JP3518901B2 - Driving method and driving device for brushless DC motor - Google Patents

Driving method and driving device for brushless DC motor

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JP3518901B2
JP3518901B2 JP21607594A JP21607594A JP3518901B2 JP 3518901 B2 JP3518901 B2 JP 3518901B2 JP 21607594 A JP21607594 A JP 21607594A JP 21607594 A JP21607594 A JP 21607594A JP 3518901 B2 JP3518901 B2 JP 3518901B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ブラシレス直流モータ
の駆動方法及びその駆動装置に係り、特にホール素子等
の磁気検出手段を用いることなく回転子の位置検出を行
って駆動制御するいわゆるセンサレス直流ブラシレスモ
ータ駆動方法及びその駆動装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of driving a brushless DC motor and a driving apparatus therefor, and more particularly to a so-called sensorless DC for detecting and controlling the position of a rotor without using magnetic detection means such as a Hall element. The present invention relates to a brushless motor driving method and a driving device thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般にブラシレス直流モータの駆動制御
は、ロータの磁極位置と通流すべき巻線の位置とを密接
に関係付けて行う必要がある。そして、モータの出力ト
ルクは、ロータの有する磁極の磁束とステータの有する
巻線に流す電流との相互作用によって発生する。このた
め、ブラシレス直流モータの駆動は、ロータの磁極から
発生する磁束が最大となる付近に存在する相の巻き線に
電流を流すことにより最大のトルクを発生させてモータ
を回転させるようにすることが必要である。また、ブラ
シレス直流モータの駆動制御は、ロータの磁極位置の回
転に従って、電流を流すべき相を時々刻々に切り替えて
いくことにより行われるが、この相の切り替えである転
流のタイミングが磁極最大位置よりも大幅にずれた場
合、これによって発生するトルクが減少し、最悪の場
合、モータは脱調し停止に至ることになる。従って、ブ
ラシレスモータの駆動制御は、何らかの手段によってロ
ータの磁極位置を検出し、この検出されたロータの磁極
位置に応じて制御する必要がある。
2. Description of the Related Art Generally, drive control of a brushless DC motor needs to be performed by closely associating the magnetic pole position of a rotor with the position of a winding to be passed. The output torque of the motor is generated by the interaction between the magnetic flux of the magnetic pole of the rotor and the current flowing through the winding of the stator. For this reason, in driving a brushless DC motor, the maximum torque is generated by rotating the motor by passing an electric current through the winding of the phase existing in the vicinity of the maximum magnetic flux generated from the magnetic pole of the rotor. is necessary. Further, the drive control of the brushless DC motor is performed by momentarily switching the phase through which the current should flow according to the rotation of the magnetic pole position of the rotor. The timing of commutation, which is the switching of this phase, is the maximum magnetic pole position. If it deviates significantly from this, the torque generated thereby will decrease, and in the worst case, the motor will step out and stop. Therefore, in the drive control of the brushless motor, it is necessary to detect the magnetic pole position of the rotor by some means and control according to the detected magnetic pole position of the rotor.

【0003】一方、この種のセンサレス形ブラシレスモ
ータのロータ磁極位置検出回路に関する従来技術とし
て、例えば、特開昭52- 80415号公報等に記載さ
れた技術が知られている。この従来技術は、ブラシレス
モータの巻き線の誘起電圧をバンドパスフィルタを用い
て遅延させ、フィルタの位相遅延波形と、フィルタ出力
電圧の3相分の中性点との比較により、ブラシレスモー
タの転流タイミングを作成し、このタイミングに基づい
て、モータを駆動するインバータ回路を制御して転流を
行うというものである。
On the other hand, as a conventional technique relating to the rotor magnetic pole position detection circuit of this type of sensorless brushless motor, for example, the technique described in Japanese Patent Laid-Open No. 52-80415 is known. This conventional technique delays the induced voltage of the winding of the brushless motor using a bandpass filter, compares the phase delay waveform of the filter with the neutral point of three phases of the filter output voltage, and Flow timing is created, and the inverter circuit that drives the motor is controlled based on this timing to perform commutation.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記従来技
術ではフィルタを用いてブラシレスモータの誘起電圧の
位相遅延波形を作成している。しかし、このようにフィ
ルタを使用すると、負荷の変動等によりロータに回転脈
動が生じたとき、フィルタの位相遅延が不正確になる。
また、モータの負荷が大きい条件下で、モータの還流電
流が流れたとき、ステータの端子電圧がインバータの直
流電圧に等しくなる時間が増大し、これによってモータ
の誘起電圧をフィルタリングした後のフィルタ出力電圧
に波形歪みが生じ、正確な転流タイミングを得ることが
できなくなる場合がある。
By the way, in the above-mentioned prior art, a phase delay waveform of the induced voltage of the brushless motor is created by using a filter. However, when the filter is used in this way, the phase delay of the filter becomes inaccurate when rotational pulsation occurs in the rotor due to load fluctuation or the like.
Also, under the condition that the motor load is large, when the motor reflux current flows, the time during which the terminal voltage of the stator becomes equal to the DC voltage of the inverter increases, which causes the filter output after filtering the induced voltage of the motor. In some cases, waveform distortion occurs in the voltage, making it impossible to obtain accurate commutation timing.

【0005】更に、モータの1回転中に繰り返し負荷ト
ルクの変動があった場合、モータの出力トルクを一定と
するような制御を行うとモータの回転に速度変動が生
じ、これが振動となってモータの駆動を不安定にさせ、
最悪の場合、モータが停止してしまうこともある。
Further, when the load torque fluctuates repeatedly during one rotation of the motor, if the control is performed so that the output torque of the motor is constant, a fluctuation in speed occurs in the rotation of the motor, which causes a vibration. Destabilize the drive of
In the worst case, the motor may stop.

【0006】これらの問題点を解決するためにインバー
タ回路を用い、パルス幅を変化させて出力交流電圧を可
変に制御する、いわゆるPulse Width Modulation(以下
PWMという)制御により、各相に対する通流期間毎に
その通流率を変え、モータトルクと負荷トルクとを一致
させるようにする駆動方法が考えられる。しかし、この
場合にも、転流タイミングの決定にフィルタを用いる従
来技術を使用すると、各通流期間の通流率の違いがフィ
ルタの出力電圧に反映され、位相遅延が不正確になって
しまう。そして、この不正確さによって、前記の場合と
同様にモータの駆動が不安定になり、最悪の場合、モー
タが停止してしまうという事態になることもある。
In order to solve these problems, an inverter circuit is used to change the pulse width to variably control the output AC voltage, so-called Pulse Width Modulation (hereinafter referred to as PWM) control. A driving method is conceivable in which the flow rate is changed every time and the motor torque and the load torque are matched. However, even in this case, if the conventional technique using the filter for determining the commutation timing is used, the difference in the conduction ratio between the conduction periods is reflected in the output voltage of the filter, and the phase delay becomes inaccurate. . Then, due to this inaccuracy, the driving of the motor becomes unstable as in the case described above, and in the worst case, the motor may stop.

【0007】このように、フィルタを用いて転流タイミ
ングを決定する従来技術にあっては、ロータの正しい位
置の検出ができなくなり、転流のタイミングを磁極位置
と速度とに合致させることができない場合が生じる。転
流のタイミングを磁極位置と速度とに合致させることが
できないと、結局、モータの発生トルクが減少し、モー
タが脱調する場合もでてくる。
As described above, in the prior art in which the commutation timing is determined by using the filter, the correct position of the rotor cannot be detected, and the commutation timing cannot match the magnetic pole position and the speed. There are cases. If the commutation timing cannot be matched with the magnetic pole position and the speed, the generated torque of the motor will eventually decrease, and the motor may step out.

【0008】従って、前記従来技術では、ステータ巻き
線の誘起電圧の他に直流電流値等の別のパラメータを導
入する等、何らかの方法でフィルタ出力の位相遅延の不
正確さからくる転流タイミングの誤差を補正し、ロータ
の磁場が発生する磁束の最大付近に存在する相の巻き線
に電流が流れるように転流のタイミングを決定する必要
があるが、このようにして転流のタイミングを決定する
と、モータの駆動制御が複雑になってします。
Therefore, in the above-mentioned prior art, the commutation timing caused by the inaccuracy of the phase delay of the filter output is introduced by some method such as introducing another parameter such as a direct current value in addition to the induced voltage of the stator winding. It is necessary to correct the error and determine the commutation timing so that the current flows through the winding of the phase existing near the maximum of the magnetic flux generated by the rotor magnetic field, but in this way the commutation timing is determined. Then, the drive control of the motor becomes complicated.

