JP3114817B2 - ブラシレスモータの回転子位置検出方法 - Google Patents
ブラシレスモータの回転子位置検出方法Info
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- JP3114817B2 JP3114817B2 JP03178877A JP17887791A JP3114817B2 JP 3114817 B2 JP3114817 B2 JP 3114817B2 JP 03178877 A JP03178877 A JP 03178877A JP 17887791 A JP17887791 A JP 17887791A JP 3114817 B2 JP3114817 B2 JP 3114817B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】 この発明は、永久磁石を回転子
に有する３相ブラシレスモータを、磁極センサなしで駆
動する場合などに用いて好適な回転子位置検出方法に関
する。
に有する３相ブラシレスモータを、磁極センサなしで駆
動する場合などに用いて好適な回転子位置検出方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】ブラシレスモータは、直流電動機が機械
的に転流を行なうのに対し、電気的なスイッチを用いて
転流を行なうことにより駆動される。その転流は最も力
率良く運転できるように行なう必要があるが、永久磁石
形のブラシレスモータではそのタイミングが、回転子に
組み込まれている永久磁石による磁極の位置で一義的に
決まる。そのため、ブラシレスモータを駆動するには磁
極位置を検出するセンサが不可欠となる。このため、ブ
ラシレスモータはセンサが必要になるばかりでなく、セ
ンサからの信号を制御装置に伝達するための信号線を必
要とすることからコスト，小型軽量，信頼性などの点で
問題がある。そこで、このようなセンサを用いないブラ
シレスモータが、例えば特開昭６３−５９７８３号公
報，特開平２−２４１３８８号公報などで提案されてい
る（以下、従来方式ともいう）。これらに記載のもの
は、ブラシレスモータを通常の制御を行なう前に任意の
角度で直流励磁し、そのときの発生トルクの方向と大き
さを検出することにより、磁極位置（回転子位置）を検
出するものである。
的に転流を行なうのに対し、電気的なスイッチを用いて
転流を行なうことにより駆動される。その転流は最も力
率良く運転できるように行なう必要があるが、永久磁石
形のブラシレスモータではそのタイミングが、回転子に
組み込まれている永久磁石による磁極の位置で一義的に
決まる。そのため、ブラシレスモータを駆動するには磁
極位置を検出するセンサが不可欠となる。このため、ブ
ラシレスモータはセンサが必要になるばかりでなく、セ
ンサからの信号を制御装置に伝達するための信号線を必
要とすることからコスト，小型軽量，信頼性などの点で
問題がある。そこで、このようなセンサを用いないブラ
シレスモータが、例えば特開昭６３−５９７８３号公
報，特開平２−２４１３８８号公報などで提案されてい
る（以下、従来方式ともいう）。これらに記載のもの
は、ブラシレスモータを通常の制御を行なう前に任意の
角度で直流励磁し、そのときの発生トルクの方向と大き
さを検出することにより、磁極位置（回転子位置）を検
出するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来方式では予め
設定された角度で直流電流を通流し、その期間の回転子
の回転角度の変化から発生トルクの大きさを検出するよ
うにしているので、以下の如き問題がある。回転角度
の変化を正確に検出するには、通流を開始する時の速度
と加速度を正確に零にしておく必要があるので、次に設
定角度を切り換えるためには充分な時間をおかなければ
ならず、検出時間が長くなる。負荷のイナーシャや摩
擦トルクが未知の場合には、最適な直流電流の振幅を決
定することが困難である。したがって、この発明の課題
は回転子位置検出によって回転する角度を最小にすると
ともに、励磁開始時の過渡現象によってモータが大きく
回転しないようにし、回転子位置検出を安定かつ短時間
に行ない、実用的な磁極センサなしのブラシレスモータ
駆動装置を提供し得るようにすることにある。
設定された角度で直流電流を通流し、その期間の回転子
の回転角度の変化から発生トルクの大きさを検出するよ
うにしているので、以下の如き問題がある。回転角度
の変化を正確に検出するには、通流を開始する時の速度
と加速度を正確に零にしておく必要があるので、次に設
定角度を切り換えるためには充分な時間をおかなければ
ならず、検出時間が長くなる。負荷のイナーシャや摩
