JP2005261143A - Sensorless control method and apparatus of brushless motor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensorless control method and apparatus of an analog brushless motor which can cope with sharp acceleration and deceleration. <P>SOLUTION: Integrator circuits 10u, 10v, 10w have an OP amplifier 13 and a capacitor circuit 14 connected in parallel. The integrator circuits 10u, 10v, 10w and comparison circuits 11u, 11v, 11w are used and generate analog rotational position estimating signals Hu, Hv, Hw from three phase voltages Vu, Vv, Vw. The brushless motor, using a permanent magnet, is controlled without a rotational position detecting sensor by controlling currents carried from a DC power supply to three phases, based on the rotational position estimating signals. The capacitance of the capacitor circuit 14 is switched, based on the rotational speed. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

この発明は、ブラシレスモータのセンサレス制御方法および装置に関し、さらに詳しくは、たとえば、自動車に搭載されて油圧ポンプの駆動などに使用されるブラシレスDCモータなど、直流電源を用いて駆動される永久磁石を用いたブラシレスモータを、ホール素子などの回転位置検出センサを用いずに制御する方法および装置に関する。   The present invention relates to a sensorless control method and apparatus for a brushless motor, and more particularly, a permanent magnet driven using a DC power source such as a brushless DC motor mounted on an automobile and used for driving a hydraulic pump. The present invention relates to a method and apparatus for controlling a used brushless motor without using a rotational position detection sensor such as a Hall element.

自動車に搭載されて油圧ポンプや操舵装置などを駆動する電動モータとして、従来、ブラシ付きのDCモータが用いられてきたが、ブラシの耐久性からくる信頼性の問題があり、ブラシレスモータを用いることが望まれている。   Conventionally, DC motors with brushes have been used as electric motors mounted on automobiles to drive hydraulic pumps, steering devices, etc. However, there is a problem of reliability due to the durability of brushes, and brushless motors should be used. Is desired.

ブラシレスモータの代表的なものとして、ブラシレスDCモータなど、直流電源を用いて駆動される永久磁石モータが知られており、従来のブラシレスDCモータでは、3個のセンサからの回転位置信号に基づいてPWM方式でU相、V相およびW相の3相への通電を制御することにより、ロータを回転駆動している。各相への通電は、通常、電気角180度のうち120度区間だけ通電を行なういわゆる120度通電が行なわれる。また、各相の回転位置信号は、その相の誘起電圧に対して30度位相が遅れている。   As a typical brushless motor, a permanent magnet motor driven using a DC power source, such as a brushless DC motor, is known. In a conventional brushless DC motor, based on rotational position signals from three sensors. The rotor is rotationally driven by controlling energization to the three phases of the U phase, the V phase, and the W phase by the PWM method. The energization of each phase is normally performed by so-called 120-degree energization in which energization is performed only in a 120-degree section of an electrical angle of 180 degrees. Further, the rotational position signal of each phase is delayed by 30 degrees with respect to the induced voltage of that phase.

このように、従来のブラシレスDCモータの駆動には3個の回転位置検出センサが必要であるが、モータを高温のエンジンルーム内に搭載する場合には、センサの耐熱性の問題があり、回転位置検出センサを用いずにモータを駆動するいわゆるセンサレス駆動が必要になる。   As described above, three rotational position detection sensors are required for driving a conventional brushless DC motor. However, when the motor is mounted in a high-temperature engine room, there is a problem of heat resistance of the sensor. So-called sensorless driving for driving the motor without using the position detection sensor is required.

ブラシレスDCモータのセンサレス駆動は、非特許文献1に記載されているように、家電用モータでは既に実用化されている。ブラシレスDCモータをセンサレス駆動するためには、ロータの回転位置を推定して従来の回転位置検出センサからの回転位置信号に相当する回転位置推定信号を生成する必要があり、一般に、回転位置推定信号の生成は、3相の誘起電圧を用いて行なわれている。   As described in Non-Patent Document 1, sensorless driving of a brushless DC motor has already been put into practical use in home appliance motors. In order to sensorlessly drive a brushless DC motor, it is necessary to estimate the rotational position of the rotor and generate a rotational position estimation signal corresponding to the rotational position signal from the conventional rotational position detection sensor. Is generated using a three-phase induced voltage.

回転位置推定信号の生成には、アナログ方式とディジタル方式がある。   There are an analog method and a digital method for generating the rotational position estimation signal.

アナログ方式は、90度位相遅れフィルタ、コンパレータ(比較回路)および論理回路から構成され、フィルタとコンパレータにより各相の端子電圧を波形整形して回転位置推定信号を得るようになっている。   The analog system is composed of a 90-degree phase delay filter, a comparator (comparison circuit), and a logic circuit, and a rotational position estimation signal is obtained by shaping the terminal voltage of each phase by the filter and the comparator.