【0009】本発明は、このような従来技術の実情に鑑
みてなされたもので、モータに対する負荷が変動し、そ
れに合わせてモータトルクを変動させるべくさらに通流
期間毎に通流率を変化させる制御を行っている場合に
も、ロータの磁極位置を正しく推定し、モータを停止さ
せることなく的確なタイミングで転流を行い、モータの
1回転中における速度変動を低減し、速度変動によって
生起される振動及び騒音を抑制することができるブラシ
レス直流モータの駆動方法及びその駆動装置を提供する
ことにある。
The present invention has been made in view of the actual situation of the prior art, and the load on the motor is changed, and accordingly, the flow rate is further changed for each flow period so as to change the motor torque. Even when controlling, the magnetic pole position of the rotor is correctly estimated, commutation is performed at an appropriate timing without stopping the motor, the speed fluctuation during one rotation of the motor is reduced, and it is caused by the speed fluctuation. It is an object of the present invention to provide a driving method of a brushless DC motor and a driving apparatus therefor capable of suppressing the vibration and noise caused by the noise.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、第1の手段は、永久磁石と電機子コイルとを有し、
電機子コイルの各相の一端部が共通接続されて構成され
るブラシレス直流モータの駆動方法において、前記電機
子コイルの無通電相の端子電圧を検出し、検出された端
子電圧の時間に対する変化率を求め、求められた変化率
に基づいて転流タイミングを決定することを特徴として
いる。
In order to achieve the above object, the first means has a permanent magnet and an armature coil,
In a method of driving a brushless DC motor configured such that one end of each phase of an armature coil is commonly connected, a terminal voltage of a non-energized phase of the armature coil is detected, and a change rate of the detected terminal voltage with respect to time. Is obtained, and the commutation timing is determined based on the obtained change rate.

【0011】この場合、電機子コイルへの通電の切り換
えはインバータ回路によって行われ、検出不能時のロー
タ位置は、このインバータ回路を制御するPWM信号に
同期して電機子コイルの無通電相の端子電圧の検出を行
い、検出された検出電圧の時間に対する変化率により外
挿補間を行って補間値を求め、この補間値から検出不能
時のロータ位置を連続的に推定して転流タイミングが決
定される。この転流タイミングの決定に際しては、それ
ぞれ隣合う相の前記無通電相の端子電圧の検出値に対す
る外挿補間による補間値が交差する点によって示される
転流時刻が使用される。また、この補間値補間値を基に
推定した転流タイミングにおける電圧値は次回回転時に
反映される。なお、前記外挿補間は、検出電圧の直線性
の良い部分の変化率に基づいて行われる。
In this case, the energization of the armature coil is switched by the inverter circuit, and the rotor position at the time of undetection is synchronized with the PWM signal controlling this inverter circuit and the terminals of the non-energized phase of the armature coil. The voltage is detected, extrapolation is performed by the extrapolation based on the change rate of the detected voltage over time, the interpolated value is obtained, and the rotor position at the time when detection is not possible is continuously estimated from this interpolated value to determine the commutation timing. To be done. When determining the commutation timing, the commutation time indicated by the point where the interpolated value by extrapolation with the detected value of the terminal voltage of the non-conducting phase of the adjacent phase is used. The voltage value at the commutation timing estimated based on the interpolation value is reflected at the next rotation. Note that the extrapolation is performed based on the rate of change of the portion of the detected voltage having good linearity.

【0012】前記端子電圧の検出は、PWM1周期内に
複数回行われ、さらに、この検出回数は、PWM信号の
通流率及び回転数の変化に応じて変更される。また、前
記外挿補間による演算は、2点の有効な誘起電圧情報に
より行われ、有効な誘起電圧を1回も検出できない場合
でも、転流タイミングは、予め転流時毎に前回と今回の
転流時間から次回の転流時間を演算することにより設定
され、モータの駆動が不可能にならないように構成され
ている。
The detection of the terminal voltage is performed a plurality of times within one PWM cycle, and the number of detections is changed according to the change of the PWM signal conduction ratio and the rotation speed. Further, the calculation by the extrapolation is performed based on the effective induced voltage information of two points, and even when the effective induced voltage cannot be detected even once, the commutation timings are set in advance at each commutation time to the previous time and the current time. It is set by calculating the next commutation time from the commutation time, and is configured so that the motor cannot be driven.

【0013】上記目的を達成するため、第2の手段は、
永久磁石と電機子コイルとを有し、電機子コイルの各相
の一端部が共通接続されて構成されるブラシレス直流モ
ータの駆動装置において、前記電機子コイルの無通電相
の端子電圧を選択してアナログ/ディジタル変換する無
通電相端子電圧検出手段と、この無通電相端子電圧検出
手段によって検出された端子電圧からその変化率及び転
流タイミングを推定し、当該推定した転流タイミングに
したがって電機子コイルに通電させてモータを駆動制御
する制御手段とを備えていることを特徴としている。
In order to achieve the above object, the second means is
In a drive device for a brushless DC motor that has a permanent magnet and an armature coil, and one end of each phase of the armature coil is commonly connected, select a terminal voltage of the non-energized phase of the armature coil. Non-conducting phase terminal voltage detecting means for analog / digital conversion by means of the analog and digital conversion, and its rate of change and commutation timing are estimated from the terminal voltage detected by this non-conducting phase terminal voltage detecting means, and the electric machine is operated according to the estimated commutation timing And a control means for controlling the drive of the motor by energizing the child coil.

【0014】この場合、前記無通電相端子電圧検出手段
は、電機子コイルの巻線の内の無通電相の1相を選択す
るセレクタと、このセレクタによって選択された端子の
端子電圧をアナログ/ディジタル変換するアナログ/デ
ィジタル変換器とからなり、前記制御手段は、検出され
た端子電圧から当該検出電圧の時間に対する変化率を求
め、求められた変化率を外挿補間して誘起電圧情報を
得、この誘起電圧情報に基づいてロータの位置を推定
し、推定されたロータの位置に応じて電機子コイルへの
通流タイミングを決定する制御部と、この制御部によっ
て決定された通流タイミングに応じて電機子コイルへの
通電を制御する駆動部とからなる。
In this case, the non-energized phase terminal voltage detecting means selects a non-energized phase one of the windings of the armature coil and a terminal voltage of the terminal selected by the selector by analog / digital. The control means obtains a rate of change of the detected voltage with respect to time from the detected terminal voltage, and extrapolates the obtained rate of change to obtain induced voltage information. , A controller that estimates the position of the rotor based on this induced voltage information, and determines the flow timing to the armature coil according to the estimated position of the rotor, and the flow timing determined by this control unit. Accordingly, the drive unit controls the energization of the armature coil.

【0015】[0015]

【作用】第1の手段によれば、ロータたる永久磁石に対
してステータたる電機子コイルの例えば3相の巻線のう
ち通電されない1相の巻線(電機子コイル)の端子電圧
をサンプリングして検出し、このサンプリングにより検
出された端子電圧の時間に対する変化率に基づいて転流
タインミングを決定してモータを駆動する。
According to the first means, the terminal voltage of the one-phase winding (armature coil) of the three-phase winding of the stator armature coil which is not energized is sampled with respect to the permanent magnet of the rotor. The commutation timing is determined based on the rate of change of the terminal voltage with time detected by the sampling, and the motor is driven.

【0016】サンプリングに際しては、例えばセレクタ
とA/D変換器を使用して、無通電相の電機子コイルの
端子電圧を選択してA/D変換し、A/D変換器により
離散的に取り込まれた電圧値の時間に対する変化率に基
づいて、検出電圧値に対して外挿補間を行うことにより
誘起電圧情報を演算し、その情報により転流タイミング
を演算して、モータを駆動するインバータのドライバを
駆動し、最終的にモータを回転させている。このとき、
取り込んだ検出電圧値、時間は例えばメモリにより記憶
され、その情報と前記電圧値の時間に対する変化率から
転流タイミング等が演算される。なお、モータ駆動のた
めの切り換えには、例えばインバータ回路が使用され
る。
At the time of sampling, for example, a selector and an A / D converter are used to select the terminal voltage of the armature coil in the non-energized phase for A / D conversion, and the A / D converter discretely captures it. The induced voltage information is calculated by extrapolating the detected voltage value based on the rate of change of the detected voltage value with time, and the commutation timing is calculated based on that information to determine the inverter that drives the motor. It drives the driver and finally rotates the motor. At this time,
The captured detected voltage value and time are stored in, for example, a memory, and commutation timing and the like are calculated from the information and the rate of change of the voltage value with time. An inverter circuit, for example, is used for switching for driving the motor.

【0017】第2の手段によれば、無通電相端子電圧検
出手段が電機子コイルの巻線のうち通電されない1相を
選択してA/D変換し、制御手段側に出力する。制御手
段では、無通電相端子電圧検出手段によって検出された
端子電圧から、検出された端子電圧の時間に対する変化
率を求め、求められた変化率を例えば外挿補間して誘起
電圧情報を得、この誘起電圧情報に基づいてロータの位
置を推定し、推定されたロータの位置に応じて電機子コ
イルへの通流タイミングを決定し、例えば駆動部を介し
て決定されたタイミングで電機子コイルへの通電を制御
してモータを駆動する。
According to the second means, the non-energized phase terminal voltage detection means selects one of the windings of the armature coil which is not energized, performs A / D conversion, and outputs it to the control means side. In the control means, from the terminal voltage detected by the non-energized phase terminal voltage detection means, obtain the rate of change of the detected terminal voltage with respect to time, and obtain the induced voltage information by extrapolating the obtained rate of change, for example, The position of the rotor is estimated based on this induced voltage information, and the flow timing to the armature coil is determined according to the estimated position of the rotor, and for example, to the armature coil at the timing determined via the drive unit. The motor is driven by controlling the energization of.

