JP2007244054A - Drive unit of sensor-less brushless motor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To perform PWM drive control and to optimize an excitation phase, in a sensor-less brushless motor. <P>SOLUTION: The sensor-less brushless motor 1 is PWM-controlled, rotor position signals are taken out by comparators OP1 to OP3 according to an increase/decrease in an induction voltage of the motor, and the motor is commutation-controlled at excitation phase timing based on the rotor position signals. A delay phase that is magnified at a high-rotation speed side, in particular, by a first filter 7 for removing PWM noise is obtained from a map according to a rotation speed based on the rotor position signals, and the excitation phase is corrected. Furthermore, a delay of a certain time on a circuit is also corrected by the map as a delay phase that corresponds to the rotation speed. While a delay of a phase is generated in the variation of a voltage of a motor terminal due to the difference of the rotation speeds by a primary CR filter, the excitation phase (timing of excitation) in PWM drive can be optimized since the delay phase is corrected. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、ブラシレスモータの位置検出にセンサを用いないセンサレスブラシレスモータの駆動装置に関するものである。   The present invention relates to a sensorless brushless motor driving apparatus that does not use a sensor for position detection of a brushless motor.

従来、3相ブラシレスモータのセンサレス制御をアナログ方式で行う場合にはCRによる積分回路を用いて誘起電圧信号を90度位相シフトすることで励磁タイミングを生成するなどしていた。なお、PWM駆動を行う場合にはPWMのパルス波の周波数がノイズとなるが、その場合でも上記積分回路によりそのPWMノイズを除去できていたので、ロータ位置検出には影響がなかった。   Conventionally, when sensorless control of a three-phase brushless motor is performed in an analog manner, excitation timing is generated by phase-shifting the induced voltage signal by 90 degrees using an integration circuit using CR. When PWM driving is performed, the frequency of the PWM pulse wave becomes noise, but even in that case, the PWM noise can be removed by the integration circuit, so that the rotor position detection is not affected.

また、CR積分回路を用いることなく、誘起電圧信号と、誘起電圧信号からセンシングしたモータの(疑似)中性点電位とをコンパレータで比較した結果(モータ端子電圧及びモータ中性点電位と相対的な関係)のエッジを検出し、電気角30度後に励磁を切り替えることにより、回転速度に依存することなく常に適切な励磁位相を得ることができるようにしたものがある(例えば特許文献1参照)。
特開2004−304905号公報
In addition, without using the CR integration circuit, the comparison result of the induced voltage signal and the (pseudo) neutral point potential of the motor sensed from the induced voltage signal by the comparator (relative to the motor terminal voltage and the motor neutral point potential) In other words, an appropriate excitation phase can be obtained at any time without depending on the rotation speed by detecting the edge of the relationship and switching the excitation after an electrical angle of 30 degrees (see, for example, Patent Document 1). .
JP 2004-304905 A

しかしながら、CR積分回路を用いたものにあっては、上記したようにPWM駆動制御は可能だが、CR積分回路の周波数特性により励磁位相を適切にすることができないという問題があった。一方、上記特許文献のものにあっては、励磁位相は適切にすることができるが、CR積分回路を用いずに回路を構成していることからCR積分回路によるPWMノイズの除去が行われないため、PWM駆動制御を行うことには不向きであるという問題があった。   However, in the case of using the CR integration circuit, PWM drive control is possible as described above, but there is a problem that the excitation phase cannot be made appropriate due to the frequency characteristics of the CR integration circuit. On the other hand, in the above-mentioned patent document, the excitation phase can be made appropriate, but since the circuit is configured without using the CR integration circuit, PWM noise is not removed by the CR integration circuit. Therefore, there is a problem that it is not suitable for performing PWM drive control.