擦トルクが未知の場合には、最適な直流電流の振幅を決
定することが困難である。したがって、この発明の課題
は回転子位置検出によって回転する角度を最小にすると
ともに、励磁開始時の過渡現象によってモータが大きく
回転しないようにし、回転子位置検出を安定かつ短時間
に行ない、実用的な磁極センサなしのブラシレスモータ
駆動装置を提供し得るようにすることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】 このような課題を解決
するため、第１の発明では、固定子巻線と永久磁石を持
つ回転子とからなる３相ブラシレスモータと、その回転
子軸に取りつけられたエンコーダと、このエンコーダか
ら発せられるパルスを計数する計数手段と、前記モータ
に対して電圧指令または電流指令と周波数指令とを与え
る制御装置と、これらの指令を増幅して前記３相ブラシ
レスモータを駆動する電力増幅器と、モータを制御する
モードとその回転子位置の検出モードとの選択を行なう
スイッチとを備えたブラシレスモータ制御装置における
回転子位置の検出方法であって、前記スイッチにより回
転子位置の検出モードにした時は、前記制御装置から電
力増幅器を介して、モータの固定子巻線に所定の回転角
度の回転磁界が生じるように所定の周波数指令を与えて
３相交流励磁し、その結果発生する同じ周波数の微少振
動を前記エンコーダおよび計数手段を介して検出し、励
磁信号と発生トルクまたは微少振動によって生じる回転
角度信号または回転角速度信号との位相差から前記モー
タの回転子位置を検出することを特徴としている。第２
の発明では、第１の発明における位相差の検出を前記回
転角速度信号が正または負の最大値となる時点で行なう
ことを特徴としている。
するため、第１の発明では、固定子巻線と永久磁石を持
つ回転子とからなる３相ブラシレスモータと、その回転
子軸に取りつけられたエンコーダと、このエンコーダか
ら発せられるパルスを計数する計数手段と、前記モータ
に対して電圧指令または電流指令と周波数指令とを与え
る制御装置と、これらの指令を増幅して前記３相ブラシ
レスモータを駆動する電力増幅器と、モータを制御する
モードとその回転子位置の検出モードとの選択を行なう
スイッチとを備えたブラシレスモータ制御装置における
回転子位置の検出方法であって、前記スイッチにより回
転子位置の検出モードにした時は、前記制御装置から電
力増幅器を介して、モータの固定子巻線に所定の回転角
度の回転磁界が生じるように所定の周波数指令を与えて
３相交流励磁し、その結果発生する同じ周波数の微少振
動を前記エンコーダおよび計数手段を介して検出し、励
磁信号と発生トルクまたは微少振動によって生じる回転
角度信号または回転角速度信号との位相差から前記モー
タの回転子位置を検出することを特徴としている。第２
の発明では、第１の発明における位相差の検出を前記回
転角速度信号が正または負の最大値となる時点で行なう
ことを特徴としている。
【０００５】第３の発明では、第１または第２の発明に
おいて３相交流励磁するための周波数指令を、最初は充
分高い周波数から時間の経過とともに徐々に低減して行
き、予め定めた所定の周波数、または励磁による微小振
動にもとづく回転角度の変動もしくは回転角度が所定の
振幅となった時点で周波数指令の低減を中止し、この時
点から回転子位置の検出を開始することを特徴としてい
る。また、第４の発明では、第１または第２の発明にお
いて３相交流励磁するための電圧指令または電流指令
を、最初は零またはこれに等しい充分小さな値から時間
の経過とともに徐々に増大して行き、励磁による微小振
動にもとづく回転角度の変動または回転角度が所定の振
幅となった時点で電圧指令または電流指令の増大を中止
し、この時点から回転子位置の検出を開始することを特
徴としている。
おいて３相交流励磁するための周波数指令を、最初は充
分高い周波数から時間の経過とともに徐々に低減して行
き、予め定めた所定の周波数、または励磁による微小振
動にもとづく回転角度の変動もしくは回転角度が所定の
振幅となった時点で周波数指令の低減を中止し、この時
点から回転子位置の検出を開始することを特徴としてい
る。また、第４の発明では、第１または第２の発明にお
いて３相交流励磁するための電圧指令または電流指令
を、最初は零またはこれに等しい充分小さな値から時間
の経過とともに徐々に増大して行き、励磁による微小振
動にもとづく回転角度の変動または回転角度が所定の振
幅となった時点で電圧指令または電流指令の増大を中止
し、この時点から回転子位置の検出を開始することを特
徴としている。
【０００６】
【作用】ブラシレスモータにおいて発生するトルクは、
回転子の磁極が作る磁束と固定子巻線に流れる電流を空
間ベクトルでとらえた場合、その外積となる。したがっ