【0018】[0018]

【実施例】以下、本発明によるブラシレス直流モータの
駆動方法の一実施例を図面により詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a method for driving a brushless DC motor according to the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

【0019】図1は本発明による駆動方法が適用される
ブラシレス直流モータのシステム構成を示すブロック
図、図2はモータの端子電圧検出回路図、図3はモータ
に対して理想的な転流タイミングで通流が制御され、モ
ータが一定速度で回転している状態におけるモータの誘
起電圧、検出端子電圧、端子電圧の処理波形を模式化し
て示す説明図、図4は検出端子電圧波形の拡大図、図5
は転流タイミングの位相の進み、遅れを説明するための
処理電圧波形を示す波形図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a system configuration of a brushless DC motor to which the driving method according to the present invention is applied, FIG. 2 is a terminal voltage detection circuit diagram of the motor, and FIG. 3 is an ideal commutation timing for the motor. 4 is an enlarged view of the waveform of the detection terminal voltage, in which the induced voltage of the motor, the detection terminal voltage, and the processing waveform of the terminal voltage are schematically shown when the flow is controlled by the motor and the motor is rotating at a constant speed. , Fig. 5
FIG. 6 is a waveform diagram showing a processed voltage waveform for explaining the advance and delay of the phase of commutation timing.

【0020】実施例に係るブラシレス直流モータシステ
ムは、図1に示すように、直流電源1と、インバータ回
路2と、3相の巻線の内の無通電相の1相を選択するセ
レクタ3と、選択した端子の端子電圧のアナログ値を電
子計算機で演算できるようにディジタル値へ変換するA
/D変換器4と、検出された電圧からその変化率及び転
流時刻を決定し、インバータ回路2を制御するドライバ
に信号を出力する制御部5と、インバータ回路2のドラ
イバ回路部6と、U、V、W相の巻線が一端で結線され
た3相の直流ブラシレスモータのステータ7と、永久磁
石を用いた磁極を有するロータ8と、モータ結合される
負荷9とから構成されている。このシステムにおけるモ
ータの駆動方法は高出力トルクを得ることのできる12
0度通電形駆動とし、また、モータの制御方法は直流電
圧の通流率を制御するいわゆるPWM制御であり、チョ
ッピングを行うスイッチング素子は直流電源1の正電圧
側に接続されているものとする。このとき、PWM周波
数を5kHz、モータの極数を4極とするものを用い
た。なお、チョッピングを行うスイッチング素子は直流
電源1の負電圧側に接続されていてもよく、インバータ
回路2は図には省略されているが、各相の巻線に対応す
るように、3組のスイッチング素子を備えて構成されて
いる。
As shown in FIG. 1, the brushless DC motor system according to the embodiment includes a DC power source 1, an inverter circuit 2, and a selector 3 for selecting one of the non-energized phases among the three-phase windings. , Converts the analog value of the terminal voltage of the selected terminal into a digital value so that it can be calculated by an electronic computer A
A D / D converter 4, a control unit 5 that determines the rate of change and commutation time from the detected voltage, and outputs a signal to a driver that controls the inverter circuit 2, a driver circuit unit 6 of the inverter circuit 2, It is composed of a stator 7 of a three-phase DC brushless motor in which windings of U, V, and W phases are connected at one end, a rotor 8 having magnetic poles using permanent magnets, and a load 9 connected to the motor. . The driving method of the motor in this system can obtain high output torque.
It is assumed that 0-degree energization type drive is used, the motor control method is so-called PWM control for controlling the DC voltage conduction ratio, and the switching element for chopping is connected to the positive voltage side of the DC power supply 1. . At this time, a PWM frequency of 5 kHz and a motor pole number of 4 were used. The switching element for chopping may be connected to the negative voltage side of the DC power supply 1, and although the inverter circuit 2 is not shown in the figure, three sets of coils are provided to correspond to the windings of each phase. It is provided with a switching element.

【0021】一般に、インバータ回路2により全波駆動
される直流モータにおいて、巻線からの有効な誘起電圧
情報は3相の巻線の内の常時1相の通電されていない巻
線からの誘起電圧のみであり、インバータ回路2による
チョッピングが行われていない期間の誘起電圧情報が有
効である。このため、セレクタ3は通流モードに合わせ
て検出される相の端子を切り替えるスイッチング機能を
有し、A/D変換器4はPWM信号に同期してアナログ
値である電圧値をディジタル値に変換するいわゆるA/
D変換機能を有している。
In general, in a direct-current motor that is full-wave driven by the inverter circuit 2, effective induced voltage information from the windings is that the induced voltage from one of the three-phase windings which is not energized at all times. However, the induced voltage information is valid during the period when chopping by the inverter circuit 2 is not performed. Therefore, the selector 3 has a switching function of switching the terminals of the detected phases according to the conduction mode, and the A / D converter 4 converts the analog voltage value into a digital value in synchronization with the PWM signal. So-called A /
It has a D conversion function.

【0022】制御部5は、前述の誘起電圧の検出値を入
力として、それに基づいて電圧の時間に対する変化率即
ち電圧の傾きを算出する機能、この傾きから目的の電圧
の値になるまでの時間を算出する機能、インバータ回路
2のスイッチング素子を制御するドライバー回路6を制
御する信号を出力する機能、及び前述の検出値と傾きを
記憶しておく機能を有するマイクロコンピュータにより
構成される。
The control unit 5 receives the detected value of the induced voltage and calculates the rate of change of the voltage with respect to time, that is, the slope of the voltage based on the detected value, and the time from the slope to the target voltage value. And a function of outputting a signal that controls the driver circuit 6 that controls the switching element of the inverter circuit 2, and a function of storing the above-described detected value and inclination.

【0023】ドライバ回路部6は、制御部5からの信号
に応じてインバータ回路2を構成するスイッチング素子
を駆動する機能を有する。なお、この実施例において
は、制御部5とインバータ回路2のスイッチング素子の
ドライバ回路部6とを別の回路により構成しているが、
これらの機能を一つに纏めたマイクロコンピュータを制
御部として用いてもよい。
The driver circuit section 6 has a function of driving a switching element forming the inverter circuit 2 according to a signal from the control section 5. In this embodiment, the control unit 5 and the driver circuit unit 6 of the switching element of the inverter circuit 2 are formed by different circuits.
A microcomputer in which these functions are integrated may be used as the control unit.

【0024】モータを構成するステータ7は、電流を流
すことによって磁極化される巻線U、V、Wの3相の巻
線をもって構成され、それらの巻線の一端がお互いに結
線されている。ロータ8は、磁極化された永久磁石であ
り、前述したステータ7の順当な磁極位置の変化に応じ
て回転する。また、モータの端子電圧検出回路を示す図
2から分かるように、モータのステータ7のU相、V
相、W相の各端子から誘起電圧を検出する場合に、オペ
アンプ10を用いることにより誘起電圧を分圧し、セレ
クタ3によって検出する1相を選択することにより、A
/D変換器4に最適な誘起電圧情報を送ることができ
る。次に、前述のように構成されるブラシレス直流モー
タにおいて、ステータ7の各巻線が理想的な転流タイミ
ングで通流制御され、モータが一定速度で回転している
ものとして、その動作状態を図3を参照して説明する。
The stator 7 constituting the motor is composed of three-phase windings U, V, W which are magnetically poled by passing an electric current, and one ends of these windings are connected to each other. . The rotor 8 is a permanent magnet having a magnetic pole, and rotates according to the appropriate change in the magnetic pole position of the stator 7 described above. Further, as can be seen from FIG. 2 showing the terminal voltage detection circuit of the motor, the U phase of the stator 7 of the motor, the V
When the induced voltage is detected from each of the W-phase and W-phase terminals, the induced voltage is divided by using the operational amplifier 10, and one phase detected by the selector 3 is selected.
Optimal induced voltage information can be sent to the / D converter 4. Next, in the brushless DC motor configured as described above, it is assumed that each winding of the stator 7 is controlled to flow at an ideal commutation timing and the motor is rotating at a constant speed. This will be described with reference to FIG.

【0025】図3(a)はこの状態の場合に物理現象と
して生じる各相の誘起電圧波形を示す波形図、図3
(b)は全波駆動において検出される各相の巻線の端子
電圧波形を示す波形図、図3(c)は端子電圧波形をP
WM信号に同期して検出して検出不能な点について、検
出値の時間に対する変化量から外挿補間して得ることの
できる信号波形を示す波形図である。
FIG. 3A is a waveform diagram showing the induced voltage waveform of each phase which occurs as a physical phenomenon in this state.
FIG. 3B is a waveform diagram showing the terminal voltage waveforms of the windings of each phase detected in full-wave drive, and FIG.
It is a waveform diagram which shows the signal waveform which can be extrapolated and interpolated from the amount of change with time of a detected value about the point which cannot be detected in synchronization with a WM signal.

【0026】図3に示すように、モータが理想的な転流
タイミングで転流し、一定速度で回転している場合、物
理的現象として図3(a)に示すような逆向きの電圧が
誘起される。この誘起電圧はロータの磁極によって誘起
されるものであり、そのPeakTo Peak値はモータの回転
数に比例し、過渡値はロータの磁極位置と相関して決ま
る。通常、モータの転流タイミングは、この誘起電圧情
報に基づいて決定することができる。
As shown in FIG. 3, when the motor commutates at an ideal commutation timing and rotates at a constant speed, a reverse voltage as shown in FIG. 3A is induced as a physical phenomenon. To be done. This induced voltage is induced by the magnetic pole of the rotor, its Peak To Peak value is proportional to the rotation speed of the motor, and the transient value is determined in correlation with the magnetic pole position of the rotor. Usually, the commutation timing of the motor can be determined based on this induced voltage information.

