JPH1175396A - Position sensorless motor drive device - Google Patents

Position sensorless motor drive device

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JPH1175396A
JPH1175396A JP9234930A JP23493097A JPH1175396A JP H1175396 A JPH1175396 A JP H1175396A JP 9234930 A JP9234930 A JP 9234930A JP 23493097 A JP23493097 A JP 23493097A JP H1175396 A JPH1175396 A JP H1175396A
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JP
Japan
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current
phase
motor
circuit
commutation
Prior art date
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Withdrawn
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JP9234930A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinichi Miyazaki
新一 宮▲崎▼
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Seiko Epson Corp
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Seiko Epson Corp
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Publication date
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  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Control Of Stepping Motors (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent step-out and stably drive by performing commutation always at the optimum timing, by determining a quantity of delay in an electrical angle required for delaying a commutation pulse up to an optimum commutation point depending upon the peak value in a detected current. SOLUTION: In order to cancel a lead phase deviations generated in rotor position signals X, Y, Z due to a distortion occurring in a terminal voltage integration waveform of a motor 1, a current flowing to a stator winding accompanied with the rotation of a rotor or a current flowing out from the stator winding is detected as a current value equivalent to the detected value. The detected current is converted into digital values by A/D converter 6 and the peak value (peak-to-peak) of a current waveform is retained by a peak hold circuit 7. From the detected current value of the peak of current waveform, the quantity of delay d of electrical angle corresponding to the current waveform is determined from a leading angle adjusting circuit 8, and the quantity of delay d in electrical angle reflecting to the commutation timing is actually determined and output.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】 本発明は,ステッピングモ
ータあるいはDCブラシレスモータなどを位置センサレ
スで駆動する際,広範な回転域において脱調を防ぎ,安
定的に駆動するための最適な励磁タイミングを生成する
モータ駆動装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention generates an optimal excitation timing for preventing step-out in a wide rotation range and driving stably when a stepping motor or a DC brushless motor is driven without a position sensor. The present invention relates to a motor drive device.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年,高効率かつ良好な制御性などの点
から各種の機器に利用されているブラシレスDCモータ
において,小型化の必要性からホール素子等の位置検出
器を用いることなしに駆動を行う位置センサレス駆動の
技術が研究,開発されている。一方,開ループで正確な
位置決め制御が可能なステッピングモータにおいても,
脱調を避けるためには,エンコーダなどのセンサを使用
して回転子の位置を検出し,回転状況に応じて最適なタ
イミングで固定子巻線を励磁する閉ループ制御が必要と
なる。また,ステッピングモータの低コスト性を生か
し,従来ブラシレスDCモータを使用していた用途に積
極的にステッピングモータを利用することもある。この
ような場合にも上述したようなセンサを使用した閉ルー
プ制御が要求される。ここでも,閉ループ制御のために
外付センサを使用したのでは装置の小型化の妨げになる
とともに,センサを追加したことによるコスト上昇のた
めに,ステッピングモータの低コスト性を生かすことが
できなくなってしまう。従って,上記のような小型,低
コストが要求されるような用途では,ステッピングモー
タの閉ループ制御にも近年は位置センサレス駆動が用い
られている。
2. Description of the Related Art In recent years, brushless DC motors used in various devices because of their high efficiency and good controllability have been driven without using a position detector such as a Hall element because of the need for miniaturization. Research and development of position sensorless drive technology that performs On the other hand, even in a stepping motor that can perform accurate positioning control in an open loop,
In order to avoid step-out, closed-loop control is required in which the position of the rotor is detected using a sensor such as an encoder, and the stator windings are excited at an optimal timing according to the rotational situation. In addition, taking advantage of the low cost of the stepping motor, the stepping motor may be positively used in applications where a brushless DC motor has been used conventionally. In such a case, closed-loop control using the above-described sensor is required. Again, the use of an external sensor for closed-loop control hinders downsizing of the device, and the increased cost of the additional sensor makes it impossible to take advantage of the low cost of the stepping motor. Would. Therefore, in applications where small size and low cost are required as described above, the position sensorless drive is also used in recent years for the closed loop control of the stepping motor.

【0003】従来,位置センサレス駆動を行うのに,モ
ータ各相の端子電圧から回転子の位置を検出して固定子
巻線に転流し,駆動するという構成がとられている。以
下図面に基づいて,前記従来の位置センサレス駆動装置
の一例について説明する。図1は前記従来の位置センサ
レス・モータ駆動装置を3相ステッピングモータの位置
センサレス駆動に適用した場合の回路構成図で,前記従
来の位置センサレス・モータ駆動装置は,インバータ
2,回転子位置検出回路3,転流信号生成回路9,駆動
信号生成回路10から構成されている。1は3相の固定
子巻線がY型に結線された3相ステッピングモータ,L
a,Lb,Lcはそれぞれ前記3相ステッピングモータ
のA相,B相,C相の固定子巻線,インバータ2は出力
端子Da,Db,Dcを介して前記3相ステッピングモ
ータ1の固定子巻線La,Lb,Lcに転流し,回転子
を回転駆動する。インバータ2の出力端子電圧Da,D
b,Dc即ちモータ端子電圧から,回転子位置検出回路
3によってA,B,C各相に対する回転子の位置関係を
表す回転子位置信号X′,Y′,Z′がそれぞれ生成さ
れる。そして前記回転子位置信号X′,Y′,Z′に基
づいて,転流信号生成回路9において転流信号AP〜C
Nが生成され,駆動信号生成回路10を介してインバー
タ2が制御される。
Conventionally, in order to perform position sensorless driving, a configuration has been adopted in which the position of the rotor is detected from terminal voltages of the respective phases of the motor, commutated to the stator windings, and driven. Hereinafter, an example of the conventional position sensorless driving device will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing a case where the conventional position sensorless motor drive device is applied to a position sensorless drive of a three-phase stepping motor. The conventional position sensorless motor drive device includes an inverter 2, a rotor position detection circuit. 3, a commutation signal generation circuit 9 and a drive signal generation circuit 10. 1 is a three-phase stepping motor in which three-phase stator windings are connected in a Y-shape, L
a, Lb, and Lc are A-phase, B-phase, and C-phase stator windings of the three-phase stepping motor, and inverter 2 is a stator winding of the three-phase stepping motor 1 via output terminals Da, Db, and Dc. The current is commutated to the lines La, Lb, and Lc, and the rotor is rotationally driven. Output terminal voltages Da and D of inverter 2
From b, Dc, that is, the motor terminal voltage, the rotor position detection circuit 3 generates rotor position signals X ', Y', Z 'representing the positional relationship of the rotor with respect to each of the phases A, B, C. Then, based on the rotor position signals X ', Y', Z ', the commutation signals AP to C
N is generated, and the inverter 2 is controlled via the drive signal generation circuit 10.

【0004】図2は前記回転子位置検出回路3の1相分
の回路図である。回転子位置検出回路はフィルタ21,
積分器22,コンパレータ23,ホトカプラ24から構
成される。図3は図1の3相ステッピングモータ1の
A,B,C各相の端子電圧波形35,36,37と,前
記端子電圧35,36,37を積分した波形38,3
9,40,及び前記回転子位置信号X′,Y′,Z′の
波形との関係を示す図,図4はモータ端子電圧から前記
回転子位置信号X′,Y′,Z′を生成する機構を説明
する図,図5は前記回転子位置信号波形X′,Y′,
Z′と転流信号波形AP〜CNとの関係を示す図であ
る。図2,図3,図4及び図5に基づき,A相を例にし
て上記従来の位置センサレス・モータ駆動装置の回転子
位置検出,転流機構について以下に説明する。
FIG. 2 is a circuit diagram of one phase of the rotor position detecting circuit 3. As shown in FIG. The rotor position detection circuit is composed of the filter 21,
It comprises an integrator 22, a comparator 23, and a photocoupler 24. FIG. 3 shows the terminal voltage waveforms 35, 36, and 37 of the phases A, B, and C of the three-phase stepping motor 1 of FIG. 1, and the waveforms 38, 3 obtained by integrating the terminal voltages 35, 36, and 37, respectively.
9 and 40 and the relationship between the waveforms of the rotor position signals X ', Y' and Z '. FIG. 4 shows the generation of the rotor position signals X', Y 'and Z' from the motor terminal voltage. FIG. 5 is a diagram for explaining the mechanism, and FIG. 5 shows the rotor position signal waveforms X ', Y',
It is a figure showing relation between Z 'and commutation signal waveforms AP-CN. The rotor position detection and commutation mechanism of the above-described conventional position sensorless motor driving device will be described below with reference to FIGS. 2, 3, 4, and 5, taking the A phase as an example.

