JP3829236B2 - Brushless DC motor - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ブラシレス直流電動機、さらに詳しくは、PWM方式のインバータにより駆動されるブラシレス直流電動機に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種のブラシレス直流電動機として、回転子の回転位置を検出する回転位置センサの出力信号に基づいて電機子に供給する電流値を制御する電機子電流制御装置、およびPWM制御部とインバータ部を有し上記電流値に基づいて電機子に電機子電流を供給する駆動装置を備えたものが知られている。
【0003】
ところで、高速回転用に設計されたブラシレス直流電動機においては、必然的に、電機子の固有インダクタンスは非常に小さなものになる。そして、電機子のインダクタンスが非常に小さいブラシレス直流電動機をPWM方式のインバータで駆動する場合、電機子に流れる電流にリップル成分が含まれてしまう。このため、回転子がスムーズに回転しなかったり、電機子が激しく発熱するなどという問題が生じる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の目的は、上記の問題を解決し、リップル電流を低減でき、しかも高速回転が可能なブラシレス直流電動機を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
この発明によるブラシレス直流電動機は、回転子の回転位置を検出する回転位置センサの出力信号に基づいて電機子に供給する電流値を制御する電機子電流制御手段、およびPWM制御部とインバータ部を有し上記電流値に基づいて上記電機子に電機子電流を供給する駆動手段を備えており、上記インバータ部と上記電機子の間の各相に、上記電機子に比べてインダクタンスの大きい電流平滑用コイルが設けられ、上記電機子電流制御手段に、上記回転位置センサの出力信号に対して電機子電流の位相を進める位相制御手段が設けられているブラシレス直流電動機であって、上記位相制御手段が、一連のアドレスに全体で所定の電流波形を表す電流波形データが記憶された記憶手段を有する電流波形データ出力手段、および上記一連のアドレスに対応するアドレス値信号を順次繰り返して上記電流波形データ出力手段に出力するアドレス値制御手段を備えており、上記電流波形データ出力手段が、上記アドレス値制御手段から出力されるアドレス値信号に対応する上記記憶手段のアドレスの電流波形データを出力するものであり、上記アドレス値制御手段が、外部からのトリガ信号により所定幅の位相制御用パルス信号を出力するパルス発生手段、上記回転位置センサの出力信号の始端と上記位相制御用パルス信号の終端を同期させるとともに上記回転位置センサの出力信号よりも高い周波数のカウント用パルス信号を出力する信号同期手段、および上記カウント用パルス信号を所定の値までカウントしてリセットする動作を繰り返しカウントのたびにカウント値をアドレス値信号として上記電流波形データ出力手段に出力するとともにリセットしたときに上記パルス発生手段にトリガ信号を出力するカウント手段を備え、上記電流波形データ出力手段から出力される電流波形データが表す電流波形の位相が上記回転位置センサの出力信号に対して進むようにアドレス値信号を出力するものであることを特徴とするものである。
【0006】
インバータ部と電機子の間の各相に、電機子に比べてインダクタンスの大きい電流平滑用コイルが設けられているので、電機子電流のリップル成分が低減され、回転子の回転の滑らかさが向上し、電機子の発熱が低減する。
【0007】
ところで、インバータと電機子の間の各相に、電機子に比べてインダクタンスの大きい電流平滑用コイルを入れると、電機子電流の位相が遅れ、高速回転が難しくなる。
【0008】
しかし、電機子電流制御手段に、回転位置センサの出力信号に対して電機子電流の位相を進める位相制御手段が設けられているので、電機子電流の位相遅れを防止することができる。そして、回転位置センサの出力信号すなわち回転子の位置に対して電機子電流の位相を進めることにより、減磁作用が生じ、高速回転が円滑になる。また、ブラシレス直流電動機を発電機として運転する場合、回転子の位置に対して電機子電流の位相を進めることにより、磁化作用が生じ、発電機としての見かけ上の容量が大きくなる。
【0009】
したがって、この発明のブラシレス直流電動機によれば、電機子電流のリップル成分を低減させて、回転子の回転の滑らかさを向上させ、回転子の発熱を低減させることができ、しかも高速回転が可能である。
【0011】
電流波形データ出力手段の記憶手段としては、たとえばPROMなどのメモリが使用される。
【0012】
アドレス値制御手段からアドレス値信号が出力されると、電流波形データ出力手段において、そのアドレス値信号に対応する記憶手段のアドレスから電流波形データが読み出されて、これが出力される。アドレス値制御手段から記憶手段の一連のアドレスに対応するアドレス値信号が順次繰り返して出力されることにより、記憶手段の一連のアドレスに記憶された電流波形データが順次繰り返して出力され、その結果、全体で所定の電流波形(たとえば正弦波形)を表す電流波形データが繰り返して出力される。電流波形データ出力手段から出力される電流波形データはDA変換器などの適宜な手段によりアナログ信号に変換され、このアナログ信号が電機子電流値として駆動手段に供給される。アドレス値制御手段が、電流波形データ出力手段から出力される電流波形データが表す電流波形の位相が回転位置センサの出力信号に対して進むようにアドレス値信号を出力するから、駆動手段に供給される電機子電流値およびこれに基づいて駆動手段から電機子に供給される電機子電流の位相は、回転子の位置に対して進められる。
【0014】
パルス発生手段としては、たとえば単安定マルチバイブレータが使用される。信号同期手段としては、たとえばPLL(Phase Locked Loop)回路などが使用される。カウント手段としては、たとえばカウンタなどが使用される。
【0015】
カウント手段は、信号同期手段からのカウント用パルス信号をカウントするたびにカウント値をアドレス値信号として電流波形データ出力手段に出力し、カウント手段がリセットしてから所定の値までカウントアップするまでの間に、記憶手段の一連のアドレスに対応するアドレス値信号がカウント手段から電流波形データ出力手段に出力され、その結果、全体で所定の電流波形を表す電流波形データが電流波形データ出力手段から出力される。そして、カウント手段がカウント用パルス信号を所定の値までカウントアップしてリセットする動作を繰り返すことにより、全体で所定の電流波形を表す電流波形データが繰り返して出力される。後は、上記と同様である。
【0016】
カウント手段がカウントアップしてリセットすると、カウント手段からパルス発生手段にトリガ信号が出力され、パルス発生手段から信号同期手段に位相制御用パルス信号が出力される。これと同時に、カウント手段から最初のアドレス値信号が出力され、電流波形データ出力手段から最初の電流波形データが出力される。したがって、電流波形データ出力手段から出力される一連の電流波形データの位相すなわち電機子電流の位相は、カウント手段のリセットすなわちトリガ信号の始端と同期している。一方、信号同期手段において、回転位置センサの出力信号の始端と位相制御用パルス信号の終端が同期させられるため、回転位置センサの出力信号の位相は、電機子電流の位相に対して、位相制御用パルス信号の幅だけ遅れることになる。つまり、電機子電流の位相は、回転位置センサの出力信号の位相に対して、位相制御用パルス信号の幅だけ進むことになる。
【0017】
【発明の実施形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。
【0018】
図1は、ブラシレス直流電動機の全体構成を概略的に示している。この電動機は、たとえば、制御型磁気軸受を用いた電力貯蔵用フライホイール装置に適用される。この種のフライホイール装置では、ケーシング内の真空中で磁気軸受により非接触支持されたロータが内蔵型のブラシレス直流電動機により高速回転させられる。
【0019】
電動機は、電動機本体(1)と制御部(2)とから構成されている。
【0020】
電動機本体(1)は通常のブラシレス直流電動機のものと同様の構成を有するものであるが、図1にはのそのうちのロータ側の回転子(3)とステータ側の電機子(4)だけが示されている。電機子(4)には、3相の電機子巻線(5a)(5b)(5c)が設けられている。巻線は、符号(5)で総称する。
【0021】
制御部(2)は、回転位置センサ(6)、電機子電流制御手段を構成する電機子電流制御装置(7)および駆動手段を構成する駆動装置(8)を備えている。図3に、電機子電流制御装置(7)の所要部分の信号の1例が示されている。
【0022】
回転位置センサ(6)は、回転子(3)の回転位置を検出するものであり、図3に信号Aで示すように、回転子(3)が1回転する間に、電動機本体(1)の極数に比例する1あるいは複数のパルスを発生する。回転位置センサ(6)は、回転子(3)の回転速度を検出するセンサを兼ねている。
【0023】
電機子電流制御装置(7)は、回転子(3)の位置に対応する回転位置センサ(6)の出力信号(パルス信号)に基づいて電機子電流値を制御するものであり、位相制御手段を構成する位相制御装置(9)、減算器(11)、増幅器(12)および乗算型DA変換器(13)を備えている。位相制御装置(9)は、回転位置センサ(6)の出力信号Aに対して電機子電流の位相を進めるためのものであり、電流波形データ出力手段を構成する電流波形データ出力装置(10)、およびアドレス値制御手段を構成するアドレス値制御装置(22)を備えている。
【0024】
電流波形データ出力装置(10)は記憶手段を構成するPROM(23)を備えており、PROM(23)の一連のアドレスに、全体で図3の信号E(電流値信号)のような一定の電流波形(この例では正弦波形)を表す電流波形データが記憶されている。PROM(23)には、電機子(4)の3相分の電流波形データが記憶されている。電流波形データ出力装置(10)は、後述するようにアドレス値制御装置(22)からアドレス値信号が出力されたときに、そのアドレス値に対応するPROM(23)のアドレスに記憶されている3相分の電流波形データをDA変換器(13)に出力する。
【0025】
アドレス値制御装置(22)は、信号同期手段を構成するPLL回路(14)、カウント手段を構成するカウンタ(15)およびパルス発生手段を構成する単安定マルチバイブレータ(16)を備えている。
【0026】
マルチバイブレータ(16)は、後述するトリガ信号Cが入力したときに所定幅の位相制御用パルス信号Bを出力する。
【0027】
PLL回路(14)には、回転位置センサ(6)の出力信号Aとマルチバイブレータ(16)からのパルス信号Bが入力する。PLL回路(14)は、信号Aの始端(立ち上がり)と信号Bの終端(立ち上がり)を同期させるとともに、信号Aの周波数よりカウンタ(15)の分周率分だけ高い周波数のカウント用パルス信号をカウンタ(15)に出力する。
【0028】
カウンタ(15)は、PLL回路(14)からのカウント用パルス信号を所定の値までカウントしてリセットする動作を繰り返し、カウントのたびにカウント値をアドレス値信号Dとして電流波形データ出力装置(23)に出力するとともに、リセットしたときにマルチバイブレータ(16)にトリガ信号Cを出力する。
【0029】
回転位置センサ(6)の出力信号は、また、図示しない単安定マルチバイブレータなどの適宜な手段によりアナログ値の回転速度信号に変換される。減算器(11)において、この回転速度信号と予め設定されている速度設定値の差が演算され、減算器(11)の出力が増幅器(12)を介して速度差信号としてDA変換器(13)に入力する。
【0030】
DA変換器(13)は、電流波形データ装置(10)から3相分の電流波形データが入力するたびに、これらをアナログ値に変換するとともに、その結果に増幅器(12)からの速度差信号を乗算し、3相分の電流値信号Eとして駆動装置(8)に出力する。
【0031】
駆動装置(8)は、3相の電機子巻線(5)にそれぞれ対応する3つの減算器(17a)(17b)(17c)、PWM制御部を構成するPWM制御回路(18)およびインバータ部(19)を備えている。減算器は、符号(17)で総称する。電機子電流制御装置(7)のDA変換器(13)からの3相分の電流値信号Eが、対応する減算器(17)に入力する。各電機子巻線(5)に電流検出器(20a)(20b)(20c)が設けられ、これらの電圧出力が対応する減算器(17)にそれぞれ入力する。電流検出器は、符号(20)で総称する。また、インバータ部(19)と各電機子巻線(5)との間に、電機子巻線(5)に比べてインダクタンスの大きい電流平滑用コイル(インダクタ)(21a)(21b)(21c)が設けられている。コイルは、符号(21)で総称する。PWM制御回路(18)は、各減算器(17)の出力に基づいて対応する相のPWM制御信号をインバータ部(19)に出力する。インバータ部(19)は、PWM制御信号に基づき、各相の電機子巻線(5)に電機子電流を供給する。なお、PWM制御回路(18)およびインバータ部(19)には、公知の適宜な構成を採用しうる。
【0032】
上記の電機子電流制御装置(7)において、カウンタ(15)は、PLL回路(14)からのカウント用パルス信号をカウントするたびにカウント値をアドレス値信号Dとして電流波形データ出力装置(10)に出力し、カウンタ(15)がリセットしてから所定の値までカウントアップするまでの間に、PROM(23)の一連のアドレスに対応するアドレス値信号Dがカウンタ(15)から電流波形データ出力装置(10)に出力される。カウンタ(15)からアドレス値信号Dが出力されると、電流波形データ出力装置(10)において、そのアドレス値信号Dに対応するPROM(23)のアドレスから電流波形データが読み出されて、これがDA変換器(13)に出力される。カウンタ(15)からPROM(23)の一連のアドレスに対応するアドレス値信号が順次繰り返して出力されることにより、PROM(23)の一連のアドレスに記憶された電流波形データが順次繰り返して出力され、その結果、全体で図3の信号Eのような一定の電流波形を表す電流波形データが繰り返してDA変換器(13)に出力される。電流波形データ出力装置(10)から出力される電流波形データはDA変換器(13)により増幅器(12)からの速度差信号に比例するアナログ値の電流値信号Eに変換され、この電流値信号Eが電機子電流値として駆動装置(8)に供給される。
【0033】
インバータ部(19)と電機子(4)の間の各相に、電機子巻線(5)に比べてインダクタンスの大きいコイル(21)が設けられているので、電機子電流のリップル成分が低減され、回転子(3)の回転の滑らかさが向上し、回転子の発熱が低減する。しかし、このようにインバータ(19)と電機子(4)の間の各相にインダクタンスの大きいコイル(21)があるので、そのままでは、電機子電流の位相が遅れ、高速回転が難しくなる。ところが、上記の電動機では、次に説明するように、位相制御装置(9)により、回転位置センサ(6)の出力信号に対して電機子電流の位相が進められるため、電機子電流の位相遅れを防止することができ、高速回転が可能になる。
【0034】
仮にアドレス値制御装置(22)にマルチバイブレータ(16)が設けられていないとしたときの位相制御装置(9)の動作は、次のとおりである(図2参照)。
【0035】
カウンタ(15)がカウントアップしてリセットすると、カウンタ(15)からトリガ信号Cが出力され、アドレス値制御装置(22)にマルチバイブレータ(16)が設けられていないとすると、トリガ信号CがPLL回路(14)に直接入力する。また、カウンタ(15)からトリガ信号Cが出力されると同時に、カウンタ(15)からPROM(23)の最初のアドレスに対応するアドレス値信号Dが出力され、電流波形データ出力装置(10)から最初の電流波形データが出力される。したがって、電流波形データ出力装置(10)から出力される一連の電流波形データの位相すなわち電流値信号Eの位相は、カウンタ(15)のリセットすなわちトリガ信号Cの始端と同期している。一方、PLL回路(14)において、回転位置センサ(6)の出力信号Aの始端とトリガ信号Cの始端が同期させられるため、電流値信号Eの位相すなわち電機子電流の位相は、回転位置センサの出力信号Aの位相と一致する。
【0036】
これに対し、図1の位相制御装置(9)の動作は、次のとおりである(図3参照)。
【0037】
カウンタ(15)がカウントアップしてリセットすると、カウンタ(15)からマルチバイブレータ(16)にトリガ信号Cが出力され、マルチバイブレータ(16)からPLL回路(14)に位相制御用パルス信号Bが出力される。これと同時に、カウンタ(15)からPROM(23)の最初のアドレスに対応するアドレス値信号Dが出力され、電流波形データ出力装置(10)から最初の電流波形データが出力される。したがって、電流波形データ出力装置(10)から出力される一連の電流波形データの位相すなわち電流値信号Eの位相は、カウンタ(15)のリセットすなわちトリガ信号Cの始端と同期している。一方、PLL回路(14)において、回転位置センサ(6)の出力信号Aの始端と位相制御用パルス信号Bの終端が同期させられるため、回転位置センサ(6)の出力信号Aの位相は、電流値信号Eの位相に対して、位相制御用パルス信号Bの幅の分(a)だけ遅れることになる。つまり、電流値信号Eの位相すなわち電機子電流の位相は、回転位置センサ(6)の出力信号Aの位相に対して、位相制御用パルス信号Bの幅の分(a)だけ進むことになる。なお、この位相の進み分(a)は、電動機の特性などを考慮して最適となるように決定されるが、電機子電流の周期を360度とすると、たとえば15度以下である。
【0038】
ブラシレス直流電動機の構成、電機子電流制御装置(7)および駆動装置(8)の構成などは、上記実施形態のものに限らず、適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、この発明の実施形態を示すブラシレス直流電動機の概略構成図である。
【図2】図2は、位相制御装置のアドレス値制御装置に単安定マルチバイブレータが設けられていないとしたときのアドレス値制御装置の各部の信号を示すタイムチャートである。
【図3】図3は、図1の実施形態における位相制御装置のアドレス値制御装置の各部の信号を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
(3) 回転子
(4) 電機子
(6) 回転位置センサ
(7) 電機子電流制御装置(電機子電流制御手段)
(8) 駆動装置(駆動手段)
(9) 位相制御装置(位相制御手段)
(10) 電流波形データ出力装置(電流波形データ出力手段)
(14) PLL回路(信号同期手段)
(15) カウンタ(カウント手段)
(16) 単安定マルチバイブレータ(パルス発生手段)
(18) PWM制御回路(PWM制御部)
(19) インバータ部
(21a)(21b)(21c) 電流平滑用コイル
(22) アドレス制御装置(アドレス制御手段)
(23) PROM(記憶手段)
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a brushless DC motor, and more particularly to a brushless DC motor driven by a PWM inverter.
[0002]
[Prior art]
This type of brushless DC motor has an armature current control device that controls the current value supplied to the armature based on the output signal of the rotational position sensor that detects the rotational position of the rotor, and a PWM control unit and an inverter unit. However, there is known one provided with a driving device for supplying an armature current to the armature based on the current value.
[0003]
By the way, in a brushless DC motor designed for high-speed rotation, the intrinsic inductance of the armature inevitably becomes very small. When a brushless DC motor having a very small armature inductance is driven by a PWM inverter, a ripple component is included in the current flowing through the armature. For this reason, there arise problems that the rotor does not rotate smoothly or that the armature generates intense heat.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a brushless DC motor that solves the above problems, can reduce ripple current, and can rotate at high speed.
[0005]
[Means for Solving the Problems and Effects of the Invention]
The brushless DC motor according to the present invention includes armature current control means for controlling a current value supplied to the armature based on an output signal of a rotational position sensor for detecting the rotational position of the rotor, a PWM control section, and an inverter section. and includes a driving means for supplying the armature current to the armature based on the current value, the phase between the inverter unit and the armature, a large current smoothing inductance in comparison with the armature A brushless DC motor provided with a coil, wherein the armature current control means is provided with phase control means for advancing the phase of the armature current with respect to the output signal of the rotational position sensor , wherein the phase control means Current waveform data output means having storage means in which current waveform data representing a predetermined current waveform as a whole is stored at a series of addresses, and the series of addresses Address value control means for sequentially repeating the address value signal corresponding to the above and outputting it to the current waveform data output means, wherein the current waveform data output means corresponds to the address value signal output from the address value control means Current waveform data at the address of the storage means is output, and the address value control means outputs a pulse signal for phase control with a predetermined width in response to an external trigger signal, and the rotational position sensor A signal synchronizing means for synchronizing the start end of the output signal and the end of the phase control pulse signal and outputting a count pulse signal having a frequency higher than the output signal of the rotational position sensor, and the count pulse signal having a predetermined value Repeatedly counts and resets until the count value is the address value signal Output to the current waveform data output means and a count means for outputting a trigger signal to the pulse generation means when reset, and the phase of the current waveform represented by the current waveform data output from the current waveform data output means Outputs an address value signal so as to proceed with respect to the output signal of the rotational position sensor .
[0006]
Each phase between the inverter unit and the armature is provided with a current smoothing coil with a larger inductance than the armature, so the ripple component of the armature current is reduced and the smoothness of the rotor rotation is improved. In addition, the heat generation of the armature is reduced.
[0007]
By the way, if a current smoothing coil having a larger inductance than the armature is inserted in each phase between the inverter unit and the armature, the phase of the armature current is delayed, and high-speed rotation becomes difficult.
[0008]
However, since the armature current control means is provided with phase control means for advancing the phase of the armature current with respect to the output signal of the rotational position sensor, the phase delay of the armature current can be prevented. Then, by advancing the phase of the armature current with respect to the output signal of the rotational position sensor, that is, the position of the rotor, a demagnetizing action occurs, and high-speed rotation becomes smooth. Further, when the brushless DC motor is operated as a generator, the phase of the armature current is advanced with respect to the position of the rotor, thereby causing a magnetizing action and increasing the apparent capacity as the generator.
[0009]
Therefore, according to the brushless DC motor of the present invention, the ripple component of the armature current can be reduced, the smoothness of the rotation of the rotor can be improved, the heat generation of the rotor can be reduced, and high speed rotation is possible. It is.
[0011]
For example, a memory such as a PROM is used as the storage means of the current waveform data output means.
[0012]
When the address value signal is output from the address value control means, the current waveform data output means reads the current waveform data from the address of the storage means corresponding to the address value signal and outputs it. The address value signal corresponding to the series of addresses of the storage means is sequentially and repeatedly output from the address value control means, so that the current waveform data stored at the series of addresses of the storage means is sequentially and repeatedly output. Current waveform data representing a predetermined current waveform (for example, a sine waveform) as a whole is repeatedly output. The current waveform data output from the current waveform data output means is converted into an analog signal by an appropriate means such as a DA converter, and this analog signal is supplied to the drive means as an armature current value. Since the address value control means outputs the address value signal so that the phase of the current waveform represented by the current waveform data output from the current waveform data output means advances relative to the output signal of the rotational position sensor, it is supplied to the drive means. The armature current value and the phase of the armature current supplied from the driving means to the armature based on this value are advanced with respect to the position of the rotor.
[0014]
As the pulse generating means, for example, a monostable multivibrator is used. As the signal synchronization means, for example, a PLL (Phase Locked Loop) circuit or the like is used. As the counting means, for example, a counter is used.
[0015]
The count means outputs the count value as an address value signal to the current waveform data output means every time the counting pulse signal from the signal synchronization means is counted, and counts up to a predetermined value after the count means is reset. In the meantime, an address value signal corresponding to a series of addresses of the storage means is output from the counting means to the current waveform data output means, and as a result, current waveform data representing a predetermined current waveform as a whole is output from the current waveform data output means. Is done. Then, when the counting means repeats the operation of counting up and resetting the counting pulse signal to a predetermined value, current waveform data representing a predetermined current waveform as a whole is repeatedly output. The rest is the same as above.
[0016]
When the counting means counts up and resets, a trigger signal is output from the counting means to the pulse generating means, and a pulse signal for phase control is output from the pulse generating means to the signal synchronizing means. At the same time, the first address value signal is output from the counting means, and the first current waveform data is output from the current waveform data output means. Therefore, the phase of the series of current waveform data output from the current waveform data output means, that is, the phase of the armature current is synchronized with the reset of the count means, that is, the start end of the trigger signal. On the other hand, the signal synchronization means synchronizes the start of the output signal of the rotational position sensor and the end of the pulse signal for phase control, so that the phase of the output signal of the rotational position sensor is phase controlled with respect to the phase of the armature current. This is delayed by the width of the pulse signal for use. That is, the phase of the armature current advances by the width of the phase control pulse signal with respect to the phase of the output signal of the rotational position sensor.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0018]
FIG. 1 schematically shows the overall configuration of a brushless DC motor. This electric motor is applied to, for example, a power storage flywheel device using a control type magnetic bearing. In this type of flywheel device, a rotor supported in a non-contact manner by a magnetic bearing in a vacuum in a casing is rotated at high speed by a built-in brushless DC motor.
[0019]
The electric motor includes an electric motor main body (1) and a control unit (2).
[0020]
The motor body (1) has the same configuration as that of a normal brushless DC motor, but only the rotor (3) on the rotor side and the armature (4) on the stator side are shown in FIG. It is shown. The armature (4) is provided with three-phase armature windings (5a) (5b) (5c). The windings are generically designated by reference numeral (5).
[0021]
The control unit (2) includes a rotational position sensor (6), an armature current control device (7) constituting armature current control means, and a drive device (8) constituting drive means. FIG. 3 shows an example of a signal of a required portion of the armature current control device (7).
[0022]
The rotational position sensor (6) detects the rotational position of the rotor (3). As shown by a signal A in FIG. 3, the motor body (1) is rotated while the rotor (3) rotates once. One or more pulses proportional to the number of poles are generated. The rotational position sensor (6) also serves as a sensor that detects the rotational speed of the rotor (3).
[0023]
The armature current control device (7) controls the armature current value based on the output signal (pulse signal) of the rotational position sensor (6) corresponding to the position of the rotor (3). A phase control device (9), a subtracter (11), an amplifier (12), and a multiplying DA converter (13) are provided. The phase control device (9) is for advancing the phase of the armature current with respect to the output signal A of the rotational position sensor (6), and is a current waveform data output device (10) constituting current waveform data output means. And an address value control device (22) constituting address value control means.
[0024]
The current waveform data output device (10) is provided with a PROM (23) that constitutes a storage means, and in a series of addresses of the PROM (23), a constant signal E (current value signal) as shown in FIG. Current waveform data representing a current waveform (in this example, a sine waveform) is stored. The PROM (23) stores current waveform data for three phases of the armature (4). The current waveform data output device (10) is stored in the address of the PROM (23) corresponding to the address value when an address value signal is output from the address value control device (22), as will be described later. The phase current waveform data is output to the DA converter (13).
[0025]
The address value control device (22) includes a PLL circuit (14) constituting a signal synchronizing means, a counter (15) constituting a counting means, and a monostable multivibrator (16) constituting a pulse generating means.
[0026]
The multivibrator (16) outputs a phase control pulse signal B having a predetermined width when a trigger signal C described later is input.
[0027]
The output signal A of the rotational position sensor (6) and the pulse signal B from the multivibrator (16) are input to the PLL circuit (14). The PLL circuit (14) synchronizes the start (rising) of the signal A and the end (rising) of the signal B, and generates a counting pulse signal having a frequency higher than the frequency of the signal A by the division ratio of the counter (15). Output to the counter (15).
[0028]
The counter (15) repeats the operation of counting and resetting the counting pulse signal from the PLL circuit (14) to a predetermined value, and the current value is output as an address value signal D each time counting is performed (23 ) And a trigger signal C is output to the multivibrator 16 when reset.
[0029]
The output signal of the rotational position sensor (6) is converted into an analog rotational speed signal by appropriate means such as a monostable multivibrator (not shown). In the subtractor (11), the difference between this rotational speed signal and a preset speed set value is calculated, and the output of the subtracter (11) is converted into a DA converter (13 as a speed difference signal via the amplifier (12). ).
[0030]
The DA converter (13) converts the current waveform data for three phases from the current waveform data device (10) into an analog value each time and converts the result into a speed difference signal from the amplifier (12). Is output to the drive device (8) as a current value signal E for three phases.
[0031]
The drive device (8) includes three subtractors (17a) (17b) (17c) corresponding to the three-phase armature windings (5), a PWM control circuit (18) constituting the PWM control unit, and an inverter unit. (19) is provided. The subtractor is generically designated by reference numeral (17). The current value signal E for three phases from the DA converter (13) of the armature current control device (7) is input to the corresponding subtracter (17). Each armature winding (5) is provided with current detectors (20a), (20b) and (20c), and these voltage outputs are respectively input to the corresponding subtracters (17). The current detector is generically designated by reference numeral (20). Also, between the inverter section (19) and each armature winding (5), a current smoothing coil (inductor) (21a) (21b) (21c) having a larger inductance than the armature winding (5). Is provided. A coil is named generically by the code | symbol (21). The PWM control circuit (18) outputs a PWM control signal of a corresponding phase to the inverter unit (19) based on the output of each subtracter (17). The inverter unit (19) supplies an armature current to the armature winding (5) of each phase based on the PWM control signal. The PWM control circuit (18) and the inverter unit (19) can adopt a known appropriate configuration.
[0032]
In the armature current control device (7), the counter (15) uses the count value as the address value signal D each time the count pulse signal from the PLL circuit (14) is counted, and the current waveform data output device (10). The address value signal D corresponding to a series of addresses of the PROM (23) is output from the counter (15) to the current waveform data until the counter (15) is reset and counted up to a predetermined value. Output to the device (10). When the address value signal D is output from the counter (15), the current waveform data is read from the address of the PROM (23) corresponding to the address value signal D in the current waveform data output device (10). It is output to the DA converter (13). By sequentially outputting an address value signal corresponding to a series of addresses of the PROM (23) from the counter (15), the current waveform data stored in the series of addresses of the PROM (23) is repeatedly outputted. As a result, the current waveform data representing a constant current waveform like the signal E in FIG. 3 as a whole is repeatedly output to the DA converter (13). The current waveform data output from the current waveform data output device (10) is converted by the DA converter (13) into an analog current value signal E proportional to the speed difference signal from the amplifier (12). E is supplied to the driving device (8) as an armature current value.
[0033]
Each phase between the inverter section (19) and the armature (4) is provided with a coil (21) having a larger inductance than the armature winding (5), reducing the ripple component of the armature current. Thus, the smoothness of the rotation of the rotor (3) is improved, and the heat generation of the rotor is reduced. However, since there is a coil (21) having a large inductance in each phase between the inverter (19) and the armature (4) in this way, the armature current phase is delayed as it is, and high-speed rotation becomes difficult. However, in the above-described electric motor, the phase control device (9) advances the phase of the armature current with respect to the output signal of the rotational position sensor (6), as will be described below. Can be prevented and high-speed rotation becomes possible.
[0034]
The operation of the phase control device (9) when the multivibrator (16) is not provided in the address value control device (22) is as follows (see FIG. 2).
[0035]
When the counter (15) counts up and resets, the trigger signal C is output from the counter (15), and if the multi-vibrator (16) is not provided in the address value control device (22), the trigger signal C is changed to PLL. Input directly to circuit (14). At the same time as the trigger signal C is output from the counter (15), the address value signal D corresponding to the first address of the PROM (23) is output from the counter (15), and the current waveform data output device (10). First current waveform data is output. Therefore, the phase of the series of current waveform data output from the current waveform data output device (10), that is, the phase of the current value signal E is synchronized with the reset of the counter (15), that is, the start of the trigger signal C. On the other hand, in the PLL circuit (14), since the start end of the output signal A of the rotational position sensor (6) and the start end of the trigger signal C are synchronized, the phase of the current value signal E, that is, the phase of the armature current is determined by the rotational position sensor. Of the output signal A.
[0036]
On the other hand, the operation of the phase control device (9) in FIG. 1 is as follows (see FIG. 3).
[0037]
When the counter (15) counts up and resets, the trigger signal C is output from the counter (15) to the multivibrator (16), and the phase control pulse signal B is output from the multivibrator (16) to the PLL circuit (14). Is done. At the same time, the address value signal D corresponding to the first address of the PROM (23) is output from the counter (15), and the first current waveform data is output from the current waveform data output device (10). Therefore, the phase of the series of current waveform data output from the current waveform data output device (10), that is, the phase of the current value signal E is synchronized with the reset of the counter (15), that is, the start of the trigger signal C. On the other hand, in the PLL circuit (14), since the start of the output signal A of the rotational position sensor (6) and the end of the phase control pulse signal B are synchronized, the phase of the output signal A of the rotational position sensor (6) is The phase of the current value signal E is delayed by the width (a) of the phase control pulse signal B. That is, the phase of the current value signal E, that is, the phase of the armature current advances by the width (a) of the phase control pulse signal B with respect to the phase of the output signal A of the rotational position sensor (6). . This phase advance (a) is determined so as to be optimum in consideration of the characteristics of the motor, etc. If the period of the armature current is 360 degrees, it is, for example, 15 degrees or less.
[0038]
The configuration of the brushless DC motor, the configuration of the armature current control device (7), the drive device (8), and the like are not limited to those of the above-described embodiment, and can be changed as appropriate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a brushless DC motor showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a time chart showing signals of respective parts of the address value control device when a monostable multivibrator is not provided in the address value control device of the phase control device;
FIG. 3 is a time chart showing signals of respective parts of the address value control device of the phase control device in the embodiment of FIG. 1;
[Explanation of symbols]
(3) Rotor
(4) Armature
(6) Rotation position sensor
(7) Armature current control device (armature current control means)
(8) Drive device (drive means)
(9) Phase control device (phase control means)
(10) Current waveform data output device (current waveform data output means)
(14) PLL circuit (signal synchronization means)
(15) Counter (counting means)
(16) Monostable multivibrator (pulse generation means)
(18) PWM control circuit (PWM controller)
(19) Inverter section
(21a) (21b) (21c) Current smoothing coil
(22) Address control device (address control means)
(23) PROM (storage means)

Claims (1)

回転子の回転位置を検出する回転位置センサの出力信号に基づいて電機子に供給する電流値を制御する電機子電流制御手段、およびPWM制御部とインバータ部を有し上記電流値に基づいて上記電機子に電機子電流を供給する駆動手段を備えており、上記インバータ部と上記電機子の間の各相に、上記電機子に比べてインダクタンスの大きい電流平滑用コイルが設けられ、上記電機子電流制御手段に、上記回転位置センサの出力信号に対して電機子電流の位相を進める位相制御手段が設けられているブラシレス直流電動機であって、
上記位相制御手段が、一連のアドレスに全体で所定の電流波形を表す電流波形データが記憶された記憶手段を有する電流波形データ出力手段、および上記一連のアドレスに対応するアドレス値信号を順次繰り返して上記電流波形データ出力手段に出力するアドレス値制御手段を備えており、上記電流波形データ出力手段が、上記アドレス値制御手段から出力されるアドレス値信号に対応する上記記憶手段のアドレスの電流波形データを出力するものであり、上記アドレス値制御手段が、外部からのトリガ信号により所定幅の位相制御用パルス信号を出力するパルス発生手段、上記回転位置センサの出力信号の始端と上記位相制御用パルス信号の終端を同期させるとともに上記回転位置センサの出力信号よりも高い周波数のカウント用パルス信号を出力する信号同期手段、および上記カウント用パルス信号を所定の値までカウントしてリセットする動作を繰り返しカウントのたびにカウント値をアドレス値信号として上記電流波形データ出力手段に出力するとともにリセットしたときに上記パルス発生手段にトリガ信号を出力するカウント手段を備え、上記電流波形データ出力手段から出力される電流波形データが表す電流波形の位相が上記回転位置センサの出力信号に対して進むようにアドレス値信号を出力するものであることを特徴とするブラシレス直流電動機。
Armature current control means for controlling the current value supplied to the armature based on the output signal of the rotational position sensor for detecting the rotational position of the rotor, and a PWM control section and an inverter section, and based on the current value Drive means for supplying an armature current to the armature is provided, and a current smoothing coil having a larger inductance than that of the armature is provided in each phase between the inverter unit and the armature. A brushless DC motor provided with phase control means for advancing the phase of the armature current with respect to the output signal of the rotational position sensor in the current control means ,
The phase control means sequentially repeats a current waveform data output means having storage means in which current waveform data representing a predetermined current waveform as a whole is stored in a series of addresses, and an address value signal corresponding to the series of addresses. Address value control means for outputting to the current waveform data output means is provided, and the current waveform data output means has current waveform data at the address of the storage means corresponding to the address value signal output from the address value control means. Wherein the address value control means outputs a pulse signal for phase control with a predetermined width in response to an external trigger signal, the starting end of the output signal of the rotational position sensor and the phase control pulse. Synchronize the end of the signal and count pulse signal with higher frequency than the output signal of the rotational position sensor. The signal synchronizing means for outputting the signal and the operation of counting and resetting the counting pulse signal up to a predetermined value are repeatedly outputted to the current waveform data output means and reset as the address value signal every time counting is performed. Includes a counting means for outputting a trigger signal to the pulse generating means, and addresses so that the phase of the current waveform represented by the current waveform data output from the current waveform data output means advances relative to the output signal of the rotational position sensor. A brushless DC motor characterized in that it outputs a value signal .
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