【0027】即ち、モータの理想的な(最大限に出力を
引き出すことができる)転流タイミングは、それぞれ隣
り合う相の誘起電圧が交差する図示の点tp1及びtp2で
あり、この実施例では、この時の電圧を上に凸な変曲点
である電圧の最大値e(tp1)、下に凸な変曲点である電
圧の最小値e(tp2) として求める。なお、モータが一定
速度で回転している場合、その時の前述の電圧の最大値
と最小値とは、どの隣り合う相においてもほぼ等しくな
る。
That is, the ideal commutation timing (maximum output can be obtained) of the motor is the points tp1 and tp2 shown in the drawing where the induced voltages of the adjacent phases intersect, and in this embodiment, The voltage at this time is obtained as the maximum value e (tp1) of the voltage which is an upward convex inflection point and the minimum value e (tp2) of the voltage which is a downward convex inflection point. When the motor is rotating at a constant speed, the maximum value and the minimum value of the voltage at that time are almost equal in any adjacent phases.

【0028】一方、現実の系として検出できるのは、モ
ータのステータ巻線の端子電圧であり、図3(b)に示
すような波形となる。モータを回転させるために印加す
る駆動電圧と誘起電圧とが混在したものである。そし
て、モータの120度通電形駆動において、有効な誘起
電圧情報は、図3(b)に示す期間Ts であり、常時3
相の内1相のみである。さらに、有効な誘起電圧情報の
期間Ts においても、転流時にフリーホイリングダイオ
ードに電流が流れる区間では、その電位が直流電圧の正
又は負の値に固定され、また、インバータ回路がPWM
信号を行っている時には、チョッピングが行われている
ため、図3(b)に示す様な連続するものとはならな
い。このようなことから、何等かの方法で誘起電圧を検
出し、その情報を基に演算処理を行って転流タイミング
を決定する必要がある。
On the other hand, what can be detected as an actual system is the terminal voltage of the stator winding of the motor, which has a waveform as shown in FIG. 3 (b). The drive voltage and the induced voltage applied to rotate the motor are mixed. Then, in the 120-degree conduction type drive of the motor, the effective induced voltage information is the period Ts shown in FIG.
Only one of the phases. Further, even in the period Ts of effective induced voltage information, the potential is fixed to the positive or negative value of the DC voltage in the section where the current flows through the freewheeling diode during commutation, and the inverter circuit is PWM.
Since chopping is being performed when a signal is being sent, it does not become continuous as shown in FIG. For this reason, it is necessary to detect the induced voltage by some method and perform arithmetic processing based on the information to determine the commutation timing.

【0029】そこで、この実施例では、有効な誘起電圧
情報が、前述したように120度通電形駆動において図
3(b)に示す期間Ts でかつ常時3相の内、1相のみ
からしか得ることができないことから、セレクタ3によ
り通流モードに応じてモータの3相巻線の内の通電して
いない1相を切り替えて選択し、図4に示す検出波形の
拡大図の中に示されているように、インバータ回路2に
おける還流ダイオードに電流が流れておらず、かつ、チ
ョッピングオフの時の端子電圧e(t1)及びe(t2)等をサ
ンプリングすることにより、離散的であるが端子電圧か
ら直接誘起電圧情報をピックアップするようにしてい
る。
Therefore, in this embodiment, effective induced voltage information is obtained from only one phase among the three phases during the period Ts shown in FIG. 3B in the 120-degree conduction type drive as described above. Therefore, the selector 3 switches and selects one of the three phase windings of the motor that is not energized according to the current flow mode, and the selected waveform is shown in the enlarged view of the detected waveform in FIG. As described above, no current is flowing through the freewheeling diode in the inverter circuit 2, and the terminal voltages e (t1) and e (t2) at the time of chopping off are sampled, but are discrete, but The induced voltage information is directly picked up from the voltage.

【0030】なお、ここで離散的といっているのは、モ
ータから得られる誘起電圧情報はPWM信号のON期間
中であるので、PWM信号が可変に変化した場合、A/
D変換のサンプリングポイントも可変に変化させる必要
がある。つまり、A/D変換器を連続して作動させても
有効な情報はPWM信号のON期間でしか得られないこ
とから必然的にサンプリングは離散的になるからであ
る。逆にいえばPWM信号のOFF期間でも有効な誘起
電圧情報が得られれば離散的にサンプリングすることな
く連続的にサンプリングすればよい。
Incidentally, the term “discrete” here means that the induced voltage information obtained from the motor is in the ON period of the PWM signal, so that when the PWM signal variably changes, A /
It is also necessary to variably change the sampling point for D conversion. That is, even if the A / D converter is continuously operated, effective information can be obtained only during the ON period of the PWM signal, so that the sampling is necessarily discrete. Conversely, if effective induced voltage information is obtained even during the OFF period of the PWM signal, continuous sampling may be performed instead of discrete sampling.

【0031】さらに、この実施例では、制御部5で離散
的に得られた誘起電圧情報から電圧の時間に対する変化
率Δv/Δtを算出し、離散値間(図示の波線部分)の
誘起電圧を外挿補間して求め、これを3相分連続的につ
なげて、図3(c)に示すような三角波信号波形を有す
る処理波形を得ている。
Further, in this embodiment, the rate of change Δv / Δt of the voltage with respect to time is calculated from the induced voltage information discretely obtained by the control unit 5, and the induced voltage between discrete values (the broken line portion in the figure) is calculated. Obtained by extrapolation and continuously connected for three phases to obtain a processed waveform having a triangular wave signal waveform as shown in FIG.

【0032】理想的な転流タイミングで各相の巻線に対
する通流が制御され、モータが一定速度で回転している
状態では、図3(c)に示すように、それぞれ隣り合う
相の誘起電圧が交差する点(上に凸な変曲点である電圧
の最大値、下に凸な変曲点である最小値)の電圧が、そ
れぞれどの隣り合う相においてもほぼ一定になり、この
時のこの信号の各変曲点の電圧値から処理波形のemax
及びemin を求めることができる。このことから、最適
な転流タイミングを求めるには、それぞれの相における
誘起電圧を検出し、その時の時間に対する変化率から得
られる誘起電圧がemax 及びemin となる時刻を求めれ
ばよいことになる。また、転流タイミングの位相に遅
れ、進みが生じている場合、図5の(b)及び(c)に
示すように、現在の誘起電圧の変化率による前回転流点
における電圧値e(t'41)及びe(t'42)と前回転流時にお
ける電圧値e(t41) 及びe(t42) の差を取り、現在ある
いは前回の誘起電圧の変化率情報に基づいて前回の転流
時t41及びt42における電圧値e(tpb) の最適値を推定
し比較することにより、前回の転流時間の遅れ、進み時
間Δtbdを推定し、転流時刻誤差を蓄積することなく次
回の転流点において補正を行う。そして、このような補
正を繰り返すことにより、転流タイミングを最終的に最
適な転流時刻に近付けていくことができる。また、誘起
電圧情報は、ロータ8の回転数及び磁極位置に依存する
ため、前述の補正によりモータに回転脈動が生じた場合
においても、この回転脈動によって誘起電圧も変化する
ので常に適正な転流タイミングを推定することができ
る。
In the state where the flow of current to the windings of each phase is controlled at the ideal commutation timing and the motor is rotating at a constant speed, as shown in FIG. The voltage at the point where the voltage intersects (the maximum value of the voltage that is the upward convex inflection point, the minimum value that is the downward convex inflection point) becomes almost constant in each adjacent phase. Of the processed waveform from the voltage value at each inflection point of this signal
And emin can be determined. From this, in order to find the optimum commutation timing, the induced voltage in each phase is detected, and the time at which the induced voltage obtained from the rate of change with respect to time is emax and emin is obtained. When the phase of the commutation timing is delayed or advanced, as shown in (b) and (c) of FIG. 5, the voltage value e (t '41) and e (t'42) and the voltage values e (t41) and e (t42) at the time of the previous rotation are taken, and at the time of the previous commutation based on the current or previous rate of change of the induced voltage. By estimating and comparing the optimum values of the voltage value e (tpb) at t41 and t42, the delay of the previous commutation time and the advance time Δtbd are estimated, and the next commutation point without accumulating the commutation time error. Is corrected in. Then, by repeating such correction, it is possible to finally bring the commutation timing closer to the optimum commutation time. In addition, since the induced voltage information depends on the rotational speed and the magnetic pole position of the rotor 8, even when the motor causes rotational pulsation due to the above-described correction, the induced voltage also changes due to this rotational pulsation, so that proper commutation is always performed. The timing can be estimated.

