Basic configuration The same control device as the brushless motor is used.
[0059]
Configured as above This embodiment The operation of the self-priming pump will be described below.
[0060]
When the control unit 20 energizes the stator 101, a rotating magnetic field is generated in the stator 101, and the rotor 19 rotates. As the rotor 19 rotates, the suction side of the impeller 18 becomes low pressure and the discharge side becomes high pressure, and the fluid flowing in from the suction port 11a passes through the water absorption chamber 13, the water passage hole 12a, the impeller 18, and the discharge chamber 14, It is discharged from the discharge port 11b.
[0061]
The load applied to the motor (the stator 101 and the rotor 19) at the time of starting the self-priming pump as described above is a state in which water is filled in the self-priming pump and the pipe (hereinafter referred to as state 1), The suction pump is filled with water but there is no water in the pipe (hereinafter referred to as state 2), and there is no water in the self-priming pump (hereinafter referred to as state 3). Can be classified. still, This embodiment The periodic data f1, f2, and f3 of the forced synchronization signal at are the periodic data corresponding to the loads in the state 1, state 2, and state 3.
[0062]
At this time, the load on the motor is maximum in the state 1, the minimum in the state 3, and the intermediate state in the state 2. The state of the self-priming pump is often used for applications in which the state often changes at each start, and it is difficult to specify the load on the motor at the start. Therefore, in the forced synchronous operation at start-up, the cycle data f1 having a long cycle (low frequency) is selected and the forced synchronous operation is started. Basic configuration In the same manner as described above, the period of the periodic data of f2 and f3 and the forced synchronization signal is changed to a short one (high frequency). When the load on the motor is smaller than the preset load during forced synchronous operation using the periodic data f1 of the forced synchronous signal , Drive current is lower . This Basic configuration Similarly, the logical operation means 121 determines that the load is light, and the period data of the forced synchronization signal is transferred to the period data (f2) having a shorter period. As a result, the current value is high If this happens, it will move directly to steady sensorless operation and the drive current will Low If it remains, the forced synchronization signal cycle data is shifted to shorter cycle data (f3).
[0063]
As described above, the present invention Embodiment In the self-priming pump in Fig. 1, the periodic data (f1, f2, f3) of the forced synchronization signal corresponding to the load (in state 1, state 2, and state 3) that changes at each start-up is set in advance and the forced Since forced synchronous operation is performed with the periodic data of the synchronization signal, stable forced synchronous operation that does not cause step-out is performed regardless of the state of the self-priming pump at the start of operation (regardless of the load on the motor). Can do.
[0064]
【The invention's effect】
As described above, according to the brushless motor control device of the present invention and the self-priming pump using the same, the following advantageous effects can be obtained.
[0065]
Claim 1 According to the invention By performing forced synchronous operation with periodic data of forced synchronous signals corresponding to fluctuating loads, it is possible to perform stable switching without increasing drive current or step-out in switching from forced synchronous operation to sensorless operation. A self-priming pump that can be started stably regardless of the load on the impeller at the start-up by using a forced synchronization signal of periodic data corresponding to the motor load Can be provided.
[0066]
Claim 2 According to the invention In addition to the effect of claim 1, when used in a device that often has a large load at start-up, it is possible to provide a brushless motor control device that can quickly adjust to appropriate cycle data.
[0067]
According to the third aspect of the invention, in addition to the effect of the first aspect, the control of the brushless motor that can be quickly adjusted to appropriate cycle data when used in a device that often has a small load at startup. An apparatus can be provided.
[0068]
According to the fourth aspect of the present invention, in addition to the effect of the first aspect, when the load torque is larger than the set periodic data of the forced synchronous signal, the forced synchronous operation can be performed by changing the periodic data as it is. A control device for a brushless motor can be provided.
[0069]
According to the fifth aspect of the present invention, in addition to the effect of the first aspect, when the load torque is smaller than the period data of the set compulsory synchronization signal, the period data can be changed as it is to perform the forcible synchronous operation. A control device for a brushless motor can be provided.
[0070]
According to the sixth aspect of the present invention, even when the load torque deviates significantly from the set periodic data of the forced synchronization signal, the brushless motor can perform stable forced synchronous operation by once stopping and restarting. A control device can be provided.
[0071]
According to the seventh aspect of the present invention, in addition to the effect of the first aspect, the brushless motor can be quickly adjusted to appropriate cycle data when used in a device in which the load at the time of startup often fluctuates. A control device can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 of the present invention Basic configuration The block diagram which shows the apparatus structure of the control apparatus of the brushless motor in
FIG. 2 of the present invention Basic configuration Block diagram of the control unit
FIG. 3 is a diagram showing the time change of the frequency of the forced synchronization signal and the time change of the current value for each load.
FIG. 4 is a diagram showing a time change of a frequency of a forced synchronization signal and a time change of a current value until a transition from a forced synchronous operation at startup to a steady sensorless operation is performed.
FIG. 5 shows the present invention. Embodiment Sectional side view of the main part of the self-priming pump
FIG. 6 is a block diagram showing a device configuration of a brushless motor control device disclosed in Japanese Patent Publication (A).
FIG. 7 is a diagram showing timing at the time of switching from synchronous control to feedback control of the brushless motor control device disclosed in the publication No. 1
[Explanation of symbols]
11 Housing
11a inlet
11b Discharge port
12 Partition plate
12a Water flow hole
13 Water absorption room
14 Discharge chamber
15 Fixed shaft
16 Bearing part
17 Bearing plate
18 impeller
19 Rotor
20 Control unit
101 stator
102u, 102v, 102w Stator winding
103 Permanent magnet rotor
104 Drive circuit
105, 106, 107, 108, 109, 110 Commutator element
111, 112, 113, 114, 115, 116 Freewheeling diode
117 Drive power supply
118 Bypass capacitor
119U, 119L Neutral potential generating resistor
120 Zero cross point detector
120u, 120v, 120w comparator
121 Control unit
130 Feedback synchronization signal generating means
131 Forced synchronization cycle data memory means
132 Current detection means
133 Forced synchronization signal generator
134 Commutation control means
135 Drive base signal buffer
136 Switching control means
201 Position detection means
202 Control unit
203 Start command means
204 Synchronization signal generating means
205 Mode discrimination means
206 Drive signal generating means
207, 208 switching timing
209 Phase difference
V _N Sex potential
V _U , V _V , V _W Drive terminal voltage
V _I Total current detection voltage
R ₁ Total current detection resistor
V _U0 , V _V0 , V _W0 Zero cross point detection signal
V _U1 , V _V1 , V _W1 Feedback synchronization control signal
V _U2 , V _V2 , V _W2 Forced synchronization control signal
V _S Driving voltage
UH, UL, VH, VL, WH, WL, UH ', UL', VH ', VL', WH ', WL' Six
Phase control signal
i _u , I _v , I _w Drive current

