JP2557977B2 - Brushless motor drive circuit - Google Patents

Brushless motor drive circuit

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JP2557977B2
JP2557977B2 JP1108300A JP10830089A JP2557977B2 JP 2557977 B2 JP2557977 B2 JP 2557977B2 JP 1108300 A JP1108300 A JP 1108300A JP 10830089 A JP10830089 A JP 10830089A JP 2557977 B2 JP2557977 B2 JP 2557977B2
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哲夫 百瀬
崇 片桐
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、センサレスブラシレスモータの駆動回路に
関する。
The present invention relates to a drive circuit for a sensorless brushless motor.

(従来の技術) 従来一般的なブラシレスモータは、ホール素子等の磁
極検出手段を有し、この磁極検出手段の検出信号に応じ
各駆動コイルを通電制御して回転子を回転駆動するよう
になっている。第8図はその駆動回路の例を示すもの
で、モータ21の回転子23と一体の回転軸22には原点検出
部24、エンコーダ25が一体に取付けられ、原点信号検出
部24からの原点信号P0とエンコーダ25からの位相差90゜
のインクリメンタル信号P1,P2及び回転子23の回転に伴
うホール素子等の磁極検出手段からの検出信号PA,PB,PC
が制御回路26に入力される。制御回路26は上記各信号に
基づき駆動回路27を制御し、モータ21のu,v,wの各駆動
コイルを駆動する。
(Prior Art) A conventional general brushless motor has a magnetic pole detecting means such as a Hall element, and energizes each drive coil according to a detection signal of the magnetic pole detecting means to rotate a rotor. ing. FIG. 8 shows an example of the drive circuit. An origin detection unit 24 and an encoder 25 are integrally attached to a rotary shaft 22 that is integral with a rotor 23 of a motor 21, and an origin signal from the origin signal detection unit 24 is output. Incremental signals P 1 and P 2 with a phase difference of 90 ° from P 0 and the encoder 25 and detection signals PA, PB and PC from magnetic pole detection means such as a Hall element accompanying the rotation of the rotor 23.
Is input to the control circuit 26. The control circuit 26 controls the drive circuit 27 based on the above signals to drive the u, v, and w drive coils of the motor 21.

しかし、第8図に示すブラシレスモータによれば、磁
極検出手段を使用することに起因する次のような各種の
問題がある。即ち、磁極検出手段を回転子の内方などに
配置する必要があるため、小型化が難しい。磁極検出手
段の端子数が多く、回路基板上での回路パターンの引き
回しが窮屈になる。磁極検出手段としてホール素子を用
いる場合、そのパッケージの中のチップ位置にばらつき
があり、モータ特性がばらつく。駆動磁石の漏れ磁界を
検出して磁極検出手段の出力を得ているが、駆動コイル
の電流が増えると磁極検出手段に本来の信号でない固定
子からの磁界が飛込み、磁極検出手段の出力の位相がず
れ、整流のタイミングがずれる。
However, the brushless motor shown in FIG. 8 has the following various problems caused by using the magnetic pole detecting means. That is, since it is necessary to dispose the magnetic pole detection means inside the rotor, it is difficult to reduce the size. Since the number of terminals of the magnetic pole detection means is large, it becomes difficult to route the circuit pattern on the circuit board. When a Hall element is used as the magnetic pole detection means, there are variations in the chip position within the package, and the motor characteristics also vary. The output of the magnetic pole detection means is obtained by detecting the leakage magnetic field of the drive magnet.However, when the current of the drive coil increases, the magnetic field from the stator, which is not the original signal, jumps into the magnetic pole detection means, and the phase of the output of the magnetic pole detection means. Misalignment, and the rectification timing shifts.

そこで、上記のような問題を解消するために、第9図
に示すように、磁極検出手段をなくしたブラシレスモー
タの駆動回路が開発され、その駆動回路がセンサレスブ
ラシレスモータの駆動回路としてIC化されている。特開
昭60−180494号公報記載のものはその例であり、各駆動
コイルの逆起電力を検出し、この逆起電力から回転子の
磁極位置を検出するようになっている。
Therefore, in order to solve the above problems, as shown in FIG. 9, a brushless motor drive circuit without a magnetic pole detecting means was developed, and the drive circuit was integrated into an IC as a sensorless brushless motor drive circuit. ing. The example described in JP-A-60-180494 is an example thereof, and the counter electromotive force of each drive coil is detected, and the magnetic pole position of the rotor is detected from this counter electromotive force.

(発明が解決しようとする課題) 上記公報記載の発明によれば、磁極検出手段を有する
ことに起因する各種の問題点は解消することができる。
しかし、逆起電力を検出する必要があるため、電源が入
っていても、一旦停止してしまうと逆起電力が得られ
ず、再度初期動作を行って磁極を検出しなければならな
い。また、電源投入時に、回転子の位置検出動作、即ち
初期設定動作を行うに際し、回転子を大きく動かす必要
があり、よって、例えばモータと負荷とが直結されてい
る場合などのように回転子位置検出動作時にモータが動
いては困る場合には使用することができなかった。
(Problems to be Solved by the Invention) According to the invention described in the above publication, various problems caused by having the magnetic pole detection means can be solved.
However, since it is necessary to detect the counter electromotive force, even if the power is on, the counter electromotive force cannot be obtained once the power is stopped, and the initial operation must be performed again to detect the magnetic pole. Also, when the power is turned on, it is necessary to move the rotor greatly when performing the position detection operation of the rotor, that is, the initial setting operation. Therefore, for example, when the motor and the load are directly connected, the rotor position is It could not be used if the motor does not move during the detection operation.

