JP4927000B2 - Sensorless brushless motor control circuit, sensorless brushless motor device, and vacuum pump device - Google Patents

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本発明は、ブラシレスモータやその制御回路などに関し、例えば磁気軸受式ターボ分子ポンプなどの真空ポンプや磁気軸受スピンドルなどに使用されるものに関する。   The present invention relates to a brushless motor, a control circuit thereof, and the like, for example, to a vacuum pump such as a magnetic bearing type turbo molecular pump or a magnetic bearing spindle.

従来ブラシレスモータの起動は以下のように行われていた。
ブラシレスモータには、2極の永久磁石を備えたロータと、その周りにロータを回転させるための磁界を発生する3つのモータ巻線を備えたものがある。
このようなブラシレスモータのうち、磁極の位置を検出するセンサのないセンサレスブラシレスモータ制御回路として、3つのモータ巻線のうち2つのモータ巻線にモータ駆動用の電流を流してロータを回転させ、ロータの回転により残りの1つのモータ巻線に生じる誘導起電力からロータの磁極位置を検出し、この磁極位置に基づいてモータ巻線の電流を順次切り替えるもの等がある。
Conventionally, a brushless motor is started as follows.
Some brushless motors include a rotor having a two-pole permanent magnet and three motor windings that generate a magnetic field for rotating the rotor around the rotor.
Among such brushless motors, as a sensorless brushless motor control circuit without a sensor for detecting the position of the magnetic pole, a motor driving current is passed through two motor windings of three motor windings to rotate the rotor, For example, the rotor magnetic pole position is detected from the induced electromotive force generated in the remaining one motor winding due to the rotation of the rotor, and the current of the motor winding is sequentially switched based on this magnetic pole position.

図8及び図9を用いて、上に述べた従来のブラシレスモータ制御回路の一例を説明する。
図8は3相全波方式のブラシレスモータを表した概念図である。ロータ150は2極の永久磁石を備えている。ロータの回りにはU相、V相及びW相のモータ巻線151U、151V、151Wが配置されている。これらモータ巻線の2つに電流を流して励磁し、その磁力の吸引力によってロータ150を回転させる。この励磁されるモータ巻線151U、151V、151Wはロータ150の磁極の位置によって順次切り替え、ロータ150の回転を持続させるようになっている。磁極の位置の検出は励磁されていない残りの1つのモータ巻線に誘導される電圧を検出することにより行う。
An example of the conventional brushless motor control circuit described above will be described with reference to FIGS.
FIG. 8 is a conceptual diagram showing a three-phase full-wave brushless motor. The rotor 150 includes a two-pole permanent magnet. Around the rotor, U-phase, V-phase, and W-phase motor windings 151U, 151V, 151W are arranged. Two motor windings are excited by flowing current, and the rotor 150 is rotated by the attractive force of the magnetic force. The excited motor windings 151U, 151V, 151W are sequentially switched according to the position of the magnetic poles of the rotor 150, and the rotation of the rotor 150 is continued. The position of the magnetic pole is detected by detecting the voltage induced in the remaining one motor winding that is not excited.

図9に示したように3相全波方式のブラシレスモータのモータ巻線151U、151V、151Wに出力する駆動電圧ベクトルは6種類ある。
U相モータ巻線からV相モータ巻線に電流を流す場合の駆動電圧ベクトルを駆動電圧ベクトル1、U相モータ巻線からW相モータ巻線に電流を流す場合の駆動電圧ベクトルを駆動電圧ベクトル2、V相モータ巻線からW相モータ巻線に電流を流す場合の駆動電圧ベクトルを駆動電圧ベクトル3、V相モータ巻線からU相モータ巻線に電流を流す場合の駆動電圧ベクトルを駆動電圧ベクトル4、W相モータ巻線からU相モータ巻線に電流を流す場合の駆動電圧ベクトルを駆動電圧ベクトル5、W相モータ巻線からV相モータ巻線に電流を流す場合の駆動電圧ベクトルを駆動電圧ベクトル6とし、以降は番号により各駆動電圧ベクトルを区別することにする。
これらの駆動電圧ベクトルの番号は図9に丸で囲んで示してある。
また、V相モータ巻線からW相モータ巻線へ流す電流をV→W方向の電流等と記すことにする。
As shown in FIG. 9, there are six types of drive voltage vectors output to the motor windings 151U, 151V, 151W of the three-phase full-wave brushless motor.
The drive voltage vector is the drive voltage vector when current is passed from the U phase motor winding to the V phase motor winding, and the drive voltage vector is the drive voltage vector when current is passed from the U phase motor winding to the W phase motor winding. 2. Driving voltage vector when driving current from V-phase motor winding to W-phase motor winding, driving voltage vector 3, driving voltage vector when driving current from V-phase motor winding to U-phase motor winding Voltage vector 4, drive voltage vector when current flows from W-phase motor winding to U-phase motor winding, drive voltage vector 5, drive voltage vector when current flows from W-phase motor winding to V-phase motor winding Is a drive voltage vector 6, and hereinafter, each drive voltage vector is distinguished by a number.
These drive voltage vector numbers are circled in FIG.
Further, the current that flows from the V-phase motor winding to the W-phase motor winding is referred to as a current in the V → W direction.

モータの制御回路は、検出された磁極位置からロータ150の回転に同期し、ロータ150が1回転するごとにパルスを1つ発生する。このパルスは図示しないPLL(Phase Lock Loop)回路に入力され、PLL回路はロータ150の回転の6倍の周期を持った6つのパルスを生成する。この6つパルスに同期させて上記の6つの駆動電圧ベクトルを順次切り替えてロータ150の回転を持続させる。つまり、無通電相となっているモータ巻線の電圧からロータ150の磁極位置を検出し、この検出値によってフィードバックをかけながらモータ巻線151U、151V、151Wに出力する電圧ベクトルを切り替える。
ところで、このPLL回路をロックする(作動させる)ためには、入力信号の周波数が少なくとも20ヘルツ程度必要である。即ち、ロータ150が毎秒20回程度回転しないと、PLL回路を作動させることはできない。
従来は、モータを起動してロータ150の回転数がPLL回路をロックできる回転数に上昇するまではオープンループで各駆動電圧ベクトルを切り替えていた。即ち、なんらフィードバックをかけずに、モータ巻線151U、151V、151Wに印加する電圧ベクトルを最初はDC(直流)に近い低速で順次切り替え、徐々に切り替え速さ速めながら、これに、ロータを吸引追随させて、PLL回路をロックできる回転数まで加速する等していた。
The motor control circuit synchronizes with the rotation of the rotor 150 from the detected magnetic pole position, and generates one pulse for each rotation of the rotor 150. This pulse is input to a PLL (Phase Lock Loop) circuit (not shown), and the PLL circuit generates six pulses having a period six times the rotation of the rotor 150. The above six driving voltage vectors are sequentially switched in synchronism with these six pulses, and the rotation of the rotor 150 is continued. That is, the magnetic pole position of the rotor 150 is detected from the voltage of the motor winding in the non-energized phase, and the voltage vector output to the motor windings 151U, 151V, 151W is switched while applying feedback based on the detected value.
By the way, in order to lock (activate) this PLL circuit, the frequency of the input signal needs to be at least about 20 Hertz. That is, the PLL circuit cannot be operated unless the rotor 150 rotates about 20 times per second.
Conventionally, each drive voltage vector is switched in an open loop until the motor is started and the rotational speed of the rotor 150 increases to a rotational speed at which the PLL circuit can be locked. That is, without applying any feedback, the voltage vector applied to the motor windings 151U, 151V, 151W is first switched sequentially at a low speed close to DC (direct current), and the rotor is sucked into this while gradually increasing the switching speed. Following this, acceleration was performed to a rotational speed at which the PLL circuit can be locked.

このようにPLL回路を用いてロータ回転数の逓倍同期パルスを発生させて駆動電圧ベクトルを切り替えるブラシレスモータの制御回路として特開平8−47285号公報の発明がある。これはホールセンサによって磁極の位置を検出し、駆動電圧ベクトルをフィードバック制御するものである。
3つホールセンサを120°の角度の間隔を置いてロータの磁極の周りに配置し、モータ始動時のロータがPLL回路がロックできない低速で回転しているときは、これら3つのホールセンサによる検出信号で駆動電圧ベクトルを制御し、ロータの回転数がPLL回路をロックできる回転数に達すると、このうちの1つのホールセンサの検出信号からPLL回路がロータ回転数の3倍の周期を持った逓倍同期パルスを生成し、この逓倍同期パルスにより駆動電圧ベクトルを切り替えるものである。
なお、この技術はホールセンサを用いなくとも、モータ巻線に発生するロータの回転により生じる逆起電圧を検出することでも応用できる。即ち、PLL回路を用いたホールセンサレスのモータ駆動回路に応用できる。
Japanese Patent Laid-Open No. 8-47285 discloses a control circuit for a brushless motor that uses a PLL circuit to generate a synchronous pulse of the rotor rotation speed and switch the drive voltage vector. In this method, the position of the magnetic pole is detected by a Hall sensor, and the drive voltage vector is feedback-controlled.
Three hall sensors are arranged around the magnetic pole of the rotor at an interval of 120 °. When the rotor is rotating at a low speed at which the PLL circuit cannot be locked, the detection by these three hall sensors is performed. When the drive voltage vector is controlled by the signal and the rotor speed reaches a speed at which the PLL circuit can be locked, the PLL circuit has a period three times the rotor speed from the detection signal of one of the hall sensors. A multiplied synchronization pulse is generated, and the drive voltage vector is switched by this multiplied synchronization pulse.
This technique can also be applied by detecting a counter electromotive voltage generated by rotation of a rotor generated in a motor winding without using a hall sensor. That is, the present invention can be applied to a hall sensorless motor drive circuit using a PLL circuit.

従来センサレスブラシレスモータは、以下のように動作する制御回路によりコントロールされていた。
センサレスブラシレスモータの制御回路はロータの磁極位置を検出しながら、モータ巻線に流れる電流をフィードバック制御している。ロータの磁極位置の検出は、ロータの回転によりモータ巻線に誘導される電圧、即ち誘導起電力を検出することにより行われる。例えば、3相ブラシレスモータの場合、2つモータ巻線に電圧を印可し、残りの無通電相に誘導される電圧を検出する。そしてこの電圧によって検出された磁極位置に基づいて次に電圧を印可すべき2つのモータ巻線を判断し、電圧を印可する。その際、無通電相となったモータ巻線の誘導起電力を検出し、これによって磁極の位置を検出する。このプロセスを連続して行うことによりモータを駆動する。
図20は従来のセンサレスブラシレスモータの制御回路の磁極位置検出タイミングを示した図である。波形201a、201b、201cはあるモータ巻線に誘導される電圧の波形図である。後に述べるように、図20(a)はモータ巻線の電流による回転磁界の位相がロータの回転の位相より進んでいる場合であり、図20(b)は両者の位相が揃っている場合であり、図20(c)は前記回転磁界の位相がロータの位相より進んである場合を示している。
仮想中性電位202a、202b、202cと波形201a、201b、201cの交点203a、203b、203cをサンプリングすることにより磁極位置を検出する。
この制御回路はモータ巻線に電圧を出力する駆動モードと出力しないサンプリングモードを有している。図20に示したようにロータ回転周期の2/3の間は駆動モードでモータ巻線に電圧を出力し、残りの1/3の間はサンプリングモードで電圧を出力しない。これは、磁極位置検出時に波形201a、201b、201cにノイズが重畳されるのを防ぐためである。
交点203a、b、cの検出はサンプリングモード時に行われる。
図20(a)は回転磁界の位相がロータの回転の位相より進んでいる場合であり、交点201aの左側の波形201aと仮想中性電位202aで囲まれた面積が交点201aの右側の波形201aと仮想中性電位202aで囲まれた面積より小さくなる。図20(b)は両者の位相が一致している場合であり、左右の前記面積が等しくなる。図20(c)は回転磁界の位相がロータの位相より遅れている場合であり、交点203cの左側の前記面積が右側の前記面積より大きくなる。
従来の制御回路は交点203bのように交点の左右の前記面積が常に等しくなるようにモータ巻線に出力する電圧をフィードバック制御している。
Conventional sensorless brushless motors have been controlled by a control circuit that operates as follows.
The sensorless brushless motor control circuit feedback controls the current flowing through the motor winding while detecting the magnetic pole position of the rotor. The magnetic pole position of the rotor is detected by detecting a voltage induced in the motor winding by the rotation of the rotor, that is, an induced electromotive force. For example, in the case of a three-phase brushless motor, a voltage is applied to two motor windings, and a voltage induced in the remaining non-conducting phase is detected. Then, based on the magnetic pole position detected by this voltage, the two motor windings to which the voltage is to be applied next are determined, and the voltage is applied. At that time, the induced electromotive force of the motor winding in the non-energized phase is detected, thereby detecting the position of the magnetic pole. The motor is driven by performing this process continuously.
FIG. 20 is a diagram showing the magnetic pole position detection timing of the control circuit of the conventional sensorless brushless motor. Waveforms 201a, 201b, and 201c are waveform diagrams of voltages induced in a certain motor winding. As will be described later, FIG. 20A shows the case where the phase of the rotating magnetic field due to the motor winding current is ahead of the phase of the rotor rotation, and FIG. 20B shows the case where both phases are aligned. FIG. 20C shows a case where the phase of the rotating magnetic field is ahead of the phase of the rotor.
The magnetic pole position is detected by sampling the intersections 203a, 203b, 203c of the virtual neutral potentials 202a, 202b, 202c and the waveforms 201a, 201b, 201c.
This control circuit has a drive mode for outputting a voltage to the motor winding and a sampling mode for not outputting the voltage. As shown in FIG. 20, the voltage is output to the motor winding in the driving mode during 2/3 of the rotor rotation period, and the voltage is not output in the sampling mode during the remaining 1/3. This is to prevent noise from being superimposed on the waveforms 201a, 201b, and 201c when the magnetic pole position is detected.
The detection of the intersections 203a, b, c is performed in the sampling mode.
FIG. 20A shows a case where the phase of the rotating magnetic field is ahead of the phase of rotation of the rotor. And the area surrounded by the virtual neutral potential 202a. FIG. 20B shows a case in which the phases of the two coincide with each other, and the left and right areas are equal. FIG. 20C shows a case where the phase of the rotating magnetic field is delayed from the phase of the rotor, and the area on the left side of the intersection 203c is larger than the area on the right side.
The conventional control circuit feedback-controls the voltage output to the motor winding so that the areas on the left and right of the intersection are always equal like the intersection 203b.

更に、従来のセンサレスブラシレスモータをターボ分子ポンプなどの真空ポンプに適用する際に、次のような問題があった。
ターボ分子ポンプのモータ部は、永久磁石を備えたロータ軸と、当該永久磁石の周囲に所定の間隙を隔てて複数個配設された電磁石から構成されているDCブラシレスモータによって構成される場合がある。
Furthermore, when the conventional sensorless brushless motor is applied to a vacuum pump such as a turbo molecular pump, there are the following problems.
The motor unit of the turbo molecular pump may be constituted by a DC brushless motor composed of a rotor shaft having a permanent magnet and a plurality of electromagnets arranged around the permanent magnet with a predetermined gap therebetween. is there.

しかし、従来の起動方法では、モータ巻線151U、151V、151Wの駆動電圧ベクトルの切り替え速さを急激に上昇したり、ロータ150の負荷が急激に変化したりすると、ロータ150がモータ巻線151U、151V、151Wの作る磁界に追従できず、脱調し、起動に失敗する場合があった。また、長時間かけて徐々に電圧ベクトルの切り替え速度を上昇すると、ロータ150がPLL回路をロックできる回転数に達するまで長時間を要する。更に、モータを起動してからロータ150がPLL回路をロックできる回転数に達する前に停電等が発生し再起動が必要になった場合、従来のセンサレスブラシレスモータの制御回路では磁極位置が検出できないために、ロータ150を一旦直流制動して停止させた後、再起動する必要があった。特にターボ分子ポンプの場合、ロータ150の回転数がPLL回路をロックできる毎秒20回転程度まで加速するのに1分程度要したので、上記の原因による時間の損失が大きかった。   However, in the conventional starting method, when the switching speed of the drive voltage vectors of the motor windings 151U, 151V, 151W is suddenly increased or the load of the rotor 150 is suddenly changed, the rotor 150 is rotated by the motor winding 151U. , 151V, 151W could not follow the magnetic field produced, step out, sometimes failed to start. Further, when the voltage vector switching speed is gradually increased over a long time, it takes a long time for the rotor 150 to reach a rotational speed at which the PLL circuit can be locked. Furthermore, when a power failure occurs after the motor is started and before the rotor 150 reaches the number of revolutions that can lock the PLL circuit, it is necessary to restart the sensor 150. The conventional sensorless brushless motor control circuit cannot detect the magnetic pole position. Therefore, it is necessary to restart the rotor 150 after stopping it by DC braking once. In particular, in the case of a turbo molecular pump, it took about 1 minute to accelerate the rotation speed of the rotor 150 to about 20 rotations per second at which the PLL circuit can be locked.

一方、従来のセンサレスブラシレスモータの制御回路では交点203a、203b、203cがサンプリングモードに入っていなければならず、例えばロータに負荷変動が生じ、交点203a、203b、203cがサンプリングモードからはずれると、磁極位置が乱れて脱調状態となる場合があった。また、ロータの磁極検出時にモータ巻線の電圧にノイズが重畳され、磁極位置が正確に検出できない場合があった。   On the other hand, in the control circuit of the conventional sensorless brushless motor, the intersections 203a, 203b, and 203c must be in the sampling mode. For example, when a load fluctuation occurs in the rotor and the intersections 203a, 203b, and 203c are out of the sampling mode, There was a case where the position was disturbed and a step-out state occurred. In addition, when the magnetic pole of the rotor is detected, noise is superimposed on the voltage of the motor winding, and the magnetic pole position may not be detected accurately.

また、ブラシレスモータのロータを磁気軸受にて軸支した場合、例えばロータを始動時に直流制動して磁極を所定の位置にセットしようとすると、磁気軸受では摩擦がないため、ロータが所定の位置を中心として振動し、その振動が速やかに減衰しないという問題があった。また、PLL回路がロックできる回転周波数(単位時間あたりのロータの回転数、ここでは約20[Hz]程度)にロータ軸の回転数が達するまでは、オープンループにて磁界をゆっくりと回転させていたため、起動に時間が係り、また、定常運転時にロータ軸の回転数が大きく変化すると磁極の位置が検出できず、脱調する場合があった。   In addition, when the brushless motor rotor is pivotally supported by a magnetic bearing, for example, if the rotor is DC braked at start-up and the magnetic pole is set at a predetermined position, the magnetic bearing has no friction, so the rotor is positioned at a predetermined position. There was a problem that it vibrated as the center and the vibration was not damped quickly. Also, the magnetic field is slowly rotated in an open loop until the rotational speed of the rotor shaft reaches the rotational frequency at which the PLL circuit can be locked (the rotational speed of the rotor per unit time, here about 20 [Hz]). Therefore, it takes time to start up, and if the rotational speed of the rotor shaft changes greatly during steady operation, the position of the magnetic pole cannot be detected, and the step-out may occur.

そこで、本発明の第1の目的は、負荷変動などによりロータの回転速度が大きく変化したり、また、モータ巻線の電圧にノイズが重畳されている場合でも、ロータの磁極位置を正確に検出し、モータ巻線の電流を適正に制御できるセンサレスブラシレスモータの制御装置を提供することである。   Therefore, the first object of the present invention is to accurately detect the magnetic pole position of the rotor even when the rotational speed of the rotor changes greatly due to load fluctuations or noise is superimposed on the voltage of the motor winding. Then, it is providing the control apparatus of a sensorless brushless motor which can control the electric current of a motor winding appropriately.

本発明の第2の目的は、毎秒20回転以下の低速回転においてもロータの磁極を検出して磁界の切り替えをフィードバック制御することができ、更にロータの回転速度が大きく変化したり、モータ巻線の電圧にノイズが重畳されている場合でも磁極の位置を正確に検出し、フィードバック制御することができるセンサレスブラシレスモータの制御回路、センサレスブラシレスモータ装置及び当該モータを用いた真空ポンプ装置を提供することである。   The second object of the present invention is to detect the magnetic pole of the rotor and perform feedback control of the switching of the magnetic field even at a low speed rotation of 20 revolutions per second or more. A sensorless brushless motor control circuit, a sensorless brushless motor device, and a vacuum pump device using the motor can accurately detect the position of the magnetic pole and perform feedback control even when noise is superimposed on the voltage of It is.

本発明は前記第1の目的を達成するために磁極を備えたロータと、前記ロータを回転させるための複数のモータ巻線と、前記複数のモータ巻線に電流を供給する電流供給手段と、前記磁極による何れか少なくとも1つの前記モータ巻線の鎖交磁束を取得する磁束取得手段と、前記磁束取得手段にて取得された鎖交磁束の変化から前記磁極の位置を取得する磁極位置取得手段と、を備え、前記磁束取得手段は、前記モータ巻線の線間電圧から、少なくとも抵抗による電圧降下に基づく電圧を減算する電圧処理演算を行なう電圧処理演算手段と、前記電圧処理演算を行う際に、前記鎖交磁束を演算するための信号から重畳されている直流成分を取り除く直流遮断部と、を備え、前記電流供給手段は、前記磁極位置取得手段にて取得された磁極の位置に基づいて、前記モータ巻線の電流を切り替えることを特徴とするセンサレスブラシレスモータの制御回路(第1の構成)を提供する。
なお、第1の構成の変形として、前記磁束取得手段は、前記磁極による2つの前記モータ巻線の鎖交磁束の差を取得する構成としても良い。
本発明のセンサレスブラシレスモータの制御回路においては、ロータの磁極の回転位置をモータ稼動中、任意の時に取得することができるため、モータの負荷の変動などによりロータ回転数が大きく変化した場合も、モータ巻線の電流を適正に制御することができる。
The present invention achieves the first object, a rotor provided with magnetic poles, a plurality of motor windings for rotating the rotor, current supply means for supplying a current to the plurality of motor windings, Magnetic flux acquisition means for acquiring the interlinkage magnetic flux of at least one of the motor windings by the magnetic pole, and magnetic pole position acquisition means for acquiring the position of the magnetic pole from the change in the interlinkage magnetic flux acquired by the magnetic flux acquisition means And the magnetic flux acquisition means includes: voltage processing calculation means for performing voltage processing calculation for subtracting a voltage based on a voltage drop due to resistance at least from the line voltage of the motor winding; and when performing the voltage processing calculation in, and a DC blocking unit for removing a DC component superimposed from a signal for calculating the flux linkage, the current supply means, it has been the magnetic poles of the position acquired by the magnetic pole position acquiring means Based on, to provide a control circuit of the sensorless brushless motor and switches the current of the motor windings (first configuration).
As a modification of the first configuration, the magnetic flux acquisition means may acquire the difference between the flux linkages of the two motor windings by the magnetic poles.
In the control circuit of the sensorless brushless motor of the present invention, the rotational position of the magnetic poles of the rotor can be obtained at any time during motor operation. The current of the motor winding can be controlled appropriately.

また、第1の構成における磁束取得手段は、所定の2つの前記モータ巻線の線間電圧値を取得する第1の取得手段と、所定の2つの前記モータ巻線の抵抗と前記電流供給手段を構成する電源装置と前記モータ巻線を接続するケーブルの抵抗との合成抵抗による電圧降下を取得する第2の取得手段と、所定の2つの前記モータ巻線の電流の差に、所定の2つの前記モータ巻線のインダクタンスの値を乗算した値を取得する第3の取得手段と、前記第1の取得手段にて取得した値から、前記第2の取得手段にて取得した値を減算した後、積分する積分値取得手段と、前記積分値取得手段にて取得した値からから前記第3の取得手段にて取得した値を減算する減算手段によって構成しても良い(第2の構成)。 Further, the magnetic flux acquiring means in a first configuration comprises a first acquisition means for acquiring a line voltage value of a predetermined two of the motor windings, the resistance of the two predetermined motor windings, the current supply A second obtaining means for obtaining a voltage drop due to a combined resistance of the power supply device constituting the means and the resistance of the cable connecting the motor winding; and a difference between the currents of the two predetermined motor windings, Third acquisition means for acquiring a value obtained by multiplying the inductance values of the two motor windings, and subtracting the value acquired by the second acquisition means from the value acquired by the first acquisition means After that, an integration value acquisition unit that integrates and a subtraction unit that subtracts the value acquired by the third acquisition unit from the value acquired by the integration value acquisition unit (second configuration) ).

