JP2010035318A - Drive system of brushless motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は無刷子電動機の駆動装置に係り、特に電機子巻線に発生する逆起電力を利用して回転子の位置検出信号を得る無刷子電動機の駆動装置に関するものである。 The present invention relates to a drive device for a brushless motor, and more particularly to a drive device for a brushless motor that obtains a rotor position detection signal using a counter electromotive force generated in an armature winding.
回転子に永久磁石を有する無刷子電動機は誘導電動機と比較して効率が高く優位にあるが、運転を維持するために磁極位置を検出する必要がある。磁極位置検出手段として、一般に界磁磁束を検出するホールセンサが広く使用されている。しかしながら、空調等に使用する密閉型圧縮機に無刷子電動機を使用した場合、高温高圧の冷媒に曝される、センサからの引き出し線が必要となる、等の理由によりホールセンサを磁極位置検出手段として用いることは困難である。 A brushless motor having a permanent magnet in the rotor is superior in efficiency and superior to an induction motor, but it is necessary to detect the magnetic pole position in order to maintain operation. As a magnetic pole position detecting means, a hall sensor for detecting a field magnetic flux is generally widely used. However, when a brushless motor is used for a hermetic compressor used for air conditioning or the like, the hall sensor is exposed to high-temperature and high-pressure refrigerant, a lead wire from the sensor is required, etc. It is difficult to use as.
無刷子電動機は電機子巻線に発生する逆起電力を利用して回転子の位置検出信号を得る方法が用いられている。3相ブリッジインバータの端子電圧から一次遅れフィルタを介して得られる90°遅延信号を3相ブリッジインバータの出力を切り替えるタイミング信号とするものである。この方法は構成が簡単で制御回路の速度も比較的低速で制御可能であり、3相ブリッジインバータの出力を切り替えた時に発生する還流電流によるスパイク電圧を除去しなくても位置検出が可能である。 A method of obtaining a rotor position detection signal using a counter electromotive force generated in an armature winding is used for a non-printing motor. A 90 ° delay signal obtained from the terminal voltage of the three-phase bridge inverter via a first-order lag filter is used as a timing signal for switching the output of the three-phase bridge inverter. This method has a simple configuration and can control the control circuit at a relatively low speed, and can detect the position without removing the spike voltage caused by the return current generated when the output of the three-phase bridge inverter is switched. .
3相ブリッジインバータの端子電圧と3相ブリッジインバータの入力電圧の2分の1の電圧とを比較する比較器の出力と、位置検出期待値との一致器を設けて、一致信号を30°遅延して3相ブリッジインバータの出力を切り替えるタイミング信号とする方法がある。この方法は、端子電圧の30°遅延信号が3相ブリッジインバータの出力を切り替えるタイミング信号となるので、高速な制御が可能となる特徴がある。しかしながら、3相ブリッジインバータの出力を切り替えた時に発生する還流電流によるスパイク電圧が位置検出期待値と同一であるため、スパイク電圧を除去する必要がある。 A matcher between the output of the comparator that compares the terminal voltage of the three-phase bridge inverter and half the input voltage of the three-phase bridge inverter and the position detection expected value is provided, and the coincidence signal is delayed by 30 ° Then, there is a method of using a timing signal for switching the output of the three-phase bridge inverter. This method is characterized in that high-speed control is possible because a 30 ° delay signal of the terminal voltage becomes a timing signal for switching the output of the three-phase bridge inverter. However, since the spike voltage due to the return current generated when the output of the three-phase bridge inverter is switched is the same as the position detection expected value, it is necessary to remove the spike voltage.