本発明は、かかる従来技術の問題点を解消するために
なされたもので、ホール素子のような磁極検出手段を持
たないブラシレスモータにおいて、例えば、エンコーダ
の分解能で2ないし5パルス程度というように、回転子
をほとんど動かすことなく初期設定動作を行うことがで
きる駆動回路を提供することを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art, and in a brushless motor having no magnetic pole detecting means such as a Hall element, for example, the resolution of the encoder is about 2 to 5 pulses. It is an object of the present invention to provide a drive circuit that can perform an initial setting operation with almost no movement of a rotor.

また、本発明は、原点信号検出部も不要としたブラシ
レスモータの駆動回路を提供することを目的とする。
Another object of the present invention is to provide a drive circuit for a brushless motor that does not require an origin signal detector.

(課題を解決するための手段) 本発明は、駆動コイルに通電して回転磁界を発生させ
る通電手段と、永久磁石を有し上記回転磁界により回転
駆動される回転子と、回転子の回転に応じた回転信号を
出力するエンコーダと、エンコーダから出力された回転
信号によって回転子の回転位置を検出する位置検出手段
と、位置検出手段の出力と位置指令信号とを入力として
回転子の回転位置を制御する位置制御手段と、位置検出
手段の出力を入力とし、位置制御系が負帰還から正帰還
に変化して回転子が所定量以上回転したか否かを検出す
るオーバー回転検出手段と、上記通電手段を順次制御し
て駆動コイルへの励磁電流を制御する第1の論理演算手
段と、オーバー回転検出手段からの出力を入力として回
転子が所定量以上回転し始める位置を検出すると共に、
この検出位置から回転子の初期位置を演算する第2の論
理演算手段とを具備することを特徴とする。
(Means for Solving the Problem) The present invention relates to an energizing unit that energizes a drive coil to generate a rotating magnetic field, a rotor that has a permanent magnet and is rotationally driven by the rotating magnetic field, and a rotor. An encoder that outputs a rotation signal corresponding to the rotation position, a position detection unit that detects the rotation position of the rotor based on the rotation signal output from the encoder, and a rotation position of the rotor that receives the output of the position detection unit and a position command signal as input. Position control means for controlling, and an over-rotation detection means which receives the output of the position detection means and detects whether the position control system changes from negative feedback to positive feedback to rotate the rotor by a predetermined amount or more; First logical operation means for sequentially controlling the energizing means to control the exciting current to the drive coil, and an output from the over-rotation detecting means as an input to detect a position where the rotor starts to rotate by a predetermined amount or more. Along with
It is characterized by comprising a second logical operation means for calculating the initial position of the rotor from the detected position.

(作用) 第1の論理演算手段によって制御される励磁電流のパ
ターンが回転子の位置に対して所定の対応関係になって
いれば回転子は回転する。しかし、電源投入前の回転子
の初期位置は不定であるため、電源投入時の励磁電流パ
ターンと回転子位置との間には対応関係がなく、回転子
は回転できない。第1の論理演算手段によって通電手段
が順次制御されて励磁電流が順次制御されることにより
やがて回転子は回転し始める。回転子が所定量以上回転
すると位置制御系が負帰還から正帰還に変化し、これを
オーバー回転手段が検出する。第2の論理演算手段は、
オーバー回転検出手段からの検出出力によって回転子が
所定量以上回転し始める位置を検出すると共に、この検
出位置から回転子の初期位置を演算する。
(Operation) If the pattern of the exciting current controlled by the first logical operation means has a predetermined correspondence with the position of the rotor, the rotor rotates. However, since the initial position of the rotor before power-on is indefinite, there is no correspondence between the exciting current pattern at power-on and the rotor position, and the rotor cannot rotate. The first logical operation means sequentially controls the energizing means and the exciting current so that the rotor starts to rotate. When the rotor rotates by a predetermined amount or more, the position control system changes from negative feedback to positive feedback, which the over-rotation means detects. The second logical operation means is
The detection output from the over-rotation detecting means detects the position where the rotor starts to rotate by a predetermined amount or more, and calculates the initial position of the rotor from this detected position.

(実施例) 以下、本発明にかかるブラシレスモータの駆動回路の
実施例について説明することにするが、その前に、本発
明の概要を説明しておく。
(Example) Hereinafter, an example of a drive circuit for a brushless motor according to the present invention will be described, but before that, an outline of the present invention will be described.