Claims

The impeller is a self-priming pump driven by a brushless motor, and a comparison means for comparing the voltage of each terminal of a plurality of stator windings with a reference voltage; and each terminal of each stator winding A drive circuit that generates a drive current that is connected and flows to each of the stator windings; a drive power supply that applies a drive voltage to the drive circuit; and a logic operation unit that outputs an energization timing signal to the drive circuit. Controlled by brushless motor control device ,
It said logical operation means, different loads to correspondingly have a cycle data of the set plurality of compulsory synchronization signal every start, the load is a state where water is filled in the interior and the pipe of the pump, the pump The self-priming pump is characterized by being classified into three states: a state in which water is filled but water is not in the piping and a state in which there is no water in the pump .

2. The brushless motor control apparatus for controlling a self-priming pump according to claim 1, wherein the logical operation means sequentially selects cycle data having a long cycle from cycle data of the plurality of forced synchronization signals. A control device for a brushless motor, characterized by generating a signal.

2. The brushless motor control apparatus for controlling a self-priming pump according to claim 1, wherein the logical operation means sequentially selects cycle data having a short cycle among cycle data of the plurality of forced synchronization signals and performs forced synchronization. A control device for a brushless motor, characterized by generating a signal.

2. The brushless motor control apparatus for controlling a self-priming pump according to claim 1, wherein the logical operation means stores periodic data of a plurality of forced synchronization signals set corresponding to different loads at each start-up. Forced synchronization cycle data memory means, current value detection means for detecting the drive current of the drive circuit, and based on the drive current assuming that the load torque is larger than a set value when the drive current is equal to or greater than a certain current value A control device for a brushless motor, comprising: forced synchronization signal generation means that selects appropriate cycle data from among the periodic data of the plurality of forced synchronization signals and generates a forced synchronization signal.

2. The brushless motor control apparatus for controlling a self-priming pump according to claim 1, wherein the logical operation means stores periodic data of a plurality of forced synchronization signals set corresponding to different loads at each start-up. Forced synchronization period data memory means, current value detection means for detecting the drive current of the drive circuit, and based on the drive current assuming that the load torque is smaller than a set value when the drive current is below a certain current value A control device for a brushless motor, comprising: forced synchronization signal generation means that selects appropriate cycle data from among the periodic data of the plurality of forced synchronization signals and generates a forced synchronization signal.

6. The brushless motor control apparatus according to claim 4, wherein the control is stopped once before selecting the appropriate cycle data, and then restarted by switching to the appropriate cycle data.

2. The brushless motor control apparatus for controlling a self-priming pump according to claim 1, wherein the logical operation means stores periodic data of a plurality of forced synchronization signals set corresponding to different loads at each start-up. Forced synchronization cycle data memory means, current value detection means for detecting the drive current of the drive circuit, and selecting and starting the cycle data of the longest cycle among the cycle data of the plurality of forced synchronization signals Forcibly synchronizing signal generating means for generating a forcible synchronizing signal by selecting the period data of the longest period next to the period data of the longest period when the current is smaller than a certain current value ; Brushless motor control device .