JP5571987B2 - Braking method for brushless DC motor - Google Patents
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Description
本発明は、制動力制御機能を有するブラシレスDCモータの制動方法に関する。 The present invention relates to a braking method for a brushless DC motor having a braking force control function.
従来、ブラシレスDCモータの駆動装置と制動装置としては、例えば、スイッチング素子を直列に接続した複数のアームを電源に接続し、各アームのスイッチング素子間をモータの巻線に接続してモータ駆動回路を構成し、モータ駆動回路への電力供給を遮断手段によって遮断するようにした先行技術がある(特許文献1)。特許文献1では、誘導起電力が電源電圧を超えた場合、インバータの入力電圧を半導体スイッチにより切断し、上側アーム(あるいは下側アーム)をPWM制御にてオン、オフを繰り返すことで、制動力を制御するようにしている。
Conventionally, as a driving device and a braking device for a brushless DC motor, for example, a plurality of arms in which switching elements are connected in series are connected to a power source, and the switching elements of each arm are connected to a motor winding to connect a motor driving circuit. There is a prior art in which the power supply to the motor drive circuit is cut off by a cut-off means (Patent Document 1). In
また、電源遮断時のブラシレスDCモータの回生制動をおこなうため、電源遮断検出装置を設け、電源遮断時に上側アーム(あるいは下側アーム)をすべてオンして回生制動を行った後、あらかじめタイマーで設定した時間が経過した後に機械式ブレーキ機構によりたるみのないテープの巻き取りを行う方法(特許文献2)が知られている。 Also, in order to perform regenerative braking of the brushless DC motor when the power is cut off, a power cut-off detection device is provided, and when the power is cut off, all upper arms (or lower arms) are turned on to perform regenerative braking, and then set with a timer There is known a method (Patent Document 2) of winding a tape without slack by a mechanical brake mechanism after a lapse of time.
一方、3相の電機子巻線に対応した3個の高電位側スイッチング素子と3個の低電位側スイッチング素子を有するインバータと、前記インバータの動作を制御する制御手段を設け、駆動時には、初期充電モード等を設け、スイッチングパターンを工夫することで回生制動を行う方法(特許文献3)が知られている。 On the other hand, an inverter having three high-potential side switching elements and three low-potential side switching elements corresponding to three-phase armature windings, and a control means for controlling the operation of the inverter are provided. A method of performing regenerative braking by providing a charging mode or the like and devising a switching pattern (Patent Document 3) is known.
また、ブラシレスDCモータの減速時において、停止指令が与えられたときに電源から電気子に駆動電流が与えられるのを阻止するようにスイッチ回路を制御し、回転方向指令を制動力に応じたデューティー比で切り替えながら減速する方法(特許文献4)が知られている。 In addition, when the brushless DC motor is decelerated, the switch circuit is controlled so as to prevent the drive current from being supplied from the power source to the electric element when the stop command is given, and the rotation direction command is set to a duty corresponding to the braking force. A method of decelerating while switching at a ratio (Patent Document 4) is known.
さらに、ブラシレスDCモータによる交流発電電圧をダイオードブリッジで整流し直流に変換し、変換して得た直流電圧をチョッパ回路で電圧調整を行い、抵抗によりその電力を消費させることにより制動力を得る方法(特許文献5)が知られている。 Further, a method of obtaining a braking force by rectifying an AC generated voltage by a brushless DC motor by a diode bridge and converting it to a DC voltage, adjusting a voltage of the converted DC voltage by a chopper circuit, and consuming the electric power by a resistor (Patent Document 5) is known.
しかしながら、このような従来のブラシレスDCモータの駆動装置あるいはブレーキ装置にあっては、次のような問題があった。
特許文献1の技術では、モータの誘起電圧が電源電圧より大きくなった場合、インバータを電源から切り離し回生制動を行うため、モータの誘起電圧が電源電圧より小さい場合に制動制御が不能となる。また、コンデンサがインバータの電源に接続されていないため、回生制動時に電流が連続しなくなり、大きな制動力を発生できない。
特許文献2の技術では、上側アーム(あるいは下側アーム)をすべてオンして回生制動を行うため、制動力を制御できない。
特許文献3の技術では、初期充電モード等を設け、スイッチングパターンを工夫することで回生制動を行う方法をとっているため、スイッチング素子の導通比率を所定のものとしなければならず、制動力を制御できない。
特許文献4の技術では、ブラシレスDCモータを減速するための発明であり、モータ出力軸が外部から回転させられた場合に制動力は得られない。
特許文献5の技術では、変換して得た直流電圧をチョッパ回路で電圧調整を行い、抵抗によりその電力を消費させることにより制動力を得る方法であるため、制動装置としての機能しかなく、同一の装置でブラシレスDCモータを駆動することができない。
However, such a conventional brushless DC motor drive device or brake device has the following problems.
