JP3695889B2 - Inverter device - Google Patents

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JP3695889B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、位置センサ信号に基づいて通電信号を形成し、ブラシレスDCモータを駆動するインバータ装置に関する。
【0002】
【従来技術】
近年、エアコンなどのファンモータや電気自動車の駆動用モータ或は洗濯機駆動用のモータとしては、広範囲の可変速制御や電気消費量の節約等のために、ブラシレスDCモータが採用されており、これをインバータ装置により駆動することが行われている。
【0003】
三相の巻線を有するブラシレスDCモータの内部には、通常、位置センサとして構成が簡単で安価であるホールICが、例えば電気角120度毎に3個配置されている。そして、インバータ装置は、これらのホールICによってロータの回転位置に対応した信号を得、通電タイミングを形成してブラシレスDCモータの巻線に電圧を印加し駆動するようになっている。
【0004】
ブラシレスDCモータの巻線に印加する電圧は120度通電方式の矩形波駆動が一般的であるが、モータの効率向上や低振動化を図ることを目的として、概略正弦波の電圧をモータに供給できるインバータ装置として、特願平07−224299号を出願している。
【0005】
これは、図9に示すように、3個の位置センサ信号から三相の矩形波信号を形成して矩形波駆動により始動し、その後、概略正弦波の通電に切り替えるもので、3個の位置センサによる位置センサ信号を得て、位置センサ信号が変化する周期を測定する位置センサ周期測定手段と、位置センサ信号と変化周期に基づいて、変化周期に対応する電気角よりも高い分解能を有する電圧位相を決定する電圧位相決定手段と、電圧位相に対応した電圧率を記憶する電圧率記憶手段と、電圧位相と電圧率から、三相の概略正弦波の通電波形を形成する通電波形形成手段と、通電波形に基づいて、三相の巻線に通電する駆動手段を有するインバータ装置であり、低コスト化、低騒音振動を実現している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、更なるコスト低減が要望されており、これを実現するために位置センサの使用個数を減らすことが望まれている。また、矩形波駆動により発生する始動時の振動騒音の低減も要望されていた。
【0007】
本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、より少ない個数の位置センサから三相の正弦波通電信号を形成し、ブラシレスDCモータを正弦波通電できるインバータ装置を提供することにある。
【0008】
また、その始動の際、矩形波駆動を伴わないインバータ装置を提供することにある。更に、始動前に、モータの回転状態を検出可能なインバータ装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記課題を達成するために、本インバータ装置は、三相の巻線を有するブラシレスDCモータの該巻線が発生する誘起電圧と夫々一定の位相関係を有し、デジタル信号を出力するn(n:1又は2)個の位置センサと、n個の位置センサにより得られた位置センサ信号が変化する周期を測定する位置センサ周期測定手段と、位置センサ周期測定手段が測定した位置センサ信号の変化周期に対応するロータ位相差と、位置センサ信号の変化時刻に対応するロータ位相とを記憶するパラメータ記憶手段を有し、n個の位置センサ信号変化周期,ロータ位相及びロータ位相差に基づいて、変化周期に対応する電気角よりも高い分解能を有する電圧位相を決定する電圧位相決定手段と、電圧位相に対応した電圧率を記憶する電圧率記憶手段と、電圧位相と電圧率から、三相の通電波形を形成する通電波形形成手段と、通電波形に基づいて、三相巻線に通電する駆動手段を有し、始動時には、n個の位置センサ信号により限定されるロータ位相に基づいて三相の直流励磁通電を行う。
【0011】
更に、電圧率記憶手段に記憶される電圧位相に対応した電圧率は、正弦波に応じた電圧率である。n=1の場合、位置センサに対する電源電圧供給線とセンサ信号線を共用する。
【0012】
また、n=1の場合、位置センサに対する電源電圧供給手段と電源電流検出手段を備え、電源電流検出結果に基づいて、位置センサ信号を判定する位置センサ信号判定手段を有する。
【0013】
n=2の場合、位置センサにより得られる位置センサ信号は、位置センサの配置により、ロータ位相の電気角でπ/2ごとに変化する。更に、電圧位相決定手段は、位置センサ周期測定手段が測定した位置センサ信号の変化周期と、変化周期に対応するロータ位相差と、位置センサ信号の変化時刻と、変化時刻に対応するロータ位相と、電圧位相指令とを演算パラメータとして記憶するパラメータ記憶手段を有し、ある時刻における電圧位相を、演算パラメータに基づいて演算により決定する。
【0014】
また、変化周期をTs、変化時刻をTx、変化時刻のロータ位相をPx、電圧位相指令をPrとした場合、電圧位相を決定する時刻Tcにおける電圧位相Pnを、Pn=Px+Pr+(π/n)×(Tc−Tx)/Tsにより求める。
【0015】
更に、位置センサ信号の変化タイミングで位置信号に対応する所定値が書込まれ、位置センサ周期測定手段によって得られた位置センサ信号の変化周期に基づいてカウント周期が決定される電気角カウンタを備え、電圧位相決定手段は、電気角カウンタのカウント値と位相指令値の和により電圧位相を決定する。
【0016】
また、位置センサ信号のπ/nごとの変化タイミングで位置信号に対応する所定値が書込まれ、位置センサ周期測定手段によって得られた位置センサ信号の変化周期に基づいてπ/nごとにカウント周期が決定される電気角カウンタを備え、電圧位相決定手段は、電気角カウンタのカウント値と位相指令値の和により電圧位相を決定する。
【0017】
更に、電圧位相の初期値を、n個の位置センサ信号により決定する始動方法である。また、電圧位相の初期値を、n個の位置センサ信号により限定できる範囲の中間地点のロータ位相と、電圧位相指令との和によって決定する始動方法である。
【0018】
更に、所定のロータ位相にロータを移動させるべく直流励磁を行い、電圧位相の初期値を、所定のロータ位相と、電圧位相指令との和によって決定する始動方法である。
【0019】
また、n個の位置センサ信号により限定されるロータ位相のπ/2遅れの電圧位相と、電圧率記憶手段に記憶された電圧率から、三相の直流励磁通電波形を形成し、駆動手段により三相巻線に直流励磁を行った後、電圧位相の初期値を、n個の位置センサ信号により限定されるロータ位相と、電圧位相指令との和によって決定する始動方法である。
【0020】
更に、モータ巻線電流検出手段を備え、n=1の場合、位置センサ信号により特定されるタイミングで通電を開始し、電流検出手段の結果により通電を停止する手段と、通電時間を計測する手段と、計測された通電時間から回転方向を決定する回転方向検出手段を有する。
【0021】
また、位置センサ周期測定手段と、電圧位相決定手段と、電圧率記憶手段と、通電信号形成手段と、始動手段とをマイクロコンピュータにより構成した。更に、位置センサ周期測定手段と、電圧位相決定手段と、電圧率記憶手段と、通電信号形成手段と、始動手段と、回転方向検出手段とをマイクロコンピュータにより構成した。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第1の実施の形態として、位置センサ1個(n=1)の場合について図1乃至図8及び図14を参照して説明する。図1は、本発明の第1の実施の形態を示す電気的構成図である。図1において交流電源1の両端子は、全波整流回路2bの交流入力端子に接続され、一方にはリアクトル2aを挿入している。全波整流回路2bの直流出力端子間には平滑コンデンサ2cが接続されており、これらリアクトル2a、全波整流回路2b、平滑コンデンサ2cにより、直流電源回路2を構成している。そして、直流電源回路2の出力端子には、三相ブリッジ回路4が接続されており、負側直流母線にはモータ電流検出手段10が設置されている。三相ブリッジ回路4は、エミッタ・コレクタ間にダイオードを有するトランジスタ(IGBT)Tr1乃至Tr6が三相ブリッジ接続されている。三相ブリッジ回路4の出力端子4u、4v、4wは、ファン13を有する三相のブラシレスDCモータ6のスター結線された各相巻線6u、6v、6wに接続されている。
【0023】
従って、三相ブリッジ回路4において、トランジスタTr1乃至Tr3が正側スイッチング素子に相当し、トランジスタTr4乃至Tr6が負側スイッチング素子に相当する。
【0024】
ブラシレスDCモータ(以下、単にモータ)6には、図14に示すようにホールIC7aと、オープンコレクタ出力と正側電源との間に接続された抵抗7bからなる位置センサ7が1個配置されており、直流電源12aとコンデンサ12bからなるセンサ電源供給手段12により駆動するように構成されている。位置センサ7とセンサ電源供給手段12との間には、電源電流検出手段11が接続され、その出力端子はマイコン8の入力端子I1に接続され、信号Hsを出力している。電源電流検出手段11は、ホールIC7aとセンサ電源供給手段12の間に接続された抵抗11aと、別途設けられた基準電圧発生手段11cと、正側入力端子が抵抗11aに接続され、負側入力端子基準電圧発生手段11cに接続されたコンパレータ11bにより構成されている。
【0025】
また、マイコン8の入力端子I2には、モータ電流検出手段10の出力信号Siが供給され、入力端子I3、I4には、それぞれ外部から位相指令信号Pr及び電圧指令信号Daが与えられるようになっている。更に、マイコン8は、その内部に有しているROM8a(電圧率記憶手段、パラメータ記憶手段)に、図2に示すように、電気角で360度分(0〜359度)に対応した正弦波一周期の電圧率データDbを記憶している。加えて、マイコン8の内部には、作業領域としてのRAM8bと共に、例えば1μs単位でカウントを繰返す時間カウンタ8cが内蔵されている。
【0026】
PWM回路9は、内部に図示しない三角波発生器を有し、マイコン8の出力端子O1、O2、O3から得られる各相の通電信号Du、Dv、Dwと三角波を比較している。PWM回路9の6つの出力端子からは、それぞれ駆動信号Dup、Dun、Dvp、Dvn、Dwp、Dwnが出力される。また、マイコン8の出力端子O4からは、駆動回路5に対して、停止・出力・ブレーキ・テストを指令する信号Soが出力される。
【0027】
駆動回路5は、PWM回路9により得られる駆動信号Dup乃至Dwuを三相ブリッジ回路4の対応する各トランジスタTr1乃至Tr6のゲートに供給するように構成されている。
【0028】
次に、本実施の形態の作用について、図3〜図8及び図14を参照して説明する。図14において、ホールIC7aは、磁界の方向によりオープンコレクタ出力端子がロー又はオープンの何れかの状態となる。ローの場合には電源線にはホールIC7aの消費電流と抵抗7bによる電流が流れ、オープンの場合にはホールIC7aの消費電流のみ流れる。つまり、磁界の方向により電源線に流れる電流(電源電流)に差が生じている。
【0029】
電源電流検出手段11の抵抗11aには上記電源電流に比例した電圧が発生し、これがコンパレータ11bの正入力端子に接続され、負入力端子に接続された基準電圧発生手段11cからの基準電圧と比較されるから、磁界の方向に応じた電源電流の違いによりコンパレータ11bの出力信号が変化する。
【0030】
図4は、マイコン8のメインフローチャートを示している。ステップM1において外部からの信号などにより与えられる始動条件を判断し、ストップの場合、ステップM2で出力信号Soとして停止信号を出力する。これにより、駆動回路5は三相ブリッジ回路4に対してオフ信号を出力し、モータ6への通電をオフしている。更にステップM3で後述する割込み処理ルーチンの禁止を実行する。
【0031】
ステップM1において、始動条件スタートの場合は、ステップM4においてセンサ信号Hsが入力され、ステップM5において後述する図7に示すROM8a(パラメータ記憶手段)に格納されているデータに基づき、電気角Pxが決定される。この決定は、位置センサ7の配置に係わって行われ、図3(a),(b)において、その位置センサ7の配置を定義している。これは、モータ6の各相の巻線6u、6v、6wと永久磁石の関係を誘起電圧として図3(a)に示し、これに対応する位置センサ信号Hsのタイミングを図3(b)に示した。図7は、センサ信号Hsと電気角Pxとからなるデータテーブルで、これを使って電気角Pxを設定する。夫々の電気角Pxはセンサ信号Hsにより得られるロータ位置範囲の中間点を示すものである。そして、ステップM6において、電圧位相Pnを次式(1)に示すように、電気角Pxから90度減算して決定する。
【0032】
Pn=Px−90 ――― (1)
そして、ステップM7において、外部から入力される電圧指令値Daに基づいて、各ステップM8、M9、M10で各相の通電信号Du,Dv,Dwの演算及び出力を行う。ステップM8はU相の通電信号Duを形成するステップであり、ステップM8aでROM8a(電圧率記憶手段)に格納されたデータテーブルを基にステップM6で決定した電圧位相Pnに基づいて電圧率データDbの読み出しを行う。次に、ステップM8bで次式(2)に従って通電信号Duの演算を行う。