【0005】上記インバータ出力端子Daに現れるモー
タ端子電圧波形35はフィルタ21を介して直流成分が
カットされた後,積分器22によって積分される。積分
後の波形は図3または図4の38のようになる。コンパ
レータ23では前記積分波形38と基準電圧Vrefと
を比較し,積分波形電圧が基準電圧Vrefよりも大き
ければ正の電圧を,小さければ負の電圧を出力し,積分
波形電圧と基準電圧Vrefが等しくなる点において出
力電圧の正負が切替る。負電圧から正電圧への立上りあ
るいは正電圧から負電圧への立下りは非常に急峻であ
り,コンパレータ23の出力波形は矩形波となる。前記
矩形波をホトカプラ24を介して電圧レベル変換を行
い,A相に対する回転子位置信号X′を出力する。ここ
で,基準電圧Vrefのレベルを0Vとすると,積分波
形38のゼロクロス点で回転子位置信号の立上りエッジ
もしくは立下りエッジが現れる。前記ゼロクロス点の間
隔は電気角180度になるため,前記回転子位置信号
X′,Y′,Z′は図3に示すように周期が電気角36
0度,デューティー比が50%で各々の位相が120度
ずつずれた矩形波となる。
The motor terminal voltage waveform 35 appearing at the inverter output terminal Da is integrated by the integrator 22 after the DC component is cut through the filter 21. The waveform after integration is as shown by 38 in FIG. 3 or FIG. The comparator 23 compares the integrated waveform 38 with the reference voltage Vref, and outputs a positive voltage if the integrated waveform voltage is larger than the reference voltage Vref, and outputs a negative voltage if the integrated waveform voltage is smaller than the reference voltage Vref. At a certain point, the output voltage switches between positive and negative. The rise from the negative voltage to the positive voltage or the fall from the positive voltage to the negative voltage is very steep, and the output waveform of the comparator 23 is a rectangular wave. The rectangular wave is subjected to voltage level conversion via a photocoupler 24, and a rotor position signal X 'for the A phase is output. Here, assuming that the level of the reference voltage Vref is 0 V, a rising edge or a falling edge of the rotor position signal appears at the zero cross point of the integrated waveform 38. Since the interval between the zero cross points is an electrical angle of 180 degrees, the period of the rotor position signals X ', Y', Z 'has an electrical angle of 36 as shown in FIG.
The rectangular waves are 0 degrees, the duty ratio is 50%, and each phase is shifted by 120 degrees.

【0006】図4において,積分波形38のゼロクロス
点の位置CP即ちA相に対する回転子位置信号X′の立
下りエッジから,60度進み方向に位相をシフトした位
置にA相の転流点CAが存在する。上記のように,各相
に対する回転子位置信号X′,Y′,Z′は,120度
ずつ位相がずれたデューティー比50%でパルス幅が電
気角180度の矩形波であるから,図3に示すように,
X′,Y′,Z′のパルスエッジはそれぞれ60度ずつ
位相がずれている。よって,前記A相の転流点CAとB
相に対する回転子位置信号Y′の立上りエッジの位相と
が一致することになる。そこで,前記Y′の立上りエッ
ジを検出してA相+側を転流すれば,正しいタイミング
で転流することができることになる。同様にX′の立下
りエッジは,図3に示すように,A相を除く他の相(こ
こではC相−側にあたる)の転流点と一致する。同様に
B,C相についても考えると,ある相の回転子位置信号
のパルスエッジはその相を除く他の相の転流点に一致す
る。従って,図5に示すように,各相に対する回転子位
置信号X′,Y′,Z′の立上り,立下りエッジにおい
てそのまま転流することで回転子を回転駆動することが
できる。
In FIG. 4, the commutation point CA of the A-phase is shifted to a position shifted in phase by 60 degrees from the falling edge of the rotor position signal X 'with respect to the position CP of the zero cross point of the integrated waveform 38, that is, the A-phase. Exists. As described above, the rotor position signals X ', Y', and Z 'for each phase are rectangular waves having a duty ratio of 50% and a pulse width of 180 electrical degrees, each phase being shifted by 120 degrees. As shown in
The X ', Y', and Z 'pulse edges are out of phase by 60 degrees each. Therefore, the commutation points CA and B of the A phase
The phase of the rising edge of the rotor position signal Y 'with respect to the phase will match. Therefore, if the rising edge of the Y 'is detected and commutation is performed on the A-phase + side, commutation can be performed at the correct timing. Similarly, the falling edge of X 'coincides with the commutation point of the other phase (here, the C-phase-side) except the A-phase, as shown in FIG. Similarly, when considering the B and C phases, the pulse edge of the rotor position signal of a certain phase coincides with the commutation point of another phase excluding that phase. Therefore, as shown in FIG. 5, the rotor can be rotationally driven by commutation as it is at the rising and falling edges of the rotor position signals X ', Y', Z 'for each phase.

【0007】以上より,上記従来のセンサレス・モータ
駆動装置では,回転子位置検出回路3において,モータ
端子電圧を積分して得られた回転子位置信号X′,
Y′,Z′のパルスエッジを検出し,そのまま転流する
ことによって回転子を回転駆動する。この手法によれ
ば,特別な位相シフト回路等を必要としないため,回路
構成が簡素になり,当該センサレス・モータ駆動装置を
低コストで提供することが可能である。
As described above, in the above-described conventional sensorless motor driving device, the rotor position detection circuit 3 integrates the rotor position signal X ', which is obtained by integrating the motor terminal voltage.
The pulse edges of Y 'and Z' are detected, and the rotor is rotationally driven by commutation as it is. According to this method, since a special phase shift circuit or the like is not required, the circuit configuration is simplified, and the sensorless motor driving device can be provided at low cost.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上記従来の手法におい
ては,モータ端子電圧を積分した波形のゼロクロス点が
転流タイミングと一致することを利用して転流を行って
いる。しかし実際には,モータ端子には図7あるいは図
8に示すようなスパイク電圧が発生する。このスパイク
電圧によってモータ端子電圧の積分波形は歪み,図8に
示すように,スパイク電圧が発生しない場合の積分波形
よりも位相が進む。これにより,前記積分波形のゼロク
ロス点も進んでしまう。従って,上記従来の手法によっ
て,前記積分波形のゼロクロス点において転流すると,
転流タイミングも全て進んでしまうことになる。特に負
荷トルクが大きくなる即ちモータに流れる電流値が大き
くなると,スパイク電圧の幅が大きくなるため,積分波
形のゼロクロス点の進み位相量も大きくなる。よって転
流タイミングのずれが大きくなり,回転が不安定になっ
て最悪の場合には脱調を引き起こしてしまうというよう
な課題がある。また,遅延量を決定するために電流値を
検出する際,従来は変圧器やホール効果を利用した電流
検出素子が用いられているが,検出器自体が比較的高価
であることから,装置全体のコストが高くなったり,装
置の小型化も制約されるというような課題がある。
In the above-mentioned conventional method, commutation is performed by utilizing the fact that the zero-cross point of the waveform obtained by integrating the motor terminal voltage coincides with the commutation timing. However, actually, a spike voltage as shown in FIG. 7 or FIG. 8 is generated at the motor terminal. The spike voltage distorts the integrated waveform of the motor terminal voltage, and as shown in FIG. 8, the phase is advanced from the integrated waveform when no spike voltage is generated. As a result, the zero cross point of the integrated waveform also advances. Therefore, when commutation occurs at the zero-cross point of the integrated waveform by the above-described conventional method,
All commutation timings will also advance. In particular, when the load torque increases, that is, when the value of the current flowing through the motor increases, the width of the spike voltage increases, so that the leading phase amount of the zero cross point of the integral waveform also increases. Therefore, there is a problem that the shift of the commutation timing becomes large, the rotation becomes unstable, and in the worst case, a step-out occurs. Conventionally, when detecting the current value to determine the amount of delay, a transformer or a current detecting element using the Hall effect is used, but the detector itself is relatively expensive, so the entire device is required. However, there is a problem that the cost of the device becomes high and miniaturization of the device is restricted.