て、回転子が回転しない状態で３相交流励磁すると電流
ベクトルのみが回転し、発生トルクの振幅は励磁周波数
で振動する。この発生トルクが振動する位相は、回転子
が停止している空間角度で一義的に定まる。したがっ
て、モータの或る相電流に対して振動トルクの位相差を
測定することにより、回転子位置を検出することが可能
である。このことを、式と図を用いて以下に説明する。
回転子の磁極が作る磁束と固定子巻線に流れる電流を空
間ベクトルでとらえた場合、その外積となる。したがっ
て、回転子が回転しない状態で３相交流励磁すると電流
ベクトルのみが回転し、発生トルクの振幅は励磁周波数
で振動する。この発生トルクが振動する位相は、回転子
が停止している空間角度で一義的に定まる。したがっ
て、モータの或る相電流に対して振動トルクの位相差を
測定することにより、回転子位置を検出することが可能
である。このことを、式と図を用いて以下に説明する。
【０００７】まず、回転角度θとトルクＴとの関係を示
す機械系の運動方程式を（１）式のように仮定する。 Ｔ＝Ｊ×（ｄ2 θ／ｄｔ2 ） Ｊ：慣性モーメント〔Ｋｇ・ｍ2 〕 …（１） いま、固定子巻線をある角周波数で３相交流励磁すると
電流ベクトルは同じ角周波数で回転し、回転子は停止し
たままとすると、発生トルクは（２）式で与えられる。 Ｔ＝Ｋ｜ｉ｜ｓｉｎ（ωｔ−α） …（２） ここに、Ｋはトルク定数〔Ｋｇ・ｍ／Ａ〕、｜ｉ｜は電
流ベクトルの振幅、ωは励磁角周波数で、αはωｔ＝０
における電流ベクトル（ｉ）と磁束ベクトルとのなす角
度を示す。（１）式を（２）式に代入すると、交流励磁
による回転角加速度ｄ2 θ／ｄｔ2 ，回転角速度ｄθ／
ｄｔおよび回転角度θを（３），（４）および（５）式
のように求めることができる。なお、（４）式，（５）
式の回転角速度，回転角度はαに依存する初期値を持つ
が、式が煩雑となるので、ここでは省略して考えること
とする。 ｄ2 θ／ｄｔ2 ＝（Ｋ｜ｉ｜／Ｊ）×ｓｉｎ（ωｔ−α） …（３） ｄθ／ｄｔ ＝−（Ｋ｜ｉ｜／Ｊω）×ｃｏｓ（ωｔ−α） …（４） θ ＝−（Ｋ｜ｉ｜／Ｊω2 ）×ｓｉｎ（ωｔ−α） …（５）
す機械系の運動方程式を（１）式のように仮定する。 Ｔ＝Ｊ×（ｄ2 θ／ｄｔ2 ） Ｊ：慣性モーメント〔Ｋｇ・ｍ2 〕 …（１） いま、固定子巻線をある角周波数で３相交流励磁すると
電流ベクトルは同じ角周波数で回転し、回転子は停止し
たままとすると、発生トルクは（２）式で与えられる。 Ｔ＝Ｋ｜ｉ｜ｓｉｎ（ωｔ−α） …（２） ここに、Ｋはトルク定数〔Ｋｇ・ｍ／Ａ〕、｜ｉ｜は電
流ベクトルの振幅、ωは励磁角周波数で、αはωｔ＝０
における電流ベクトル（ｉ）と磁束ベクトルとのなす角
度を示す。（１）式を（２）式に代入すると、交流励磁
による回転角加速度ｄ2 θ／ｄｔ2 ，回転角速度ｄθ／
ｄｔおよび回転角度θを（３），（４）および（５）式
のように求めることができる。なお、（４）式，（５）
式の回転角速度，回転角度はαに依存する初期値を持つ
が、式が煩雑となるので、ここでは省略して考えること
とする。 ｄ2 θ／ｄｔ2 ＝（Ｋ｜ｉ｜／Ｊ）×ｓｉｎ（ωｔ−α） …（３） ｄθ／ｄｔ ＝−（Ｋ｜ｉ｜／Ｊω）×ｃｏｓ（ωｔ−α） …（４） θ ＝−（Ｋ｜ｉ｜／Ｊω2 ）×ｓｉｎ（ωｔ−α） …（５）
【０００８】ここで、図６に示す如く回転子の永久磁石
１０が３相固定子巻線１１〜１３に対して図示のような
位置にあるものとしたときに（α＝π／２）、Ｕ相巻線
１１に図７（イ）のような電流（励磁電流）を流すと、
モータの発生トルク，回転角速度および回転角度は図７
（ロ），（ハ）および（ニ）のようになる。つまり、励
磁周波数で正弦波状に変化するトルクと、励磁電流との
位相差は停止している磁極位置によって変化することが
わかる。したがって、この発生トルクまたはこれによっ
て生じる微小振動の回転角速度または回転角度を検出
し、これと励磁電流との位相差から磁極位置を検出でき
ることになる。なお、以上の説明では微小振動によって
回転子の位置が変化し、これによって発生トルクが変化
することを無視しているが、回転角度の変化は充分に小
さいので、このようにしても実用上は何ら問題は生じな
い。
１０が３相固定子巻線１１〜１３に対して図示のような
位置にあるものとしたときに（α＝π／２）、Ｕ相巻線
１１に図７（イ）のような電流（励磁電流）を流すと、
モータの発生トルク，回転角速度および回転角度は図７
（ロ），（ハ）および（ニ）のようになる。つまり、励
磁周波数で正弦波状に変化するトルクと、励磁電流との
位相差は停止している磁極位置によって変化することが
わかる。したがって、この発生トルクまたはこれによっ
て生じる微小振動の回転角速度または回転角度を検出