【0033】
Du=Db×(Da/255)+128 ――― (2)
ここで、電圧率データDbの値域は8ビットデータの2の補数表現で取り得る“−127〜127”であり、“0〜255”にシフトさせるため“128”をオフセット値として設定している。電圧指令Daの値域も“0〜255”で、電圧率データDbに乗算することにより、電圧指令に応じた正弦波の振幅を得ることができる。そして、ステップM8cにおいてPWM回路9に対して通電信号Duを出力する。
【0034】
次のステップM9及びステップM10においては、上述したステップM8におけるU相の通電信号Duの演算及び出力と同様に、V相とW相の通電信号Dv、Dwの演算と出力が行われるが、この際、電圧位相Pnは、ステップM9では式(3)、ステップM10では式(4)に従って決定される。
【0035】
Pn=(Px−90)−120 ――― (3)
Pn=(Px−90)−240 ――― (4)
ステップM11において出力信号Soを出力することにより、PWM回路9によりパルス幅変調された各相の通電信号Dup乃至Dwnが三相ブリッジ回路4に出力され、駆動手段3からモータ6の各相巻線6u、6v、6wに電流が印加される。すると、モータ6のロータは移動して、ステップM5における電圧位相Pnの決定の際に設定した電気角Pxの付近に停止する。
【0036】
ステップM12は、上記のロータ位置の移動に必要な時間から決められている所定時間の経過を判断するステップであり、所定時間が経過するまで繰り返す。そして、所定時間が経過すると、ステップM13において時間カウンタTcを読込んでデータTxとして記憶した後、ステップM14で始動フラグをセットする。更に、ステップM15において図5と図6に示す割込み処理ルーチンの実行を許可してステップM1に戻る。
【0037】
次に、図5に示す割込み処理ルーチン(Sa)のフローチャートにつき説明する。これは、例えば100μsごとに実行される時間割込み処理ルーチンである。ステップA1において外部から入力される電圧位相指令Prを読込んだ後、ステップA2で始動フラグの判定を行う。ここで、始動フラグは上述したステップM14においてセットされているから、イエスと判断しステップA5で電圧位相Pnの決定を行う。ステップA5では、上述したステップM5で決定した電気角Pxに基づいて次式(5)のように、電圧位相Pnを決定する。
【0038】
Pn=Px+Pr+Km ――― (5)
ここで、Kは予め設定されているデータで例えば電気角1度である。mは初期値1でこの処理を実行する度に1ずつ増加するデータである。
【0039】
ステップA6乃至A9の処理は、上述したステップM7乃至M10と同じであり、各相の通電信号Du、Dv、Dwを電圧位相指令Prに従って演算し出力する。
【0040】
以上の割込み処理ルーチン(Sa)を繰返し実行することにより、ステップA5において決定する電圧位相Pnが徐々に増加することでモータ6を始動させる。そして、モータ6が回転することで、センサ信号Hsが変化点に至る。
【0041】
次に、図6に示す割込み処理ルーチン(Sb)のフローチャートにつき説明する。これは、電気角180度ごとのセンサ信号の変化により実行される割込み処理ルーチンである。まず、ステップB1において時間カウンタの読込みデータTcが読み込まれる。始動フラグがクリアされている場合は、ステップB2で前回の時間カウンタの読込み処理で得たデータTxと今回の処理で得たデータTcの差を演算子データTsとして演算して記憶(式(6a)参照)し、更に今回の読込みデータTcをデータTxとして記憶(式(6c)参照)する。始動フラグがセットされている場合には、演算子データTsとして、データTxと今回の読込みデータTcとの差の2倍(式(6b)参照)を求め、今回の読込みデータTcをデータTsとして記憶する(式(6c)参照)。
【0042】
Ts=Tc−Tx 始動フラグクリアの場合 ――― (6a)
Ts=2(Tc−Tx) 始動フラグセットの場合 ――― (6b)
Tx=Tc ――― (6c)
これらステップB1とステップB2の処理により、センサ信号Hsの変化周期、つまりロータが電気角180度分回転する時間Tsが測定されるが、始動時はセンサ信号Hsの中間位置から回転を開始しているために電気角90度の回転となっているので、2倍することで電気角180度分回転する時間Tsとしている。
【0043】
ステップB3で始動フラグをクリアした後、ステップB4で位置センサ信号Hsを入力し、ステップB5において図8に示す位置センサ信号Hsと電気角Pxに基づくデータテーブルに基づいて電気角Pxを得る。図8のデータは、センサ信号Hsの変化点とロータ位置電気角Pxの関係を示している。
【0044】
位置センサ信号Hsが変化した後もモータ6は回転を継続するが、始動フラグがクリアされたことにより割込み処理ルーチン(Sa)が次のように換わる。まず、ステップA2の始動フラグの判定がノーとなり、ステップA3とステップA4の処理が実行される。ステップA3では時間カウンタの今回の読込みデータTcが読み込まれ、ステップA4で次式(7)に示す演算により電圧位相Pnを決定する。ステップA6以降ステップA9までの処理は上述した処理と同様であるので省略する。
【0045】
Pn=Px+Pr+180×(Tc−Tx)/Ts ――― (7)
以上の構成とマイコンの動作により、モータ6は回転を継続する。そして、図3(c)で示すように100μsごとに電圧位相Pnが演算され、図3(d)に示すように通電信号の波形はロータ位置と電圧指令、位相指令に対応した正弦波となり、さらに図3(e)に示すような正弦波の巻線電流が発生する。
【0046】
次に、本発明の第2の実施の形態として、位置センサ1個(n=1)の場合について図10〜図13を参照して説明する。第1の実施の形態と同じ構成については同一符号を付すことにより説明を省略する。図10は本実施の形態を示す電気的構成図であり、第1の実施の形態(図1参照)との違いは、マイコン8にその動作周期が設定可能なタイマー8bが加えられている点である。
【0047】
以下、作用について、図11〜13のフローチャートを参照して説明する。図11は、マイコン8のメインフローチャートを示しており、第1の実施の形態と同様に、ステップM1〜M12の処理で位置センサ信号Hsに基づいてロータの位置決めを行った後、ステップM13、M14の処理を実行するが、本実施の形態では、ステップM15の割込み処理の許可を実行する前に、タイマー8dの周期データTdとして所定値を設定するステップM16を有している。第1の実施の形態の割込み処理ルーチン(Sa)に相当する図12に示す割込み処理ルーチン(Sc)は、タイマー8dによりその設定された周期データTdを基に発生する割り込み処理で、ステップM16とステップM15の処理により実行が始まり、ステップM5で決定された電気角Pxを初期値として、ステップC1で電気角Pxをカウントアップする(式(8)参照)。
【0048】
Pn=Px+N ――― (8)
ここでNは例えば1(電気角1度)であり、計算結果が359を越えた場合には360を減じて0〜359の範囲に調整される。
【0049】
ステップC2で電圧位相指令Prを読込んだ後、ステップC3において次式(9)を基に電圧位相Pnを決定する。
Pn=Pr+Px ――― (9)
ここでも、上記ステップC1と同様に、“359”を越えた場合は“360”を減じて“0〜359”の範囲に調整している。以下のステップC4からステップC7の処理は、第1の実施の形態におけるステップM7乃至M10の処理と同じであり説明を省略する。
【0050】
図13の割込み処理ルーチン(Sd)は、第1の実施の形態における割込み処理ルーチン(Sb)と同様に、電気角180度ごとの位置センサ信号Hsの変化により発生し、処理内容の違いとしてはステップD6のタイマー周期Tdの演算設定の処理が追加されている点である。ステップD6は、ステップD2において得た位置センサ信号変化周期データに基づいて、タイマー8dの周期データTdを演算・設定するステップである(式(10)参照)。
【0051】
Td=Ts/(180/N) ――― (10)
以上のマイコンの動作により、ロータ電気角を示す電気角カウンタ(電気角Px)は、電気角180度ごとに変化する位置センサ信号Hsに同期して180度より小さいN度単位で変化し、これと電圧位相指令Prによって電圧の位相を決定する。更に、電圧指令と記憶している波形データから通電信号を形成することにより、正弦波の通電が可能となる。
【0052】
次に、ブラシレスDCファンで、エアコンの室外ファンや換気扇など、外力により回転させられる用途に用いられる場合について図15、図16のフローチャートを用いて説明する。図15は、回転状態判定処理ルーチンを示すフローチャートであり、ステップE1で回転数の検出が行われるが、これは例えば1秒当りの位置センサ信号Hsの変化回数を検知する。ステップE2においては、検知された回転数を基に、所定回転数未満の場合は“停止”と判定し、所定回転数以上の場合は“回転中”と判定する。“回転中”と判定した場合は、ステップE3乃至E17のステップを実行して回転方向の判定を行う。
【0053】
ステップE3においては、位置センサ信号Hsを監視してローからハイに変化するのを待つ。位置センサ信号Hsがハイとなると、ステップE4で時間カウンタのデータTcを読込むと共に記憶し、ステップE5においてテスト指令としての信号Soが出力される。テスト信号Soは、U相正側のトランジスタTr1とV相負側のトランジスタTr5をオンさせる信号で、モータ6の巻線6uから6vに電流が流れる。この電流は増加を続け、所定値に到達した時に巻線電流検出手段10の出力である電流信号Siをハイとする。これをステップE6で確認した後、ステップE7で停止指令としての信号Soを出力して電流を遮断し、ステップE8で再度時間カウンタのデータTcを読込み、前回読込んだデータとの差から通電時間THを求めるステップE9を実行する。位置センサ信号Hsがローとなった場合もこれと同様にステップE10乃至E16を実行して、通電時間TLを求める。
【0054】
図3(a),(b)で示した誘起電圧と位置センサ信号Hsとの関係から、正転の場合と逆転の場合で次のような違いがある。正転の場合、V相を基準としたU相の誘起電圧(以下、UV間誘起電圧)は、位置センサ信号Hsがハイの時に正、位置センサ信号Hsがローの時に負として発生しており、逆転の場合は、位置センサ信号Hsがハイの時に負、ローの時に正として発生する。
【0055】
今、正転とすると、ステップE3乃至E9の位置センサ信号Hsがハイの時の通電では、誘起電圧が正で増加するタイミングのために電流の増加は遅く、所定電流値に到達するまでの時間つまり通電時間THは長くなる。一方、ステップE10乃至E16の位置センサ信号Hsがローの時の通電では、誘起電圧が負で減少するタイミングであるので電流の増加は早く、所定電流値に到達するまでの時間つまり通電時間TLは短くなる。よって、正転の場合は通電時間TH>通電時間TLとなり、逆転の場合は、通電時間TH<通電時間TLとなる。
【0056】
以上の関係から、ステップE17においては通電時間TH及びTLの比較により、回転方向の判定を行うことができる。図16は、ブラシレスDCファンの場合の、マイコン8のフローチャートを示しており、図4に示すメインルーチンのステップM3とステップM4との間に別のステップを有するフローチャートとなっている。ステップM1の始動条件がスタートの場合には、ステップM0の回転状態判定ステップが実行され、“停止”の場合はステップM4の処理に移行し、位置決め処理を実行する。
【0057】
“逆転”の場合は、ステップG1でブレーキ指令としての信号Soが出力され、三相ブリッジ回路4の負側トランジスタTr4、Tr5、Tr6が全てオンとなり、モータ巻線6u、6v、6w、が短絡されてブレーキトルクが発生する。ステップG2では、ステップE1と同様に回転数の検出を行い、ステップG3の停止が確認されるまで継続され、停止確認後にステップM4の処理に移行する。
【0058】
“正転”の場合は、位置決め処理を省略し、ステップF1で割込み処理ルーチン(Sb)の実行が許可されて、図6で示した位置センサ信号Hs変化時の処理が実行される。割込み処理ルーチン(Sb)が2回行われることにより電気角Px及び位置センサ周期データが求められ、モータ6の回転に必要な情報が定まるから、ステップF2で2回の実行を確認後、ステップF3の割込み処理ルーチン(Sa)の実行の許可と、ステップF4の信号Soの出力が実行される。以って、モータ6はインバータ駆動による回転を始める。
【0059】
以下、本発明の第3の実施の形態として、位置センサ2個(n=2)の場合について図17をも参照しながら説明する。本実施の形態を示す電気的構成である図17において、第1の実施の形態と異なる点は位置センサ17を2個設けた点と、モータ電流検出手段を設けていない点であり、他の同一の部分については同一符号を付すことにより説明を省略する。
【0060】
ブラシレスDCモータ(以下、単にモータ)6には、2個の位置センサ17a、17bが電気角で90度の位相差で配置されており、夫々の出力端子はマイコン8の入力端子I1a、I1bに接続され、信号Ha、Hbをそれぞれ供給する構成となっている。
【0061】