【0033】以下、前述した転流時刻を求める処理につ
いてさらに詳細に説明する。今、モータに対する負荷9
が、周期的な負荷変動を持たない一定負荷とし、モータ
を定速制御して回転させるものとする。この場合、誘起
電圧として、図4に示すような電圧波形が検出される。
この電圧波形から誘起電圧情報を得るためのサンプリン
グは、インバータ回路2のPWM出力のON期間に同期
し、かつ、転流時のフリーホイリングダイオードに電流
が流れていない期間のみのデータを有効として行われ
る。
The above-mentioned processing for obtaining the commutation time will be described in more detail below. Now the load on the motor 9
However, it is assumed that the motor is rotated at a constant speed with a constant load having no periodic load fluctuation. In this case, a voltage waveform as shown in FIG. 4 is detected as the induced voltage.
Sampling for obtaining the induced voltage information from this voltage waveform validates the data only during the period when the PWM output of the inverter circuit 2 is ON and the current does not flow through the freewheeling diode during commutation. Done.

【0034】そして、前述した無効期間のデータは、検
出した電圧値及び時間からその変化率Δv/Δtを用
い、外挿補間によって算出される。このように、無効期
間の電圧値を外挿補間によって得ることにより、この結
果による時間あるいは電圧から各通流期間毎に連続的に
ロータ位置を推定することが可能となる。
The data of the invalid period is calculated by extrapolation from the detected voltage value and time using the change rate Δv / Δt. In this way, by obtaining the voltage value in the ineffective period by extrapolation interpolation, it is possible to continuously estimate the rotor position for each conduction period from the time or voltage obtained as a result.

【0035】また、転流時刻の推定は、現時刻を基準に
して求めた誘起電圧の変化率Δv/Δtから前回1回転
時に求めておいた上に凸な変曲点である最大値あるい
は、下に凸な変曲点である最小値の電圧になるまでの時
間を基準時間tbmとして算出し、さらに、前回転流点の
情報を基に転流位相の進み、遅れ時間tbdを推定し、前
述の基準時間tbmを前回の転流時刻の進み、遅れを時間
tbdで補正するという方法により行われる。
Further, the commutation time is estimated from the rate of change in induced voltage Δv / Δt obtained on the basis of the present time, which is the maximum value which is the upwardly convex inflection point obtained at the time of one revolution last time, or The time until the minimum voltage, which is a downward convex inflection point, is calculated as the reference time tbm, and the commutation phase advance and delay time tbd are estimated based on the information of the previous rotation flow point, This is performed by a method of correcting the advance and delay of the previous commutation time with respect to the reference time tbm by the time tbd.

【0036】実際には、検出できる領域の電圧値が時間
に対する一次関数の近似式で表されるものとして取り扱
い、時間に対する変化率K=Δv/Δtは、図4に示す
ようにサンプリングした電圧値e(t1)、e(t2)から式
(1)により求める。
In practice, the voltage value in the detectable region is treated as being represented by an approximate expression of a linear function with respect to time, and the rate of change K = Δv / Δt with respect to time is the voltage value sampled as shown in FIG. It is obtained from e (t1) and e (t2) by the equation (1).

【0037】 K=Δv/Δt ={e(t2)−e(t1)}/ (t2 −t1) …(1) 次に、現時刻tn を基準にして前回1回転時に求めてお
いた上に凸な変曲点である最大値の電圧になるまでの時
間である次回転流基準時間tbmを変化率K及び現時刻で
の電圧値e(tn)に基づいて、式(2)により求める。こ
の時、e(tn)は、emax からemin の時間幅の中の最も
直線近似が有効な1/5〜4/5の位置の電圧値とする
ことが望ましい。
K = Δv / Δt = {e (t2) −e (t1)} / (t2−t1) (1) Next, based on the current time tn, the value obtained at the previous one rotation is The next rotational flow reference time tbm, which is the time until the voltage reaches the maximum value which is a convex inflection point, is calculated by the equation (2) based on the change rate K and the voltage value e (tn) at the current time. At this time, it is desirable that e (tn) be a voltage value at a position of 1/5 to 4/5 where the most linear approximation is effective in the time width from emax to emin.

【0038】式(2)は、最大値の場合を記したが、最
小値の場合も同様である。そして、図5(a)に示すよ
うに転流タイミングの位相に、進み、遅れがなければ隣
り合う相の電圧値が転流時刻において一致し、前述した
変化率Kに基づいて連続的にロータ位置を推定し、転流
タイミングを決定することができる。
In the formula (2), the maximum value is described, but the same applies to the minimum value. Then, as shown in FIG. 5A, if the phase of the commutation timing advances and there is no delay, the voltage values of the adjacent phases match at the commutation time, and the rotor is continuously rotated based on the change rate K described above. The position can be estimated and the commutation timing can be determined.

【0039】 tbm={emax −e(tn ) }/K …(2) また、図5(b)、図5(c)に示すように、前回の転
流時に生じた転流位相に遅れ、進みがある場合、その補
正時間tbdは、現在の変化率K及び前回転流時刻を求め
た変化率Kb からそれぞれ前回転流点における電圧値を
推定し、その電圧値が一致する時間とする。即ち、ま
ず、フリーホイリングダイオードに電流が流れている期
間である前回の転流時刻における電圧e(t'41)を式
(3)により推定する。
Tbm = {emax-e (tn)} / K (2) Further, as shown in FIGS. 5B and 5C, the commutation phase generated at the previous commutation is delayed, If there is a lead, the correction time tbd is the time at which the voltage value at the previous rotational flow point is estimated from the current change rate K and the change rate Kb obtained from the previous rotational flow time, and the voltage values match. That is, first, the voltage e (t'41) at the previous commutation time, which is the period during which the current flows through the freewheeling diode, is estimated by the equation (3).

【0040】 e(t'41)=e(tn)−(tn−t41)・K …(3) さらに、予め前回の転流時刻算出に用いた変化率Kb よ
り求めておいた、前回転流時刻における推定電圧e(t4
1) との差を取り、その1/2の点を最適に転流が行わ
れた際の電圧値と想定し、その電圧値と現在の変化率K
から求めた電圧e(t'41)から求められる時間に前回の位
相時間tbd(n-1) を加え次回転流補正時間tbd(n) を式
(4)のように算出し、この結果を前回転流点における
位相遅れ時間とする。この時想定した電圧値は、理想的
な転流タイミングにおける最大電圧値として、次回転流
時に反映させる。
E (t′41) = e (tn) − (tn−t41) · K (3) Further, the pre-rotational flow previously obtained from the change rate Kb used in the previous commutation time calculation. Estimated voltage at time e (t4
1) and the half point is assumed to be the voltage value when optimal commutation is performed, and the voltage value and the current rate of change K
The previous phase time tbd (n-1) is added to the time obtained from the voltage e (t'41) obtained from the above, and the next rotational flow correction time tbd (n) is calculated as shown in equation (4). It is the phase delay time at the previous rotating flow point. The voltage value assumed at this time is reflected in the next rotation flow as the maximum voltage value at the ideal commutation timing.

【0041】 tbd(n) = {e(t'41 ) −e(tpb) }/K +tbd(n-1) …(4) そして、最終的に、次回転流時刻までの時間tb は次回
転流基準時刻tbmを位相遅れ時間tbdで式(5)により
補正した時間となる。
Tbd (n) = {e (t'41) -e (tpb)} / K + tbd (n-1) (4) Finally, the time tb until the next rotational flow time is The rotation flow reference time tbm is the time delayed by the phase delay time tbd according to the equation (5).

【0042】 tb =tbm+tbd(n) …(5) 前述の説明は図5(b)に示す転流位相遅れの場合であ
るが、図5(c)に示すような位相進みの場合、変化率
が負の場合も同様である。
Tb = tbm + tbd (n) (5) Although the above description is for the case of commutation phase delay shown in FIG. 5B, in the case of phase advance as shown in FIG. 5C, the rate of change is The same applies when is negative.

【0043】前述では、検出されたモータの誘起電圧の
変化率から転流時刻を求め、その時刻において時間管理
を行って転流を行っていくとして説明したが、モータの
誘起電圧の変化率は電圧及び時間の情報を持っているの
で、検出された電圧あるいは外挿した電圧を転流タイミ
ングであると推定される電圧値と比較し、その電圧と一
致した場合あるいはその電圧を越えた場合に転流を行う
ような電圧で管理してモータの駆動を制御する方法も有
効である。
In the above description, the commutation time is obtained from the detected change rate of the induced voltage of the motor, and the commutation is performed by managing the time at that time. However, the change rate of the induced voltage of the motor is Since it has voltage and time information, it compares the detected voltage or extrapolated voltage with the voltage value estimated to be the commutation timing, and when it matches or exceeds that voltage. A method of controlling the drive of the motor by controlling with a voltage that causes commutation is also effective.

【0044】即ち、電圧の時間に対する変化率Δv/Δ
tを用いると電圧、時間双方の情報を持っていることか
ら、電圧、時間のどちらでもロータ位置及び転流タイミ
ングの管理ができる。
That is, the rate of change of voltage with time Δv / Δ
When t is used, since both voltage and time information are stored, the rotor position and commutation timing can be controlled by both voltage and time.

【0045】一方、一通流期間(電気角60度内)にお
ける、PWMパルス数S(個)は、回転数N(rpm) 、3
相モータの極数P、PWM周期Tpwm(sec)によって
(6)式より決定される。
On the other hand, the PWM pulse number S (pieces) in one flow period (electrical angle within 60 degrees) is the rotation speed N (rpm), 3
It is determined by the equation (6) by the number of poles P of the phase motor and the PWM cycle Tpwm (sec).