なお、第2の構成の変形として、第1の構成における磁束取得手段は、所定の2つの前記モータ巻線の線間電圧を時間で積分した値を取得する第1の積分値取得手段と、所定の2つの前記モータ巻線の抵抗と前記電流供給手段を構成する電源装置と前記モータ巻線を接続するケーブルの抵抗との合成抵抗による電圧降下を時間で積分した値を取得する第2の積分値取得手段と、所定の2つの前記モータ巻線のインダクタンスによる電圧降下を時間で積分した値を取得する第3の積分値取得手段と、前記第1の積分値取得手段にて取得した値から、前記第2の積分値取得手段にて取得した値と、前記第3の積分値取得手段にて取得した値を減算する減算手段によって構成しても良い。
第2の構成及び第2の構成の変形では、積分値を取得する際に、当該信号は積分器を用いて積分されるので、当該信号に重畳されているノイズがキャンセルされ、ノイズの少ない信号を得ることができる。このため、モータを稼動させながらロータの回転を監視することができる。
As a modification of the second configuration, the magnetic flux acquisition unit in the first configuration includes a first integrated value acquisition unit that acquires a value obtained by integrating the line voltages of the two predetermined motor windings with time, A value obtained by integrating the voltage drop due to the combined resistance of the resistance of the two predetermined motor windings, the power supply device constituting the current supply means and the resistance of the cable connecting the motor winding with time is obtained. Integration value acquisition means, third integration value acquisition means for acquiring a value obtained by integrating the voltage drop due to inductance of the two predetermined motor windings with time, and values acquired by the first integration value acquisition means From the above, the value acquired by the second integral value acquisition unit and the value acquired by the third integral value acquisition unit may be subtracted.
In the second configuration and the modification of the second configuration, when the integral value is acquired, the signal is integrated using an integrator, so that the noise superimposed on the signal is canceled and the signal with less noise is obtained. Can be obtained. For this reason, it is possible to monitor the rotation of the rotor while operating the motor.

また、第2の構成で用いられる合成抵抗の値は、所定の2つの前記モータ巻線に直流電流を供給する直流電流供給手段と、前記線間電圧値を前記直流電流の電流値で除することにより前記合成抵抗の値を演算する第1の演算手段とを備えた合成抵抗値取得手段にて取得することができる。
この方法は例えばモータを始動する前に直流電流を所定の2つのモータ巻線に導通することにより行われる。
In addition, the value of the combined resistance used in the second configuration is obtained by dividing the direct current supply means for supplying a direct current to two predetermined motor windings and the line voltage value by the current value of the direct current. Thus, it can be obtained by a combined resistance value acquiring means including a first calculating means for calculating the value of the combined resistance.
This is done, for example, by passing a direct current through two predetermined motor windings before starting the motor.

また、第2の構成で用いられるインダクタンスは、所定の2つの前記モータ巻線に高周波電流を供給する高周波電流供給手段と、前記高周波電流を供給した際の前記2つのモータ巻線の線間電圧値を取得する線間電圧値取得手段と、前記線間電圧値を前記高周波電流の電流値と、前記高周波電流の周波数及び所定の定数で除した値を取得する第2の演算手段と、を備えたインダクタンス取得手段にて取得することができる。
この方法は例えばモータ始動前にロータが追随できない程度の高周波電流を所定の2つのモータ巻線に導通することにより行うことができる。上記所定の値は2πである。
Further, the inductance used in the second configuration includes high-frequency current supply means for supplying a high-frequency current to two predetermined motor windings, and a line voltage between the two motor windings when the high-frequency current is supplied. A line voltage value acquisition means for acquiring a value; a second calculation means for acquiring a value obtained by dividing the line voltage value by the current value of the high-frequency current and the frequency of the high-frequency current and a predetermined constant; It can be acquired by the provided inductance acquisition means.
This method can be performed, for example, by conducting a high-frequency current that cannot be followed by the rotor before starting the motor to two predetermined motor windings. The predetermined value is 2π.

また、第2の構成で用いられるインダクタンスは、オープンループで前記モータ巻線の
電流を切り替えて前記ロータを回転させるロータ回転手段と、前記モータ巻線の電流を切
り替える前及び後で前記積分値取得手段にて取得された積分値をサンプリングするサンプリング手段と、所定の2つの前記モータ巻線に供給する電流値のピーク値を取得する電流ピーク値取得手段と、前記サンプリング手段にて取得した前記電流切り替え前後での前記積分値の差の絶対値を前記電流ピーク値取得手段にて取得した電流ピーク値で除する第3の演算手段と、を備えたインダクタンス取得手段にて取得することができる。
この方法はロータをある程度の回転数までオープンループで回転させ、その際にモータ
駆動電流の切り替え時に第1の積分手段で得られる波形に現れる段差の大きさによりイン
ダクタンスを求めるものである。
In addition, the inductance used in the second configuration includes the rotor rotation means that rotates the rotor by switching the current of the motor winding in an open loop, and the integral value acquisition before and after switching the current of the motor winding. Sampling means for sampling the integral value obtained by the means, current peak value obtaining means for obtaining the peak value of the current value supplied to the two predetermined motor windings, and the current obtained by the sampling means The absolute value of the difference between the integrated values before and after switching can be obtained by an inductance obtaining means comprising: a third computing means for dividing the absolute value by the current peak value obtained by the current peak value obtaining means.
In this method, the rotor is rotated in an open loop up to a certain number of rotations, and the inductance is obtained based on the size of the step appearing in the waveform obtained by the first integration means when the motor drive current is switched.

また、第2の構成で用いられる合成抵抗値とインダクタンスは、前記合成抵抗の仮定値と前記インダクタンスの仮定値を用いて所定の2つの前記モータ巻線の鎖交磁束を取得する仮定磁束取得手段と、前記ロータ回転手段にて前記ロータを所定の角速度で回転させた際の所定の2つの前記モータ巻線の線間電圧値と、前記モータ巻線の電流の供給を止めて前記ロータを前記所定の角速度でフリーランさせたときの所定の2つの前記モータ巻線の線間電圧と、前記電流の供給を止めたときの前記仮定磁束取得手段にて得られた信号と、前記電流の供給を再開したときの前記仮定磁束取得手段にて得られた信号の位相差と、から前記合成抵抗の仮定値と前記インダクタンスの仮定値を補正する補正手段を備えることによって取得することができる。
最初に仮定の合成抵抗値とインダクタンスを用いてモータ巻線に生じる鎖交磁束を求め
、これによって、前記の仮定の合成抵抗値とインダクタンスを補正する。このプロセスを
数回繰り返すことにより、逐次補正された合成抵抗値とインダクタンスが真の値に近づい
ていく。
The combined resistance value and the inductance used in the second configuration are assumed magnetic flux acquisition means for acquiring a linkage flux between two predetermined motor windings using the assumed value of the combined resistance and the assumed value of the inductance. And when the rotor rotating means rotates the rotor at a predetermined angular velocity, the line voltage value of the predetermined two motor windings and the current supply of the motor winding are stopped to Line voltage between two predetermined motor windings when free running at a predetermined angular velocity, a signal obtained by the assumed magnetic flux acquisition means when supply of the current is stopped, and supply of the current can be obtained by providing a correction means for correcting the phase difference of the signal obtained at the assumed magnetic flux acquiring means when resumed, the assumed value of the assumed value and the inductance of the combined resistance from the
First, the interlinkage magnetic flux generated in the motor winding is obtained using the assumed combined resistance value and inductance, and thereby the assumed combined resistance value and inductance are corrected. By repeating this process several times, the combined resistance value and the inductance that have been sequentially corrected approach the true value.

また、本発明は、前記第2の目的を達成するために、磁極を備えたロータを回転させるための複数のモータ巻線のうち、該モータ巻線のインダクタンスによる電圧降下の位相と大きさが等しくなる所定の2相間の電圧差を、少なくとも抵抗による電圧降下に基づく電圧の減算と、積分とからなる演算処理をして磁束信号を取得する磁束信号取得手段と、前記演算処理を行う際に、前記電圧差の信号に重畳される直流成分を取り除く直流遮断部と、前記直流遮断部により重畳する直流成分を取り除かれた信号に基づき前記演算処理された磁束信号から、出力可能な駆動電圧ベクトルのうちの一部の駆動電圧ベクトルの駆動タイミングを取得する第1の駆動タイミング取得手段と、前記第1の駆動タイミング取得手段にて取得した駆動タイミングに同期して前記一部の駆動電圧ベクトルを出力する第1の駆動電圧ベクトル出力手段と、前記磁束信号取得手段にて取得した磁束信号から得たタイミングを逓倍することにより前記出力可能な駆動電圧ベクトルの駆動タイミングを取得する第2の駆動タイミング取得手段と、前記第2の駆動タイミング取得手段にて取得した駆動タイミングに同期して前記出力可能な駆動電圧ベクトルを出力する第2の駆動電圧ベクトル出力手段と、前記第1の駆動電圧ベクトル出力手段と、前記第2の駆動電圧ベクトル出力手段とを選択する選択手段と、を具備したことを特徴とするセンサレスブラシレスモータの制御回路を提供する(第3の構成)。 According to the present invention, in order to achieve the second object, among the plurality of motor windings for rotating the rotor provided with the magnetic poles, the phase and magnitude of the voltage drop due to the inductance of the motor winding are a voltage difference equal predetermined two phases, and subtraction of the voltage based on the voltage drop due to at least resistance, and the arithmetic processing consisting of integration, and the magnetic flux signal acquiring means for acquiring a magnetic flux signal, when performing the arithmetic processing to a DC blocking unit for removing a DC component is superimposed on the signal of the voltage difference from the arithmetic processing magnetic flux signals on the basis of the removed DC component superimposed signal by the direct current cutoff section can output driving voltage First drive timing acquisition means for acquiring drive timings of some of the drive voltage vectors of the vectors, and drive timing acquired by the first drive timing acquisition means The first drive voltage vector output means for outputting the part of the drive voltage vectors in synchronization with the output voltage, and the drive voltage that can be output by multiplying the timing obtained from the magnetic flux signal acquired by the magnetic flux signal acquisition means A second drive timing acquisition means for acquiring a drive timing of the vector, and a second drive voltage vector for outputting the output drive voltage vector in synchronization with the drive timing acquired by the second drive timing acquisition means Provided is a sensorless brushless motor control circuit comprising output means, selection means for selecting the first drive voltage vector output means, and the second drive voltage vector output means ( Third configuration).

更に、本発明は前記第2の目的を達成するために、磁極を備えたロータを回転させるための複数のモータ巻線に電流を供給する電流供給手段と、前記複数のモータ巻線のうち、該モータ巻線のインダクタンスによる電圧降下の位相と大きさが等しくなる所定の2つのモータ巻線の線間電圧を取得する線間電圧取得手段と、前記線間電圧取得手段にて取得した線間電圧から、前記所定の2つの前記モータ巻線の抵抗と前記電流供給手段を構成する電源装置と前記モータ巻線を接続する接続ケーブルの抵抗との合成抵抗による電圧の変化を補正する抵抗分補正手段と、前記抵抗分補正手段にて補正された前記線間電圧を積分して磁束信号を取得する磁束信号取得手段と、前記磁束信号取得手段にて取得した磁束信号のうち、前記所定の2つのモータ巻線のリアクタンスによる変化分を補正するリアクタンス分補正手段と、前記リアクタンス分補正手段にて補正された磁束信号から前記磁極の位置を取得する磁極位置取得手段と、前記抵抗分補正手段と、前記リアクタンス分補正手段とのうち、少なくともリアクタンス分補正手段を無効にし、補正を行わないようにする補正無効手段と、を具備し、前記ロータの回転数が所定の回転以下の場合は、前記補正無効手段にて、少なくとも前記リアクタンス分補正手段を無効とし、前記電流供給手段は、前記磁極位置取得手段にて取得した磁極位置に基づいて前記所定の2つのモータ巻線に流す電流を切替える第1のモードにて前記2つのモータ巻線に電流を供給し、前記ロータの回転数が所定の回転より大きい場合は、前記補正無効手段を用いずに、前記磁極位置取得手段にて取得した磁極位置に基づいて、前記モータ巻線の電流を切替える第2のモードにてモータ巻線に電流を供給することを特徴とするセンサレスブラシレスモータの制御回路を提供する(第4の構成)。   Further, in order to achieve the second object, the present invention provides a current supply means for supplying a current to a plurality of motor windings for rotating a rotor having magnetic poles, and among the plurality of motor windings, Line voltage acquisition means for acquiring the line voltage of two predetermined motor windings having the same phase and magnitude of the voltage drop due to the inductance of the motor winding, and the line width acquired by the line voltage acquisition means Resistance correction for correcting a change in voltage due to a combined resistance of a resistance of the two predetermined motor windings, a power supply device constituting the current supply means, and a resistance of a connection cable connecting the motor windings from the voltage Out of the magnetic flux signal acquisition means for acquiring the magnetic flux signal by integrating the line voltage corrected by the resistance component correction means and the magnetic flux signal acquired by the magnetic flux signal acquisition means. Mo Reactance correction means for correcting a change due to the reactance of the winding, magnetic pole position acquisition means for acquiring the position of the magnetic pole from the magnetic flux signal corrected by the reactance correction means, the resistance correction means, A correction invalidity means for disabling at least the reactance correction means and not performing correction among the reactance correction means, and when the rotation speed of the rotor is equal to or less than a predetermined rotation, the correction is invalid Means for disabling at least the reactance correction means, and the current supply means switches a current flowing through the predetermined two motor windings based on the magnetic pole position acquired by the magnetic pole position acquisition means. When the current is supplied to the two motor windings in the mode and the rotation speed of the rotor is larger than a predetermined rotation, the correction invalidation means is used. And supplying a current to the motor winding in a second mode in which the current of the motor winding is switched based on the magnetic pole position acquired by the magnetic pole position acquisition means. A circuit is provided (fourth configuration).

前記第4の構成において、前記電流供給手段は、前記第1のモードから前記第2のモードへモードを切替える場合に、所定の時間、前記複数のモータ巻線に所定の順序に従って微小電流を流すように構成することができる(第5の構成)。   In the fourth configuration, when the mode is switched from the first mode to the second mode, the current supply means causes a minute current to flow through the plurality of motor windings in a predetermined order for a predetermined time. (5th structure).

前記第4の構成又は前記第5の構成は、第1の遮断周波数と前記第1の遮断周波数より大きい周波数の第2の遮断周波数を切替え可能であって、前記磁束信号に重畳される直流成分を取り除く直流遮断手段と、前記直流遮断手段の前記第1の遮断周波数と、前記第2の遮断周波数とを切替える切替え手段と、を更に具備するように構成することができる(第6の構成)。   In the fourth configuration or the fifth configuration, the first cut-off frequency and the second cut-off frequency higher than the first cut-off frequency can be switched, and the direct current component superimposed on the magnetic flux signal And a switching means for switching between the first cutoff frequency and the second cutoff frequency of the DC cutoff means (sixth configuration). .

前記第6の構成において、前記切替え手段は、前記ロータが始動してから所定時間の間、前記直流遮断手段の遮断周波数を前記第1の遮断周波数とし、所定の時間が経過すると前記第2の遮断周波数に切替えるように構成することができる。   In the sixth configuration, the switching means sets the cut-off frequency of the DC cut-off means as the first cut-off frequency for a predetermined time after the rotor starts, and when the predetermined time elapses, It can be configured to switch to a cut-off frequency.

また、本発明は、前記第2の目的を達成するために、磁極を備えたロータと、前記ロータを回転させるための複数のモータ巻線と、からなるモータ部と、前記複数のモータ巻線に電流を供給する電流供給手段と、前記磁極による何れか少なくとも1つの前記モータ巻線の鎖交磁束を取得する磁束取得手段と、前記磁束取得手段にて取得された鎖交磁束の変化から前記磁極の位置を取得する磁極位置取得手段と、からなる制御部を備え、前記磁束取得手段は、前記モータ巻線の線間電圧から、少なくとも抵抗による電圧降下に基づく電圧を減算する電圧処理演算を行なう電圧処理演算手段と、前記電圧処理演算を行う際に、前記鎖交磁束を演算するための信号から重畳されている直流成分を取り除く直流遮断部と、を備え、前記電流供給手段は、前記磁極位置取得手段にて取得された磁極の位置に基づいて、前記モータ巻線の電流を切り替えることを特徴とするセンサレスブラシレスモータ装置を提供する(第7の構成)。 In order to achieve the second object, the present invention provides a motor unit comprising a rotor having magnetic poles and a plurality of motor windings for rotating the rotor, and the plurality of motor windings. Current supply means for supplying current to the magnetic flux, magnetic flux acquisition means for acquiring the interlinkage magnetic flux of at least one of the motor windings by the magnetic pole, and the change in the interlinkage magnetic flux acquired by the magnetic flux acquisition means A magnetic pole position acquisition means for acquiring the position of the magnetic pole, and the magnetic flux acquisition means performs a voltage processing operation for subtracting at least a voltage based on a voltage drop due to a resistance from a line voltage of the motor winding. a voltage processing operation means for performing, when performing said voltage processing operation, and a DC blocking unit for removing a DC component superimposed from a signal for calculating the flux linkage, the current supply means Based on the position of the magnetic pole acquired by the magnetic pole position acquiring means, to provide a sensorless brushless motor apparatus characterized by switching a current of the motor windings (seventh configuration).

また、本発明は、前記第2の目的を達成するために、磁極を備えたロータと、前記ロータを回転させるための複数のモータ巻線と、前記複数のモータ巻線のうち、該モータ巻線のインダクタンスによる電圧降下の位相と大きさが等しくなるような所定の2相間の電圧差を、少なくとも抵抗による電圧降下に基づく電圧の減算と、積分とからなる演算処理をして磁束信号を取得する磁束信号取得手段と、前記演算処理を行う際に、前記電圧差の信号に重畳される直流成分を取り除く直流遮断部と、前記直流遮断部により重畳する直流成分を取り除かれた信号に基づき前記演算処理された磁束信号から、出力可能な駆動電圧ベクトルのうちの一部の駆動電圧ベクトルの駆動タイミングを取得する第1の駆動タイミング取得手段と、前記第1の駆動タイミング取得手段にて取得した駆動タイミングに同期して前記一部の駆動電圧ベクトルを出力する第1の駆動電圧ベクトル出力手段と、前記磁束信号取得手段にて取得した磁束信号から得たタイミングを逓倍することにより前記出力可能な駆動電圧ベクトルの駆動タイミングを取得する第2の駆動タイミング取得手段と、前記第2の駆動タイミング取得手段にて取得した駆動タイミングに同期して前記出力可能な駆動電圧ベクトルを出力する第2の駆動電圧ベクトル出力手段と、前記第1の駆動電圧ベクトル出力手段と、前記第2の駆動電圧ベクトル出力手段とを選択する選択手段と、を具備したことを特徴とするセンサレスブラシレスモータ装置を提供する(第8の構成)。 In order to achieve the second object, the present invention provides a rotor having a magnetic pole, a plurality of motor windings for rotating the rotor, and the motor winding among the plurality of motor windings. The voltage difference between two predetermined phases that is equal to the phase and magnitude of the voltage drop due to the inductance of the wire is at least calculated by subtracting the voltage based on the voltage drop due to the resistance, and integrating , to obtain the magnetic flux signal Based on the magnetic flux signal acquisition means to be acquired, the DC blocking unit that removes the DC component superimposed on the voltage difference signal when performing the arithmetic processing, and the signal from which the DC component superimposed by the DC blocking unit is removed from the arithmetic processing magnetic flux signal, and a first drive timing acquiring means for acquiring a drive timing of a portion of the driving voltage vectors among outputable driving voltage vectors, drive the first First drive voltage vector output means for outputting the partial drive voltage vector in synchronization with the drive timing acquired by the timing acquisition means, and multiplying the timing obtained from the magnetic flux signal acquired by the magnetic flux signal acquisition means Second drive timing acquisition means for acquiring the drive timing of the drive voltage vector that can be output, and the drive voltage vector that can be output in synchronization with the drive timing acquired by the second drive timing acquisition means A second drive voltage vector output means for outputting the signal, a selection means for selecting the first drive voltage vector output means, and the second drive voltage vector output means. A brushless motor device is provided (eighth configuration).

また、本発明は、前記第2の目的を達成するために、一端に吸気口が形成され、他端に排気口が形成された外装体と、前記外装体の内部に磁気軸受又は機械式軸受にて回転自在に軸支されたロータと、前記ロータを回転させるモータと、前記外装体の内部に配設されたステータと、を具備し、前記モータは、第7の構成または第8の構成のセンサレスブラシレスモータ装置によって構成されたことを特徴とする真空ポンプ装置を提供する。   In order to achieve the second object, the present invention provides an exterior body in which an intake port is formed at one end and an exhaust port is formed at the other end, and a magnetic bearing or a mechanical bearing inside the exterior body. A rotor rotatably supported by the motor, a motor for rotating the rotor, and a stator disposed in the exterior body, wherein the motor has a seventh configuration or an eighth configuration. A vacuum pump device characterized by comprising a sensorless brushless motor device is provided.

請求項1から請求項6に記載の発明のセンサレスブラシレスモータの制御回路は、センサレスブラシレスモータが駆動している間、常にロータの磁極位置を監視しているので、負荷変動などによりロータの回転数が大きく変化した場合でも脱調することがなく、安定した制御ができる。また、モータ巻線にノイズが重畳していても、これは積分することにより除去されるのでロータの磁極位置を正確に検出することができる。
また、本発明のセンサレスブラシレスモータの制御回路はモータ巻線の抵抗値とモータを接続するケーブルの抵抗値の合成抵抗値Rpとモータ巻線のインダクタンスLpを自動的に計測するので、たとえ、使用現場などでケーブル長を変更したり、モータを別のモータと取り替えても再度Rp、Lpを計測器を用いて計測せずに、即使用することができる。
また、本発明によれば、起動速度が速く、安定してブラシレスモータを運転することができる。
The control circuit for the sensorless brushless motor according to any one of the first to sixth aspects of the invention constantly monitors the magnetic pole position of the rotor while the sensorless brushless motor is driven. Stable control can be achieved without stepping out even when the value changes greatly. Further, even if noise is superimposed on the motor winding, this is removed by integration, so that the magnetic pole position of the rotor can be accurately detected.
The sensorless brushless motor control circuit of the present invention automatically measures the combined resistance value Rp of the resistance value of the motor winding and the resistance value of the cable connecting the motor and the inductance Lp of the motor winding. Even if the cable length is changed at the site or the motor is replaced with another motor, it can be used immediately without measuring Rp and Lp again using a measuring instrument.
Further, according to the present invention, the startup speed is fast and the brushless motor can be operated stably.

(第1の実施の形態)
以下、本発明のブラシレスモータの制御回路の第1の実施の形態を図1と図2を用いて説明する。図1は第1の実施の形態のブラシレスモータの制御回路の主要構成を示した図である。
本実施の形態の制御回路141は2極の永久磁石を備えたロータ112及びロータ112を回転させるためのスター結線されたモータ巻線107U、107V、107Wからなるモータ105と、これらのモータ巻線107U、107V、107Wへ電流を供給するモータ駆動回路115と、モータ駆動回路115を制御するマイクロコンピュータ130と、それぞれ抵抗値が等しくスター結線された抵抗体108U、108V、108Wを備えている。
図1では便宜上各モータ巻線107U、107V、107Wとロータ112が別に示されているが、実際はモータ巻線7はロータ112の外周部に配置されている。
モータ駆動回路115は直流電源116と、3相ブリッジを構成する6つのトランジスタ121a、121b、121c、121d、121e、121fを備えている。各トランジスタ121a、121b、121c、121d、121e、121fのベースはそれぞれマイクロコンピュータ130に接続されている。各トランジスタ121a、121b、121c、121d、121e、121fはマイクロコンピュータ130からのゲート駆動パルスによりオン/オフされ、モータ巻線107U、107V、107Wに所定の電流を供給する。
モータ駆動回路115はマイクロコンピュータ130に制御されながらモータ巻線107U、107V、107Wに所定の電流を供給する。
(First embodiment)
A first embodiment of a brushless motor control circuit according to the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram showing a main configuration of a control circuit of the brushless motor according to the first embodiment.
The control circuit 141 according to the present embodiment includes a rotor 112 having a two-pole permanent magnet, a motor 105 including star-connected motor windings 107U, 107V, and 107W for rotating the rotor 112, and these motor windings. A motor drive circuit 115 that supplies current to 107U, 107V, and 107W, a microcomputer 130 that controls the motor drive circuit 115, and resistors 108U, 108V, and 108W that have the same resistance value and are star-connected, are provided.
In FIG. 1, the motor windings 107 </ b> U, 107 </ b> V, 107 </ b> W and the rotor 112 are separately shown for convenience, but the motor winding 7 is actually disposed on the outer periphery of the rotor 112.
The motor drive circuit 115 includes a DC power source 116 and six transistors 121a, 121b, 121c, 121d, 121e, and 121f that form a three-phase bridge. The bases of the transistors 121a, 121b, 121c, 121d, 121e, and 121f are connected to the microcomputer 130, respectively. Each transistor 121a, 121b, 121c, 121d, 121e, 121f is turned on / off by a gate drive pulse from the microcomputer 130, and supplies a predetermined current to the motor windings 107U, 107V, 107W.
The motor drive circuit 115 supplies a predetermined current to the motor windings 107U, 107V, and 107W while being controlled by the microcomputer 130.