このような課題を解決して、センサレスブラシレスモータにおいてPWM駆動制御が可能でありかつ励磁位相を適切化し得ることを実現するために本発明に於いては、ブラシレスモータの各相の端子電圧を検出する端子電圧検出手段と、前記端子電圧検出手段に入力される前記端子電圧の変化からロータ位置を求めるロータ位置検出手段と、前記ブラシレスモータを駆動する転流パターンを前記ロータ位置に応じて切り替える転流制御を行う転流制御手段と、前記ブラシレスモータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、検出された前記回転速度に応じて前記転流パターンを遅角させる遅角角度を算出する遅角角度算出手段と、算出された前記遅角角度による前記転流パターンで前記ブラシレスモータを駆動制御する駆動制御手段とを有するセンサレスブラシレスモータの駆動装置であって、前記端子電圧検出手段が、前記端子電圧の検出信号に含まれるノイズを除去するフィルタを有し、前記遅角角度算出手段が、前記フィルタの前記回転速度で変化する遅れ位相を補正するフィルタ遅れ位相補正手段を有するものとした。   In order to solve such problems and realize that the PWM drive control is possible in the sensorless brushless motor and the excitation phase can be optimized, the present invention detects the terminal voltage of each phase of the brushless motor. A terminal voltage detecting means for detecting the rotor position from a change in the terminal voltage input to the terminal voltage detecting means, and a commutation pattern for switching the commutation pattern for driving the brushless motor according to the rotor position. A commutation control means for performing flow control; a rotational speed detection means for detecting a rotational speed of the brushless motor; and a retard angle for calculating a retard angle for retarding the commutation pattern according to the detected rotational speed. An angle calculation means, and a drive control means for driving and controlling the brushless motor with the commutation pattern based on the calculated retard angle. A sensorless brushless motor driving device, wherein the terminal voltage detecting means has a filter for removing noise contained in the terminal voltage detection signal, and the retard angle calculating means is the rotational speed of the filter. It has filter delay phase correction means for correcting the delay phase that changes in (1).

特に、前記駆動制御手段が前記ブラシレスモータをPWM制御し、前記フィルタが前記端子電圧の検出信号に含まれるPWMノイズを除去する1次CRフィルタであると良い。また、前記遅角角度算出手段が、前記フィルタ以外の回路による遅れ位相を補正する回路遅れ位相補正手段をさらに有すると良い。   In particular, the drive control means may perform PWM control of the brushless motor, and the filter may be a primary CR filter that removes PWM noise included in the terminal voltage detection signal. Further, it is preferable that the retard angle calculation means further includes a circuit delay phase correction means for correcting a delay phase by a circuit other than the filter.

このように本発明によれば、センサレスブラシレスモータの駆動制御においてロータ位置信号を求めるためのモータ端子電圧に乗るノイズをフィルタにより除去する場合に、そのフィルタによりモータ端子電圧変化に回転速度の違いにより位相遅れが生じるが、その遅れ位相を補正することから、駆動制御における励磁位相(励磁のタイミング)を適切化し得る。回転速度の違いにより変化する遅れ位相を補正する手段としては、遅れ位相を所定の電気角だけ回転するのに要する時間の関数として時定数を含む形で表すことができる。例えばその式を予めマップ化しておくことにより、CPUによる演算時間を短縮化でき、速やかな処理を行うことができるため、特に高回転速度側で大となる遅れ位相の影響にも何等問題なく対応できる。   As described above, according to the present invention, when the noise on the motor terminal voltage for obtaining the rotor position signal is removed by the filter in the drive control of the sensorless brushless motor, the filter changes the motor terminal voltage due to the difference in the rotation speed. Although a phase delay occurs, the excitation phase (excitation timing) in the drive control can be optimized because the delay phase is corrected. As a means for correcting a delay phase that changes due to a difference in rotational speed, the delay phase can be expressed in a form including a time constant as a function of the time required to rotate the delay phase by a predetermined electrical angle. For example, by mapping the formula in advance, the calculation time by the CPU can be shortened and quick processing can be performed, so it is possible to cope with the influence of the delay phase that becomes large especially on the high rotation speed side. it can.

特に、ブラシレスモータをPWM制御する場合に端子電圧の検出信号にPWMノイズが含まれるが、1次CRフィルタを用いることによりそのPWMノイズを簡単に除去することができ、低コストで回路を構成し得る。また、1次フィルタ以外の回路による遅れ位相を補正することにより、より一層高精度に励磁位相(励磁のタイミング)を適切化し得る。   In particular, when PWM control is performed on a brushless motor, PWM signal is included in the terminal voltage detection signal. By using a primary CR filter, the PWM noise can be easily removed, and a circuit can be constructed at low cost. obtain. Further, by correcting the lagging phase caused by circuits other than the primary filter, the excitation phase (excitation timing) can be optimized with higher accuracy.

