JP2006333599A - Controller for dc brushless motor - Google Patents

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Hiromoto Hasegawa
博基 長谷川
Mitsuhide Azuma
光英 東
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a controller for a DC brushless motor capable of surely stopping a rotor at a determined position when the motor is rotated by an external force. <P>SOLUTION: This controller for the DC brushless motor includes a DC brushless motor 1, a magnet pole position sensor 2, an inverter circuit 3 which supplies an AC voltage to the DC brushless motor 1, a drive device 5 for driving a switching element, a calculating device 6 for calculating a motor speed and a deceleration speed from the signal of the magnet pole position sensor 2, and a duty controller 7 for controlling a duty of a PWM signal output by the drive device 5 on the basis of the result of the calculating device 6. When a fan is rotated by the external force before starting of the DC brushless motor 1, DC magnetization signals in two patterns are switched in synchronization with the output signal of the magnet pole position sensor, and the DC magnetization signals are duty-controlled in accordance with the deceleration speed, so that the motor can be surely braked and stopped even if an individual difference or characteristic of the motor is changed. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明はDCブラシレスモータの制御方法に関するものである。 The present invention relates to a method for controlling a DC brushless motor.

空気調和機の室外ファンの駆動にはDCブラシレスモータが多く用いられている。室外ファンは有風時に回転し、その回転方向及び速度は一様ではなく、回転状態でモータを始動させると、回転方向及び回転速度によってはモータに大きな負担がかかる場合があり、最悪破損するおそれがある。   A DC brushless motor is often used to drive an outdoor fan of an air conditioner. The outdoor fan rotates when there is wind, and the rotation direction and speed are not uniform. If the motor is started in the rotation state, the motor may be heavily loaded depending on the rotation direction and rotation speed, and may be damaged in the worst case. There is.

したがって、空気調和機の運転開始時に、室外ファンが回転していたとすれば、その制動、停止、位置決めを行ってから起動させることになる。   Therefore, if the outdoor fan is rotating at the start of operation of the air conditioner, the air conditioner is started after braking, stopping, and positioning.

一方、DCブラシレスモータは、そのロータの磁極位置を検出するために磁極位置センサが用いられている。室外ファンの制動、停止、位置決めには磁極位置センサの出力に基づいてその方向及び回転数を検知し、これに応じてステータ巻線に供給する電流を制御していた。しかし、従来の駆動装置においては、3個の磁極位置センサを用いていたため、コストを高騰させる一因になっていた。   On the other hand, the DC brushless motor uses a magnetic pole position sensor to detect the magnetic pole position of the rotor. For braking, stopping, and positioning of the outdoor fan, the direction and the number of rotations are detected based on the output of the magnetic pole position sensor, and the current supplied to the stator winding is controlled accordingly. However, in the conventional driving device, since three magnetic pole position sensors are used, it has become a cause of increasing the cost.

そこで、特許文献1においては低コスト化を目的として、巻線相数よりも少ない数の磁極位置センサによって、直流励磁または巻線短絡を行うことにより、ロータを所定位置に停止させてからモータを始動する技術について提案されている。
特開平10―290592号公報
Therefore, in Patent Document 1, for the purpose of reducing the cost, the motor is stopped after stopping the rotor at a predetermined position by performing direct current excitation or winding short-circuiting by the number of magnetic pole position sensors smaller than the number of winding phases. A technology to start is proposed.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-290592

しかしながら、モータに作用する外力が強い場合には、巻線短絡ではブレーキトルクが弱いためロータを停止させることができない。また、直流励磁は、ロータの位置によってブレーキトルクが作用する場合と作用しない場合とがあるため、直流励磁が弱い場合には、やはりロータを停止させることができず振り切られてしまう。   However, when the external force acting on the motor is strong, the rotor cannot be stopped because the brake torque is weak when the winding is short-circuited. Moreover, since direct current excitation may or may not work depending on the position of the rotor, if the direct current excitation is weak, the rotor cannot be stopped and is shaken off.

ロータを確実に停止させるために直流励磁を強くすることも考えられるが、直流励磁を強くするにはモータの巻線に流す電流量を増加させねばならない。巻線に流す電流量を増加させると、ロータを構成する永久磁石が発生させている磁界の向きと逆向きの強い磁界が巻線に発生して、永久磁石を減磁させてしまうおそれがある。   Although it is conceivable to increase the DC excitation in order to reliably stop the rotor, to increase the DC excitation, it is necessary to increase the amount of current flowing through the motor winding. If the amount of current flowing through the winding is increased, a strong magnetic field opposite to the direction of the magnetic field generated by the permanent magnet constituting the rotor may be generated in the winding, and the permanent magnet may be demagnetized. .