抵抗体108U、108V、108Wはそれぞれモータ巻線107U、107V、107Wに接続されている。図1に示したように抵抗体108U、108V、108Wとモータ巻線107U、107V、107Wは対照的な形に配線されており、抵抗体108U、108V、108Wの中点110とモータ巻線107U、107V、107Wの中点109の電位は等しくなる。
制御回路141は更に差動増幅器103、直流遮断フィルタ102、積分器101及びコンパレータ104を備えている。
差動増幅器103は抵抗体108U、108V、108Wの中点110と抵抗体108Uに接続されており、抵抗体108Uの両端の電位差即ち、抵抗体108Uに現れている電圧を出力する。ここで、中点109と中点110の電位は同じであり、また後述するようにモータ巻線107Uにはロータ112を駆動するための電流は流さないので、差動増幅器103から出力される電圧はロータ112の回転によりモータ巻線107Uに誘導される電圧と同一になる。以降中点109を基準としたV相の電位をVu−nなどと表すことにする。添え字のuはU相端子をnは中点109を表す。
Resistors 108U, 108V, 108W are connected to motor windings 107U, 107V, 107W, respectively. As shown in FIG. 1, the resistors 108U, 108V, 108W and the motor windings 107U, 107V, 107W are wired in a contrasting manner, and the middle point 110 of the resistors 108U, 108V, 108W and the motor winding 107U. , 107V, 107W, the midpoint 109 has the same potential.
The control circuit 141 further includes a differential amplifier 103, a DC cutoff filter 102, an integrator 101, and a comparator 104.
The differential amplifier 103 is connected to the middle point 110 of the resistors 108U, 108V, and 108W and the resistor 108U, and outputs a potential difference between both ends of the resistor 108U, that is, a voltage appearing in the resistor 108U. Here, the potentials of the midpoint 109 and the midpoint 110 are the same, and since the current for driving the rotor 112 does not flow through the motor winding 107U as described later, the voltage output from the differential amplifier 103 Is the same as the voltage induced in the motor winding 107U by the rotation of the rotor 112. Hereinafter, the V-phase potential with reference to the midpoint 109 is expressed as Vu-n or the like. The subscript u represents the U-phase terminal and n represents the midpoint 109.

この実施の形態では、駆動電圧ベクトル3、6を交互に出力してロータ112を回転させる。即ち、モータ巻線107V、107WにV→W方向とW→V方向に交互に電流を流し、モータ巻線107Uは無通電相とする。ロータ112が回転するとモータ巻線107Uにはロータ112の回転による誘導起電力が生じる。この電圧はロータ112の回転に伴ってサインカーブを描き、このサインカーブの位相とロータ112の磁極の位置には対応関係がある。そして、前述したようにモータ巻線107Uに生ずる電圧と抵抗体108Uに生ずる電圧は同一であるので、抵抗体108Uに生じる電圧を差動増幅器103によって検出し、この信号を適当に処理することによりロータ112の位置を検出することができる。
モータ巻線107Uに生じている電圧は差動増幅器103のマイナス端子を中点110ではなく、直接モータ105の中点109に接続しても検出できるが、モータの構造上中点109に差動増幅器103の端子を接続することができないので、抵抗体108によって間接的に前記誘導起電力を検出する方法を採用した。
In this embodiment, the drive voltage vectors 3 and 6 are alternately output to rotate the rotor 112. That is, a current is alternately passed through the motor windings 107V and 107W in the V → W direction and the W → V direction, and the motor winding 107U is set to a non-energized phase. When the rotor 112 rotates, an induced electromotive force is generated in the motor winding 107U due to the rotation of the rotor 112. This voltage draws a sine curve as the rotor 112 rotates, and the phase of this sine curve and the position of the magnetic pole of the rotor 112 have a corresponding relationship. Since the voltage generated in the motor winding 107U and the voltage generated in the resistor 108U are the same as described above, the voltage generated in the resistor 108U is detected by the differential amplifier 103, and this signal is processed appropriately. The position of the rotor 112 can be detected.
The voltage generated in the motor winding 107U can be detected by directly connecting the negative terminal of the differential amplifier 103 to the midpoint 109 of the motor 105 instead of the midpoint 110, but the differential is applied to the midpoint 109 due to the motor structure. Since the terminal of the amplifier 103 cannot be connected, a method of detecting the induced electromotive force indirectly by the resistor 108 is employed.

直流遮断フィルタ102は差動増幅器103からモータ巻線107Uに誘導された誘導起電力の直流成分をカットする。これは差動増幅器103の出力に直流成分が含まれていると積分器101がこれを積分してしまうため、あらかじめ直流遮断フィルタ102によって直流成分を取り除くためである。直流遮断フィルタ102はハイパスフィルタを用いても実現できる。
積分器101は直流成分を取り除いた差動増幅器103の出力を積分し、差動増幅器103の出力に重畳している電気的ノイズを取り除く。モータが稼働するといろいろな電気的ノイズが発生する。差動増幅器103で得られる信号にはこれらのノイズが重畳されており、このままではこの信号を使用することができない。これらのノイズに埋もれた信号を積分器101にて積分するとノイズは平均化されてノイズに埋もれた前記信号のみを得ることができる。
これは信号に重畳しているノイズは信号に対して正負両方にほぼ等しい割合でランダムに発生するため、積分するとノイズは平均化されてキャンセルされるためである。
積分器101の出力する信号を磁束推定信号と呼ぶことにする。これは、モータ巻線に生じている電圧を積分するとモータ巻線107Uの鎖交磁束になるからである。
The DC cutoff filter 102 cuts the DC component of the induced electromotive force induced from the differential amplifier 103 to the motor winding 107U. This is because if the output of the differential amplifier 103 includes a direct current component, the integrator 101 integrates it, so that the direct current cutoff filter 102 removes the direct current component in advance. The DC cutoff filter 102 can be realized using a high-pass filter.
The integrator 101 integrates the output of the differential amplifier 103 from which the DC component is removed, and removes electrical noise superimposed on the output of the differential amplifier 103. When the motor operates, various electrical noises are generated. These noises are superimposed on the signal obtained by the differential amplifier 103, and this signal cannot be used as it is. When the signal buried in the noise is integrated by the integrator 101, the noise is averaged, and only the signal buried in the noise can be obtained.
This is because the noise superimposed on the signal is randomly generated at a rate approximately equal to both positive and negative with respect to the signal, so that when integrated, the noise is averaged and canceled.
A signal output from the integrator 101 is referred to as a magnetic flux estimation signal. This is because if the voltage generated in the motor winding is integrated, the interlinkage magnetic flux of the motor winding 107U is obtained.

コンパレータ104の入力端子は積分器101とグランドに接続されており、出力端子はマイクロコンピュータ130に接続されている。コンパレータ104は2値信号(高低2種類の電圧を対応させた信号であり、これらの信号のうち電圧が高いものをHi、電圧が低いものをLoとする)を出力する。
コンパレータ104は磁束推定信号とグランドレベルを比較し、磁束推定信号がグランドレベルより大きければHiを出力し、磁束推定信号がグランドレベルより小さければLoを出力する。コンパレータ104の出力をROT(回転パルス信号)信号と呼ぶことにする。このようにコンパレータ104はロータ112と同期したパルス信号を生成する。
マイクロコンピュータ130はコンパレータ104から ROT信号を受け取り、このROT信号に同期してモータ駆動回路115のトランジスタ121c、121d、121e、121fをスイッチングして、所定の駆動電圧ベクトルをモータ巻線107V、107Wに出力する。ROT信号がLoの時はトランジスタ121f、121cをオンして、駆動電圧ベクトル3を出力し、ROT信号がHiの時はトランジスタ121e、121dをオンして駆動電圧ベクトル6を出力する。
The input terminal of the comparator 104 is connected to the integrator 101 and the ground, and the output terminal is connected to the microcomputer 130. The comparator 104 outputs a binary signal (a signal in which two types of high and low voltages are associated with each other, Hi indicates a high voltage and Lo indicates a low voltage).
The comparator 104 compares the magnetic flux estimation signal with the ground level, and outputs Hi if the magnetic flux estimation signal is larger than the ground level, and outputs Lo if the magnetic flux estimation signal is smaller than the ground level. The output of the comparator 104 will be referred to as a ROT (rotation pulse signal) signal. Thus, the comparator 104 generates a pulse signal synchronized with the rotor 112.
The microcomputer 130 receives the ROT signal from the comparator 104, switches the transistors 121c, 121d, 121e, and 121f of the motor drive circuit 115 in synchronization with the ROT signal, and supplies a predetermined drive voltage vector to the motor windings 107V and 107W. Output. When the ROT signal is Lo, the transistors 121f and 121c are turned on to output the drive voltage vector 3, and when the ROT signal is Hi, the transistors 121e and 121d are turned on to output the drive voltage vector 6.

本実施の形態のブラシレスモータの制御回路141は、モータ巻線107U、107V、107Wのうち、モータ巻線107V、107Wに駆動電圧ベクトル3、6を交互に出力してロータ112を回転させる。そして、ロータ112の回転によりモータ巻線107Uに誘導される電圧からロータ112の磁極位置を検出し、この検出結果から駆動電圧ベクトル3、6の切り替えをフィードバック制御するものである。
図2はモータ巻線107U、107V、107Wに流れる電流Iu、Iv、Iw、差動増幅器103の出力Vu−n、積分器101から出力される磁束推定信号φu−n、コンパレータ104から出力されるROT信号、駆動電圧ベクトル3、6の関係を表したものである。
The brushless motor control circuit 141 of the present embodiment rotates the rotor 112 by alternately outputting the drive voltage vectors 3 and 6 to the motor windings 107V and 107W among the motor windings 107U, 107V and 107W. Then, the magnetic pole position of the rotor 112 is detected from the voltage induced in the motor winding 107U by the rotation of the rotor 112, and the switching of the drive voltage vectors 3 and 6 is feedback-controlled based on the detection result.
2 shows currents Iu, Iv, Iw flowing through the motor windings 107U, 107V, 107W, an output Vu-n of the differential amplifier 103, a magnetic flux estimation signal φu-n output from the integrator 101, and output from the comparator 104. The relationship between the ROT signal and the drive voltage vectors 3 and 6 is shown.

以下、図2の波形図を用いながら、ブラシレスモータの制御回路141の動作について説明する。
モータ始動時は駆動電圧ベクトル3、即ちV→W方向に電流を流す場合と、駆動電圧ベクトル6、即ちW→V方向に電流を流す場合をDCに近い周波数で交互に繰り返し、ロータ112の磁極をモータ巻線107Vとモータ巻線107Wがつくる磁界に吸引追随させる。ロータ112が毎秒1回転程度回転するようになるとモータ巻線107Uに誘導される電圧が検出できるようになる。
駆動電圧ベクトル3が出力されている間はV→W方向に電流が流れ、駆動電圧ベクトル6が出力されている間はW→V方向に電流が流れ、モータ巻線107Uには電流が流れないので、電流Iu、Iv、Iwの波形はそれぞれ図2に示したようになる。Iuは0である。
駆動電圧ベクトル3、6が交互に出力されロータ112が回転すると、モータ巻線107Uに図2に示した誘導起電力Vu−nが生じる。前述したようにこの電圧はロータ112の回転に同期したサインカーブとなる。この電圧は抵抗体108Uの両端に接続された差動増幅器103により検出される。
差動増幅器103から出力されたVu−nは直流遮断フィルタ102で直流成分をカットした後、積分器101に入力される。
The operation of the brushless motor control circuit 141 will be described below with reference to the waveform diagram of FIG.
When starting the motor, the drive voltage vector 3, that is, the current flowing in the V → W direction and the drive voltage vector 6, that is, the current flowing in the W → V direction, are alternately repeated at a frequency close to DC, and the magnetic poles of the rotor 112 Is caused to follow the magnetic field generated by the motor winding 107V and the motor winding 107W. When the rotor 112 rotates about once per second, the voltage induced in the motor winding 107U can be detected.
While the drive voltage vector 3 is output, current flows in the direction of V → W, while the drive voltage vector 6 is output, current flows in the direction of W → V, and no current flows in the motor winding 107U. Therefore, the waveforms of the currents Iu, Iv, and Iw are as shown in FIG. Iu is 0.
When the drive voltage vectors 3 and 6 are alternately output and the rotor 112 rotates, the induced electromotive force Vu-n shown in FIG. 2 is generated in the motor winding 107U. As described above, this voltage becomes a sine curve synchronized with the rotation of the rotor 112. This voltage is detected by the differential amplifier 103 connected to both ends of the resistor 108U.
Vu-n output from the differential amplifier 103 is input to the integrator 101 after the DC component is cut by the DC cutoff filter 102.

次に、Vu−nは積分器101により積分され磁束推定信号φu−nに変換される。積分することにより、Vu−nに重畳していたノイズは除去され、ノイズに埋もれていた信号を検出することができる。
磁束推定信号φu−nはVu−nを積分したものであるため図2に示したように位相が90°遅れる。
コンパレータ104はグランドレベルと磁束推定信号φu−nを比較し、ROT信号を生成する。磁束推定信号φu−nがグランドレベル以上のときはLo信号を出力し、グランドレベル以下であるときはHi信号を出力する。ROT信号は図2に示したような波形となる。ROT信号はロータ112の回転と同期しており、ロータ112が半回転するごとにHiとLoを交互に繰り返す。
Next, Vu-n is integrated by the integrator 101 and converted into a magnetic flux estimation signal φu-n. By integrating, the noise superimposed on Vu-n is removed, and the signal buried in the noise can be detected.
Since the magnetic flux estimation signal φu-n is obtained by integrating Vu-n, the phase is delayed by 90 ° as shown in FIG.
The comparator 104 compares the ground level with the magnetic flux estimation signal φu-n and generates an ROT signal. When the magnetic flux estimation signal φu-n is equal to or higher than the ground level, the Lo signal is output, and when it is equal to or lower than the ground level, the Hi signal is output. The ROT signal has a waveform as shown in FIG. The ROT signal is synchronized with the rotation of the rotor 112, and alternately repeats Hi and Lo each time the rotor 112 makes a half rotation.

次に、マイクロコンピュータ130はコンパレータから信号を受け取り、この信号を基にしてモータ駆動回路115の所定のトランジスタをスイッチングする。
マイクロコンピュータ130はROT信号がLoである間はモータ駆動回路115のトランジスタ121f、121cをオンし、ROT信号がHiである間はトランジスタ121e、121dをオンする。
モータ駆動回路115はトランジスタ121f、121cがオンである間は駆動電圧ベクトル3をモータ105に出力し、トランジスタ121e、121dがオンである間は駆動電圧ベクトル6をモータ105に出力する。
なお、駆動電圧ベクトル3、6によりモータ巻線107V、107Wに流れる電流はマイクロコンピュータ130によりPWM(パルス幅変調)制御されている。
他の駆動電圧ベクトル1、2、4、5は出力されない。
Next, the microcomputer 130 receives a signal from the comparator, and switches a predetermined transistor of the motor drive circuit 115 based on this signal.
The microcomputer 130 turns on the transistors 121f and 121c of the motor drive circuit 115 while the ROT signal is Lo, and turns on the transistors 121e and 121d while the ROT signal is Hi.
The motor drive circuit 115 outputs the drive voltage vector 3 to the motor 105 while the transistors 121f and 121c are on, and outputs the drive voltage vector 6 to the motor 105 while the transistors 121e and 121d are on.
The current flowing in the motor windings 107V and 107W by the drive voltage vectors 3 and 6 is PWM (pulse width modulation) controlled by the microcomputer 130.
Other drive voltage vectors 1, 2, 4, and 5 are not output.

以上のように本実施の形態では駆動電圧ベクトル3、6を交互に出力してロータ112を駆動し、ロータ112の駆動に利用されていないモータ巻線107Uに誘導される電圧からロータ112の磁極位置を検知する。そして、検知された磁極位置に従って駆動電圧ベクトル3、6を切り替える。このモータ巻線107Uに誘導される電圧はノイズが重畳されているが、これを積分することによりノイズを除去するため、ロータ112の回転が毎秒1回転程度の低速回転でも検出することができる。そのため、PLL回路をロックすることのできないロータ112の低速回転時においても、磁極位置によって駆動電圧ベクトル3、6をフィードバック制御することができる。   As described above, in the present embodiment, the drive voltage vectors 3 and 6 are alternately output to drive the rotor 112, and the magnetic poles of the rotor 112 are derived from the voltage induced in the motor winding 107U that is not used to drive the rotor 112. Detect position. Then, the drive voltage vectors 3 and 6 are switched according to the detected magnetic pole position. Noise is superimposed on the voltage induced in the motor winding 107U. Since the noise is removed by integrating it, the rotation of the rotor 112 can be detected even at a low speed of about 1 rotation per second. Therefore, even when the rotor 112 that cannot lock the PLL circuit is rotated at a low speed, the drive voltage vectors 3 and 6 can be feedback-controlled by the magnetic pole position.

前述したように従来はモータの始動時はオープンループで駆動電圧ベクトルを切り替えており、ロータが磁界の変化に追随できるようにこの駆動電圧ベクトルの切り替え時間を長めに設定していた。一方、本実施の形態ではロータの回転数の上昇に従って速やかに駆動電圧ベクトルを切り替えることができるため、モータの始動時間の短縮を図ることができる。
また、ロータの低速回転時でもロータの位置を検出できるため、ロータの負荷が変動してロータの回転数が急激に変化した場合でも駆動電圧ベクトルの切り替えをロータの回転数の変化に追従させることができる。また、モータ始動中に停電が発生した場合でも電力供給が復旧した時点で、ロータの回転を停止せずに始動を再開することができる。
As described above, conventionally, when the motor is started, the drive voltage vector is switched in an open loop, and the drive voltage vector switching time is set to be long so that the rotor can follow the change in the magnetic field. On the other hand, in the present embodiment, the drive voltage vector can be switched quickly as the rotational speed of the rotor increases, so that the motor start time can be shortened.
In addition, since the rotor position can be detected even when the rotor rotates at a low speed, the switching of the drive voltage vector can follow the change in the rotor speed even when the rotor load fluctuates and the rotor speed changes abruptly. Can do. Further, even when a power failure occurs during motor startup, the startup can be resumed without stopping the rotation of the rotor when the power supply is restored.

本実施の形態では駆動電圧ベクトル3、6を用い、モータ巻線107Uで磁極位置を検出しているが、これは、駆動電圧ベクトル1、4を用い、モータ巻線107Wで磁極位置を検出する構成にしてもよいし、駆動電圧ベクトル2、5を用い、モータ巻線107Vを用いて磁極位置を検出する構成にしても良い。
なお、磁気軸受にモータドライブを使用する場合、モータドライバのスイッチングノイズが軸受け本体や回路などを経由して磁気軸受の変位センサや、温度センサなどのセンサに伝搬するばあいがある。特に磁気軸受をデジタルシグナルプロセッサなどを用いてデジタル制御する場合は、変位信号をA/D(アナログ/デジタル)コンバータでサンプリング検出して検出しているため、磁気軸受の変位信号にノイズが重畳している瞬間にこれをサンプリングすると誤差を含んだ変位信号を検出してしまい、その結果磁気軸受から騒音や振動が発生する場合があった。そのため、磁気軸受に使用するモータドライバは変位センサの信号をサンプリングする瞬間(例えば2マイクロ秒)に、モータのスイッチを切るか、もしくは切り替えないようにすると磁気軸受から騒音や振動を抑制することができる。
In the present embodiment, the drive voltage vectors 3 and 6 are used to detect the magnetic pole position by the motor winding 107U. This is because the drive voltage vectors 1 and 4 are used to detect the magnetic pole position by the motor winding 107W. Alternatively, the magnetic pole position may be detected by using the drive voltage vectors 2 and 5 and the motor winding 107V.
When a motor drive is used for the magnetic bearing, the switching noise of the motor driver may propagate to a sensor such as a displacement sensor of the magnetic bearing or a temperature sensor via the bearing body or circuit. In particular, when the magnetic bearing is digitally controlled using a digital signal processor or the like, the displacement signal is detected by sampling with an A / D (analog / digital) converter, so noise is superimposed on the displacement signal of the magnetic bearing. If this is sampled at a moment, a displacement signal including an error is detected, and as a result, noise and vibration may be generated from the magnetic bearing. Therefore, the motor driver used for the magnetic bearing suppresses noise and vibration from the magnetic bearing if the motor is switched off or not switched at the moment of sampling the displacement sensor signal (for example, 2 microseconds). it can.

(第2の実施の形態)
以下、本発明のブラシレスモータの制御回路の第2の実施の形態を図3と図4を用いて説明する。
本実施の形態は駆動電圧ベクトル3と駆動電圧ベクトル5を交互に出力してモータ巻線107V、107Wとモータ巻線107W、107Uに交互に磁界を発生させ、この磁界にロータ112を吸引させて回転させる。そして、U相端子とV相端子の電圧の差からROT信号を生成し、このROT信号により駆動電圧ベクトル3、5をフィードバック制御する。
図3は本実施の形態に係る制御回路142を示した図である。第1の実施の形態の制御回路141と同じ機能を有する部分には同じ番号を付すことにする。
制御回路141と制御回路142の構成の相違点は制御回路142はスター結線した抵抗体108U、108V、108Wを有しない点と、差動増幅器103がU相端子とV相端子の電圧の差を検出する点である。制御回路141と制御回路142の他の部分の構成は同一である。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the brushless motor control circuit of the present invention will be described below with reference to FIGS.
In the present embodiment, drive voltage vector 3 and drive voltage vector 5 are alternately output to generate a magnetic field alternately in motor windings 107V and 107W and motor windings 107W and 107U, and rotor 112 is attracted to this magnetic field. Rotate. Then, an ROT signal is generated from the voltage difference between the U-phase terminal and the V-phase terminal, and the drive voltage vectors 3 and 5 are feedback-controlled by this ROT signal.
FIG. 3 is a diagram showing the control circuit 142 according to the present embodiment. Parts having the same functions as those of the control circuit 141 of the first embodiment are denoted by the same numbers.
The difference between the configurations of the control circuit 141 and the control circuit 142 is that the control circuit 142 does not have the star-connected resistors 108U, 108V, and 108W, and that the differential amplifier 103 has a voltage difference between the U-phase terminal and the V-phase terminal. It is a point to detect. The configuration of other parts of the control circuit 141 and the control circuit 142 is the same.

第1の実施の形態ではモータ巻線107Uにはモータ駆動電流が流れていないので、Vu−nはきれいなサインカーブとなったが、本実施の形態ではモータ駆動電流の流れているモータ巻線107V、107Uに生じている電圧Vv−n、Vu−nをモニタするため、これらの電圧には図4に示したようにモータ巻線107U、107V、107Wのインダクタンスに起因するスパイク状の電圧117、118等が現れる。このようなスパイク状の電圧117、118を消去するために差動増幅器103によって両者の差を取る。電圧Vv−n、Vu−nは同じ位相に同じ大きさのスパイク状の電圧117、118等が現れるので、差をとることによりこれらを消去することができる。   In the first embodiment, since no motor drive current flows through the motor winding 107U, Vu-n has a clean sine curve. However, in this embodiment, the motor winding 107V in which the motor drive current is flowing. In order to monitor the voltages Vv-n and Vu-n generated at 107U, these voltages include spike-shaped voltages 117 due to the inductances of the motor windings 107U, 107V and 107W, as shown in FIG. 118 etc. appear. In order to eliminate such spike-like voltages 117 and 118, the difference between the two is obtained by the differential amplifier 103. Since voltages Vv-n and Vu-n have spike-shaped voltages 117 and 118 having the same magnitude in the same phase, they can be eliminated by taking the difference.

以下にブラシレスモータの制御回路142の構成について説明する。
モータ105はスター結線されたモータ巻線107U、107V、107WとN極とS極の2つの磁極を有したロータ112から成る。
駆動電圧ベクトル3、5が交互に出力されることにより、モータ巻線107V、Wとモータ巻線107V、107Uが交互に磁界を作り、これにロータ112の磁極が吸引されて回転する。第1の実施の形態では、駆動電圧ベクトル3、6を交互に出力することによりロータ112を回転させたため、ロータ112の磁極の位置によってはロータ112を始動できない場合がある(駆動電圧ベクトル3、6が生成する磁界は互いに平行であるため、ロータ112停止時にこの磁界の方向と磁極の方向が平行な場合は、ロータ112にトルクが発生せず起動できない)が、本実施の形態ではロータ112が始動時にどの位置にあろうとも始動することができる。
なお、第1の実施の形態でも、始動時に短時間の間、駆動電圧ベクトル3、6以外の磁界を発生してモータを始動させることが可能である。
The configuration of the brushless motor control circuit 142 will be described below.
The motor 105 is composed of motor windings 107U, 107V, 107W connected in a star connection and a rotor 112 having two magnetic poles, N and S.
By alternately outputting the drive voltage vectors 3 and 5, the motor windings 107 </ b> V and W and the motor windings 107 </ b> V and 107 </ b> U alternately generate a magnetic field, and the magnetic poles of the rotor 112 are attracted and rotated. In the first embodiment, since the rotor 112 is rotated by alternately outputting the drive voltage vectors 3 and 6, the rotor 112 may not be started depending on the magnetic pole position of the rotor 112 (drive voltage vector 3, 6). 6 is parallel to each other. Therefore, when the direction of the magnetic field and the direction of the magnetic poles are parallel when the rotor 112 is stopped, no torque is generated in the rotor 112 and the rotor 112 cannot be started. Can be started no matter what position it is at startup.
Also in the first embodiment, it is possible to start the motor by generating a magnetic field other than the drive voltage vectors 3 and 6 for a short time at the start.