ディジタル方式のセンサレス駆動の場合、各相の上アームと下アームのいずれか一方のみPWM駆動を行なういわゆる片側PWM駆動が行なわれる。ディジタル方式は、各相の端子電圧と基準電圧を比較するコンパレータ、位相シフトを行なう2種の高速カウンタおよび論理回路から構成されている。120度通電を行なうと、各相1周期2回の通電区間外の60度の区間には、各相の誘導起電力が露出している。この区間において、コンパレータで端子電圧と基準電圧を比較することにより、誘起電圧のゼロクロスのタイミングすなわちゼロクロス点が検出される。そして、2種のカウンタを用いて30度の位相シフトを行なうことにより、回転位置検出センサからの回転位置信号に相当する回転位置推定信号が得られる。   In the case of digital sensorless driving, so-called one-side PWM driving is performed in which only one of the upper arm and lower arm of each phase is PWM driven. The digital system includes a comparator that compares a terminal voltage of each phase and a reference voltage, two high-speed counters that perform phase shift, and a logic circuit. When 120-degree energization is performed, the induced electromotive force of each phase is exposed in a section of 60 degrees outside the energization section of one cycle for each phase twice. In this section, the comparator compares the terminal voltage with the reference voltage to detect the zero-cross timing of the induced voltage, that is, the zero-cross point. A rotational position estimation signal corresponding to the rotational position signal from the rotational position detection sensor is obtained by performing a phase shift of 30 degrees using two types of counters.

ディジタル方式によれば、後述するアナログ方式の問題は解決されるが、2種の高速カウンタが必要で回路が複雑になるという問題がある。   According to the digital system, the problem of the analog system to be described later is solved, but there is a problem that two kinds of high-speed counters are necessary and the circuit becomes complicated.

アナログ方式は、回路の構成が簡単で、PWM制御との相性が良いなどの利点を有する。しかし、90度位相遅れフィルタを用いるため、その周波数特性により、回転域が制限され、急激な加減速に対応できないという問題がある。とくに、負荷トルクが大きい場合、90度位相遅れフィルタを構成するコンデンサの容量値が小さいと、脱調を起こしやすい。
長竹和夫著「モータ実用ポケットブック 家電用モータ・インバータ技術」日刊工業新聞社 2000年4月28日初版第1刷発行
The analog system has advantages such as a simple circuit configuration and good compatibility with PWM control. However, since a 90-degree phase delay filter is used, there is a problem in that the rotation range is limited by its frequency characteristics, and it cannot cope with rapid acceleration / deceleration. In particular, when the load torque is large, step-out is likely to occur if the capacitance value of the capacitor constituting the 90-degree phase delay filter is small.
Published by Kazuo Nagatake “Motor Practical Pocketbook Motor / Inverter Technology for Home Appliances”, Nikkan Kogyo Shimbun, April 28, 2000

この発明の目的は、回転域が広くて、急な加減速にも対応できるアナログ方式のブラシレスモータのセンサレス制御方法および装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a sensorless control method and apparatus for an analog brushless motor that has a wide rotation range and can cope with sudden acceleration / deceleration.

この発明によるブラシレスモータのセンサレス制御方法は、OPアンプにコンデンサ回路が並列に接続された積分回路および比較回路を用いて3相の相電圧からアナログ方式で各相に対する回転位置推定信号を生成し、各相の回転位置推定信号に基づいて直流電源から3相への通電を制御することにより、永久磁石を用いたブラシレスモータを回転位置検出センサを用いずに制御する方法であって、回転速度に基づいて上記コンデンサ回路の容量値を切り替えることを特徴とするものである。   The sensorless control method for a brushless motor according to the present invention generates a rotational position estimation signal for each phase in an analog manner from the three-phase phase voltage using an integration circuit and a comparison circuit in which a capacitor circuit is connected in parallel to an OP amplifier. A method of controlling a brushless motor using a permanent magnet without using a rotational position detection sensor by controlling energization from a DC power supply to three phases based on a rotational position estimation signal of each phase, Based on this, the capacitance value of the capacitor circuit is switched.

この発明によるブラシレスモータのセンサレス制御装置は、OPアンプにコンデンサ回路が並列に接続された積分回路および比較回路を用いて3相の相電圧からアナログ方式で各相に対する回転位置推定信号を生成する回転位置推定信号生成手段と、各相の回転位置推定信号に基づいて直流電源から3相への通電を制御する通電制御手段とを備え、永久磁石を用いたブラシレスモータを回転位置検出センサを用いずに制御する装置であって、上記コンデンサ回路が、並列に配置された複数のコンデンサと、所定のコンデンサに直列に接続されたスイッチとを備えており、回転位置推定信号生成手段が、回転速度に基づいて上記スイッチをオン・オフ制御することにより上記コンデンサ回路の容量値を切り替える切り替え手段を備えていることを特徴とするものである。   A sensorless control device for a brushless motor according to the present invention uses an integration circuit and a comparison circuit in which a capacitor circuit is connected in parallel to an OP amplifier to generate a rotational position estimation signal for each phase in an analog manner from three phase voltages. A position estimation signal generating means and an energization control means for controlling energization from the DC power supply to the three phases based on the rotational position estimation signal of each phase, and a brushless motor using a permanent magnet is used without using the rotational position detection sensor. The capacitor circuit includes a plurality of capacitors arranged in parallel and a switch connected in series to a predetermined capacitor, and the rotational position estimation signal generating means adjusts the rotational speed. Switching means for switching the capacitance value of the capacitor circuit by controlling on / off of the switch based on It is an feature.