本発明は始動前にモータが外力によって回転している場合に、ロータを所定位置に確実に停止させることができるDCブラシレスモータの制御装置を提供することを目的する。   An object of the present invention is to provide a control device for a DC brushless motor capable of reliably stopping a rotor at a predetermined position when the motor is rotated by an external force before starting.

前記従来の課題を解決するために本発明のDCブラシレスモータの制御装置は、DCブラシレスモータとDCブラシレスモータのロータの磁極位置を検出する1つの磁極位置センサと、複数のスイッチング素子が3相ブリッジ接続され、前記スイッチング素子の開閉により直流電圧を交流電圧に変換し、前記DCブラシレスモータに供給するインバータ回路と、前記スイッチング素子を駆動する駆動手段と、前記磁極位置センサの信号からモータ回転数および減速度の演算を行う演算手段と、前記演算手段の結果に基づき前記駆動手段の出力するPWM信号のデューティを制御するデューティ制御手段とを備え、前記駆動手段は、前記DCブラシレスモータの起動前にファンが外力により回転している場合にお
いて、前記磁極位置センサの出力信号に同期して、2つのパターンの直流励磁信号を切り換え、前記直流励磁信号のデューティを減速度に応じて制御させるものである。
In order to solve the above-described conventional problems, a control apparatus for a DC brushless motor according to the present invention includes a DC brushless motor, one magnetic pole position sensor for detecting the magnetic pole position of the rotor of the DC brushless motor, and a plurality of switching elements having a three-phase bridge. An inverter circuit that is connected and converts a DC voltage to an AC voltage by opening and closing the switching element and supplies the DC voltage to the DC brushless motor; a driving unit that drives the switching element; Computation means for computing the deceleration, and duty control means for controlling the duty of the PWM signal output from the drive means based on the result of the computation means, the drive means before starting the DC brushless motor When the fan is rotated by an external force, the magnetic pole position sensor In synchronization with a signal, it switches the DC excitation signals of the two patterns, but to control the duty cycle of the DC excitation signal in response to the deceleration.

本発明のDCブラシレスモータの制御装置は、ファンが起動前に外的な要因によって回転している場合において、モータの回転方向およびモータの個体差や特性が変化した場合においても駆動回路及びモータに過度の負担をかけることなく、短時間かつ確実にDCブラシレスモータの制動・停止が可能となる。   The control device for a DC brushless motor according to the present invention provides a drive circuit and a motor even when the rotation direction of the motor and the individual differences or characteristics of the motor change when the fan rotates due to external factors before starting. The DC brushless motor can be braked / stopped in a short time and reliably without imposing an excessive burden.

第1の発明は、DCブラシレスモータとDCブラシレスモータのロータの磁極位置を検出する1つの磁極位置センサと、複数のスイッチング素子が3相ブリッジ接続され、スイッチング素子の開閉により直流電圧を交流電圧に変換し、DCブラシレスモータに供給するインバータ回路と、スイッチング素子を駆動する駆動手段と、磁極位置センサの信号からモータ回転数および減速度の演算を行う演算手段と、演算手段の結果に基づき駆動手段が出力するPWM信号のデューティを制御するデューティ制御手段とを備え、駆動手段は、DCブラシレスモータの起動前にファンが外力により回転している場合において、磁極位置センサの出力信号に同期して、2つのパターンの直流励磁信号を切り換え、さらに減速度に応じて直流励磁信号のデューティを制御することにより、駆動回路及びモータに過度の負担をかけることなく制動・停止を可能とすることができる。   In the first invention, a DC brushless motor, a magnetic pole position sensor for detecting a magnetic pole position of a rotor of the DC brushless motor, and a plurality of switching elements are connected in a three-phase bridge, and a DC voltage is changed to an AC voltage by opening and closing the switching elements. Inverter circuit for converting and supplying to the DC brushless motor, driving means for driving the switching element, computing means for calculating the motor rotation speed and deceleration from the signal of the magnetic pole position sensor, and driving means based on the result of the computing means Duty control means for controlling the duty of the PWM signal output from the motor, and the drive means is synchronized with the output signal of the magnetic pole position sensor when the fan is rotated by an external force before starting the DC brushless motor, Switch between the two patterns of DC excitation signal, and further select the DC excitation signal according to the deceleration. By controlling the parties are able to allow braking and stopping without overburdening the driver circuit and the motor.