差動増幅器103の入力端子はモータ巻線107U、107Vに接続されており、両端子間の電圧の差Vu−vを出力する。
図4に示した通り、Vu−n、Vv−nにはモータ巻線107U、107V、107Wのインダクタンスに起因するスパイク状の電圧117、118等が現れる。これらは大きさと発生する位相が同じなので差動増幅器103により差を取ることで消去される。
図4のVu−vのうち点線で示した波形は差動増幅器103からの出力を示している。この波形はスパイク状の電圧117、118等は消去されているが、いまだ直流成分119を含んでいる。この直流成分119はモータ巻線107U、107V、107Wの抵抗値に起因するものである。
直流遮断フィルタ102は直流成分119をカットし、直流遮断フィルタ102からは図4のVu−vの実線で示した波形が得られる。
The input terminal of the differential amplifier 103 is connected to the motor windings 107U and 107V, and outputs a voltage difference Vu−v between both terminals.
As shown in FIG. 4, spike-like voltages 117, 118, etc. due to the inductances of the motor windings 107U, 107V, 107W appear in Vu-n, Vv-n. Since these have the same magnitude and generated phase, they are eliminated by taking the difference by the differential amplifier 103.
A waveform indicated by a dotted line in Vu-v in FIG. 4 indicates an output from the differential amplifier 103. In this waveform, spike-like voltages 117 and 118 are erased, but still include a DC component 119. This DC component 119 is caused by the resistance values of the motor windings 107U, 107V, and 107W.
The DC cutoff filter 102 cuts the DC component 119, and the waveform shown by the solid line of Vu-v in FIG.

積分器101はVu−vを積分し、磁束推定信号φu−vを出力する。磁束推定信号φu−vは積分によりVu−vより位相が90°遅れる。また、Vu−vに重畳されていたノイズは積分されることにより消去される。
コンパレータ104は磁束推定信号φu−vをグランドレベルと比較しROT信号を出力する。第1の実施の形態と同様にROT信号は磁束推定信号がグランドレベルより大きいときはHiとなり、磁束推定信号φがグランドレベルより小さいときは信号Loとなる。
マイクロコンピュータ130はROT信号と同期してモータ駆動回路115のトランジスタ121b、121c、121e、121fをオンオフする。
モータ駆動回路115はトランジスタ121c、121fがオンのときはモータ巻線107V、107Wに駆動電圧ベクトル3を出力し、トランジスタ121e、121bがオンのときはモータ巻線107W、107Uに駆動電圧ベクトル5を出力する。
The integrator 101 integrates Vu-v and outputs a magnetic flux estimation signal φu-v. The phase of the magnetic flux estimation signal φu-v is delayed by 90 ° from Vu-v by integration. Further, the noise superimposed on Vu-v is eliminated by integration.
The comparator 104 compares the magnetic flux estimation signal φu-v with the ground level and outputs an ROT signal. Similar to the first embodiment, the ROT signal becomes Hi when the magnetic flux estimation signal is larger than the ground level, and becomes the signal Lo when the magnetic flux estimation signal φ is smaller than the ground level.
The microcomputer 130 turns on and off the transistors 121b, 121c, 121e, and 121f of the motor drive circuit 115 in synchronization with the ROT signal.
The motor driving circuit 115 outputs the driving voltage vector 3 to the motor windings 107V and 107W when the transistors 121c and 121f are on, and outputs the driving voltage vector 5 to the motor windings 107W and 107U when the transistors 121e and 121b are on. Output.

次に、このように構成された制御回路142の動作について説明する。
モータ始動時は駆動電圧ベクトル3、即ちV→W方向に電流を流す場合と、駆動電圧ベクトル5、即ちW→U方向に電流を流す場合をDC(直流)に近い周波数で交互に繰り返す。ロータ112は駆動電圧ベクトル3が出力されているときは、モータ巻線107V、107Wの作る磁界に、駆動電圧ベクトル5が出力されているときはモータ巻線107W、107Uの作る磁界により、吸引され回転を始める。ロータ112の回転数が毎秒1回転程度になると磁極位置が検出できるようになる。
モータ巻線107U、モータ巻線107V、モータ巻線107Wにはそれぞれ図4のIu、Iv、Iwで示した電流が流れる。駆動電圧ベクトル3が出力されている間は電流はモータ巻線107Vからモータ巻線107Wへ流れ、駆動電圧ベクトル5が出力されている間は電流はモータ巻線107Wからモータ巻線107Uへ流れる。
Next, the operation of the control circuit 142 configured as described above will be described.
When the motor is started, a case where a current flows in the driving voltage vector 3, that is, the direction of V → W, and a case where a current flows in the direction of the driving voltage vector 5, ie, the direction of W → U, are alternately repeated at a frequency close to DC (direct current). The rotor 112 is attracted by the magnetic field generated by the motor windings 107V and 107W when the driving voltage vector 3 is output, and by the magnetic field generated by the motor windings 107W and 107U when the driving voltage vector 5 is output. Start spinning. When the rotational speed of the rotor 112 is about 1 rotation per second, the magnetic pole position can be detected.
Currents indicated by Iu, Iv, and Iw in FIG. 4 flow through the motor winding 107U, the motor winding 107V, and the motor winding 107W, respectively. While drive voltage vector 3 is being output, current flows from motor winding 107V to motor winding 107W, and while drive voltage vector 5 is being output, current flows from motor winding 107W to motor winding 107U.

図4の波形Vu−nは中点109を基準としたU相端子の電圧を表している。前述したように波形中の所々に現れるスパイク状の電圧117はモータ巻線7が有しているインダクタンスによる電圧降下等の影響によるものである。
図4の波形Vv−nは中点109を基準としたV相端子の電圧を表している。波形中にはVu−nと同じ理由により所々にスパイク状の電圧118が現れる。
この2つの波形に現れるスパイク状の電圧117、118は、発生する位相が同じであり、また、大きさも等しい。
これらのVu−nとVv−nは差動増幅器103に入力され、両者の差分が出力される。
図4の波形Vu−vのうち点線で示したものは差動増幅器103の出力信号を表している。前述したようにVv−nとVu−nに現れるスパイク状の電圧117と118は発生する場所と大きさが等しいため、差動増幅器103で両差の差を取ることによりこれらは相殺される。
A waveform Vu-n in FIG. 4 represents the voltage of the U-phase terminal with the midpoint 109 as a reference. As described above, the spike-like voltage 117 appearing at various points in the waveform is due to the influence of a voltage drop due to the inductance of the motor winding 7.
A waveform Vv-n in FIG. 4 represents the voltage at the V-phase terminal with the midpoint 109 as a reference. In the waveform, spike-like voltage 118 appears in some places for the same reason as Vu-n.
The spike-like voltages 117 and 118 appearing in these two waveforms have the same phase and the same magnitude.
These Vu-n and Vv-n are input to the differential amplifier 103, and the difference between them is output.
A waveform indicated by a dotted line in the waveform Vu-v in FIG. 4 represents an output signal of the differential amplifier 103. As described above, the spike-like voltages 117 and 118 appearing at Vv−n and Vu−n are equal in magnitude to the place where they are generated.

差動増幅器103の出力信号は直流成分119が重畳されており、これは直流遮断フィルタ102によりカットされる。これは積分器101で直流成分が積分されないようにするためである。直流遮断フィルタ102からは図4の実線で示したVu−vの波形が得られる。
直流遮断フィルタ102で直流成分をカットされたVu−vは積分器101によって積分され、図4に示した磁束推定信号φu−vに変換される。積分によってVu−vに重畳されていたノイズは除去され、目的の信号のみ得られる。磁束推定信号φu−vはロータ112に同期して変化する。
積分器101から出力された磁束推定信号φu−vはコンパレータ104でグランドレベルと比較し、図4に示したROT信号(回転パルス信号)を出力する。ROT信号は磁束推定信号φu−vがグランドレベルより大きいときLoとなり、グランドレベルより小さいなときHiとなる。
The output signal of the differential amplifier 103 is superimposed with a DC component 119, which is cut by the DC cutoff filter 102. This is to prevent the DC component from being integrated by the integrator 101. From the DC cutoff filter 102, a Vu-v waveform shown by a solid line in FIG.
Vu-v from which the DC component has been cut by the DC cutoff filter 102 is integrated by the integrator 101 and converted to the magnetic flux estimation signal φu-v shown in FIG. The noise superimposed on Vu-v by the integration is removed, and only the target signal is obtained. The magnetic flux estimation signal φu-v changes in synchronization with the rotor 112.
The magnetic flux estimation signal φu-v output from the integrator 101 is compared with the ground level by the comparator 104, and the ROT signal (rotation pulse signal) shown in FIG. 4 is output. The ROT signal becomes Lo when the magnetic flux estimation signal φu-v is larger than the ground level, and becomes Hi when it is smaller than the ground level.

マイクロコンピュータ130はコンパレータからROT信号を受け取り、ROT信号がLoである間はモータ駆動回路115のトランジスタ121f、121cをオンし、ROT信号がHiである間はトランジスタ121e、121bをオンする。
図4に示したようにROT信号がLoのときは駆動電圧ベクトル5がモータ巻線107V、107Wに出力され、ROT信号がHiのときはモータ巻線107W、107Uに駆動電圧ベクトル3が出力される。
なお、これらの駆動電圧ベクトル3、5によりモータ巻線に流れる電流はマイクロコンピュータ130によりPWM制御されている。駆動電圧ベクトル1、2、4、6は出力されない。
The microcomputer 130 receives the ROT signal from the comparator, turns on the transistors 121f and 121c of the motor drive circuit 115 while the ROT signal is Lo, and turns on the transistors 121e and 121b while the ROT signal is Hi.
As shown in FIG. 4, when the ROT signal is Lo, the drive voltage vector 5 is output to the motor windings 107V and 107W, and when the ROT signal is Hi, the drive voltage vector 3 is output to the motor windings 107W and 107U. The
The current flowing in the motor windings by these drive voltage vectors 3 and 5 is PWM controlled by the microcomputer 130. The drive voltage vectors 1, 2, 4, and 6 are not output.

本実施の形態では、ロータ112の磁極の停止位置にかかわらず必ず始動することができる。駆動電圧ベクトル3、5によって生成される磁界が平行でないため、磁極がどの位置で停止していてもロータにトルクが発生するためである。
また、本実施の形態の制御回路142はモータ巻線の電圧を検出するための抵抗体等を設置する必要がなく、簡単な回路構成でロータ112が低速回転していてPLL回路がロックできない場合でもロータ112の位置を検出し駆動電圧ベクトルの切り替えをフィードバック制御することができる。
なお、モータ起動時間を短縮でき、また、ロータ112の負荷が変動したり、停電した後電力供給が復活したときなども脱調せずにモータ105を制御できる点は第1の実施の形態と同じである。
本実施の形態では駆動電圧ベクトル3、5を用いてモータを駆動したが、駆動電圧ベクトルの選び方をこれに限定するものではなく、例えば、駆動電圧ベクトル5、1または駆動電圧ベクトル1、3を用いても良い。即ち、差動増幅器103でモータ巻線7のインダクタンスにより現れるスパイク状の電圧が相殺されるように駆動電圧ベクトルを選択することにより磁束推定信号を得ることができる。
In the present embodiment, it is possible to start without fail regardless of the magnetic pole stop position of the rotor 112. This is because the magnetic field generated by the drive voltage vectors 3 and 5 is not parallel, and torque is generated in the rotor regardless of the position where the magnetic pole is stopped.
In addition, the control circuit 142 according to the present embodiment does not require a resistor for detecting the voltage of the motor winding, and the PLL circuit cannot be locked because the rotor 112 rotates at a low speed with a simple circuit configuration. However, the position of the rotor 112 can be detected and the switching of the drive voltage vector can be feedback controlled.
The motor starting time can be shortened, and the motor 105 can be controlled without stepping out even when the load on the rotor 112 fluctuates or the power supply is restored after a power failure. The same.
In the present embodiment, the motor is driven using the drive voltage vectors 3 and 5, but the method of selecting the drive voltage vector is not limited to this. For example, the drive voltage vectors 5 and 1 or the drive voltage vectors 1 and 3 are It may be used. That is, the magnetic flux estimation signal can be obtained by selecting the drive voltage vector so that the spike-like voltage appearing due to the inductance of the motor winding 7 is canceled by the differential amplifier 103.

(第3の実施の形態)
本実施の形態では、第2の実施の形態の手段で起動されたモータのロータの回転数がPLL回路をロックできる回転数(約毎秒20回転)に達した後、PLL回路を用いた定常運転に切り替える場合について説明する。
モータの定常運転時は磁極の位置を検出しながら、PLL回路にロータが1回転するごとに6パルスを発生させ、このパルスに同期させて駆動電圧ベクトルを1→2→3→4→5→6→1→・・・の順番で順次切り替えることによりロータを回転させる。
一方、第2の実施の形態のロータ112の回転は駆動電圧ベクトル3、5を交互に切り替えることにより行われている。
よって、第2の実施の形態の手段による運転からPLL回路を用いた通常運転に切り替える際に、最初に出力する駆動電圧ベクトルと、この駆動電圧ベクトルを出力するタイミングを適切に求める必要がある。通常運転への切り替え時に不適切な駆動電圧ベクトルを出力したり、また、駆動電圧ベクトルの出力タイミングを誤ると、モータが脱調したり、異常音を発したりする。
(Third embodiment)
In this embodiment, after the number of rotations of the rotor of the motor activated by the means of the second embodiment reaches the number of rotations that can lock the PLL circuit (about 20 rotations per second), steady operation using the PLL circuit is performed. A case of switching to will be described.
During the steady operation of the motor, while detecting the position of the magnetic pole, the PLL circuit generates 6 pulses every time the rotor makes one rotation, and the drive voltage vector is changed from 1 → 2 → 3 → 4 → 5 → in synchronization with this pulse. The rotor is rotated by sequentially switching in the order of 6 → 1 →.
On the other hand, the rotation of the rotor 112 of the second embodiment is performed by alternately switching the drive voltage vectors 3 and 5.
Therefore, when switching from the operation by the means of the second embodiment to the normal operation using the PLL circuit, it is necessary to appropriately obtain the drive voltage vector to be output first and the timing to output this drive voltage vector. If an inappropriate drive voltage vector is output when switching to normal operation, or if the output timing of the drive voltage vector is incorrect, the motor will step out or generate an abnormal sound.

図5は本実施の形態に係るブラシレスモータの制御回路143を示した図である。この制御回路143は第2の実施の形態に係るブラシレスモータの制御回路142に更に回転速度センサ125、回転速度検出回路126、PLL回路127、記憶部128を備えている。第2の実施の形態のブラシレスモータの制御回路142と同じ機能を有する部分には同じ番号を付すことにする。
回転速度センサ125はモータ105の外部に取り付けられており、ロータ軸に取り付けられたターゲットを検知して、ロータ112の回転に同期した信号を発生する。例えば、回転速度センサ125はホール素子等で形成され、ターゲットは磁石等で構成されている。回転速度検出器はモータ105の内部に設置して、ロータ112の磁極を直接検出する構成にしても良い。回転速度センサ125からは電気的ノイズが重畳されていないきれいな波形を得ることができる。
FIG. 5 shows a control circuit 143 of the brushless motor according to the present embodiment. The control circuit 143 further includes a rotation speed sensor 125, a rotation speed detection circuit 126, a PLL circuit 127, and a storage unit 128 in addition to the brushless motor control circuit 142 according to the second embodiment. Parts having the same functions as those of the brushless motor control circuit 142 according to the second embodiment are denoted by the same reference numerals.
The rotation speed sensor 125 is attached to the outside of the motor 105, detects a target attached to the rotor shaft, and generates a signal synchronized with the rotation of the rotor 112. For example, the rotation speed sensor 125 is formed by a Hall element or the like, and the target is configured by a magnet or the like. The rotational speed detector may be installed inside the motor 105 to directly detect the magnetic poles of the rotor 112. From the rotation speed sensor 125, it is possible to obtain a clean waveform on which no electrical noise is superimposed.

回転速度センサ125は回転速度検出回路126に接続されている。回転速度検出回路126は回転速度センサ125の出力信号からロータ112の回転数を計算し、パルス状のROTA信号(第2の回転パルス信号)を出力する。ROTA信号は2値信号(高低2種類の電圧を対応させた信号であり、これらの信号のうち電圧が高いものをHi、電圧が低いものをLoとする)である。
ROTA信号はロータ112が半回転する間Hiとなり、続く半回転でLoとなる。
マイクロコンピュータ130とPLL回路127は回転速度検出回路126に接続されており、回転速度検出回路126からROTA信号を受け取る。
PLL回路127はROTA信号の周波数の6倍の周波数に同期したパルス状の同期信号6×fROTA信号を生成する。この同期信号は6つの駆動電圧ベクトルを切り替える際に使用される。
The rotation speed sensor 125 is connected to the rotation speed detection circuit 126. The rotation speed detection circuit 126 calculates the rotation speed of the rotor 112 from the output signal of the rotation speed sensor 125 and outputs a pulsed ROTA signal (second rotation pulse signal). The ROTA signal is a binary signal (a signal in which two types of high and low voltages are associated with each other. Hi is a signal having a high voltage and Lo is a signal having a low voltage).
The ROTA signal becomes Hi during the half rotation of the rotor 112, and becomes Lo during the subsequent half rotation.
The microcomputer 130 and the PLL circuit 127 are connected to the rotational speed detection circuit 126 and receive the ROTA signal from the rotational speed detection circuit 126.
The PLL circuit 127 generates a pulse-like synchronization signal 6 × fROTA signal synchronized with a frequency that is six times the frequency of the ROTA signal. This synchronization signal is used when switching the six drive voltage vectors.

マイクロコンピュータ130はROT信号とROTA信号から、通常運転に切り替える際に最初に出力すべき駆動電圧ベクトルと、PLL回路127によって生成される同期信号を出力するタイミングを演算する。
また、マイクロコンピュータ130には記憶部128が接続されている。これはロータ112の回転数が上昇すると、回転速度センサ125の出力信号がターゲットが検出位置に到達したタイミングより遅れる場合があり、記憶部128にはこれを補正する値があらかじめ記憶されている。マイクロコンピュータ130はロータ112の回転数に応じてこの補正値を用いROTA信号の立ち上がり時間及び立ち下がり時間を補正する。
マイクロコンピュータ130はこれらの値から所定の演算を行い、モータ駆動回路115のトランジスタ121a、121b、121c、121d、121e、121fへのゲート駆動パルスを第2の実施の形態の始動運転のものからから通常運転のものへ切り替える。
From the ROT signal and the ROTA signal, the microcomputer 130 calculates the timing for outputting the drive voltage vector to be output first when switching to the normal operation and the synchronization signal generated by the PLL circuit 127.
A storage unit 128 is connected to the microcomputer 130. This is because when the rotational speed of the rotor 112 is increased, the output signal of the rotational speed sensor 125 may be delayed from the timing at which the target reaches the detection position, and a value for correcting this is stored in the storage unit 128 in advance. The microcomputer 130 corrects the rise time and fall time of the ROTA signal using this correction value in accordance with the rotational speed of the rotor 112.
The microcomputer 130 performs a predetermined calculation from these values, and the gate drive pulse to the transistors 121a, 121b, 121c, 121d, 121e, and 121f of the motor drive circuit 115 is obtained from the start operation of the second embodiment. Switch to normal operation.

以上のように構成されたブラシレスモータの制御回路143の動作について説明する。
モータ105を起動してロータ112の回転数がPLL回路がロックできる回転数(例えば毎秒20回転)に達するまでは、第2の実施の形態で説明した方法でモータ105を駆動する。即ち、駆動電圧ベクトル3、5を交互に出力し、V相端子とU相端子の電圧の差を積分等してROT信号を生成し、このROT信号に同期して前記駆動電圧ベクトル3、5を切り替える。
ロータ112の回転数がPLL回路をロックできる最低の回転数に達っするとマイクロコンピュータ130は通常運転切り替え時に最初に出力する駆動電圧ベクトルとそれを出力するタイミングを演算し、モータ105の運転を通常運転に切り替える。
運転切り替え時に最初に出力する駆動電圧ベクトルは以下の様にして演算する。
マイクロコンピュータ130はROT信号の周期Tを検出し、記憶する。また、ROT信号とROTA信号の時間差Taを検出し記憶する。
図6のROTはROT信号を、ROTAはROTA信号を表している。またφu−vは積分器101から出力される磁束推定信号φu−vである。
次にROT信号とROTA信号の位相差Yを以下の式によって計算する。
The operation of the brushless motor control circuit 143 configured as described above will be described.
The motor 105 is driven by the method described in the second embodiment until the rotation speed of the rotor 112 reaches a rotation speed (for example, 20 rotations per second) that can be locked by the PLL circuit after the motor 105 is started. That is, the drive voltage vectors 3 and 5 are alternately output, the ROT signal is generated by integrating the voltage difference between the V-phase terminal and the U-phase terminal, and the drive voltage vectors 3 and 5 are synchronized with the ROT signal. Switch.
When the number of rotations of the rotor 112 reaches the minimum number of rotations that can lock the PLL circuit, the microcomputer 130 calculates the drive voltage vector to be output first and the timing to output it at the time of switching the normal operation, and the motor 105 is normally operated. Switch to driving.
The drive voltage vector that is output first at the time of operation switching is calculated as follows.
The microcomputer 130 detects and stores the period T of the ROT signal. Further, the time difference Ta between the ROT signal and the ROTA signal is detected and stored.
In FIG. 6, ROT represents the ROT signal, and ROTA represents the ROTA signal. Φu−v is a magnetic flux estimation signal φu−v output from the integrator 101.
Next, the phase difference Y between the ROT signal and the ROTA signal is calculated by the following equation.

(数1)
Y=Ta/T ・・・・・(1)
(Equation 1)
Y = Ta / T (1)

図7はYの値と通常運転への切り替え時に最初に出力する駆動電圧ベクトル番号を示している。
例えば、3/12≦Y<5/12の時は、駆動電圧ベクトル1から開始する。
図7にの表に従って駆動電圧ベクトルを出力すると、ロータ112の磁極の位置と駆動電圧ベクトルにより生成される磁界が適切な位置関係となる。
図6の「3相全波モード時に駆動すべき電圧ベクトル」欄の駆動電圧ベクトル番号と磁束推定信号φu−vの波形は両者の対応関係を示している。
また、φu−vとROT信号は同期しているので、ROT信号と駆動電圧ベクトルの対応関係もこの波形図から分かる。例えば、ROT信号の立ち上がりが、駆動電圧ベクトル4が出力されている期間の中間となる。
ROT信号の1周期を6分割し、ROT信号に同期して1→2→3→・・・の順に駆動電圧ベクトルを出力すれば良い。
ROTA信号の波形はROT信号の波形を平行移動したものであるので、式1のYにより、図7に示したようにROTA信号と駆動電圧ベクトルの番号を対応させることができる。
FIG. 7 shows the value of Y and the drive voltage vector number output first when switching to normal operation.
For example, when 3/12 ≦ Y <5/12, the driving voltage vector 1 is started.
When the drive voltage vector is output according to the table in FIG. 7, the position of the magnetic pole of the rotor 112 and the magnetic field generated by the drive voltage vector are in an appropriate positional relationship.
The drive voltage vector number and the waveform of the magnetic flux estimation signal φu-v in the column “Voltage vector to be driven in the three-phase full-wave mode” in FIG.
Since φu-v and the ROT signal are synchronized, the correspondence relationship between the ROT signal and the drive voltage vector can also be seen from this waveform diagram. For example, the rise of the ROT signal is the middle of the period during which the drive voltage vector 4 is output.
One cycle of the ROT signal may be divided into six and drive voltage vectors may be output in the order of 1 → 2 → 3 →... In synchronization with the ROT signal.
Since the waveform of the ROTA signal is obtained by translating the waveform of the ROT signal, the ROTA signal and the number of the drive voltage vector can be made to correspond to each other as shown in FIG.

次にマイクロコンピュータ130はROTA信号の6倍同期信号である6×fROTA信号をどれだけROT信号から遅らせて出力すれば良いのかを演算する。
式1によってROTA信号に対応して出力する駆動電圧ベクトルの番号は求まったので、次に6×fROTA信号の出力タイミングを微調整し、6×fROTA信号の立ち上がり及び立ち下がりのタイミングをROT信号立ち上がり及び立ち下がりのタイミングに揃える。
図7の「位相遅れ量D」欄にそれぞれのYの値に対応する位相遅れ量が示されている。マイクロコンピュータ130はROTA信号の周期Tと位相遅れ量Dから位相遅れ時間Tdを次式にて計算する。
Next, the microcomputer 130 calculates how much the 6 × fROTA signal, which is a 6-fold synchronization signal of the ROTA signal, should be output after being delayed from the ROT signal.
Since the number of the drive voltage vector to be output corresponding to the ROTA signal is obtained by Equation 1, the output timing of the 6 × fROTA signal is finely adjusted, and the rise and fall timings of the 6 × fROTA signal are set to the ROT signal rise time. Align with the falling timing.
The “phase delay amount D” column in FIG. 7 shows the phase delay amount corresponding to each Y value. The microcomputer 130 calculates the phase delay time Td from the period T of the ROTA signal and the phase delay amount D by the following equation.