電源投入前の回転子の初期位置θoは不定であるた
め、駆動コイルへの励磁電流の通電パターンと回転子位
置θfとは所定の対応関係からずれている。この状態で
コイルに通電すると、初期状態では位置指令が0で、停
止させる位置制御ループがかかっているため、回転子は
回転することができない。厳密には、回転子は正方向と
逆方向に交互に微小角度ずつ回転を繰り返すが、本発明
ではこの状態を「停止」と定義する。
Since the initial position θo of the rotor before the power is turned on is indefinite, the energization pattern of the exciting current to the drive coil and the rotor position θf deviate from a predetermined correspondence. When the coil is energized in this state, the position command is 0 in the initial state, and the position control loop for stopping is applied, so that the rotor cannot rotate. Strictly speaking, the rotor repeats rotation in the forward direction and the reverse direction alternately by a small angle, but in the present invention, this state is defined as “stop”.

励磁電流パターンを決める指令信号θcを変えて駆動
コイルへの励磁電流の通電パターンを変化させると、位
置制御ループの電流指令からトルク出力までの伝達関数
が変化し、ある点に達すると位置制御ループは正帰還、
即ち発振状態となってモータは位置制御が効かず暴走す
る。本発明では、この状態を、ある一定以上回転したと
いう意味で「回転」と定義する。
When the energizing pattern of the exciting current to the drive coil is changed by changing the command signal θc that determines the exciting current pattern, the transfer function from the current command of the position control loop to the torque output changes, and when a certain point is reached, the position control loop Is positive feedback,
That is, the motor goes into an oscillating state and the position control does not work, and the motor runs away. In the present invention, this state is defined as “rotation” in the sense that the state has rotated by a certain amount or more.

本発明では、上記θcを変化させて位置制御ループが
負帰還から正帰還に変化する点のθcを検出し、その点
をθdとするとθd=90゜であり、θd=θc−θfの
関係から、回転子位置の初期位置θoを求める。
In the present invention, θc is changed to detect θc at a point where the position control loop changes from negative feedback to positive feedback, and when that point is θd, θd = 90 °, and from the relationship of θd = θc−θf. , The initial position θo of the rotor position is obtained.

回転子の初期位置θoが決定すれば、励磁電流パター
ンを決める指令信号θcをθc=θfとすることがで
き、指令信号θcを順次変化させてモータを自由に回転
させることができる。
When the initial position θo of the rotor is determined, the command signal θc that determines the exciting current pattern can be set to θc = θf, and the command signal θc can be sequentially changed to freely rotate the motor.

以下、図面を参照しながら本発明の実施例について詳
細に説明する。第1図において、符号1で示す回転子
は、説明の簡略化のためにNSの一対の磁極を有する永久
磁石で構成されているものとして描かれている。そし
て、固定子は2u,2v,2wの3極構成になっていて、各固定
子には駆動コイル3u,3v,3wが巻かれている。各駆動コイ
ル3u,3v,3wには通電手段としてのアンプA1,A2,A3を通じ
て励磁電流Iu,Iv,Iwが通電され、これにより固定子2u,2
v,2wに回転磁界を発生させるようになっている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In FIG. 1, the rotor indicated by reference numeral 1 is depicted as being composed of a permanent magnet having a pair of magnetic poles of NS for simplification of description. The stator has a three-pole structure of 2u, 2v, 2w, and drive coils 3u, 3v, 3w are wound around each stator. Each drive coil 3u, 3 v, the 3w are excitation currents Iu, Iv, Iw is energized through amplifier A 1, A 2, A 3 of the energizing means, thereby the stator 2u, 2
A rotating magnetic field is generated in v and 2w.

回転子1にはエンコーダEが連結されており、エンコ
ーダEは回転子1の回転に応じて位相が例えば90゜ずれ
た2相のパルス状の回転信号を出力する。ここでは、説
明を簡単化するために、エンコーダEの分解能を360PP
R、即ち回転角度1゜に対して1パルスが出力されるも
のとする。エンコーダEから出力される回転信号はアッ
プ・ダウンカウンタC1に入力されると共に、アップ・ダ
ウンカウンタで構成される位置検出手段C2に入力され、
さらに速度検出器Sdに入力される。位置検出手段C2は、
上記回転信号によって回転子の回転位置を検出する。位
置検出手段C2の出力eは位置フィードバック信号として
位置制御手段5に入力され、位置指令信号dとの偏差が
求められる。位置指令信号dは、第1の切換手段SW1
接点を選択しているときは位置指令Prefであり、切換
手段SW1が接点を選択しているときは初期設定時の位
置指定Prefo(=0)である。位置検出手段C2の出力e
はまたオーバー回転検出手段Fに入力される。オーバー
回転検出手段Fは上記出力eから回転子が所定量以上回
転したか否かを検出し、その検出出力fは中央処理装置
(CPU)でなる第2の論理演算手段B2に入力される。
An encoder E is connected to the rotor 1, and the encoder E outputs a two-phase pulse-shaped rotation signal whose phase is deviated, for example, by 90 ° according to the rotation of the rotor 1. Here, in order to simplify the explanation, the resolution of the encoder E is set to 360PP.
R, that is, one pulse is output for a rotation angle of 1 °. The rotation signal output from the encoder E is input to the up / down counter C 1 and also to the position detecting means C 2 including an up / down counter,
Further, it is input to the speed detector Sd. The position detecting means C 2 is
The rotation position of the rotor is detected by the rotation signal. The output e of the position detection means C 2 is input to the position control means 5 as a position feedback signal, and the deviation from the position command signal d is obtained. The position command signal d is a position command Pref when the first switching means SW 1 selects a contact, and when the switching means SW 1 selects a contact, the position designation Prefo (= 0). Output e of position detecting means C 2
Is also input to the over-rotation detecting means F. The over-rotation detecting means F detects from the output e whether or not the rotor has rotated by a predetermined amount or more, and the detected output f is input to the second logical operation means B 2 which is a central processing unit (CPU). .