第2の発明は、前記デューティ制御手段は演算手段により得られる回転数fと減速度aの関係がa<f2を満足するようにデューティ制御することで、モータの個体差や特性が変化した場合でも、モータの回転方向がハンチングすることを防止できるので、より確実に制動・停止させることができる。 According to a second aspect of the invention, the duty control means performs duty control so that the relationship between the rotational speed f obtained by the calculation means and the deceleration a satisfies a <f 2 , so that individual differences and characteristics of the motor have changed. Even in this case, it is possible to prevent hunting in the rotation direction of the motor, so that braking and stopping can be performed more reliably.

第3の発明は、前記デューティ制御手段の初期デューティを外力による初期回転数に応じて変更することにより、外力の負荷に関わらず、回転方向のハンチングの防止と短時間でモータの制動・停止を実現することができる。   According to a third aspect of the present invention, by changing the initial duty of the duty control means according to the initial rotational speed by an external force, the hunting in the rotational direction is prevented and the motor is braked / stopped in a short time regardless of the load of the external force. Can be realized.

第4の発明は、前記演算手段における回転数および減速度の演算を平均化することにより、モータの減速度の脈動を抑制できるため、より安定したモータの制動・停止を実現することができる。   According to the fourth aspect of the present invention, since the pulsation of the deceleration of the motor can be suppressed by averaging the calculation of the rotation speed and the deceleration in the calculating means, it is possible to realize more stable braking / stopping of the motor.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

(実施の形態1)
以下、本発明を例えば空気調和機の室外機に設けられたファンを駆動するDCブラシレスモータに適用した実施の形態1について図面を用いて説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, a first embodiment in which the present invention is applied to a DC brushless motor that drives a fan provided in an outdoor unit of an air conditioner, for example, will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施の形態1におけるDCブラシレスモータの制御装置の構成を示したブロック図である。図1において、DCブラシレスモータ1は空気調和機の室外機に設けられる室外ファンの駆動用モータとして用いられ、このDCブラシレスモータ1のU相、V相、W相の各ステータ巻線は中性点Nでスター結線され、さらに、ステータには磁極位置センサ2が設けられている。このうち、ステータのU、V、W相巻線はインバータ回路3に接続され、その接続点をそれぞれU、V、Wとする。インバータ回路3はQu、Qv、Qw、Qx、Qy、Qzが3相ブリッジ接続されている。すなわち、スイッチング素子Qu及びQxの直列接続回路と、スイッチング素子Qv及びQyの直列接続回路と、スイッチング素子Qw及びQzの直列接続回路とが並列接続され、その一端が直流電源4の
正極に接続され、他端が直流電源4の負極に接続されている。これらのスイッチング素子Qu、Qv、Qw 、Qx、Qy、Qzには環流用のダイオードDu、Dv、Dw、Dx、Dy、Dzがそれぞれ逆並列に接続されている。また、スイッチング素子Qu、Qv、Qw 、Qx、Qy、Qzを駆動するために、駆動手段5からSu、Sv、Sw、Sx、Sy、Szの駆動信号が出力される構成となっている。さらに、磁極位置センサ2からの出力信号線は演算手段6に接続され、演算手段6における演算結果に基づき、デューティ制御手段7は駆動手段5に駆動信号のデューティを指令する構成となっている。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a control device for a DC brushless motor according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, a DC brushless motor 1 is used as a motor for driving an outdoor fan provided in an outdoor unit of an air conditioner. The U-phase, V-phase, and W-phase stator windings of the DC brushless motor 1 are neutral. A star connection is made at point N, and a magnetic pole position sensor 2 is provided on the stator. Among these, the U, V, and W phase windings of the stator are connected to the inverter circuit 3, and the connection points are U, V, and W, respectively. In the inverter circuit 3, Qu, Qv, Qw, Qx, Qy, and Qz are three-phase bridge connected. That is, the series connection circuit of the switching elements Qu and Qx, the series connection circuit of the switching elements Qv and Qy, and the series connection circuit of the switching elements Qw and Qz are connected in parallel, and one end thereof is connected to the positive electrode of the DC power supply 4. The other end is connected to the negative electrode of the DC power source 4. These switching elements Qu, Qv, Qw, Qx, Qy, and Qz are connected to anti-parallel diodes Du, Dv, Dw, Dx, Dy, and Dz in antiparallel. In addition, in order to drive the switching elements Qu, Qv, Qw, Qx, Qy, Qz, the drive means 5 outputs a drive signal of Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz. Further, the output signal line from the magnetic pole position sensor 2 is connected to the calculation means 6, and the duty control means 7 instructs the drive means 5 to command the duty of the drive signal based on the calculation result in the calculation means 6.