3相ブリッジインバータの出力と電機子巻線の間に双方向性ダイオードを挿入してスパイク電圧を除去する方法が提案されている。通電切り替えによって位置検出用となった電機子巻線には還流電流が流れるが、この還流電流が消失すると双方向性ダイオードがオフする。双方向性ダイオードの電圧降下を利用すれば電機子巻線に電流が流れている期間、すなわち、還流電流が流れている期間を除去することが可能である。これにより、端子電圧からスパイク電圧を除去した逆起電力を用いた回転子の磁極位置の検出が可能となる。
電機子巻線に発生する逆起電力を利用して回転子の位置検出を行う無刷子電動機の駆動装置の例として例えば特許文献1がある。
A method of removing a spike voltage by inserting a bidirectional diode between the output of the three-phase bridge inverter and the armature winding has been proposed. A return current flows through the armature winding used for position detection by switching the energization. When this return current disappears, the bidirectional diode is turned off. By using the voltage drop of the bidirectional diode, it is possible to eliminate the period during which current flows through the armature winding, that is, the period during which the return current flows. As a result, the magnetic pole position of the rotor can be detected using the counter electromotive force obtained by removing the spike voltage from the terminal voltage.
For example,
本発明は、還流電流の消失を検出する手段として挿入された双方向性ダイオードにより発生する電力損失を抑制することを課題とする。 An object of the present invention is to suppress power loss caused by a bidirectional diode inserted as a means for detecting the disappearance of the return current.
本発明に係る無刷子電動機の駆動装置は、3相ブリッジインバータの端子電圧と入力電圧の2分の1の電圧とを比較する比較器の出力と同一となることを検出する位置検出期待値を3相ブリッジインバータの出力を切り替える前後の値を適宜切り替えるものである。 The drive device for a brushless motor according to the present invention has a position detection expectation value for detecting that the output of a comparator for comparing the terminal voltage of the three-phase bridge inverter and the voltage of one half of the input voltage is the same. The values before and after switching the output of the three-phase bridge inverter are appropriately switched.
3相ブリッジインバータの端子電圧を用いて還流電流の消失を検出するので、電機子巻線に双方向性ダイオードを挿入することなく、還流電流による位置検出の誤検出を防止できる。従って、双方向性ダイオードの挿入による電力損失の発生を無くすことができる。 Since the disappearance of the return current is detected using the terminal voltage of the three-phase bridge inverter, it is possible to prevent erroneous detection of position detection due to the return current without inserting a bidirectional diode in the armature winding. Therefore, generation of power loss due to insertion of the bidirectional diode can be eliminated.
3相ブリッジインバータの端子電圧と入力電圧の2分の1の電圧とを比較する比較器の出力と同一となることを検出する位置検出期待値を3相ブリッジインバータの出力を切り替える前後の値を適宜切り替える。 The value before and after switching the output of the three-phase bridge inverter is the expected position detection value that detects that the output of the comparator that compares the terminal voltage of the three-phase bridge inverter with a voltage that is half the input voltage is the same. Switch as appropriate.
図1は、本発明による無刷子電動機の駆動装置の全体構成図である。1は交流電源、2は整流用のダイオード、3は力率改善用のリアクタ、4は平滑用のコンデンサであり、これらにより整流平滑回路が構成される。5は上アーム3ヶ、下アーム3ヶの合計6ヶの半導体スイッチで構成された3相ブリッジインバータ、7は電流検出器、8は通電切替信号作成器、9は3相ブリッジインバータの端子電圧と3相ブリッジインバータの入力電圧の2分の1の電圧とを比較する比較器、10は位置検出期待値、11は置数器、12は一致検出器、13は一致信号であり、これらにより無刷子電動機の駆動装置が構成される。6は永久磁石を有する回転子と三相巻線からなる電機子巻線で構成された無刷子電動機である。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a drive device for a brushless motor according to the present invention.