し、これと励磁電流との位相差から磁極位置を検出でき
ることになる。なお、以上の説明では微小振動によって
回転子の位置が変化し、これによって発生トルクが変化
することを無視しているが、回転角度の変化は充分に小
さいので、このようにしても実用上は何ら問題は生じな
い。
【０００９】
【実施例】図１にこの発明の実施例を示す。同図に示す
ように、回転子が永久磁石からなるブラシレスモータ
１、その回転子に結合されたエンコーダ（ＰＥ）２、指
令された電流をモータ１に供給する電力変換器を含む電
力増幅器３、この電力増幅器３に電流指令値を与える制
御装置４およびエンコーダ２により検出されたパルス
（２相パルスＡ，Ｂ）を与えられて、サンプリング周期
内の回転角度信号を出力するパルス処理回路５などから
構成される。制御装置４はモータ１の通常の制御を行な
う部分と、磁極位置検出を行なう部分とを内蔵してい
る。すなわち、通常の制御を行なう部分は、サンプリン
グ周期内のエンコーダパルス数Δθより速度ｎを検出す
る速度検出部４０、そのΔθを積分して回転角度θを演
算する回転角度演算部（積分器）４１Ａ、加算器４２に
より速度指令値と速度検出値（実際値）との誤差を演算
し、これを入力としてトルク指令電流値ｉT * を演算す
る速度調節器（ＡＳＲ）４３、トルク電流指令値ｉT *
をモータ１の各相電流指令値に変換するベクトル回転器
４４、検出した磁極位置信号φ0 と回転角度θとを加算
し、ベクトル回転器４４に与える角度φを演算する加算
器４５などから構成される。
ように、回転子が永久磁石からなるブラシレスモータ
１、その回転子に結合されたエンコーダ（ＰＥ）２、指
令された電流をモータ１に供給する電力変換器を含む電
力増幅器３、この電力増幅器３に電流指令値を与える制
御装置４およびエンコーダ２により検出されたパルス
（２相パルスＡ，Ｂ）を与えられて、サンプリング周期
内の回転角度信号を出力するパルス処理回路５などから
構成される。制御装置４はモータ１の通常の制御を行な
う部分と、磁極位置検出を行なう部分とを内蔵してい
る。すなわち、通常の制御を行なう部分は、サンプリン
グ周期内のエンコーダパルス数Δθより速度ｎを検出す
る速度検出部４０、そのΔθを積分して回転角度θを演
算する回転角度演算部（積分器）４１Ａ、加算器４２に
より速度指令値と速度検出値（実際値）との誤差を演算
し、これを入力としてトルク指令電流値ｉT * を演算す
る速度調節器（ＡＳＲ）４３、トルク電流指令値ｉT *
をモータ１の各相電流指令値に変換するベクトル回転器
４４、検出した磁極位置信号φ0 と回転角度θとを加算
し、ベクトル回転器４４に与える角度φを演算する加算
器４５などから構成される。
【００１０】これに対し、磁極位置検出のための制御部
分は、磁極検出時にトルク電流指令値ｉT ’と励磁周波
数に対応した回転角速度指令ω’を出力する指令部４
６、この回転角速度指令ω’を積分して励磁の角度φ’
を得る積分器４１Ｂ、磁極位置検出中の回転角度θまた
は回転速度検出値ｎと回転角度指令φ’との位相差を検
出し磁極位置信号φ0 を出力する検出部４７、磁極位置
検出モードと通常の運転モードとで切り換えられるスイ
ッチ４８，４９などより構成される。これらのスイッチ
を切り換えることにより 磁極位置検出モードと通常の
制御モードのいずれかが選択されることになるが、磁極
位置検出をせずに通常の制御はできないので、一般には
制御装置４に電源が投入された直後に磁極位置検出モー
ドを実行し、磁極位置を検出した後、通常の制御を行な
うような始動時のシーケンスを予め用意しておくことと
する。また、ここでは３相交流励磁するに当たり、電流
指令値を電力増幅器３に与え、電流を制御することで行
なっているが、電圧指令を与えて電圧制御を行なう電力
増幅器を用いるようにしても良い。また、励磁電流の位
相を検出するに当たり、電流指令値または実際値のいず
れを用いても本質的な差異はないものである。
分は、磁極検出時にトルク電流指令値ｉT ’と励磁周波
数に対応した回転角速度指令ω’を出力する指令部４
６、この回転角速度指令ω’を積分して励磁の角度φ’
を得る積分器４１Ｂ、磁極位置検出中の回転角度θまた
は回転速度検出値ｎと回転角度指令φ’との位相差を検
出し磁極位置信号φ0 を出力する検出部４７、磁極位置
検出モードと通常の運転モードとで切り換えられるスイ
ッチ４８，４９などより構成される。これらのスイッチ
を切り換えることにより 磁極位置検出モードと通常の
制御モードのいずれかが選択されることになるが、磁極
位置検出をせずに通常の制御はできないので、一般には
制御装置４に電源が投入された直後に磁極位置検出モー
ドを実行し、磁極位置を検出した後、通常の制御を行な
うような始動時のシーケンスを予め用意しておくことと