In the technique of
In the technique of
In the technique of
The technique of
The technique of
本発明は、上記従来技術の課題を解決し、ブラシレスDCモータをひとつの駆動装置で力行動作と回生動作を実現することが可能であるとともに、制動力と発生トルクを自在に制御でき、かつ、駆動回路に回生抵抗を有しないため、発熱する虞がない制動力制御機能を有するブラシレスDCモータの制動方法を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned problems of the prior art, enables a brushless DC motor to realize a power running operation and a regenerative operation with a single drive device, and can freely control a braking force and a generated torque, and An object of the present invention is to provide a method for braking a brushless DC motor having a braking force control function that does not cause heat generation because the drive circuit does not have a regenerative resistor.
本発明は、上記課題を解決するため、ブラシレスDCモータを駆動する直流電源と、該直流電源から前記ブラシレスDCモータの巻線に流す電流をオン、オフするスイッチング素子群と、該スイッチング素子群と並列に接続されたコンデンサと、前記直流電源と前記スイッチング素子群とを切り離すスイッチと、前記スイッチング素子群を駆動するための前記スイッチング素子群の上アーム側が相数個、下アーム側が1個である駆動回路用電源と、前記ブラシレスDCモータの位置情報を元に励磁シーケンスを作成する励磁シーケンス作成器と、指令電圧指示に比例したPWM信号を発生するPWM信号発生器と、を備え、前記励磁シーケンス作成器によって作成された励磁シーケンスと前記PWM信号発生器からのPWM信号を合成して前記スイッチング素子群のスイッチング素子をオン、オフして前記ブラシレスDCモータを駆動および制動する方法において、制動時に、前記直流電源と前記スイッチング素子群とを切り離し、前記励磁シーケンス作成器によって、前記ブラシレスDCモータの駆動方向とは逆方向の励磁シーケンスを作成し、制動力指示に比例したPWM信号を前記PWM信号発生器で作成し、前記励磁シーケンス作成器によって作成された励磁シーケンスと前記PWM信号発生器からのPWM信号を合成して前記スイッチング素子群のスイッチング素子をオン、オフして、前記ブラシレスDCモータの誘起電圧を、前記スイッチング素子群を通じて前記ブラシレスDCモータで消費させることで制動力を発生させる制動方法である。
また、本発明は、力行、回生動作をブラシレスDCモータの励磁シーケンスとPWM信号により制御し、かつ前記スイッチング素子群の上下アームでPWM変調による制動力の制御をすることにある。
さらに、本発明は、ブラシレスDCモータの回転子位置情報から回転方向を判別する回転方向判別回路を設け、回転方向に見合う励磁シーケンスを前記励磁シーケンス作成器により作成することにある。
In order to solve the above problems, the present invention provides a direct current power source for driving a brushless DC motor, a switching element group for turning on and off a current flowing from the direct current power source to the winding of the brushless DC motor, and the switching element group. Capacitors connected in parallel, a switch for disconnecting the DC power supply and the switching element group, the upper arm side of the switching element group for driving the switching element group has several phases, and the lower arm side has one with a power drive circuit, an excitation sequence generator for creating an excitation sequence based on the position information of the brushless DC motor, a PWM signal generator for generating a PWM signal proportional to the command voltage instruction, said excitation sequence The excitation sequence created by the generator and the PWM signal from the PWM signal generator are combined before In the method of driving and braking the brushless DC motor by turning on and off the switching elements of the switching element group, the DC power supply and the switching element group are separated during braking, and the brushless DC motor is separated by the excitation sequence generator. An excitation sequence in a direction opposite to the driving direction of the motor is created, a PWM signal proportional to a braking force instruction is created by the PWM signal generator, and the excitation sequence created by the excitation sequence creator is generated from the PWM signal generator. turning on the switching element of the switching element group of the PWM signal synthesized and, turned off, the induced voltage of the brushless DC motor, a braking force is generated by causing consumed by the brushless DC motor through the switching element group braking Is the method.
Another object of the present invention is to control power running and regenerative operation by an excitation sequence of a brushless DC motor and a PWM signal, and to control a braking force by PWM modulation with upper and lower arms of the switching element group.
Furthermore, the present invention is to provide a rotation direction discriminating circuit for discriminating the rotation direction from the rotor position information of the brushless DC motor, and to create an excitation sequence corresponding to the rotation direction by the excitation sequence generator.
本発明によれば、ブラシレスDCモータ1をひとつの駆動装置で力行動作と回生動作を実現することが可能である。PWM信号のデューティー比により、制動力と発生トルクを自在に制御できる。駆動回路に回生抵抗を有しないため、駆動装置は発熱しない。
また、本発明によれば、上下のアームをPWM変調によりオン、オフし、PWM信号のデューティー比を変えることにより充放電の比率を変更し、電流を制御し、制動力と発生トルクを自在に制御することができる。
さらに、本発明によれば、回転方向判別回路により回転方向を判別することができるので、回転方向に見合う励磁シーケンスを作成することができる。
According to the present invention, it is possible to realize the power running operation and the regenerative operation of the
In addition, according to the present invention, the upper and lower arms are turned on / off by PWM modulation, the charge / discharge ratio is changed by changing the duty ratio of the PWM signal, the current is controlled, and the braking force and generated torque can be freely adjusted. Can be controlled.
Furthermore, according to the present invention, since the rotation direction can be determined by the rotation direction determination circuit, an excitation sequence corresponding to the rotation direction can be created.