上記のように構成された本実施形態1の動作について以下に説明する。ここで、スイッチング素子Qu、Qv、Qwをインバータ回路3の正電圧側のスイッチング素子と称し、スイッチング素子Qx、Qy、Qzをインバータ回路3の負電圧側のスイッチング素子と称することとする。また、磁極位置センサ2はロータのN磁極を検出したときハイレベルの信号を出力し、ロータのS磁極を検出したとき、ローレベルの信号を出力するものとする。一方、外力によりモータが回転している場合に、1つの磁極位置センサでは回転方向が不明であるため、所定位置に確実に停止させ、その後、起動させる必要がある。ここで、ロータを停止させる磁極位置について図2〜4を用いて説明する。図2〜4はロータを2極、ステータを3スロットとした場合のDCブラシレスモータの内部構造を示している。図2で図示する磁極位置は通常の回転方向(図示した矢印の向き)にロータが回転している場合に磁極位置センサ2がロータのS磁極を検出し、ローレベルの信号を出力する磁極位置を表しており、このときの回転角を0°と定義すると、図3、図4の磁極位置はそれぞれ、回転角90°、270°となる。この2つの磁極位置では、1つの磁極位置センサであっても回転方向に関係なく磁極位置が推定可能となる。   The operation of the first embodiment configured as described above will be described below. Here, the switching elements Qu, Qv, and Qw are referred to as positive voltage side switching elements of the inverter circuit 3, and the switching elements Qx, Qy, and Qz are referred to as negative voltage side switching elements of the inverter circuit 3. The magnetic pole position sensor 2 outputs a high level signal when detecting the N magnetic pole of the rotor, and outputs a low level signal when detecting the S magnetic pole of the rotor. On the other hand, when the motor is rotated by an external force, the rotation direction of one magnetic pole position sensor is unknown, so it is necessary to reliably stop at a predetermined position and then start it. Here, the magnetic pole position which stops a rotor is demonstrated using FIGS. 2 to 4 show the internal structure of the DC brushless motor when the rotor has two poles and the stator has three slots. The magnetic pole position shown in FIG. 2 is the magnetic pole position where the magnetic pole position sensor 2 detects the S magnetic pole of the rotor and outputs a low level signal when the rotor rotates in the normal rotation direction (the direction of the arrow shown). If the rotation angle at this time is defined as 0 °, the magnetic pole positions in FIGS. 3 and 4 are 90 ° and 270 °, respectively. With these two magnetic pole positions, even with one magnetic pole position sensor, the magnetic pole position can be estimated regardless of the rotation direction.

次に、図3、図4に示す磁極位置で停止させるための具体的な停止方法について図5を用いて説明する。図5は磁極位置センサ2の信号レベルと、ロータを制動するための直流励磁信号の関係を表している。図中のW−Y、V−Zが直流励磁信号のパターンである。この直流励磁信号によりモータ内部に磁界を発生させ制動トルクを発生する。W−Yは図3に示す90°の磁極位置に、V−Zは図4に示す270°の磁極位置に停止させる直流励磁信号である。この2つの直流励磁信号のパターンを図5の示すとおりに磁極位置センサ2の信号レベルの変化に基づいて交互に出力する。なお、図5のVingはこの2つの直流励磁パターンの通電幅であり、本実施の形態においてはVingを80°としている。   Next, a specific stopping method for stopping at the magnetic pole positions shown in FIGS. 3 and 4 will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows the relationship between the signal level of the magnetic pole position sensor 2 and the DC excitation signal for braking the rotor. WY and VZ in the figure are DC excitation signal patterns. This DC excitation signal generates a magnetic field inside the motor to generate a braking torque. W-Y is a DC excitation signal for stopping at a 90 ° magnetic pole position shown in FIG. 3, and VZ is a DC excitation signal for stopping at a 270 ° magnetic pole position shown in FIG. These two DC excitation signal patterns are alternately output based on the change in the signal level of the magnetic pole position sensor 2 as shown in FIG. Note that Ving in FIG. 5 is the energization width of these two DC excitation patterns, and in this embodiment, Ving is 80 °.