この発明による方法および装置において、回転位置推定信号は、前記の従来の回転位置センサからの回転位置信号に進み角制御における進み角が加わったものである。   In the method and apparatus according to the present invention, the rotational position estimation signal is obtained by adding the advance angle in the advance angle control to the rotational position signal from the conventional rotational position sensor.

積分回路および比較回路は、各相ごとに設けられる。   An integration circuit and a comparison circuit are provided for each phase.

積分回路のOPアンプには、相電圧と相電圧の中間電圧値が入力し、OPアンプの出力が比較回路で所定の基準電圧値と比較され、比較回路の出力が回転位置推定信号となる。   The OP amplifier of the integration circuit receives the phase voltage and an intermediate voltage value of the phase voltage, the output of the OP amplifier is compared with a predetermined reference voltage value by the comparison circuit, and the output of the comparison circuit becomes the rotational position estimation signal.

OPアンプの出力は、相電圧が第1ゼロクロス点において中間電圧値を上回ると、下限値から直線的に増加し、やがて上限値に飽和した後、相電圧が第2ゼロクロス点において中間電圧値を下回ると、上限値から直線的に減少し、やがて下限値に飽和して後、第1ゼロクロス点において再び直線的に増加する。OPアンプの出力の増加率および減少率は、コンデンサ回路の容量値が大きくなるにつれて大きくなる。また、OPアンプの出力の上限値と下限値の中間電圧値は、相電圧の中間電圧値に等しい。   When the phase voltage exceeds the intermediate voltage value at the first zero cross point, the output of the OP amplifier increases linearly from the lower limit value, and eventually saturates to the upper limit value, and then the phase voltage reaches the intermediate voltage value at the second zero cross point. If it falls below, it decreases linearly from the upper limit value, eventually saturates to the lower limit value, and then increases again linearly at the first zero cross point. The increase rate and decrease rate of the output of the OP amplifier increase as the capacitance value of the capacitor circuit increases. The intermediate voltage value between the upper limit value and the lower limit value of the output of the OP amplifier is equal to the intermediate voltage value of the phase voltage.

比較回路に入力する基準電圧値は、相電圧の中間電圧値に等しい。そして、比較回路の出力である回転位置推定信号は、OPアンプの出力が基準電圧値より大きいときはオン、それ以外のときはオフとなる。   The reference voltage value input to the comparison circuit is equal to the intermediate voltage value of the phase voltage. The rotational position estimation signal, which is the output of the comparison circuit, is turned on when the output of the OP amplifier is larger than the reference voltage value, and is turned off otherwise.

上記の結果、相電圧より位相の遅れた回転位置推定信号が得られる。上記のように、コンデンサ回路の容量値が大きくなるにつれてOPアンプの出力の増加率および減少率が大きくなるので、相電圧に対する回転位置推定信号の位相遅れ角は、積分回路のコンデンサ回路の容量値が大きくなるにつれて小さくなる。したがって、回転位置推定信号に含まれる進み角は、フィルタのコンデンサ回路の容量値が大きくなるにつれて大きくなる。   As a result, a rotational position estimation signal whose phase is delayed from the phase voltage is obtained. As described above, since the increase rate and decrease rate of the output of the OP amplifier increase as the capacitance value of the capacitor circuit increases, the phase delay angle of the rotational position estimation signal with respect to the phase voltage is the capacitance value of the capacitor circuit of the integration circuit. Becomes smaller as becomes larger. Therefore, the advance angle included in the rotational position estimation signal increases as the capacitance value of the filter capacitor circuit increases.

回転速度が最も低速のときは、コンデンサ回路の容量値を最小にし、回転速度が高速になるにつれてコンデンサ回路の容量値を大きくする。通常、コンデンサ回路の容量値が最小のときに進み角が0となって、相電圧に対する回転位置推定信号の位相遅れ角が30度となるよう、すなわち、回転位置推定信号が従来の回転位置信号と同じになるようにする。   When the rotation speed is the slowest, the capacitance value of the capacitor circuit is minimized, and the capacitance value of the capacitor circuit is increased as the rotation speed increases. Usually, when the capacitance value of the capacitor circuit is minimum, the advance angle is 0, and the phase delay angle of the rotational position estimation signal with respect to the phase voltage is 30 degrees, that is, the rotational position estimation signal is the conventional rotational position signal. To be the same.