【0009】そこで本発明は,回転子の位置検出に積分
方式を採用し,スパイク電圧による積分波形のゼロクロ
ス点つまり検出した回転子位置の進み位相ずれの大きさ
に応じて転流タイミングを遅延させることによって,常
に最適なタイミングで転流を行い,脱調を防いで安定的
に駆動させることを目的としている。さらに,外部から
遅延特性を容易に変更できる構成をとることによって,
特性の異なるモータの駆動に際しても柔軟に対応するこ
とを目的としている。また,遅延量を決定するための電
流検出回路に上記のように特別な検出器を用いず,検出
すべき箇所に直列に挿入されたシャント抵抗の両端に発
生する電位差を差動増幅器で増幅することによって,電
流値を検出するという簡素な構成をとることによって,
低コストかつ省スペースを実現することを目的としてい
る。
Therefore, the present invention employs an integration method for detecting the position of the rotor, and delays the commutation timing in accordance with the zero cross point of the integrated waveform due to the spike voltage, that is, the magnitude of the leading phase shift of the detected rotor position. By doing so, the purpose is to always perform commutation at the optimal timing, prevent loss of synchronism, and drive stably. Furthermore, by adopting a configuration that allows the delay characteristics to be easily changed from the outside,
The purpose is to flexibly cope with driving of motors having different characteristics. In addition, a differential amplifier is used to amplify a potential difference generated at both ends of a shunt resistor inserted in series at a point to be detected, without using a special detector as described above in a current detection circuit for determining a delay amount. By taking a simple configuration of detecting the current value,
It aims at realizing low cost and space saving.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本願請求項1の発明に係
る位置センサレス・モータ駆動装置は,モータを回転駆
動するインバータ回路を備え,モータ端子電圧を利用し
て回転子位置を検出し,外付の位置検出器を用いること
なく固定子巻線に転流し駆動する位置センサレス・モー
タ駆動装置であって,モータ端子電圧を積分する積分回
路と,前記積分回路出力から回転子の位置を示す方形波
を生成するコンパレータとから構成される回転子位置検
出回路と,前記回転子位置信号から電気角1度に相当す
る時間を計算する単位電気角計測回路と,モータに流れ
る電流を検出する電流検出回路と,前記電流検出回路に
よって検出された電流値をA/D変換するA/Dコンバ
ータと,A/D変換された電流波形のピーク値を保持す
るピークホールド回路と,前記検出電流ピーク値に応じ
て最適な転流点まで転流パルスを遅延させるのに必要な
電気角遅延量を決定し,出力する進角調整回路とを備え
た構成としている。
A position sensorless motor driving apparatus according to the first aspect of the present invention includes an inverter circuit for driving a motor to rotate, detects a rotor position by using a motor terminal voltage, and externally detects the rotor position. A sensorless motor drive device that drives by commutating to a stator winding without using a position detector provided with an integral circuit for integrating the motor terminal voltage, and a square indicating the position of the rotor from the output of the integral circuit A rotor position detection circuit including a comparator for generating a wave; a unit electric angle measurement circuit for calculating a time corresponding to an electric angle of 1 degree from the rotor position signal; and a current detection for detecting a current flowing through the motor Circuit, an A / D converter for A / D converting a current value detected by the current detection circuit, and a peak hold for holding a peak value of the A / D converted current waveform And road, a commutation pulse to the optimum commutation point determines the electrical angle delay amount necessary to delay in response to the detected current peak value, and a configuration in which a lead angle adjusting circuit for outputting.

【0011】本願請求項2の発明に係る位置センサレス
・モータ駆動装置は,前記進角調整回路を,外部から与
えた乗算定数をもとに検出電流値から遅延量を計算する
乗算器と,各検出電流値に対応する遅延量の関係を予め
記述した読出専用記憶装置と,前記乗算器と読出専用記
憶装置とから出力される遅延量のどちらかを選択するセ
レクタとから構成し,前記乗算定数もしくは前記読出専
用記憶装置の内容を変更することによって遅延特性を容
易に変えることを可能としている。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a position sensorless motor driving apparatus, wherein the advance angle adjusting circuit includes a multiplier for calculating a delay amount from a detected current value based on a multiplication constant given from the outside; A read-only storage device in which the relationship of the delay amount corresponding to the detected current value is described in advance; and a selector for selecting one of the delay amounts output from the multiplier and the read-only storage device, wherein the multiplication constant is Alternatively, the delay characteristics can be easily changed by changing the contents of the read-only storage device.

【0012】本願請求項3の発明に係る位置センサレス
・モータ駆動装置は,前記電流検出回路を,インバータ
とモータとの間に直列に挿入されたシャント抵抗と,前
記シャント抵抗の両端間の電位差を増幅する差動増幅器
とにより構成し,前記差動増幅器の出力電圧を以て前記
モータに流れる電流を検出するという簡素な回路構成と
している。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a position sensorless motor driving device, wherein the current detecting circuit comprises a shunt resistor inserted in series between an inverter and a motor, and a potential difference between both ends of the shunt resistor. And a simple circuit configuration for detecting the current flowing through the motor based on the output voltage of the differential amplifier.

【0013】[0013]

【作用】モータを位置センサレスで駆動するため,モー
タ各相の端子電圧を回転子位置検出回路において積分,
比較処理し,前記各相に対する回転子の位置を示す方形
波を生成する。単位電気角計測回路では,前記方形波の
パルス幅を計測し,電気角1度あたりの時間を算出す
る。ここで,回転子の回転に伴って固定子巻線に発生す
る逆起電力により,モータ端子にはスパイク電圧が現れ
る。このスパイク電圧によって前記回転子位置検出回路
におけるモータ端子電圧積分波形に歪みが生じ,結果と
して前記回転子位置信号に進み位相ずれが発生する。
[Function] In order to drive a motor without a position sensor, the terminal voltage of each phase of the motor is integrated by a rotor position detection circuit.
A comparison process is performed to generate a square wave indicating the position of the rotor with respect to each of the phases. The unit electrical angle measuring circuit measures the pulse width of the square wave and calculates the time per degree of electrical angle. Here, a spike voltage appears at the motor terminal due to the back electromotive force generated in the stator winding with the rotation of the rotor. The spike voltage causes a distortion in a motor terminal voltage integration waveform in the rotor position detection circuit, and as a result, a phase shift occurs in the rotor position signal.

【0014】上記進み位相ずれをキャンセルするため,
電流検出回路において,回転子の回転に伴い固定子巻線
に流れ込むあるいは固定子巻線から流れ出す電流を電流
値と等価な電圧値として検出する。検出された電流値は
A/Dコンバータでディジタル値に変換された後,ピー
クホールド回路で電流波形のピーク値(波高値)が保持
される。上述した電流波形ピークの検出電流値より,進
角調整回路で前記電流値に対応する電気角遅延量を決定
し,上記単位電気角から上記進み位相ずれをキャンセル
すべき実際に転流タイミングに反映する電気角遅延量を
決定し,出力する。
In order to cancel the advance phase shift,
In the current detection circuit, a current flowing into or out of the stator winding as the rotor rotates is detected as a voltage value equivalent to a current value. After the detected current value is converted into a digital value by the A / D converter, the peak value (peak value) of the current waveform is held by the peak hold circuit. The electrical angle delay amount corresponding to the current value is determined by the advance angle adjustment circuit from the detected current value of the current waveform peak described above, and is reflected in the commutation timing to actually cancel the advance phase shift from the unit electrical angle. The amount of electrical angle delay to be performed is determined and output.

