JP2007236090A - Method and apparatus for controlling brushless motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ブラシレスモータの制御方法および制御装置に関する。 The present invention relates to a brushless motor control method and control apparatus.
センサレス直流ブラシレスモータ(以下、単にブラシレスモータという)は、その省電力性を生かして各種の電化機器、特にエアコンのコンプレッサ駆動用モータとして広く使用されている。 A sensorless DC brushless motor (hereinafter simply referred to as a brushless motor) is widely used as a motor for driving a compressor of various electric appliances, particularly an air conditioner, taking advantage of its power saving.
従来、ブラシレスモータの回転数の制御においては、制御に必要な回転子の位置情報をブラシレスモータの電気子巻線に誘起される電圧を利用して検出している。
この誘起電圧を基準電圧と比較することにより回転子の位置を推定し、この検出位置をもとにしてブラシレスモータの電機子巻線に流れる電流を制御している。
Conventionally, in controlling the number of rotations of a brushless motor, rotor position information necessary for the control is detected by using a voltage induced in an armature winding of the brushless motor.
The rotor position is estimated by comparing the induced voltage with a reference voltage, and the current flowing through the armature winding of the brushless motor is controlled based on the detected position.
然しながら、ブラシレスモータの回転数が低くなるとブラシレスモータの電気子巻線に誘起される電圧も低くなるので、回転子の位置の検出が難しくなり、ひいては誤検出が生じるという問題がある。その結果、低速回転では安定した回転制御が行えないという問題がある。 However, when the rotation speed of the brushless motor is lowered, the voltage induced in the brush winding of the brushless motor is also lowered, which makes it difficult to detect the position of the rotor and thus causes a false detection. As a result, there is a problem that stable rotation control cannot be performed at low speed.
これに対して、低速回転での位置検出が行えるブラシレスモータの制御方法および制御装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。 On the other hand, a brushless motor control method and control device capable of detecting a position at low speed rotation are known (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1に開示されたブラシレスモータの制御方法および制御装置は、交流電源を倍電圧整流するコンバータと、倍電圧整流した直流電圧をPWM制御でスイッチングしてブラシレスモータに印加するインバータ手段と、位置検出回路からの位置検出信号により回転数を算出し、その算出回転数と所定値とを比較してコンバータを倍電圧モード有無に切り替える判定を行う制御回路とを具備している。
The brushless motor control method and control apparatus disclosed in
ブラシレスモータの回転数が低い場合に、倍電圧なしモードに設定して電源電圧を低くするとともに、PWMチョッピングのデューティを大きくすることにより、ブラシレスモータを目標とする回転数に制御している。 When the rotation speed of the brushless motor is low, the power supply voltage is lowered by setting the mode without voltage doubler and the duty of PWM chopping is increased to control the brushless motor to the target rotation speed.
然しながら、特許文献1に開示されたブラシレスモータの制御方法および制御装置は、電源電圧とPWMチョッピングのデューティの両方を変えているので、制御が複雑になるという問題がある。
本発明は、低速回転で十分な回転制御が行えるブラシレスモータの制御方法および制御装置を提供する。 The present invention provides a brushless motor control method and control apparatus that can perform sufficient rotation control at low speed.
本発明の一態様のブラシレスモータの制御方法は、ブラシレスモータの回転数を検出するステップと、前記ブラシレスモータの回転数に応じて、前記ブラシレスモータの位置を検出するための基準電圧を変えるステップと、前記ブラシレスモータの誘起電圧と前記基準電圧とを比較して前記ブラシレスモータの位置を検出し、前記ブラシレスモータの回転を制御するステップとを具備することを特徴としている。 The brushless motor control method according to one aspect of the present invention includes a step of detecting a rotation speed of the brushless motor, and a step of changing a reference voltage for detecting the position of the brushless motor according to the rotation speed of the brushless motor. And comparing the induced voltage of the brushless motor with the reference voltage to detect the position of the brushless motor and controlling the rotation of the brushless motor.
本発明の別態様のブラシレスモータの制御方法は、ブラシレスモータの回転数を検出するステップと、前記ブラシレスモータの回転数に応じて、前記ブラシレスモータに流れるパルス幅変調された電流のキャリア周波数を変えるステップと、前記ブラシレスモータの誘起電圧と前記ブラシレスモータの位置を検出するための基準電圧とを比較して前記ブラシレスモータの位置を検出し、前記ブラシレスモータの回転を制御するステップとを具備することを特徴としている。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method for controlling a brushless motor, the step of detecting the number of rotations of the brushless motor, and changing the carrier frequency of a pulse-width modulated current flowing in the brushless motor according to the number of rotations of the brushless motor. Comparing the induced voltage of the brushless motor with a reference voltage for detecting the position of the brushless motor, detecting the position of the brushless motor, and controlling the rotation of the brushless motor. It is characterized by.
本発明の一態様のブラシレスモータの制御装置は、ブラシレスモータの回転数を検出する回転数検出手段と、前記ブラシレスモータの回転数に応じて、前記ブラシレスモータの位置を検出するための基準電圧を変える基準電圧可変手段と、前記ブラシレスモータの誘起電圧と前記基準電圧とを比較して前記ブラシレスモータの位置を検出し、前記ブラシレスモータの回転を制御する電流制御手段とを具備することを特徴としている。 The brushless motor control device according to an aspect of the present invention includes a rotation speed detection unit that detects the rotation speed of the brushless motor, and a reference voltage for detecting the position of the brushless motor according to the rotation speed of the brushless motor. A reference voltage changing means for changing, and a current control means for detecting the position of the brushless motor by comparing the induced voltage of the brushless motor and the reference voltage to control the rotation of the brushless motor. Yes.