上記第2の論理演算手段B2は、オーバー回転検出手段
Fからの出力fによって前記回転子1が所定量以上回転
する位置を検出すると共に、この検出位置から回転時1
の初期位置θoを演算する。第2の論理演算手段B2は、
演算された上記初期位置θoによって前記カウンタC1
初期値を設定すると共に、前記位置検出手段C2にリセッ
ト信号gを入力する。第2の論理演算手段B2は第1の論
理演算手段B1との間でデータの授受を行う。第1の論理
演算手段B1は、通電手段としての前記アンプA1,A2,A3
順次制御して駆動コイル3u,3v,3wへ励磁電流を制御する
ためのもので、励磁電流パターンを決めるための指令信
号θc2を出力する。この指令信号θc2は第2の切換手段
SW2が接点を選択することによって指定信号θcとし
てメモリR1,R2,R3に入力される。第2の切換手段SW2
接点を選択しているときは、カウンタC1による計数信
号θc1を指令信号θcとしてメモリR1,R2,R3に入力す
る。メモリR1,R2,R3は、各駆動コイル3u,3v,3wに通電す
る励磁電流波形をデータとして記憶しているもので、そ
のデータはそれぞれ 但し、α:定数、θc:メモリのアドレス、 a,b,c:メモリの出力 となっている。各メモリの出力a,b,cはデジタル・アナ
ログ変換器D2,D3,D4でアナログ信号に変換される。
The second logical operation means B 2 detects the position at which the rotor 1 rotates by a predetermined amount or more based on the output f from the over-rotation detecting means F, and at the time of rotation 1 from this detected position.
The initial position θo of is calculated. The second logical operation means B 2 is
The initial value of the counter C 1 is set by the calculated initial position θo, and the reset signal g is input to the position detecting means C 2 . The second logical operation means B 2 exchanges data with the first logical operation means B 1 . The first logical operation means B 1 is for controlling the exciting currents to the drive coils 3u, 3v, 3w by sequentially controlling the amplifiers A 1 , A 2 , A 3 as energizing means, and the exciting current pattern Outputs a command signal θc 2 for determining. This command signal θc 2 is the second switching means.
When SW 2 selects the contact, it is input to the memories R 1 , R 2 and R 3 as the designated signal θc. When the second switching means SW 2 selects the contact, the counting signal θc 1 from the counter C 1 is input to the memories R 1 , R 2 and R 3 as the command signal θc. The memories R 1 , R 2 and R 3 store, as data, the excitation current waveforms that are applied to the drive coils 3u, 3v and 3w, respectively. However, α: constant, θc: memory address, a, b, c: memory output. The outputs a, b, c of each memory are converted into analog signals by the digital / analog converters D 2 , D 3 , D 4 .

前記位置制御手段5によって求められた位置検出手段
C2と出力eと位置指令信号dとの偏差信号はデジタル・
アナログ変換器D1でアナログ信号に変換された後、位置
偏差増幅器Com1で増幅される。この位置偏差増幅器Com1
の出力はさらに速度偏差検出手段6によって速度検出器
Sdからの速度信号との偏差が求められる。この偏差信号
は速度偏差増幅器Com2によって増幅され、トルク指令Tr
efとして三つの乗算器M1,M2,M3に入力される。各乗算器
M1,M2,M3ではトルク指令Trefと上記デジタル・アナログ
変換器D2,D3,D4でアナログ信号に変換された前記各メモ
リの出力a,b,cとの積が求められ、それぞれ前記アンプA
1,A2,A3に入力される。
Position detection means obtained by the position control means 5
The deviation signal between C 2 , output e and position command signal d is digital
After being converted into an analog signal by the analog converter D 1 , it is amplified by the position deviation amplifier Com 1 . This position deviation amplifier Com 1
Is further output by the speed deviation detecting means 6 to the speed detector.
The deviation from the velocity signal from Sd is determined. This deviation signal is amplified by the speed deviation amplifier Com 2 , and the torque command Tr
It is input as ef to the three multipliers M 1 , M 2 and M 3 . Each multiplier
M 1, M 2, M 3 in the torque command Tref and the digital-to-analog converter D 2, D 3, D 4 in converted into an analog signal a the output a of the memory, b, the product of the c prompted , The amplifier A respectively
Input to 1 , A 2 and A 3 .

第1の切換手段SW1の切換制御は第2の論理演算手段B
2によって行われ、第2の切換手段SW1の切換制御は第1
の論理演算手段B2によって行われる。
The switching control of the first switching means SW 1 is performed by the second logical operation means B.
2 and the switching control of the second switching means SW 1 is performed by the first
Is performed by the logical operation means B 2 .

次に、上記実施例の動作を第2図ないし第7図を参照
しながら説明する。
Next, the operation of the above embodiment will be described with reference to FIGS. 2 to 7.