【0046】 S=60・Tpwm /3 ・P・N …(6) 図6は、PWM周期が200(μs)における回転数に
対するPWMパルス数の変化を示したものである。ま
た、電気角60度内のPWMパルス数は、回転数の大き
さに依存し、図6に示すように低速回転域では、電気角
60度の時間が長くなることから、PWMパルス数が増
し、同時に誘起電圧のサンプリング回数も増す。しか
し、高速回転域では、電気角60度の時間が短くなり、
PWMパルス数が減少し、誘起電圧のサンプリング回数
も減少する。また転流タイミングを推定するために必要
な誘起電圧情報は、図7(a)、図8(a)に示すT1
の期間(PWM信号のON期間)で、かつ、フリーホイ
リングダイオードに還流電流が流れていない期間であ
る。図7(b)は、PWM1周期毎に、誘起電圧を1回
検出した場合(以後、1点サンプリングとする)のサン
プリングポイントS1 、S2 を示した図であり、低速回
転域では1点サンプリングにより充分転流タイミングを
推定するための情報が得られるが、高速回転域の場合、
図6に示すように、電気角60度内のPWMパルス数が
高回転になる程減少するので、誘起電圧のサンプリング
回数も減少する。
S = 60 · Tpwm / 3 · P · N (6) FIG. 6 shows changes in the number of PWM pulses with respect to the rotation speed when the PWM cycle is 200 (μs). Also, the number of PWM pulses within an electrical angle of 60 degrees depends on the magnitude of the number of revolutions, and as shown in FIG. 6, since the time for an electrical angle of 60 degrees becomes longer in the low speed rotation range, the number of PWM pulses increases. At the same time, the number of times the sampling of the induced voltage is increased. However, in the high-speed rotation range, the time for an electrical angle of 60 degrees becomes shorter,
The number of PWM pulses decreases, and the number of samplings of the induced voltage also decreases. Further, the induced voltage information necessary for estimating the commutation timing is T1 shown in FIGS. 7 (a) and 8 (a).
(The ON period of the PWM signal), and the freewheeling diode has no reflux current flowing therethrough. FIG. 7B is a diagram showing sampling points S1 and S2 in the case where the induced voltage is detected once for each PWM cycle (hereinafter referred to as one-point sampling). Information can be obtained enough to estimate the commutation timing, but in the high-speed rotation range,
As shown in FIG. 6, since the number of PWM pulses within an electrical angle of 60 degrees decreases as the rotation speed increases, the number of times the induced voltage is sampled also decreases.

【0047】例えば、高速回転域、特に10000rpm
におけるPWMパルス数は、(6)式により2.5個と
なり、その内フリーホイリングダイオードに電流が流れ
ている期間を除くと、誘起電圧情報として得られるの
は、2.5個以下となる。よって、仮に電気角60度内
のPWMパルス数が1パルスで、かつ、PWM1周期内
の誘起電圧のサンプリング回数が1回の場合(以後、1
点サンプリングとする)、電圧の時間に対する変化率Δ
v/Δtの算出が不可能となり、最適な転流タイミング
を推定することが困難となって、高速回転域のモータ駆
動が不可能となる。
For example, a high speed rotation range, especially 10,000 rpm
The number of PWM pulses in the equation is 2.5 according to the equation (6), and if the period during which the current is flowing in the freewheeling diode is excluded, the number of obtained PWM information is 2.5 or less. . Therefore, if the number of PWM pulses within an electrical angle of 60 degrees is one and the number of samplings of the induced voltage within one PWM cycle is one (hereinafter, 1
Point sampling), the rate of change of voltage with time Δ
It becomes impossible to calculate v / Δt, it becomes difficult to estimate the optimum commutation timing, and it becomes impossible to drive the motor in the high speed rotation range.

【0048】以上のことから、高速回転域のモータ駆動
を可能にするためには、電気角60度内の誘起電圧のサ
ンプリング回数を多くする必要がある。よって、PWM
1周期内の誘起電圧を複数回検出(以後、複数サンプリ
ングとする)することにより、高速回転域のモータ駆動
が可能となる。例えば、図8(b)に示すようにPWM
1周期内の誘起電圧の検出回数を2回とした場合(以
後、2点サンプリングとする)、PWM1周期毎の誘起
電圧情報量が2倍となるので、転流タイミングを決定す
るための演算精度が上がると共に、電気角60度内のP
WMパルスが1パルスの場合でも、誘起電圧は2回検出
できるので、サンプリングした2点S1'、S2'から転流
タイミングを推定することができ、高速回転域のモータ
駆動が可能となる。
From the above, it is necessary to increase the number of samplings of the induced voltage within the electrical angle of 60 degrees in order to enable the motor drive in the high speed rotation range. Therefore, PWM
By detecting the induced voltage in one cycle a plurality of times (hereinafter referred to as a plurality of samplings), it becomes possible to drive the motor in the high speed rotation range. For example, as shown in FIG.
When the number of detections of the induced voltage in one cycle is set to 2 (hereinafter, 2-point sampling), the amount of information on the induced voltage in each PWM cycle is doubled, so that the calculation accuracy for determining the commutation timing is high. Rises, P within an electrical angle of 60 degrees
Even if the WM pulse is one pulse, the induced voltage can be detected twice, so that the commutation timing can be estimated from the sampled two points S1 'and S2', and the motor can be driven in the high-speed rotation range.

【0049】そこで、図7(b)に示すようにT1 <T
2 の時(T1 /Tpwm <50%)は、PWM1周期毎に
1点サンプリングを行い、図8(b)に示すようにT1
≧T2 の時(T1 /Tprm ≧50%)は2点サンプリン
グへと、回転数及びPWMの変化に応じて、サンプリン
グ回数を変えることにより、外挿補間演算を行うための
情報を最適に検出することができる。上述の条件におけ
る誘起電圧の検出手順について、図9のフローチャート
を参照して説明する。
Therefore, as shown in FIG. 7B, T1 <T
When 2 (T1 / Tpwm <50%), one point sampling is performed for each PWM cycle, and as shown in FIG.
When ≧ T2 (T1 / Tprm ≧ 50%), the information for performing extrapolation interpolation is optimally detected by changing the sampling number to two-point sampling according to the change of the rotation speed and PWM. be able to. The procedure for detecting the induced voltage under the above conditions will be described with reference to the flowchart in FIG.

【0050】この手順では、まず、誘起電圧を検出する
ためにU,V,Wの3相のうちから1相をセレクタ3に
より選択する(ステップ1)。また、セレクタ3を用い
ずに制御部5のマイクロコンピュータ内で検出相を選択
しても良い。次に、外挿補間演算に必要な誘起電圧情報
を最適にサンプリングするために、A/D変換の起動タ
イミングをPWMのON期間中に設定する(ステップ
2)。そして、モータの回転数をチェックし(ステップ
3)、次に示す条件によりサンプリング回数を変える。
In this procedure, first, one phase is selected by the selector 3 from the three phases U, V and W in order to detect the induced voltage (step 1). Further, the detection phase may be selected in the microcomputer of the control unit 5 without using the selector 3. Next, in order to optimally sample the induced voltage information required for extrapolation interpolation calculation, the start timing of A / D conversion is set during the ON period of PWM (step 2). Then, the number of rotations of the motor is checked (step 3), and the number of times of sampling is changed according to the following conditions.

【0051】すなわち、回転数が3000rpm 未満のと
きには(ステップ3でNO)、PWMの通流率に関係な
く1点サンプリングを行う(ステップ7)。
That is, when the rotation speed is less than 3000 rpm (NO in step 3), one-point sampling is performed regardless of the PWM conduction ratio (step 7).

【0052】回転数が3000rpm 以上のときには(ス
テップ3でYES)、PWMの通流率に応じてサンプリ
ング回数を変える。この場合、PWMの通流率50%を
基準とし、この基準以上であれば、言い換えれば通流率
50%以上であれば(ステップ4でYES)、ステップ
S5で2点サンプリングとし、通流率50%以下であれ
ば(ステップ4でNO)、ステップ7で1点サンプリン
グとすることで、最適な転流タイミングを決定すること
ができる。また、上述の検出法については、PWM周期
及びモータの極数等の条件を変えた場合には、ステップ
3における回転数もステップ4におけるPWMの通流率
も異なってくる。
When the rotation speed is 3000 rpm or more (YES in step 3), the sampling frequency is changed according to the PWM conduction ratio. In this case, the PWM conduction ratio of 50% is used as a reference, and if it is equal to or higher than this reference, in other words, if the conduction ratio is 50% or more (YES in step 4), two-point sampling is performed in step S5, and the conduction ratio If it is 50% or less (NO in step 4), the optimum commutation timing can be determined by performing one-point sampling in step 7. Further, in the above-mentioned detection method, when the conditions such as the PWM cycle and the number of poles of the motor are changed, the rotation speed in step 3 and the PWM conduction ratio in step 4 are different.