次に、本実施の形態の作用について、第1の実施の形態で用いた図面を参照しながら説明する。マイコン8のメインフローチャートを示す図4において、外部からの信号などにより与えられる始動条件を判断(ステップM1)し、ストップの場合は、停止指令としての信号Soを出力(ステップM2)する。これにより、駆動回路5は三相ブリッジ回路4に対してオフ信号を発生し、モータ6への通電をオフすると共に割込み処理ルーチンの実行を禁止(ステップM3)する。
【0062】
ステップM1でスタートの場合は、2個の位置センサ17a、17bからの位置センサ信号Ha、Hbが入力され(ステップM4)、ROM8a(パラメータ記憶手段)に格納されているデータテーブル(図19参照)から電気角Pxを決定する(ステップM5)。この決定は、位置センサ17a、17bの配置に係わって行われ、図18(a)、(b)において、その位置センサ17a、17bの配置を定義している。モータ6の各相のコイルと永久磁石の関係を誘起電圧として図18(a)に示し、これに対応する位置センサ信号Ha、Hbのタイミングを図18(b)に示した。
【0063】
夫々の電気角Pxはセンサ信号Ha、Hbにより限定されるロータ位置範囲の中間点を示すものである。そして、ステップM6において、電気角Pxから90度減算した値を電圧位相Pnとして決定する(式(1)参照)。
【0064】
電圧位相Pnが決定された後、電圧指令値Daを入力(ステップM7)し、各相の通電信号Du、Dv、Dwの演算と出力を行う(ステップM8、M9、M10)。ステップM8はU相の通電信号Duを形成するステップであり、ステップM8aではROM8a(電圧率記憶手段)から電圧位相Pnに基づいて電圧率データDbの読み出しを行い、ステップM8bにおいて式(2)に基づいて通電信号Duの演算を行う。
【0065】
ここでも、電圧率データDbの値域は8ビットデータの2の補数表現で取り得る“−127〜127”であり、“0〜255”にシフトさせるため“128”をオフセット値として設定している。電圧指令Daの値域も“0〜255”で、電圧率データDbに乗算することにより、電圧指令に応じた正弦波の振幅を得ることができる。そして、ステップM8cでPWM回路9に対して通電信号Duを出力する。
【0066】
ステップM9及びステップM10においては、それぞれV相の通電信号Dv、W相の通電信号Dwの演算と出力が行われるが、この際、電圧位相Pnの決定は、V相では式(3)、W相では式(4)に従い行われる。
【0067】
ステップM11において信号Soを出力することにより、PWM回路9によりパルス幅変調された各相の通電信号Dup乃至Dwnが三相ブリッジ回路4に出力され、駆動手段3からモータ6の各相巻線6u、6v、6wに通電され、モータ6のロータは移動して、電気角Pxの付近に停止する。例えば、最初に電気角80度の位置に停止していたとすると、電気角45度付近に移動することになる。この間、センサ信号はHa=H、Hb=Lのままである。
【0068】
ステップM12においては、上記のロータ位置の移動に必要な時間から決められている所定時間の経過を判断し、ステップM13においては、時間カウンタのデータTcを読込みデータTxとして記憶した後、ステップM14で始動フラグをセットする。そして、ステップM15において図5と図6に示す割込み処理ルーチンの実行を許可して、ステップM1に戻る。
【0069】
図5で示す割込み処理ルーチン(Sa)での処理は、第1の実施の形態と同様であるので説明は省略する。ただ、モータ6が回転を始める際、ロータが電気角45度の位置に移動していたとすると、ロータ位置はHa=H、Hb=LからHa=H、Hb=Hに変化することになる。
【0070】
次に、図6で示すフローチャートを用いて、電気角90度ごとの位置センサ信号Ha、Hbの変化により実行される割込み処理ルーチン(Sb)について説明する。まず、ステップB1において時間カウンタの読込みデータTcが読込まれ、ステップB2において前回の時間カウンタの読込み処理で得たデータTxと今回の処理で得たデータTcの差を演算子データTsとして記憶し(始動フラグクリアの場合は差をそのまま、始動フラグセットの場合は差の2倍)、今回の時間カウンタのデータTcをデータTxとして記憶する(式6a、6b、6c参照)。
【0071】
ステップB1とステップB2により電気角90度分回転する時間Tsが測定されるが、始動時は位置センサ信号Ha、Hbの中間位置から回転を開始しているために電気角45度の回転となっているので、2倍することで電気角90度分回転する時間Tsとしている。そして、始動フラグをクリア(ステップB3)した後、位置センサ信号Ha、Hbを入力(ステップB4)し、図20に示すLテーブルに基づいて電気角Pxを得る(ステップB5)。図20のデータは、センサ信号Ha、Hbの変化点とロータ位置電気角Pxの関係を示している。
【0072】
位置センサ信号Ha、HbがHa=H、Hb=Hに変化した後も、更にモータ6は回転を継続するが、始動フラグがクリアされたことにより割込み処理ルーチン(Sa)が次のように換わる。ステップA2において始動フラグの判定がノーとなり、ステップA3で時間カウンタのデータTcが読み込まれ、ステップA4で式(7)に基づき電圧位相Pnを決定する。ステップA6乃至A9の処理は同様である。
【0073】
以上の構成とマイコンの動作により、モータ6は回転を継続する。そして、図18(c)で示すように100μsごとに電圧位相Pnが演算され、18(d)に示すように通電信号の波形はロータ位置と電圧指令、電圧位相指令に対応した正弦波となり、図18(e)に示すような正弦波の巻線電流が発生する。
【0074】
次に、本発明の第4の実施の形態として、位置センサ2個(n=2)の場合に図21をも参照しながら説明する。第3の実施の形態と同じ部分は同一符号を付すことにより説明を省略する。図21本実施の形態を示す電気的構成図であり、第3の実施の形態との違いは、マイコン8にその動作周期が設定可能なタイマー8bが加えられている点である。
【0075】
以下、作用について、第2の実施の形態で用いた図11乃至図13のフローチャートを参照して説明する。図11において、第3の実施の形態と同様に、ステップM1乃至M12の処理で位置センサ信号Ha、Hbに基づいてロータの位置決めを行った後、ステップM13、M14の処理を実行するが、ステップM15の割込み処理の許可を実行する前にタイマー8dの周期データTdとして所定値を設定している(ステップM16)。図12に示す割込み処理ルーチン(Sc)は、タイマー8dによりその設定された周期データTdを基に発生する割り込み処理で、ステップM16とステップM15の処理により実行が始まる。そして、電気角Pxを初期値として、ステップC1で電気角Pxをカウントアップする(式(8)参照)。ここでNは例えば1つまり電気角1度であり、また、計算結果が“359”を越えた場合には“360”を減じて“0〜359”の範囲に調整される。
【0076】
ステップC2で電圧位相指令Prを読込んだ後、ステップC3で電圧位相Pnが決定される(式(9)参照)、ここでも同様に、“0〜359”の範囲に調整される。以下のステップC4からステップC7の処理は、第3の実施の形態と同じであり説明を省略する。
【0077】
図13の割込み処理ルーチン(Sd)は、電気角90度ごとの位置センサ信号Ha、Hbの変化により発生し、タイマー周期の演算と設定処理が追加されている点で、割込み処理ルーチン(Sb)と異なる。ステップD6では、位置センサ信号変化周期データに基づいてタイマー8dの周期データTdを演算・設定する(式(10)参照)。
【0078】
以上のマイコンの動作により、ロータ電気角を示す電気角カウンタ(電気角Px)は、電気角90度ごとに変化する位置センサ信号Ha、Hbに同期して、90度より小さいN度単位で変化し、これと電圧位相指令Prによって電圧の位相を決定する。更に、電圧指令と記憶している波形データから通電信号を形成することにより、正弦波の通電が可能となる。
【0079】
本発明は、上記した実施例に限定されるものでなく、以下のような変形又は拡張が可能である。電圧指令Da及び電圧位相指令Prを外部から与えられるとしたが、マイコン内部で、例えば、時間により変化させたり、回転数検出を行いこれにより決定するなどしてもよい。
【0080】
位置センサ信号により初期位置を決定して通電によりロータ位置を移動させているが、モータの極数が多い場合などは、初期位置のみ決定し通電によるロータ位置の移動を省略してもよい。
【0081】
ロータ位置センサはホールICとしたが、光素子などのセンサを使用してもよい。また、n=2の場合には、加速中にも正弦波を継続可能であり、正反転の急加速を繰り返す洗濯機にも適用することができ、特に駆動源と被駆動体との間の機械的伝達機構を使用しないダイレクトドライブ方式の洗濯機に使用すると、低振動化、低騒音化を実現することができる。
【0082】
【発明の効果】
本発明によれば、1個或は2個のデジタル信号を出力する位置センサで三相のブラシレスDCモータを駆動できセンサ及びその配線に係るコストの低減が可能であり、さらに通電波形形成に至るまでデジタル手段を使用しているから、アナログ手段を含むものと比較して、温度など環境要因に影響されず、同時に、集積化が容易である。また、1個或は2個のデジタルの位置センサ信号から三相の正弦波通電信号を形成できるから、ブラシレスDCモータを低振動・低騒音で駆動できる。
【0083】
始動時、位置決めの通電によりロータ位置の初期化を実施しているため、始動を含めて正弦波駆動が可能で、矩形波駆動による始動と比較して、低振動・低騒音で駆動できる。
【0084】
始動時のロータ位置の初期化は位置センサ信号に基づいて行っているから、位置決めによるロータの移動は最小限となり、始動時間の増加を防止している
【0085】
位置センサの電源線と信号線とを共用しているから、配線が2本のみとなり、コスト低減が実現される。始動前の回転方向の判定ができるから、外力により回転させられる用途のエアコンの室外ファンや換気扇などブラシレスDCファンや、洗濯機駆動源でも使用できる。マイコンを使用し、ソフトウエアを中心に構成しているから、インバータの小形化・低コスト化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態における要部の電気的構成を示す図。
【図2】正弦波一周期の電圧率データを示す図。
【図3】モータを誘起電圧に基づく駆動信号によって駆動する場合のタイミングチャート。
【図4】マイクロコンピュータのメインルーチンの制御内容を示すフローチャート。
【図5】割込み処理ルーチンSaの制御内容を示すフローチャート。
【図6】割込み処理ルーチンSbの制御内容を示すフローチャート。
【図7】電気角データテーブルの内容を示す図。
【図8】電気角データテーブルの内容を示す図。
【図9】従来技術の要部の電気的構成を示す図。
【図10】本発明の第2の実施の形態における要部の電気的構成を示す図。
【図11】マイクロコンピュータのメインルーチンの制御内容を示すフローチャート。
【図12】割込み処理ルーチンScの制御内容を示すフローチャート。
【図13】割込み処理ルーチンSdの制御内容を示すフローチャート。
【図14】位置センサの電気的構成図。
【図15】回転状態判定処理内容を示すフローチャート。
【図16】メインルーチンの制御内容を示すフローチャート。
【図17】本発明の第3の実施の形態における要部の電気的構成を示す図。
【図18】モータを誘起電圧に基づく駆動信号によって駆動する場合のタイミングチャート。
【図19】電気角データテーブルの内容を示す図。
【図20】電気角データテーブルの内容を示す図。
【図21】本発明の第4の実施の形態における要部の電気的構成を示す図。
【符号の説明】
2は直流電源回路、3は駆動手段、4は三相ブリッジ回路、5は駆動回路、6はモータ、7は位置センサ、8はマイコン、9はPWM回路、10は電流検出回路、11は電源電流検出回路、12はセンサ電源供給手段を示す。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to an inverter device that forms an energization signal based on a position sensor signal and drives a brushless DC motor.
[0002]
[Prior art]
  In recent years, brushless DC motors have been adopted as fan motors for air conditioners, motors for electric vehicles, or motors for washing machines in order to control a wide range of variable speeds and save electricity consumption. This is driven by an inverter device.
[0003]
  In a brushless DC motor having three-phase windings, normally, three Hall ICs that are simple and inexpensive as a position sensor are arranged for every 120 degrees of electrical angle, for example. The inverter device obtains a signal corresponding to the rotational position of the rotor by these Hall ICs, forms energization timing, applies voltage to the winding of the brushless DC motor, and drives it.
[0004]
  The voltage applied to the windings of a brushless DC motor is generally a 120-degree conduction type rectangular wave drive. However, for the purpose of improving the motor efficiency and reducing the vibration, a roughly sinusoidal voltage is supplied to the motor. As a possible inverter device, Japanese Patent Application No. 07-224299 has been filed.
[0005]
  As shown in FIG. 9, a three-phase rectangular wave signal is formed from three position sensor signals and started by a rectangular wave drive, and then switched to a substantially sine wave energization. A position sensor period measuring means for obtaining a position sensor signal from the sensor and measuring a period at which the position sensor signal changes, and a voltage having a resolution higher than the electrical angle corresponding to the change period based on the position sensor signal and the change period A voltage phase determining means for determining a phase; a voltage rate storage means for storing a voltage rate corresponding to the voltage phase; and an energization waveform forming means for forming an energization waveform of a three-phase approximate sine wave from the voltage phase and the voltage ratio. This is an inverter device having a driving means for energizing the three-phase windings based on the energization waveform, realizing low cost and low noise vibration.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
  However, further cost reduction is desired, and in order to realize this, it is desired to reduce the number of position sensors used. There has also been a demand for reduction of vibration noise at the time of starting generated by rectangular wave driving.
[0007]
  The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an inverter device capable of forming a three-phase sine wave energization signal from a smaller number of position sensors and sine wave energizing a brushless DC motor. It is in.
[0008]
  Another object of the present invention is to provide an inverter device that does not involve rectangular wave driving at the time of starting. Another object of the present invention is to provide an inverter device capable of detecting the rotational state of a motor before starting.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
[0010]
  In order to achieve the above object, the inverter device has a constant phase relationship with the induced voltage generated by the winding of the brushless DC motor having a three-phase winding.,DigitalN (n: 1 or 2) position sensors that output signals, position sensor period measuring means that measures a period in which position sensor signals obtained by the n position sensors change,Parameter storage means for storing the rotor phase difference corresponding to the change period of the position sensor signal measured by the position sensor period measurement means and the rotor phase corresponding to the change time of the position sensor signal;n position sensor signals,Change period, Rotor phase and rotor phase differenceVoltage phase determining means for determining a voltage phase having a resolution higher than the electrical angle corresponding to the change period, voltage rate storage means for storing a voltage rate corresponding to the voltage phase, and from the voltage phase and the voltage rate , Having an energization waveform forming means for forming a three-phase energization waveform, and a drive means for energizing the three-phase winding based on the energization waveform;At start-up, three-phase DC excitation energization is performed based on the rotor phase limited by n position sensor signals.
[0011]
  Furthermore, the voltage rate corresponding to the voltage phase stored in the voltage rate storage means is a voltage rate corresponding to a sine wave. When n = 1, the power supply voltage supply line and the sensor signal line for the position sensor are shared.
[0012]
  Further, when n = 1, a power supply voltage supply unit and a power supply current detection unit are provided for the position sensor, and a position sensor signal determination unit that determines a position sensor signal based on the power supply current detection result is provided.
[0013]
  In the case of n = 2, the position sensor signal obtained by the position sensor changes by π / 2 in the electrical angle of the rotor phase depending on the position sensor arrangement. Further, the voltage phase determination means includes a change period of the position sensor signal measured by the position sensor period measurement means, a rotor phase difference corresponding to the change period, a change time of the position sensor signal, and a rotor phase corresponding to the change time. And a parameter storage means for storing the voltage phase command as a calculation parameter, and a voltage phase at a certain time is determined by calculation based on the calculation parameter.
[0014]
  Further, when the change period is Ts, the change time is Tx, the rotor phase at the change time is Px, and the voltage phase command is Pr, the voltage phase Pn at the time Tc for determining the voltage phase is Pn = Px + Pr + (π / n) X (Tc-Tx) / Ts.
[0015]
  Furthermore, a predetermined value corresponding to the position signal is written at the change timing of the position sensor signal, and an electrical angle counter is provided in which the count cycle is determined based on the change cycle of the position sensor signal obtained by the position sensor cycle measuring means. The voltage phase determining means determines the voltage phase based on the sum of the count value of the electrical angle counter and the phase command value.
[0016]
  In addition, a predetermined value corresponding to the position signal is written at a change timing for each π / n of the position sensor signal, and counted for every π / n based on the change period of the position sensor signal obtained by the position sensor cycle measuring means. An electrical angle counter whose period is determined is provided, and the voltage phase determining means determines the voltage phase based on the sum of the count value of the electrical angle counter and the phase command value.
[0017]
  Furthermore, the initial value of the voltage phase is determined by n position sensor signals.StartIs the method. In addition, this is a starting method in which the initial value of the voltage phase is determined by the sum of the rotor phase at an intermediate point in a range that can be limited by n position sensor signals and the voltage phase command.
[0018]
  Further, this is a starting method in which DC excitation is performed to move the rotor to a predetermined rotor phase, and an initial value of the voltage phase is determined by the sum of the predetermined rotor phase and the voltage phase command.
[0019]
  Further, a three-phase DC excitation energization waveform is formed from the voltage phase delayed by π / 2 of the rotor phase, which is limited by n position sensor signals, and the voltage ratio stored in the voltage ratio storage means. In this starting method, after direct current excitation is performed on the three-phase winding, the initial value of the voltage phase is determined by the sum of the rotor phase limited by n position sensor signals and the voltage phase command.
[0020]
  Further, a motor winding current detecting means is provided, and when n = 1, means for starting energization at the timing specified by the position sensor signal and stopping energization according to the result of the current detecting means, and means for measuring the energization time And rotation direction detecting means for determining the rotation direction from the measured energization time.
[0021]
  Further, the position sensor cycle measuring means, the voltage phase determining means, the voltage ratio storing means, the energization signal forming means, and the starting means are constituted by a microcomputer. Further, the position sensor period measuring means, the voltage phase determining means, the voltage ratio storing means, the energization signal forming means, the starting means, and the rotation direction detecting means are constituted by a microcomputer.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Hereinafter, as a first embodiment of the present invention, the case of one position sensor (n = 1) will be described with reference to FIGS. 1 to 8 and FIG. FIG. 1 is an electrical configuration diagram showing a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, both terminals of the AC power supply 1 are connected to the AC input terminal of the full-wave rectifier circuit 2b, and a reactor 2a is inserted in one of them. A smoothing capacitor 2c is connected between the DC output terminals of the full-wave rectifier circuit 2b, and the DC power supply circuit 2 is constituted by the reactor 2a, the full-wave rectifier circuit 2b, and the smoothing capacitor 2c. The three-phase bridge circuit 4 is connected to the output terminal of the DC power supply circuit 2, and the motor current detecting means 10 is installed on the negative DC bus. In the three-phase bridge circuit 4, transistors (IGBT) Tr1 to Tr6 each having a diode between an emitter and a collector are connected in a three-phase bridge. The output terminals 4u, 4v, 4w of the three-phase bridge circuit 4 are connected to the respective star windings 6u, 6v, 6w of the three-phase brushless DC motor 6 having the fan 13.
[0023]
  Therefore, in the three-phase bridge circuit 4, the transistors Tr1 to Tr3 correspond to positive side switching elements, and the transistors Tr4 to Tr6 correspond to negative side switching elements.
[0024]
  As shown in FIG. 14, the brushless DC motor (hereinafter simply referred to as the motor) 6 has a Hall IC 7a and one position sensor 7 comprising a resistor 7b connected between the open collector output and the positive power source. It is configured to be driven by sensor power supply means 12 comprising a DC power supply 12a and a capacitor 12b. A power supply current detection means 11 is connected between the position sensor 7 and the sensor power supply means 12, and its output terminal is connected to the input terminal I1 of the microcomputer 8 to output a signal Hs. The power supply current detecting means 11 includes a resistor 11a connected between the Hall IC 7a and the sensor power supply means 12, a separately provided reference voltage generating means 11c, a positive input terminal connected to the resistor 11a, and a negative input TerminalButThe comparator 11b is connected to the reference voltage generator 11c.
[0025]
  Further, the output signal Si of the motor current detecting means 10 is supplied to the input terminal I2 of the microcomputer 8, and the phase command signal Pr and the voltage command signal Da are respectively supplied to the input terminals I3 and I4 from the outside. ing. Further, the microcomputer 8 has a sine wave corresponding to 360 degrees (0 to 359 degrees) in electrical angle as shown in FIG. 2 in a ROM 8a (voltage ratio storage means, parameter storage means) provided therein. One period of voltage rate data Db is stored. In addition, the microcomputer 8 includes a RAM 8b as a work area and a time counter 8c that repeats counting in units of 1 μs, for example.
[0026]
  The PWM circuit 9 has a triangular wave generator (not shown) inside, and compares the energization signals Du, Dv, Dw of the respective phases obtained from the output terminals O1, O2, O3 of the microcomputer 8 with the triangular wave. Drive signals Dup, Dun, Dvp, Dvn, Dwp, and Dwn are output from the six output terminals of the PWM circuit 9, respectively. Further, the output terminal O4 of the microcomputer 8 outputs a signal So that instructs the drive circuit 5 to stop, output, brake, and test.
[0027]
  The drive circuit 5 is configured to supply drive signals Dup to Dwu obtained by the PWM circuit 9 to the gates of the corresponding transistors Tr1 to Tr6 of the three-phase bridge circuit 4.
[0028]
  Next, the effect | action of this Embodiment is demonstrated with reference to FIGS. 3-8 and FIG. In FIG. 14, in the Hall IC 7a, the open collector output terminal is either low or open depending on the direction of the magnetic field. When low, the current consumption of the Hall IC 7a and the current due to the resistor 7b flow through the power supply line, and when open, only the current consumption of the Hall IC 7a flows. That is, there is a difference in the current flowing through the power supply line (power supply current) depending on the direction of the magnetic field.
[0029]
  A voltage proportional to the power supply current is generated in the resistor 11a of the power supply current detecting means 11, which is connected to the positive input terminal of the comparator 11b and compared with the reference voltage from the reference voltage generating means 11c connected to the negative input terminal. Therefore, the output signal of the comparator 11b changes due to the difference in the power supply current according to the direction of the magnetic field.
[0030]
  FIG. 4 shows a main flowchart of the microcomputer 8. In step M1, a start condition given by an external signal or the like is determined, and in the case of stop, a stop signal is output as an output signal So in step M2. As a result, the drive circuit 5 outputs an off signal to the three-phase bridge circuit 4 to turn off the energization of the motor 6. Further, in step M3, an interrupt processing routine described later is prohibited.
[0031]
  In step M1, the starting conditionButIn the case of start, the sensor signal Hs is input in step M4, and the electrical angle Px is determined based on data stored in a ROM 8a (parameter storage means) shown in FIG. This determination is performed in relation to the arrangement of the position sensor 7. In FIGS. 3A and 3B, the arrangement of the position sensor 7 is defined. This shows the relationship between the windings 6u, 6v and 6w of each phase of the motor 6 and the permanent magnet as an induced voltage in FIG. 3A, and the timing of the position sensor signal Hs corresponding to this is shown in FIG. 3B. Indicated. FIG. 7 is a data table including the sensor signal Hs and the electrical angle Px, and the electrical angle Px is set using the data table. Each electrical angle Px indicates an intermediate point of the rotor position range obtained by the sensor signal Hs. In step M6, the voltage phase Pn is determined by subtracting 90 degrees from the electrical angle Px as shown in the following equation (1).
[0032]
  Pn = Px−90 ――― (1)
In step M7, on the basis of the voltage command value Da inputted from the outside, the energization signals Du, Dv, Dw of each phase are calculated and output in each step M8, M9, M10. Step M8 is a step of forming a U-phase energization signal Du, and voltage rate data Db based on the voltage phase Pn determined in step M6 based on the data table stored in ROM 8a (voltage rate storage means) in step M8a. Is read out. Next, in step M8b, the energization signal Du is calculated according to the following equation (2).
[0033]
  Du = Db × (Da / 255) +128 (2)
Here, the range of the voltage rate data Db is “−127 to 127” that can be represented by 2's complement representation of 8-bit data, and “128” is set as an offset value in order to shift to “0 to 255”. . The value range of the voltage command Da is also “0 to 255”, and by multiplying the voltage rate data Db, the amplitude of the sine wave corresponding to the voltage command can be obtained. In step M8c, the energization signal Du is output to the PWM circuit 9.
[0034]
  In the next step M9 and step M10, similarly to the calculation and output of the U-phase energization signal Du in step M8 described above, calculation and output of the V-phase and W-phase energization signals Dv and Dw are performed. At this time, the voltage phase Pn is determined in accordance with Equation (3) in Step M9 and Equation (4) in Step M10.
[0035]
  Pn = (Px−90) −120 (3)
  Pn = (Px−90) −240 (4)
By outputting the output signal So in step M11, the energization signals Dup to Dwn of each phase pulse-width modulated by the PWM circuit 9 are output to the three-phase bridge circuit 4, and each phase winding of the motor 6 from the driving means 3 is output. A current is applied to 6u, 6v, and 6w. Then, the rotor of the motor 6 moves and stops in the vicinity of the electrical angle Px set when the voltage phase Pn is determined in step M5.
[0036]
  Step M12 is a step of determining the elapse of a predetermined time determined from the time required for the movement of the rotor position, and is repeated until the predetermined time elapses. When a predetermined time has elapsed, the time counter Tc is read and stored as data Tx in step M13, and then a start flag is set in step M14. Further, in step M15, execution of the interrupt processing routine shown in FIGS. 5 and 6 is permitted.do itReturn to Step M1.
[0037]
  Next, the flowchart of the interrupt processing routine (Sa) shown in FIG. 5 will be described. This is, for example, a time interrupt processing routine executed every 100 μs. After reading the voltage phase command Pr input from the outside in step A1, the start flag is determined in step A2. Here, since the start flag is set in step M14 described above, it is determined as YES and the voltage phase Pn is determined in step A5. In step A5, the voltage phase Pn is determined as in the following equation (5) based on the electrical angle Px determined in step M5 described above.
[0038]
  Pn = Px + Pr + Km ――― (5)
Here, K is preset data, for example, an electrical angle of 1 degree. m is an initial value 1 and is 1 each time this process is executed.One by oneThe data is increasing.
[0039]
  The processing of steps A6 to A9 is the same as that of steps M7 to M10 described above, and the energization signals Du, Dv, Dw of each phase are calculated and output according to the voltage phase command Pr.
[0040]
  By repeatedly executing the interrupt processing routine (Sa) described above, the motor 6 is started by gradually increasing the voltage phase Pn determined in step A5. Then, when the motor 6 rotates, the sensor signal Hs reaches the changing point.
[0041]
  Next, the flowchart of the interrupt processing routine (Sb) shown in FIG. 6 will be described. This is an interrupt processing routine executed by a change in sensor signal every electrical angle of 180 degrees. First, in step B1, the time counter read data Tc is read. If the start flag is cleared, the difference between the data Tx obtained in the previous time counter reading process and the data Tc obtained in the current process is calculated and stored as operator data Ts in step B2 (formula (6a Further, the current read data Tc is stored as data Tx (see equation (6c)). When the start flag is set, the operator data Ts is determined to be twice the difference between the data Tx and the current read data Tc (see equation (6b)), and the current read data Tc is used as the data Ts. Store (see equation (6c)).
[0042]
  Ts = Tc-Tx When the start flag is cleared ――― (6a)
  Ts = 2 (Tc-Tx) When the start flag is set ――― (6b)
  Tx = Tc ――― (6c)
By the process of step B1 and step B2, the change period of the sensor signal Hs, that is, the time Ts during which the rotor rotates by an electrical angle of 180 degrees is measured, but at the start, the rotation starts from the intermediate position of the sensor signal Hs. Therefore, the rotation is an electrical angle of 90 degrees, so that the time Ts for rotating the electrical angle by 180 degrees is set to 2 times.
[0043]
  After the start flag is cleared in step B3, the position sensor signal Hs is input in step B4. In step B5, the electrical angle Px is obtained based on the data table based on the position sensor signal Hs and the electrical angle Px shown in FIG. The data in FIG. 8 shows the relationship between the change point of the sensor signal Hs and the rotor position electrical angle Px.
[0044]
  Even after the position sensor signal Hs changes, the motor 6 continues to rotate, but the interrupt processing routine (Sa) changes as follows when the start flag is cleared. First, the determination of the start flag in step A2 is no, and the processing of step A3 and step A4 is executed. In step A3, the current read data Tc of the time counter is read, and in step A4, the voltage phase Pn is determined by the calculation shown in the following equation (7). The processing from step A6 to step A9 is the same as the processing described above, and will be omitted.
[0045]
  Pn = Px + Pr + 180 × (Tc−Tx) / Ts (7)
With the above configuration and microcomputer operation, the motor 6 continues to rotate. Then, the voltage phase Pn is calculated every 100 μs as shown in FIG. 3C, and the waveform of the energization signal becomes a sine wave corresponding to the rotor position, the voltage command, and the phase command as shown in FIG. Furthermore, a sinusoidal winding current as shown in FIG.
[0046]
  Next, as a second embodiment of the present invention, the case of one position sensor (n = 1) will be described with reference to FIGS. About the same structure as 1st Embodiment, description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol. FIG. 10 is an electrical configuration diagram showing the present embodiment. The difference from the first embodiment (see FIG. 1) is that a timer 8b whose operation cycle can be set is added to the microcomputer 8. It is.
[0047]
  Hereinafter, the operation will be described with reference to the flowcharts of FIGS. FIG. 11 shows a main flowchart of the microcomputer 8, and after the rotor is positioned based on the position sensor signal Hs in steps M1 to M12 in the same manner as in the first embodiment, steps M13 and M14 are performed. In the present embodiment, before execution of permission of the interrupt process in step M15, the process includes step M16 for setting a predetermined value as the period data Td of the timer 8d. The interrupt processing routine (Sc) shown in FIG. 12 corresponding to the interrupt processing routine (Sa) of the first embodiment is an interrupt processing generated based on the set periodic data Td by the timer 8d. Execution is started by the process of step M15, and the electrical angle Px determined in step M5 is used as an initial value, and the electrical angle Px is counted up in step C1 (see equation (8)).
[0048]
  Pn = Px + N ――― (8)
Here, N is 1 (electrical angle 1 degree), for example, and when the calculation result exceeds 359, 360 is subtracted and adjusted to a range of 0 to 359.
[0049]
  After reading the voltage phase command Pr in step C2, the voltage phase Pn is determined based on the following equation (9) in step C3.
  Pn = Pr + Px ――― (9)
Here again, as in step C1, when “359” is exceeded, “360” is subtracted and adjusted to the range of “0 to 359”. The processing from step C4 to step C7 below is the same as the processing from step M7 to M10 in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
[0050]
  The interrupt processing routine (Sd) in FIG. 13 is generated by a change in the position sensor signal Hs every 180 degrees of electrical angle, as in the interrupt processing routine (Sb) in the first embodiment. This is the addition of a calculation setting process for the timer period Td in step D6. Step D6 is a step of calculating and setting the period data Td of the timer 8d based on the position sensor signal change period data obtained in Step D2 (see Expression (10)).
[0051]
  Td = Ts / (180 / N) ――― (10)
By the operation of the microcomputer described above, the electrical angle counter (electrical angle Px) indicating the rotor electrical angle changes in units of N degrees smaller than 180 degrees in synchronization with the position sensor signal Hs that changes every 180 degrees. The voltage phase is determined by the voltage phase command Pr. Furthermore, a sine wave can be energized by forming an energization signal from the voltage command and the stored waveform data.
[0052]
  Next, a case where the brushless DC fan is used for an application that is rotated by an external force such as an outdoor fan or a ventilation fan of an air conditioner will be described with reference to flowcharts of FIGS. 15 and 16. FIG. 15 is a flowchart showing a rotation state determination processing routine. In step E1, the number of rotations is detected. For example, the number of changes in the position sensor signal Hs per second is detected. In step E2, based on the detected number of rotations, it is determined as “stop” if it is less than the predetermined number of rotations, and “in rotation” if it is equal to or greater than the predetermined number of rotations. If it is determined that “rotating”, steps E3 to E17 are executed to determine the direction of rotation.
[0053]
  In step E3, the position sensor signal Hs is monitored to wait for a change from low to high. When the position sensor signal Hs becomes high, the time counter data Tc is read and stored in step E4, and a signal So as a test command is output in step E5. The test signal So is a signal for turning on the U-phase positive transistor Tr1 and the V-phase negative transistor Tr5, and a current flows from the winding 6u to 6v of the motor 6. This current continues to increase, and when it reaches a predetermined value, the current signal Si that is the output of the winding current detection means 10 is set to high. After confirming this in step E6, a signal So as a stop command is output in step E7 to cut off the current. In step E8, the time counter data Tc is read again, and the energization time is determined from the difference from the previously read data. Step E9 for obtaining TH is executed. Similarly, when the position sensor signal Hs becomes low, steps E10 to E16 are executed to determine the energization time TL.
[0054]
  From the relationship between the induced voltage and the position sensor signal Hs shown in FIGS. 3A and 3B, there are the following differences between forward rotation and reverse rotation. In the case of normal rotation, the induced voltage of the U phase with reference to the V phase (hereinafter referred to as UV induced voltage) is generated as positive when the position sensor signal Hs is high and negative when the position sensor signal Hs is low. In the case of reverse rotation, it is generated as negative when the position sensor signal Hs is high and positive when it is low.
[0055]
  Assuming now that the rotation is normal, in the energization when the position sensor signal Hs in steps E3 to E9 is high, the increase in current is slow due to the timing at which the induced voltage increases in the positive direction, and the time until the predetermined current value is reached. That is, the energization time TH becomes longer. On the other hand, in the energization when the position sensor signal Hs in Steps E10 to E16 is low, the induced voltage is negative and decreases at a timing, so that the current increases rapidly and the time until the predetermined current value is reached, that is, the energization time TL is Shorter. Therefore, in the case of normal rotation, the energization time TH> energization time TL, and in the case of reverse rotation, the energization time TH <energization time TL.
[0056]
  From the above relationship, in step E17, the rotational direction can be determined by comparing the energization times TH and TL. FIG. 16 shows a flowchart of the microcomputer 8 in the case of a brushless DC fan, which is a flowchart having another step between step M3 and step M4 of the main routine shown in FIG. When the start condition of step M1 is start, the rotational state determination step of step M0 is executed, and when it is “stop”, the process proceeds to step M4 and the positioning process is executed.
[0057]
  In the case of “reverse rotation”, a signal So as a brake command is output in step G1, the negative transistors Tr4, Tr5, Tr6 of the three-phase bridge circuit 4 are all turned on, and the motor windings 6u, 6v, 6w are short-circuited. And brake torque is generated. In step G2, the number of rotations is detected in the same manner as in step E1, and is continued until the stop of step G3 is confirmed. After the stop is confirmed, the process proceeds to step M4.
[0058]
  In the case of “forward rotation”, the positioning process is omitted, the execution of the interrupt process routine (Sb) is permitted in step F1, and the process when the position sensor signal Hs shown in FIG. 6 is changed is executed. Since the interrupt processing routine (Sb) is performed twice, the electrical angle Px and the position sensor cycle data are obtained and information necessary for the rotation of the motor 6 is determined. After confirming the execution twice in step F2, step F3 The execution of the interrupt processing routine (Sa) is permitted and the output of the signal So in step F4 is executed. Accordingly, the motor 6 starts rotating by driving the inverter.
[0059]
  Hereinafter, as a third embodiment of the present invention, the case of two position sensors (n = 2) will be described with reference to FIG. In FIG. 17, which is an electrical configuration showing this embodiment, the difference from the first embodiment is that two position sensors 17 are provided, and no motor current detection means is provided. The same parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
[0060]
  A brushless DC motor (hereinafter simply referred to as a motor) 6 has two position sensors 17a and 17b arranged with a phase difference of 90 degrees in electrical angle, and their output terminals are connected to input terminals I1a and I1b of the microcomputer 8, respectively. They are connected to supply signals Ha and Hb, respectively.
[0061]
  Next, the operation of the present embodiment will be described with reference to the drawings used in the first embodiment. In FIG. 4 showing the main flowchart of the microcomputer 8, the start condition given by an external signal or the like is judged (step M1), and in the case of stop, a signal So as a stop command is outputted (step M2). As a result, the drive circuit 5 generates an off signal for the three-phase bridge circuit 4 to turn off the energization of the motor 6 and prohibit the execution of the interrupt processing routine (step M3).
[0062]
  In the case of starting at step M1, position sensor signals Ha and Hb from the two position sensors 17a and 17b are inputted (step M4), and a data table stored in the ROM 8a (parameter storage means) (see FIG. 19). To determine the electrical angle Px (step M5). This determination is made in relation to the arrangement of the position sensors 17a and 17b. In FIGS. 18A and 18B, the arrangement of the position sensors 17a and 17b is defined. FIG. 18A shows the relationship between the coil of each phase of the motor 6 and the permanent magnet as an induced voltage, and FIG. 18B shows the timing of the position sensor signals Ha and Hb corresponding thereto.
[0063]
  Each electrical angle Px indicates an intermediate point of the rotor position range defined by the sensor signals Ha and Hb. In step M6, a value obtained by subtracting 90 degrees from the electrical angle Px is determined as the voltage phase Pn (see formula (1)).
[0064]
  After the voltage phase Pn is determined, the voltage command value Da is input (step M7), and the energization signals Du, Dv, Dw of each phase are calculated and output (steps M8, M9, M10). Step M8 is a step of forming a U-phase energization signal Du. In step M8a, the voltage rate data Db is read from the ROM 8a (voltage rate storage means) based on the voltage phase Pn, and in step M8b, equation (2) is obtained. Based on this, the energization signal Du is calculated.
[0065]
  Also in this case, the value range of the voltage rate data Db is “−127 to 127” that can be represented by 2's complement representation of 8-bit data, and “128” is set as an offset value in order to shift to “0 to 255”. . The value range of the voltage command Da is also “0 to 255”, and by multiplying the voltage rate data Db, the amplitude of the sine wave corresponding to the voltage command can be obtained. In step M8c, the energization signal Du is output to the PWM circuit 9.
[0066]
  In Step M9 and Step M10, calculation and output of the V-phase energization signal Dv and the W-phase energization signal Dw are performed, respectively. At this time, the determination of the voltage phase Pn is based on the equation (3), W In phase, it is performed according to equation (4).
[0067]
  By outputting the signal So in step M11, the energization signals Dup to Dwn of each phase pulse-width modulated by the PWM circuit 9 are output to the three-phase bridge circuit 4, and each phase winding 6u of the motor 6 from the driving means 3 is output. , 6v, 6w are energized, the rotor of the motor 6 moves and stops near the electrical angle Px. For example, if it was initially stopped at an electrical angle of 80 degrees, it would move to an electrical angle of around 45 degrees. During this time, the sensor signal remains Ha = H and Hb = L.
[0068]
  In step M12, it is determined whether a predetermined time determined from the time required for the movement of the rotor position has elapsed. In step M13, the time counter data Tc is stored as read data Tx, and then in step M14. Set the start flag. In step M15, the execution of the interrupt processing routine shown in FIGS. 5 and 6 is permitted.do itReturn to step M1.
[0069]
  Since the processing in the interrupt processing routine (Sa) shown in FIG. 5 is the same as that in the first embodiment, description thereof is omitted. However, when the motor 6 starts rotating, assuming that the rotor has moved to a position where the electrical angle is 45 degrees, the rotor position changes from Ha = H and Hb = L to Ha = H and Hb = H.
[0070]
  Next, an interrupt processing routine (Sb) executed by a change in the position sensor signals Ha and Hb every 90 electrical degrees will be described using the flowchart shown in FIG. First, in step B1, the time counter read data Tc is read, and in step B2, the difference between the data Tx obtained in the previous time counter read process and the data Tc obtained in the current process is stored as operator data Ts ( When the start flag is cleared, the difference is kept as it is, and when the start flag is set, the difference is doubled), and the current time counter data Tc is stored as data Tx (see equations 6a, 6b, 6c).
[0071]
  The time Ts for rotating the electrical angle by 90 degrees is measured in Step B1 and Step B2, but since the rotation is started from the intermediate position of the position sensor signals Ha and Hb at the start, the electrical angle is rotated by 45 degrees. Therefore, the time Ts for rotating by an electrical angle of 90 degrees is obtained by doubling. Then, after clearing the start flag (step B3), position sensor signals Ha and Hb are input (step B4), and an electrical angle Px is obtained based on the L table shown in FIG. 20 (step B5). The data of FIG. 20 shows the relationship between the change points of the sensor signals Ha and Hb and the rotor position electrical angle Px.
[0072]
  Even after the position sensor signals Ha and Hb change to Ha = H and Hb = H, the motor 6 continues to rotate, but the interrupt processing routine (Sa) is changed as follows when the start flag is cleared. . In step A2, the determination of the start flag is no. In step A3, the time counter data Tc is read. In step A4, the voltage phase Pn is determined based on equation (7). The processing in steps A6 to A9 is the same.
[0073]
  With the above configuration and microcomputer operation, the motor 6 continues to rotate. Then, as shown in FIG. 18C, the voltage phase Pn is calculated every 100 μs,FigureAs shown in FIG. 18 (d), the waveform of the energization signal becomes a sine wave corresponding to the rotor position, voltage command, and voltage phase command, and a sinusoidal winding current as shown in FIG. 18 (e) is generated.
[0074]
  Next, as a fourth embodiment of the present invention, a case of two position sensors (n = 2) will be described with reference to FIG. The same parts as those of the third embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. FIG. 21 is an electrical configuration diagram showing the present embodiment. The difference from the third embodiment is that a timer 8b whose operation cycle can be set is added to the microcomputer 8.
[0075]
  The operation will be described below with reference to the flowcharts of FIGS. 11 to 13 used in the second embodiment. In FIG. 11, as in the third embodiment, after the rotor is positioned based on the position sensor signals Ha and Hb in the processes of steps M1 to M12, the processes of steps M13 and M14 are executed. A predetermined value is set as the period data Td of the timer 8d before executing the permission of the interrupt process of M15 (step M16). The interrupt process routine (Sc) shown in FIG. 12 is an interrupt process that is generated by the timer 8d based on the set cycle data Td, and its execution is started by the processes of Step M16 and Step M15. Then, using the electrical angle Px as an initial value, the electrical angle Px is counted up in step C1 (see formula (8)). Here, N is, for example, 1 or an electrical angle of 1 degree, and when the calculation result exceeds “359”, “360” is subtracted and adjusted to a range of “0 to 359”.
[0076]
  After the voltage phase command Pr is read in step C2, the voltage phase Pn is determined in step C3 (see equation (9)). Similarly, the voltage phase Pn is adjusted to a range of “0 to 359”. The following processing from step C4 to step C7 is the same as that in the third embodiment, and a description thereof will be omitted.
[0077]
  The interrupt processing routine (Sd) shown in FIG. 13 is generated by a change in the position sensor signals Ha and Hb every 90 degrees of electrical angle, and an interrupt processing routine (Sb) is added in that timer period calculation and setting processing are added. And different. In step D6, the period data Td of the timer 8d is calculated and set based on the position sensor signal change period data (see equation (10)).
[0078]
  As a result of the above microcomputer operation, the electrical angle counter (electrical angle Px) indicating the rotor electrical angle changes in units of N degrees smaller than 90 degrees in synchronization with the position sensor signals Ha and Hb that change every 90 degrees. The voltage phase is determined by this and the voltage phase command Pr. Furthermore, a sine wave can be energized by forming an energization signal from the voltage command and the stored waveform data.
[0079]
  The present invention is not limited to the above-described embodiments, and the following modifications or expansions are possible. Although the voltage command Da and the voltage phase command Pr are given from the outside, the voltage command Da and the voltage phase command Pr may be changed with time, or may be determined by detecting the number of rotations in the microcomputer, for example.
[0080]
  Although the initial position is determined by the position sensor signal and the rotor position is moved by energization, when the number of poles of the motor is large, only the initial position may be determined and the movement of the rotor position by energization may be omitted.
[0081]
  Although the rotor position sensor is a Hall IC, a sensor such as an optical element may be used. In addition, when n = 2, the sine wave can be continued even during acceleration, and can be applied to a washing machine that repeats rapid acceleration of forward and reverse rotation, particularly between a driving source and a driven body. When used in a direct drive type washing machine that does not use a mechanical transmission mechanism, low vibration and low noise can be realized.
[0082]
【The invention's effect】
  According to the present invention, one or twoOutput digital signalsThe position sensor can drive a three-phase brushless DC motor.,The cost related to the sensor and its wiring can be reduced.Further, since the digital means is used until the energization waveform is formed, it is not affected by environmental factors such as temperature and is easily integrated at the same time as compared with the case including the analog means. Also,One or twoDigitalSince a three-phase sine wave energization signal can be formed from the position sensor signal, the brushless DC motor can be driven with low vibration and low noise.
[0083]
  Since the rotor position is initialized by energization for positioning at the time of starting, sinusoidal driving including starting is possible, and driving can be performed with low vibration and low noise compared to starting by rectangular wave driving.
[0084]
  Since the initialization of the rotor position at the start is performed based on the position sensor signal, the movement of the rotor due to positioning is minimized, and an increase in the start time is prevented..
[0085]
  Position sensor power and signal wiresShareTherefore, only two wires are required, and cost reduction is realized. Since the rotation direction before starting can be determined, it can also be used with a brushless DC fan such as an outdoor fan or a ventilation fan of an air conditioner that is rotated by an external force, or a washing machine drive source. Since a microcomputer is used and software is the main component, it is possible to reduce the size and cost of the inverter.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an electrical configuration of a main part in a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing voltage rate data for one cycle of a sine wave.
FIG. 3 is a timing chart when a motor is driven by a drive signal based on an induced voltage.
FIG. 4 is a flowchart showing control contents of a main routine of the microcomputer.
FIG. 5 is a flowchart showing the control contents of an interrupt processing routine Sa.
FIG. 6 is a flowchart showing the control content of an interrupt processing routine Sb.
FIG. 7 is a view showing the contents of an electrical angle data table.
FIG. 8 is a diagram showing the contents of an electrical angle data table.
FIG. 9 is a diagram showing an electrical configuration of a main part of the prior art.
FIG. 10 is a diagram showing an electrical configuration of a main part according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a flowchart showing control contents of a main routine of the microcomputer.
FIG. 12 is a flowchart showing the control content of an interrupt processing routine Sc.
FIG. 13 is a flowchart showing the control content of an interrupt processing routine Sd.
FIG. 14 is an electrical configuration diagram of a position sensor.
FIG. 15 is a flowchart showing details of a rotation state determination process.
FIG. 16 is a flowchart showing the control content of a main routine.
FIG. 17 is a diagram showing an electrical configuration of a main part according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a timing chart when a motor is driven by a drive signal based on an induced voltage.
FIG. 19 is a diagram showing the contents of an electrical angle data table.
FIG. 20 is a view showing the contents of an electrical angle data table.
FIG. 21 is a diagram showing an electrical configuration of a main part according to a fourth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
  2 is a DC power supply circuit, 3 is a drive means, 4 is a three-phase bridge circuit, 5 is a drive circuit, 6 is a motor, 7 is a position sensor, 8 is a microcomputer, 9 is a PWM circuit, 10 is a current detection circuit, and 11 is a power supply A current detection circuit 12 indicates a sensor power supply means.

Claims (16)

三相の巻線を有するブラシレスDCモータの該巻線が発生する誘起電圧と夫々一定の位相関係を有し、デジタル信号を出力するn(n:1又は2)個の位置センサと、
前記n個の位置センサにより得られた位置センサ信号が変化する周期を測定する位置センサ周期測定手段と、
前記位置センサ周期測定手段が測定した位置センサ信号の変化周期に対応するロータ位相差と、位置センサ信号の変化時刻に対応するロータ位相とを記憶するパラメータ記憶手段を有し、
前記n個の位置センサ信号前記変化周期,前記ロータ位相及びロータ位相差に基づいて、前記変化周期に対応する電気角よりも高い分解能を有する電圧位相を決定する電圧位相決定手段と、
前記電圧位相に対応した電圧率を記憶する電圧率記憶手段と、
前記電圧位相と前記電圧率から、三相の通電波形を形成する通電波形形成手段と、
前記通電波形に基づいて、前記三相巻線に通電する駆動手段を具備し、
始動時には、前記n個の位置センサ信号により限定されるロータ位相に基づいて三相の直流励磁通電を行うことを特徴とするインバータ装置。
N (n: 1 or 2) position sensors each having a constant phase relationship with the induced voltage generated by the winding of the brushless DC motor having three-phase windings and outputting digital signals;
Position sensor cycle measuring means for measuring a cycle in which the position sensor signals obtained by the n position sensors change;
Parameter storage means for storing the rotor phase difference corresponding to the change period of the position sensor signal measured by the position sensor period measurement means and the rotor phase corresponding to the change time of the position sensor signal;
Voltage phase determining means for determining a voltage phase having a resolution higher than an electrical angle corresponding to the change period, based on the n position sensor signals , the change period , the rotor phase, and the rotor phase difference ;
Voltage rate storage means for storing a voltage rate corresponding to the voltage phase;
From the voltage phase and the voltage ratio, energization waveform forming means for forming a three-phase energization waveform,
Based on the energization waveform, comprising driving means for energizing the three-phase winding,
An inverter device characterized in that at the time of starting, three-phase DC excitation energization is performed based on a rotor phase limited by the n position sensor signals .
電圧率記憶手段に記憶される電圧位相に対応した電圧率は、正弦波に応じた電圧率であることを特徴とする請求項に記載のインバータ装置。2. The inverter device according to claim 1 , wherein the voltage rate corresponding to the voltage phase stored in the voltage rate storage means is a voltage rate corresponding to a sine wave. n=1の場合、位置センサに対する電源電圧供給線とセンサ信号線を共用したことを特徴とする請求項1乃至2のいずれかに記載のインバータ装置。 3. The inverter device according to claim 1, wherein when n = 1, the power supply voltage supply line and the sensor signal line for the position sensor are shared. n=1の場合、位置センサに対する電源電圧供給手段と電源電流検出手段を備え、電源電流検出結果に基づいて、位置センサにより得られた位置センサ信号を判定する位置センサ信号判定手段を具備したことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のインバータ装置。In the case of n = 1, a power supply voltage supply means and a power supply current detection means for the position sensor are provided, and a position sensor signal determination means for determining a position sensor signal obtained by the position sensor based on a power supply current detection result is provided. The inverter device according to any one of claims 1 to 3 . n=2の場合、位置センサにより得られる2つの位置センサ信号は、ロータ位相の電気角でπ/2ごとに変化することを特徴とする請求項に記載のインバータ装置。2. The inverter device according to claim 1 , wherein when n = 2, two position sensor signals obtained by the position sensor change by π / 2 in electrical angle of the rotor phase. 前記パラメータ記憶手段は、前記ロータ位相及びロータ位相差に加えて、位置センサ周期測定手段が測定した位置センサ信号の変化周期と位置センサ信号の変化時刻と電圧位相指令とを演算パラメータとして記憶しており、
前記電圧位相決定手段は、ある時刻における電圧位相を、前記演算パラメータに基づいて演算により決定することを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のインバータ装置。
The parameter storage means stores, in addition to the rotor phase and the rotor phase difference, a change period of the position sensor signal measured by the position sensor period measurement means, a change time of the position sensor signal, and a voltage phase command as calculation parameters. And
The voltage phase determining means, an inverter device according to voltage phase at a certain time, to any one of claims 1 to 5, characterized in that determined by calculation based on the calculated parameters.
変化周期をTs、変化時刻をTx、変化時刻のロータ位相をPx、電圧位相指令をPrとした場合、電圧位相を決定する時刻Tcにおける電圧位相Pnを、
Pn=Px+Pr+(π/n)×(Tc−Tx)/Ts
により求めることを特徴とする請求項に記載のインバータ装置。
When the change period is Ts, the change time is Tx, the rotor phase at the change time is Px, and the voltage phase command is Pr, the voltage phase Pn at time Tc for determining the voltage phase is
Pn = Px + Pr + (π / n) × (Tc−Tx) / Ts
The inverter device according to claim 6 , wherein the inverter device is obtained by:
位置センサ信号の変化タイミングで位置信号に対応する所定値が書込まれ、位置センサ周期測定手段によって得られた位置センサ信号の変化周期に基づいてカウント周期が決定される電気角カウンタを備え、
電圧位相決定手段は、前記電気角カウンタのカウント値と位相指令値の和により電圧位相を決定することを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のインバータ装置。
A predetermined value corresponding to the position signal is written at the change timing of the position sensor signal, and an electrical angle counter is provided in which the count cycle is determined based on the change cycle of the position sensor signal obtained by the position sensor cycle measuring means,
Voltage phase determining means inverter apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the determining the voltage phase by the sum of the count value and the phase command value of the electric angle counter.
位置センサ信号のπ/nごとの変化タイミングで位置信号に対応する所定値が書込まれ、位置センサ周期測定手段によって得られた位置センサ信号の変化周期に基づいてπ/nごとにカウント周期が決定される電気角カウンタを備え、
電圧位相決定手段は、前記電気角カウンタのカウント値と位相指令値の和により電圧位相を決定することを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のインバータ装置。
A predetermined value corresponding to the position signal is written at a change timing for each π / n of the position sensor signal, and the count cycle is set for every π / n based on the change cycle of the position sensor signal obtained by the position sensor cycle measuring means. With an electrical angle counter to be determined,
Voltage phase determining means inverter apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the determining the voltage phase by the sum of the count value and the phase command value of the electric angle counter.
始動時における電圧位相の初期値を、n個の位置センサ信号により決定することを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載のインバータ装置。The inverter device according to any one of claims 1 to 9 , wherein an initial value of a voltage phase at the start is determined by n position sensor signals. 始動時における電圧位相の初期値を、n個の位置センサ信号により限定できる範囲の中間地点のロータ位相と、電圧位相指令との和によって決定することを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載のインバータ装置。The initial value of the voltage phase at the start, the rotor phase of the intermediate point of the range that can be defined by n pieces of the position-sensor signal, any one of claims 1 to 9, characterized in that determined by the sum of the voltage phase command The inverter device described in 1. 所定のロータ位相にロータを移動させるべく直流励磁を行い、始動時における電圧位相の初期値を、前記所定のロータ位相と、電圧位相指令との和によって決定することを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載のインバータ装置。Performs DC excitation to move the rotor to a predetermined rotor phase, the initial value of the voltage phase at the start, said a predetermined rotor phase, 1 to claim, characterized in that determined by the sum of the voltage phase command The inverter device according to any one of 9 . n個の位置センサ信号により限定されるロータ位相のπ/2遅れの電圧位相と、前記電圧率記憶手段に記憶された前記電圧率から、三相の直流励磁通電波形を形成し、前記駆動手段により三相の巻線に直流励磁を行った後、始動時における電圧位相の初期値を、n個の位置センサ信号により限定される前記ロータ位相と、電圧位相指令との和によって決定することを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載のインバータ装置。A three-phase DC excitation energization waveform is formed from a voltage phase delayed by π / 2 of the rotor phase limited by n position sensor signals and the voltage ratio stored in the voltage ratio storage means, and the driving means After the three-phase winding is subjected to direct current excitation, the initial value of the voltage phase at start-up is determined by the sum of the rotor phase limited by n position sensor signals and the voltage phase command. The inverter device according to claim 1 , wherein the inverter device is a device. モータ巻線電流検出手段を備え、n=1の場合、位置センサ信号により特定されるタイミングで通電を開始し、電流検出手段の結果により通電を停止する手段と、
前記通電時間を計測する手段と、
計測された通電時間から回転方向を決定する回転方向検出手段を具備したことを特徴とする請求項1乃至4及び6乃至13のいずれかに記載のインバータ装置。
A motor winding current detecting means, and when n = 1, means for starting energization at a timing specified by the position sensor signal and stopping energization according to the result of the current detecting means;
Means for measuring the energization time;
The inverter device according to any one of claims 1 to 4 and 6 to 13 , further comprising a rotation direction detection unit that determines a rotation direction from the measured energization time.
位置センサ周期測定手段と、電圧位相決定手段と、電圧率記憶手段と、通電信号形成手段と、始動手段とをマイクロコンピュータにより構成したことを特徴とする請求項1乃至14のいずれかに記載のインバータ装置。A position sensor period measurement means, and the voltage phase determining means, and the voltage ratio storage means, and energization signal forming means, according to any one of claims 1 to 14, characterized in that the starting means and a microcomputer Inverter device. 位置センサ周期測定手段と、電圧位相決定手段と、電圧率記憶手段と、通電信号形成手段と、始動手段と、回転方向検出手段とをマイクロコンピュータにより構成したことを特徴とする請求項1乃至4及び6乃至14のいずれかに記載のインバータ装置。A position sensor period measurement means, and the voltage phase determining means, and the voltage ratio storage means, and energization signal forming means, and starting means, according to claim 1 to 4, characterized in that the rotation direction detecting means is a microcomputer And the inverter apparatus in any one of 6 thru | or 14 .
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