【0015】その後,転流信号生成回路において,前記
各相の回転子位置信号に対して前記電気角遅延量だけ位
相を遅らせた転流信号を形成する。そして,位相シフト
された各相の転流タイミングに基づいて駆動信号が生成
され,インバータによって固定子巻線が励磁されて回転
子が回転する。これにより,モータ駆動状況に応じて常
に最適なタイミングで固定子巻線を励磁することがで
き,モータの安定駆動が可能となる。
Thereafter, a commutation signal is generated in the commutation signal generation circuit by delaying the phase of the rotor position signal of each phase by the electrical angle delay amount. Then, a drive signal is generated based on the phase-shifted commutation timing of each phase, and the stator is excited by the inverter to rotate the rotor. As a result, the stator windings can be always excited at an optimal timing according to the motor driving condition, and the motor can be driven stably.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下図面に基づき,本発明の一実
施例を説明する。図6は本実施例に係る位置センサレス
・モータ駆動装置を3相ステッピングモータの位置セン
サレス駆動に適用した回路ブロック図である。まず図6
に基づき,本実施例における位置センサレス・モータ駆
動装置の動作概略を説明する。1は3相の固定子巻線が
Y型に結線された3相ステッピングモータ,La,L
b,Lcはそれぞれ前記3相ステッピングモータのA
相,B相,C相の固定子巻線,2は固定子巻線La,L
b,Lcに転流して前記3相ステッピングモータ1を回
転駆動するためのインバータである。インバータ2は,
出力端子Da,Db,Dcを介して前記3相ステッピン
グモータ1の固定子巻線La,Lb,Lcにそれぞれ通
電し,回転子を回転駆動する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 6 is a circuit block diagram in which the position sensorless motor driving device according to the present embodiment is applied to position sensorless driving of a three-phase stepping motor. First, FIG.
The outline of the operation of the position sensorless motor driving device in the present embodiment will be described based on FIG. 1 is a three-phase stepping motor in which three-phase stator windings are connected in a Y-shape, La and L
b and Lc respectively represent A of the three-phase stepping motor.
Phase, B phase, C phase stator windings, 2 are stator windings La, L
An inverter for rotating the three-phase stepping motor 1 by commutation to b and Lc. Inverter 2
The stator windings La, Lb, Lc of the three-phase stepping motor 1 are energized via output terminals Da, Db, Dc, respectively, and the rotor is driven to rotate.

【0017】本実施例では前記3相ステッピングモータ
1をエンコーダ等の位置センサを別途用いることなく閉
ループ制御を行う。即ち位置センサレスで駆動する。前
記3相ステッピングモータ1の回転子の位置は,前記イ
ンバータ2の出力端子の電圧を回転子位置検出回路3で
処理することで検出することができる。前記回転子位置
検出回路3からは,前記3相ステッピングモータ1の
A,B,C各相に対する回転子の位置関係を表す矩形波
信号である回転子位置信号X,Y,Zがそれぞれ出力さ
れる。前記回転子位置信号X,Y,Zより,前記固定子
巻線La,Lb,Lcに転流するタイミングを生成す
る。
In this embodiment, the three-phase stepping motor 1 performs closed loop control without using a separate position sensor such as an encoder. That is, it is driven without a position sensor. The position of the rotor of the three-phase stepping motor 1 can be detected by processing the voltage of the output terminal of the inverter 2 by the rotor position detection circuit 3. From the rotor position detection circuit 3, rotor position signals X, Y, and Z, which are rectangular wave signals representing the positional relationship of the rotor with respect to each of the phases A, B, and C of the three-phase stepping motor 1, are output. You. Based on the rotor position signals X, Y and Z, a timing of commutation to the stator windings La, Lb and Lc is generated.

【0018】ところで,上述したように,回転子の回転
に伴って前記3相ステッピングモータ1の固定子巻線L
a,Lb,Lcには逆起電力が発生する。この逆起電力
によって,モータ端子又は前記インバータ出力端子D
a,Db,Dcの電圧波形には鋭いスパイク電圧が現れ
る。このスパイク電圧のために,回転子の位置を正しく
表しているスパイク電圧が発生しない場合の回転子位置
信号に対して,前記回転子位置信号X,Y,Zの位相が
進む方向にずれるという現象が発生する。従って,上記
従来の手法により前記回転子位置信号X,Y,Zからそ
のまま転流を行うと転流タイミングも進んでしまい,最
適なタイミングでの転流ができなくなる。そこで,本発
明では,図1に示した上記従来の位置センサレス・モー
タ駆動装置に,図6に示すように単位電気角計測回路
4,電流検出回路5,A/Dコンバータ6,ピークホー
ルド回路7及び進角調整回路8を追加した構成をとり,
以下に述べる手段によって,上記進み位相ずれをキャン
セルする。
By the way, as described above, the stator winding L of the three-phase stepping motor 1 is
Back electromotive force is generated in a, Lb, and Lc. This back electromotive force causes the motor terminal or the inverter output terminal D
A sharp spike voltage appears in the voltage waveforms of a, Db, and Dc. Due to this spike voltage, the phase of the rotor position signals X, Y, and Z is shifted in the direction in which the rotor position signal advances when no spike voltage correctly representing the position of the rotor is generated. Occurs. Therefore, if commutation is directly performed from the rotor position signals X, Y, and Z by the above-described conventional method, commutation timing also advances, and commutation at an optimal timing cannot be performed. Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 6, a unit electric angle measurement circuit 4, a current detection circuit 5, an A / D converter 6, a peak hold circuit 7 are added to the conventional position sensorless motor driving device shown in FIG. And a lead angle adjusting circuit 8 is added.
The advance phase shift is canceled by means described below.

【0019】上記進み位相ずれの大きさは前記固定子巻
線La,Lb,Lcに流れる電流に比例する。よって,
前記3相ステッピングモータ1の固定子巻線La,L
b,Lcとインバータ出力端子Da,Db,Dcとの間
にそれぞれシャント抵抗Rsを直列に挿入し,前記シャ
ント抵抗Rsに電流が流れた際にRsの両端に発生する
電圧から,電流検出回路5において,回転子の回転に伴
って前記固定子巻線La,Lb,Lcに流れる電流値
を,それと等価な電圧値として検出する。検出された電
流値はA/Dコンバータ6でディジタル値に変換された
後,ピークホールド回路7で電流波形のピーク値(波高
値)を保持する。単位電気角計測回路4では,前記回転
子位置信号X,Y,Zのパルス幅を計測し,電気角1度
あたりの時間を計測する。電流波形ピークの検出電流値
と前記単位電気角計測回路4から出力される電気角1度
の時間とを基に,進角調整回路8で前記進み位相ずれを
キャンセルすべき電気角遅延量dを生成する。転流信号
生成回路9では,前記各相に対する回転子位置信号X,
Y,Zに対して位相を前記電気角遅延量dだけ遅らせた
転流信号AP〜CNを生成する。そして位相シフトされ
た前記転流信号AP〜CNにより,駆動信号生成回路1
0で駆動信号A+〜C−を生成し,インバータ2を制御
することで最適なタイミングで固定子巻線La,Lb,
Lcが励磁されて回転子が回転する。
The magnitude of the leading phase shift is proportional to the current flowing through the stator windings La, Lb, Lc. Therefore,
Stator windings La, L of the three-phase stepping motor 1
b, Lc and the inverter output terminals Da, Db, Dc, respectively, shunt resistors Rs are inserted in series, respectively, and when a current flows through the shunt resistor Rs, a voltage generated at both ends of the shunt resistor Rs is used. , The current value flowing through the stator windings La, Lb, Lc with the rotation of the rotor is detected as a voltage value equivalent thereto. After the detected current value is converted into a digital value by the A / D converter 6, the peak value (peak value) of the current waveform is held by the peak hold circuit 7. The unit electrical angle measuring circuit 4 measures the pulse width of the rotor position signals X, Y, and Z, and measures the time per electrical angle. Based on the detected current value of the current waveform peak and the time of 1 electrical angle output from the unit electrical angle measurement circuit 4, the electrical angle delay amount d for which the advance phase shift should be canceled by the advance angle adjustment circuit 8 is calculated. Generate. In the commutation signal generation circuit 9, the rotor position signals X,
Commutation signals AP to CN whose phases are delayed by the electrical angle delay amount d with respect to Y and Z are generated. Then, the drive signal generation circuit 1 is operated by the commutation signals AP to CN that have been phase-shifted.
0 to generate drive signals A + to C- and control the inverter 2 so that the stator windings La, Lb,
Lc is excited and the rotor rotates.