本発明では、電源の投入によってまず初期設定動作が
行われ、そのあと通常の動作が行われるが、ここでは説
明の都合上、まず、通常の動作について説明する。
In the present invention, an initial setting operation is first performed when the power is turned on, and then a normal operation is performed. However, for convenience of description, the normal operation will be described first.

各駆動コイル3u,3v,3wに通電する電流波形として各メ
モリR1,R2,R3に記憶されているデータは前述の式(1)
の通りである。また、回転子の位置θfに対する各相の
トルク定数Ktu,Ktv,Ktwは次式のように考えることがで
きる。
The data stored in each of the memories R 1 , R 2 , and R 3 as the waveform of the current flowing through each of the drive coils 3u, 3v, and 3w is expressed by the equation (1) above.
It is as follows. Further, the torque constants Ktu, Ktv, Ktw of each phase with respect to the rotor position θf can be considered as the following equations.

但し、ψu,ψv,ψw:各コイルの磁束鎖交数 ここで、(1)式より、各組に流れる電流はそれぞれ 但し、β:定数 となる。 However, ψu, ψv, ψw: the number of magnetic flux linkages of each coil Here, according to the equation (1), the current flowing in each group is However, β is a constant.

故に、モータが発生するトルクTgはトルク定数と相電
流の積となり、 Tg(θf,θc)=Tref・β・Kt{sinθc・sinθf +sin(θc−120)・sin(θf−120) +sin(θc+120)・sin(θf+120)}・・・(4) となる。ここでθc=θfと仮定すれば、Tgは次式のよ
うになる。
Therefore, the torque Tg generated by the motor is the product of the torque constant and the phase current, and Tg (θf, θc) = Tref · β · Kt {sin θc · sin θf + sin (θc-120) · sin (θf-120) + sin (θc + 120) ) ・ Sin (θf + 120)} ... (4) Assuming that θc = θf, Tg is given by the following equation.

Tg=(3/2)・Tref・β・Kt ・・・・・・(5) 故に、モータはθc=θfのとき最大トルクを発生す
る。
Tg = (3/2) · Tref · β · Kt ··· (5) Therefore, the motor generates maximum torque when θc = θf.

次に、カウンタC1の動作を説明する。カウンタC1の入
出力関係は第2図に示すようになっていて、回転子1が
1回転してエンコーダEから出力されるパルス数が360
になるとカウンタC1はクリヤーされ、その出力θc1は0
となる。また、エンコーダEの2相の出力パルスの位相
差から回転子の回転方向を検出し、回転方向によりアッ
プカウントかダウンカウントかを切り換え、正回転なら
アップカウント、逆回転ならダウンカウントを行う。こ
のようなカウンタC1の動作によりカウンタC1の出力θc1
と回転子の位置θfは常に1対1の対応関係になる。そ
こで、第2の切換手段SW2を接点側にきり変えておけ
ば、メモリR1,R2,R3は回転子の位置θfに応じた電流パ
ターンの信号を出力し、このパターンに応じて各駆動コ
イル3u,3v,3wに励磁電流が通電されるため、回転子1が
回転駆動される。
Next, the operation of the counter C 1 will be described. The input / output relationship of the counter C 1 is as shown in FIG. 2, and the number of pulses output from the encoder E is 360 when the rotor 1 makes one rotation.
Then, the counter C 1 is cleared and its output θc 1 becomes 0.
Becomes Also, the rotation direction of the rotor is detected from the phase difference between the output pulses of the two phases of the encoder E, and upcounting or downcounting is switched depending on the rotation direction. Output .theta.c 1 of the counter C 1 by operation of the counter C 1
And the rotor position θf always have a one-to-one correspondence. Therefore, if the second switching means SW 2 is switched to the contact side, the memories R 1 , R 2 and R 3 output a current pattern signal according to the rotor position θf, and according to this pattern. Since an exciting current is applied to each of the drive coils 3u, 3v, 3w, the rotor 1 is rotationally driven.

なお、通常の運転では第1の切換手段SW1は接点側
にあって位置指令Prefが入力され、この指令に応じた位
置まで回転駆動される。
In the normal operation, the first switching means SW 1 is on the contact side, the position command Pref is input, and it is rotationally driven to the position according to this command.

次に、初期設定動作について説明する。初期設定動作
の流れを第6図に、タイミングチャートを第4図に示
す。電源投入時は、カウンタC1の初期値と回転子1の位
置とが所定の対応関係、即ちθc=θfとはなっていな
いため、初期動作を行って回転子の位置を検出し、回転
子の位置に対応したθoをカウンタC1に入力し、カウン
タC1の初期値を上記の値θoに設定する。以下、この初
期設定動作を具体的に説明する。
Next, the initial setting operation will be described. The flow of the initial setting operation is shown in FIG. 6 and the timing chart is shown in FIG. When the power is turned on, the initial value of the counter C 1 and the position of the rotor 1 do not have a predetermined correspondence, that is, θc = θf, so the initial operation is performed to detect the position of the rotor, enter the .theta.o corresponding to the position of the counter C 1, the initial value of the counter C 1 is set to the above values .theta.o. Hereinafter, the initial setting operation will be specifically described.