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図1は本発明が適用されたブラシレスモータの駆動制御装置を示す概略ブロック図である。図1では3相のセンサレス型ブラシレスモータ1に対する駆動制御について示す。なお、本発明にあっては、3相に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. FIG. 1 is a schematic block diagram showing a drive control apparatus for a brushless motor to which the present invention is applied. FIG. 1 shows drive control for a three-phase sensorless brushless motor 1. Note that the present invention is not limited to three phases.

図の駆動制御回路2には、転流パターンに基づいてブラシレスモータ1の各相に駆動信号を出力するために、転流パターンを作成するべくマイクロコンピュータからなるマイコン2aと、マイコン2aからの転流パターンによる出力信号に応じて各相の駆動信号を出力するプリドライバ2bと、プリドライバ2bからの駆動信号を変換して出力するインバータ2cとが設けられている。また、センサレス型ブラシレスモータにおけるロータ位置信号を検出するための誘起電圧I/F回路2dが設けられている。なお、誘起電圧I/F回路2dからのロータ位置信号はマイコン2aに入力される。   The drive control circuit 2 shown in the figure includes a microcomputer 2a composed of a microcomputer for generating a commutation pattern and a commutation from the microcomputer 2a in order to output a drive signal to each phase of the brushless motor 1 based on the commutation pattern. A pre-driver 2b that outputs a drive signal for each phase according to an output signal based on the flow pattern, and an inverter 2c that converts and outputs the drive signal from the pre-driver 2b are provided. Further, an induced voltage I / F circuit 2d for detecting a rotor position signal in the sensorless brushless motor is provided. The rotor position signal from the induced voltage I / F circuit 2d is input to the microcomputer 2a.

駆動制御回路2には駆動スイッチ4が接続されており、駆動スイッチ4のオン信号がマイコン2aに入力されるようになっている。また、インバータ2cからの駆動信号は駆動制御回路2から延出された各接続線3u・3v・3wを介してモータ1の各相のモータ端子に出力される。そして、各接続線3u・3v・3wから分岐された端子電圧検出手段を構成する各分岐線5u・5v・5wが誘起電圧I/F回路2dに接続されている。   A drive switch 4 is connected to the drive control circuit 2, and an ON signal of the drive switch 4 is input to the microcomputer 2a. Further, the drive signal from the inverter 2 c is output to the motor terminal of each phase of the motor 1 through the connection lines 3 u, 3 v, 3 w extended from the drive control circuit 2. And each branch line 5u * 5v * 5w which comprises the terminal voltage detection means branched from each connection line 3u * 3v * 3w is connected to the induced voltage I / F circuit 2d.

駆動スイッチ4のオンにより、高レベル(H)信号がマイコン2aに入力され、その高レベル信号を受けてマイコン2aではブラシレスモータ1の駆動制御を実行する。   When the drive switch 4 is turned on, a high level (H) signal is input to the microcomputer 2a. Upon receiving the high level signal, the microcomputer 2a performs drive control of the brushless motor 1.

次に、上記した誘起電圧I/F回路2dについて図2を参照して示す。図に示されるように、各分岐線5u・5v・5wが、それぞれに対応する各コンパレータOP1・OP2・OP3の各反転入力端子に接続されていると共に、それぞれ所定の抵抗R1を介して非反転入力端子に接続されている。各コンパレータOP1・OP2・OP3の出力がマイコン2aに入力される。   Next, the above-described induced voltage I / F circuit 2d will be described with reference to FIG. As shown in the figure, the branch lines 5u, 5v, and 5w are connected to the inverting input terminals of the corresponding comparators OP1, OP2, and OP3, respectively, and are non-inverted via predetermined resistors R1, respectively. Connected to the input terminal. The outputs of the comparators OP1, OP2, and OP3 are input to the microcomputer 2a.