【0053】また、転流タイミングは、誘起電圧の最も
直線性の良いところから推定する必要がある。そこで、
転流タイミングを推定する方法として、有効な2点の誘
起電圧を検出した時点で外挿補間演算を行い、検出回数
が複数ある場合には、演算を行う毎に転流タイミングを
変化させる(ステップ6)。図10は転流タイミングを
推定する場合に、検出した2点の誘起電圧から外挿補間
演算を行い、演算を行う毎に転流タイミングを変化さ
せ、最終的に求めたい転流タイミング(理想的な転流タ
イミング)へ近づけていく様子を示した図である。
The commutation timing needs to be estimated from the point where the induced voltage has the best linearity. Therefore,
As a method of estimating the commutation timing, extrapolation interpolation calculation is performed at the time when two effective induced voltages are detected, and when there are a plurality of detection times, the commutation timing is changed each time the calculation is performed (step 6). FIG. 10 shows that when the commutation timing is estimated, extrapolation interpolation calculation is performed from the detected induced voltages at two points, the commutation timing is changed each time the calculation is performed, and the commutation timing to be finally obtained (ideal FIG. 6 is a diagram showing a state of approaching a different commutation timing).

【0054】図10に示すように、有効な誘起電圧情報
は、フリーホイリングダイオードの還流電流等の影響を
受けないt1 以降である。そして、外挿補間演算の一方
法として、図に示すt1 とt2 時に検出した2点の誘起
電圧から傾きを求め、y1 とemax との交点から転流タ
イミングtm1を推定する。次にt2 とt3 時から検出し
た2点の誘起電圧から傾きを求め、転流タイミングtm2
を推定し、tm3、tm4、…と順次演算を行っていく。そ
して、外挿補間演算を行う毎にそれまで演算した転流タ
イミングを随時比較していくことで、転流タイミングが
最も収束した点を理想的な転流タイミングと決定するこ
とができる。本実施例では、emin からemax までの2
/3の地点で演算を打切り、この点を転流タイミングと
している。また、tn +1以降次回の転流時まで、誘起
電圧の検出を行う必要がなくなり、ソフトの処理時間を
大幅に削減できる。
As shown in FIG. 10, effective induced voltage information is after t1 which is not affected by the freewheeling diode's return current or the like. Then, as one method of extrapolation interpolation calculation, the gradient is obtained from the induced voltages at the two points detected at t1 and t2 shown in the figure, and the commutation timing tm1 is estimated from the intersection of y1 and emax. Next, the slope is obtained from the induced voltages at the two points detected from t2 and t3, and the commutation timing tm2
Is estimated, and tm3, tm4, ... Are sequentially calculated. Then, by comparing the commutation timings calculated up to that time every time the extrapolation interpolation calculation is performed, the point at which the commutation timing converges most can be determined as the ideal commutation timing. In this embodiment, 2 from emin to emax
The calculation is terminated at the point of / 3, and this point is used as the commutation timing. Further, it is not necessary to detect the induced voltage after tn + 1 until the next commutation, and the processing time of software can be greatly reduced.

【0055】このような転流タイミングの演算手順につ
いて、図11のフローチャートを参照して説明する。こ
の処理手順では、まず、還流電流等の影響を受けない地
点から誘起電圧の検出を行い(ステップ11)、2点の
誘起電圧を検出した時点で外挿補間演算を行い、傾きを
求める(ステップ12)。次に、求めた傾きから転流タ
イミングを演算し(ステップ13)、仮に誘起電圧情報
が2点のみの場合は、この情報から転流タイミングを推
定し転流する。また、誘起電圧情報が複数得られる場合
には、外挿補間演算を行う毎に転流タイミングを変化さ
せる。そして、誘起電圧の検出地点がemin からemax
までの2/3の地点に達した時点で(ステップ14でY
ES)、転流タイミングの演算を終了し(ステップ1
5)、それ以降、次回の転流時まで誘起電圧の検出は行
わない。最終的には、電気角60度内で最後に外挿補間
演算を行った転流タイミングで転流することになる。
The procedure for calculating such commutation timing will be described with reference to the flowchart of FIG. In this processing procedure, first, the induced voltage is detected from a point that is not affected by the reflux current or the like (step 11), and when the induced voltage at two points is detected, extrapolation interpolation calculation is performed to obtain the slope (step 11). 12). Next, the commutation timing is calculated from the obtained inclination (step 13), and if the induced voltage information is only two points, the commutation timing is estimated from this information and the commutation is performed. When a plurality of pieces of induced voltage information are obtained, the commutation timing is changed each time the extrapolation interpolation calculation is performed. And the detection point of the induced voltage is from emin to emax
When you reach the point of 2/3 of
ES), the calculation of commutation timing is completed (step 1
5) After that, the induced voltage is not detected until the next commutation. Eventually, the commutation will occur at the commutation timing when the extrapolation interpolation calculation is finally performed within the electrical angle of 60 degrees.

【0056】以上のように、転流直後からリアルタイム
に次回の転流タイミングを演算していくことで、演算の
遅れによる転流の遅れを防止でき、最終的に理想的な転
流タイミングに近づけることができる。
As described above, by calculating the next commutation timing in real time immediately after the commutation, the commutation delay due to the calculation delay can be prevented, and finally the ideal commutation timing can be approximated. be able to.

【0057】一方、高速回転域では誘起電圧のサンプリ
ング回数が減少することから、仮に有効な誘起電圧が1
回も検出できなかった場合には、転流タイミングを推定
できなくなり、モータの駆動が不可能となる。そこで、
誘起電圧が検出できなかった場合は、前回の転流情報よ
り、今回の転流タイミングを推定する必要がある。
On the other hand, since the number of samplings of the induced voltage is reduced in the high speed rotation range, the effective induced voltage is 1
If the number of times cannot be detected, the commutation timing cannot be estimated and the motor cannot be driven. Therefore,
If the induced voltage cannot be detected, it is necessary to estimate the current commutation timing from the previous commutation information.

【0058】図12は、電圧の時間に対する変化率Δv
/Δtから外挿補間し、3相分を連続的につなげた三角
波信号波形とPWM信号を出力するために転流時に毎回
行うソフト処理の関係を示した図である。図12に示す
ように、転流時にソフト処理S1 、S2 、S3 …Sn を
行う場合に、図に示すようなt期間(S2 のソフト処理
時間)内において、今回の転流時間tS2と前回の転流時
間tS1から(7)式により次回の転流時間tS3を推定す
る。
FIG. 12 shows the rate of change Δv of voltage with time.
It is the figure which showed the relationship of the software processing performed every time at the time of commutation in order to output the PWM signal and the triangular wave signal waveform which carried out the extrapolation interpolation from / deltat and connected continuously three phases. As shown in FIG. 12, when the soft processes S1, S2, S3 ... Sn are performed during commutation, the current commutation time tS2 and the previous commutation time tS2 within the t period (soft processing time of S2) shown in the figure. The next commutation time tS3 is estimated from the commutation time tS1 by the equation (7).

【0059】 tS3=tS2+(tS2−tS1) …(7) つまり外挿補間演算を行う前に、図に示すようにtSn時
(転流時)にあらかじめtSn+1(次回の転流時間)を推
定しておくことにより、有効な誘起電圧が1回も検出で
きない場合でも転流が行え、モータ駆動が可能となる。
TS3 = tS2 + (tS2-tS1) (7) That is, before performing the extrapolation interpolation calculation, tSn + 1 (next commutation time) is set in advance at tSn (commutation) as shown in the figure. By presuming, even if the effective induced voltage cannot be detected even once, the commutation can be performed and the motor can be driven.

【0060】[0060]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、各
通流期間毎に通流率が異なる場合にもロータの位置を精
度良く推定することができる。これにより、周期的な負
荷変動に対して各通流期間ごとに通流率を変えて、モー
タトルクを負荷トルクに一致させるような制御を行うこ
とが可能となり、モータの速度変動及びそれに伴う振
動、騒音を抑制することができる。さらに、高速回転時
にPWMパルス数が減少した場合にも、PWM1周期内
の検出回数を複数回にすることにより、最適な転流タイ
ミングを推定することが可能となり、低速回転域から高
速回転域まで精度よくモータ駆動ができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to accurately estimate the position of the rotor even when the flow rate differs for each flow period. This makes it possible to control the motor torque so that it matches the load torque by changing the current flow rate for each current flow period in response to periodic load fluctuations. The noise can be suppressed. Furthermore, even when the number of PWM pulses decreases during high-speed rotation, it is possible to estimate the optimum commutation timing by setting the number of detections within one PWM cycle multiple times, and from the low-speed rotation range to the high-speed rotation range. The motor can be driven accurately.

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

【図1】本発明に係るブラシレス直流モータの駆動装置
の概略構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a drive device for a brushless DC motor according to the present invention.

【図2】モータの電機子コイルの端子電圧を検出する端
子電圧検出回路を示す回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a terminal voltage detection circuit for detecting a terminal voltage of an armature coil of a motor.

【図3】モータに対して理想的な転流タイミングで通流
が制御され、モータが一定速度で回転している状態にお
けるモータの誘起電圧、検出端子電圧、処理電圧の波形
を模式化して示す説明図である。
FIG. 3 schematically shows waveforms of an induced voltage, a detection terminal voltage, and a processing voltage of the motor in a state where the commutation is controlled at an ideal commutation timing with respect to the motor and the motor is rotating at a constant speed. FIG.

【図4】検出端子電圧波形を拡大して示す波形図であ
る。
FIG. 4 is a waveform diagram showing an enlarged detection terminal voltage waveform.