以下、本発明の実施の形態を図面に従って詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1において、1は3相ブラシレスDCモータ、2は前記3相ブラシレスDCモータ1に内蔵され、該ブラシレスDCモータ1の回転子位置を検出するロータリーエンコーダあるいはホールIC等を使った回転子位置検出器である。3は前記3相ブラシレスDCモータ1を駆動するモータ駆動用直流電源で、このモータ駆動用直流電源3には、モータ駆動用電源用スイッチ4が直列接続されて、モータ駆動用電源3のオン(ON),オフ(OFF)を行うものである。
In FIG. 1,
5〜10は、NchパワーMOSFETからなるスイッチング素子であり、これらスイッチング素子5〜10は、スイッチング素子5と8,スイッチング素子6と9,スイッチング素子7と10がそれぞれ直列接続されて各アーム1〜3を構成し、これらアーム1〜3の直列回路が互いに並列接続されてモータ駆動回路Cを構成している。
前記モータ駆動回路Cのスイッチング素子5,6,7は3相モータ1の上アーム側主スイッチング素子を構成し、これら上アーム側主スイッチング素子5,6,7のゲートにはゲート駆動回路(駆動回路)11,12,13がそれぞれ接続されて上アーム側主スイッチング素子5,6,7のオン(ON),オフ(OFF)が行われる。
前記モータ駆動回路Cのスイッチング素子8,9,10は3相モータの下アーム側主スイッチング素子を構成し、これら下アーム側主スイッチング素子8,9,10のゲートにはゲート駆動回路(駆動回路)14,15,16がそれぞれ接続されて下アーム側主スイッチング素子8,9,10のオン(ON),オフ(OFF)が行われる。
The
The
17,18,19は3相モータの上アーム側主スイッチング素子5,6,7のゲート駆動回路用電源、20は3相モータの下アーム側主スイッチング素子8,9,10のゲート駆動回路用電源である。前記各アーム1〜3のスイッチング素子5と8間,スイッチング素子6と9間,スイッチング素子7と10間がモータ1に接続される出力端子P1,P2,P3となる。出力端子P1は、ブラシレスDCモータ1のモータ巻線のU相に接続され、出力端子P2は、モータ巻線のV相に接続され、出力端子P3はモータ巻線のW相に接続されている。
21は励磁シーケンス作成器であり、これはブラシレスDCモータ1の回転子位置が回転子位置検出器2から入力され、この回転子位置から励磁シーケンスが作成される。22は励磁シーケンス作成器21から励磁シーケンスが入力される信号合成器であり、この信号合成器22は、励磁シーケンスと、PWM信号発生器23から入力されるPWM信号によって、主スイッチング素子のON/OFF指令を作成する。
前記モータ駆動用電源3回路およびモータ駆動回路Cには、制動用に平滑コンデンサ(以下制動用コンデンサと略称する。)24が並列接続されている。25は励磁シーケンス作成器21に回転方向の指示を与える回転方向指示である。
17, 18, 19 are power supplies for the gate drive circuits of the upper arm side
A smoothing capacitor (hereinafter abbreviated as a braking capacitor) 24 for braking is connected in parallel to the motor driving
次に、上記の実施の形態の作用を説明する。
初めに、力行動作(負荷に機械エネルギーを供給)について説明する。
ブラシレスDCモータ1を120度通電方式により負荷を駆動する(力行動作)場合、ブラシレスDCモータ1に取り付けられた位置検出器2から出力される回転子位置情報をもとに、励磁シーケンス作成器21により、励磁シーケンスを作成する。
前記回転子位置検出器2にホールICを使用した場合、正回転と逆回転の方向指示に対する励磁シーケンスは図2に示すように正回転の場合と(a)逆回転の場合(b)のようになる。各相A,B,CごとのホールICの回転子位置情報によるU相、V相、W相の励磁シーケンスを示している。
Next, the operation of the above embodiment will be described.
First, a power running operation (supplying mechanical energy to a load) will be described.