通常動作では第1、第2の切換手段SW1、SW2は共に接
点側であるが、電源投入時は側に切り換えられる。
従って、位置指令は初期動作時の位置指令Prefoとな
り、その値は0となる。また、電源投入時は位置検出手
段C2はリセットされ、その出力は0となる。
In the normal operation, both the first and second switching means SW 1 and SW 2 are on the contact side, but they are switched to the side when the power is turned on.
Therefore, the position command becomes the position command Prefo at the time of initial operation, and the value becomes 0. When the power is turned on, the position detecting means C 2 is reset and its output becomes 0.

回転子の位置θfとコイルへの通電電流の指令信号θ
cとの差、即ちθc−θfをθdとする。このθdと発
生トルクTgの関係を示したのが第3図であり、 Tg=(3/2)・Tref・β・Kt・cosθd ・・・(5) と表すことができる。
Rotor position θf and command signal θ of current flowing to coil
The difference from c, that is, θc−θf is set to θd. FIG. 3 shows the relationship between this θd and the generated torque Tg, which can be expressed as Tg = (3/2) · Tref · β · Kt · cos θd (5).

ここで、第1図に示す実施例を簡単なブロック図に表
すと第5図のようになる。第5図においてHは位置偏差
増幅Com1の伝達関数、Iは速度偏差増幅器Com2の伝達関
数、Nは位置検出手段C2の利得、Mは速度検出器Sdの伝
達関数、Jはモータ及び負荷の慣性である。第3図、第
5図から明らかなように、θdが90゜から270゜の間に
あるときは速度及び位置の帰還がポジティブすなわち正
帰還となって制御系は発振し不安定となり、モータは暴
走してしまう。モータの暴走よってオーバー回転検出手
段Fはオンになる。
The simple block diagram of the embodiment shown in FIG. 1 is shown in FIG. In FIG. 5, H is the transfer function of the position deviation amplifier Com 1 , I is the transfer function of the speed deviation amplifier Com 2 , N is the gain of the position detecting means C 2 , M is the transfer function of the speed detector Sd, J is the motor and It is the inertia of the load. As is clear from FIGS. 3 and 5, when θd is between 90 ° and 270 °, the feedback of velocity and position becomes positive, that is, positive feedback, the control system oscillates and becomes unstable, and the motor becomes unstable. I will run out of control. The over-rotation detecting means F is turned on by the runaway of the motor.

本実施例では、位置制御ループによりモータを停止さ
せながらθcの値をスイープさせ、上記θdの値を変え
る。そして、第3図に「イ」で示すポイントを境にして
θdが90゜から270゜の範囲に入ると暴走が始まるの
で、この暴走が始まるポイントをオーバー回転検出手段
Fによって検出し、そのときのθcの値θc′をとる。
第2の論理演算手段B2は上記の値θc′を θo=θc′−91 ・・・・・(6) に適用し、そのときの回転子の位置θfを求め、その値
をカウンタC1の初期設定値θoとする。
In this embodiment, the value of θc is swept while the motor is stopped by the position control loop to change the value of θd. Then, when θd falls within the range of 90 ° to 270 ° with the point indicated by “a” in FIG. 3 as a boundary, a runaway begins, so the point at which this runaway begins is detected by the over-rotation detecting means F, and at that time The value of θc of θc ′ is taken.
The second logical operation means B 2 applies the above value θc ′ to θo = θc′−91 (6), finds the rotor position θf at that time, and counts the value by the counter C 1 Initial setting value θo.

式(6)で求められた値は第1の論理演算手段B1を経
て指令信号θc2として出力され、回転子は再び位置制御
により停止する。停止を確認後、第2の論理演算手段B2
によりカウンタC1は初期値θoがセットされる。そのあ
と、第1、第2切換手段SW1,SW2は接点側に切り換え
られ、通常の動作に移行する。
The value obtained by the equation (6) is output as the command signal θc 2 via the first logical operation means B 1 , and the rotor is again stopped by the position control. After confirming the stop, the second logical operation means B 2
Thus, the counter C 1 is set to the initial value θo. After that, the first and second switching means SW 1 , SW 2 are switched to the contact side, and the normal operation is started.

なお、第4図に示すFthはオーバー回転検出手段Fの
しきい値である。しきい値Fthは、位置制御が正常に作
動しているときのノイズの最大値より若干大きく、例え
ば2パルス程度に設定し、多くてもせいぜい5パルス程
度とする。
Note that Fth shown in FIG. 4 is a threshold value of the over-rotation detecting means F. The threshold value Fth is slightly larger than the maximum value of noise when the position control is operating normally, and is set to, for example, about 2 pulses, and at most about 5 pulses.

次に、上記の動作が具体的なケースにおいてどのよう
に行われるかを第7図を参照しながら説明する。
Next, how the above operation is performed in a specific case will be described with reference to FIG.