次に、図6を用いて外力による回転数f0から上記した停止方法により制動をかけたときのファンの回転数の時間変化および磁極位置センサ2の信号を示す。ファンの回転数は磁極位置センサ2の信号周期を演算手段6内部のタイマ(図示せず)により計測した結果により得ることができる。原理上、磁極位置センサ2の信号は離散値であり、演算手段6は図6の直線上のプロット毎にファンの回転数を演算、認識することとなる。また、演算手段6が回転数f1以下を認識した場合、2つの直流励磁信号の切り換えを止め、いずれかの直流励磁信号を出力することで、位置決め(停止)状態となり起動が容易となる。   Next, FIG. 6 shows the change over time of the rotational speed of the fan and the signal of the magnetic pole position sensor 2 when braking is performed by the stopping method described above from the rotational speed f0 due to external force. The rotation speed of the fan can be obtained from the result of measuring the signal period of the magnetic pole position sensor 2 by a timer (not shown) in the calculation means 6. In principle, the signal of the magnetic pole position sensor 2 is a discrete value, and the calculation means 6 calculates and recognizes the rotational speed of the fan for each plot on the straight line in FIG. Further, when the calculation means 6 recognizes that the rotation speed is f1 or less, the switching of the two DC excitation signals is stopped, and one of the DC excitation signals is output, so that the positioning (stopped) state is entered and the activation becomes easy.

図7に図6とモータ特性(誘起電圧、巻線抵抗および巻線のインダクタンス等)の異なる場合の回転数の時間変化および磁極位置センサ2の信号を示す。図6で示した直線と比較して、その特性の傾きが異なる。この特性差は温度特性や製造上の個体差によるものである。図6の場合、演算手段6が所定の回転数範囲(0〜f1)で回転数を認識できるため、確実に停止することができる。一方、図7では所定の回転数範囲(0〜f1)内に演算手段6が回転数を認識することができない。図7においては回転数0以下、つまり回転方向が異なった後に認識することになるか、あるいは認識できないこともある。その結果、1つの磁極位置センサでは回転方向が不明なため、図8のように回転方向のハンチング現象に陥ることとなる。このように図6および図7の直線の傾き(以後、減速度と称する
)が急峻なほど、ハンチング現象が発生することとなる。
FIG. 7 shows the time variation of the rotational speed and the signal of the magnetic pole position sensor 2 when the motor characteristics (induced voltage, winding resistance, winding inductance, etc.) are different from those in FIG. Compared with the straight line shown in FIG. 6, the slope of the characteristic is different. This characteristic difference is due to temperature characteristics and manufacturing differences. In the case of FIG. 6, since the calculating means 6 can recognize a rotation speed within a predetermined rotation speed range (0 to f1), it can be stopped reliably. On the other hand, in FIG. 7, the calculating means 6 cannot recognize the rotational speed within a predetermined rotational speed range (0 to f1). In FIG. 7, it may be recognized after the number of rotations is 0 or less, that is, the rotation direction is different, or may not be recognized. As a result, since the rotation direction is unknown for one magnetic pole position sensor, a hunting phenomenon in the rotation direction occurs as shown in FIG. As described above, as the slope of the straight line in FIGS. 6 and 7 (hereinafter referred to as deceleration) becomes steeper, the hunting phenomenon occurs.

次に、図9を用いてハンチング現象が発生しない減速度の理論値にいて説明する。図9は磁極位置センサ2の信号レベルの変化に対応した時間t、回転数f、減速度aを定義したものであり、減速度a(n)(nは自然数)は式1のように表すことができる。   Next, the theoretical value of deceleration at which the hunting phenomenon does not occur will be described with reference to FIG. FIG. 9 defines the time t corresponding to the change in the signal level of the magnetic pole position sensor 2, the number of revolutions f, and the deceleration a, and the deceleration a (n) (n is a natural number) is expressed as in Equation 1. be able to.

a(n)=(f(n−1)−f(n))/(t(n)−t(n−1)) 式1
また、角速度ωと回転角θの関係より、次のような関係式を得る。
a (n) = (f (n−1) −f (n)) / (t (n) −t (n−1)) Equation 1
Further, the following relational expression is obtained from the relationship between the angular velocity ω and the rotation angle θ.

Δθ=∫ωdt=π(f(n)+f(n−1))・(t(n+1)−t(n)) 式2
式2において、Δθ=πなので
(f(n)+f(n+1))・(t(n+1)−t(n)) 式3
式1、式3より、
f(n+1)=√(f(n)**2−a(n)) 式4
式4の解の条件である式5が理論式となる。
Δθ = ∫ωdt = π (f (n) + f (n−1)) · (t (n + 1) −t (n)) Equation 2
In Expression 2, since Δθ = π, (f (n) + f (n + 1)) · (t (n + 1) −t (n)) Expression 3
From Equation 1 and Equation 3,
f (n + 1) = √ (f (n) ** 2-a (n)) Equation 4
Equation 5 which is a condition for the solution of Equation 4 is a theoretical equation.