本発明によれば、低速回転で十分な回転制御が行えるブラシレスモータの制御方法および制御装置が得られる。 According to the present invention, it is possible to obtain a brushless motor control method and control apparatus that can perform sufficient rotation control at low speed.
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本発明の実施例1について図1乃至図5を用いて説明する。図1は本実施例に係るブラシレスモータの制御装置の構成を示す回路図、図2はブラシレスモータの動作を示すタイミングチャート、図3はブラシレスモータの制御方法を示すフローチャート、図4は基準電圧の変化を示す図、図5は本実施例の効果を従来例と比較して示す図である。 A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a circuit diagram showing the configuration of a brushless motor control device according to the present embodiment, FIG. 2 is a timing chart showing the operation of the brushless motor, FIG. 3 is a flowchart showing a control method of the brushless motor, and FIG. FIG. 5 is a diagram showing the effect of this embodiment in comparison with the conventional example.
図1に示すように、本実施例のモータ制御装置10は、ブラシレスモータ11の誘起電圧Vmと基準電圧Vrefとを比較してブラシレスモータ11の位置を検出し、ブラシレスモータ11の位置に応じてブラシレスモータ11に流れる電流を制御する電流制御手段12と、ブラシレスモータ11の回転数を検出する回転数検出手段13と、ブラシレスモータ11の回転数に応じて基準電圧Vrefを変える基準電圧可変手段14とを具備している。
As shown in FIG. 1, the
ブラシレスモータ11は、永久磁石を有する回転子(図示せず)と、例えばY結線された電気子巻線U、V、Wを備えている。電気子巻線U、V、Wに位相が120°ずれた直流電流を流すことにより回転子が回転する。
The
ブラシレスモータ11の回転数の制御は、電気子巻線U、V、Wに直流電流を所定のキャリア周波数で断続してパルス幅変調(Pulse Width Modulation)された電流(以下、PWM電流という)を流し、PWM電流のデューティを変えることにより行われる。
The rotation speed of the
電流制御手段12は、ブラシレスモータ11の電気子巻線U、V、WにPWM電流を供給するインバータ回路15と、基準電圧Vrefを発生する基準電圧発生回路16と、ブラシレスモータ11の誘起電圧Vmと基準電圧Vrefを比較するコンパレータ17と、コンパレータ17の出力からブラシレスモータ11の位置を検出する位置信号検出回路18と、キャパシタC1と抵抗R1の時定数で定まる所定のキャリア周波数と、所定のデューティを有するPWM信号を発生するPWM制御部19と、PWM信号によりインバータ回路15を駆動する駆動信号を発生するインバータ制御部20とを具備している。
The current control means 12 includes an
インバータ回路15は、2のトランジスタ、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)の直列回路が電源V0に3個並列接続されている。
In the
トランジスタUaとトランジスタXが直列接続され、その接続点22がブラシレスモータ11の電気子巻線Uに接続されている。トランジスタVaとトランジスタYが直列接続され、その接続点23がブラシレスモータ11の電気子巻線Vに接続されている。トランジスタWaとトランジスタZが直列接続され、その接続点24がブラシレスモータ11の電気子巻線Wに接続されている。
The transistor Ua and the transistor X are connected in series, and the
トランジスタUa、Va、Wa、X、Y、Zのゲートは、インバータ制御部20のドライバ回路(図示せず)にそれぞれ接続されている。
また、トランジスタUa、Va、Wa、X、Y、Zのコレクタとエミッタ間に、還流ダイオードD1〜D6がそれぞれ並列接続されている。
The gates of the transistors Ua, Va, Wa, X, Y, and Z are connected to a driver circuit (not shown) of the
Further, free-wheeling diodes D1 to D6 are connected in parallel between the collectors and emitters of the transistors Ua, Va, Wa, X, Y, and Z, respectively.
基準電圧発生回路16は、ブラシレスモータ11を駆動する電源V0と基準電位GNDの間に接続された抵抗R2、抵抗R3の直列回路を有している。抵抗R2と抵抗R3の接続点25がコンパレータ17の負入力端に接続されている。
The reference
抵抗R2と抵抗R3により電源電圧Voが分圧されて、基準電圧Vrefが生成される。抵抗R2、R3は、基準電圧Vrefが電源電圧V0の1/2となるように設定されている。 The power supply voltage Vo is divided by the resistors R2 and R3, and the reference voltage Vref is generated. The resistors R2 and R3 are set so that the reference voltage Vref is ½ of the power supply voltage V0.