このようにすれば、低速時には、進み角が0かまたは小さい回転位置推定信号に基づいてモータが駆動され、高速時には、大きな進み角による進み角制御が行なわれる。このため、低速から高速までの広範囲においてモータを駆動することができ、急激な加減速に対応できる。また、負荷トルクが大きくても、脱調を起こすおそれがない。   In this way, at low speed, the motor is driven based on a rotational position estimation signal with a leading angle of 0 or small, and at high speed, the leading angle control with a large leading angle is performed. For this reason, the motor can be driven in a wide range from low speed to high speed, and it is possible to cope with rapid acceleration / deceleration. Further, even if the load torque is large, there is no possibility of causing step-out.

この発明の方法および装置によれば、回転域が広くて、急な加減速にも対応でき、脱調を起こすおそれもない。   According to the method and apparatus of the present invention, the rotation range is wide, it can cope with sudden acceleration / deceleration, and there is no possibility of causing step-out.

以下、図面を参照して、この発明を車載用のブラシレスDCモータのセンサレス制御に適用した実施形態について説明する。   Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to sensorless control of an in-vehicle brushless DC motor will be described with reference to the drawings.

図1は、ブラシレスDCモータのセンサレス制御装置の構成の1例を示している。   FIG. 1 shows an example of the configuration of a sensorless control device for a brushless DC motor.

このセンサレス制御装置は、自動車に搭載されて油圧ポンプなどを駆動するブラシレスDCモータ(1)を、自動車に搭載されたバッテリよりなる直流電源(2)を用いて駆動するものであり、3相の相電圧に基づいてアナログ方式で各相の回転位置推定信号を生成する回転位置推定信号生成手段である回転位置推定信号生成装置(3)と、各相の回転位置推定信号に基づいて電源(2)から3相への通電を制御する通電制御手段である通電制御装置(4)とから構成されている。直流電源(2)の直流電圧をEとする。3相の相電圧は、それぞれ、Vu、Vv、Vwとし、Vで総称する。3相の回転位置推定信号は、それぞれ、Hu、Hv、Hwとし、Hで総称する。   This sensorless control device drives a brushless DC motor (1) mounted on an automobile to drive a hydraulic pump or the like by using a direct current power source (2) comprising a battery mounted on the automobile. A rotational position estimation signal generator (3), which is a rotational position estimation signal generation means for generating a rotational position estimation signal for each phase in an analog manner based on the phase voltage, and a power source (2) based on the rotational position estimation signal for each phase ) To a three-phase energization control device (4) which is an energization control means for controlling energization. Let E be the DC voltage of the DC power supply (2). The three-phase voltages are Vu, Vv, and Vw, respectively, and are collectively referred to as V. The three-phase rotational position estimation signals are denoted by Hu, Hv, and Hw, respectively, and are collectively referred to as H.

通電制御装置(4)は、従来と同様のものであり、論理回路(5)と、ゲートドライブ回路(6)と、スイッチング回路(7)とから構成されている。   The energization control device (4) is the same as the conventional one, and includes a logic circuit (5), a gate drive circuit (6), and a switching circuit (7).

スイッチング回路(7)は、電源(2)からモータ(1)へのU相の通電を制御する上アームスイッチング素子(8u+)および下アームスイッチング素子(8u-)、V相への通電を制御する上アームスイッチング素子(8v+)および下アームスイッチング素子(8v-)、ならびにW相への通電を制御する上アームスイッチング素子(8w+)および下アームスイッチング素子(8w-)を備えている。スイッチング素子は、符号(8)で総称する。   The switching circuit (7) controls the energization of the upper arm switching element (8u +) and the lower arm switching element (8u-), which controls the U-phase energization from the power source (2) to the motor (1), and the V-phase. An upper arm switching element (8v +) and a lower arm switching element (8v-), and an upper arm switching element (8w +) and a lower arm switching element (8w-) for controlling energization to the W phase are provided. The switching elements are generically designated by reference numeral (8).

論理回路(5)は、後述するように回転位置推定信号生成装置(3)により生成される回転位置推定信号Hに基づいて、公知の方法により、各スイッチング素子(8)に対するスイッチング素子制御信号Du+、Du-、Dv+、Dv-、Dw+、Dw-を生成し、出力する。スイッチング素子制御信号は、Dで総称する。   As will be described later, the logic circuit (5) generates a switching element control signal Du + for each switching element (8) by a known method based on the rotational position estimation signal H generated by the rotational position estimation signal generator (3). , Du-, Dv +, Dv-, Dw +, Dw- are generated and output. The switching element control signal is generally referred to as D.

ゲートドライブ回路(6)は、スイッチング素子制御信号Dに基づいて、各素子(8)をオン・オフ駆動するものである。   The gate drive circuit (6) drives each element (8) on and off based on the switching element control signal D.

通電制御装置(4)は、たとえば、PWM方式によって各スイッチング素子の通電を制御するものである。   The energization control device (4) controls the energization of each switching element by, for example, the PWM method.