(数2)
Td=T×D ・・・・・(2)
(Equation 2)
Td = T × D (2)

そして、マイクロコンピュータ130はPLL回路127が生成した6×fROTA信号をTdだけ遅らせて、駆動すべきベクトル番号に対応したゲート駆動パルスをモータ駆動回路115に出力する。このゲート駆動パルスは6×fROTA信号が立ち上がるたびに、駆動電圧ベクトルを順次1→2→3→4→・・・と更新してモータ105の定常運転を行う。
またロータ112の回転速度が上昇すると、回転速度センサ125の検出信号がターゲットが回転速度センサ125の検出位置に達した時間より遅れてくる場合がある。この場合ROTA信号が本来あるべき値より遅れて出力される。この遅れの量とロータ112の回転速度の関係があらかじめ分かっていれば、それらを補正値として記憶部128に記憶しておき、マイクロコンピュータ130内部でROTA信号を補正する。
The microcomputer 130 delays the 6 × fROTA signal generated by the PLL circuit 127 by Td and outputs a gate drive pulse corresponding to the vector number to be driven to the motor drive circuit 115. Each time the 6 × fROTA signal rises, the gate drive pulse updates the drive voltage vector in order of 1 → 2 → 3 → 4 →.
Further, when the rotational speed of the rotor 112 increases, the detection signal of the rotational speed sensor 125 may be delayed from the time when the target reaches the detection position of the rotational speed sensor 125. In this case, the ROTA signal is output with a delay from the value that should be originally. If the relationship between the amount of delay and the rotation speed of the rotor 112 is known in advance, these are stored in the storage unit 128 as correction values, and the ROTA signal is corrected inside the microcomputer 130.

以上の手段によって第2の実施の形態の手段で起動したモータ105を速やかにPLL回路127の6×fROTA信号による定常に移行することができる。
通常センサレスブラシレスモータの制御にはモータ配線のインピーダンスを測定したり、モータの電流をモニタして補正したりする必要があるが、本実施の形態のブラシレスモータの制御回路143ではこれらの必要がないので回路が単純になりコストが下げられる。
また、第1の実施の形態のブラシレスモータの制御回路141で起動したモータ105を定常運転に切り替える場合も、本実施の形態と同様にして行うことができる。
By the above means, the motor 105 started by the means of the second embodiment can be promptly shifted to the steady state by the 6 × fROTA signal of the PLL circuit 127.
Normally, control of a sensorless brushless motor requires measuring the impedance of the motor wiring or monitoring and correcting the motor current. However, the brushless motor control circuit 143 of the present embodiment does not need these. Therefore, the circuit becomes simple and the cost is reduced.
Further, when the motor 105 started by the brushless motor control circuit 141 of the first embodiment is switched to the steady operation, it can be performed in the same manner as in the present embodiment.

(第4の実施の形態)
本実施の形態ではモータ巻線内に生じている磁束の変化からロータの磁極位置を検出する。
まず、本実施の形態を実施する上で基本となる理論式を導いておく。
図10はモータを接続するケーブルとモータ巻線の抵抗値とインダクタンスを示した図である。U相、V相、W相のモータ巻線はスター結線されている。
(Fourth embodiment)
In the present embodiment, the magnetic pole position of the rotor is detected from a change in magnetic flux generated in the motor winding.
First, a theoretical formula that is fundamental for carrying out this embodiment is derived.
FIG. 10 is a diagram showing the resistance value and inductance of the cable connecting the motor and the motor winding. The U-phase, V-phase, and W-phase motor windings are star-connected.

Viu−nはロータの回転によりU相モータ巻線に生じた電圧である。U相モータ巻線はインダクタンスLuと抵抗値Ruを有している。また、ケーブルは配線抵抗値Rcを有している。V相とW相は構造的にU相と対称であるので、上の添え字uをそれぞれv、wにすることによりそれぞれV相、W相の対応する値とする。また、U相、V相、W相に流れる電流をそれぞれIu、Iv、Iwとする。
ここで、以下のようにRp、Lp、Viu−vをおく。
Viu-n is a voltage generated in the U-phase motor winding by the rotation of the rotor. The U-phase motor winding has an inductance Lu and a resistance value Ru. The cable has a wiring resistance value Rc. Since the V phase and the W phase are structurally symmetric with respect to the U phase, the above subscripts u are set to v and w, respectively, so as to correspond to the V phase and the W phase, respectively. In addition, currents flowing in the U phase, the V phase, and the W phase are Iu, Iv, and Iw, respectively.
Here, Rp, Lp, and Viu-v are set as follows.

(数3)
Rc+Ru=Rc+Rw=Rc+Rv=Rp
Lu=Lw=Lv=Lp
(Viu−n)−(Viv−n)=Viu−v
(Equation 3)
Rc + Ru = Rc + Rw = Rc + Rv = Rp
Lu = Lw = Lv = Lp
(Viu-n)-(Viv-n) = Viu-v

上の式から以下の式が導かれる。   The following equation is derived from the above equation.

(数4)
Vu−v=Viu−v+Rp(Iu−Iv)+Lp×d(Iu−Iv)/dt
(Equation 4)
Vu−v = Viu−v + Rp (Iu−Iv) + Lp × d (Iu−Iv) / dt

ここで、Vu−vはU相モータ巻線の電圧からV相モータ巻線の電圧を引いたものである。これを積分すると以下の式(3)が得られる。   Here, Vu-v is obtained by subtracting the voltage of the V-phase motor winding from the voltage of the U-phase motor winding. When this is integrated, the following equation (3) is obtained.

(数5)
∫Vu−vdt=∫(Viu−v+Rp×(Iu−Iv))dt+Lp×(Iu−Iv) (3)
(Equation 5)
∫Vu−vdt = ∫ (Viu−v + Rp × (Iu−Iv)) dt + Lp × (Iu−Iv) (3)

ここでU相モータ巻線とV相モータ巻線内の磁束を示す磁束推定信号φu−vは以下の式(4)で表される。   Here, the magnetic flux estimation signal φu−v indicating the magnetic flux in the U-phase motor winding and the V-phase motor winding is expressed by the following equation (4).

(数6)
φu−v=∫Viu−vdt (4)
(Equation 6)
φu−v = ∫Viu−vdt (4)

ここで、以下の式(5)、(6)、(7)で表される諸量を考える。   Here, various quantities represented by the following formulas (5), (6), and (7) are considered.

∫Vu−vdt (5)
∫Rp×(Iu−Iv)dt (6)
Lp×(Iu−Iv) (7)
∫Vu-vdt (5)
∫Rp × (Iu−Iv) dt (6)
Lp × (Iu−Iv) (7)

式(3)により、式(5)から式(6)と(7)を引くと磁束φu−vが求まることが分かる。
本実施の形態ではこれらの関係式を電気回路を用いて実現し、磁束推定φu−vを求め、この磁束推定信号φu−vに基づいてモータ巻線の電流を切り替える。
It can be seen from equation (3) that the magnetic flux φu−v can be obtained by subtracting equations (6) and (7) from equation (5).
In the present embodiment, these relational expressions are realized by using an electric circuit, the magnetic flux estimation φu−v is obtained, and the motor winding current is switched based on the magnetic flux estimation signal φu−v.

図11は本発明の第4の実施の形態に係るセンサレスブラシレスモータの制御回路41の構成を示したブロック図である。
制御回路41はモータ5とモータ駆動回路17と駆動制御回路19を備えている。
モータ5はスター結線されたモータ巻線7U、7V、7Wと、N極とS極の1対の磁極を備えたロータ6から構成されている。図示する都合上モータ巻線7U、7V、7Wとロータ6は別々に示したが、実際にはモータ巻線7U、7V、7Wはロータ6の周りに配置されている。モータ駆動時は例えばモータ巻線7U、7VにU→V方向に電流を流すというように、2つのモータ巻線に電流を流し、この電流によってモータ巻線が作る磁界にロータ6の磁極を吸引させてこれを回転させる。電流を流すモータ巻線と電流の方向をロータ6の磁極の位置に基づいて順次切り替えることにより、ロータ6の回転を持続させる。
モータ駆動回路17は直流電源18と3相ブリッジを形成する6個のトランジスタ21a、21b、21c、21d、21e、21fから構成されている。これらのトランジスタのベースはそれぞれ駆動制御回路19内のマイクロコンピュータ30に接続されており、マイクロコンピュータ30からゲート信号によりオンオフされ、モータ巻線7U、7V、7Wに所定の電流を供給する。
FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of the control circuit 41 of the sensorless brushless motor according to the fourth embodiment of the present invention.
The control circuit 41 includes a motor 5, a motor drive circuit 17, and a drive control circuit 19.
The motor 5 includes a motor winding 7U, 7V, and 7W that are star-connected, and a rotor 6 that has a pair of magnetic poles, an N pole and an S pole. Although the motor windings 7U, 7V, and 7W and the rotor 6 are shown separately for convenience of illustration, the motor windings 7U, 7V, and 7W are actually arranged around the rotor 6. When driving the motor, for example, current is passed through the motor windings 7U and 7V in the direction of U → V, and current is passed through the two motor windings. Let this rotate. The rotation of the rotor 6 is maintained by sequentially switching the motor winding through which the current flows and the direction of the current based on the position of the magnetic poles of the rotor 6.
The motor drive circuit 17 includes a DC power supply 18 and six transistors 21a, 21b, 21c, 21d, 21e, and 21f that form a three-phase bridge. The bases of these transistors are respectively connected to a microcomputer 30 in the drive control circuit 19, and are turned on / off by a gate signal from the microcomputer 30 to supply a predetermined current to the motor windings 7U, 7V, 7W.

また、制御回路41は上記の式(4)から式(7)までの演算を行い磁束推定信号φu−vを求める回路素子を含んでいる。これらの回路素子は、差動増幅器8、9と掛算器10、12と加算器11、13と積分器1と直流遮断フィルタ2から構成されている。
差動増幅器8はモータ巻線7U、7Vと接続されており、モータ巻線7Uの電圧からモータ巻線7Vの電圧を引いた値、Vu−vを出力する。
差動増幅器9はモータ巻線7U、7Vに流れる電流Iu、Ivを検出し、両者の差Iu−Ivを出力する。
掛算器10は差動増幅器9と駆動制御回路19内のRp信号設定回路14に接続されている。Rp信号設定回路14は、モータ巻線7U、7V、7Wの内何れかの抵抗値(3つとも抵抗値は同じ)とそのモータ巻線とモータ駆動回路17を接続するケーブル3U、3V、3Wの何れかの抵抗値(3つとも抵抗値は同じ)の合成抵抗値である。掛算器10は差動増幅器9からIu−Ivを、Rp信号設定回路14からはRpを受け取り、両者の積であるRp×(Iu−Iv)を出力する。
加算器11は差動増幅器8と掛算器10に接続されており、加算器11は差動増幅器8からVu−vを、掛算器10からRp×(Iu−Iv)を受け取り、Vu−vからRp×(Iu−Iv)を引いた差、即ち(Vu−v)−Rp×(Iu−Iv)を出力する。これは、式(6)の被積分値である。
In addition, the control circuit 41 includes circuit elements that calculate the magnetic flux estimation signal φu−v by performing calculations from the above equations (4) to (7). These circuit elements are composed of differential amplifiers 8 and 9, multipliers 10 and 12, adders 11 and 13, integrator 1, and DC cutoff filter 2.
The differential amplifier 8 is connected to the motor windings 7U and 7V, and outputs a value Vu−v obtained by subtracting the voltage of the motor winding 7V from the voltage of the motor winding 7U.
The differential amplifier 9 detects currents Iu and Iv flowing through the motor windings 7U and 7V and outputs a difference Iu-Iv between them.
The multiplier 10 is connected to the differential amplifier 9 and the Rp signal setting circuit 14 in the drive control circuit 19. The Rp signal setting circuit 14 has a resistance value of any one of the motor windings 7U, 7V, and 7W (the resistance value is the same for all three) and cables 3U, 3V, and 3W that connect the motor winding and the motor drive circuit 17. The combined resistance value of any one of the above (the resistance value is the same for all three). The multiplier 10 receives Iu−Iv from the differential amplifier 9 and Rp from the Rp signal setting circuit 14 and outputs Rp × (Iu−Iv) which is the product of both.
The adder 11 is connected to the differential amplifier 8 and the multiplier 10. The adder 11 receives Vu−v from the differential amplifier 8, Rp × (Iu−Iv) from the multiplier 10, and from Vu−v. A difference obtained by subtracting Rp × (Iu−Iv), that is, (Vu−v) −Rp × (Iu−Iv) is output. This is the integrand of equation (6).

加算器11の出力は直流遮断フィルタ2を介して積分器1に入力される。これは、加算器11の出力に含まれている直流成分が積分器1で積分されるのを防ぐためである。
積分器1は直流成分を除去した加算器11の出力を積分し、∫((Vu−v)−Rp×(Iu−Iv))dtを出力する。積分器1の出力は式(5)から式(6)を引いた場合に対応する。また、積分することにより、積分器1の入力信号、即ち(Vu−v)−Rp×(Iu−Iv)に重畳している電気的ノイズは除去される。これは、ノイズは信号値を基準にして正負にランダムに発生するため、これらを積分して足し合わせると相殺するためである。
掛算器12は差動増幅器9とLp信号設定回路15に接続されており、差動増幅器9からIu−Ivを、Lp信号設定回路15からLpを受け取り両者の積、即ちLp×(Iu−Iv)を出力する。この値は式(7)に対応する。
加算器13は積分器1の出力、即ち∫((Vu−v)−Rp×(Iu−Iv))dtから掛算器12の出力、即ちLp×(Iu−Iv)を引いた値を出力する。加算器13の出力は式(5)から式(6)と式(7)を引いた値に対応し、磁束推定信号φu−vに等しい。磁束推定信号φu−vの波形はロータ6の回転に同期したサイン曲線となる。
The output of the adder 11 is input to the integrator 1 via the DC cutoff filter 2. This is to prevent the DC component included in the output of the adder 11 from being integrated by the integrator 1.
The integrator 1 integrates the output of the adder 11 from which the DC component has been removed, and outputs ∫ ((Vu−v) −Rp × (Iu−Iv)) dt. The output of the integrator 1 corresponds to the case where the equation (6) is subtracted from the equation (5). Further, by integrating, the electric noise superimposed on the input signal of the integrator 1, that is, (Vu−v) −Rp × (Iu−Iv), is removed. This is because noise is randomly generated positively and negatively with respect to the signal value, and is canceled by integrating and adding them.
The multiplier 12 is connected to the differential amplifier 9 and the Lp signal setting circuit 15. The multiplier 12 receives Iu−Iv from the differential amplifier 9 and Lp from the Lp signal setting circuit 15, and the product of both, ie, Lp × (Iu−Iv ) Is output. This value corresponds to equation (7).
The adder 13 outputs the output of the integrator 1, that is, the value obtained by subtracting the output of the multiplier 12, that is, Lp × (Iu−Iv) from ∫ ((Vu−v) −Rp × (Iu−Iv)) dt. . The output of the adder 13 corresponds to a value obtained by subtracting Expression (6) and Expression (7) from Expression (5), and is equal to the magnetic flux estimation signal φu−v. The waveform of the magnetic flux estimation signal φu-v becomes a sine curve synchronized with the rotation of the rotor 6.

駆動制御回路19はコンパレータ4と、PLL(Phase Lock Loop)回路16と、Lp信号設定回路15と、Rp信号設定回路14とマイクロコンピュータ30から構成されている。コンパレータ4は2つの入力端子を備えており、一方は磁束推定信号φu−vに、他方はグランドに接続されている。コンパレータ4は2値信号(高低2種類の電圧を対応させた信号であり、これらの信号の内電圧が高いものをHi、電圧が低いものをLoとする)を出力する。
そして、コンパレータ4は磁束推定信号φu−vとグランドレベルを比較し、磁束推定信号φu−vがグランドレベルより小さいときはLoを、磁束推定信号φu−vがグランドレベルより大きいときはHiを出力する。
φu−vはロータ6に同期したサイン波となるので、コンパレータ4はロータが半回転する間Hiを、続く半回転の間Loを出力する。この信号をROT信号(回転パルス信号)と呼ぶ。コンパレータ4の出力端子はマイクロコンピュータ30とPLL回路16に接続されている。
The drive control circuit 19 includes a comparator 4, a PLL (Phase Lock Loop) circuit 16, an Lp signal setting circuit 15, an Rp signal setting circuit 14, and a microcomputer 30. The comparator 4 has two input terminals, one connected to the magnetic flux estimation signal φu-v and the other connected to the ground. The comparator 4 outputs a binary signal (a signal in which two kinds of high and low voltages are associated with each other, Hi is a signal having a high internal voltage, and Lo is a low voltage).
The comparator 4 compares the magnetic flux estimation signal φu-v with the ground level, and outputs Lo when the magnetic flux estimation signal φu-v is smaller than the ground level, and outputs Hi when the magnetic flux estimation signal φu-v is larger than the ground level. To do.
Since φu−v becomes a sine wave synchronized with the rotor 6, the comparator 4 outputs Hi during the half rotation of the rotor and Lo during the subsequent half rotation. This signal is called an ROT signal (rotation pulse signal). The output terminal of the comparator 4 is connected to the microcomputer 30 and the PLL circuit 16.

PLL回路16はROT信号を受け取り、ロータ6の回転数の12倍の周波数に同期した逓倍同期信号である12×fROT信号を生成し、これをマイクロコンピュータ30に出力する。
Rp信号設定回路はマイクロコンピュータ30に記憶してある抵抗値Rpの値を掛算器10に出力する。
Lp信号設定回路はマイクロコンピュータ30に記憶してあるインダクタンス値Lpを掛算器12に出力する。
モータ巻線7U、7V、7Wの抵抗値とこれとモータ駆動回路17を接続するケーブル3U、3V、3Wの抵抗値の合成抵抗値Rpと、モータ巻線のインダクタンスLpはあらかじめ計測器を用いて計測され、マイクロコンピュータ30に格納されている。
マイクロコンピュータ30はPLL回路16の12×fROT信号に基づいてトランジスタ21a、21b、21c、21d、21e、21fに所定のゲート信号を供給し、モータ巻線7U、7V、7Wの電流を順次切り替えるようになっている。
The PLL circuit 16 receives the ROT signal, generates a 12 × fROT signal that is a multiplied synchronization signal synchronized with a frequency 12 times the rotational speed of the rotor 6, and outputs the signal to the microcomputer 30.
The Rp signal setting circuit outputs the resistance value Rp stored in the microcomputer 30 to the multiplier 10.
The Lp signal setting circuit outputs the inductance value Lp stored in the microcomputer 30 to the multiplier 12.
The resistance value of the motor windings 7U, 7V, 7W and the combined resistance value Rp of the resistance values of the cables 3U, 3V, 3W connecting this to the motor drive circuit 17 and the inductance Lp of the motor winding are measured in advance using a measuring instrument. It is measured and stored in the microcomputer 30.
The microcomputer 30 supplies a predetermined gate signal to the transistors 21a, 21b, 21c, 21d, 21e, and 21f based on the 12 × fROT signal of the PLL circuit 16, and sequentially switches the currents of the motor windings 7U, 7V, and 7W. It has become.

以上の様に構成されたセンサレスブラシレスモータの制御回路41の動作を図12の波形図を用いて説明する。
PLL回路16をロックできる(作動させる)周波数が約20[Hz]なので、モータ5を起動してからロータ6の回転速度が毎秒20回転程度に達するまでは、オープンループでモータ巻線7U、7V、7Wの電流を切り替える。
ロータ6の回転速度が毎秒20回転程度に達すると、磁束推定信号φu−vからROT信号を作り、これによってモータ巻線7U、7V、7Wの電流の切り替えをフィードバック制御することができるようになる。
モータ巻線7U、7V、7Wの電流はそれぞれ図12のIu、Iv、Iwの波形のようになる。マイクロコンピュータ30は電流が矩形波となるようにモータ巻線7U、7V、7Wに印加する電圧をPWM(Puls Width Modulation)制御する。
差動増幅器8はモータ巻線7U、7Vの電圧の差を取り、図12のVu−vで示した波形を出力する。モータ巻線7U、7V、7Wの電流切り替え時に現れるスパイク状の電圧20はモータ巻線7U、7V、7Wの持つインダクタンスLpに起因するものであり、隣接する波形との段差21はモータ巻線7U、7V、7Wの抵抗値とこれらとモータ駆動回路17を接続するケーブル3U、3V、3Wの抵抗値の合成抵抗値Rpによる電圧降下である。
The operation of the control circuit 41 of the sensorless brushless motor configured as described above will be described with reference to the waveform diagram of FIG.
Since the frequency at which the PLL circuit 16 can be locked (operated) is about 20 [Hz], the motor windings 7U and 7V are opened in an open loop until the rotational speed of the rotor 6 reaches about 20 revolutions per second after the motor 5 is started. , Switch the current of 7W.
When the rotational speed of the rotor 6 reaches about 20 revolutions per second, an ROT signal is generated from the magnetic flux estimation signal φu-v, and thereby, the current switching of the motor windings 7U, 7V, 7W can be feedback controlled. .
The currents of the motor windings 7U, 7V, and 7W have waveforms of Iu, Iv, and Iw in FIG. The microcomputer 30 performs PWM (Pulse Width Modulation) control on the voltage applied to the motor windings 7U, 7V, and 7W so that the current becomes a rectangular wave.
The differential amplifier 8 takes the voltage difference between the motor windings 7U and 7V and outputs the waveform indicated by Vu-v in FIG. The spike-like voltage 20 that appears when the currents of the motor windings 7U, 7V, and 7W are switched is due to the inductance Lp of the motor windings 7U, 7V, and 7W, and the step 21 between the adjacent waveforms is the motor winding 7U. , 7V, 7W resistance values and the resistance values of the cables 3U, 3V, 3W connecting these to the motor drive circuit 17 are voltage drops due to the combined resistance value Rp.

差動増幅器9はIuとIvの差を出力し、その波形は図12のIu−Ivで示した波形となる。
掛算器10はこのIu−IvとRpを掛け合わせる。
加算器11は(Vu−v)−Rp×(Iu−Iv)を出力する。この信号は重畳されている直流成分を直流遮断フィルタ2で取り除かれた後、積分器1に入力される。
積分器1は∫((Vu−v)−Rp×(Iu−Iv))dtを出力し、これは図12のXで示した波形となる。波形Xに見られる段差はモータ巻線7U、7V、7Wのインダクタンスに起因するものである。
積分器1の出力は加算器13にてLp×(Iu−Iv)を減算される。加算器13からは図12のφu−vの波形で示した磁束推定信号φu−vが出力される。
この波形から分かるように磁束推定信号φu−vはロータ6が1回転すると1周期となるサイン波になる。
コンパレータ4は磁束推定信号φu−vとグランドレベルを比較し、ROT信号を出力する。前述したようにROT信号は磁束推定信号φu−vがグランドレベルより小さいときはHiとなり、グランドレベルより大きいときは信号Loとなる。ROT信号は図12のROTの波形で示したようにロータ6の半回転する間Hiに、その後の半回転する間Loになる。
The differential amplifier 9 outputs the difference between Iu and Iv, and the waveform thereof is the waveform indicated by Iu-Iv in FIG.
Multiplier 10 multiplies Iu-Iv and Rp.
The adder 11 outputs (Vu−v) −Rp × (Iu−Iv). This signal is input to the integrator 1 after the superimposed DC component is removed by the DC cutoff filter 2.
The integrator 1 outputs ∫ ((Vu−v) −Rp × (Iu−Iv)) dt, which has a waveform indicated by X in FIG. The step observed in the waveform X is caused by the inductance of the motor windings 7U, 7V, and 7W.
The output of the integrator 1 is subtracted by Lp × (Iu−Iv) by the adder 13. The adder 13 outputs a magnetic flux estimation signal φu-v indicated by the waveform of φu-v in FIG.
As can be seen from this waveform, the magnetic flux estimation signal φu-v becomes a sine wave having one cycle when the rotor 6 makes one rotation.
The comparator 4 compares the magnetic flux estimation signal φu-v with the ground level and outputs an ROT signal. As described above, the ROT signal becomes Hi when the magnetic flux estimation signal φu-v is smaller than the ground level, and becomes the signal Lo when larger than the ground level. The ROT signal becomes Hi during half rotation of the rotor 6 as shown by the ROT waveform in FIG. 12, and becomes Lo during the subsequent half rotation.

PLL回路16はコンパレータ4からROT信号を受け取り、ROT信号の12倍の周波数を持った逓倍同期信号12×fROT信号を生成する。
モータ巻線7U、7V、7Wの電流の切り替え方は、例えばW→V方向、U→V方向など全部で6種類あるので、基本的にはROT信号の6倍の周波数を持った逓倍同期信号6×fROT信号を生成すれば、この信号に同期して上記6つの電流を切り替えることができる。ここで、ROT信号の12倍の周波数を持った12×fROT信号を生成したのは積分によるφu−vの位相のずれを補正するためである。
より詳しく説明すると以下のようになる。
マイクロコンピュータ30はロータ6が60°回転するごとにモータ巻線7U、7V、7Wの電流を切り変える。図12の縦線は電流を切り替えるタイミングでありその間隔はロータ6の回転にして60°である。ところで、φu−vは積分により位相が元の信号より位相が90°進む。そのため、φu−vから生成したROT信号も位相が90°進んでおり、ROT信号の立ち上がりと立ち下がりと電流を切り替えるタイミングとは30°のずれがある。そこでROT信号の12倍の周期を持った12×fROT信号を生成すると、前記電流を切り替えるタイミングと、12×fROT信号の立ち上がりを一致させることができる。
このようにしてモータ巻線7U、7V、7Wの電流を切り替えるタイミングと、12×fROT信号の立ち上がりを一致させ、12×fROT信号が2回立ち上がるごとにモータ巻線7U、7V、7Wの電流を切り替えればモータ5を運転することができる。
The PLL circuit 16 receives the ROT signal from the comparator 4 and generates a multiplied synchronization signal 12 × fROT signal having a frequency 12 times that of the ROT signal.
There are six ways to switch the current of motor windings 7U, 7V, and 7W, for example, W → V direction, U → V direction, etc., so basically a multiple synchronization signal with 6 times the frequency of ROT signal If the 6 × fROT signal is generated, the six currents can be switched in synchronization with this signal. Here, the reason why the 12 × f ROT signal having a frequency 12 times that of the ROT signal is generated is to correct the phase shift of φu−v due to the integration.
More detailed description is as follows.
The microcomputer 30 switches the current of the motor windings 7U, 7V, 7W every time the rotor 6 rotates 60 °. The vertical line in FIG. 12 is the timing for switching the current, and the interval is 60 ° when the rotor 6 is rotated. By the way, the phase of φu−v advances by 90 ° from the original signal by integration. For this reason, the phase of the ROT signal generated from φu-v is also advanced by 90 °, and there is a deviation of 30 ° from the timing at which the ROT signal rises and falls and the current is switched. Therefore, when a 12 × fROT signal having a period 12 times that of the ROT signal is generated, the timing for switching the current can coincide with the rising edge of the 12 × fROT signal.
In this way, the timing of switching the currents of the motor windings 7U, 7V, 7W and the rising edge of the 12 × fROT signal coincide with each other, and each time the 12 × fROT signal rises twice, If switched, the motor 5 can be operated.