ブラシレスモータ11の電気子巻線U、V、Wにそれぞれ抵抗R4、R5、R6の一端が接続され、抵抗R4、R5、R6の他端は抵抗R7に共通接続されている。
抵抗R4、R5、R6と抵抗R7の共通接続点26がコンパレータ17の正入力端に接続されている。
One ends of resistors R4, R5, and R6 are respectively connected to the armature windings U, V, and W of the
A
ブラシレスモータ11の電気子巻線U、V、Wは、PWM電流が流れていないときに巻線の一端がオープンになるので回転子との電磁誘導により回転数に比例した誘起電圧が発生する。
誘起電圧は抵抗R4、R5、R6と抵抗R7で分圧されて合成され、ブラシレスモータ11の誘起電圧Vmが得られる。
Since the coil windings U, V, and W of the
The induced voltage is divided and combined by the resistors R4, R5, R6 and the resistor R7, and the induced voltage Vm of the
回転数検出手段13は、インバータ制御部20内の回転数出力回路(図示せず)から回転数に応じた信号を受け取り、所定の回転数N1より大きい場合に“H”を出力し、所定の回転数N1より小さい場合に“L”を出力する。
The rotational speed detection means 13 receives a signal corresponding to the rotational speed from a rotational speed output circuit (not shown) in the
基準電圧可変手段14は、回転数検出手段13の出力が供給されるインバータ21と、ゲートG1がインバータ21の出力端に接続され、ドレインD1が抵抗R8を介して抵抗R2と抵抗R3の接続点25に接続され、ソースS1が基準電位GNDに接続された絶縁ゲート電界効果トランジスタM1(以下、MOSトランジスタという)とを具備している。
The reference voltage varying means 14 has an
回転数検出手段13の出力が“H”の場合に、インバータ21の出力が“L”となるので、MOSトランジスタM1のゲートG1に電圧が印加されず、MOSトランジスタM1はオフとなる。
回転数検出手段13の出力が“L”の場合に、インバータ21の出力が“H”となるので、MOSトランジスタM1のゲートG1に電圧が印加され、MOSトランジスタM1はオンとなる。
MOSトランジスタM1がオンのときに、抵抗R3と抵抗R8の並列回路が構成され、抵抗R2との電源V0の分圧比が変わるので、基準電圧Vrefが変えられる。
When the output of the rotation speed detection means 13 is “H”, the output of the
When the output of the rotation speed detection means 13 is “L”, the output of the
When the MOS transistor M1 is on, a parallel circuit of the resistor R3 and the resistor R8 is formed, and the voltage dividing ratio of the power source V0 to the resistor R2 changes, so that the reference voltage Vref is changed.
具体的には、図2に示すように、ブラシレスモータ11の回転数が回転数N1より大きいときの基準電圧Vrefを第1基準電圧Vref1とし、回転数N1より小さいときの基準電圧Vrefを第2基準電圧Vref2とすると、第1基準電圧Vref1および第2基準電圧Vref2は以下の式で表わされる。
Vref1=V0×R3/(R2+R3)
Vref2=V0×Ra/(R2+Ra)、Ra=R3×R8/(R3+R8)
ここで、RaはR3とR8の並列抵抗である。
Specifically, as shown in FIG. 2, the reference voltage Vref when the rotation speed of the
Vref1 = V0 × R3 / (R2 + R3)
Vref2 = V0 × Ra / (R2 + Ra), Ra = R3 × R8 / (R3 + R8)
Here, Ra is a parallel resistance of R3 and R8.
次に、ブラシレスモータ11の回転制御についてタイミングチャートを用いて説明する。ブラシレスモータ制御装置10は、初めにインバータ制御回路20からインバータ回路15に所定の駆動信号を出力してブラシレスモータ11を起動させ、しかる後にブラシレスモータ11の位置を検出して回転制御を行う。
Next, rotation control of the
図3に示すように、ブラシレスモータ11の位置の検出は、通電されていない電気子巻線に誘起される誘起電圧Vmを含んで接続点26に表れる電圧と基準電圧Vrefとをコンパレータ17で比較し、コンパレータ17の出力から目的とする位置検出信号に対応する出力のみを位置信号検出回路18で抽出することにより行われる。
As shown in FIG. 3, the position of the
位置検出信号をもとにして回転子の位置が検出され、この位置検出から30°後に通電相が切り替えられる。なお、30°後とは、例えば位置検出の間隔時間×30/360で算出して予測した時刻である。 The position of the rotor is detected based on the position detection signal, and the energized phase is switched 30 ° after this position detection. Note that “after 30 °” is, for example, a time calculated and predicted by the position detection interval time × 30/360.
具体的には、電機子巻線Uの端子電圧(誘起電圧Vmu)と基準電圧Vrefとの交点31を検出すると、30°後にWa相(トランジスタWa)の通電からUa相(トランジスタUa)の通電に切り替える。ここで、PWMの波形は電機子巻線Uの端子電圧およびトランジスタUaの一部にのみ表示している。 Specifically, when the intersection point 31 between the terminal voltage (induced voltage Vmu) of the armature winding U and the reference voltage Vref is detected, the energization of the Wa phase (transistor Wa) to the energization of the Ua phase (transistor Ua) after 30 °. Switch to. Here, the PWM waveform is displayed only on the terminal voltage of the armature winding U and a part of the transistor Ua.
電機子巻線Wの端子電圧(誘起電圧Vmw)と基準電圧Vrefとの交点32を検出すると、30°後にY相(トランジスタY)の通電からZ相(トランジスタZ)の通電に切り替える。
When the
電機子巻線Vの端子電圧(誘起電圧Vmv)と基準電圧Vrefとの交点33を検出すると、30°後にUa相(トランジスタUa)の通電からVa相(トランジスタVa)の通電に切り替える。
When the
再び、電機子巻線U、V、Wの端子電圧(誘起電圧)と基準電圧Vrefとの交点34、35、36を検出すると、30°後に通電相の切り替えが行われる。
When the
以下、同様にして位置検出信号をもとにしてブラシレスモータ11の通電相の切り替えを繰り返すことにより、ブラシレスモータ11を回転制御することができる。
Similarly, the
ここで、各トランジスタUa、Va、Wa、X、Y、Zに流れるPWM電流のデューティを変えることにより、ブラシレスモータ11の印加電圧を変化させることができる。
Here, the voltage applied to the
したがって、回転数検出手段13によりブラシレスモータ11の回転数を検出し、インバータ駆動部20によりPWM電流のデューティを変えることにより、ブラシレスモータ11を目標とする回転数に制御することができる。
Therefore, by detecting the rotational speed of the
ここで、コンパレータ17の出力に含まれるパルス状の出力は、還流ダイオードD1〜D6のオン期間に流れる電流によるものである。位置信号検出回路18はこれを識別してリジェクトするので、ブラシレスモータ11の回転制御には影響を及ぼさない。
Here, the pulse-like output included in the output of the
次に、本実施例のブラシレスモータ制御装置10を用いてブラシレスモータ11を制御する方法について、フローチャートを用いて説明する。
Next, a method for controlling the
図4に示すように、初めに所定の駆動信号によりブラシレスモータ11が起動される(ステップS00)。
次に、ブラシレスモータ11が起動して回転が安定した後に、回転数検出手段13によりブラシレスモータ11の回転数を検出し(ステップS01)、得られた回転数と予め定めた所定の回転数N1とを比較する(ステップS02)。
As shown in FIG. 4, the
Next, after the
ブラシレスモータ11の回転数が所定の回転数N1より小さい場合(ステップS02のYes)に、基準電圧可変手段14により基準電圧Vrefを第1の基準電圧Vref1より小さい第2の基準電圧Vref2に設定する(ステップS03)。
一方、所定の回転数N1より大きい場合(ステップS02のNo)に、基準電圧可変手段14により基準電圧Vrefを第1の基準電圧Vref1に設定する(ステップS04)。
When the rotation speed of the
On the other hand, when it is larger than the predetermined rotation speed N1 (No in step S02), the reference voltage variable means 14 sets the reference voltage Vref to the first reference voltage Vref1 (step S04).