本駆動制御回路2による駆動制御はPWM制御を行うものであり、端子電圧の検出信号に含まれるPWM制御における搬送波によるノイズ(PWMノイズ)を除去するために、誘起電圧I/F回路2dの入力側となる各分岐線5u・5v・5wと各コンパレータOP1・OP2・OP3との間には、端子電圧の検出信号に含まれるノイズを除去するフィルタとして、コンデンサC2と抵抗R2とによる1次CRフィルタを構成する第1のフィルタ7がそれぞれ設けられている。また、誘起電圧I/F回路2dの出力側となる各コンパレータOP1・OP2・OP3とマイコン2aとの間には、コンデンサC3と抵抗R3とによる1次CRフィルタを構成する第2のフィルタ8がそれぞれ設けられている。この第2のフィルタ8は、低回転速度時のコンパレータOP1・OP2・OP3の出力信号の切り替わりエッジでのチャタリング抑制するためのものである。なお、上記第1のフィルタ7にあっては、図示例ではコンデンサと抵抗とによる1次CRフィルタとしたが、そのような1次CRフィルタに限られるものではなく、高周波ノイズを除去するローパスフィルタを構成するものであれば良い。また、図示例ではPWM制御することからPWMノイズを簡単に除去するのに適する1次CRフィルタとしたが、他のノイズ除去の場合には当然それに応じた適切なフィルタを用いると良い。   The drive control by the drive control circuit 2 performs PWM control, and in order to remove noise (PWM noise) due to a carrier wave in PWM control included in the terminal voltage detection signal, input of the induced voltage I / F circuit 2d is performed. Between the branch lines 5u, 5v, and 5w on the side and the comparators OP1, OP2, and OP3, as a filter for removing noise included in the detection signal of the terminal voltage, a primary CR by a capacitor C2 and a resistor R2 is used. A first filter 7 constituting the filter is provided. Further, a second filter 8 constituting a primary CR filter by a capacitor C3 and a resistor R3 is provided between the comparators OP1, OP2, and OP3 on the output side of the induced voltage I / F circuit 2d and the microcomputer 2a. Each is provided. The second filter 8 is for suppressing chattering at the switching edge of the output signals of the comparators OP1, OP2, and OP3 at a low rotational speed. In the illustrated example, the first filter 7 is a primary CR filter including a capacitor and a resistor. However, the first filter 7 is not limited to such a primary CR filter, and is a low-pass filter that removes high-frequency noise. As long as it constitutes. In the illustrated example, since the PWM control is performed, the primary CR filter suitable for easily removing the PWM noise is used. However, in the case of removing other noises, an appropriate filter corresponding to that may be used.

この誘起電圧I/F回路2dによりロータ位置検出手段が構成され、そのロータ位置の検出及び転流制御における励磁タイミングの生成要領について図3を参照して示す。図3には各相の波形が示されており、図の上段はステータコイルの端子電圧(分岐線5u・5v・5wでの電圧波形)の波形である。なお、各相の波形は電気角120度ずつずれているだけで同じなので、以下特に断らない限りU相について示すものとする。図に示されるθ1は電気角120度であり、その間だけ通電する。その前後のθ2・θ3は電気角60度の区間を示す。   The induced voltage I / F circuit 2d constitutes the rotor position detecting means, and the procedure for generating the excitation timing in the detection of the rotor position and the commutation control will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows the waveforms of each phase, and the upper part of the figure shows the waveform of the terminal voltage of the stator coil (voltage waveform at branch lines 5u, 5v, and 5w). Since the waveform of each phase is the same only by shifting by an electrical angle of 120 degrees, the U phase will be shown below unless otherwise specified. Θ1 shown in the figure is an electrical angle of 120 degrees, and electricity is supplied only during that time. Θ2 and θ3 before and after that indicate a section having an electrical angle of 60 degrees.

ロータの回転中にはステータに配置されたコイルに誘起電圧が発生する。その誘起電圧は励磁無しであって上記電気角60度の区間θ2・θ3に発生し、例えば図の電圧波形の傾斜で示されるように漸増または漸減する波形となる。その電圧変化に対してしきい値Vdを設定することによりロータ位置信号を容易に取り出すことができる。   During the rotation of the rotor, an induced voltage is generated in the coil arranged in the stator. The induced voltage is not excited and is generated in the sections θ2 and θ3 having the electrical angle of 60 degrees, and has a waveform that gradually increases or decreases as shown by the slope of the voltage waveform in the figure, for example. By setting the threshold value Vd for the voltage change, the rotor position signal can be easily extracted.