マイクロコンピュータ30にはROT信号と12×fROTにより、所定のゲート信号をトランジスタ21a、21b、21c、21d、21e、21fのベースに供給するプログラムが格納されており、図12の21a、21b、21c、21d、21e、21fに示したようにそれぞれの番号に対応したトランジスタをスイッチオンする。例えばトランジスタ21d、21eがオンしている場合はモータ巻線7V、7WにW→V方向に電流が流れる。なお前述したように、モータ巻線7U、7V、7Wに流れる電流はマイクロコンピュータ30により所定の値にPWM制御されている。   The microcomputer 30 stores a program for supplying a predetermined gate signal to the bases of the transistors 21a, 21b, 21c, 21d, 21e, and 21f by using the ROT signal and 12 × fROT, and 21a, 21b, and 21c in FIG. , 21d, 21e, and 21f, the transistors corresponding to the respective numbers are switched on. For example, when the transistors 21d and 21e are on, current flows in the W → V direction through the motor windings 7V and 7W. As described above, the current flowing through the motor windings 7U, 7V, and 7W is PWM controlled to a predetermined value by the microcomputer 30.

本実施の形態ではあらかじめRpとLpを計測してあるので、掛算器10の代わりにゲインRpの増幅器を、また、掛算器12の代わりにゲインLpの増幅器を用いることができる。
また、本実施の形態ではモータ巻線7U、7Vの電流と電圧をモニタしたが、これに限定されるものではなく、任意のモータ巻線の電圧と電流をモニタしても良い。
本実施の形態のセンサレスブラシレスモータの制御回路41ではロータ6の磁極位置を常時監視できるので、負荷の変動によってロータ6の回転数が大きく変化した場合も脱調せずにモータ5を適切に制御することができる。また、ロータ6の磁極位置を検出するための信号を積分処理するために、この信号に重畳している電気的ノイズの影響を受けずに、前記磁極位置を正確に検出することができる。
In this embodiment, since Rp and Lp are measured in advance, an amplifier having a gain Rp can be used instead of the multiplier 10, and an amplifier having a gain Lp can be used instead of the multiplier 12.
In the present embodiment, the current and voltage of the motor windings 7U and 7V are monitored. However, the present invention is not limited to this, and the voltage and current of any motor winding may be monitored.
Since the control circuit 41 of the sensorless brushless motor according to the present embodiment can constantly monitor the magnetic pole position of the rotor 6, the motor 5 can be appropriately controlled without stepping out even when the rotational speed of the rotor 6 changes greatly due to load fluctuations. can do. Further, since the signal for detecting the magnetic pole position of the rotor 6 is integrated, the magnetic pole position can be accurately detected without being affected by the electrical noise superimposed on this signal.

(第5の実施の形態)
第4の実施の形態ではモータ巻線7U、7V、7Wの抵抗値とこれらとモータ駆動回路17を接続するケーブル3U、3V、3Wの抵抗値の合成抵抗値Rpをあらかじめ計測器で計測し、それらをマイクロコンピュータ30に記憶させたが、本実施の形態ではRpを自動的に計測してマイクロコンピュータ30に格納する場合について述べる。
図13は本発明の第5の実施の形態に係るセンサレスブラシレスモータの制御回路42の構成を示したブロック図である。
本実施の形態の制御回路42は第4の実施の形態の制御回路41に新たにローパスフィルタ22、23を追加したものである。他の構成は制御回路41と同じであるので、これらの構成要素には制御回路41と同じ番号を付すことにする。
(Fifth embodiment)
In the fourth embodiment, the resistance value of the motor windings 7U, 7V, 7W and the combined resistance value Rp of the resistance values of the cables 3U, 3V, 3W connecting these and the motor drive circuit 17 are measured in advance by a measuring instrument, These are stored in the microcomputer 30. In this embodiment, a case where Rp is automatically measured and stored in the microcomputer 30 will be described.
FIG. 13 is a block diagram showing the configuration of the control circuit 42 of the sensorless brushless motor according to the fifth embodiment of the present invention.
The control circuit 42 of the present embodiment is obtained by newly adding low-pass filters 22 and 23 to the control circuit 41 of the fourth embodiment. Since the other configuration is the same as that of the control circuit 41, these components are given the same numbers as those of the control circuit 41.

ローパスフィルタ22は差動増幅器9と駆動制御回路19内の図示しないマイクロコンピュータ30に接続されている。
ローパスフィルタ22は差動増幅器9からIu−Ivを受け取り、これに重畳している高周波ノイズを除去した後、マイクロコンピュータ30へ出力する。
ローパスフィルタ23は差動増幅器8と駆動制御回路19内の図示しないマイクロコンピュータ30に接続されている。ローパスフィルタ23は差動増幅器8からケーブル3U、3Vの線間電圧Vu−vを受け取り、これに重畳されている高周波ノイズを除去した後、これをマイクロコンピュータ30に出力する。
このようにローパスフィルタ22、23を用いるのは、差動増幅器9から出力される信号Iu−Ivや差動増幅器8から出力される信号Vu−vには、モータ巻線7U、7V、7Wの電流の切り替えや、またこれらのPWM制御等のために高周波ノイズが重畳されており、これを取り除き、測定精度を向上させるためである。
The low-pass filter 22 is connected to the differential amplifier 9 and a microcomputer 30 (not shown) in the drive control circuit 19.
The low-pass filter 22 receives Iu-Iv from the differential amplifier 9, removes high-frequency noise superimposed on it, and outputs it to the microcomputer 30.
The low-pass filter 23 is connected to the differential amplifier 8 and a microcomputer 30 (not shown) in the drive control circuit 19. The low-pass filter 23 receives the line voltage Vu-v of the cables 3U and 3V from the differential amplifier 8, removes the high frequency noise superimposed thereon, and outputs it to the microcomputer 30.
The low-pass filters 22 and 23 are used in this way for the signal Iu-Iv output from the differential amplifier 9 and the signal Vu-v output from the differential amplifier 8 in the motor windings 7U, 7V, and 7W. This is because high-frequency noise is superimposed for current switching, PWM control, and the like, which is removed to improve measurement accuracy.

以上のように構成されたセンサレスブラシレスモータの制御回路42の動作について説明する。
なおここではRpを自動計測する手順についてのみ説明する。制御回路42の他の動作は第4の実施の形態の制御回路41と同じである。
モータ5の起動時にモータ巻線7U、7VにU→V方向に直流電流を流し差動増幅器8によってケーブル3U、3Vの線間電圧を計測する。
その電圧からローパスフィルタ23でノイズを除去した後、その値をマイクロコンピュータ30に記憶させる。
次に、ケーブル3U、3Vに流れる電流値を差動増幅器9によって計測し、その値に重畳された高周波ノイズをローパスフィルタ22で除去した後、その値をマイクロコンピュータ30に記憶させる。
マイクロコンピュータ30は次の式によってRpを計算する。
The operation of the control circuit 42 of the sensorless brushless motor configured as described above will be described.
Only the procedure for automatically measuring Rp will be described here. Other operations of the control circuit 42 are the same as those of the control circuit 41 of the fourth embodiment.
When the motor 5 is started, a direct current is passed through the motor windings 7U and 7V in the U → V direction, and the line voltage of the cables 3U and 3V is measured by the differential amplifier 8.
After the noise is removed from the voltage by the low-pass filter 23, the value is stored in the microcomputer 30.
Next, the current value flowing through the cables 3U and 3V is measured by the differential amplifier 9, high frequency noise superimposed on the value is removed by the low-pass filter 22, and the value is stored in the microcomputer 30.
The microcomputer 30 calculates Rp by the following equation.

(数7)
Rp=(Vu−v)/(Iu−Iv) (8)
(Equation 7)
Rp = (Vu−v) / (Iu−Iv) (8)

マイクロコンピュータ30は式(8)で求めたRpを記憶し、モータ5の運転時にRp信号設定回路14に出力する。そして、このRpは掛算器10にてIu−Ivに乗ぜられ、磁束推定信号φu−vを求めるのに使用される。
なお、Rp計測の際にトランジスタ21dをスイッチオンしたままにし、トランジスタ21aのみをPWM制御することにより、測定精度を向上させることができる。
なお、ここでは差動増幅器9によってIu−Ivを求めたが、これは、IuとIvをそれぞれ検出してマイクロコンピュータ30にて差を求める構成にしても良い。
また、計算の結果得たRpの値が正常値範囲(例えば0.5[Ω]から10[Ω])を超えた場合はアラームを出力し、モータ5が駆動しないような安全装置を設置すると安全性を高めることができる。
The microcomputer 30 stores Rp obtained by the equation (8) and outputs it to the Rp signal setting circuit 14 when the motor 5 is operated. This Rp is multiplied by Iu-Iv by the multiplier 10 and used to obtain the magnetic flux estimation signal φu-v.
Note that the measurement accuracy can be improved by keeping the transistor 21d switched on during Rp measurement and performing PWM control only on the transistor 21a.
Here, Iu−Iv is obtained by the differential amplifier 9, but this may be configured such that each of Iu and Iv is detected and the difference is obtained by the microcomputer 30.
Moreover, if the Rp value obtained as a result of the calculation exceeds the normal value range (for example, 0.5 [Ω] to 10 [Ω]), an alarm is output and a safety device is installed so that the motor 5 is not driven. Safety can be increased.

本実施の形態では、モータ巻線7U、7V、7Wの抵抗値とケーブル3U、3V、3Wの抵抗値の合成抵抗値をモータ5起動時に自動的に計測し、その値をRpとして掛算器10に出力するため、従来のセンサレスブラシレスモータの制御回路のようにあらかじめRpを計測器を用いて計測する必要はない。
そのため、従来はセンサレスブラシレスモータの使用現場でケーブル3U、3V、3Wを延長したり、モータ5を別のモータと交換した場合は、Rpを再度計測器を用いて再計測する必要があったが、本実施の形態の制御回路42ではそのような作業は不要となる。
In the present embodiment, a combined resistance value of the resistance values of the motor windings 7U, 7V, and 7W and the resistance values of the cables 3U, 3V, and 3W is automatically measured when the motor 5 is started, and the value is set as Rp. Therefore, unlike the conventional sensorless brushless motor control circuit, it is not necessary to measure Rp in advance using a measuring instrument.
Therefore, conventionally, when the cables 3U, 3V, 3W are extended at the site where the sensorless brushless motor is used, or when the motor 5 is replaced with another motor, it is necessary to remeasure Rp again using a measuring instrument. The control circuit 42 according to the present embodiment does not require such work.

(第6の実施の形態)
第4の実施の形態ではモータ巻線7U、7V、7WのインダクタンスLpをあらかじめ計測器で計測し、それらをマイクロコンピュータ30に記憶させたが、本実施の形態ではLpを自動的に計測してマイクロコンピュータ30に格納する場合について述べる。
図14は本発明の第6の実施の形態に係るセンサレスブラシレスモータの制御回路43の構成を示したブロック図である。
本実施の形態の制御回路43は第5の実施の形態の制御回路42のローパスフィルタ22、23を特に高周波除去用のローパスフィルタ24、25としたものである。他の構成は制御回路42と同じであり、これら同じ構成要素には制御回路42と同じ番号を付すことにする。
本実施の形態ではモータ巻線7U、7V、7Wのインダクタンスを求めるために、例えば1[kHz]程度の高周波の交流電圧を用いる。また、この交流電圧は駆動制御回路19内の図示しないマイクロコンピュータ30によりPWM制御するのでPWM周波数、例えば50[kHz]のノイズが重畳されている。そこで例えば、カットオフ周波数が5[kHz]のローパスフィルタを用いれば、目的の信号からPWM制御によるノイズを除去することができ、測定精度を高めることができる。
(Sixth embodiment)
In the fourth embodiment, the inductances Lp of the motor windings 7U, 7V, and 7W are measured in advance by a measuring instrument and stored in the microcomputer 30, but in this embodiment, Lp is automatically measured. A case where data is stored in the microcomputer 30 will be described.
FIG. 14 is a block diagram showing the configuration of the control circuit 43 of the sensorless brushless motor according to the sixth embodiment of the present invention.
In the control circuit 43 of the present embodiment, the low-pass filters 22 and 23 of the control circuit 42 of the fifth embodiment are particularly low-pass filters 24 and 25 for removing high frequencies. Other configurations are the same as those of the control circuit 42, and these same components are denoted by the same reference numerals as those of the control circuit 42.
In this embodiment, in order to obtain the inductance of the motor windings 7U, 7V, 7W, a high-frequency AC voltage of about 1 [kHz] is used, for example. Further, since this AC voltage is PWM controlled by a microcomputer 30 (not shown) in the drive control circuit 19, a noise of a PWM frequency, for example, 50 [kHz] is superimposed. Therefore, for example, if a low-pass filter having a cutoff frequency of 5 [kHz] is used, noise due to PWM control can be removed from the target signal, and measurement accuracy can be improved.

以上のように構成されたセンサレスブラシレスモータの制御回路43の動作について説明する。
ロータ6が停止している状態でモータ巻線7U、7VにU→V方向にロータ6が回転応答できない高周波の交流電圧Vu−v(例えば、ft=1[kHz])を印加する。ロータ6はモータ巻線7U、7Vの作る反転する磁界に追随できず回転しない。
次に、差動増幅器9は、この時の交流電流Iu−Ivを検出する。この値はローパスフィルタ25で高周波ノイズを除去した後、駆動制御回路内の図示しないマイクロコンピュータ30に記憶される。
一方、差動増幅器8はケーブル3U、3Vの線間電圧を検出する。この値はローパスフィルタ24により高周波ノイズを除去された後、マイクロコンピュータ30に記憶される。
マイクロコンピュータ30は記憶した交流電圧Vu−vと交流電流Iu−Ivから次の式(9)によりLpを計算する。
The operation of the control circuit 43 of the sensorless brushless motor configured as described above will be described.
While the rotor 6 is stopped, a high-frequency AC voltage Vu-v (for example, ft = 1 [kHz]) at which the rotor 6 cannot rotate in the U → V direction is applied to the motor windings 7U and 7V. The rotor 6 cannot follow the reversing magnetic field created by the motor windings 7U and 7V and does not rotate.
Next, the differential amplifier 9 detects the alternating current Iu-Iv at this time. This value is stored in a microcomputer 30 (not shown) in the drive control circuit after high frequency noise is removed by the low pass filter 25.
On the other hand, the differential amplifier 8 detects the line voltage of the cables 3U and 3V. This value is stored in the microcomputer 30 after high frequency noise is removed by the low pass filter 24.
The microcomputer 30 calculates Lp from the stored AC voltage Vu-v and AC current Iu-Iv by the following equation (9).

(数8)
Lp=(Vu−v)/(2×π×ft×(Iu−Iv)) (9)
(Equation 8)
Lp = (Vu−v) / (2 × π × ft × (Iu−Iv)) (9)

マイクロコンピュータ30は式(9)により得た値をLpとして記憶する。そして、モータ5の運転時にLp信号設定回路15にこれを出力する。このLpは掛算器12にてIu−Ivに乗ぜられ、磁束推定信号φu−vを求めるのに使用される。制御回路43の他の動作は第4の実施の形態と同じである。
また、計算の結果得たLpの値が正常値範囲(例えば0[mH]から1[mH])を超えた場合はアラームを出力し、モータ5が駆動しないような安全装置を設置すると安全性を高めることができる。
The microcomputer 30 stores the value obtained by the equation (9) as Lp. Then, this is output to the Lp signal setting circuit 15 when the motor 5 is operated. This Lp is multiplied by Iu−Iv by the multiplier 12 and used to obtain the magnetic flux estimation signal φu−v. Other operations of the control circuit 43 are the same as those in the fourth embodiment.
If the Lp value obtained as a result of the calculation exceeds a normal value range (for example, 0 [mH] to 1 [mH]), an alarm is output, and it is safe to install a safety device that does not drive the motor 5. Can be increased.

本実施の形態では、モータ巻線7U、7V、7Wのインダクタンスをモータ5の停止時に自動的に計測し、その値をLpとしてLp信号設定回路15に出力するため、従来のセンサレスブラシレスモータの制御回路のようにあらかじめLpを計測器を用いて計測する必要はない。
そのため、従来はセンサレスブラシレスモータの使用現場でモータ5を別のモータと交換した場合は、Lpを再度計測器を用いて再計測する必要があったが、本実施の形態の制御回路43ではそのような作業は不要となる。
また、制御回路43の構成で第5の実施の形態と同様にしてRpを計測することもでき、RpとLpを共に自動計測することができる。
また、通常毎秒300回転以上の高速で回転する磁気軸受式ターボ分子ポンプに用いられるセンサレスブラシレスモータのLpは小さいので、Lpの検出を省略して、これをあらかじめ所定の値(例えば数百[μH])に設定しておき、これを使用してもモータ5を運転することもできる。
In the present embodiment, the inductance of the motor windings 7U, 7V, and 7W is automatically measured when the motor 5 is stopped, and the value is output to the Lp signal setting circuit 15 as Lp. It is not necessary to measure Lp using a measuring instrument in advance like a circuit.
Therefore, in the past, when the motor 5 was replaced with another motor at the site where the sensorless brushless motor was used, it was necessary to remeasure Lp again using a measuring instrument. In the control circuit 43 of the present embodiment, however, Such work is unnecessary.
Also, the configuration of the control circuit 43 can measure Rp similarly to the fifth embodiment, and both Rp and Lp can be automatically measured.
Further, since the Lp of a sensorless brushless motor used for a magnetic bearing type turbo molecular pump that normally rotates at a high speed of 300 rpm or more is small, detection of Lp is omitted, and this is set to a predetermined value (for example, several hundred [μH ]) And the motor 5 can be operated even if this is used.

(第7の実施の形態)
本実施の形態では、更に第6の実施の形態とは異なった手段でモータ巻線7U、7V、7WのインダクタンスLpを自動計測する場合について説明する。
図15は本発明の第7の実施の形態に係るセンサレスブラシレスモータの制御回路44の構成を示したブロック図である。制御回路44は第4の実施の形態の制御回路41に更にサンプリング回路26を付加したものである。サンプリング回路26は積分器1と駆動制御回路内にある図示しないマイクロコンピュータ30に接続されている。サンプリング回路26はマイクロコンピュータ30からサンプル信号出力指令を受け取ると積分器の出力Xの値をサンプリングし、このサンプル信号をマイクロコンピュータ30に送信する。
他の構成は制御回路41と同じであるので、制御回路41と同一の構成要素については同じ番号を付すことにする。
(Seventh embodiment)
In the present embodiment, a case will be described in which the inductance Lp of the motor windings 7U, 7V, and 7W is automatically measured by means different from the sixth embodiment.
FIG. 15 is a block diagram showing the configuration of the control circuit 44 of the sensorless brushless motor according to the seventh embodiment of the present invention. The control circuit 44 is obtained by adding a sampling circuit 26 to the control circuit 41 of the fourth embodiment. The sampling circuit 26 is connected to the integrator 1 and a microcomputer 30 (not shown) in the drive control circuit. When the sampling circuit 26 receives a sample signal output command from the microcomputer 30, the sampling circuit 26 samples the value of the output X of the integrator and transmits this sample signal to the microcomputer 30.
Since other configurations are the same as those of the control circuit 41, the same components as those of the control circuit 41 are given the same numbers.

次に、本実施の形態を実施する際に基本となる理論式について説明する。
サンプリング回路26がサンプリングする積分器1の出力Xは次の式(10)で表される。
Next, a theoretical formula that is fundamental when the present embodiment is implemented will be described.
The output X of the integrator 1 sampled by the sampling circuit 26 is expressed by the following equation (10).

(数9)
X=Lp×(Iu−Iv)+∫Viu−vdt (10)
(Equation 9)
X = Lp × (Iu−Iv) + ∫Viu−vdt (10)

ここで、モータ巻線7U、7V、7Wの電流切り替え時に式(10)の第1項のLp×(Iu−Iv)は大きく変化するが、第2項の∫Viu−vdtの変化は小さい。また、モータ5に供給する電流Iu、Iv、Iwは一定値Ipとなるように駆動制御回路19がPWM制御しているので、式(10)を考慮すると図12のXの波形図上の点31、点32で表した2点の差であるX(点32)−X(点31)は次の式(11)で表される。   Here, when the currents of the motor windings 7U, 7V, and 7W are switched, Lp × (Iu−Iv) of the first term of Expression (10) changes greatly, but the change of ∫Viu−vdt of the second term is small. Further, since the drive control circuit 19 performs PWM control so that the currents Iu, Iv, and Iw supplied to the motor 5 have a constant value Ip, the points on the waveform diagram of X in FIG. X (point 32) −X (point 31), which is the difference between the two points 31 and 32, is expressed by the following equation (11).

(数10)
X(点32)−X(点31)=Lp×Ip (11)
(Equation 10)
X (point 32) −X (point 31) = Lp × Ip (11)

ここで、制御回路44は制御回路41にサンプリング回路26を付加しただけなので、制御回路44の波形図は制御回路41と同じになる。
式(11)からLpは式(12)で表される。
Here, since the control circuit 44 only adds the sampling circuit 26 to the control circuit 41, the waveform diagram of the control circuit 44 is the same as that of the control circuit 41.
Lp is represented by Formula (12) from Formula (11).

(数11)
Lp=(X(点32)−X(点31))/Ip (12)
(Equation 11)
Lp = (X (point 32) −X (point 31)) / Ip (12)

また、図12のXの波形上の点33、点34で表した2点の差を計算して(12)、その平均を求めると測定精度を高めることができる。本実施の形態では式(13)で表されたこの平均値をマイクロコンピュータ30により計算してLpを求める。   Further, the measurement accuracy can be improved by calculating the difference between the two points represented by the points 33 and 34 on the X waveform in FIG. In the present embodiment, the average value expressed by the equation (13) is calculated by the microcomputer 30 to obtain Lp.

(数12)
Lp=(X(点32)−X(点31)+X(点33)−X(点34))/(2×Ip) (13)
(Equation 12)
Lp = (X (point 32) −X (point 31) + X (point 33) −X (point 34)) / (2 × Ip) (13)

以上のように構成されたセンサレスブラシレスモータの制御回路44の動作について図12の波形図を用いて説明する。なお、第4の実施の形態と説明が重複する部分は省略する。
点31のタイミングで、即ちモータ巻線7U、7VにU→V方向に電流を切り替える直前に、マイクロコンピュータ30はサンプリング回路26にサンプル信号出力指令を出力し、サンプリング回路26は積分器1の出力X(点31)をサンプリングする。そして、マイクロコンピュータ30はサンプリング回路26からX(点30)を受け取り、記憶する。
次に同様にしてマイクロコンピュータ30は点32のタイミングで、即ちモータ巻線7U、7VにU→V方向に電流を切り替えた直後にサンプリング回路26を介して積分器1の出力X(点32)を受け取り、記憶する。
ただし、モータ巻線7U、7V、7Wの電流を切り替えた直後は積分器1の出力Xにノイズが現れるため、このノイズが消えるまでの短時間(例えば50μ秒)をマイクロコンピュータ30の内部タイマでカウントした後、X(点32)のサンプリングを行う。
同様にしてX(点33)、X(点34)をサンプリングし、それらの値をマイクロコンピュータ30に記憶する。
なお前記Ipの設定値はマイクロコンピュータ30に記憶してある。
The operation of the control circuit 44 of the sensorless brushless motor configured as described above will be described with reference to the waveform diagram of FIG. In addition, the part which overlaps with 4th Embodiment is abbreviate | omitted.
The microcomputer 30 outputs a sample signal output command to the sampling circuit 26 at the timing of the point 31, that is, immediately before switching the current in the U → V direction to the motor windings 7 U and 7 V. The sampling circuit 26 outputs the output of the integrator 1. Sampling X (point 31). The microcomputer 30 receives X (point 30) from the sampling circuit 26 and stores it.
Similarly, the microcomputer 30 outputs the output X (point 32) of the integrator 1 via the sampling circuit 26 at the timing of point 32, that is, immediately after switching the current to the motor windings 7U and 7V in the U → V direction. Is received and memorized.
However, immediately after switching the currents of the motor windings 7U, 7V, and 7W, noise appears in the output X of the integrator 1. Therefore, a short time (for example, 50 μsec) until the noise disappears is reduced by the internal timer of the microcomputer 30. After counting, X (point 32) is sampled.
Similarly, X (point 33) and X (point 34) are sampled and those values are stored in the microcomputer 30.
The set value of Ip is stored in the microcomputer 30.