ケース1)として、θf=−60゜(300゜)であった
とする。当初、θc2=0であるからθd=0=−(−6
0)=60となる。第7図では点「イ」であり、Tgの符号
は+で回転子は停止する。θc2が1ずつ増えてθc2=30
+1となると回転子は回転を始める。従って、回転子の
初期位置θoはθo=31−91=−60(゜)となる。しか
し、θo=60<0のため、θo=360−60=300(゜)と
なる。故に、θo=θfとなる。ここでは、(6)式の
−90を、確実に暴走の始まる点、−(90+1)=−91と
している。
In case 1), it is assumed that θf = −60 ° (300 °). Initially, since θc 2 = 0, θd = 0 = − (− 6
0) = 60. In FIG. 7, the point is "a", the sign of Tg is +, and the rotor stops. θc 2 increases by 1 and θc 2 = 30
When it becomes +1 the rotor starts to rotate. Therefore, the initial position θo of the rotor is θo = 31−91 = −60 (°). However, since θo = 60 <0, θo = 360−60 = 300 (°). Therefore, θo = θf. Here, −90 in equation (6) is set to − (90 + 1) = − 91, which is the point where the runaway surely starts.

ケース2)として、θf=−120゜(240゜)であった
とする。当初、θc2=0であるからθd=0=−(−12
0)=120となる。第7図では点「ロ」であり、Tgの符号
は−で回転子は回転する。θc2が180となると、θd=1
80−(−120)=300となる。第7図では点「ハ」であ
る。θc2が1ずつ増えてθc2=(150+180+1)=331
(゜)となると回転子は回転を始める。故に、回転子の
位置θo=331−91=240(゜)となり、θo=θfとな
る。
In case 2), θf = -120 ° (240 °). Initially, since θc 2 = 0, θd = 0 = − (− 12
0) = 120. In FIG. 7, the point is “b”, the sign of Tg is −, and the rotor rotates. When θc 2 becomes 180, θd = 1
80-(-120) = 300. In FIG. 7, it is a point “C”. θc 2 increases by 1 and θc 2 = (150 + 180 + 1) = 331
When it reaches (°), the rotor starts to rotate. Therefore, the rotor position θo = 331−91 = 240 (°) and θo = θf.

ケース3)として、θf=−200゜(160゜)であった
とする。当初、θc2=0であるからθd=0=−(−20
0)=200となる。第7図では点「ニ」であり、Tgの符号
は−で回転子は回転する。θc2が180となると、θd=1
80−(−200)=380となる。第7図では点「ホ」であ
る。θc2が1ずつ増えてθc2=180+71=251(゜)とな
ると回転子は回転を始める。故に、回転子の位置θo=
251−91=160(゜)となり、θo=θfとなる。
In case 3), θf = −200 ° (160 °). Initially, since θc 2 = 0, θd = 0 = − (− 20
0) = 200. In FIG. 7, the point is “d”, the sign of Tg is −, and the rotor rotates. When θc 2 becomes 180, θd = 1
80-(-200) = 380. In FIG. 7, the point is “e”. When θc 2 increases by 1 and becomes θc 2 = 180 + 71 = 251 (°), the rotor starts rotating. Therefore, the rotor position θo =
251-91 = 160 (°) and θo = θf.

ケース4)として、θf=−345゜(15゜)であった
とする。当初、θc2=0であるからθd=0=−(−34
5)=345となる。第7図では点「ヘ」であり、Tgの符号
は+で回転子は停止する。θc2が1ずつ増えてθc2=10
5+1となると回転子は回転を始める。故に、回転子の
位置θo=106−91=15(゜)となり、θo=θfとな
る。
In case 4), it is assumed that θf = −345 ° (15 °). Initially, since θc 2 = 0, θd = 0 = − (− 34
5) = 345. In FIG. 7, it is the point “F”, the sign of Tg is +, and the rotor stops. θc 2 increases by 1 and θc 2 = 10
When it reaches 5 + 1, the rotor begins to rotate. Therefore, the rotor position θo = 106−91 = 15 (°) and θo = θf.

なお、他の実施例として、第1図の実施例におけるオ
ーバー回転検出手段Fには、単位時間内の速度信号パル
ス数をカウントして速度検出する速度検出器Sdの出力を
位置検出手段C2を介して接続してもよいし、位置検出手
段C2に速度検出器Sdと同じ機能をもたせてもよい。ま
た、速度検出器Sdとしては、アナログ信号を検出し、規
定速度を上回るときにオンする信号を出力するものであ
ってもよい。
As another embodiment, the over-rotation detecting means F in the embodiment shown in FIG. 1 uses the output of a speed detector Sd for detecting the speed by counting the number of speed signal pulses within a unit time as the position detecting means C 2 The position detection means C 2 may have the same function as the speed detector Sd. Further, the speed detector Sd may be one that detects an analog signal and outputs a signal that turns on when the speed exceeds a specified speed.

(発明の効果) 本発明によれば、論理演算手段によって通電手段が順
次制御されて励磁電流が制御され、やがて回転子が回転
し始めて所定量以上回転したときこの位置を検出して回
転子の初期位置を演算するようにしたため、回転子の初
期位置を演算するに際して回転子はエンコーダの出力レ
ベルで僅かに数パルス出力される程度回転させればよ
く、これはほとんど動いていないに等しいものであるか
ら、例えば、駆動対象がロボットや工作機械のような初
期動作において動いてはならないようなものにも適用す
ることが可能となった。
(Effect of the Invention) According to the present invention, the energizing means is sequentially controlled by the logical operation means to control the exciting current, and when the rotor starts to rotate and rotates for a predetermined amount or more, this position is detected to detect the rotor. Since the initial position is calculated, when calculating the initial position of the rotor, the rotor may be rotated by a few pulses at the output level of the encoder, which is equivalent to almost no movement. Therefore, for example, it is possible to apply the present invention to a drive target such as a robot or a machine tool that must not move in the initial motion.