交流電源1を整流用のダイオード2で整流し、平滑用のコンデンサ4で平滑して直流電源を得る。リアクタ3は力率改善の作用をする。平滑用のコンデンサ4の直流電源は3相ブリッジインバータ5に印加される。3相ブリッジインバータ5の出力端子は無刷子電動機6の電機子巻線6−aに接続されている。永久磁石を有する回転子6−bの磁極位置を検出して3相ブリッジインバータ5の通電相を切り替えることにより、電機子巻線6−aを流れる電流の向きが切り替わり回転子6−bが回転する。
The
図2は位置検出動作説明図である。説明のためにポインタを用いる。U相端子電圧,V相端子電圧,W相端子電圧はそれぞれ120°ずつ位相がずれた波形となる。ここでは、U相端子電圧を用いて説明する。ポインタが1および2において上アームはU相がオンしている。ポインタが4および5において下アームはU相がオンしている。したがって、ポインタが3および6においてU相電機子巻線が非通電巻線となり、逆起電力による位置検出ができる。端子電圧と3相ブリッジインバータ5の入力電圧の2分の1の電圧を比較器9で比較して、その交点を求めることにより位置検出ができる。比較器9の出力は図示のようにデジタル信号になるので、マイクロコンピュータ等で処理可能な信号となる。端子電圧と3相ブリッジインバータ5の入力電圧の2分の1の交点から電機角で30°遅延させたタイミングで3相ブリッジインバータ5の通電相を切り替える(転流)。V相およびW相についても同様の処理を行うことにより、無刷子電動機6の運転を継続することが可能となる。ここで、転流直後の比較器9の出力に端子電圧と3相ブリッジインバータ5の入力電圧の2分の1の交点と同じ信号が発生する。これが、還流電流によるスパイク電圧による位置検出の誤検出である。還流電流によるスパイク電圧と逆起電力による位置検出を区別できないと、位置検出の誤検出が発生して無刷子電動機6の運転を継続することはできない。
FIG. 2 is an explanatory view of the position detection operation. Use pointers for illustration. The U-phase terminal voltage, the V-phase terminal voltage, and the W-phase terminal voltage each have a waveform that is 120 degrees out of phase. Here, a description will be given using the U-phase terminal voltage. When the pointers are 1 and 2, the U-phase of the upper arm is on. When the pointers are 4 and 5, the U-phase is on for the lower arm. Therefore, when the pointers are 3 and 6, the U-phase armature winding becomes a non-conducting winding, and position detection by back electromotive force can be performed. The position can be detected by comparing the terminal voltage with half the input voltage of the three-
図3は位置検出期待値説明図である。ポインタ1〜6における比較器9の出力を示している。それぞれのポインタにおいて、比較器9の出力は還流電流による位置検出期待値,還流電流消失期待値,逆起電力による位置検出期待値の3パターンが繰り返されている。ここで着目されるのは、還流電流による位置検出期待値と逆起電力による位置検出期待値が同一であることと、還流電流消失期待値と転流前の位置検出期待値が同一であることである。3相ブリッジインバータの出力の端子電圧と3相ブリッジインバータ5の入力電圧の2分の1を比較する位置検出方法は、この比較器9の出力の特性を利用することにより還流電流の消失を検出して、位置検出期待値との比較を開始することが可能となる。 FIG. 3 is an explanatory diagram of expected position detection values. The output of the comparator 9 in the pointers 1-6 is shown. In each pointer, the output of the comparator 9 is repeated in three patterns: an expected position detection value based on the return current, an expected return current disappearance value, and an expected position detection value based on the back electromotive force. Attention is paid to the fact that the expected position detection value by the return current and the expected position detection value by the back electromotive force are the same, and the expected return current disappearance value and the expected position detection value before commutation are the same. It is. The position detection method that compares the terminal voltage of the output of the three-phase bridge inverter with one half of the input voltage of the three-phase bridge inverter 5 detects the disappearance of the return current by using the output characteristics of the comparator 9. Thus, the comparison with the position detection expected value can be started.