When driving the load of the
When the Hall IC is used for the
指令電圧指示に比例したPWM信号をPWM信号発生器23で作成し、励磁シーケンスとPWM信号を信号合成器22で合成し、それぞれの主スイッチング素子のON/OFF指令を作成する。上アーム側主スイッチング素子駆動回路用電源17,18,19と下アーム側主スイッチング素子駆動回路用電源20から電源供給を受けた上アーム側主スイッチング素子駆動回路11,12,13と下アーム側主スイッチング素子駆動回路14,15,16は信号合成器22で合成された主スイッチング素子のON/OFF指令により、上アーム側主スイッチング素子5、6、7と下アーム側主スイッチング素子8,9,10のON/OFFをおこない、ブラシレスDCモータ1を駆動する。
A PWM signal proportional to the command voltage instruction is created by the
このときモータ駆動用電源用スイッチ4をONとして、モータ駆動用電源3からブラシレスDCモータ1に上アーム側主スイッチング素子5、6、7と下アーム側主スイッチング素子8,9,10を通じて電力供給を行う。
At this time, the motor
次に、回生動作(負荷から機械エネルギーを吸収)について説明する。
ブラシレスDCモータを120度通電方式により負荷を制動する(回生動作)場合、ブラシレスDCモータ1に取り付けられた位置検出器2から出力される回転子位置情報をもとに、励磁シーケンス作成器21により、励磁シーケンスを作成する。励磁シーケンスは負荷を駆動する場合と同一である(図2参照)。
制動を行う場合には回転子の回転方向と逆方向の回転指示を与える。制動力指示に比例したPWM信号をPWM信号発生器23で作成し、励磁シーケンスとPWM信号を信号合成器22で合成し、それぞれの主スイッチング素子のON/OFF指令を作成する。上アーム側主スイッチング素子駆動回路用電源17,18,19と下アーム側主スイッチング素子駆動回路用電源20から電源供給を受けた上アーム側主スイッチング素子駆動回路11,12,13と下アーム側主スイッチング素子駆動回路14,15,16は信号合成器22で合成された主スイッチング素子のON/OFF指令により、上アーム側主スイッチング素子5、6、7と下アーム側主スイッチング素子8,9,10のON/OFFをおこない、ブラシレスDCモータ1を駆動する。
このときモータ駆動用電源スイッチ4をOFFとして、モータ駆動用電源3を切り離す。ブラシレスDCモータ1の誘起電圧を上アーム側主スイッチング素子5、6、7と下アーム側主スイッチング素子8,9,10を通じてブラシレスDCモータ1で消費し制動力を発生させる。
Next, the regenerative operation (absorbing mechanical energy from the load) will be described.
When the brushless DC motor is braked by a 120-degree energization method (regenerative operation), the
When braking, a rotation instruction in the direction opposite to the rotation direction of the rotor is given. A PWM signal proportional to the braking force instruction is created by the
At this time, the motor
次に、モータ駆動用電源用スイッチの動作について説明する。
モータ駆動用電源スイッチ4によりモータ駆動用電源3を切り離すことなく制動を行おうとすると、前記した[特許文献5]で提案されているようなチョッパ回路を別に付加しなければならない。
本願発明では、回路構成を簡単にし、かつ回生抵抗を不要とするため、制動時にはモータ駆動用電源スイッチ4によりモータ駆動用電源3を切り離すこととしている。
Next, the operation of the motor drive power switch will be described.
If braking is to be performed without disconnecting the motor driving
In the present invention, in order to simplify the circuit configuration and eliminate the need for a regenerative resistor, the motor driving
次に、主スイッチング素子駆動回路電源の動作について説明する。
一般に回路構成を簡単にするために、低電圧でのインバータ主スイッチング素子の駆動回路には[特許文献3]で提案されているようなチャージポンプ方式、上アームにPchのFETを使用する。
しかしながら、モータ駆動用電源スイッチ4によりインバータの入力電圧がブラシレスDCモータの誘起電圧とスイッチングに左右され確定しない。
そこで、本願発明では、上アーム側主スイッチング素子駆動回路用電源17,18,19と下アーム側主スイッチング素子駆動回路用電源20を設けている。
Next, the operation of the main switching element drive circuit power supply will be described.
In general, in order to simplify the circuit configuration, a drive circuit for an inverter main switching element at a low voltage uses a charge pump system as proposed in [Patent Document 3], and a Pch FET for the upper arm.
However, the input voltage of the inverter is influenced by the induced voltage and switching of the brushless DC motor and is not determined by the motor
Therefore, in the present invention, the upper arm side main switching element driving
次に、制動力の発生と制動用コンデンサの動作について説明する。
説明の順序として、まず制動用コンデンサ24が無い場合の動作について図5および図6を参照して説明する。
ブラシレスDCモータ1は誘起電圧と同位相で電流を流せば力行動作のトルクを発生することができる。制動力は逆位相の電流を流すことで制動力が発生する。ホールICの出力信号と誘起電圧と各アームのスイッチング信号の関係を表したものが図3となる。
図3において各アームのオン指令は灰色の部分である。この信号は指令電圧指示に比例したPWM信号をPWM信号発生器23で作成し、励磁シーケンスとPWM信号を信号合成器22で合成した波形となる。
Next, the generation of braking force and the operation of the braking capacitor will be described.