【0020】次に図6に示す位置センサレス・モータ駆
動装置を構成する各ブロックの詳細について,以下図面
に基づき説明する。図7は図6の3相ステッピングモー
タ1のA,B,C各相の端子電圧波形41,42,43
と,前記端子電圧41,42,43を積分した波形4
4,45,46,及び回転子位置信号X,Y,Zの波形
との関係を示す図,図8はモータ端子に発生するスパイ
ク電圧によって前記回転子位置信号X,Y,Zの位相が
進む現象を説明する図,図9は前記回転子位置信号波形
X,Y,Zと転流信号波形AP〜CN,及びモータに流
れる電流波形の関係を示す図である。図10は3相ステ
ッピングモータ1を回転駆動する120度通電電圧型イ
ンバータ2の回路構成例である。インバータ2は,P側
のMOSFET,Fa+,Fb+,Fc+と,N側のM
OS FET(以降単にFETと呼ぶ),Fa−,Fb
−,Fc−とから構成される。P側のFETとN側のF
ETとを一組組合せてチョッパ制御を行い,3相の直流
電流を各相の固定子巻線のうち選択的に2つの巻線に順
次通電して磁界を形成することにより回転子を回転駆動
させる。
Next, details of each block constituting the position sensorless motor driving device shown in FIG. 6 will be described with reference to the drawings. FIG. 7 shows the terminal voltage waveforms 41, 42, 43 of each of the phases A, B, C of the three-phase stepping motor 1 of FIG.
And a waveform 4 obtained by integrating the terminal voltages 41, 42, 43
FIG. 8 shows the relationship between the waveforms of 4, 45, 46 and the rotor position signals X, Y, Z. FIG. 8 shows that the phases of the rotor position signals X, Y, Z are advanced by spike voltages generated at motor terminals. FIG. 9 illustrates the relationship between the rotor position signal waveforms X, Y, and Z, the commutation signal waveforms AP to CN, and the current waveform flowing through the motor. FIG. 10 is an example of a circuit configuration of a 120-degree conduction voltage type inverter 2 that rotationally drives the three-phase stepping motor 1. The inverter 2 includes a P-side MOSFET, Fa +, Fb +, and Fc +, and an N-side M
OS FET (hereinafter simply referred to as FET), Fa−, Fb
-, Fc-. P-side FET and N-side F
ET is combined with one set to perform chopper control, and three-phase DC current is selectively passed through two of the stator windings sequentially to form a magnetic field, thereby driving the rotor to rotate. Let it.

【0021】上記インバータ2を制御し,最適なタイミ
ングで固定子巻線に転流するために回転子の位置を検出
する。本発明においては,図2に示した回転子位置検出
回路(1相分)を用い,上述したように,モータ端子電
圧を積分,比較処理することによって回転子の位置を検
出している。本実施例では3相ステッピングモータ1を
駆動しているので,A,B,C各相に対する回転子位置
信号X,Y,Zが得られることになる。
The inverter 2 is controlled to detect the position of the rotor in order to commutate to the stator winding at an optimum timing. In the present invention, the position of the rotor is detected by using the rotor position detection circuit (for one phase) shown in FIG. 2 and integrating and comparing the motor terminal voltages as described above. In this embodiment, since the three-phase stepping motor 1 is driven, the rotor position signals X, Y, and Z for each of the A, B, and C phases are obtained.

【0022】120度通電型のインバータにおいては,
各相毎に電気角360度の期間内に60度×2回の開放
期間(FETに駆動信号が印加されない期間)を有す
る。この開放期間にある相を開放相と称する。回転子の
回転に伴い固定子巻線に発生する逆起電力によって,図
7もしくは図8のA相端子電圧波形41に示すように,
開放期間には逆起電圧が発生すると同時にスパイク電圧
が発生する。このスパイク電圧によって,図8に示すよ
うに,スパイク電圧が発生しない場合の端子電圧積分波
形38に対して,実際の積分波形44は位相がd′進ん
だ歪んだ形状になる。
In a 120-degree conduction type inverter,
Each phase has an open period of 60 ° × 2 times (a period during which no drive signal is applied to the FET) within a period of 360 ° electrical angle. The phase in this open period is called an open phase. As shown in the A-phase terminal voltage waveform 41 of FIG. 7 or FIG. 8 by the back electromotive force generated in the stator winding with the rotation of the rotor,
During the open period, a spike voltage is generated at the same time as the back electromotive voltage is generated. Due to this spike voltage, as shown in FIG. 8, the actual integrated waveform 44 has a distorted shape with the phase advanced by d 'with respect to the terminal voltage integrated waveform 38 when no spike voltage is generated.

【0023】しかし,上述したように,実際にはスパイ
ク電圧によって積分波形のゼロクロス点の位相がd′進
んでしまうため,回転子位置信号Xにも,前記スパイク
電圧がない場合の回転子位置信号X′に対して,進み位
相量d′だけずれが生じる。よって,回転子位置信号X
の立上りもしくは立下りエッジでそのまま転流すると,
転流タイミングが進んでしまうことになるため,回転が
不安定になったり,最悪の場合には脱調を引き起こした
りする。従って,最適なタイミングでの転流を実現する
ためには,前記進み位相量d′を補正する機構が必要と
なる。ここで,前記積分波形44の歪み即ち進み位相量
d′の大きさは常に一定ではなく,モータの回転状況に
応じて変動する。従って,モータの回転状況に応じて時
々刻々変化する進み位相量d′を常に最適に補正しなく
てはならない。
However, as described above, since the phase of the zero-cross point of the integrated waveform is actually advanced by d 'due to the spike voltage, the rotor position signal X is not included in the rotor position signal when there is no spike voltage. X 'is shifted from lead X' by the leading phase amount d '. Therefore, the rotor position signal X
Commutation at the rising or falling edge of
Since the commutation timing is advanced, the rotation becomes unstable, or in the worst case, a step-out occurs. Therefore, in order to realize commutation at an optimal timing, a mechanism for correcting the advance phase amount d 'is required. Here, the distortion of the integrated waveform 44, that is, the magnitude of the advance phase amount d 'is not always constant, but varies according to the rotation state of the motor. Therefore, it is necessary to always optimally correct the advance phase amount d 'that changes every moment according to the rotation state of the motor.

【0024】進み位相量d′の大きさは前記スパイク電
圧のパルス幅に依存する。本発明では,スパイク電圧パ
ルス幅が回転負荷の大きさ即ちモータに流れる電流に比
例することに着目し,モータに流れる電流を検出して,
検出された電流値に基づいて進み位相量d′を推測,補
正し,最適なタイミングで転流を行うことを可能とする
構成とした。
The magnitude of the advance phase amount d 'depends on the pulse width of the spike voltage. The present invention focuses on the fact that the spike voltage pulse width is proportional to the magnitude of the rotating load, that is, the current flowing through the motor, and detects the current flowing through the motor.
Based on the detected current value, the advance phase amount d 'is estimated and corrected, so that commutation can be performed at an optimal timing.

【0025】図11は位置センサレス・モータ駆動装置
を構成する電流検出回路の1相分の回路図であり,シャ
ント抵抗Rs,差動増幅器25,出力レベル調整増幅器
26,クランプ回路27から構成される。シャント抵抗
Rsは,例えば0.5Ω程度の非常に小さい抵抗値を持
つものを使用し,図6もしくは図10に示すように,イ
ンバータ出力端子Da,Db,Dcとモータ固定子巻線
La,Lb,Lcとの間にそれぞれ挿入される。インバ
ータ2とモータ1との間に電流が流れると,前記シャン
ト抵抗Rsの両端間に電流値に応じた電位差が発生す
る。この電位差は図11に示す差動増幅器25によって
増幅され,出力レベル調整増幅器26を介して電流値と
等価な電圧値として出力される。モータに流れる電流は
図9の47に示す電流波形のように−側にも振れるた
め,図11のクランプ回路27によって−側成分をカッ
トした後,A/Dコンバータ6に入力する。なお,本実
施例では3相とも同様の電流波形となることから,1相
分の検出電流値のみ(本実施例ではA相)をA/Dコン
バータに入力するという構成をとっている。
FIG. 11 is a circuit diagram of one phase of a current detection circuit constituting a position sensorless motor driving device, and is composed of a shunt resistor Rs, a differential amplifier 25, an output level adjustment amplifier 26, and a clamp circuit 27. . The shunt resistor Rs has a very small resistance value of, for example, about 0.5Ω. As shown in FIG. 6 or FIG. 10, the inverter output terminals Da, Db, Dc and the motor stator windings La, Lb are used. , Lc. When a current flows between the inverter 2 and the motor 1, a potential difference corresponding to the current value is generated between both ends of the shunt resistor Rs. This potential difference is amplified by a differential amplifier 25 shown in FIG. 11 and output as a voltage value equivalent to a current value via an output level adjustment amplifier 26. Since the current flowing through the motor swings to the minus side as shown by the current waveform 47 in FIG. 9, the minus component is cut by the clamp circuit 27 in FIG. 11 and then input to the A / D converter 6. In the present embodiment, since the same current waveform is applied to all three phases, only the detected current value for one phase (A phase in this embodiment) is input to the A / D converter.