a(n)<f(n)**2 式5
(ここで、**2は自乗を表す)
次に、式5の関係を満足するための制御方法について図10を用いて説明する。図10は磁極位置センサ2の信号と直流励磁信号のデューティの関係を示しており、磁極位置センサ2の信号レベルの変化毎に演算手段6において回転数および減速度を監視し、さらにこの結果に基づきデューティ制御手段7において、現在の通電幅D(n)から次に磁極位置センサ2の信号レベルが変化したときのD(n+1)を次式6に示すように制御する。制御方式としては減速度を、予め設定した目標減速度(as)となるように比例制御するものである。
a (n) <f (n) ** 2 Formula 5
(Here, ** 2 represents the square)
Next, a control method for satisfying the relationship of Expression 5 will be described with reference to FIG. FIG. 10 shows the relationship between the signal of the magnetic pole position sensor 2 and the duty of the DC excitation signal. Every time the signal level of the magnetic pole position sensor 2 changes, the number of revolutions and deceleration are monitored by the computing means 6. Based on the current energization width D (n), the duty control means 7 controls D (n + 1) when the signal level of the magnetic pole position sensor 2 changes next as shown in the following equation (6). As a control method, the deceleration is proportionally controlled so as to become a preset target deceleration (as).

D(n+1)=D(n)−kp(a(n)−as)(kp:比例定数) 式6
なお、目標減速度は回転数に応じて式5を満足するよう範囲で任意に変更することも可能である。以上の制御とした場合の回転数およびデューティと時間の関係を図11に、減速度と回転数の関係を図12に示す。図11は目標減速度を固定した場合に回転数およびデューティと時間の関係を示しており、デューティは初期デューティであるD0から時間ts経過後にほぼ一定となる(ts:減速度が目標減速度asに達する時間)。回転数については、時間ts経過後に減速度(傾き)がasで一定となる。この制御は演算手段6が回転数f1以下を認識するまで継続する。
D (n + 1) = D (n) −kp (a (n) −as) (kp: proportional constant) Equation 6
It should be noted that the target deceleration can be arbitrarily changed within a range so as to satisfy Equation 5 according to the rotational speed. FIG. 11 shows the relationship between the rotational speed, duty, and time in the case of the above control, and FIG. 12 shows the relationship between the deceleration and the rotational speed. FIG. 11 shows the relationship between the rotational speed, duty, and time when the target deceleration is fixed. The duty becomes substantially constant after the time ts has elapsed from D0, which is the initial duty (ts: deceleration is the target deceleration as Time to reach). As for the rotational speed, the deceleration (inclination) becomes constant at as after the elapse of time ts. This control continues until the calculation means 6 recognizes the rotation speed f1 or less.

図12は初期回転数100rpm付近から停止判定回転数fs(=25rpm)まで目標減速度as(=30rpm)となるように制御した場合の実験結果を示している。回転数f0からf1までの全域において式5の関係を満足することができる。   FIG. 12 shows the experimental results when the target deceleration as (= 30 rpm) is controlled from the initial rotation speed near 100 rpm to the stop determination rotation speed fs (= 25 rpm). The relationship of Formula 5 can be satisfied in the entire region from the rotational speed f0 to f1.

以上のような制御とすることで、自然風によりファンが回転している場合においても、減速度を理論値以内に制御することができるためモータの個体差によらず確実にファンの制動および停止が可能となる。   With the control described above, even when the fan is rotating due to natural wind, the deceleration can be controlled within the theoretical value, so that the fan can be reliably braked and stopped regardless of individual motor differences. Is possible.

なお、本実施の形態1では説明を簡単にするため、図2〜4に示すようにロータは2極、ステータを3スロットの構造としているが、ロータの極数が2m、ステータのスロット数が3mを有するモータの場合においてもこれまでの説明は、同様となる(mは自然数)
In order to simplify the description in the first embodiment, the rotor has a structure of two poles and the stator has three slots as shown in FIGS. 2 to 4, but the number of poles of the rotor is 2 m and the number of slots of the stator is Even in the case of a motor having 3 m, the description so far is the same (m is a natural number).
.

(実施の形態2)
図1〜図12については実施の形態1と同一の内容のため説明を省略する。図13は初期デューティであるD0と外力による初期回転数f0の関係を表している。外力が強く初期回転数が大きい場合にはD0を大きく設定し、外力が比較的弱く初期回転数が低い場合にはD0を小さく設定する。このように外力の大きさに応じて初期デューティD0を設定可変とすることで、自然風による外力が比較的小さい場合には減速度の理論値を越えることを防止するとともに、外力が大きな場合には停止までに要する時間を短縮することが可能となる。
(Embodiment 2)
1 to 12 are the same as those in the first embodiment, and thus description thereof is omitted. FIG. 13 shows the relationship between the initial duty D0 and the initial rotational speed f0 due to external force. When the external force is strong and the initial rotational speed is large, D0 is set large, and when the external force is relatively weak and the initial rotational speed is low, D0 is set small. Thus, by setting the initial duty D0 to be variable according to the magnitude of the external force, it is possible to prevent the deceleration from exceeding the theoretical value when the external force due to natural wind is relatively small, and when the external force is large. Can shorten the time required to stop.