また、ステータコイルの中性点電位波形と同等の等価中性点電位Vdを図2の抵抗R1の設定により生成し、上記誘起電圧と等価中性点電位VdとをコンパレータOP1で比較して、コンパレータOP1から出力されるパルス信号のエッジタイミングをロータ位置信号として使用することができる(図3の中上・中下段)。そのようにして得られたロータ位置信号の発生間隔からマイコン2aにより回転速度を求める。   Further, an equivalent neutral point potential Vd equivalent to the neutral point potential waveform of the stator coil is generated by setting the resistor R1 in FIG. 2, and the induced voltage is compared with the equivalent neutral point potential Vd by the comparator OP1, The edge timing of the pulse signal output from the comparator OP1 can be used as the rotor position signal (middle upper / middle lower stage in FIG. 3). The rotational speed is obtained by the microcomputer 2a from the generation interval of the rotor position signal thus obtained.

また、マイコン2aでは、各コンパレータOP1・OP2・OP3の出力波形の誘起電圧エッジの隣り合うもの同士の間隔を例えば内蔵カウンタによりデジタル的に計測し、そのカウント値を電気角60度に換算し、その値に基づいて電気角30度のカウント値を算出する。図示例ではロータ位置信号のU相のエッジ検出の次に検出されるW相のエッジ検出タイミングTwから電気角30度だけ遅らせたタイミングEwで励磁を切り替えるようにしている。このタイミングEwは、例えばホールセンサ付きのブラシレスモータにおけるホールセンサ信号が切り替わるタイミングと同等であり、センサレス型ブラシレスモータにおいても同等の励磁切替タイミングをもって駆動制御することができる。   Further, in the microcomputer 2a, the interval between adjacent ones of the induced voltage edges of the output waveforms of the comparators OP1, OP2, and OP3 is digitally measured by, for example, a built-in counter, and the count value is converted into an electrical angle of 60 degrees. Based on this value, a count value of 30 electrical angles is calculated. In the illustrated example, excitation is switched at a timing Ew delayed by an electrical angle of 30 degrees from the W-phase edge detection timing Tw detected next to the U-phase edge detection of the rotor position signal. This timing Ew is, for example, equivalent to the timing at which the Hall sensor signal is switched in a brushless motor with a Hall sensor, and can be driven and controlled with the same excitation switching timing in a sensorless brushless motor.

上記制御はマイコン2a内でのソフトウェアによる処理であって良く、その処理要領を図1にブロック図化して示している。すなわち、誘起電圧I/F回路2dから出力されるロータ位置信号に基づいて、励磁位相設定部11で励磁位相タイミングを設定すると共に回転速度算出部12でモータ回転速度を求め、転流制御部13では励磁位相タイミングの信号に応じてPWM制御の転流パターン制御信号をプリドライバ2bに出力する。   The above control may be software processing in the microcomputer 2a, and the processing procedure is shown in a block diagram in FIG. That is, based on the rotor position signal output from the induced voltage I / F circuit 2d, the excitation phase timing is set by the excitation phase setting unit 11, the motor rotation speed is obtained by the rotation speed calculation unit 12, and the commutation control unit 13 is obtained. Then, a commutation pattern control signal for PWM control is output to the pre-driver 2b in accordance with the excitation phase timing signal.

また、回転速度信号に応じてマップ部14から遅れ位相を読み出し、その遅れ位相に応じて遅れ位相補正部15により遅れ位相分を補正する補正信号を励磁位相部11に出力する。励磁位相部11では補正信号に応じて励磁位相のタイミングを補正して上記励磁位相タイミング信号を出力する。その遅れ位相の補正要領について次に示す。   Further, a delay phase is read from the map unit 14 in accordance with the rotation speed signal, and a correction signal for correcting the delay phase is output to the excitation phase unit 11 by the delay phase correction unit 15 in accordance with the delay phase. The excitation phase unit 11 corrects the excitation phase timing according to the correction signal and outputs the excitation phase timing signal. The procedure for correcting the delay phase is as follows.

上記した第1のフィルタ7にあっては、PWM駆動制御を行う場合のPWMノイズ除去として有効であり、例えばブラシレスモータ1の回転速度の制御範囲が図4のAで示されるような場合に、その制御範囲Aより高い周波数側に第1のフィルタ7のカットオフ周波数fcを設定する。なお、図は、横軸の周波数を対数表示し、縦軸を位相とした片対数グラフである。PWM搬送波の周波数との関係から図に示されるようなカットオフ周波数fcを設定した場合には図4に示されるように制御範囲Aの高周波数側で遅れ位相が見られる。   The first filter 7 described above is effective as PWM noise removal when performing PWM drive control. For example, when the control range of the rotational speed of the brushless motor 1 is shown by A in FIG. The cut-off frequency fc of the first filter 7 is set on the frequency side higher than the control range A. The figure is a semilogarithmic graph in which the frequency on the horizontal axis is logarithmically expressed and the vertical axis is the phase. When a cutoff frequency fc as shown in the figure is set from the relationship with the frequency of the PWM carrier wave, a lag phase is seen on the high frequency side of the control range A as shown in FIG.