する。また、ここでは３相交流励磁するに当たり、電流
指令値を電力増幅器３に与え、電流を制御することで行
なっているが、電圧指令を与えて電圧制御を行なう電力
増幅器を用いるようにしても良い。また、励磁電流の位
相を検出するに当たり、電流指令値または実際値のいず
れを用いても本質的な差異はないものである。
【００１１】図１における磁極位置検出方法について説
明する。すなわち、スイッチ４８，４９を図示の位置に
した状態で、指令部４６からトルク電流指令値ｉT ’と
励磁周波数に対応した回転角速度度ω’を指令し、この
回転角速度指令ω’から積分器４１Ｂによって回転角度
φ’を求め、これとトルク電流指令値ｉT ’とをベクト
ル回転器４４に与え、電力増幅器３を介してモータ１を
駆動すると上述の如き微小振動が生じるので、これに伴
って発生するエンコーダ２からの発生パルスをパルス処
理回路５により処理して速度検出部４０および回転角度
演算部４１Ａに与え、さらにこれらの出力を検出部４７
へ入力することにより、図７について説明した如き原理
にもとづき、回転角度θまたは回転速度検出値ｎと回転
角度指令φ’との位相差、つまり磁極位置信号φ0を得
ることができる。
明する。すなわち、スイッチ４８，４９を図示の位置に
した状態で、指令部４６からトルク電流指令値ｉT ’と
励磁周波数に対応した回転角速度度ω’を指令し、この
回転角速度指令ω’から積分器４１Ｂによって回転角度
φ’を求め、これとトルク電流指令値ｉT ’とをベクト
ル回転器４４に与え、電力増幅器３を介してモータ１を
駆動すると上述の如き微小振動が生じるので、これに伴
って発生するエンコーダ２からの発生パルスをパルス処
理回路５により処理して速度検出部４０および回転角度
演算部４１Ａに与え、さらにこれらの出力を検出部４７
へ入力することにより、図７について説明した如き原理
にもとづき、回転角度θまたは回転速度検出値ｎと回転
角度指令φ’との位相差、つまり磁極位置信号φ0を得
ることができる。
【００１２】ところで、図７に示す各波形は理想的な状
態を示したものであり、実際には種々の原因により歪を
生じる。特に、図１のような場合には、回転角度や回転
角速度の零点を検出し、これと電流指令との角度を位相
差とするのが一般的である。しかし、例えばモータのコ
ギングトルク（モータの形状によって生じるトルクリプ
ル）の影響や回転方向で摩擦係数が変化したりすると、
回転角度の変化が完全な正弦波にならない場合がある。
また、回転角速度は単位時間当たりの回転角度の変化か
ら求めているが、回転角度は回転角度の離散信号である
エンコーダパルスから検出しているので、零速度近傍の
検出は困難で、速度零付近で歪を生じることになる。そ
こで、励磁の１周期内で回転角速度（ｄθ／ｄｔ）が正
または負の最大値となる点（図７（ハ）のＰ１またはＰ
２参照）を検出し、この点の励磁電流に対する角度から
磁極位置を検出するようにすれば、上述のごとき不都合
を解消することができる。したがって、図１の検出部４
７でこのような手法を採用することにより、より現実に
即した検出が可能となる。
態を示したものであり、実際には種々の原因により歪を
生じる。特に、図１のような場合には、回転角度や回転
角速度の零点を検出し、これと電流指令との角度を位相
差とするのが一般的である。しかし、例えばモータのコ
ギングトルク（モータの形状によって生じるトルクリプ
ル）の影響や回転方向で摩擦係数が変化したりすると、
回転角度の変化が完全な正弦波にならない場合がある。
また、回転角速度は単位時間当たりの回転角度の変化か
ら求めているが、回転角度は回転角度の離散信号である
エンコーダパルスから検出しているので、零速度近傍の
検出は困難で、速度零付近で歪を生じることになる。そ
こで、励磁の１周期内で回転角速度（ｄθ／ｄｔ）が正
または負の最大値となる点（図７（ハ）のＰ１またはＰ
２参照）を検出し、この点の励磁電流に対する角度から
磁極位置を検出するようにすれば、上述のごとき不都合
を解消することができる。したがって、図１の検出部４
７でこのような手法を採用することにより、より現実に
即した検出が可能となる。
【００１３】図２は図１に示す指令部の具体例を示すブ
ロック図、図３はその動作を説明するための説明図であ
る。これは、トルク電流指令値ｉT ’の設定器４６１、
励磁周波数の初期値（図３のω０参照）の設定器４６
２、励磁周波数を低減するために単位時間当たりの低減
周波数（図３のΔω参照）の設定器４６３、その出力を
順次積分する積分器４６４、周波数の低減を一定値に制
限する（低減を停止する）ためのリミッタ４６５、周波
数の初期値から低減周波数を差し引いて励磁のための角
速度ω’を出力する加算器４６６等からなり、３相交流
励磁する周波数を図３の実線のように、最初は充分高い