(実施の形態3)
図1〜図13については実施の形態1、2で説明した内容と同一であり、説明を省略する。図14を用いて、演算手段6が演算する回転数および減速度の平均化処理について説明する。図14は極位置センサ2の信号レベルの変化毎の時間t(n)における、演算後の回転数faveおよび減速度aaveをそれぞれ示している。次に回転数および減速度の演算を4回平均化する場合の演算方法を示す。まず、時間t(n)、t(n+1)における回転数fave(n)、fave(n+1)は、
fave(n−1)=1/(t(n−1)−t(n−5)) 式7
fave(n)=1/(t(n)−t(n−4)) 式8
さらに、時間t(n)における4回平均化後の減速度aave(n)は、
aave(n)=(fave(n−1)−fave(n))/(t(n)−t(n−1))式9
と演算する。この結果に基づき、実施の形態1と同様にデューティ制御手段7において、直流励磁信号のデューティを制御する。このように演算を平均化することで、図12(減速度の演算に平均化処理をしない場合)では高回転数域にて減速度にハンチングが発生するが、図15に示すように、回転数および減速度の演算に平均処理(4回)した場合に回転数全域において減速度の脈動を低減し、式5に示す条件を満足することができる。
(Embodiment 3)
1 to 13 are the same as those described in the first and second embodiments, and a description thereof will be omitted. The rotation speed and deceleration averaging process calculated by the calculation means 6 will be described with reference to FIG. FIG. 14 shows the calculated rotational speed fave and deceleration aave at time t (n) for each change in the signal level of the pole position sensor 2. Next, a calculation method in the case of averaging the rotation speed and deceleration calculation four times will be described. First, the rotational speeds fave (n) and fave (n + 1) at times t (n) and t (n + 1) are
fave (n-1) = 1 / (t (n-1) -t (n-5)) Equation 7
fave (n) = 1 / (t (n) -t (n-4)) Equation 8
Furthermore, the deceleration aave (n) after averaging four times at time t (n) is
ave (n) = (fave (n−1) −fave (n)) / (t (n) −t (n−1)) Equation 9
And calculate. Based on this result, the duty control means 7 controls the duty of the DC excitation signal as in the first embodiment. By averaging the calculations in this way, hunting occurs in the deceleration in the high rotation speed range in FIG. 12 (when the averaging process is not performed in the deceleration calculation), but as shown in FIG. When the average processing (4 times) is performed for the calculation of the number and the deceleration, the pulsation of the deceleration can be reduced over the entire rotational speed, and the condition shown in Expression 5 can be satisfied.

以上のように、本発明にかかるDCブラシレスモータの制御装置はファンが外的な要因によって回転している場合において、駆動回路及びモータに過度の負担をかけることなく、永久磁石の減磁を抑え、さらにモータ個体差や特性の変化した場合においてもファンの制動、停止が可能となるので、空気調和機の室外ファンだけでなく、外的要因によって、起動時に自由回転しているブラシレスモータに適用することができる。   As described above, the DC brushless motor control device according to the present invention suppresses the demagnetization of the permanent magnet without imposing an excessive burden on the drive circuit and the motor when the fan rotates due to an external factor. In addition, the fan can be braked and stopped even when individual motor differences or characteristics change, so it can be applied not only to the outdoor fan of an air conditioner, but also to a brushless motor that freely rotates during startup due to external factors. can do.