As an order of explanation, first, an operation when the
The
In FIG. 3, the ON command for each arm is a gray portion. This signal has a waveform in which a PWM signal proportional to the command voltage instruction is created by the
制動用コンデンサ24なしで、モータ駆動用電源用スイッチ4をOFFとする。回転指示方向は正転、回転子の回転方向は正転であり、回転子位置検出器(ホールIC)による信号合成器22が生成するUVW相上下アームのスイッチング指令とモータの誘起電圧の関係が図3における状態6であったとき、UV相の主スイッチング素子と誘起電圧の関係は図5となる。
図5は図1に示すブロック図中の制動用コンデンサ24が接続されておらず、モータ駆動用電源用スイッチ4を切り、回転方向指示を正転方向、回転子の回転方向を正回転とし、U相上アーム素子5とV相下アーム素子9がON、U相下アーム素子8とV相上アーム素子6がOFFで、U相の誘起電圧が正、V相誘起電圧が負である場合のUV相のみのスイッチング素子に流れる電流を示す図である。
図5に示すように、主スイッチング素子5,9がONであっても電流経路はなく、電流は流れることができないため制動力は発生することができない。
Without the
5 is not connected to the
As shown in FIG. 5, even if the
つぎに、制動用コンデンサ24なしで、モータ駆動用電源用スイッチ4をOFFとする。回転指示方向は正転、回転子の回転方向は逆転であり、回転子位置検出器(ホールIC)による信号合成器22が生成するUVW相上下アームのスイッチング指令とモータの誘起電圧の関係が図4における状態3であったとき、UV相の主スイッチング素子と誘起電圧の関係は図6となる。
図6は図1に示すブロック図中の制動用コンデンサ24が接続されておらず、モータ駆動用電源スイッチ4を切り、回転方向指示を正転方向、回転子の回転方向を逆回転とし、U相上アーム素子5とV相下アーム素子9がOFF、U相下アーム素子8とV相上アーム素子6がONで、U相の誘起電圧が正、V相誘起電圧が負である場合のUV相のみのスイッチング素子に流れる電流を示す図である。
Next, the motor
6 is not connected to the
図6に示すように、電流経路はブラシレスDCモータ1の誘起電圧がプラスとなるところから主スイッチング素子5の寄生ダイオードkと主スイッチング素子6を通じる経路と、ブラシレスDCモータ1の誘起電圧がプラスとなるところから主スイッチング素子8を通じて主スイッチング素子9の寄生ダイオードkを通じて流れる電流経路の2通りが考えられる。電流経路を矢印で示す。この電流により制動力が発生する。したがって、制動力を得るためには回転子の回転方向と逆の回転指示となる励磁シーケンスを与えればよい。しかしながらPWM信号がOFFとなったときに全アームの主スイッチング素子はOFFとなり、電流が流れることができなくなり制動トルクはゼロとなる。このため、制動トルクはオン、オフを繰り返すこととなり、大きな制動力を得ることができない。
As shown in FIG. 6, since the induced voltage of the
そこで、本願発明では制動用コンデンサ24を付加し、モータ駆動用電源スイッチ4をOFFとする。回転指示方向は正転、回転子の回転方向は逆転であり、回転子位置検出器(ホールIC)2による信号合成器22が生成するUVW相上下アームのスイッチング指令とモータの誘起電圧の関係が図4における状態3であったとき、UV相の主スイッチング素子と誘起電圧の関係は図7となる。
図7は図1に示すモータ駆動用電源用スイッチ4を切り、回転方向指示を正転方向、回転子の回転方向を逆回転とし、U相上アーム素子5とV相下アーム素子9がOFF、U相下アーム素子8とV相上アーム素子6がONで、U相の誘起電圧が正、V相誘起電圧が負である場合のUV相のみのスイッチング素子に流れる電流を示す図である。
電流経路はブラシレスDCモータ1の誘起電圧がプラスとなるところから主スイッチング素子8を通じて主スイッチング素子9の寄生ダイオードを通じる経路により電流が流れ、制動用コンデンサ24に蓄えられた電荷は主スイッチング素子6を通じて放電される。この電流により制動力が発生する。
Therefore, in the present invention, a
7 turns off the motor drive
In the current path, the current flows through the path through the parasitic diode of the
さらに、PWM信号がOFFとなったときに全アームの主スイッチング素子はOFFとなる。このとき図8に示す状態となる。
図8は図1に示すモータ駆動用電源スイッチ4を切り、回転方向指示を正転方向、回転子の回転方向を逆回転とし、U相上下アーム素子5、8とV相上下アーム素子6、9すべてOFFで、U相の誘起電圧が正、V相誘起電圧が負である場合のUV相のみのスイッチング素子に流れる電流を示す図である。
図8で、主スイッチング素子5,6,8,9はOFFであるが、主スイッチング素子5,9の寄生ダイオードkがONしブラシレスDCモータ1の発生する誘起電圧で制動用コンデンサ24が充電されるため電流は連続し、制動トルクを発生することができる。
Further, when the PWM signal is turned off, the main switching elements of all the arms are turned off. At this time, the state shown in FIG. 8 is obtained.
8, the motor
In FIG. 8, the
次に、PWM変調の方法について説明する。
ブラシレスDCモータ1の駆動では、PWM信号による変調は上アームあるいは下アームのみ行う方法が一般である。
しかし、本願発明の手法で上アームあるいは下アームのみPWM変調を行うと、図8に示す全アームOFFの期間が存在しなくなり、制動用コンデンサ24を充電できなくなる。さらにONしている主スイッチング素子と寄生ダイオードにより電流が流れ、制動力を制御することができない。したがって、常に上下のアームをPWM変調によりON/OFFし、PWM信号のデューティー比を変えることにより充放電の比率を変更し、電流を制御し、制動力を制御する。
Next, a PWM modulation method will be described.