回転位置推定信号生成装置(3)は、図2に示すように、U相用の積分回路(第1積分回路)(10u)および比較回路(第1比較回路)(11u)、V相用の積分回路(第2積分回路)(10v)および比較回路(第2比較回路)(11v)、W相用の積分回路(第3積分回路)(10w)および比較回路(第3比較回路)(11w)、ならびに切り替え手段である切り替え装置(12)を備えている。積分回路は符号(10)で、比較回路は符号(11)で総称する。   As shown in FIG. 2, the rotational position estimation signal generation device (3) includes a U-phase integration circuit (first integration circuit) (10u), a comparison circuit (first comparison circuit) (11u), and a V-phase integration circuit. Integration circuit (second integration circuit) (10v) and comparison circuit (second comparison circuit) (11v), W-phase integration circuit (third integration circuit) (10w) and comparison circuit (third comparison circuit) (11w) ), And a switching device (12) as switching means. The integration circuit is generally designated by reference numeral (10), and the comparison circuit is generally designated by reference numeral (11).

3相の積分回路(10)および比較回路(11)は、それぞれ、互いに同じものである。   The three-phase integration circuit (10) and the comparison circuit (11) are the same as each other.

各積分回路(10)は、OPアンプ(13)にコンデンサ回路(14)が並列に接続されたものである。   Each integrating circuit (10) is formed by connecting a capacitor circuit (14) in parallel to an OP amplifier (13).

OPアンプ(13)には、対応する相電圧Vと、所定の基準電圧Ycとが入力し、比較回路(11)には、対応する積分回路(10)の出力Yu、Yv、Ywと上記基準電圧Ycとが入力する。そして、各比較回路(11)の出力が各相の回転位置推定信号Hとなる。積分回路(10)の出力は、Yで総称する。基準電圧Ycは、電源電圧Eの半分の値、すなわち、相電圧Vの中間電圧値(=E/2)である。   A corresponding phase voltage V and a predetermined reference voltage Yc are input to the OP amplifier (13), and outputs Yu, Yv, Yw of the corresponding integration circuit (10) and the above-described reference are input to the comparison circuit (11). The voltage Yc is input. The output of each comparison circuit (11) becomes the rotational position estimation signal H for each phase. The output of the integrating circuit (10) is collectively referred to as Y. The reference voltage Yc is a half value of the power supply voltage E, that is, an intermediate voltage value (= E / 2) of the phase voltage V.

各コンデンサ回路(14)は、OPアンプ(13)の入力である相電圧VとOPアンプ(13)の出力Yとの間に設けられており、並列に接続された複数個(この例では3個)のコンデンサすなわち第1、第2および第3コンデンサ(15a)(15b)(15c)を備えている。コンデンサは符号(15)で総称する。第2および第3コンデンサ(15b)(15c)には、それぞれ、スイッチ(16b)(16c)が直列に接続されている。たとえば、各コンデンサ(15)の容量値は、第1および第2コンデンサ(15a)(15b)が1μF、第3コンデンサ(15c)が3.3μFである。この場合、コンデンサ回路(14)の容量値は、2つのスイッチ(16b)(16c)が両方ともオフ(非接続状態)のときは1μF、第2スイッチ(16b)だけがオン(接続状態)のときは2μF、第3スイッチ(16c)だけがオンのときは4.3μF、2つのスイッチ(16b)(16c)が両方ともオンのときは5.3μFとなる。   Each capacitor circuit (14) is provided between the phase voltage V, which is the input of the OP amplifier (13), and the output Y of the OP amplifier (13), and a plurality of capacitors (3 in this example) are connected in parallel. Capacitor), that is, first, second and third capacitors (15a), (15b) and (15c). Capacitors are generally designated by reference numeral (15). Switches (16b) and (16c) are connected in series to the second and third capacitors (15b) and (15c), respectively. For example, the capacitance value of each capacitor (15) is 1 μF for the first and second capacitors (15a) and (15b), and 3.3 μF for the third capacitor (15c). In this case, the capacitance value of the capacitor circuit (14) is 1 μF when the two switches (16b) and (16c) are both off (not connected), and only the second switch (16b) is on (connected). 2 μF, and when only the third switch (16c) is on, it becomes 4.3 μF, and when both the two switches (16b) and (16c) are both on, it becomes 5.3 μF.