本発明の実施の形態1におけるDCブラシレスモータ制御手段の構成を示したブロック図The block diagram which showed the structure of the DC brushless motor control means in Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態1における回転角0°の磁極位置を定義した模式図The schematic diagram which defined the magnetic pole position of the rotation angle 0 degree in Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態1における回転角90°の磁極位置を定義した模式図The schematic diagram which defined the magnetic pole position of the rotation angle 90 degrees in Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態1における回転角270°の磁極位置を定義した模式図The schematic diagram which defined the magnetic pole position of the rotation angle 270 degrees in Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態1における直流励磁信号のパターンを示した説明図Explanatory drawing which showed the pattern of the direct current excitation signal in Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態1におけるファンの回転数の時間変化を示した特性図The characteristic figure which showed the time change of the number of rotations of the fan in Embodiment 1 of the present invention 本発明の実施の形態1における図6と異なる条件におけるファンの回転数の時間変化を示した特性図The characteristic view which showed the time change of the rotation speed of the fan on the conditions different from FIG. 6 in Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態1における回転方向のハンチング現象を示した特性図The characteristic view which showed the hunting phenomenon of the rotation direction in Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態1における磁極位置センサ2の信号に対して時間t、回転数f、減速度aを定義した説明図Explanatory drawing which defined time t, number of rotations f, and deceleration a with respect to the signal of magnetic pole position sensor 2 in Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1における磁極位置センサ2の信号と直流励磁信号のデューティの関係を示した説明図Explanatory drawing which showed the relationship between the signal of the magnetic pole position sensor 2 in Embodiment 1 of this invention, and the duty of a DC excitation signal 本発明の実施の形態1における回転数およびデューティと時間の関係を示した特性図The characteristic figure which showed the rotation speed in Embodiment 1 of this invention, and the relationship between duty and time 本発明の実施の形態1における減速度と回転数の関係を示した特性図The characteristic view which showed the relationship between the deceleration and rotation speed in Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態2における初期デューティと初期回転数f0の関係を示した特性図The characteristic view which showed the relationship between the initial duty and the initial rotation speed f0 in Embodiment 2 of this invention 本発明の実施の形態3における演算手段6の演算方法を示した説明図Explanatory drawing which showed the calculation method of the calculating means 6 in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3における減速度と回転数の関係を示した特性図The characteristic diagram which showed the relationship between the deceleration and rotation speed in Embodiment 3 of this invention

符号の説明Explanation of symbols

1 DCブラシレスモータ
2 磁極位置センサ
3 インバータ回路
4 直流電源
5 駆動手段
6 演算手段
7 デューティ制御手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 DC brushless motor 2 Magnetic pole position sensor 3 Inverter circuit 4 DC power supply 5 Drive means 6 Calculation means 7 Duty control means

Claims (4)

DCブラシレスモータと前記DCブラシレスモータのロータの磁極位置を検出する1つの磁極位置センサと、複数のスイッチング素子が3相ブリッジ接続され、前記スイッチング素子の開閉により直流電圧を交流電圧に変換し、前記DCブラシレスモータに供給するインバータ回路と、前記スイッチング素子を駆動する駆動手段と、前記磁極位置センサの信号からモータ回転数および減速度の演算を行う演算手段と、前記演算手段の結果に基づき前記駆動手段の出力するPWM信号のデューティを制御するデューティ制御手段とを備え、前記駆動手段は、前記DCブラシレスモータの起動前にファンが外力により回転している場合において、前記磁極位置センサの出力信号に同期して、2つのパターンの直流励磁信号を切り換え、前記直流励磁信号のデューティを減速度に応じて制御することを特徴とするDCブラシレスモータの制御装置。 A DC brushless motor, one magnetic pole position sensor for detecting the magnetic pole position of the rotor of the DC brushless motor, and a plurality of switching elements are connected in a three-phase bridge, and a DC voltage is converted into an AC voltage by opening and closing the switching elements, Inverter circuit supplied to the DC brushless motor, driving means for driving the switching element, arithmetic means for calculating the motor rotation speed and deceleration from the signal of the magnetic pole position sensor, and the driving based on the result of the arithmetic means Duty control means for controlling the duty of the PWM signal output from the means, and the drive means outputs an output signal of the magnetic pole position sensor when the fan is rotated by an external force before the DC brushless motor is started. Synchronously, the two patterns of DC excitation signals are switched and the DC excitation signals are switched. Controller of the DC brushless motor and controls in accordance with a duty signal to the deceleration. 前記デューティ制御手段は前記演算手段により得られる回転数fと減速度aの関係がa<f**2(fの自乗)を満足するようにデューティ制御することを特徴とする請求項1記載のDCブラシレスモータの制御装置。 2. The duty control unit according to claim 1, wherein the duty control unit performs duty control so that a relationship between a rotational speed f and a deceleration a obtained by the calculation unit satisfies a <f ** 2 (square of f). Control device for DC brushless motor. 前記デューティ制御手段の初期デューティは外力による初期回転数に応じて変更することを特徴とする請求項1記載のDCブラシレスモータの制御装置。 2. The control apparatus for a DC brushless motor according to claim 1, wherein the initial duty of the duty control means is changed according to an initial rotational speed by an external force. 前記演算手段における回転数および減速度の演算を平均化することを特徴とする請求項1記載のDCブラシレスモータの制御装置。 2. The DC brushless motor control apparatus according to claim 1, wherein the calculation of the rotation speed and the deceleration in the calculating means is averaged.
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