In driving the
However, if only the upper arm or the lower arm is subjected to PWM modulation by the method of the present invention, the all-arm OFF period shown in FIG. 8 does not exist, and the
図9および図10は本発明の他の実施の形態で、図1と同一部分は同符号を付してその説明を省略して説明する。
図9は、位置検出器2から回転方向を判別し制動力を発生する方法のブロック図である。
構成を説明すると、1は3相ブラシレスDCモータ(以下、3相モータと略称する。)、2はロータリーエンコーダやホールIC等を使った回転子位置検出器、3はモータ駆動用電源、4はモータ駆動用電源スイッチ、5,6,7は3相モータ1の上アーム側主スイッチング素子(Nch パワーMOSFET)、8,9,10は3相モータ1の下アーム側主スイッチング素子(Nch パワーMOSFET)、11,12,13は3相モータ1の上アーム側主スイッチング素子駆動回路、14,15,16は3相モータ1の下アーム側主スイッチング素子駆動回路、17,18,19は3相モータ1の上アーム側主スイッチング素子駆動回路用電源、20は3相モータ1の下アーム側主スイッチング素子駆動回路用電源、21は励磁シーケンス作成器、22は信号合成器、23はPWM信号発生器、24は制動用コンデンサ、25は回転方向指示、26は回転子位置検出器2と励磁シーケンス作成器21の間に接続された回転方向判別回路で、この回転方向判別回路26は、回転子位置検出器2の回転子位置情報から、回転方向を判別して、励磁シーケンス作成器21に回転方向を指示するものである。
FIG. 9 and FIG. 10 show another embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG.
FIG. 9 is a block diagram of a method for generating a braking force by determining the rotational direction from the
Explaining the configuration, 1 is a three-phase brushless DC motor (hereinafter abbreviated as a three-phase motor), 2 is a rotor position detector using a rotary encoder, Hall IC, etc., 3 is a motor drive power source, 4 is Motor drive power switch, 5, 6 and 7 are the upper arm side main switching elements (Nch power MOSFET) of the three-
図9において、ブラシレスDCモータ1を120度通電方式により負荷を駆動する(力行動作)場合、ブラシレスDCモータ1に取り付けられた位置検出器2から出力される回転子位置情報をもとに、励磁シーケンス作成器21により、励磁シーケンスを作成する。指令電圧指示に比例したPWM信号をPWM信号発生器23で作成し、励磁シーケンスとPWM信号を信号合成器22で合成し、それぞれの主スイッチング素子のON/OFF指令を作成する。上アーム側主スイッチング素子駆動回路用電源17,18,19と下アーム側主スイッチング素子駆動回路用電源20から電源供給を受けた上アーム側主スイッチング素子駆動回路11,12,13と下アーム側主スイッチング素子駆動回路14,15,16は信号合成器22で合成された主スイッチング素子のON/OFF指令により、上アーム側主スイッチング素子5,6,7と下アーム側主スイッチング素子8,9,10のON/OFFをおこない、ブラシレスDCモータ1を駆動する。このときモータ駆動用電源スイッチ4をONとして、モータ駆動用電源3からブラシレスDCモータ1に上アーム側主スイッチング素子5,6,7と下アーム側主スイッチング素子8,9,10を通じて電力供給を行う。
In FIG. 9, when driving the load of the
続いて、図9において、ブラシレスDCCモータ1を120度通電方式により負荷を制動する(回生動作)場合、ブラシレスDCモータ1に取り付けられた位置検出器2から出力される回転子位置情報から、回転方向判別回路26により回転方向を判別し、回転方向に見合う励磁シーケンスを励磁シーケンス作成器21により作成する。制動力指示に比例したPWM信号をPWM信号発生器23で作成し、励磁シーケンスとPWM信号を信号合成器22で合成し、それぞれの主スイッチング素子のON/OFF指令を作成する。上アーム側主スイッチング素子駆動回路用電源17,18,19と下アーム側主スイッチング素子駆動回路用電源20から電源供給を受けた上アーム側主スイッチング素子駆動回路11,12,13と下アーム側主スイッチング素子駆動回路14,15,16は信号合成器22で合成された主スイッチング素子のON/OFF指令により、上アーム側主スイッチング素子5,6,7と下アーム側主スイッチング素子8,9,10のON/OFFをおこない、ブラシレスDCモータ1を駆動する。このときモータ駆動用電源スイッチ4をOFFとして、モータ駆動用電源3を切り離す。ブラシレスDCモータ1の誘起電圧を上アーム側主スイッチング素子5,6,7と下アーム側主スイッチング素子8,9,10を通じて、ブラシレスDCモータ1で消費し制動力を発生させる。
Subsequently, in FIG. 9, when the load is braked (regenerative operation) on the
図10は、電流制御を行い所望の制動力を発生する方法のブロック図である。
構成を説明すると、1は3相ブラシレスDCモータ(以下、3相モータと略称する。)、2はロータリーエンコーダやホールIC等を使った回転子位置検出器、3はモータ駆動用電源、4はモータ駆動用電源用スイッチ、5,6,7は3相モータ1の上アーム側主スイッチング素子(Nch パワーMOSFET)、8,9,10は3相モータ1の下アーム側主スイッチング素子(Nch パワーMOSFET)、11,12,13は3相モータ1の上アーム側主スイッチング素子駆動回路、14,15,16は3相モータ1の下アーム側主スイッチング素子駆動回路、17,18,19は3相モータ1の上アーム側主スイッチング素子駆動回路用電源、20は3相モータ1の下アーム側主スイッチング素子駆動回路用電源、21は励磁シーケンス作成器、22は信号合成器、23はPWM信号発生器、24は制動用コンデンサ、25は回転方向指示、27は電流検出器、29は電流制御器、30は電流指示である。
FIG. 10 is a block diagram of a method for performing a current control to generate a desired braking force.