また、従来のセンサレスブラシレスモータのように駆
動コイルの逆起電力を検出する必要がないため、電源が
入っている状態でたとえ回転子が停止したとしても、再
度初期位置検出動作を行う必要がなく、安定かつ確実に
回転位置を検出することができる。
Also, unlike the conventional sensorless brushless motor, it is not necessary to detect the back electromotive force of the drive coil, so there is no need to perform the initial position detection operation again even if the rotor stops while the power is on. Therefore, the rotational position can be detected stably and reliably.

さらに、原点信号を検出するための素子を特別に設け
る必要もない。
Further, it is not necessary to provide any special element for detecting the origin signal.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明にかかるブラシレスモータの駆動回路の
実施例を示すブロック図、第2図は上記実施例中のカウ
ンタの動作を示すタイミングチャート、第3図は励磁電
流パターンと回転子位置との差に対するトルクの関係を
示す線図、第4図は上記実施例の動作を示すタイミング
チャート、第5図は上記実施例を簡略化して示すブロッ
ク図、第6図は上記実施例における初期設定動作を示す
フローチャート、第7図は上記実施例の動作をより具体
的なケースで説明するための線図、第8図は従来のブラ
シレスモータの駆動回路の一例を示すブロック図、第9
図は従来のブラシレスモータの駆動回路の別の例を示す
ブロック図である。 1……回転子、2u,2v,2w……固定子、3u,3v,3w……駆動
コイル、Iu,Iv,Iw……励磁電流、A1,A2,A3……通電手段
としてのアンプ、5……位置制御手段、E……エンコー
ダ、F……オーバー回転検出手段、C2……位置検出手
段、B1……第1の論理演算手段、B2……第2の論理演算
手段、d……位置指令信号、e……位置検出手段の出
力。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a brushless motor drive circuit according to the present invention, FIG. 2 is a timing chart showing the operation of the counter in the above embodiment, and FIG. 3 is an exciting current pattern and a rotor position. 4 is a timing chart showing the operation of the above embodiment, FIG. 5 is a block diagram showing the operation of the above embodiment in a simplified manner, and FIG. 6 is an initial setting in the above embodiment. FIG. 7 is a flow chart showing the operation, FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the above embodiment in a more specific case, and FIG. 8 is a block diagram showing an example of a conventional brushless motor drive circuit.
FIG. 1 is a block diagram showing another example of a drive circuit for a conventional brushless motor. 1 …… Rotor, 2u, 2v, 2w …… Stator, 3u, 3v, 3w …… Drive coil, Iu, Iv, Iw …… Exciting current, A 1 , A 2 , A 3 …… As energizing means amplifier, 5 ...... position control means, E ...... encoder, F ...... over rotation detecting means, C 2 ...... position detection means, B 1 ...... first logical operation means, B 2 ...... second logic operation Means, d ... Position command signal, e ... Output of position detecting means.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】駆動コイルに励磁電流を通電して固定子に
回転磁界を発生させる通電手段と、永久磁石を有し、上
記回転磁界により回転駆動させる回転子と、 上記回転子の回転に応じた回転信号を出力するエンコー
ダと、 上記エンコーダから出力された回転信号によって回転子
の回転位置を検出する位置検出手段と、 上記位置検出手段の出力と位置指令信号とを入力として
回転子の回転位置を制御する位置制御手段と、 上記位置検出手段の出力を入力とし、位置制御系が負帰
還から正帰還に変化して回転子が所定量以上回転したか
否かを検出するオーバー回転検出手段と、 上記通電手段を順次制御して上記駆動コイルへの励磁電
流を制御する第1の論理演算手段と、 上記オーバー回転検出手段からの出力を入力として回転
子が所定量以上回転し始める位置を検出すると共に、こ
の検出位置から回転子の初期位置を演算する第2の論理
演算手段とを具備してなるブラシレスモータの駆動回
路。
1. A rotor having an energizing means for supplying an exciting current to a driving coil to generate a rotating magnetic field in a stator, a rotor having a permanent magnet and driven to rotate by the rotating magnetic field, and a rotor for rotating the rotor. An encoder that outputs a rotation signal, a position detection unit that detects the rotation position of the rotor based on the rotation signal output from the encoder, and a rotation position of the rotor that receives the output of the position detection unit and a position command signal. And a position control means for controlling the above, and an over-rotation detection means for detecting whether the position control system changes from negative feedback to positive feedback to rotate the rotor by a predetermined amount or more by using the output of the position detection means as an input. A first logical operation means for sequentially controlling the energizing means to control an exciting current to the drive coil; and an output from the over-rotation detecting means as an input, the rotor is rotated a predetermined number of times or more. Detects the to start position, the brushless motor driving circuit comprising and a second logical operation means for calculating the initial position of the rotor from the detected position.
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