次に、マイクロコンピュータ30は記憶した積分器1の出力X(点31)、X(点32)X(点33)、X(点34)を式(13)に代入し、Lpを計算する。マイクロコンピュータ30はこのLpを記憶する。そして、モータ5の運転時にLp信号設定回路15にこれを出力する。そして、このLpは掛算器12にてIu−Ivに乗ぜられ、磁束推定信号φu−vを求めるのに使用される。制御回路43の他の動作は第4の実施の形態と同じである。
なお、制御回路44では、差動増幅器9によりIu、Ivをモニタしているので、Ipとしてこれを用いても良い。
また、計算の結果得たLpの値が正常値範囲(例えば0[mH]から1[mH])を超えた場合はアラームを出力し、モータ5が駆動しないような安全装置を設置すると安全性を高めることができる。
Next, the microcomputer 30 substitutes the stored output X (point 31), X (point 32), X (point 33), and X (point 34) of the integrator 1 into the equation (13) to calculate Lp. The microcomputer 30 stores this Lp. Then, this is output to the Lp signal setting circuit 15 when the motor 5 is operated. This Lp is multiplied by Iu−Iv by the multiplier 12 and used to obtain the magnetic flux estimation signal φu−v. Other operations of the control circuit 43 are the same as those in the fourth embodiment.
In the control circuit 44, since Iu and Iv are monitored by the differential amplifier 9, these may be used as Ip.
If the Lp value obtained as a result of the calculation exceeds a normal value range (for example, 0 [mH] to 1 [mH]), an alarm is output, and it is safe to install a safety device that does not drive the motor 5. Can be increased.

本実施の形態では、モータ巻線7U、7V、7Wのインダクタンスをあらかじめ計測しておく必要がなく、また、モータ5を他のモータに交換した場合もモータ巻線のインダクタンスを再計測する必要がない点は第6の実施の形態と同じである。   In the present embodiment, it is not necessary to measure the inductance of the motor windings 7U, 7V, 7W in advance, and it is necessary to remeasure the inductance of the motor winding even when the motor 5 is replaced with another motor. This is the same as the sixth embodiment.

(第8の実施の形態)
本実施の形態では更に別の手段でモータ巻線7U、7V、7Wの抵抗値とケーブル3U、3V、3Wの抵抗値の合成抵抗値Rpとモータ巻線7U、7V、7WのインダクタンスLpを自動的に計測する場合について説明する。
この実施の形態では、ロータをある回転数でフリーランさせたときのROT信号とこれに駆動電圧を供給した直後のROT信号とのずれと、ロータをフリーランしたときのモータ巻線に誘導される電圧と、前記駆動電圧からRpとLpを計算するものである。
図16は本発明の第8の実施の形態に係るセンサレスブラシレスモータの制御回路45の構成を示したブロック図である。制御回路45は第4の実施の形態の制御回路41に更にケーブル27を付加したものである。ケーブル27は積分器1の出力Xを駆動制御回路内にある図示しないマイクロコンピュータ30に伝達する。
他の構成は制御回路41と同じであるので、制御回路41と同一の構成要素については同じ番号を付すことにする。
(Eighth embodiment)
In this embodiment, the resistance values Rp of the motor windings 7U, 7V, 7W, the resistance values of the cables 3U, 3V, 3W and the inductance Lp of the motor windings 7U, 7V, 7W are automatically calculated by another means. Will be described.
In this embodiment, the difference between the ROT signal when the rotor is free-runned at a certain rotational speed and the ROT signal immediately after the drive voltage is supplied to the ROT signal is induced in the motor winding when the rotor is free-runned. Rp and Lp are calculated from the driving voltage and the driving voltage.
FIG. 16 is a block diagram showing the configuration of the control circuit 45 of the sensorless brushless motor according to the eighth embodiment of the present invention. The control circuit 45 is obtained by adding a cable 27 to the control circuit 41 of the fourth embodiment. The cable 27 transmits the output X of the integrator 1 to a microcomputer 30 (not shown) in the drive control circuit.
Since other configurations are the same as those of the control circuit 41, the same components as those of the control circuit 41 are given the same numbers.

次に、本実施の形態の基本となる理論式について説明する。
まず、以下のように諸量を定義する。
Next, the theoretical formula that is the basis of the present embodiment will be described.
First, various quantities are defined as follows.

(数13)
ロータの角周波数=ω
差動増幅器9の出力Iu−Iv=I
モータ5を駆動しているときのモータ巻線7U、7Vの
電圧の差Vu−v=Vd
ロータ6をフリーランさせているときのモータ巻線の
誘導起電力の実際値Viu−v=Vir
ロータ6をフリーランさせているときのモータ巻線の
誘導起電力の推定値Viu−v=Vie
Rpの実際値=Rpr
Rpの推定値=Rpe
Lpの実際値=Lpr
Lpの推定値=Lpe
VirとVdの位相差=θ1
VirとVieの位相差=θ2
(Equation 13)
Angular frequency of rotor = ω
Output Iu−Iv = I of the differential amplifier 9
Motor windings 7U and 7V when the motor 5 is driven
Voltage difference Vu−v = Vd
Actual value of induced electromotive force of motor winding when rotor 6 is free running Viu−v = Vir
Estimated value of induced electromotive force of motor winding when rotor 6 is free running Viu−v = Vie
Actual value of Rp = Rpr
Estimated value of Rp = Rpe
Actual value of Lp = Lpr
Estimated value of Lp = Lpe
Phase difference between Vir and Vd = θ1
Phase difference between Vir and Vie = θ2

ここで、Rpの推定値RpeとLpの推定値Lpeとはマイクロコンピュータ30に記憶されている仮定値である。初期値はRpe=Lpe=0であり、Rpr、Lprの測定を数回繰り返し、そのたびごとに算出されたRprの実際値とLprの実際値で逐次更新される。
これらの関係を電圧ベクトル図で表すと図17のようになる。
電圧の検出値には高周波ノイズが多く重畳しているので、図17の諸量を積分した値からRpr、Lprを計算すると計算精度が向上する。
図18は図17の諸量を積分したものである。図17を積分すると各ベクトルは反時計方向に90°回転、即ち電圧のベクトルに対して位相が90°遅れるが、図18はこれを見やすくするため時計方向に90°回転して図示している。図18のベクトル図から以下の関係式が成り立つ。
Here, the estimated value Rpe of Rp and the estimated value Lpe of Lp are assumed values stored in the microcomputer 30. The initial value is Rpe = Lpe = 0, and the measurement of Rpr and Lpr is repeated several times, and is updated sequentially with the actual value of Rpr and the actual value of Lpr each time.
These relationships are represented by a voltage vector diagram as shown in FIG.
Since many high frequency noises are superimposed on the detected voltage value, calculating Rpr and Lpr from the values obtained by integrating the various quantities in FIG. 17 improves the calculation accuracy.
FIG. 18 shows the integration of various quantities shown in FIG. When FIG. 17 is integrated, each vector is rotated by 90 ° counterclockwise, that is, the phase is delayed by 90 ° with respect to the voltage vector. FIG. . The following relational expression holds from the vector diagram of FIG.

(数14)
θ2=θ1−arcsin(ω×Lpe×I/Vd)
Vie/ω=Vd×cos(θ1−θ2)/ω−RpeI/ω
I×(Rpr−Rpe)/ω=(Vie−Vir*cosθ2)/ω
I×Lpr−I×Lpe=Vir×sinθ2/ω
(Equation 14)
θ2 = θ1-arcsin (ω × Lpe × I / Vd)
Vie / ω = Vd × cos (θ1−θ2) / ω−RpeI / ω
I × (Rpr−Rpe) / ω = (Vie−Vir * cos θ2) / ω
I × Lpr−I × Lpe = Vir × sin θ2 / ω

これらの関係式から次の式(14)、式(15)が求まる。   From these relational expressions, the following expressions (14) and (15) are obtained.

(数15)
Rpr=(Vie−Vir×cosθ2)/I+Rpe (14)
Lpr=Vir×sinθ2/(ω×I)+Lpe (15)
(Equation 15)
Rpr = (Vie−Vir × cos θ2) / I + Rpe (14)
Lpr = Vir × sin θ2 / (ω × I) + Lpe (15)

即ち、Vd/ω、Vir/ω、θ1を計測すれば式(14)によりRprが、式(15)によりLprを求めることができる。
以下にセンサレスブラシレスモータの制御回路45の動作を説明する。
前述したように、マイクロコンピュータ30に記憶されているRpe、LpeはRpe=Lpe=0に初期化されている。
ロータ6を停止状態からオープンループで起動し、所定の回転速度ω(例えば毎秒20回転)まで加速する。
ロータ回転数が所定の値ωに達したら、モータ5に供給している電流を一瞬止めロータ6をフリーランさせる。この時、差動増幅器8からモータ巻線の誘導起電力の実際値Virを検出する。積分器1の出力はケーブル27を介してマイクロコンピュータ30に記憶される。
次に、Virを計測した直後に引き続きモータ巻線7U、7V、7Wに電流を供給する。その時のモータ巻線7U、7Vの電圧の差Vdを差動増幅器8によって計測する。積分器1の出力はケーブル27を介してマイクロコンピュータ30に記憶される。また、θ1は後に説明する方法により以上の電流オンオフの動作と同時に取得される。
That is, if Vd / ω, Vir / ω, and θ1 are measured, Rpr can be obtained from equation (14) and Lpr can be obtained from equation (15).
The operation of the sensorless brushless motor control circuit 45 will be described below.
As described above, Rpe and Lpe stored in the microcomputer 30 are initialized to Rpe = Lpe = 0.
The rotor 6 is started from a stopped state in an open loop and accelerated to a predetermined rotational speed ω (for example, 20 revolutions per second).
When the rotor rotational speed reaches a predetermined value ω, the current supplied to the motor 5 is stopped for a moment and the rotor 6 is free-runned. At this time, the actual value Vir of the induced electromotive force of the motor winding is detected from the differential amplifier 8. The output of the integrator 1 is stored in the microcomputer 30 via the cable 27.
Next, immediately after measuring Vir, current is supplied to the motor windings 7U, 7V, 7W. At this time, the voltage difference Vd between the motor windings 7U and 7V is measured by the differential amplifier 8. The output of the integrator 1 is stored in the microcomputer 30 via the cable 27. Further, θ1 is acquired simultaneously with the above-described current on / off operation by a method described later.

次に、θ1の計測について説明する。
マイクロコンピュータ30はロータ6がフリーランしているときに図19に示したようなROT信号を駆動制御回路19内の図示しないコンパレータ4から受け取る。
マイクロコンピュータ30は内部タイマ(例えば10μ秒ごとにカウントアップする)を有しており、前記ROT信号に同期してロータ6が1回転する間タイマのパルスをカウントアップする。例えば、ロータ6が0.1秒で1回転するとすると、タイマのカウント数Nrは1000となる。
この直後からマイクロコンピュータ30はタイマのカウント数が1000になるごとに、0からカウントを再開する。ロータ6の回転数はフリーランの間ほぼ一定なので、ROT信号とタイマのカウント動作は同期している。
次に、マイクロコンピュータ30はモータ巻線7U、7V、7Wに電流供給を再開した際のROT信号の切り替え点でのカウンタのカウント数Neを記憶する。このROT信号は図19に示したようにフリーラン時のROT信号と周期はほぼ同じであるが、位相がθ1進む。
Nr、Neの値からマイクロコンピュータ30はθ1を計算する。
例えば、カウント数Nr=1000、カウント数Ne=900だったとするとVirとVdの位相のずれθ1は以下のように求まる。
Next, the measurement of θ1 will be described.
The microcomputer 30 receives the ROT signal as shown in FIG. 19 from the comparator 4 (not shown) in the drive control circuit 19 when the rotor 6 is free running.
The microcomputer 30 has an internal timer (for example, counts up every 10 μs), and counts up the timer pulses while the rotor 6 makes one rotation in synchronization with the ROT signal. For example, if the rotor 6 makes one rotation in 0.1 seconds, the timer count Nr is 1000.
Immediately after this, the microcomputer 30 restarts counting from 0 every time the timer count reaches 1000. Since the rotational speed of the rotor 6 is substantially constant during the free run, the ROT signal and the timer count operation are synchronized.
Next, the microcomputer 30 stores the count number Ne of the counter at the switching point of the ROT signal when the current supply to the motor windings 7U, 7V, and 7W is resumed. As shown in FIG. 19, this ROT signal has substantially the same period as the ROT signal during free run, but the phase advances by θ1.
From the values of Nr and Ne, the microcomputer 30 calculates θ1.
For example, assuming that the count number Nr = 1000 and the count number Ne = 900, the phase shift θ1 between Vir and Vd is obtained as follows.

(数16)
θ1=(Nr−Ne)/Nr×360°=36°
(Equation 16)
θ1 = (Nr−Ne) / Nr × 360 ° = 36 °

以上、Vd/ω、Vir/ω、θ1が求まったのでマイクロコンピュータ30は式(14)、式(15)に従ってRpr、Lprを計算する。
次に、マイクロコンピュータ30はこのRpr、Lprの値を以てRpe、Lpeの値を更新する。
以上の手順をモータ5起動時に数回繰り返すことにより、より正確なRpr、Lprを求めることができる。
制御装置45は以上の手順で取得したRpe、Lpeにより、磁束推定信号φu−vを求めてモータ5をフィードバック制御する。この動作は第4の実施の形態と同じである。
また、計算の結果得たRpe、Lpeの値が正常値範囲(例えば0.5[Ω]から10[Ω]及び0[mH]から1[mH])を超えた場合はアラームを出力し、モータ5が駆動しないような安全装置を設置すると安全性を高めることができる。
Since Vd / ω, Vir / ω, and θ1 have been obtained as described above, the microcomputer 30 calculates Rpr and Lpr according to the equations (14) and (15).
Next, the microcomputer 30 updates the values of Rpe and Lpe with the values of Rpr and Lpr.
More accurate Rpr and Lpr can be obtained by repeating the above procedure several times when the motor 5 is started.
The control device 45 obtains a magnetic flux estimation signal φu-v based on Rpe and Lpe acquired by the above procedure, and feedback-controls the motor 5. This operation is the same as in the fourth embodiment.
In addition, when the Rpe and Lpe values obtained as a result of the calculation exceed the normal value range (for example, 0.5 [Ω] to 10 [Ω] and 0 [mH] to 1 [mH]), an alarm is output. If a safety device that does not drive the motor 5 is installed, safety can be improved.

本実施の形態では、RprとLprをモータ5起動時に自動計測し、その値により磁束推定信号φu−vを求めるため、従来のセンサレスブラシレスモータの制御回路のようにあらかじめRpr、Lprを計測器を用いて計測する必要はない。
そのため、従来はセンサレスブラシレスモータの使用現場でモータ5を別のモータと交換した場合は、Rpr、Lprを再度計測器を用いて再計測する必要があったが、本実施の形態の制御回路45ではそのような作業は不要となる。
また、本実施の形態では積分器1からマイクロコンピュータ30へケーブル27を増設するだけで、RpeをLpe計測することができるので、第6の実施の形態から第7の実施の形態までの制御回路より回路構成が簡単になる。
なお本実施の形態ではモータ巻線7U、7Vを用いてRpr、Lprを求めたが、これに限定するものではなく、任意のモータ巻線によりRpr、Lprを計測することができる。
本実施の形態は、磁気浮上式ターボ分子ポンプのように、起動時間約3〜10分と長い場合は、ロータの加速度が小さく高精度にθ1を測定できる。
In the present embodiment, Rpr and Lpr are automatically measured when the motor 5 is started, and the magnetic flux estimation signal φu-v is obtained based on the measured values. It is not necessary to use and measure.
Therefore, conventionally, when the motor 5 is replaced with another motor at the site where the sensorless brushless motor is used, it has been necessary to remeasure Rpr and Lpr again using a measuring instrument, but the control circuit 45 of the present embodiment. Then, such work becomes unnecessary.
In the present embodiment, Rpe can be measured by Lpe simply by adding the cable 27 from the integrator 1 to the microcomputer 30. Therefore, the control circuit from the sixth embodiment to the seventh embodiment is used. The circuit configuration becomes simpler.
In the present embodiment, Rpr and Lpr are obtained using the motor windings 7U and 7V. However, the present invention is not limited to this, and Rpr and Lpr can be measured by any motor winding.
In the present embodiment, when the start-up time is as long as about 3 to 10 minutes as in the case of a magnetic levitation turbo molecular pump, the acceleration of the rotor is small and θ1 can be measured with high accuracy.

(第9の実施の形態)
本実施の形態は、第4第の実施の形態の制御回路41(図11)に、抵抗値信号Rp、インダクタンス値信号Lpを一時的にゼロとする機能などを追加することにより、制御回路41を用いて第2の実施の形態の制御回路142(図3)と同じ機能を実現することが可能となるものである。これによって、新たに機能を追加された制御回路41で制御回路142の機能を兼用することができ、モータ5の運転をPLL回路16がロックできない低速回転から定常回転まで行うことができる。なお、定常回転とは、ロータを所定の回転周波数(例えば毎分3万回転)にて定常的に回転させることを言う。
(Ninth embodiment)
In the present embodiment, the control circuit 41 (FIG. 11) of the fourth embodiment is added with a function of temporarily setting the resistance value signal Rp and the inductance value signal Lp to zero, and the like. It is possible to realize the same function as the control circuit 142 (FIG. 3) of the second embodiment using As a result, the control circuit 41 to which the function is newly added can share the function of the control circuit 142, and the operation of the motor 5 can be performed from the low speed rotation where the PLL circuit 16 cannot be locked to the steady rotation. Note that steady rotation means that the rotor is constantly rotated at a predetermined rotation frequency (for example, 30,000 rotations per minute).

図21は、本実施の形態に係る制御回路47の構成を示した図である。制御回路47は、Rp信号設定回路14の出力が抵抗値信号Rpとゼロの何れかに切替え可能である点、及びLp信号設定回路15の出力がインダクタンス値信号Lpとゼロの何れかに切替え可能である点などを除き、第4の実施の形態の制御回路41(図11)と同じである。   FIG. 21 is a diagram showing a configuration of the control circuit 47 according to the present embodiment. The control circuit 47 can switch the output of the Rp signal setting circuit 14 to either the resistance value signal Rp or zero, and can switch the output of the Lp signal setting circuit 15 to either the inductance value signal Lp or zero. The control circuit 41 is the same as the control circuit 41 (FIG. 11) of the fourth embodiment except for the above points.

以下に制御回路47の構成の概略について説明する。
モータ駆動回路17はモータ5に電流を供給する電流供給手段を構成している。
Rp信号設定回路14、差動増幅器9、掛算器10、及び加算器11は、電源装置からの配線とモータ巻線7U、7V、7Wの合成抵抗による電圧の変化の補正量を線間電圧から減算してこれを補正する抵抗分補正手段を構成している。
差動増幅器8はモータ巻線7U、7Vの線間電圧を取得する線間電圧取得手段を構成している。積分器1は磁束信号取得手段を構成し、線間電圧を積分して磁束信号(モータ巻線7U、7Vの鎖交磁束を推定する信号なので以降磁束推定信号φと記す)を得る。
Lp信号設定回路15、差動増幅器9、掛算器12及び加算器13は、モータ巻線7U、7Vのリアクタンスによる電圧の変化を掛算器を積分器1の出力から減算することより磁束推定信号φを補正するリアクタンス分補正手段を構成している。
コンパレータ4は磁極位置取得手段を構成している。磁束推定信号φの位相はロータ6の磁極位置と対応関係があるので、磁束信号φの位相を検出することにより磁極位置を検出することができる。そこでコンパレータ4は、グランドレベルと磁束信号φを比較することにより、磁束推定信号φの位相が2nπ、(2n+1)πとなる点を検出し、磁極位置を検出することができる。ただし、nは整数である。
The outline of the configuration of the control circuit 47 will be described below.
The motor drive circuit 17 constitutes current supply means for supplying current to the motor 5.
The Rp signal setting circuit 14, the differential amplifier 9, the multiplier 10, and the adder 11 calculate the correction amount of the voltage change due to the combined resistance of the wiring from the power supply device and the motor windings 7U, 7V, and 7W from the line voltage. Resistance correction means for subtracting and correcting this is configured.
The differential amplifier 8 constitutes a line voltage acquisition means for acquiring the line voltage of the motor windings 7U and 7V. The integrator 1 constitutes a magnetic flux signal acquisition means, and integrates the line voltage to obtain a magnetic flux signal (hereinafter referred to as a magnetic flux estimation signal φ because it is a signal for estimating the interlinkage magnetic flux of the motor windings 7U and 7V).
The Lp signal setting circuit 15, the differential amplifier 9, the multiplier 12 and the adder 13 subtract the voltage change due to the reactance of the motor windings 7 U and 7 V from the output of the integrator 1 by subtracting the multiplier from the output of the integrator 1. Reactance correction means for correcting
The comparator 4 constitutes magnetic pole position acquisition means. Since the phase of the magnetic flux estimation signal φ has a corresponding relationship with the magnetic pole position of the rotor 6, the magnetic pole position can be detected by detecting the phase of the magnetic flux signal φ. Therefore, the comparator 4 can detect the position of the magnetic pole by detecting the point where the phase of the magnetic flux estimation signal φ is 2nπ and (2n + 1) π by comparing the ground level with the magnetic flux signal φ. However, n is an integer.

ところで、Rp信号設定回路14は、抵抗値信号Rp(=Rc+Ru=Rc+Rw=Rc+Rv)とゼロの2つの値をマイクロコンピュータ30からの信号により選択的に出力するようになっている。
また、Lp信号設定回路15も、インダクタンス値信号Lp(=Lu=Lw=Lv)とゼロの2つの値をマイクロコンピュータ30からの信号により選択的に出力するようになっている。
Rp信号設定回路14とLp信号設定回路15の出力を共にゼロとすると、掛算器12及び掛算器10の出力は共にゼロとなり、第2の実施の形態の制御回路142の差動増幅器103、直流遮断フィルタ102、積分器101及びコンパレータ104から構成される回路と同じ構成の回路を実現することができる。例えば、制御回路47が制御回路142と同じように動作する場合を第1のモード、制御回路41と同じように動作する場合を第2のモードとすると、制御回路47は、抵抗値信号Rp及びインダクタンス値信号Lpを出力させることにより第2のモードにて動作し、これらの信号をゼロとすることにより第1のモードにて動作する。
By the way, the Rp signal setting circuit 14 selectively outputs a resistance value signal Rp (= Rc + Ru = Rc + Rw = Rc + Rv) and two values of zero by a signal from the microcomputer 30.
The Lp signal setting circuit 15 is also configured to selectively output two values of an inductance value signal Lp (= Lu = Lw = Lv) and zero by a signal from the microcomputer 30.
When the outputs of the Rp signal setting circuit 14 and the Lp signal setting circuit 15 are both zero, the outputs of the multiplier 12 and the multiplier 10 are both zero, and the differential amplifier 103 and the DC of the control circuit 142 of the second embodiment. A circuit having the same configuration as the circuit including the cutoff filter 102, the integrator 101, and the comparator 104 can be realized. For example, when the control circuit 47 operates in the same manner as the control circuit 142 is the first mode, and the case in which the control circuit 47 operates in the same manner as the control circuit 41 is the second mode, the control circuit 47 has the resistance value signal Rp and The operation is performed in the second mode by outputting the inductance value signal Lp, and the operation is performed in the first mode by setting these signals to zero.

マイクロコンピュータ30は、例えばコンパレータ4から受信するROT信号によりロータ6の回転周波数をモニタリングする。
コンパレータ4が出力するROT信号は、ロータ6の回転に同期してロータ6が1回転するごとにHiとLoを繰り返すので、例えば単位時間あたりのROT信号の立ち上がり又は立下りを計数することによりロータ6の回転周波数を計算することができる。
For example, the microcomputer 30 monitors the rotational frequency of the rotor 6 by the ROT signal received from the comparator 4.
Since the ROT signal output from the comparator 4 repeats Hi and Lo every time the rotor 6 rotates in synchronization with the rotation of the rotor 6, for example, by counting the rise or fall of the ROT signal per unit time, the rotor Six rotational frequencies can be calculated.