周波数から時間の経過とともに徐々に低減して行き、予
め定めた所定の周波数、または励磁による微小振動にも
とづく回転角度の変動もしくは回転角速度が所定の振幅
となった時点ｔ０で周波数の低減を中止し、この時点か
ら回転子位置の検出を開始するようにしたものである。
このようにすれば、磁極位置検出モードの開始時の励磁
周波数は高いことから、先の（４），（５）式からも明
らかなように、微小振動によって生じる回転角速度，回
転角度ともに小さいため、開始時の過渡現象の影響も少
なく、安定かつ円滑な検出が可能となる。
ロック図、図３はその動作を説明するための説明図であ
る。これは、トルク電流指令値ｉT ’の設定器４６１、
励磁周波数の初期値（図３のω０参照）の設定器４６
２、励磁周波数を低減するために単位時間当たりの低減
周波数（図３のΔω参照）の設定器４６３、その出力を
順次積分する積分器４６４、周波数の低減を一定値に制
限する（低減を停止する）ためのリミッタ４６５、周波
数の初期値から低減周波数を差し引いて励磁のための角
速度ω’を出力する加算器４６６等からなり、３相交流
励磁する周波数を図３の実線のように、最初は充分高い
周波数から時間の経過とともに徐々に低減して行き、予
め定めた所定の周波数、または励磁による微小振動にも
とづく回転角度の変動もしくは回転角速度が所定の振幅
となった時点ｔ０で周波数の低減を中止し、この時点か
ら回転子位置の検出を開始するようにしたものである。
このようにすれば、磁極位置検出モードの開始時の励磁
周波数は高いことから、先の（４），（５）式からも明
らかなように、微小振動によって生じる回転角速度，回
転角度ともに小さいため、開始時の過渡現象の影響も少
なく、安定かつ円滑な検出が可能となる。
【００１４】図４は図１に示す指令部の別の具体例を示
すブロック図、図５はその動作を説明するための説明図
である。すなわち、励磁周波数ω’の設定器４６１’、
トルク電流指令値ｉT ’を徐々に大きくするための単位
時間当たりの変化量（図５のΔｉT ’参照）の設定器４
６２’、その出力を積分する積分器４６３’、およびト
ルク電流指令値を一定値に制限する（大きくなることを
停止する）ためのリミッタ４６４’等から構成され、３
相交流励磁する電圧または電流を図５のように、最初は
零またはこれに等しい充分に小さい値から時間の経過と
ともに徐々に増大して行き、微小振動による回転角度の
変動または回転角速度が所定の振幅となった時点ｔ０で
電圧または電流の増大を中止し、この時点から回転子位
置の検出を開始するようにしたものである。このように
すれば、磁極位置検出モードの開始時の励磁電流は小さ
いことから、この場合も先の（４），（５）式からも明
らかなように、微小振動によって生じる回転角速度，回
転角度ともに小さいため、開始時の過渡現象の影響も少
なく、安定かつ円滑な検出が可能となる。なお、第２
図，第４図の実施例では励磁周波数の減少量ω、および
徐々に増加させる励磁電流ｉT ’をそれぞれ演算するた
めに積分器を用い、時間に比例してこれらを変化させる
ようにしているが、励磁開始時点から周波数を減少させ
たりあるいは電流を増加させたりすることによって、上
述のような効果が得られるものである。したがって、変
化させる周波数や電流を時間の関数とすれば良く、その
場合の関数としては、例えば平方根，自乗，指数関数等
がある。
すブロック図、図５はその動作を説明するための説明図
である。すなわち、励磁周波数ω’の設定器４６１’、
トルク電流指令値ｉT ’を徐々に大きくするための単位
時間当たりの変化量（図５のΔｉT ’参照）の設定器４
６２’、その出力を積分する積分器４６３’、およびト
ルク電流指令値を一定値に制限する（大きくなることを
停止する）ためのリミッタ４６４’等から構成され、３
相交流励磁する電圧または電流を図５のように、最初は
零またはこれに等しい充分に小さい値から時間の経過と
ともに徐々に増大して行き、微小振動による回転角度の
変動または回転角速度が所定の振幅となった時点ｔ０で
電圧または電流の増大を中止し、この時点から回転子位
置の検出を開始するようにしたものである。このように
すれば、磁極位置検出モードの開始時の励磁電流は小さ
いことから、この場合も先の（４），（５）式からも明
らかなように、微小振動によって生じる回転角速度，回
転角度ともに小さいため、開始時の過渡現象の影響も少
なく、安定かつ円滑な検出が可能となる。なお、第２
図，第４図の実施例では励磁周波数の減少量ω、および
徐々に増加させる励磁電流ｉT ’をそれぞれ演算するた
めに積分器を用い、時間に比例してこれらを変化させる
ようにしているが、励磁開始時点から周波数を減少させ
たりあるいは電流を増加させたりすることによって、上