切り替え装置(12)は、図示しない回転速度センサにより検出されたモータ(1)のロータの回転速度検出値に基づいて、各積分回路(10)のスイッチ(16b)(16c)をオン・オフ制御するものであり、これにより、回転速度に基づいて各積分回路(10)のコンデンサ回路(14)の容量値が切り替えられる。さらに詳しくは、モータ(1)の全回転域を低速側から順に第1、第2、第3および第4の4つの範囲に分け、最低速側の第1領域では、2つのスイッチ(16b)(16c)を両方ともオフにし、次の第2領域では、第2スイッチ(16b)だけをオンにし、次の第3領域では、第3スイッチ(16c)だけをオンにし、最高速側の第4領域では、2つのスイッチ(16b)(16c)を両方ともオンにする。このようにすることにより、コンデンサ回路(14)の容量値が、第1、第2、第3および第4領域において、それぞれ、1μF、2μF、4.3μFおよび5.3μFとなり、回転速度が大きくなるにしたがってコンデンサ回路(14)の容量値が大きくなるように切り替えられる。   The switching device (12) controls on / off of the switches (16b) and (16c) of each integrating circuit (10) based on the detected rotational speed value of the rotor of the motor (1) detected by a rotational speed sensor (not shown). Thus, the capacitance value of the capacitor circuit (14) of each integrating circuit (10) is switched based on the rotation speed. More specifically, the entire rotation range of the motor (1) is divided into four ranges of first, second, third and fourth in order from the low speed side, and in the first area on the lowest speed side, two switches (16b) (16c) are both turned off. In the next second area, only the second switch (16b) is turned on. In the next third area, only the third switch (16c) is turned on. In the four regions, both the two switches (16b) and (16c) are turned on. By doing so, the capacitance value of the capacitor circuit (14) becomes 1 μF, 2 μF, 4.3 μF and 5.3 μF in the first, second, third and fourth regions, respectively, and the rotation speed is increased. The capacitance value of the capacitor circuit (14) is switched so as to increase.

図3は、3相の積分回路(10)のOPアンプ(13)に入力する3相の相電圧Vと3相の比較回路(11)の出力である回転位置推定信号Hの関係を示すタイムチャートである。   FIG. 3 is a time chart showing the relationship between the three-phase phase voltage V input to the OP amplifier (13) of the three-phase integration circuit (10) and the rotational position estimation signal H which is the output of the three-phase comparison circuit (11). It is a chart.

図3に示すように、V相の相電圧Vvは、U相の相電圧Vuに対して120度遅れており、W相の相電圧Vwは、さらにV相の相電圧Vvに対して120度遅れている。回転位置推定信号Hは、0(オフ)と1(オン)で表わされ、180度ごとに極性が反転する。そして、相電圧Vと同様に、V相の回転位置推定信号Hvは、U相の回転位置推定信号Huに対して120度遅れており、W相の回転位置推定信号Hwは、さらにV相の回転位置推定信号Hvに対して120度遅れている。また、各相の回転位置推定信号Hは、相電圧Vに対して電気角φ分位相が遅れている。図3は、回転速度が第1領域にあって、コンデンサ回路(14)の容量値が最小(この例では1μF)の場合を示しており、この場合にφが30度となるよう、すなわち、回転位置推定信号Hが従来の回転位置信号と同じになるように積分回路(10)が設定されている。コンデンサ回路(14)の容量値が大きくなると、図3に鎖線で示すように、位相遅れ角φは30度より小さくなり、進み角制御が行なわれる。   As shown in FIG. 3, the phase voltage Vv of the V phase is 120 degrees behind the phase voltage Vu of the U phase, and the phase voltage Vw of the W phase is further 120 degrees with respect to the phase voltage Vv of the V phase. Running late. The rotational position estimation signal H is represented by 0 (off) and 1 (on), and the polarity is inverted every 180 degrees. Similarly to the phase voltage V, the V-phase rotational position estimation signal Hv is 120 degrees behind the U-phase rotational position estimation signal Hu, and the W-phase rotational position estimation signal Hw 120 degrees behind the rotational position estimation signal Hv. Further, the rotational position estimation signal H of each phase is delayed in phase by the electrical angle φ with respect to the phase voltage V. FIG. 3 shows a case where the rotation speed is in the first region and the capacitance value of the capacitor circuit 14 is minimum (1 μF in this example). In this case, φ is 30 degrees, that is, The integration circuit (10) is set so that the rotational position estimation signal H is the same as the conventional rotational position signal. When the capacitance value of the capacitor circuit (14) increases, the phase delay angle φ becomes smaller than 30 degrees as shown by the chain line in FIG. 3, and the lead angle control is performed.

次に、図4を参照して、回転位置推定信号生成装置(3)におけるU相の回転位置推定信号Huの生成について、さらに詳しく説明する。   Next, generation of the U-phase rotational position estimation signal Hu in the rotational position estimation signal generation device (3) will be described in more detail with reference to FIG.

図4は、回転位置推定信号生成装置(3)におけるU相の相電圧Vu、積分回路(10u)の出力Yuおよび比較回路(11u)の出力である回転位置推定信号Huの関係を示している。なお、図3において、実線はコンデンサ回路(14u)の容量値が最小の場合を、鎖線は同容量値が大きい場合を表わしている。   FIG. 4 shows the relationship among the U-phase phase voltage Vu, the output Yu of the integrating circuit (10u), and the rotational position estimating signal Hu that is the output of the comparison circuit (11u) in the rotational position estimation signal generating device (3). . In FIG. 3, the solid line represents the case where the capacitance value of the capacitor circuit (14u) is minimum, and the chain line represents the case where the capacitance value is large.