【0026】図6に示すA/Dコンバータ6で8ビット
の2進データに変換された電流値は,ピークホールド回
路7で電流波形のピークの値(波高値)をサーチし,保
持する。ピークの保持期間は電気角360度で,その都
度ピーク値はリフレッシュされる構成としたことによ
り,リアルタイムな電流検出が可能となる。
The current value converted into 8-bit binary data by the A / D converter 6 shown in FIG. 6 is searched for and held by the peak hold circuit 7 for the peak value (peak value) of the current waveform. The retention period of the peak is 360 electrical degrees, and the peak value is refreshed each time, so that real-time current detection is possible.

【0027】検出された電流値を基に,図7及び図8に
示したd′進み位相の回転子位置信号X,Y,Zのパル
スエッジから,前記進み位相量d′をキャンセルする遅
延量dだけ転流を遅延させることで正規の転流点まで位
相を戻し,最適なタイミングで転流することができる。
ここで,遅延量dは電流値とモータ回転数の両方に依存
する。つまり,電流値が同じでも,モータ回転数が異な
れば遅延量dも異なるため,遅延量決定の際には電流値
とモータ回転数の2つのパラメータを考慮しなくてはな
らない。本発明では,遅延量を電気角で与えることによ
って,見かけ上モータ回転数というパラメータを消去
し,電流値に対する遅延量のみを考慮すればよいように
進角調整回路を構成した。さらに,電流値と遅延量との
対応関係を外部から設定,変更できるように構成したこ
とで,特性の異なるモータそれぞれに対して最適な遅延
をかけることを可能とした。
Based on the detected current value, the delay amount for canceling the advance phase amount d 'from the pulse edges of the d' advance phase rotor position signals X, Y and Z shown in FIGS. By delaying the commutation by d, the phase can be returned to the normal commutation point and commutation can be performed at an optimal timing.
Here, the delay amount d depends on both the current value and the motor speed. That is, even if the current value is the same, the delay amount d is different if the motor rotation speed is different. Therefore, when determining the delay amount, two parameters of the current value and the motor rotation speed must be considered. In the present invention, the advance angle adjustment circuit is configured so that the parameter of the motor rotation speed is apparently eliminated by giving the delay amount in electrical angle, and only the delay amount with respect to the current value needs to be considered. Furthermore, by configuring the correspondence between the current value and the delay amount so that it can be set and changed from outside, it is possible to apply the optimum delay to each motor with different characteristics.

【0028】図6の単位電気角計測回路4において,電
気角180度のパルス幅を有する上記回転子位置信号
X,Y,Zから計測された電気角1度即ち単位電気角の
時間を基に,進角調整回路8において前記ピークホール
ド回路7から出力された検出電流値に対応する電気角遅
延量dを決定し,出力する。遅延量dの決定には,外部
から与えた乗算定数と検出電流値から遅延量を計算する
乗算方式と,それぞれの検出電流値に対応する遅延量の
関係を予め記述した読出専用記憶装置の内容を参照する
ROM方式の二通りが選択可能である。図12は前記進
角調整回路8の回路構成図である。乗算方式の場合は,
外部から例えばDIP SW等で構成される乗算定数設
定器28において8ビット2進データの乗算定数(検出
電流値との積が遅延量になる値)を設定し,乗算器29
において検出電流値と乗算定数との積即ち電気角遅延量
dが計算され,出力される。なお,前記乗算定数の設定
においては,前記乗算定数設定器28の代わりに,マイ
コン等から8ビット2進データの乗算定数を生成して入
力することによっても可能である。ROM方式の場合
は,読出専用記憶装置30に8ビット2進表記の電流値
をアドレスとして,前記電流値に対する電気角遅延量d
の値を予め記述しておき,検出電流値をアドレスとして
前記読出専用記憶装置30に入力すると,それに対応す
る電気角遅延量dが前記読出専用記憶装置30から出力
される。乗算方式とROM方式との切替はセレクタ31
によって行う。遅延量の転流信号生成回路への出力は,
上記ピークホールド回路7のリフレッシュタイミングに
合せて行われる。
In the unit electrical angle measuring circuit 4 of FIG. 6, based on the electrical angle of 1 degree measured from the rotor position signals X, Y, Z having a pulse width of 180 electrical degrees, that is, the time of the unit electrical angle, , The lead angle adjustment circuit 8 determines and outputs the electrical angle delay amount d corresponding to the detected current value output from the peak hold circuit 7. To determine the delay amount d, a multiplication method for calculating the delay amount from an externally applied multiplication constant and a detected current value, and the contents of a read-only storage device in which the relationship between the delay amounts corresponding to the respective detected current values is described in advance. Can be selected. FIG. 12 is a circuit diagram of the advance angle adjusting circuit 8. As shown in FIG. In the case of the multiplication method,
A multiplication constant of 8-bit binary data (a value that delays the product of the detected current value) is set in a multiplication constant setting unit 28 composed of, for example, a DIP SW from the outside.
, The product of the detected current value and the multiplication constant, that is, the electrical angle delay amount d is calculated and output. Note that the multiplication constant can be set by generating and inputting a multiplication constant of 8-bit binary data from a microcomputer or the like instead of the multiplication constant setting unit 28. In the case of the ROM system, an electric angle delay amount d with respect to the current value is stored in the read-only storage device 30 using the current value in 8-bit binary notation as an address.
Is described in advance, and when the detected current value is input to the read-only storage device 30 as an address, the electrical angle delay d corresponding thereto is output from the read-only storage device 30. Switching between the multiplication method and the ROM method is performed by the selector 31.
Done by The output of the delay amount to the commutation signal generation circuit is
This is performed in accordance with the refresh timing of the peak hold circuit 7.

【0029】一例として,乗算方式を用いた際の上記進
角調整回路8の動作を以下に説明する。電流値と電気角
遅延量との関係は図13に示すような直線であるとす
る。いま,電流値0〜2Aまでを8ビットで表現すれ
ば,0〜2Aまでを256段階で表すことになる。電流
値が2Aの時,乗算器29の入力端子Bに入力される信
号は10進表記で256であり,図13の遅延特性を適
用すると,この時の電気角遅延量は160度となる。従
って,ここでは入力された電流値を160/256倍す
れば,求める電気角遅延量が得られることになり,前記
160/256がここでの乗算定数となる。160/2
56=0.625で,これは2進表記で0.101であ
り,小数点以下8桁までの数値即ち10100000を
乗算定数として乗算定数設定器28で設定する。
As an example, the operation of the lead angle adjusting circuit 8 when the multiplication method is used will be described below. It is assumed that the relationship between the current value and the electrical angle delay amount is a straight line as shown in FIG. Now, if the current value from 0 to 2 A is represented by 8 bits, the value from 0 to 2 A is represented by 256 levels. When the current value is 2 A, the signal input to the input terminal B of the multiplier 29 is 256 in decimal notation, and when the delay characteristic of FIG. 13 is applied, the electrical angle delay amount at this time is 160 degrees. Therefore, here, if the input current value is multiplied by 160/256, the electric angle delay amount to be obtained can be obtained, and 160/256 becomes the multiplication constant here. 160/2
56 = 0.625, which is 0.101 in binary notation, and a value up to eight digits after the decimal point, that is, 10100000 is set as a multiplication constant by the multiplication constant setting unit 28.

【0030】例えば,電流値が0.5Aの時,乗算器2
9の端子Bには2進表記で01000000というデー
タが入力される。乗算器29では前記端子Bのデータ
と,端子Aに入力される前記乗算定数設定器28で設定
された10100000というデータとの各ビットごと
の論理積をとり,それらを加算して00101000と
いうデータで表される電気角遅延量をA×B端子に出力
する。前記出力は10進数では40となるから,この結
果は図13の遅延特性と一致する。ここで,乗算器29
は端子A,Bに入力された値の積(ただし8ビットデー
タ同士の積は16ビットデータとなるため,そのうち下
位8ビットのデータは切捨てる)を出力するという機能
を果たしている。同様の場合にROM方式では,読出専
用記憶装置30内の01000000(電流値を2進表
記したもの)のアドレスに前記電流値01000000
(=0.5A)に対応する電気角遅延量データ0010
1000(=40度)を予め格納しておき,前記電流値
が端子ADに入力されたら前記電気角遅延量が端子DA
TAから出力される。
For example, when the current value is 0.5 A, the multiplier 2
Data “01000000” in binary notation is input to the terminal B of No. 9. The multiplier 29 takes a logical product for each bit of the data of the terminal B and the data of 10100000 set by the multiplication constant setting unit 28 inputted to the terminal A, and adds them to obtain a data of 00101000. The expressed electrical angle delay amount is output to the A × B terminal. Since the output is 40 in decimal notation, this result matches the delay characteristic of FIG. Here, the multiplier 29
Has the function of outputting the product of the values input to the terminals A and B (however, since the product of 8-bit data is 16-bit data, the lower 8 bits of the data are discarded). In the same manner, in the ROM system, the current value of 010000000 (current value is expressed in binary) in the read-only storage device 30 is stored in the address of 010000000.
(= 0.5 A) electrical angle delay amount data 0010
1000 (= 40 degrees) is stored in advance, and when the current value is input to the terminal AD, the electric angle delay amount is stored in the terminal DA.
Output from TA.

【0031】以上は,電流値と電気角遅延量との関係を
図13に示すような直線であるとして述べた。しかし実
際には,電流値と電気角遅延量との間の,モータを安定
駆動するための最適な関係は常に直線であるとは限ら
ず,モータによっては曲線状になることもある。また,
モータに掛かる負荷が小さいときには直線状であって
も,負荷即ち電流が大きくなるにつれて曲線状になるこ
ともある。ROM方式においては,電流値と電気角遅延
量との関係を直線に限らず,任意の曲線にすることがで
きるので,広範囲な運転領域において常に最適な遅延を
かけることが可能となる。
In the above, the relationship between the current value and the electrical angle delay amount has been described as a straight line as shown in FIG. However, in practice, the optimal relationship between the current value and the electrical angle delay amount for stably driving the motor is not always linear, and may be curved depending on the motor. Also,
When the load applied to the motor is small, it may be linear, but may become curved as the load, that is, the current, increases. In the ROM system, the relationship between the current value and the electrical angle delay amount is not limited to a straight line, but can be an arbitrary curve, so that an optimal delay can always be applied in a wide operating region.

【0032】ROM方式では,一度設定した遅延特性を
変更するには,読出専用記憶装置自体を交換する必要が
ある。一方,乗算方式においては,乗算定数設定器にお
いて遅延特性を随時変更することができるため,モータ
の特性が変わっても装置自体を変更する必要がなく,柔
軟に対応することができる。また,乗算方式による進角
調整機構においては,前記進角調整回路を含めて,当該
モータ駆動回路を1チップIC化することができるた
め,当該モータ駆動回路を低コストで提供することが可
能となる。
In the ROM method, in order to change the delay characteristic once set, it is necessary to replace the read-only storage device itself. On the other hand, in the multiplication method, since the delay characteristic can be changed at any time by the multiplication constant setting device, it is not necessary to change the device itself even if the characteristics of the motor change, and it is possible to respond flexibly. Further, in the advance angle adjustment mechanism using the multiplication method, the motor drive circuit including the advance angle adjustment circuit can be made into a one-chip IC, so that the motor drive circuit can be provided at low cost. Become.

【0033】さらに,本発明では,遅延量決定に際し
て,乗算方式とROM方式とをセレクタによって切替え
る構成としたことで,前記乗算方式とROM方式双方の
利点を生かすことができる。例えば,検出電流値に応じ
て遅延量決定方式を切替えるということも可能となる。
つまり,電流値が0〜1Aまでは乗算方式を選択し,1
〜2AまではROM方式を選択するというような形態に
することもできる。従って,従来よりも広範な運転領域
において脱調を抑え,特性の異なる様々なモータに対し
ても柔軟に対応し,常に安定的に駆動することが可能と
なる。
Further, in the present invention, when the delay amount is determined, the multiplication method and the ROM method are switched by the selector, so that the advantages of both the multiplication method and the ROM method can be utilized. For example, it is possible to switch the delay amount determination method according to the detected current value.
That is, the multiplication method is selected when the current value is 0 to 1 A, and
Up to 2A, a form in which a ROM method is selected can be adopted. Therefore, step-out can be suppressed in a wider operation range than before, and it is possible to flexibly cope with various motors having different characteristics and to constantly drive the motor stably.

【0034】本実施例では,転流信号生成回路におい
て,図9のAP〜CNの波形に示すように,A,B,C
各相に対して+側と−側それぞれのFETを制御する計
6本の転流信号を生成する。前記転流信号AP〜CN
は,図9に示すように回転子位置信号X,Y,Zの立上
り,立下りエッジに対して,上記進角調整回路8から出
力される電気角遅延量dだけそれぞれ遅延させたタイミ
ングで立上げ,立下げが行われ,パルスHIGH期間が
電気角120度の矩形波となる。以上のように構成する
ことで最適なタイミングでの転流が行われる。
In this embodiment, in the commutation signal generation circuit, A, B, C
For each phase, a total of six commutation signals for controlling the + side and − side FETs are generated. The commutation signals AP to CN
As shown in FIG. 9, the rising edge and the falling edge of the rotor position signals X, Y, Z are respectively delayed at the timing delayed by the electrical angle delay amount d output from the advance angle adjusting circuit 8. Rising and falling are performed, and the pulse HIGH period becomes a rectangular wave having an electrical angle of 120 degrees. With the above configuration, commutation is performed at an optimal timing.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上説明したように,本発明によれば,
回転子の位置を検出するのに高価なエンコーダやホール
素子等を必要としない位置センサレス方式であり,電流
検出回路にも高価な部品を必要としない簡素な構成とし
たことから,省スペースでコストが安くなるという効果
が創出される。
As described above, according to the present invention,
It is a position sensor-less system that does not require expensive encoders or Hall elements to detect the position of the rotor, and has a simple configuration that does not require expensive components in the current detection circuit. The effect is that the cost is reduced.

【0036】さらに,検出した電流値に応じて進み位相
ずれを補正する進角調整回路を備え,前記進角調整回路
における電気角遅延量決定機構を,乗算方式とROM方
式を用い,両方式を切替えることで外部から遅延特性を
任意に設定,変更することが可能な構成としたことによ
り,従来よりも広範な運転領域において脱調を抑え,特
性の異なる様々なモータに対しても柔軟に対応し,常に
安定的に駆動することを可能とした。
Further, there is provided an advance angle adjustment circuit for correcting an advance phase shift in accordance with the detected current value, and an electric angle delay amount determining mechanism in the advance angle adjustment circuit uses a multiplication method and a ROM method. By switching, the delay characteristics can be set and changed arbitrarily from the outside, so that step-out is suppressed in a wider operating range than before, and it is possible to flexibly handle various motors with different characteristics. In addition, stable driving was always possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 従来の位置センサレス・モータ駆動装置を3
相ステッピングモータの位置センサレス駆動に適用した
回路ブロック図である。
FIG. 1 shows a conventional position sensor-less motor drive device of three types.
It is a circuit block diagram applied to the position sensorless drive of a phase stepping motor.

【図2】 回転子位置検出回路の1相分の回路図であ
る。
FIG. 2 is a circuit diagram of one phase of a rotor position detection circuit.

【図3】 スパイク電圧が発生しない場合の3相ステッ
ピングモータ端子電圧波形と端子電圧積分波形及び回転
子位置信号波形の関係を示す図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship between a terminal voltage waveform of a three-phase stepping motor, a terminal voltage integrated waveform, and a rotor position signal waveform when no spike voltage is generated.

【図4】 従来の位置センサレス・モータ駆動装置にお
いて,モータ端子電圧から回転子位置信号を生成する機
構を説明する図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a mechanism for generating a rotor position signal from a motor terminal voltage in a conventional position sensorless motor drive device.

【図5】 従来の位置センサレス・モータ駆動装置にお
ける回転子位置信号波形と転流信号波形との関係を示す
図である。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a rotor position signal waveform and a commutation signal waveform in a conventional position sensorless motor drive device.

【図6】 本発明の一実施例に係る位置センサレス・モ
ータ駆動装置を3相ステッピングモータの位置センサレ
ス駆動に適用した回路ブロック図である。
FIG. 6 is a circuit block diagram in which a position sensorless motor driving device according to an embodiment of the present invention is applied to position sensorless driving of a three-phase stepping motor.

【図7】 本発明の一実施例に係る3相ステッピングモ
ータの端子電圧波形と端子電圧積分波形及び回転子位置
信号波形の関係を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a relationship among a terminal voltage waveform, a terminal voltage integrated waveform, and a rotor position signal waveform of the three-phase stepping motor according to one embodiment of the present invention.

【図8】 モータ端子に発生するスパイク電圧によって
回転子位置信号の位相が進む現象を説明する図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating a phenomenon in which the phase of a rotor position signal advances due to a spike voltage generated at a motor terminal.

【図9】 本発明の一実施例に係る回転子位置信号波形
と転流信号波形及びモータに流れる電流波形の関係を示
す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a relationship among a rotor position signal waveform, a commutation signal waveform, and a current waveform flowing through a motor according to an embodiment of the present invention.

【図10】 3相120度通電電圧型インバータの回路
構成例である。
FIG. 10 is a circuit configuration example of a three-phase 120 ° conduction voltage type inverter.

【図11】 電流検出回路の1相分の回路図である。FIG. 11 is a circuit diagram of one phase of a current detection circuit.

【図12】 進角調整回路の回路構成図である。FIG. 12 is a circuit configuration diagram of a lead angle adjustment circuit.

【図13】 検出電流値に対する電気角遅延量の対応関
係を表す遅延特性の一例を示す図である。
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a delay characteristic representing a correspondence relationship between a detected current value and an electrical angle delay amount.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 3相ステッピングモータ 2 120度通電電圧型インバータ 3 回転子位置検出回路 4 単位電気角計測回路 5 電流検出回路 6 A/Dコンバータ 7 ピークホールド回路 8 進角調整回路 9 転流信号発生回路 10 駆動信号発生回路 21 フィルタ 22 積分器 23 コンパレータ 24 ホトカプラ 25 差動増幅器 26 出力レベル調整回路 27 クランプ回路 28 乗算定数設定器 29 乗算器 30 読出専用記憶装置 31 セレクタ 35 スパイク電圧のないA相端子電圧波形 36 スパイク電圧のないB相端子電圧波形 37 スパイク電圧のないC相端子電圧波形 38 スパイク電圧が発生しない場合のA相端子電圧積
分波形 39 スパイク電圧が発生しない場合のB相端子電圧積
分波形 40 スパイク電圧が発生しない場合のC相端子電圧積
分波形 41 A相端子電圧波形 42 B相端子電圧波形 43 C相端子電圧波形 44 A相端子電圧積分波形 45 B相端子電圧積分波形 46 C相端子電圧積分波形 47 C相電流波形 X,Y,Z A,B,C相に対する回転子位置信号 X′,Y′,Z′ スパイク電圧が発生しない場合のA
相に対する回転子位置信号 AP A相+側転流信号 AN A相−側転流信号 BP B相+側転流信号 BN B相−側転流信号 CP C相+側転流信号 CN C相−側転流信号 A+ A相+側駆動信号 A− A相−側駆動信号 B+ B相+側駆動信号 B− B相−側駆動信号 C+ C相+側駆動信号 C− C相−側駆動信号 d′ ゼロクロス点進み位相量 d 電気角遅延量
REFERENCE SIGNS LIST 1 three-phase stepping motor 2 120-degree conducting voltage type inverter 3 rotor position detection circuit 4 unit electric angle measurement circuit 5 current detection circuit 6 A / D converter 7 peak hold circuit 8 advance angle adjustment circuit 9 commutation signal generation circuit 10 drive Signal generation circuit 21 Filter 22 Integrator 23 Comparator 24 Photocoupler 25 Differential amplifier 26 Output level adjustment circuit 27 Clamp circuit 28 Multiplication constant setting device 29 Multiplier 30 Read-only storage device 31 Selector 35 A-phase terminal voltage waveform without spike voltage 36 B-phase terminal voltage waveform without spike voltage 37 C-phase terminal voltage waveform without spike voltage 38 A-phase terminal voltage integral waveform without spike voltage 39 B-phase terminal voltage integral waveform without spike voltage 40 Spike voltage Phase terminal voltage when no noise occurs Separated waveform 41 A-phase terminal voltage waveform 42 B-phase terminal voltage waveform 43 C-phase terminal voltage waveform 44 A-phase terminal voltage integration waveform 45 B-phase terminal voltage integration waveform 46 C-phase terminal voltage integration waveform 47 C-phase current waveform X, Y, Z A, B, C Rotor position signals X ', Y', Z 'A when no spike voltage is generated
Rotor position signal for phase AP A phase + side commutation signal AN A phase-side commutation signal BP B phase + side commutation signal BN B phase-side commutation signal CP C phase + side commutation signal CN C phase- Side commutation signal A + A phase + side drive signal A− A phase− side drive signal B + B phase + side drive signal B− B phase− side drive signal C + C phase + side drive signal C− C phase− side drive signal d ′ Zero-cross point advance phase d Electric angle delay

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 モータを回転駆動するインバータ回路を
備え,モータ端子電圧を利用して回転子位置を検出し,
外付の位置検出器を用いることなく固定子巻線に転流し
駆動する位置センサレス・モータ駆動装置であって,モ
ータ端子電圧を積分する積分回路と,前記積分回路出力
から回転子の位置を示す方形波を生成するコンパレータ
とから構成される回転子位置検出回路と,前記回転子位
置信号から電気角1度に相当する時間を計算する単位電
気角計測回路と,モータに流れる電流を検出する電流検
出回路と,前記電流検出回路によって検出された電流値
をA/D変換するA/Dコンバータと,A/D変換され
た電流波形のピーク値を保持するピークホールド回路
と,前記検出電流ピーク値に応じて最適な転流点まで転
流パルスを遅延させるのに必要な電気角遅延量を決定
し,出力する進角調整回路とを備えたことを特徴とする
位置センサレス・モータ駆動装置。
An inverter circuit for rotating and driving a motor, wherein a rotor position is detected using a motor terminal voltage;
A position sensorless motor drive device that commutates and drives a stator winding without using an external position detector, and an integration circuit that integrates a motor terminal voltage, and a position of a rotor is indicated from an output of the integration circuit. A rotor position detection circuit composed of a comparator for generating a square wave, a unit electric angle measurement circuit for calculating a time corresponding to an electric angle of 1 degree from the rotor position signal, and a current for detecting a current flowing through the motor A detection circuit, an A / D converter for A / D converting the current value detected by the current detection circuit, a peak hold circuit for holding a peak value of the A / D converted current waveform, and a detection current peak value A position sensorless mode characterized by comprising an advancing angle adjustment circuit for determining and outputting an electrical angle delay amount necessary to delay a commutation pulse to an optimum commutation point according to Drive.
【請求項2】 前記進角調整回路を,外部から与えた乗
算定数と検出電流値から遅延量を計算する乗算器と,各
検出電流値に対応する遅延量の関係を予め記述した読出
専用記憶装置と,前記乗算器と読出専用記憶装置とから
出力される遅延量のどちらかを選択するセレクタとから
構成したことを特徴とする請求項1記載の位置センサレ
ス・モータ駆動装置。
2. A read-only memory comprising: a multiplier for calculating a delay amount from a multiplication constant given from outside and a detected current value; and a read-only memory in which a relationship between delay amounts corresponding to each detected current value is described in advance. 2. The position sensorless motor driving device according to claim 1, further comprising a device and a selector for selecting one of the delay amounts output from the multiplier and the read-only storage device.
【請求項3】 前記電流検出回路を,インバータとモー
タとの間に直列に挿入されたシャント抵抗と,前記シャ
ント抵抗の両端間の電位差を増幅する差動増幅器とによ
り構成したことを特徴とする請求項2記載の位置センサ
レス・モータ駆動装置。
3. A current detection circuit comprising a shunt resistor inserted in series between an inverter and a motor, and a differential amplifier for amplifying a potential difference between both ends of the shunt resistor. The position sensorless motor drive device according to claim 2.
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