Explaining the configuration, 1 is a three-phase brushless DC motor (hereinafter abbreviated as a three-phase motor), 2 is a rotor position detector using a rotary encoder, Hall IC, etc., 3 is a motor drive power source, 4 is Motor drive power switch, 5, 6 and 7 are the upper arm side main switching elements (Nch power MOSFET) of the three-
図10において、ブラシレスDCモータ1を120度通電方式により負荷を駆動する(力行動作)場合、ブラシレスDCモータ1に取り付けられた位置検出器2から出力される回転子位置情報をもとに、励磁シーケンス作成器21により、励磁シーケンスを作成する。指令電流指示30と電流検出器27で検出した電流の偏差を演算する。電流偏差を電流制御器29に入力し電圧指示を算出する。算出した電圧指示に比例したPWM信号をPWM信号発生器23で作成し、励磁シーケンスとPWM信号を信号合成器22で合成し、それぞれの主スイッチング素子5,6,7,8,9,10のON/OFF指令を作成する。
In FIG. 10, when a load is driven on the
上アーム側主スイッチング素子駆動回路用電源17,18,19と下アーム側主スイッチング素子駆動回路用電源20から電源供給を受けた上アーム側主スイッチング素子駆動回路11,12,13と下アーム側主スイッチング素子駆動回路14,15,16は信号合成器22で合成された主スイッチング素子のON/OFF指令により、上アーム側主スイッチング素子5、6、7と下アーム側主スイッチング素子8,9,10のON/OFFをおこない、ブラシレスDCモータ1を駆動する。このときモータ駆動用電源スイッチ4をONとして、モータ駆動用電源3からブラシレスDCモータ1に上アーム側主スイッチング素子5、6、7と下アーム側主スイッチング素子8,9,10を通じて電力供給を行う。
Upper arm side main switching
続いて図10において、ブラシレスDCモータを120度通電方式により負荷を制動する(回生動作)場合、ブラシレスDCモータ1に取り付けられた位置検出器2から出力される回転子位置情報から、回転方向判別回路26により回転方向を判別し、回転方向に見合う励磁シーケンスを励磁シーケンス作成器21により作成する。指令電流指示30と電流検出器27で検出した電流の偏差を演算する。電流偏差を電流制御器29に入力し電圧指示を算出する。算出した電圧指示に比例したPWM信号をPWM信号発生器23で作成し、励磁シーケンスとPWM信号を信号合成器22で合成し、それぞれの主スイッチング素子5,6,7,8,9,10のON/OFF指令を作成する。
Subsequently, in FIG. 10, when the load is braked on the brushless DC motor by the 120-degree energization method (regenerative operation), the rotational direction is determined from the rotor position information output from the
上アーム側主スイッチング素子駆動回路用電源17,18,19と下アーム側主スイッチング素子駆動回路用電源20から電源供給を受けた上アーム側主スイッチング素子駆動回路11,12,13と下アーム側主スイッチング素子駆動回路14,15,16は信号合成器22で合成された主スイッチング素子のON/OFF指令により、上アーム側主スイッチング素子5、6、7と下アーム側主スイッチング素子8,9,10のON/OFFをおこない、ブラシレスDCモータ1を駆動する。このときモータ駆動用電源スイッチ4をOFFとして、モータ駆動用電源3を切り離す。ブラシレスDCモータ1の誘起電圧を上アーム側主スイッチング素子5、6、7と下アーム側主スイッチング素子8,9,10を通じて、ブラシレスDCモータ1で消費し、制動力を発生させる。
Upper arm side main switching
以上説明してきたように、上記実施の形態による制動力制御機能を有するブラシレスDCモータ駆動装置によれば、以下に列挙する効果が得られる。
励磁シーケンス作成器21によって作成された励磁シーケンスと前記PWM信号発生器23からのPWM信号を合成してインバータ回路Cを構成する前記スイッチング素子群5〜10のスイッチング素子をオン、オフして前記ブラシレスDCモータを駆動し、制動時に、前記直流電源と前記スイッチング素子群とを切り離し、前記ブラシレスDCモータ1の誘起電圧を、前記スイッチング素子群5〜10を通じて前記ブラシレスDCモータ1で消費させることで制動力を発生させるので、ブラシレスDCモータ1をひとつの駆動装置で力行動作と回生動作を実現することが可能であるとともに、PWM信号のデューティー比により、制動力と発生トルクを自在に制御できる。また、駆動回路に回生抵抗を有しないため、駆動装置は発熱しない。
また、駆動回路用電源17〜20として、前記スイッチング素子群5〜10の上アーム側が相数個、下アーム側が1個であるので、部品点数の削減を図ることができる。
さらに、力行、回生動作をブラシレスDCモータ1の励磁シーケンスとPWM信号により制御し、かつ前記スイッチング素子群5〜10の上下アームでPWM変調による制動力の制御をするので、上下のアームをPWM変調によりオン、オフし、PWM信号のデューティー比を変えることにより充放電の比率を変更し、電流を制御し、制動力と発生トルクを自在に制御することができる。
またさらに、ブラシレスDCモータ1の回転子位置情報から回転方向を判別する回転方向判別回路26を設け、回転方向に見合う励磁シーケンスを前記励磁シーケンス作成器21により作成するので、回転方向に見合う励磁シーケンスを作成することができる。
また、直流電源3と前記スイッチング素子群5〜10との間に電流検出器27を介装し、この電流検出器27で検出された電流と電流指示との偏差を演算し、電流偏差を電流制御器29に入力して電圧指示を算出し、この算出した電圧指示をPWM信号発生器23に入力し、PWM信号を作成するので、電流制御器29でPWM信号発生器23に入力する電圧指示を算出することができる。よって、的確な電圧指示をPWM信号発生器23に入力することができる。
As described above, according to the brushless DC motor driving apparatus having the braking force control function according to the above embodiment, the effects listed below can be obtained.