図4に示すように、積分回路(10u)の出力Yuは、相電圧Vuの負から正へのゼロクロス点(第1ゼロクロス点=図4の0°の時点)において、下限値Yminから直線的に増加し、やがて上限値Ymaxとなって飽和した後、相電圧Vuの正から負へのゼロクロス点(第2ゼロクロス点=図4の180°の時点)において、上限値Ymaxから直線的に減少し、やがて下限値Yminとなって飽和した後、第1ゼロクロス点において、再び下限値Yminから直線的に増加する。   As shown in FIG. 4, the output Yu of the integrating circuit (10u) is linear from the lower limit value Ymin at the zero cross point from the negative to positive phase voltage Vu (first zero cross point = time of 0 ° in FIG. 4). After reaching the upper limit value Ymax and saturating, the phase voltage Vu decreases linearly from the upper limit value Ymax at the zero cross point (second zero cross point = 180 ° in FIG. 4) from positive to negative. Then, after eventually reaching the lower limit Ymin and saturating, it again increases linearly from the lower limit Ymin at the first zero cross point.

比較回路(11u)では、積分回路(10u)の出力Yuと基準電圧Ycが比較され、比較回路(11u)の出力である回転位置推定信号Huは、出力Yuが基準電圧Ycより大きいときはオン(“1”)で、それ以外のときはオフ(“0”)となる。その結果、相電圧Vuに対して電気角φ分位相の遅れた回転位置推定信号Huが得られる。   In the comparison circuit (11u), the output Yu of the integration circuit (10u) is compared with the reference voltage Yc, and the rotational position estimation signal Hu that is the output of the comparison circuit (11u) is turned on when the output Yu is larger than the reference voltage Yc. ("1"), otherwise it is off ("0"). As a result, a rotational position estimation signal Hu having a phase delayed by an electrical angle φ with respect to the phase voltage Vu is obtained.

図4に鎖線で示すように、積分回路(10u)の出力Yuの増加率および減少率は、コンデンサ回路(14)の容量値が大きくなるにつれて大きくなる。このため、相電圧Vuに対する回転位置推定信号Huの位相遅れ角φは、コンデンサ回路(14)の容量値が大きくなるにつれて小さくなる。したがって、回転位置推定信号Huに含まれる進み角は、フィルタのコンデンサ回路の容量値が大きくなるにつれて大きくなる。   As indicated by a chain line in FIG. 4, the increase rate and decrease rate of the output Yu of the integration circuit (10u) increase as the capacitance value of the capacitor circuit (14) increases. Therefore, the phase delay angle φ of the rotational position estimation signal Hu with respect to the phase voltage Vu decreases as the capacitance value of the capacitor circuit (14) increases. Therefore, the advance angle included in the rotational position estimation signal Hu increases as the capacitance value of the capacitor circuit of the filter increases.

上記の回転位置推定信号生成装置(3)では、回転速度が最低速側の第1領域にあってコンデンサ回路(14)の容量値が最小のときに、進み角が0となって、相電圧Vuに対する回転位置推定信号Huの位相遅れ角φが30度となるよう、すなわち、回転位置推定信号Huが従来の回転位置信号と等しくなるように、積分回路(10u)が設定されている。そして、前記のように、高速領域ではコンデンサ回路(14)の容量値が大きくなるので、低速時には、進み角が0かまたは小さい回転位置推定信号に基づいてモータが駆動され、高速時には、大きな進み角による進み角制御が行なわれる。このため、低速から高速までの広範囲においてモータを駆動することができ、急激な加減速に対応できる。また、負荷トルクが大きくても、脱調を起こすおそれがない。   In the above rotational position estimation signal generation device (3), when the rotational speed is in the first region on the lowest speed side and the capacitance value of the capacitor circuit (14) is minimum, the advance angle becomes 0, and the phase voltage The integration circuit (10u) is set so that the phase delay angle φ of the rotational position estimation signal Hu with respect to Vu is 30 degrees, that is, the rotational position estimation signal Hu is equal to the conventional rotational position signal. As described above, since the capacitance value of the capacitor circuit (14) becomes large in the high speed region, the motor is driven based on the rotational position estimation signal having a lead angle of 0 or small at low speeds, and large advancement at high speeds. Lead angle control by corners is performed. For this reason, the motor can be driven in a wide range from low speed to high speed, and it is possible to cope with rapid acceleration / deceleration. Further, even if the load torque is large, there is no possibility of causing step-out.

図5は、積分回路(10)のコンデンサ回路(14)の容量値を固定した場合と、この実施形態のように積分値を可変にした場合とについて、回転速度とトルクの関係を概念的に示したものである。   FIG. 5 conceptually shows the relationship between the rotational speed and the torque when the capacitance value of the capacitor circuit (14) of the integrating circuit (10) is fixed and when the integrated value is variable as in this embodiment. It is shown.