本図示例では、マイコン2a内でのソフトウェアによる処理で上記遅れ位相を補正するものであり、その制御要領について以下に示す。   In this illustrated example, the delay phase is corrected by software processing in the microcomputer 2a, and the control procedure is shown below.

第1のフィルタ7の伝達関数G(s)は、τ(=C×R)を用いて次式で表せる。
G(s)=1/(τs+1) …(1)
式(1)より、遅れ位相θ1[rad]は、
θ1=−arctan(ωτ) …(2)
となる。
The transfer function G (s) of the first filter 7 can be expressed by the following equation using τ (= C × R).
G (s) = 1 / (τs + 1) (1)
From equation (1), the delayed phase θ1 [rad] is
θ1 = −arctan (ωτ) (2)
It becomes.

ここで、第1のフィルタ7による遅れ時間はモータ端子電圧の基本周波数f(回転速度に相当)の関数となり、ω=2πfにより、
遅れ位相θ1は基本周波数fの関数となり、
θ1=−arctan(2πτ×f) …(3)
となり、単位を[度]とし、位相遅れ量を正にとると、
θ1=arctan(2πτ/f)×360/2π …(4)
となる。さらに、電気角60度回転するのに要する時間Taの関数として次式で表すことができる。
θ1=arctan(2πτ/6×Ta)×360/2π …(5)
上記式(5)により、第1のフィルタ7による遅れ位相θ1を算出することができる。これが、図4で表されるボード線図による位相特性の式となる。したがって、具体的にはCPUで常時演算するとCPUに負担がかかることから、図4をマップ化しておき、時間Taから遅れ位相θ1を求めると良い。
Here, the delay time due to the first filter 7 is a function of the fundamental frequency f (corresponding to the rotation speed) of the motor terminal voltage, and ω = 2πf,
The delay phase θ1 is a function of the fundamental frequency f,
θ1 = −arctan (2πτ × f) (3)
When the unit is [degree] and the phase lag is positive,
θ1 = arctan (2πτ / f) × 360 / 2π (4)
It becomes. Furthermore, it can be expressed by the following equation as a function of the time Ta required to rotate the electrical angle of 60 degrees.
θ1 = arctan (2πτ / 6 × Ta) × 360 / 2π (5)
The delay phase θ1 by the first filter 7 can be calculated by the above equation (5). This is the phase characteristic equation according to the Bode diagram shown in FIG. Therefore, specifically, since the CPU is burdened when the CPU constantly calculates, it is preferable to map FIG. 4 and obtain the delay phase θ1 from the time Ta.

さらに、本発明にあっては、上記第1のフィルタ7以外となるその他の回路及びソフトウェア処理における遅れ位相θ2についても補正する。この遅れ位相θ2に含まれる主な要因としては、コンパレータOP1〜3、第2のフィルタ8、マイコン(CPU)2aがある。それらの合計となる遅れ合計時間T2にあっては、回転速度にかかわらず一定値であるが、位相として考えると上記電気角60度回転するのに要する時間Taの関数となり、その値は一定値である。遅れ合計時間T2の上記時間Taに対する割合から、遅れ位相θ2[度]は、
θ2=(T2/Ta)×60 …(6)
となる。
Furthermore, in the present invention, other circuits other than the first filter 7 and the delay phase θ2 in software processing are also corrected. The main factors included in the delay phase θ2 include the comparators OP1 to OP3, the second filter 8, and the microcomputer (CPU) 2a. The total delay time T2, which is the sum of them, is a constant value regardless of the rotational speed, but when considered as a phase, it is a function of the time Ta required to rotate the electrical angle of 60 degrees, and the value is a constant value. It is. From the ratio of the total delay time T2 to the time Ta, the delay phase θ2 [degree] is
θ2 = (T2 / Ta) × 60 (6)
It becomes.

この式(6)から、回転速度が上昇すると時間Taが短くなるのに対して、遅れ合計時間T2は一定であるため、T2/Taの値が大きくなり、回転速度が高い場合の遅れ位相θ2が大きくなることが分かる。なお、式(6)にあってもマップ化しておくと良い。   From this equation (6), when the rotational speed is increased, the time Ta is shortened, whereas the total delay time T2 is constant. Therefore, the value of T2 / Ta is increased, and the delay phase θ2 when the rotational speed is high. It turns out that becomes large. Even in the equation (6), it is preferable to map it.

したがって、ロータ位置検出信号の遅れ位相θを求める式として好ましくは、上記式(5)及び(6)を合算して、
θ=arctan(2πτ/6×Ta)×360/2π+(T2/Ta)×60 …(7)
となる。この式(7)の実行にあっては、上記したように式(5)のマップと式(6)のマップとから求めた各値の加算で良く、簡単にロータ位置検出信号の遅れ位相θを求めることができる。具体的な制御にあっては、図3の励磁を切り替えるタイミングEwに遅れ位相θを考慮する(30−θ)。
Therefore, preferably, the above formulas (5) and (6) are added as a formula for obtaining the delay phase θ of the rotor position detection signal,
θ = arctan (2πτ / 6 × Ta) × 360 / 2π + (T2 / Ta) × 60 (7)
It becomes. In executing this equation (7), it is sufficient to add the values obtained from the map of equation (5) and the map of equation (6) as described above, and the lag phase θ of the rotor position detection signal can be easily obtained. Can be requested. In the specific control, the delay phase θ is considered at the timing Ew for switching the excitation in FIG. 3 (30−θ).

このように各遅れ位相θ1・θ2をマップ(テーブル化)を用いて処理することから、式(7)を高速に処理することができ、高回転速度域においてもマイコン2aの転流制御などにおいて計算時間の影響を受けることがないため、CPUに高速すなわち高価なものを用いる必要が無く、装置の高騰化を防止し得る。   Since each of the delayed phases θ1 and θ2 is processed using a map (table) in this way, Equation (7) can be processed at high speed, and in the commutation control of the microcomputer 2a even in a high rotational speed range. Since it is not affected by the calculation time, it is not necessary to use a high-speed CPU, that is, an expensive CPU, and the apparatus can be prevented from rising.

また、上記式(7)を用いて励磁位相(30−θ)を求めた結果と、ホールセンサを設けたブラシレスモータの実測値によるセンサ信号のエッジタイミング(立ち上がりエッジ)とがほぼ一致することが確認された。その結果、ステータコイルの端子電圧波形にあっても、ホールセンサを用いて駆動した場合と同等の台形波となり、センサレスブラシレスモータのPWM制御をセンサ付きブラシレスモータと同等の駆動ができることが確認された。   In addition, the result of obtaining the excitation phase (30−θ) using the above equation (7) and the edge timing (rising edge) of the sensor signal based on the actual measurement value of the brushless motor provided with the Hall sensor may substantially coincide. confirmed. As a result, even with the terminal voltage waveform of the stator coil, it became a trapezoidal wave equivalent to the case of driving using a hall sensor, and it was confirmed that PWM control of a sensorless brushless motor can be driven equivalent to a brushless motor with a sensor. .

なお、上記補正をする制御方法をコアレスブラシレスモータに適用することが考えられる。その場合には、コアレスモータにあっては低イナーシャにより機械的時定数が小さく、また低インダクタンスにより電気的時定数が小さいため、加速が良く、上記補正を用いたロータ位置検出及び励磁タイミング生成制御を適用することで、応答性の良い(高速)起動特性を得ることができる、という効果も生じる。   It is conceivable to apply the control method for correcting the above to a coreless brushless motor. In that case, the coreless motor has a small mechanical time constant due to low inertia and a small electrical time constant due to low inductance, so acceleration is good, and rotor position detection and excitation timing generation control using the above correction. By applying the above, there is also an effect that it is possible to obtain a responsive (high-speed) starting characteristic.

本発明にかかるセンサレスブラシレスモータの駆動装置は、センサレスブラシレスモータのPWM制御及び励磁タイミングの遅れを防止して正確な駆動制御を行うことができ、センサレスブラシレスモータを用いた種々のモータ装置の技術分野として有用である。   The sensorless brushless motor drive apparatus according to the present invention can perform accurate drive control by preventing delay of PWM control and excitation timing of the sensorless brushless motor, and technical fields of various motor apparatuses using the sensorless brushless motor. Useful as.