述のような効果が得られるものである。したがって、変
化させる周波数や電流を時間の関数とすれば良く、その
場合の関数としては、例えば平方根，自乗，指数関数等
がある。
【００１５】
【発明の効果】この発明によれば、３相ブラシレスモー
タ内に回転磁界は発生するが回転子は回転しないような
周波数で３相交流励磁し、その結果発生する振動トルク
またはその発生トルクによって生じる微小振動の回転角
度または回転角速度の位相と、交流励磁している電圧ま
たは電流との位相差を検出することで磁極位置を検出す
るようにしたので、一回の励磁で磁極位置を検出するこ
とができて検出所要時間が小さくなり、しかも検出時の
回転子の回転角度を極めて小さくすることが可能となる
利点が得られる。また、位相差を検出するに当たり、微
小振動による回転角速度の正または負の最大値の励磁電
流または電圧の位相から位相差を検出するようにすれ
ば、磁極位置の検出精度を向上させることができる。さ
らに、３相交流励磁の開始時には励磁周波数を高くして
おき、これを時間の経過とともに徐々に下げるようにす
れば、交流励磁開始時の過渡現象による回転角度の大き
な変動をなくすことができる。また、３相交流励磁の開
始時に励磁電流または電圧を小さくしておき、時間の経
過とともに徐々に上げるようにすることで、交流励磁開
始時の過渡現象による回転角度の大きな変動をなくすこ
とが可能となる。
タ内に回転磁界は発生するが回転子は回転しないような
周波数で３相交流励磁し、その結果発生する振動トルク
またはその発生トルクによって生じる微小振動の回転角
度または回転角速度の位相と、交流励磁している電圧ま
たは電流との位相差を検出することで磁極位置を検出す
るようにしたので、一回の励磁で磁極位置を検出するこ
とができて検出所要時間が小さくなり、しかも検出時の
回転子の回転角度を極めて小さくすることが可能となる
利点が得られる。また、位相差を検出するに当たり、微
小振動による回転角速度の正または負の最大値の励磁電
流または電圧の位相から位相差を検出するようにすれ
ば、磁極位置の検出精度を向上させることができる。さ
らに、３相交流励磁の開始時には励磁周波数を高くして
おき、これを時間の経過とともに徐々に下げるようにす
れば、交流励磁開始時の過渡現象による回転角度の大き
な変動をなくすことができる。また、３相交流励磁の開
始時に励磁電流または電圧を小さくしておき、時間の経
過とともに徐々に上げるようにすることで、交流励磁開
始時の過渡現象による回転角度の大きな変動をなくすこ
とが可能となる。
【図１】この発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】図１に示す指令部の具体例を示すブロック図で
ある。
ある。
【図３】図２の動作を説明するための説明図である。
【図４】図１に示す指令部の別の具体例を示すブロック
図である。
図である。
【図５】図４の動作を説明するための説明図である。
【図６】永久磁石と固定子巻線との関係を説明するため
の説明図である。
の説明図である。
【図７】この発明の原理を説明するための波形図であ
る。
る。
１ ブラシレスモータ ２ エンコーダ（ＰＥ） ３ 電力増幅器 ４ 制御装置 ５ パルス処理回路 １０ 永久磁石 １１ 固定子巻線 １２ 固定子巻線 １３ 固定子巻線 ４０ 速度検出部 ４２ 加算器 ４３ 速度調節器 ４４ ベクトル回転器 ４５ 加算器 ４６ 指令部 ４７ 検出部 ４８ スイッチ ４９ スイッチ ４１Ａ 積分器（回転角度演算部） ４１Ｂ 積分器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中山 智晴 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 柳瀬 孝雄 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−59783（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−1290（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−241388（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−118785（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02P 6/20
Claims (4)
- 【請求項１】 固定子巻線と永久磁石を持つ回転子とか
らなる３相ブラシレスモータと、その回転子軸に取りつ
けられたエンコーダと、このエンコーダから発せられる
パルスを計数する計数手段と、前記モータに対して電圧