By combining the excitation sequence created by the excitation
Moreover, as the drive
Furthermore, the power running and regenerative operations are controlled by the excitation sequence of the
Further, a rotation
Further, a
なお、本発明は、上記実施の形態のみに限定されるものではなく、例えば、モータは3相ブラシレスDCモータ1を用いたが、3相以外でも良く、単相あるいは3相以上でも良い。また、インバータ回路Cを構成するスイッチング素子5〜10としては、NchパワーMOSFETに限らず、トランジスタ、サイリスタなど他の半導体素子を用いることもできる。さらに、ゲート駆動回路11〜16としては、スイッチング素子5〜10をON/OFFさせることができる回路であれば、どのような回路でも用いることができるなど、その他、本発明の要旨を変更しない範囲内で適宜、変更して実施し得ることは言うまでもない。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, the motor uses the three-phase
1 3相ブラシレスDCモータ
2 回転子位置検出器
3 モータ駆動用(直流)電源
4 モータ駆動用電源スイッチ
5〜10 スイッチング素子
11〜16 ゲート駆動回路(駆動回路)
17〜20 ゲート駆動回路用電源
21 励磁シーケンス作成器
22 信号作成器
23 PWM信号発生器
24 制動コンデンサ
25 回転方向指示
26 回転方向判別回路
27 電流検出器
29 電流制御器
DESCRIPTION OF
17 to 20 Power supply for
Claims (3)
該直流電源から前記ブラシレスDCモータの巻線に流す電流をオン、オフするスイッチング素子群と、
該スイッチング素子群と並列に接続されたコンデンサと、
前記直流電源と前記スイッチング素子群とを切り離すスイッチと、
前記スイッチング素子群を駆動するための前記スイッチング素子群の上アーム側が相数個、下アーム側が1個である駆動回路用電源と、
前記ブラシレスDCモータの位置情報を元に励磁シーケンスを作成する励磁シーケンス作成器と、
指令電圧指示に比例したPWM信号を発生するPWM信号発生器と、
を備え、
前記励磁シーケンス作成器によって作成された励磁シーケンスと前記PWM信号発生器からのPWM信号を合成して前記スイッチング素子群のスイッチング素子をオン、オフして前記ブラシレスDCモータを駆動および制動する方法において、
制動時に、前記直流電源と前記スイッチング素子群とを切り離し、
前記励磁シーケンス作成器によって、前記ブラシレスDCモータの駆動方向とは逆方向の励磁シーケンスを作成し、
制動力指示に比例したPWM信号を前記PWM信号発生器で作成し、
前記励磁シーケンス作成器によって作成された励磁シーケンスと前記PWM信号発生器からのPWM信号を合成して前記スイッチング素子群のスイッチング素子をオン、オフして、
前記ブラシレスDCモータの誘起電圧を、前記スイッチング素子群を通じて前記ブラシレスDCモータで消費させることで制動力を発生させることを特徴とする
ブラシレスDCモータの制動方法。 A direct current power source for driving a brushless DC motor;
A switching element group for turning on and off a current flowing from the DC power source to the winding of the brushless DC motor;
A capacitor connected in parallel with the group of switching elements;
A switch that disconnects the DC power supply and the switching element group;
A drive circuit power source in which the upper arm side of the switching element group for driving the switching element group has several phases and the lower arm side has one ;
An excitation sequence generator for generating an excitation sequence based on the position information of the brushless DC motor;
A PWM signal generator that generates a PWM signal proportional to the command voltage indication;
With
In the method of driving and braking the brushless DC motor by combining the excitation sequence created by the excitation sequence creator and the PWM signal from the PWM signal generator to turn on and off the switching elements of the switching element group ,
During braking, disconnect the DC power supply and the switching element group,
The excitation sequence generator creates an excitation sequence in the direction opposite to the driving direction of the brushless DC motor,
Create a PWM signal proportional to the braking force instruction with the PWM signal generator,
Turn on and off the switching elements of the switching element group by synthesizing the excitation sequence created by the excitation sequence creator and the PWM signal from the PWM signal generator,
A braking force is generated by causing the brushless DC motor to consume the induced voltage of the brushless DC motor through the switching element group.
Braking method for brushless DC motor.
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