マイクロコンピュータ30は、算出したロータ6の回転周波数が所定の値(加速時は30[Hz]、減速時は60[Hz]とした)より大きい場合は、Rp信号設定回路14及びLp信号設定回路15からそれぞれ抵抗値信号Rp及びインダクタンス値信号Lpを出力させる。この場合、抵抗値信号Rp及びインダクタンス値信号Lpが出力されるので、回路構成は制御回路41と同じになる。
そしてマイクロコンピュータ30は、第4の実施の形態と同様にしてモータ5を運転する。即ち、コンパレータ4は磁束推定信号φからROT信号を生成し、更にPLL回路16はROT信号から12×fROT信号を生成する。そしてマイクロコンピュータ30は、12×fROT信号に同期してモータ駆動回路17のトランジスタ21a、21b、21c、21d、21e、21fをオンオフし、モータ巻線7U、7V、7Wに3相交流を流し、ロータ6を回転させる(第2のモード)。
When the calculated rotation frequency of the rotor 6 is larger than a predetermined value (30 [Hz] during acceleration and 60 [Hz] during deceleration), the microcomputer 30 sets the Rp signal setting circuit 14 and the Lp signal setting circuit. The resistance value signal Rp and the inductance value signal Lp are output from 15 respectively. In this case, since the resistance value signal Rp and the inductance value signal Lp are output, the circuit configuration is the same as that of the control circuit 41.
The microcomputer 30 operates the motor 5 in the same manner as in the fourth embodiment. That is, the comparator 4 generates an ROT signal from the magnetic flux estimation signal φ, and the PLL circuit 16 generates a 12 × f ROT signal from the ROT signal. Then, the microcomputer 30 turns on and off the transistors 21a, 21b, 21c, 21d, 21e, and 21f of the motor driving circuit 17 in synchronization with the 12 × fROT signal, and causes three-phase alternating current to flow through the motor windings 7U, 7V, and 7W. The rotor 6 is rotated (second mode).

マイクロコンピュータ30は、算出したロータ6の回転周波数が所定の値よりも小さい場合は、Rp信号設定回路14及びLp信号設定回路15の出力をゼロとする。この場合、掛算器10、12の出力がゼロとなるので回路構成は制御回路142と同じになる。
そしてマイクロコンピュータ30は第2の実施の形態と同様にしてモータ5を運転する。即ち、コンパレータ4から出力されるROT信号に同期してトランジスタ21b、21c、21e、21fをオンオフして電流をV→W方向(駆動電圧ベクトル3が出力された場合)、及びW→U方向(駆動電圧ベクトル5が出力された場合)に交互に流してロータ6を回転させる(第1のモード)。
The microcomputer 30 sets the outputs of the Rp signal setting circuit 14 and the Lp signal setting circuit 15 to zero when the calculated rotation frequency of the rotor 6 is smaller than a predetermined value. In this case, since the outputs of the multipliers 10 and 12 are zero, the circuit configuration is the same as that of the control circuit 142.
The microcomputer 30 operates the motor 5 in the same manner as in the second embodiment. That is, the transistors 21b, 21c, 21e, and 21f are turned on / off in synchronization with the ROT signal output from the comparator 4 to change the current in the V → W direction (when the drive voltage vector 3 is output) and the W → U direction ( When the drive voltage vector 5 is output), the rotor 6 is rotated alternately (first mode).

このように、マイクロコンピュータ30は、第1のモードと第2のモードをロータ6の回転周波数に応じて選択する選択手段を構成すると共に、第1のモードにてモータ5を駆動する際に、抵抗値信号Rp及びインダクタンス値信号Lpをゼロとして加算器11、13による補正を無効とする補正無効手段をも構成している。
また、マイクロコンピュータ30は、駆動電圧ベクトルの駆動タイミング取得手段をも構成し、第1のモードにおいては、コンパレータ4のROT信号から駆動電圧ベクトルの駆動タイミング(第1の駆動タイミング)を取得し、第2のモードにおいてはPLL回路16の12×fROT信号から駆動タイミング(第2の駆動タイミング)を取得する。そしてマイクロコンピュータ30は、第1の駆動タイミングによって第1のモードにてトランジスタ21b、21c、21e、21fをオンオフする第1の駆動電圧ベクトル出力手段と、第2の駆動タイミングによって第2のモードにて21a、21b、21c、21d、21e、21fをオンオフする第2の駆動電圧ベクトル出力手段を構成している。
As described above, the microcomputer 30 constitutes selection means for selecting the first mode and the second mode according to the rotational frequency of the rotor 6, and when driving the motor 5 in the first mode, A correction invalidating means for invalidating the correction by the adders 11 and 13 by setting the resistance value signal Rp and the inductance value signal Lp to zero is also configured.
The microcomputer 30 also constitutes drive voltage vector drive timing acquisition means. In the first mode, the microcomputer 30 acquires the drive voltage vector drive timing (first drive timing) from the ROT signal of the comparator 4, In the second mode, the drive timing (second drive timing) is acquired from the 12 × fROT signal of the PLL circuit 16. The microcomputer 30 switches to the second drive mode by the first drive voltage vector output means for turning on and off the transistors 21b, 21c, 21e, 21f in the first mode at the first drive timing, and at the second drive timing. 21a, 21b, 21c, 21d, 21e, and 21f are configured as second drive voltage vector output means.

図22は、本実施の形態における制御回路47の動作モードとロータ6の回転周波数の関係を示した図である。
制御回路47が制御回路142と同様に動作し、ロータ6を加速又は定常回転する場合を2相加速モードと呼び、逆に減速する場合は2相減速モードと呼ぶことにする。また、両者を区別しない場合は単に2相モードと呼ぶことにする。
また、制御回路47が制御回路41と同様に動作し、ロータ6を加速又は定常回転する場合を3相加速モードと呼び、逆に減速する場合は3相減速モードと呼ぶことにする。また両者を区別しない場合は単に3相モードと呼ぶことにする。
2相減速モード及び3相減速モードは、それぞれ2相加速モードと3相加速モードの界磁の方向を反転したものである。即ち、界磁の位相を180度シフトさせる。
このように界磁の極性を反転すると後に説明するように、界磁はロータ6の回転の逆方向にトルクを発生させる。
FIG. 22 is a diagram showing the relationship between the operation mode of the control circuit 47 and the rotational frequency of the rotor 6 in this embodiment.
When the control circuit 47 operates in the same manner as the control circuit 142 and the rotor 6 is accelerated or steadily rotated, it is referred to as a two-phase acceleration mode, and conversely, when it is decelerated, it is referred to as a two-phase deceleration mode. If the two are not distinguished, they are simply called the two-phase mode.
Further, when the control circuit 47 operates in the same manner as the control circuit 41 and the rotor 6 is accelerated or steadily rotated, it is called a three-phase acceleration mode, and when it is decelerated, it is called a three-phase deceleration mode. If the two are not distinguished, they are simply called the three-phase mode.
The two-phase deceleration mode and the three-phase deceleration mode are obtained by inverting the field directions of the two-phase acceleration mode and the three-phase acceleration mode, respectively. That is, the field phase is shifted by 180 degrees.
If the polarity of the field is thus reversed, the field generates torque in the direction opposite to the rotation of the rotor 6, as will be described later.

モードの切替えの種類は図22に示した(1)から(8)までの8通りがある。
(1)のモード切替は、ロータ6を2相加速モードで加速中にモードを切替えて2相減速モードで減速する停止させる場合である。これは、例えば、ロータ6の回転を開始した後で回転周波数が30[Hz]に満たないときに、ユーザがモータ5を停止させる場合や、モータ5の安全装置が作動して停止する場合などがある。
以下同様に、(2)のモード切替は、2相減速モードから2相加速モードに切替える場合である。(3)のモード切替は、2相加速モードから3相加速モードに切替える場合である。(4)のモード切替は、3相加速モードから2相減速モードに切替える場合である。(5)のモード切替は、2相減速モードから3相加速モードに切替える場合である。(6)のモード切替は、3相減速モードから2相減速モードに切替える場合である。(7)のモード切替は、3相加速モードから3相減速モードに切替える場合である。(8)のモード切替は、3相減速モードから3相加速モードに切替える場合である。
There are eight types of mode switching from (1) to (8) shown in FIG.
The mode switching of (1) is a case where the mode is switched while the rotor 6 is accelerated in the two-phase acceleration mode, and the rotor 6 is decelerated in the two-phase deceleration mode. For example, when the rotation frequency is less than 30 [Hz] after the rotation of the rotor 6 is started, the user stops the motor 5, or the safety device of the motor 5 is operated to stop. There is.
Similarly, the mode switching of (2) is a case of switching from the two-phase deceleration mode to the two-phase acceleration mode. The mode switching of (3) is when switching from the two-phase acceleration mode to the three-phase acceleration mode. (4) Mode switching is when switching from the three-phase acceleration mode to the two-phase deceleration mode. (5) Mode switching is when switching from the two-phase deceleration mode to the three-phase acceleration mode. (6) Mode switching is when switching from the three-phase deceleration mode to the two-phase deceleration mode. (7) Mode switching is when switching from the three-phase acceleration mode to the three-phase deceleration mode. The mode switching of (8) is a case of switching from the three-phase deceleration mode to the three-phase acceleration mode.

以上のように構成された本実施の形態における制御回路47は以下のように動作する。なお、ここではロータ6は停止時から2相加速モード及び3相加速モードを経て定常回転(例えば毎分3万回転)にて回転した後、3相減速モード及び2相減速モードで減速されて停止する場合について説明する。即ち、加速時には、ロータ6の回転周波数が30[Hz]で(3)のモード切替を行い、減速時には60[Hz]で(6)のモード切替を行う。   The control circuit 47 according to the present embodiment configured as described above operates as follows. Here, the rotor 6 is rotated in a steady rotation (for example, 30,000 revolutions per minute) through the two-phase acceleration mode and the three-phase acceleration mode from the stop, and then decelerated in the three-phase deceleration mode and the two-phase deceleration mode. The case of stopping will be described. That is, during acceleration, the mode switching of (3) is performed when the rotational frequency of the rotor 6 is 30 [Hz], and mode switching of (6) is performed at 60 [Hz] during deceleration.

[停止から定常回転へ加速する場合]
制御回路47は、2相加速モードにてモータ5を始動する。即ち、マイクロコンピュータ30は、Rp信号設定回路14とLp信号設定回路15の出力をそれぞれゼロとした後、モータ駆動回路17のトランジスタ21b、21c、21e、21fをオンオフして駆動電圧ベクトル3、駆動電圧ベクトル5を交互に出力する。トランジスタ21c、21fがオンの場合は、モータ巻線7V、7Wに駆動電圧ベクトル3が出力され、トランジスタ21e、21bがオンの場合は、モータ巻線7W、7Uに駆動電圧ベクトル5が出力される。
なお、駆動電圧ベクトルの番号及びモータ巻線7U、7V、7Wに流す電流の方向及びスイッチングするトランジスタ21a、21b、21c、21d、21e、21fの関係を図23に示した。例えば、図23からわかるように、駆動電圧ベクトル1を出力する場合にモータ駆動回路17が供給する電流の方向はモータ巻線7Uからモータ巻線7Vの方向であり、スイッチオンするトランジスタはトランジスタ7a、7dである。同様にして図23から、他の駆動電圧ベクトルと電流の方向及びスイッチオンするトランジスタの関係を読み取ることができる。
[When accelerating from stop to steady rotation]
The control circuit 47 starts the motor 5 in the two-phase acceleration mode. That is, the microcomputer 30 sets the outputs of the Rp signal setting circuit 14 and the Lp signal setting circuit 15 to zero, and then turns on and off the transistors 21b, 21c, 21e, and 21f of the motor drive circuit 17 to drive the drive voltage vector 3. The voltage vector 5 is output alternately. When the transistors 21c and 21f are on, the driving voltage vector 3 is output to the motor windings 7V and 7W. When the transistors 21e and 21b are on, the driving voltage vector 5 is output to the motor windings 7W and 7U. .
FIG. 23 shows the relationship between the drive voltage vector number, the direction of the current flowing through the motor windings 7U, 7V, and 7W and the transistors 21a, 21b, 21c, 21d, 21e, and 21f that are switched. For example, as can be seen from FIG. 23, when the drive voltage vector 1 is output, the direction of the current supplied by the motor drive circuit 17 is from the motor winding 7U to the motor winding 7V, and the transistor to be switched on is the transistor 7a. 7d. Similarly, from FIG. 23, it is possible to read the relationship between other drive voltage vectors, current directions, and transistors that are switched on.

モータ5の始動開始直後は、マイクロコンピュータ30は、DCに近い低い周波数で駆動電圧ベクトル3、5を交互に出力する。すると、ロータ6が磁界に吸引されて回転を始める。ロータの回転周波数が1[Hz]程度になると、磁束推定信号φが出力されるようになり、コンパレータ4は、ROT信号を出力することができるようになる。
マイクロコンピュータ30は、コンパレータ4から受信したROT信号に同期してトランジスタ21b、21c、21e、21fをオンオフして駆動電圧ベクトル3、駆動電圧ベクトル5を交互に出力する。なお、ROT信号がHiのときは駆動電圧ベクトル5が出力され、ROT信号がLoのときは駆動電圧ベクトル3が出力されるものとする。このようにロータ6の回転周波数が1[Hz]程度になると、ロータ6の磁極の位置を検出して駆動電圧ベクトル3、5の出力をフィードバック制御することができる。
Immediately after the start of the start of the motor 5, the microcomputer 30 alternately outputs the drive voltage vectors 3 and 5 at a low frequency close to DC. Then, the rotor 6 is attracted by the magnetic field and starts rotating. When the rotational frequency of the rotor is about 1 [Hz], the magnetic flux estimation signal φ is output, and the comparator 4 can output the ROT signal.
The microcomputer 30 turns on and off the transistors 21b, 21c, 21e, and 21f in synchronization with the ROT signal received from the comparator 4, and alternately outputs the drive voltage vector 3 and the drive voltage vector 5. When the ROT signal is Hi, the drive voltage vector 5 is output, and when the ROT signal is Lo, the drive voltage vector 3 is output. Thus, when the rotational frequency of the rotor 6 becomes about 1 [Hz], the position of the magnetic pole of the rotor 6 can be detected and the output of the drive voltage vectors 3 and 5 can be feedback-controlled.

以上の制御によりロータ6の回転は加速されていく。そしてマイクロコンピュータ30は、ROT信号からロータの回転数が30[Hz]に達したことを検知すると、10[μ秒]から0.1[秒]程度モータ駆動回路17のトランジスタを全てオフとしてモータ駆動回路17を一瞬休止した後、3相加速モードに移行する。これは、モード切替時にトランジスタ21a、21b、21c、21d、21e、21fが短絡を起こすのを防ぐためである。
マイクロコンピュータ30は、3相加速モードに移行するとRp信号設定回路14及びLp信号設定回路15にそれぞれ抵抗値信号Rpとインダクタンス値信号Lpを出力させると共に、モータ駆動回路17のトランジスタ21a、21b、21c、21d、21e、21fをオンオフしてモータ巻線7U、7V、7Wに駆動電圧ベクトル1〜6の供給を開始する。
加算器13からは磁束推定信号φが得られ、これによってコンパレータ4からROT信号が得られる。PLL回路16は、コンパレータ4から受信したROT信号から12×fROT信号を生成する。
マイクロコンピュータ30は、PLL回路13から12×fROT信号を受信し、第4の実施の形態と同様にしてモータ巻線7U、7V、7Wへ供給する電流の切替えをフィードバック制御する。
以上の3相加速モードによりロータ6は毎分3万回転程度まで加速された後、定常回転を行う。
The rotation of the rotor 6 is accelerated by the above control. When the microcomputer 30 detects from the ROT signal that the rotational speed of the rotor has reached 30 [Hz], all the transistors of the motor drive circuit 17 are turned off for about 10 [μsec] to 0.1 [sec]. After the drive circuit 17 is paused for a moment, it shifts to the three-phase acceleration mode. This is to prevent the transistors 21a, 21b, 21c, 21d, 21e, and 21f from being short-circuited during mode switching.
When the microcomputer 30 shifts to the three-phase acceleration mode, the microcomputer 30 causes the Rp signal setting circuit 14 and the Lp signal setting circuit 15 to output the resistance value signal Rp and the inductance value signal Lp, respectively, and the transistors 21a, 21b, and 21c of the motor drive circuit 17. , 21d, 21e, 21f are turned on and off, and supply of the drive voltage vectors 1-6 to the motor windings 7U, 7V, 7W is started.
The magnetic flux estimation signal φ is obtained from the adder 13, and thereby the ROT signal is obtained from the comparator 4. The PLL circuit 16 generates a 12 × fROT signal from the ROT signal received from the comparator 4.
The microcomputer 30 receives the 12 × fROT signal from the PLL circuit 13 and feedback-controls switching of the current supplied to the motor windings 7U, 7V, and 7W in the same manner as in the fourth embodiment.
In the above three-phase acceleration mode, the rotor 6 is accelerated to about 30,000 revolutions per minute, and then performs steady rotation.

[定常回転から減速して停止する場合]
モータ5を停止させる場合は、ロータ6の磁極にモータ巻線7U、7V、7Wが生成する磁界を作用させてブレーキをかける。まず、ロータ6を減速する方法について説明する。
図24は、界磁によってロータ6を減速する仕組みを説明するための図である。
図24(a)は、ロータ6を加速する場合を示した図である。ロータ6は紙面に向かって時計方向に回転している。ロータ6の上下にある磁極は、モータ巻線7U、7V、7Wが生成する界磁を模式的に表したものである。図22(a)の場合では、紙面上方に向かってモータ巻線7U、7V、7Wによる界磁が形成されていることを示している。
ロータ軸6の磁極とモータ巻線7U、7V、7Wが生成す界磁が図に示したような関係にあるとき、即ち、ロータ軸6の回転する方向にロータ軸6の磁極を吸引するような界磁が形成されている場合にロータ軸6は加速される。
一方、図24(b)のように、ロータ軸6の回転する方向にロータ軸6の磁極を反発するような界磁が形成されている場合にロータ軸6は減速される。
以上の考察から、ロータ軸6を減速する場合は、加速する際に出力した駆動電圧ベクトルと逆方向の駆動電圧ベクトルを、2相減速モードの場合はROT信号に同期して、また3相減速モードの場合には12×fROT信号に同期して出力すればよいことがわかる。
[When decelerating and stopping from steady rotation]
When the motor 5 is stopped, the magnetic field generated by the motor windings 7U, 7V, and 7W is applied to the magnetic poles of the rotor 6 to apply the brake. First, a method for decelerating the rotor 6 will be described.
FIG. 24 is a view for explaining a mechanism for decelerating the rotor 6 using a field.
FIG. 24A is a diagram showing a case where the rotor 6 is accelerated. The rotor 6 rotates clockwise toward the paper surface. The magnetic poles above and below the rotor 6 schematically represent the magnetic fields generated by the motor windings 7U, 7V, and 7W. In the case of FIG. 22A, it is shown that the field is formed by the motor windings 7U, 7V, and 7W upward in the drawing.
When the magnetic field of the rotor shaft 6 and the magnetic field generated by the motor windings 7U, 7V, 7W are in the relationship shown in the figure, that is, the magnetic pole of the rotor shaft 6 is attracted in the direction in which the rotor shaft 6 rotates. When a strong field is formed, the rotor shaft 6 is accelerated.
On the other hand, as shown in FIG. 24B, the rotor shaft 6 is decelerated when a field is formed that repels the magnetic poles of the rotor shaft 6 in the direction in which the rotor shaft 6 rotates.
From the above consideration, when the rotor shaft 6 is decelerated, the driving voltage vector in the direction opposite to the driving voltage vector output when accelerating is synchronized with the ROT signal in the two-phase decelerating mode, and three-phase decelerating. In the case of the mode, it can be seen that the output should be in synchronization with the 12 × fROT signal.

定常回転(毎分3万回転程度)しているロータ6を停止する場合は、マイクロコンピュータ30は、3相加速モードから3相減速モードに切替える。そして、PLL回路16から出力される12×fROT信号に基づいてトランジスタ21a、21b、21c、21d、21e、21fに所定のゲート信号を供給し、モータ巻線7U、7V、7Wの電流を順次切替える。この場合、モータ巻線7U、7V、7Wに供給する電流は、3相加速モードと逆方向となる。例えば、3相加速モードの場合、図12より12×fROT信号の起点となるROT信号の立ち上がりの場面では、トランジスタ21c、21bがオンとなって電流がV→U方向に流れる(駆動電圧ベクトル4)。モータ巻線7U、7Vによって生成される界磁が逆方向になるためには、電流をU→V方向に流せばよい(駆動電圧ベクトル1)。そのためにはマイクロコンピュータ30は、トランジスタ21a、21dをオンにすればよい。
このように、マイクロコンピュータ30は、12×fROT信号に同期して3相加速モードの場合とは逆方向の電流をモータ巻線7U、7V、7Wに供給してロータ6を減速していく。
When stopping the rotor 6 that is rotating in a steady state (about 30,000 revolutions per minute), the microcomputer 30 switches from the three-phase acceleration mode to the three-phase deceleration mode. Based on the 12 × fROT signal output from the PLL circuit 16, a predetermined gate signal is supplied to the transistors 21a, 21b, 21c, 21d, 21e, and 21f, and the currents of the motor windings 7U, 7V, and 7W are sequentially switched. . In this case, the current supplied to the motor windings 7U, 7V, 7W is in the opposite direction to the three-phase acceleration mode. For example, in the case of the three-phase acceleration mode, the transistors 21c and 21b are turned on and the current flows in the V → U direction at the rising edge of the ROT signal that is the starting point of the 12 × f ROT signal from FIG. ). In order for the magnetic field generated by the motor windings 7U and 7V to be in the opposite direction, it is only necessary to pass a current in the U → V direction (drive voltage vector 1). For this purpose, the microcomputer 30 may turn on the transistors 21a and 21d.
In this manner, the microcomputer 30 decelerates the rotor 6 by supplying a current in the opposite direction to that in the three-phase acceleration mode to the motor windings 7U, 7V, 7W in synchronization with the 12 × fROT signal.

マイクロコンピュータ30はコンパレータ4が出力するROT信号などによりロータ6の回転周波数をモニタリングし、ロータ6の回転周波数が60[Hz]まで低下したことを検知すると3相減速モードから2相減速モードへモータ駆動回路17の制御モードを切替える。このモード切替時にもトランジスタ21a、21b、21c、21d、21e、21fの短絡を防止するため、モータ駆動回路17を一瞬休止する。
マイクロコンピュータ30は、2相減速モードになるとRp信号設定回路14とLp信号設定回路15の出力を共にゼロとし、トランジスタ21b、21c、21e、21fをオンオフして駆動電圧ベクトル3、駆動電圧ベクトル5を交互に出力する。ただし、2相加速モードのときとは逆に、ROT信号がHiのときは駆動電圧ベクトル3が出力され、ROT信号がLoのときは駆動電圧ベクトル5が出力される。
以上3相減速モードと2相減速モードの併用によりロータ6は速やかに停止する。
The microcomputer 30 monitors the rotational frequency of the rotor 6 based on the ROT signal output from the comparator 4 and detects that the rotational frequency of the rotor 6 has decreased to 60 [Hz]. Then, the microcomputer 30 switches from the three-phase deceleration mode to the two-phase deceleration mode. The control mode of the drive circuit 17 is switched. In order to prevent short-circuiting of the transistors 21a, 21b, 21c, 21d, 21e, and 21f even when the mode is switched, the motor driving circuit 17 is temporarily stopped.
When the microcomputer 30 enters the two-phase deceleration mode, both the outputs of the Rp signal setting circuit 14 and the Lp signal setting circuit 15 are set to zero, and the transistors 21b, 21c, 21e, and 21f are turned on and off to drive voltage vector 3 and driving voltage vector 5 Are output alternately. However, contrary to the two-phase acceleration mode, the driving voltage vector 3 is output when the ROT signal is Hi, and the driving voltage vector 5 is output when the ROT signal is Lo.
As described above, the rotor 6 is quickly stopped by the combined use of the three-phase deceleration mode and the two-phase deceleration mode.

以上本実施の形態では以下のような効果を得ることができる。
第2の実施の形態の制御回路142(図3)の機能を第4の実施の形態の制御回路41(図11)の一部分を用いて実現するため、制御回路47を用いて、ロータ6がPLL回路16がロックできる周波数(例えば20[Hz]程度)以下の回転周波数で回転している場合でも、磁極の位置を検出して界磁をフィードバック制御することができ、またモータ5が定常運転しているときに急激な負荷変動などが生じた場合でも脱調せずに運転を維持できる。
そのため、モータ5の起動時間を短縮することができると共に、定常運転中の安定性を向上させることができる。
また、単一の制御回路47でモータ5の起動と定常運転の何れも制御することができるので、制御回路142を制御回路41に追加する必要が無く、製造コストを低減することができる。
As described above, in the present embodiment, the following effects can be obtained.
In order to realize the function of the control circuit 142 (FIG. 3) of the second embodiment by using a part of the control circuit 41 (FIG. 11) of the fourth embodiment, the rotor 6 Even when the PLL circuit 16 is rotating at a rotation frequency that can be locked (for example, about 20 [Hz]) or less, it is possible to detect the position of the magnetic pole and perform feedback control of the field, and the motor 5 is in steady operation. Even if a sudden load change occurs during operation, operation can be maintained without stepping out.
Therefore, the starting time of the motor 5 can be shortened, and the stability during steady operation can be improved.
In addition, since the single control circuit 47 can control both the startup and the steady operation of the motor 5, it is not necessary to add the control circuit 142 to the control circuit 41, and the manufacturing cost can be reduced.

なお、本実施の形態では、積分器1から出力された磁束推定信号φを加算器13を介してコンパレータ4に入力したが、加算器13とコンパレータ4の間に直流遮断フィルタを挿入すると、以下の理由により制御回路47の動作を更に安定させることができる。
2相モードではLp信号設定回路15から出力される信号がