JP2003264990A - ブラシレスモータの回転数計算方法 - Google Patents

ブラシレスモータの回転数計算方法

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JP2003264990A
JP2003264990A JP2002062820A JP2002062820A JP2003264990A JP 2003264990 A JP2003264990 A JP 2003264990A JP 2002062820 A JP2002062820 A JP 2002062820A JP 2002062820 A JP2002062820 A JP 2002062820A JP 2003264990 A JP2003264990 A JP 2003264990A
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brushless motor
rotation speed
signal
hall sensor
calculating
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Hitoo Togashi
仁夫 富樫
Shinya Yamamoto
伸也 山本
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 このブラシレスモータの回転数計算方法は、
3相巻線を有する固定子に永久磁石回転子を配置すると
共に3個のホールセンサによるホールセンサ信号(H
u,Hv、Hw)に基づいてマイコンMを含むPWM制
御回路でPWM信号を生成し、このPWM信号によりイ
ンバータを制御して回転駆動されるブラシレスモータに
おいて、各ホールセンサで検出されるパルス状位置セン
サ信号の立ち上りあるいは立ち下りエッジ間の間隔であ
る半周期または1周期の時間間隔に基づいてマイコンM
により永久磁石回転子の回転数を計算する。 【効果】 各ホールセンサの取付け位置のばらつきによ
り発生する回転数の計算誤差を小さくすることができ、
滑らかな回転で騒音の低いブラシレスモータが実現でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明はブラシレスモータの回
転数計算方法に関し、特にたとえば複数個の位置センサ
からの位置センサ信号に応じて回転子の回転数を計算す
る、ブラシレスモータの回転数計算方法に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、全自動洗濯機の攪拌体(パルセ
ーター)を正逆に回転駆動する駆動モータとしては、一
般的に小型高効率のブラシレスモータが用いられてお
り、インバータ装置により駆動制御されている。そし
て、ブラシレスモータには通常回転子の位置検出センサ
として、安価なホールICがブラシレスモータの相数分
取付けられている。たとえば、3相モータの場合、これ
らホールICは回転軸を中心とする円周上に電気角12
0度毎に3箇所に配置されており、各ホールICから得
られる3つの位置センサ信号(Hu,Hv、Hw)がイ
ンバータ装置に供給され、このインバータ装置からの出
力信号に基づいてブラシレスモータが回転駆動される。
【0003】そして、このブラシレスモータの駆動方式
としては、3相固定子巻線U,V、Wの内、2相の巻線
に順次通電を行う120度通電方式と、正弦波状の電圧
指令信号を用いたPWM制御によりU,V、Wの3相の
巻線に同時に正弦波状の電圧を印加して駆動する正弦波
駆動方式があり、通常は後者の駆動方式が使用されてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、安価な位置
検出センサ、たとえばホールセンサを用いてブラシレス
モータを正弦波駆動するには、ホールセンサからのホー
ルセンサ信号をもとに回転子の位置を推定する必要があ
る。
【0005】例えば、3相モータに3個のホールセンサ
を設けた場合には、たとえば図8に示すフローチャート
に従って、電気角60度毎のホールセンサ信号からより
高い分解能で位置を推定する。しかし、実際にはホール
センサのホールセンサ信号は、ホールセンサの取付け位
置の誤差等により必ずしも出力信号は正確に電気角60
度毎にならない。
【0006】つまり、3個のホールセンサの取付け位置
の誤差によって図6に示すようにホールセンサ信号(出
力信号)の立ち上り、立ち下りエッジ(信号が変化する
点)の時間間隔がばらつき回転数の計算に誤差が生じ、
特に、高速回転において計算誤差が大きくなる。
【0007】そのために、高速回転では、1つのホール
センサで、たとえば図9に示すフローチャートに従って
回転数を計算する方法が提案されている。例えば、特開
平11−75387号公報[H02P 6/14]、特開
2001−86787号公報[K02P 6/16]等参
照。しかしながら、1つのホールセンサを用いる場合に
は、回転数を計算する時間間隔が図7に示すように、1
/6周期毎から半周期毎と大きくなってしまい、速度変
化時には誤差が大きくなる。
【0008】このように、従来のいずれの方法も、回転
数の計算誤差が大きくなるという問題がある。
【0009】それゆえに、この発明の主たる目的は、計
算誤差を小さくすることができる、ブラシレスモータの
回転数計算方法を提供する。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明は、複数相の巻
線を有する固定子、永久磁石回転子、この回転子の回転
位置を検出して位置センサ信号を出力する複数個の位置
センサ、この位置センサからの位置センサ信号に基づい
て通電信号を形成する通電信号形成手段、およびこの通
電信号形成手段からの通電信号に基づいて複数相の巻線
に通電する駆動手段を備えるブラシレスモータにおい
て、各位置センサ信号の半周期または1周期の時間間隔
に基づいて回転子の回転数を計算することを特徴とす
る、ブラシレスモータの回転数計算方法である。
【0011】
【作用】例えば、半周期からの計算では、複数個の位置
センサの取付け位置による回転数の誤差をなくし、1/
6周期毎に回転数の計算ができる。また、1周期からの
計算でも同じ効果が得られ、さらに同一位置センサのオ
ンとオフの比率が異なるばあいでも正しい回転数の計算
ができる。
【0012】また、複数個の位置センサからの計算値の
平均をとることで、各センサの計算結果のばらつき誤差
を小さくすることができるものである。
【0013】
【発明の効果】この発明によれば、位置センサの取付け
位置のばらつきにより発生する回転数の計算誤差を小さ
くすることができ、滑らかな回転で騒音の少ないブラシ
レスモータが実現する。
【0014】この発明の上述の目的,その他の目的,特
徴および利点は、図面を参照して以下に行う実施例の詳
細な説明により一層明らかとなろう。
【0015】
【実施例】図1はこの発明を適用されるブラシレスモー
タ10の概略構造を示す図解図であり、図2はこのブラ
シレスモータの制御装置のブロック図である。
【0016】図1において、このブラシレスモータ10
は、U相、V相およびW相の3相の巻線12、14、1
6を有する円筒状の固定子18と、この固定子18の中
央部に形成された空間に配置される永久磁石からなる回
転子20と、この回転子20の回転軸を中心とする円周
上に120度の位相差で配置される後述の位置センサと
して機能する3個のホールセンサ22とを含む。
【0017】また、図2に示すように、このブラシレス
モータ10を回転駆動する制御装置24は、交流電力を
供給する商用電源26、この交流電力を一旦直流電力に
変換する整流回路28、この直流電力を再度パルス状の
交流電力に変換するインバータ30、および3個のホー
ルセンサ22から得られる3つのホールセンサ信号(H
u,Hv、Hw)に基づいてインバータ30を制御する
PWM信号を生成するPWM制御回路32を含む。この
PWM制御回路32では、3つのホールセンサ信号(H
u,Hv、Hw)に基づいてモータの回転数ωが演算さ
れると共に、その回転数ωとモータの目標回転数ω*と
の比較によりその偏差(ω*−ω)を算出し、そしてモ
ータの回転数ωを目標回転数ω*に近付けるようにイン
バータ30を制御するのに必要なPWM信号が生成され
る。つまり、パルス状のホールセンサ信号(Hu,H
v、Hw)の立ち上り、立ち下りエッジ間の時間間隔か
ら実際のモータの回転数ωを演算し、目標回転数ω*と
の比較を行う。
【0018】例えば、モータの回転数ωが目標回転数ω
*に到達していない場合は、PWM制御のオン幅を広
げ、各巻線に流す電流量を増やし回転数を上げる。ま
た、逆にモータの回転数ωが目標回転数ω*を超えてい
る場合は、PWM制御のオン幅を狭め、各卷線に流す電
流量を減らし回転数を下げる。この様な制御を繰り返し
て、ブラシレスモータの回転数を目標とする一定回転数
に保持されるものである。
【0019】また、上述のPWM制御回路32はマイク
ロコンピュータ(以下単に「マイコンM」と言う)を含
み、このマイコンMには、たとえば図5に示すような計
算プログラムを含む制御プログラムやこのプログラムの
実行に必要な各種データを格納するROMや作業領域と
してRAMおよび3個のタイマ、さらに取得データと格
納されている各種データに基づいて演算処理を行うCPU
を有している。
【0020】そして、図3に示されるように3個のホー
ルセンサ22で検出される信号変化(エッジ)の計算を
パルス状の各ホールセンサ信号(Hu,Hv、Hw)の
立ち上り、立ち下りエッジの両方から計算する。
【0021】ホールセンサ信号(Hu,Hv、Hw)の
立ち上りエッジ間の半周期の時間間隔からモータの回転
数ωを計算することでホールセンサの取付け位置に基づ
く回転数の計算誤差をなくし、しかも3個のホールセン
サ22を使うことによって1/6周期毎に回転数の計算
を行うことができる。
【0022】また、図4に示されるようにホールセンサ
22で検出される信号変化(エッジ)の計算をホールセ
ンサ信号(Hu,Hv、Hw)の立ち上り、立ち下りの
どちらか一方から計算する。
【0023】こうすることで、ホールセンサ信号(H
u,Hv、Hw)のエッジ間の1周期の時間間隔からモ
ータの回転数ωを計算できる。この場合では、同一ホー
ルセンサ22のホールセンサ信号のオンとオフの比率が
異なる場合でも正しい回転数が計算できる。
【0024】次に図5に示す動作フローチャートに基づ
いて3個のホールセンサ22を用いた3相ブラシレスモ
ータ10の回転数の計算方法について説明する。
【0025】先ずスタートして、ステップS1で3つの
ホールセンサ22でそれぞれ検出された各ホールセンサ
信号(Hu,Hv、Hw)をPWM制御回路32に入力
する。
【0026】つぎに、ステップS3でマイコンMに内蔵
されたタイマ1、2、3をカウントアップする。そし
て、ステップS5でホールセンサ信号Huの立ち上り
(あるいは立ち下り)でエッジ検出の有無を判断し、そ
の結果が“YES”であればステップS7でタイマ1の
カウント値をタイマデータDTに設定し、さらにステッ
プS9でタイマ1をリセットし、ステップS11ではス
テップS7で設定されたDTに基づいてマイコンMによ
り回転数を計算してリターンする。
【0027】一方、ステップS5の判断結果が“NO”
であればステップS13に進み、ここでホールセンサ信
号Hvの立ち上り(あるいは立ち下り)でエッジ検出の
有無を判断し、その結果が“YES”であればステップ
S15でタイマ2のカウント値をタイマデータDTに設
定し、さらにステップS17でタイマ2をリセットし、
ステップS11ではステップS15で設定されたDTに
基づいてマイコンMにより回転数を計算してリターンす
る。
【0028】そして、ステップS13の判断結果が“N
O”であればステップS19に進み、ここでホールセン
サ信号Hwの立ち上り(あるいは立ち下り)でエッジ検
出の有無を判断し、その結果が“YES”であればステ
ップS21でタイマ3のカウント値をタイマデータDT
に設定し、さらにステップS23でタイマ3をリセット
し、ステップS11ではステップS21で設定されたD
Tに基づいてマイコンMにより回転数を計算してリター
ンする。
【0029】ところで、ステップS19におけるホール
センサ信号Hwのエッジ検出の判断結果が“NO”の場
合、3つのいずれかのホールセンサ信号において前回エ
ッジ検出されたときに設定されたDTに基づいて回転数
を計算する。
【0030】このように、ブラシレスモータの回転数設
定部分が、3個のホールセンサのうちの最新の回転数を
設定するようにしているので、各ホールセンサの取付け
位置のばらつきにより発生する回転数の計算誤差を小さ
くすることができる。
【0031】従って、このブラシレスモータを、例えば
全自動洗濯機の攪拌体(パルセーター)を正逆に回転駆
動する駆動モータとして採用した場合、高速回転が比較
的多い脱水時において回転数制御が安定し振動の発生を
低減でき、低騒音化に寄与する全自動洗濯機を実現する
ことができる。また、このブラシレスモータをドラム式
洗濯機の洗濯ドラムを正逆に回転駆動する駆動モータと
して採用した場合にも、同様の効果を有したドラム式洗
濯機を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明が適用されるブラシレスモータの一例
の概略構造を示す図解図である。
【図2】図1のブラシレスモータを駆動制御する制御装
置のブロック図である。
【図3】この実施例における3個のホールセンサのエッ
ジが立ったホールセンサ信号の半周期の時間と回転数を
示す波形図である。
【図4】この実施例における3個のホールセンサのエッ
ジが立ったホールセンサ信号の1周期の時間を示す波形
図である。
【図5】この実施例において3個のホールセンサのホー
ルセンサ信号に基づいてブラシレスモータの回転数を計
算するフローチャートである。
【図6】従来の計算方法における3個のホールセンサを
用いた各ホールセンサ信号と回転数を示す波形図であ
る。
【図7】従来の計算方法における1個のホールセンサを
用いたホールセンサ信号と回転数を示す波形図である。
【図8】図6による3個のホールセンサを用いてブラシ
レスモータの回転数を計算するフローチャートである。
【図9】図7による1個のホールセンサを用いてブラシ
レスモータの回転数を計算するフローチャートである。
【符号の説明】
10 ・・・ブラシレスモータ 12、14、16 ・・・3相の各卷線 18 ・・・固定子 20 ・・・永久磁石回転子 22 ・・・ホールセンサ(位置センサ) 24 ・・・制御装置 30 ・・・インバータ(駆動手段) 32 ・・・PWM制御回路(通電信号形成手段)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H560 AA10 BB04 BB12 DA02 DA19 DB20 EB01 EC01 RR10 SS07 TT01 TT02 TT11 TT12 TT15

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数相の巻線を有する固定子、永久磁石回
    転子、前記回転子の回転位置を検出して位置センサ信号
    を出力する複数個の位置センサ、前記位置センサからの
    位置センサ信号に基づいて通電信号を形成する通電信号
    形成手段、および前記通電信号形成手段からの通電信号
    に基づいて前記複数相の巻線に通電する駆動手段を備え
    るブラシレスモータにおいて、 前記各位置センサ信号の半周期または1周期の時間間隔
    に基づいて前記回転子の回転数を計算することを特徴と
    する、ブラシレスモータの回転数計算方法。
  2. 【請求項2】前記位置センサはそれぞれパルス状の前記
    位置センサ信号を出力し、前記半周期または1周期は、
    前記パルス状信号の立ち上りまたは立ち下りエッジ間の
    時間間隔である、請求項1記載のブラシレスモータの回
    転数計算方法。
  3. 【請求項3】前記回転数は前記複数個の位置センサから
    の1個または複数個の位置センサ信号の前記時間間隔に
    基づいて演算される平均値である、請求項1または2記
    載のブラシレスモータの回転数計算方法。
  4. 【請求項4】前記通電信号形成手段は正弦波状通電信号
    を形成する、請求項1ないし3のいずれかに記載のブラ
    シレスモータの回転数計算方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006263441A (ja) * 2005-02-24 2006-10-05 Ngk Spark Plug Co Ltd 酸素濃縮器
DE102009018390A1 (de) 2008-10-07 2010-04-08 Mitsubishi Electric Corp. Kupplungssteuervorrichtung
CN106059400A (zh) * 2016-07-26 2016-10-26 中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所 一种电机hall速度平滑处理方法

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