指令または電流指令と周波数指令とを与える制御装置
と、これらの指令を増幅して前記３相ブラシレスモータ
を駆動する電力増幅器と、モータを制御するモードとそ
の回転子位置の検出モードとの選択を行なうスイッチと
を備えたブラシレスモータ制御装置における回転子位置
の検出方法であって、前記スイッチにより回転子位置の検出モードにした時
は、 前記制御装置から電力増幅器を介して、モータの固
定子巻線に所定の回転角度の回転磁界が生じるように所
定の周波数指令を与えて３相交流励磁し、その結果発生
する同じ周波数の微少振動を前記エンコーダおよび計数
手段を介して検出し、励磁信号と発生トルクまたは微少
振動によって生じる回転角度信号または回転角速度信号
との位相差から前記モータの回転子位置を検出すること
を特徴とするブラシレスモータの回転子位置検出方法。 - 【請求項２】 前記モータの回転子位置を励磁信号と回
転角速度信号との位相差から検出する際には、前記位相
差の検出を前記回転角速度信号が正または負の最大値と
なる時点で行なうことを特徴とする請求項１に記載のブ
ラシレスモータの回転子位置検出方法。 - 【請求項３】 前記３相交流励磁するための周波数指令
を、最初は充分高い周波数から時間の経過とともに徐々
に低減して行き、予め定めた所定の周波数、または励磁
による微少振動にもとづく回転角度の変動もしくは回転
角速度が所定の振幅となった時点で周波数指令の低減を
中止し、この時点から回転子位置の検出を開始すること
を特徴とする請求項１または２に記載のブラシレスモー
タの回転子位置検出方法。 - 【請求項４】 前記３相交流励磁するための電圧指令ま
たは電流指令を、最初は零またはこれに等しい充分小さ
な値から時間の経過とともに徐々に増大して行き、励磁
による微少振動にもとづく回転角度の変動または回転角
速度が所定の振幅となった時点で電圧指令または電流指
令の増大を中止し、この時点から回転子位置の検出を開
始することを特徴とする請求項１または２に記載のブラ
シレスモータの回転子位置検出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03178877A JP3114817B2 (ja) | 1991-06-25 | 1991-06-25 | ブラシレスモータの回転子位置検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03178877A JP3114817B2 (ja) | 1991-06-25 | 1991-06-25 | ブラシレスモータの回転子位置検出方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH053695A JPH053695A (ja) | 1993-01-08 |
| JP3114817B2 true JP3114817B2 (ja) | 2000-12-04 |
Family
ID=16056263
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03178877A Expired - Fee Related JP3114817B2 (ja) | 1991-06-25 | 1991-06-25 | ブラシレスモータの回転子位置検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3114817B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003235284A (ja) * | 2002-02-04 | 2003-08-22 | Yaskawa Electric Corp | 電動機の制御方法およびその制御装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0729512A (ja) * | 1993-05-14 | 1995-01-31 | Toshiba Corp | カラー受像管 |
-
1991
- 1991-06-25 JP JP03178877A patent/JP3114817B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003235284A (ja) * | 2002-02-04 | 2003-08-22 | Yaskawa Electric Corp | 電動機の制御方法およびその制御装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH053695A (ja) | 1993-01-08 |
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