具体的には、図2に示すように、所定の回転数N1、例えば50rpmより大きければ、第1の基準電圧Vref1=V0/2(中性点電圧)とし、所定の回転数N1より小さければ、第2の基準電圧Vref2を、例えばV0/4とする。 Specifically, as shown in FIG. 2, if the rotation speed is larger than a predetermined rotation speed N1, for example, 50 rpm, the first reference voltage Vref1 = V0 / 2 (neutral point voltage) is set. If the rotation speed is smaller than the predetermined rotation speed N1, The second reference voltage Vref2 is, for example, V0 / 4.
次に、誘起電圧Vmと基準電圧Vrefとをコンパレータ17で比較して、誘起電圧Vmと基準電圧Vrefとの交点31〜36を検知してフラシレスモータ11の位置を検出する(ステップS05)。
Next, the induced voltage Vm and the reference voltage Vref are compared by the
次に、フラシレスモータ11の検出位置に応じて、インバータ回路15の各トランジスタUa、Va、Wa、X、Y、Zをオンオフして電気子巻線U、V、Wに流れるPWM電流を制御する(ステップS06)。
Next, according to the detection position of the
次に、ブラシレスモータ11の運転停止命令の有無がチェックされ(ステップS07)、運転停止命令がない場合(ステップS07のNo)は、ステップS01に戻ってステップS01〜ステップS06を繰り返す。一方、運転停止命令がある場合(ステップS07のYes)は、ブラシレスモータ11の運転を停止する。
Next, the presence / absence of an operation stop command for the
図5は本実施例の効果を従来例と比較して示すタイミングチャートで、図5(a)が本実施例の場合、図5(b)が従来例の場合である。図は電気子巻線Uの場合について示している。 FIG. 5 is a timing chart showing the effect of this embodiment in comparison with the conventional example. FIG. 5A shows the case of this embodiment, and FIG. 5B shows the case of the conventional example. The figure shows the case of the armature winding U.
図5に示すように、ブラシレスモータ11の誘起電圧Vmuはブラシレスモータ11の回転数に比例するので、ブラシレスモータ11の回転数が低くなると誘起電圧Vmuは低下する。
As shown in FIG. 5, the induced voltage Vmu of the
本実施例では基準電圧Vrefを変えて、第2の基準電圧Vref2に設定するので、ブラシレスモータ11の誘起電圧Vmuと第2の基準電圧Vref2との交点37、交点38をコンパレータ17により検出することができる。
これにより、低速回転でブラシレスモータ11の位置を検出して、ブラシレスモータ11の回転制御を行うことが可能である。
In this embodiment, the reference voltage Vref is changed and set to the second reference voltage Vref2, so that the
As a result, the rotation of the
一方、基準電圧Vrefを変えずに、従来の第1基準電圧Vref1のままの場合には、ブラシレスモータ11の誘起電圧Vmuと第1の基準電圧Vref1との交点がないので、ブラシレスモータ11の位置を検出することができない。その結果、低速回転でブラシレスモータ11の回転制御ができなくなる。
On the other hand, when the conventional first reference voltage Vref1 is maintained without changing the reference voltage Vref, there is no intersection between the induced voltage Vmu of the
図6は本実施例のブラシレスモータ制御装置10が同一半導体チップ上にモノリシックに集積して形成された半導体集積装置を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a semiconductor integrated device in which the brushless
図6に示すように、半導体集積装置40は、ブブラシレスモータ11の電流を制御する電流制御手段12と、ブラシレスモータ11の回転数を検出する回転数検出手段13と、基準電圧Vrefを変える基準電圧可変手段14が同一半導体チップ41上にモノリシックに集積して形成されている。
As shown in FIG. 6, the semiconductor integrated
更に、半導体チップ41上には半導体集積装置40を外部に接続するためのボンディングパッド42a〜42gが形成されている。
ボンディングパッド42aを介して半導体集積装置40に電源Vddが供給され、ボンディングパッド42bを介して共通電位GNDに接続されている。
ボンディングパッド42c〜42eを介してPWM電流がブラシレスモータ11の電気子巻線U、V、Wに供給されるとともに、ブラシレスモータ11の誘起電圧Vmが入力される。
ボンディングパッド42f、42gを介してブラシレスモータ11に印加される電源V0が半導体集積装置40に供給される。
Furthermore,
The power supply Vdd is supplied to the semiconductor integrated
A PWM current is supplied to the electric windings U, V, and W of the
A power supply V0 applied to the
以上説明したように、本実施例では、ブラシレスモータ11の回転数に応じて、ブラシレスモータ11の位置を検出するための基準電圧Vrefを変えている。
As described above, in this embodiment, the reference voltage Vref for detecting the position of the
その結果、ブラシレスモータ11の誘起電圧Vmと基準電圧Vrefとの交点を検知してブラシレスモータ11の位置を検出することができる。従って、低速回転で十分な回転制御を行うことができる。
As a result, the position of the
ここでは、抵抗R3に抵抗R8を並列接続して、基準電圧Vrefを変える場合について説明したが、図7に示すように、抵抗R3と抵抗R8をスイッチ45で切り替えるようにしても構わない。スイッチ45のスイッチング素子としては、MOSトランジスタや機械的リレーを用いることができる。
これによれば、抵抗R3と抵抗R8は互いに影響を及ぼすことなく、独立して設定できる利点がある。
Although the case where the resistor R8 is connected in parallel to the resistor R3 and the reference voltage Vref is changed has been described here, the resistor R3 and the resistor R8 may be switched by a
This has the advantage that the resistors R3 and R8 can be set independently without affecting each other.
また、基準電圧Vrefを第1の基準電圧Vref1と第2の基準電圧Vref2の2段に変える場合について説明したが、更に段数を増やしても構わない。段数を多くすればブラシレスモータ11の回転制御がよりきめ細かく行える利点がある。
Moreover, although the case where the reference voltage Vref is changed to two stages of the first reference voltage Vref1 and the second reference voltage Vref2 has been described, the number of stages may be further increased. If the number of stages is increased, there is an advantage that the rotation control of the
更に、半導体集積装置40に回転数検出手段13、基準電圧可変手段14、抵抗R1〜R9およびキャパシタC1を全て内蔵した場合について説明したが、それぞれ外付けであっても構わない。
これによれば、ブラシレスモータの仕様やユーザの利用目的に合せたブラシレスモータの制御装置を迅速に提供することが容易である。
Furthermore, although the case where the rotation
According to this, it is easy to quickly provide a brushless motor control device adapted to the specifications of the brushless motor and the purpose of use of the user.
ブラシレスモータ11の電気子巻線U、V、WがY結線されている場合について説明したが、デルタ結線であっても、同様に回転制御を行うことができる。
Although the case where the armature windings U, V, and W of the
本発明の実施例2について図8乃至図12を用いて説明する。図8は本実施例に係るブラシレスモータの制御装置の構成を示す回路図、図9はPWM電流のキャリア周波数の変化を示す図、図10はブラシレスモータの制御方法を示すフローチャート、図11および図12は本実施例の効果を従来例と比較して示す図である。 A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a circuit diagram showing the configuration of the brushless motor control device according to the present embodiment, FIG. 9 is a diagram showing changes in the carrier frequency of the PWM current, FIG. 10 is a flowchart showing a brushless motor control method, FIG. 11 and FIG. 12 is a diagram showing the effect of the present embodiment in comparison with the conventional example.
本実施例において、上記実施例1と同一の構成部分には同一符号を付してその説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。 In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted, and only different portions will be described.
本実施例が実施例1と異なる点は、回転数に応じて、PWM電流のキャリア周波数を変えるようにしたことにある。 The difference between the present embodiment and the first embodiment is that the carrier frequency of the PWM current is changed according to the rotational speed.
即ち、図8に示すように、本実施例のブラシレスモータ制御装置50は、キャリア周波数可変手段51を具備している。
キャリア周波数可変手段51は、回転数検出手段13の出力が供給されるインバータ52と、ゲートG2がインバータ52の出力端に接続され、ドレインD2が抵抗R9を介してPWM制御部19の抵抗R1の一端に接続され、ソースS2が基準電位GNDに接続されたMOSトランジスタM2とを具備している。
That is, as shown in FIG. 8, the brushless
The carrier frequency varying means 51 has an
回転数検出手段13の出力が“H”の場合に、インバータ52の出力が“L”となるので、MOSトランジスタM2のゲートG2に電圧が印加されず、MOSトランジスタM2はオフとなる。
回転数検出手段13の出力が“L”の場合に、インバータ52の出力が“H”となるので、MOSトランジスタM2のゲートG2に電圧が印加されて、MOSトランジスタM2はオンとなる。
その結果、抵抗R1と抵抗R9の並列回路が構成され、PWM制御部19のCR時定数(τ=1/ωCR)が変わるので、PWMのキャリア周波数fを変えることができる。
When the output of the rotation speed detection means 13 is “H”, the output of the
When the output of the rotation speed detection means 13 is “L”, the output of the
As a result, a parallel circuit of the resistor R1 and the resistor R9 is formed, and the CR time constant (τ = 1 / ωCR) of the
具体的には、図9に示すように、PWMのキャリア周波数fはCR時定数τの逆数に比例するので、ブラシレスモータ11の回転数が回転数N1より大きい場合のCR時定数τをτ1、そのときのキャリア周波数fを第1のキャリア周波数f1とし、回転数N1より小さい場合のCR時定数τをτ2、そのときのキャリア周波数fを第2のキャリア周波数f2とすると、第1のキャリア周波数f1および第2のキャリア周波数f2は以下の式で表わされる。
f1∝1/τ1=ωC1R1
f2∝1/τ2=ωC1Rb
ここで、RbはR1とR9の並列抵抗である。これから、第1のキャリア周波数f1より低い第2のキャリア周波数f2を得ることができる。
Specifically, as shown in FIG. 9, since the PWM carrier frequency f is proportional to the inverse of the CR time constant τ, the CR time constant τ when the rotation speed of the
f1∝1 / τ1 = ωC1R1
f2∝1 / τ2 = ωC1Rb
Here, Rb is a parallel resistance of R1 and R9. From this, the second carrier frequency f2 lower than the first carrier frequency f1 can be obtained.