本発明が適用されたブラシレスモータの駆動制御装置を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the drive control apparatus of the brushless motor to which this invention was applied. 誘起電圧I/F回路を示す図である。It is a figure which shows an induced voltage I / F circuit. 各相の励磁タイミングを示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the excitation timing of each phase. 周波数に対するモータ端子電圧波形の遅れ位相を示す図である。It is a figure which shows the delay phase of the motor terminal voltage waveform with respect to a frequency.

符号の説明Explanation of symbols

1 ブラシレスモータ
2 駆動制御回路、2a マイコン、2b プリドライバ、2c インバータ
3u・3v・3w 接続線
4 駆動スイッチ
5u・5v・5w 分岐線
7 第1のフィルタ
8 第2のフィルタ
11 励磁位相設定部
12 回転速度算出部
13 転流制御部
14 マップ部
15 位相補正部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Brushless motor 2 Drive control circuit, 2a Microcomputer, 2b Pre-driver, 2c Inverter 3u * 3v * 3w Connection line 4 Drive switch 5u * 5v * 5w Branch line 7 1st filter 8 2nd filter 11 Excitation phase setting part 12 Rotational speed calculation unit 13 Commutation control unit 14 Map unit 15 Phase correction unit

Claims (3)

ブラシレスモータの各相の端子電圧を検出する端子電圧検出手段と、前記端子電圧検出手段に入力される前記端子電圧の変化からロータ位置を求めるロータ位置検出手段と、前記ブラシレスモータを駆動する転流パターンを前記ロータ位置に応じて切り替える転流制御を行う転流制御手段と、前記ブラシレスモータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、検出された前記回転速度に応じて前記転流パターンを遅角させる遅角角度を算出する遅角角度算出手段と、算出された前記遅角角度による前記転流パターンで前記ブラシレスモータを駆動制御する駆動制御手段とを有するセンサレスブラシレスモータの駆動装置であって、
前記端子電圧検出手段が、前記端子電圧の検出信号に含まれるノイズを除去するフィルタを有し、
前記遅角角度算出手段が、前記フィルタの前記回転速度で変化する遅れ位相を補正するフィルタ遅れ位相補正手段を有することを特徴とするセンサレスブラシレスモータの駆動装置。
A terminal voltage detecting means for detecting a terminal voltage of each phase of the brushless motor; a rotor position detecting means for obtaining a rotor position from a change in the terminal voltage input to the terminal voltage detecting means; and a commutation for driving the brushless motor. Commutation control means for performing commutation control for switching the pattern according to the rotor position, rotational speed detection means for detecting the rotational speed of the brushless motor, and delaying the commutation pattern according to the detected rotational speed. A sensorless brushless motor drive device comprising: a retard angle calculation means for calculating a retard angle to be angled; and a drive control means for driving and controlling the brushless motor with the commutation pattern based on the calculated retard angle. ,
The terminal voltage detection means has a filter for removing noise included in the detection signal of the terminal voltage;
The sensorless brushless motor driving apparatus, wherein the retard angle calculating means includes a filter delay phase correcting means for correcting a delay phase changing at the rotation speed of the filter.
前記駆動制御手段が前記ブラシレスモータをPWM制御し、
前記フィルタが前記端子電圧の検出信号に含まれるPWMノイズを除去する1次CRフィルタであることを特徴とする請求項1に記載のセンサレスブラシレスモータの駆動装置。
The drive control means performs PWM control on the brushless motor,
The sensorless brushless motor driving apparatus according to claim 1, wherein the filter is a primary CR filter that removes PWM noise included in a detection signal of the terminal voltage.
前記遅角角度算出手段が、前記フィルタ以外の回路による遅れ位相を補正する回路遅れ位相補正手段をさらに有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のセンサレスブラシレスモータの駆動装置。   The sensorless brushless motor driving apparatus according to claim 1, wherein the retard angle calculation unit further includes a circuit delay phase correction unit that corrects a delay phase by a circuit other than the filter.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113965113A (en) * 2021-11-22 2022-01-21 江苏科技大学 Commutation compensation method for phase lag of brushless direct current motor

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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