【図5】転流タイミングの位相の進み、遅れを説明する
処理電圧波形を示す波形図である。
FIG. 5 is a waveform diagram showing a processing voltage waveform for explaining the advance and delay of the phase of commutation timing.

【図6】電気角60度内のPWMパルスの検出回数を示
す図である。
FIG. 6 is a diagram showing the number of times PWM pulses are detected within an electrical angle of 60 degrees.

【図7】PWM信号のON期間中に誘起電圧を1点サン
プリングしたときの時間と電圧の関係を示す説明図であ
る。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing the relationship between time and voltage when one point of the induced voltage is sampled during the ON period of the PWM signal.

【図8】PWM信号のON期間中に誘起電圧を2点サン
プリングしたときの時間と電圧の関係を示す説明図であ
る。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a relationship between time and voltage when the induced voltage is sampled at two points during the ON period of the PWM signal.

【図9】誘起電圧の検出手順を示すフローチャートであ
る。
FIG. 9 is a flowchart showing a procedure for detecting an induced voltage.

【図10】2点の誘起電圧情報から転流タイミングを推
定し、演算を行う毎に転流タイミングを変化させ、理想
的な転流タイミングへ近づけていく様子を示す説明図で
ある。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a state in which the commutation timing is estimated from the induced voltage information at two points, the commutation timing is changed every time the calculation is performed, and the ideal commutation timing is approached.

【図11】転流タイミングの演算手順を示すフローチャ
ートである。
FIG. 11 is a flowchart showing a procedure of calculating commutation timing.

【図12】検出した誘起電圧から外挿補間したときの波
形と、転流時に行うソフト処理との関係を示す説明図で
ある。
FIG. 12 is an explanatory diagram showing a relationship between a waveform when extrapolation is performed from a detected induced voltage and software processing performed during commutation.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 直流電源 2 インバータ回路 3 セレクタ 4 A/D変換器 5 制御部 6 ドライバ回路部 7 ステータ 8 ロータ 9 負荷 1 DC power supply 2 Inverter circuit 3 selector 4 A / D converter 5 control unit 6 Driver circuit 7 Stator 8 rotor 9 load

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 二見 基生 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 能登原 保夫 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (56)参考文献 特開 平7−123773(JP,A) 特開 平5−15190(JP,A) 特開 平5−236787(JP,A) 特開 平5−184190(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02P 6/08 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Motoo Futami 7-1-1 Omika-cho, Hitachi-shi, Ibaraki Hitachi Ltd. Hitachi Research Laboratory (72) Inventor Yasuo Notohara 7-chome, Omika-cho, Hitachi-shi, Ibaraki No. 1 No. 1 in Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (56) Reference Japanese Patent Laid-Open No. 7-123773 (JP, A) Japanese Patent Laid-Open No. 5-15190 (JP, A) Japanese Patent Laid-Open No. 5-236787 (JP, A) Kaihei 5-184190 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H02P 6/08

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 永久磁石と電機子コイルとを有し、電機
子コイルの各相の一端部が共通に接続されて構成される
ブラシレス直流モータであって、前記電機子コイルの無
通電相の端子電圧を検出し、検出された端子電圧の時間
に対する変化率を求め、求められた変化率に基づいて転
流タイミングを決定してモータを駆動し、このとき、前
記電機子コイルへの通電の切り換えがインバータ回路で
行われ、このインバータ回路を制御するPWM信号に同
期して前記端子電圧の検出を行い、検出電圧の時間に対
する変化率により外挿補間を行って補間値を求め、この
補間値から検出不能時のロータ位置を連続的に推定し、
それぞれ隣り合う相の端子電圧の検出値に対する外挿補
間による補間値が交差する点を転流時刻として前記転流
タイミングを決定し、前記外挿補間による補間値を基に
推定した転流タイミングにおける電圧値を次回回転時に
反映させるようにし、前記外挿補間が、検出電圧の直線
性の良い部分の変化率に基づいて行われるようにした
ラシレス直流モータの駆動方法において、前記端子電圧の検出がPWM1周期内に複数回行われる
ことを特徴とするブラシレス直流モータの駆動方法。
1. A brushless DC motor having a permanent magnet and an armature coil, wherein one end of each phase of the armature coil is connected in common , wherein a non-energized phase of the armature coil is provided. detecting a terminal voltage, determine the rate of change with respect to time of the detected terminal voltage, and drives the motor to determine the commutation timing based on the obtained rate of change, this time, before
Switching the energization to the armature coil with an inverter circuit
The PWM signal that controls this inverter circuit.
The terminal voltage is detected in anticipation of the
The extrapolation value is calculated according to the change rate
Continuously estimate the rotor position when it cannot be detected from the interpolated value,
Extrapolation supplement to the detected value of the terminal voltage of each adjacent phase
The commutation time is defined as the point at which the interpolated values of the
Determine the timing, and based on the interpolated value by the extrapolation
The voltage value at the estimated commutation timing is
The extrapolation interpolation is reflected in the detected voltage straight line.
In the drive method for a brushless DC motor, which is performed based on the rate of change of a good portion, the detection of the terminal voltage is performed a plurality of times within one PWM cycle. Brushless DC motor driving method.
【請求項2】 前記PWM1周期内に複数回行われる端
子電圧の検出回数が、PWM信号の通流率及び回転数の
変化に応じて変更されることを特徴とする請求項1記載
のブラシレス直流モータの駆動方法。
2. An end which is performed a plurality of times within one PWM period.
The number of times the slave voltage is detected depends on the PWM signal conduction ratio and rotation speed.
The method for driving a brushless DC motor according to claim 1, wherein the method is changed according to a change .
【請求項3】 前記外挿補間による演算を、2点の有効
な誘起電圧情報によって行うことを特徴とする請求項
記載のブラシレス直流モータの駆動方法。
3. The calculation by the extrapolation is effective at two points.
Claim 1, characterized in that by such induced voltage information
A method for driving the described brushless DC motor.
【請求項4】 前回と今回の転流時間から転流時毎に次
回の転流時間を予め演算して転流タイミングを推定して
おき、転流タイミングを決定するために必要な有効端子
電圧を1回も検出できない場合には、前記推定された転
流タイミングに基いてモータを駆動することを特徴とす
る請求項記載のブラシレス直流モータの駆動方法。
4. The commutation time from the previous time and this time is changed to the next for each commutation time.
Calculate the commutation time in advance and estimate the commutation timing
, The effective terminals required to determine the commutation timing
If the voltage cannot be detected even once, the estimated transfer
The driving method of a brushless DC motor according to claim 1, wherein the driving the motor based on the flow time.
【請求項5】 永久磁石と電機子コイルとを有し、電機
子コイルの各相の一端部が共通接続されて構成されるブ
ラシレス直流モータの駆動装置において、前記電機子コ
イルの無通電相の端子電圧を選択してアナログ/ディジ
タル変換する無通電相端子電圧検出手段と、この無通電
相端子電圧検出手段によって検出された端子電圧からそ
の変化率及び転流タイミングを推定し、当該推定した転
流タイミングにしたがって電機子コイルに通電させてモ
ータを駆動制御する制御手段とを備えていることを特徴
とするブラシレス直流モータの駆動装置
5. An electric machine having a permanent magnet and an armature coil.
One end of each phase of the child coil is commonly connected.
In a drive device for a rackless DC motor, the armature coil
Select the terminal voltage of the non-energized phase of analog
Non-conducting phase terminal voltage detection means for digital conversion and this non-conducting state
From the terminal voltage detected by the phase terminal voltage detection means,
Change rate and commutation timing of the
Current to the armature coil according to the current timing.
Features and be Lube Rashiresu DC motor driving device that a control means for driving and controlling over data.
【請求項6】 前記無通電相端子電圧検出手段が、電機
子コイルの巻線のうちの無通電相の1相を選択するセレ
クタと、このセレクタによって選択された端子の端子電
圧をアナログ/ディジタル変換するアナログ/ディジタ
ル変換器とからなることを特徴とする請求項5記載のブ
ラシレス直流モータの駆動装置
6. The non-energized phase terminal voltage detection means is an electric machine.
Selection to select one of the non-energized phases of the winding of the child coil
Connector and the terminal voltage of the terminal selected by this selector.
Analog / digital for analog / digital conversion of pressure
Brushless DC motor driving device according to claim 5, wherein Rukoto such from the Le converter.
【請求項7】 前記制御手段が、検出された端子電圧か
ら当該検出電圧の時間に対する変化率を求め、求められ
た変化率を外挿補間して誘起電圧状態を得、この誘起電
圧情報に基いてロータの位置を推定し、推定されたロー
タの位置に応じて電機子コイルへの通流タイミングを決
定する制御部と、この制御部によって決定された通流タ
イミングに応じて電機子コイルへの通電を制御する駆動
部とからなることを特徴とする請求項記載のブラシレ
ス直流モータの駆動装置
7. The control means detects whether the detected terminal voltage is detected or not.
Then, the rate of change of the detection voltage with time is calculated from
The rate of change is extrapolated to obtain the induced voltage state.
The rotor position is estimated based on the pressure information, and the estimated
The timing of the flow to the armature coil depending on the position of the
Control unit that determines the flow rate and the flow rate determined by this control unit.
Drive that controls the energization of the armature coil according to the imming
Parts and Rukoto brushless DC motor driving device according to claim 5, wherein a from.
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