次に、本実施例のブラシレスモータ11の制御方法について、フローチャートを用いて説明する。
図10に示すように、ブラシレスモータ11の回転数と所定の回転数N1とを比較し(ステップS02)、ブラシレスモータ11の回転数が所定の回転数N1より小さい場合(ステップS02のYes)に、キャリア周波数変手段51によりキャリア周波数fを第1のキャリア周波数f1より小さい第2のキャリア周波数f2に設定する(ステップS13)。
Next, the control method of the
As shown in FIG. 10, the rotational speed of the
一方、所定の回転数N1より大きい場合(ステップS02のNo)に、キャリア周波数可変手段51によりキャリア周波数fを第1のキャリア周波数f1に設定する(ステップS14)。 On the other hand, if it is greater than the predetermined rotation speed N1 (No in step S02), the carrier frequency variable means 51 sets the carrier frequency f to the first carrier frequency f1 (step S14).
図11は本実施例の効果を従来例と比較して示す図で、図11(a)が本実施例の場合、図11(b)が従来例の場合である。図は電気子巻線Uの場合について示している。 FIG. 11 is a diagram showing the effect of this embodiment in comparison with the conventional example. FIG. 11A shows the case of this embodiment, and FIG. 11B shows the case of the conventional example. The figure shows the case of the armature winding U.
図11に示すように、本実施例ではPWMのキャリア周波数fを低くして第2のキャリア周波数f2に設定するので、ブラシレスモータ11の誘起電圧Vmuが高くなり、第1の基準電圧Vef1との交点55、56をコンパレータ17により検出することができる。これにより、ブラシレスモータ11の位置を検出し、ブラシレスモータ11の回転制御を行うことが可能である。
As shown in FIG. 11, in the present embodiment, the PWM carrier frequency f is lowered and set to the second carrier frequency f2, so that the induced voltage Vmu of the
一方、従来例ではPWM電流のキャリア周波数fが第1のキャリア周波数f1のままなので、ブラシレスモータ11の誘起電圧Vmuと第1の基準電圧Vref1との交点がなく、ブラシレスモータ11の位置を検出することができない。その結果、ブラシレスモータ11の回転制御ができなくなる。
On the other hand, in the conventional example, since the carrier frequency f of the PWM current remains the first carrier frequency f1, there is no intersection between the induced voltage Vmu of the
更に、図12は図11の誘起電圧Vmuと基準電圧Vref1の交点55の近傍を示す拡大図で、図12(a)が本実施例の場合、図12(b)が従来例の場合である。
Further, FIG. 12 is an enlarged view showing the vicinity of the
図12に示すように、ブラシレスモータ11の電気子巻線U、V、Wは誘導性負荷であるため、ブラシレスモータ11の誘起電圧VmはPWM電流より遅れて立ち上がり、PWM波形に対して波形がなまっている。
As shown in FIG. 12, since the armature windings U, V, W of the
然し、本実施例ではPWM波形のオン期間t2が長いので、PWM波形のオン期間中に、ブラシレスモータ11の誘起電圧Vmは第1の基準電圧Vref1を越えるレベルまで立ち上がることができる。
However, since the PWM waveform on-period t2 is long in this embodiment, the induced voltage Vm of the
一方、従来例ではPWM波形のオン期間t1が短いので、PWM波形のオン期間中に、ブラシレスモータ11の誘起電圧Vmは第1の基準電圧Vref1のレベルまで立ち上がることができない。
On the other hand, since the on period t1 of the PWM waveform is short in the conventional example, the induced voltage Vm of the
以上説明したように、本実施例では、ブラシレスモータ11の回転数に応じて、ブラシレスモータ11に流れるPWM電流のキャリア周波数fを変えている。
As described above, in this embodiment, the carrier frequency f of the PWM current flowing through the
その結果、ブラシレスモータ11の誘起電圧Vmが発生する時間が長くなり、誘起電圧Vmが増加するので、基準電圧Vrefとの交点を検知してブラシレスモータ11の位置を検出することができる。従って、低速回転で十分な回転制御を行うことができる。
As a result, the time during which the induced voltage Vm of the
ここでは、PWM電流のキャリア周波数fを第1のキャリア周波数f1と第2のキャリア周波数f2の2段に変える場合について説明したが、更に段数を増やしても構わない。段数を多くすればブラシレスモータ11の回転制御がよりきめ細かく行える利点がある。
Although the case where the carrier frequency f of the PWM current is changed to two stages of the first carrier frequency f1 and the second carrier frequency f2 has been described here, the number of stages may be further increased. If the number of stages is increased, there is an advantage that the rotation control of the
また、抵抗R1とキャパシタC1による充放電によりPWM電流のキャリア周波数fを制御する場合について説明したが、その他の制御方式であっても構わない。この場合に、キャリア周波数可変手段はその他の制御方式に合せる必要がある。 Further, although the case where the carrier frequency f of the PWM current is controlled by charging / discharging by the resistor R1 and the capacitor C1 has been described, other control methods may be used. In this case, the carrier frequency varying means must be adapted to other control methods.
本発明の実施例3について図13乃至図15を用いて説明する。図13は本実施例に係るブラシレスモータの制御装置の要部構成を示す回路図、図14はブラシレスモータの制御方法を示すフローチャート、図15はブラシレスモータの制御動作を示す図である。 A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 13 is a circuit diagram showing the main configuration of the brushless motor control apparatus according to the present embodiment, FIG. 14 is a flowchart showing a control method of the brushless motor, and FIG. 15 is a diagram showing the control operation of the brushless motor.
本実施例において、上記実施例1と同一の構成部分には同一符号を付してその説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。 In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted, and only different portions will be described.
本実施例が実施例1と異なる点は、回転数に応じて、基準電圧Vrefおよびキャリア周波数fのどちらも変えるようにしたことにある。 The difference between the present embodiment and the first embodiment is that both the reference voltage Vref and the carrier frequency f are changed according to the rotational speed.
即ち、図13に示すように、本実施例のブラシレスモータ制御装置60は、回転数検出手段61と、ブラシレスモータ11の回転数に応じて基準電圧Vrefを変える基準電圧可変手段14と、キャリア周波数fを変えるキャリア周波数可変手段51とを具備している。
That is, as shown in FIG. 13, the brushless
回転数検出手段61は、キャリア周波数可変手段51に対して、ブラシレスモータ11の回転数が所定の回転数N1より大きい場合に‘H“を出力し、所定の回転数N1より小さい場合に“L”を出力する。
また、回転数検出手段61は、基準電圧可変手段14に対して、ブラシレスモータ11の回転数が所定の回転数N2(N1>N2)より大きい場合に‘H“を出力し、所定の回転数N2より小さい場合に“L”を出力する。
The rotational speed detection means 61 outputs “H” to the carrier frequency variable means 51 when the rotational speed of the
Further, the rotation speed detection means 61 outputs “H” to the reference voltage variable means 14 when the rotation speed of the
次に、本実施例のブラシレスモータ11の制御方法について、フローチャートを用いて説明する。
図14に示すように、ブラシレスモータ11の回転数と所定の回転数N1とを比較し(ステップS02)、ブラシレスモータ11の回転数が所定の回転数N1より小さい場合(ステップS02のYes)に、キャリア周波数変手段51によりキャリア周波数fを第1のキャリア周波数f1より小さい第2のキャリア周波数f2に設定する(ステップS23)。
Next, the control method of the
As shown in FIG. 14, the rotational speed of the
一方、ブラシレスモータ11の回転数が所定の回転数N1より大きい場合(ステップS02のNo)に設定する、キャリア周波数可変手段51によりキャリア周波数fを第1のキャリア周波数f1とする(ステップS24)。
On the other hand, when the rotation speed of the
次に、ブラシレスモータ11の回転数と所定の回転数N2とを比較し(ステップS25)、ブラシレスモータ11の回転数が所定の回転数N2より小さい場合(ステップS25のYes)に、基準電圧可変手段14により基準電圧Vrefを第1の基準電圧Vref1より小さい第2の基準電圧Vref2に設定する(ステップS26)。
Next, the rotational speed of the
一方、ブラシレスモータ11の回転数が所定の回転数N2より大きい場合(ステップS25のNo)に、基準電圧可変手段14により基準電圧Vrefを第1の基準電圧Vref1に設定する(ステップS27)。
On the other hand, when the rotation speed of the
図15に示すように、第1のキャリア周波数f1における誘起電圧特性62はPWM波形のオン期間が短いために十分に立ち上がることができず、低い値を示している。
そのため、回転数がN1より低くなるとブラシレスモータ11の位置を検出し、回転制御を行うことができなくなる。
As shown in FIG. 15, the induced voltage characteristic 62 at the first carrier frequency f1 cannot rise sufficiently because the on-period of the PWM waveform is short, and shows a low value.
For this reason, when the rotational speed is lower than N1, the position of the
そこで、所定の回転数N1でキャリア周波数fを第2のキャリア周波数f2に変えることにより、第2のキャリア周波数f2における誘起電圧特性63が得られるので、回転数がN1〜N2の間でブラシレスモータ11の位置を検出し、回転制御を行うことができる。しかし、更に回転数がN2より低くなるとブラシレスモータ11の位置を検出し、回転制御を行うことができなくなる。
Therefore, by changing the carrier frequency f to the second carrier frequency f2 at the predetermined rotation speed N1, the induced voltage characteristic 63 at the second carrier frequency f2 can be obtained, so that the brushless motor has a rotation speed between N1 and N2. 11 positions can be detected and rotation control can be performed. However, if the rotational speed is further lower than N2, the position of the
そこで、所定の回転数N2で基準電圧Vrefを第1の基準電圧Vref1から第2の基準電圧Vref2より高い第3の基準電圧Vref3に変えることにより、回転数がN2〜Nminの間でブラシレスモータ11の位置を検出し、回転制御を行うことができる。ここで、Nminは回転制御が要求される最小の回転数である。
Therefore, by changing the reference voltage Vref from the first reference voltage Vref1 to the third reference voltage Vref3 higher than the second reference voltage Vref2 at a predetermined rotation speed N2, the
基準電圧Vrefはできるだけ電源電圧V0の1/2に近い方がブラシレスモータ11の検出位置の対象性が保たれるので、よりスムーズな回転制御を行うことが可能である。
Since the reference voltage Vref is as close to ½ of the power supply voltage V0 as possible, the objectivity of the detection position of the
以上説明したように、本実施例では、ブラシレスモータ11の回転数に応じて、基準電圧Vrefおよびキャリア周波数fの両方を変えている。その結果、低速回転でよりスムーズな回転制御が行える利点がある。
As described above, in this embodiment, both the reference voltage Vref and the carrier frequency f are changed according to the rotation speed of the
ここでは、基準電圧Vrefを第2の基準電圧Vref2より高い第3の基準電圧Vref3に設定する場合について説明したが、基準電圧Vrefを第2の基準電圧Vref2に設定して構わない。
これによれば、更に低い回転数までブラシレスモータ11の位置が検出でき、回転制御が行える利点がある。
Although the case where the reference voltage Vref is set to the third reference voltage Vref3 higher than the second reference voltage Vref2 has been described here, the reference voltage Vref may be set to the second reference voltage Vref2.
According to this, there is an advantage that the position of the
また、キャリア周波数fを変えた後、基準電圧Vrefを変える場合について説明したが、基準電圧Vrefを変えた後、キャリア周波数fを変えても構わない。 Moreover, although the case where the reference voltage Vref is changed after changing the carrier frequency f has been described, the carrier frequency f may be changed after changing the reference voltage Vref.
10、50、60 ブラシレスモータ制御装置
11 ブラシレスモータ
12 電流制御手段
13、61 回転数検出手段
14 基準電圧可変手段
15 インバータ回路
16 基準電圧発生回路
17 コンパレータ
18 位置検出回路
19 PWM制御部
20 インバータ制御部
21、52 インバータ
31〜38 誘起電圧と基準電圧の交点
40 半導体集積装置
41 半導体チップ
42a〜42g ボンディングパッド
45 スイッチ
51 キャリア周波数可変手段
62 第1のキャリア周波数における誘起電圧特性
63 第2のキャリア周波数における誘起電圧特性
R1〜R9 抵抗
C1 キャパシタ
V0 電源
Vm 誘起電圧
U、V、W 電気子巻線
Ua、Va、Wa、X、Y、Z トランジスタ
Vref 基準電圧
Vref1 第1の基準電圧
Vref2 第2の基準電圧
Vref3 第3の基準電圧
f キャリア周波数
f1 第1のキャリア周波数
f2 第2のキャリア周波数
M1、M2 MOSトランジスタ
N1、N2 回転数
10, 50, 60 Brushless
Claims (5)
前記ブラシレスモータの回転数に応じて、前記ブラシレスモータの位置を検出するための基準電圧を変えるステップと、
前記ブラシレスモータの誘起電圧と前記基準電圧とを比較して前記ブラシレスモータの位置を検出し、前記ブラシレスモータの回転を制御するステップと、
を具備することを特徴とするブラシレスモータの制御方法。 Detecting the number of rotations of the brushless motor;
Changing a reference voltage for detecting the position of the brushless motor according to the number of rotations of the brushless motor;
Detecting the position of the brushless motor by comparing the induced voltage of the brushless motor and the reference voltage, and controlling the rotation of the brushless motor;
A control method for a brushless motor, comprising:
前記ブラシレスモータの回転数が所定の回転数より大きい場合に前記基準電圧を第1の基準電圧に設定し、
前記ブラシレスモータの回転数が所定の回転数より小さい場合に前記第1の基準電圧より低い第2の基準電圧に設定することを特徴とする請求項1に記載のブラシレスモータの制御方法。 Changing the reference voltage comprises:
When the rotational speed of the brushless motor is greater than a predetermined rotational speed, the reference voltage is set to a first reference voltage;
2. The method of controlling a brushless motor according to claim 1, wherein when the rotational speed of the brushless motor is smaller than a predetermined rotational speed, the brushless motor is set to a second reference voltage lower than the first reference voltage.
前記ブラシレスモータの回転数に応じて、前記ブラシレスモータに流れるパルス幅変調された電流のキャリア周波数を変えるステップと、
前記ブラシレスモータの誘起電圧と前記ブラシレスモータの位置を検出するための基準電圧とを比較して前記ブラシレスモータの位置を検出し、前記ブラシレスモータの回転を制御するステップと、
を具備することを特徴とするブラシレスモータの制御方法。 Detecting the number of rotations of the brushless motor;
Changing the carrier frequency of the pulse-width modulated current flowing in the brushless motor according to the number of rotations of the brushless motor;
Detecting the position of the brushless motor by comparing the induced voltage of the brushless motor and a reference voltage for detecting the position of the brushless motor, and controlling the rotation of the brushless motor;
A control method for a brushless motor, comprising:
前記ブラシレスモータの回転数が所定の回転数より大きい場合に前記キャリア周波数を第1のキャリア周波数に設定し、
前記ブラシレスモータの回転数が所定の回転数より小さい場合に前記キャリア周波数を第1のキャリア周波数より低い第2のキャリア周波数に設定することを特徴とする請求項3に記載のブラシレスモータの制御方法。 Changing the carrier frequency comprises:
When the rotational speed of the brushless motor is greater than a predetermined rotational speed, the carrier frequency is set to a first carrier frequency;
4. The method of controlling a brushless motor according to claim 3, wherein the carrier frequency is set to a second carrier frequency lower than the first carrier frequency when the rotational speed of the brushless motor is smaller than a predetermined rotational speed. .
前記ブラシレスモータの回転数に応じて、前記ブラシレスモータの位置を検出するための基準電圧を変える基準電圧可変手段と、
前記ブラシレスモータの誘起電圧と前記基準電圧とを比較して前記ブラシレスモータの位置を検出し、前記ブラシレスモータの回転を制御する電流制御手段と、
を具備することを特徴とするブラシレスモータの制御装置。 A rotational speed detecting means for detecting the rotational speed of the brushless motor;
Reference voltage variable means for changing a reference voltage for detecting the position of the brushless motor according to the number of rotations of the brushless motor;
A current control means for detecting the position of the brushless motor by comparing the induced voltage of the brushless motor and the reference voltage, and controlling the rotation of the brushless motor;
A brushless motor control apparatus comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006053606A JP2007236090A (en) | 2006-02-28 | 2006-02-28 | Method and apparatus for controlling brushless motor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9450526B2 (en) | 2014-02-17 | 2016-09-20 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Image forming apparatus, method of controlling image forming apparatus, and storage medium |
JP7435388B2 (en) | 2020-09-30 | 2024-02-21 | 株式会社富士通ゼネラル | Rotation direction determination device |
-
2006
- 2006-02-28 JP JP2006053606A patent/JP2007236090A/en active Pending
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