図5において、実線Aは容量値を可変にした場合、破線Bは容量値を小さい値に固定した場合、破線Cは容量値を大きい値に固定した場合をそれぞれ示している。Bのように容量値を小さい値に固定した場合、高速低トルク時の特性が悪く、円滑な高速回転ができない。Cのように容量値を大きい値に固定した場合、低速高トルク時の特性が悪く、円滑な低速回転ができない。これに対し、Aのように容量値を可変にした場合は、低速高トルク時および高速低トルク時の両方の特性が改善され、低速域および高速域のいずれにおいても円滑な回転が可能となる。   In FIG. 5, a solid line A indicates a case where the capacitance value is variable, a broken line B indicates a case where the capacitance value is fixed to a small value, and a broken line C indicates a case where the capacitance value is fixed to a large value. When the capacitance value is fixed to a small value as in B, the characteristics at high speed and low torque are poor, and smooth high speed rotation cannot be performed. When the capacity value is fixed to a large value as in C, the characteristics at low speed and high torque are poor, and smooth low speed rotation cannot be performed. On the other hand, when the capacity value is made variable as in A, both the characteristics at low speed and high torque and at high speed and low torque are improved, and smooth rotation is possible in both the low speed range and the high speed range. .

図1は、この発明の実施形態を示すブラシレスDCモータのセンサレス制御装置のブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of a sensorless control device for a brushless DC motor showing an embodiment of the present invention. 図2は、図1の回転位置推定信号生成装置の構成の1例を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of the rotational position estimation signal generation device of FIG. 図3は、センサレス制御装置の各部の信号の1例を示すタイムチャートである。FIG. 3 is a time chart showing an example of signals of each part of the sensorless control device. 図4は、センサレス制御装置の各部の信号の1例を示すタイムチャートである。FIG. 4 is a time chart showing an example of signals of each part of the sensorless control device. 図5は、ブラシレスDCモータの回転速度とトルクの関係を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the relationship between the rotational speed and torque of the brushless DC motor.

符号の説明Explanation of symbols

(1) ブラシレスDCモータ
(2) 直流電源
(3) 回転位置推定信号生成装置
(4) 通電制御装置
(10u)(10v)(10w) 積分回路
(11u)(11v)(11w) 比較回路
(12) 切り替え装置
(13) OPアンプ
(14) コンデンサ回路
(15a)(15b)(15c) コンデンサ
(16b)(16c) スイッチ
(1) Brushless DC motor
(2) DC power supply
(3) Rotation position estimation signal generator
(4) Energization control device
(10u) (10v) (10w) Integration circuit
(11u) (11v) (11w) Comparison circuit
(12) Switching device
(13) OP amplifier
(14) Capacitor circuit
(15a) (15b) (15c) Capacitor
(16b) (16c) switch

Claims (2)

OPアンプにコンデンサ回路が並列に接続された積分回路および比較回路を用いて3相の相電圧からアナログ方式で各相に対する回転位置推定信号を生成し、各相の回転位置推定信号に基づいて直流電源から3相への通電を制御することにより、永久磁石を用いたブラシレスモータを回転位置検出センサを用いずに制御する方法であって、
回転速度に基づいて上記コンデンサ回路の容量値を切り替えることを特徴とするブラシレスモータのセンサレス制御方法。
Using an integration circuit and a comparison circuit in which a capacitor circuit is connected in parallel to an OP amplifier, a rotational position estimation signal for each phase is generated from the three-phase voltage in an analog manner, and a direct current is generated based on the rotational position estimation signal for each phase. A method of controlling a brushless motor using a permanent magnet without using a rotational position detection sensor by controlling energization from a power source to three phases,
A sensorless control method for a brushless motor, wherein the capacitance value of the capacitor circuit is switched based on a rotation speed.
OPアンプにコンデンサ回路が並列に接続された積分回路および比較回路を用いて3相の相電圧からアナログ方式で各相に対する回転位置推定信号を生成する回転位置推定信号生成手段と、各相の回転位置推定信号に基づいて直流電源から3相への通電を制御する通電制御手段とを備え、永久磁石を用いたブラシレスモータを回転位置検出センサを用いずに制御する装置であって、
上記コンデンサ回路が、並列に配置された複数のコンデンサと、所定のコンデンサに直列に接続されたスイッチとを備えており、
回転位置推定信号生成手段が、回転速度に基づいて上記スイッチをオン・オフ制御することにより上記コンデンサ回路の容量値を切り替える切り替え手段を備えていることを特徴とするブラシレスモータのセンサレス制御装置。
Rotation position estimation signal generating means for generating a rotation position estimation signal for each phase in an analog manner from three-phase phase voltages using an integration circuit and a comparison circuit in which a capacitor circuit is connected in parallel to an OP amplifier, and rotation of each phase An apparatus for controlling a brushless motor using a permanent magnet without using a rotational position detection sensor, comprising an energization control means for controlling energization from a DC power source to a three-phase based on a position estimation signal,
The capacitor circuit includes a plurality of capacitors arranged in parallel and a switch connected in series to a predetermined capacitor,
A sensorless control device for a brushless motor, characterized in that the rotational position estimation signal generating means includes switching means for switching the capacitance value of the capacitor circuit by turning on and off the switch based on a rotational speed.
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