図4は処理フローチャートである。3相ブリッジインバータの出力の端子電圧に発生する逆起電力を利用して回転子の磁極位置を検出する無刷子電動機の駆動装置は、無刷子電動機の回転子が停止している状態および回転速度が小さい場合には逆起電力が発生していない、あるいは小さいため回転子の磁極位置を検出することができない。このため、逆起電力を利用して回転子の磁極位置を検出する無刷子電動機の駆動装置は電機子巻線に強制的に電流を流して、その電流を切り替えて同期電動機として運転させ、逆起電力が検出できる回転速度まで回転速度を上昇させる方法が行われている。図4は回転速度が充分大きく、逆起電力による回転子の磁極位置が行われている状態での説明図である。 FIG. 4 is a processing flowchart. A drive device for a brushless motor that detects the magnetic pole position of the rotor by using a back electromotive force generated in the terminal voltage of the output of the three-phase bridge inverter is in a state where the rotor of the brushless motor is stopped and the rotation speed. When is small, the back electromotive force is not generated or is small, so that the magnetic pole position of the rotor cannot be detected. For this reason, a drive device for a non-printing motor that uses the back electromotive force to detect the magnetic pole position of the rotor forcibly sends a current to the armature winding, and switches the current to operate as a synchronous motor. A method of increasing the rotation speed to a rotation speed at which an electromotive force can be detected is performed. FIG. 4 is an explanatory diagram in a state where the rotational speed is sufficiently high and the magnetic pole position of the rotor is performed by the counter electromotive force.
はじめにポインタを初期化する。また、ポインタに対応する位置検出期待値を設定する。この位置検出期待値は逆起電力による位置検出期待値であり、還流電流による位置検出期待値と同一である。転流直後において、置数器11の値と比較器9の出力は等しく一致検出器12は一致信号13を発生する。図4の第1の一致信号発生判定において、一致信号発生中はループ処理を行う。比較器9の出力が変化すると一致検出器12からの一致信号13がなくなる。すると、図4の処理は下に進み、位置検出期待値を還流電流消失期待値に更新する。図3の説明によれば、還流電流の消失に伴い比較器9の出力が変化するのであるから、変化後の比較器9の出力は還流電流消失期待値に一致するはずである。しかしながら、ノイズ等の影響で比較器9の出力が変化することも予想される。このため、図4の第2の一致信号発生判定において、比較器9の出力が還流電流消失期待値に一致していることを確認する。比較器9の出力が還流電流消失期待値に一致していない場合は、ノイズ等による誤検出として第1の一致信号発生判定に戻る。比較器9の出力が還流電流消失期待値に一致している場合は、図4の処理は下に進み、位置検出期待値を逆起電力による位置検出期待値に更新する。そして、図4の第3の一致信号発生判定において、一致信号13が発生するまでループ処理を行う。3相ブリッジインバータ5の端子電圧と3相ブリッジインバータ5の入力電圧の2分の1電圧の交点において、一致信号13が発生する。一致信号13が発生すると図4の処理は下に進み、電気角30°遅延待ち処理を実施した後、3相ブリッジインバータ5の通電相を切り替える(転流)。続いてポインタの更新、位置検出期待値の更新を行って第1の一致信号発生判定に戻る。
First, initialize the pointer. Also, a position detection expected value corresponding to the pointer is set. This expected position detection value is the expected position detection value based on the back electromotive force, and is the same as the expected position detection value based on the return current. Immediately after commutation, the value of the
以上の処理により、3相ブリッジインバータ5の端子電圧と3相ブリッジインバータ5の入力電圧の2分の1電圧を比較するだけで、還流電流の消失を確実に検出でき、回転子磁極位置の誤検出の恐れのない無刷子電動機の駆動装置を構成することが可能である。
By the above processing, the disappearance of the return current can be detected reliably only by comparing the terminal voltage of the three-
1 交流電源
2 整流用のダイオード
3 リアクタ
4 平滑用コンデンサ
5 3相ブリッジインバータ
6 無刷子電動機
7 電流検出器
8 通電切替信号作成器
9 比較器
10 位置検出期待値
11 置数器
12 一致検出器
13 一致信号
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Claims (2)
Priority Applications (1)
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Family Applications (1)
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Country | Link |
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2008
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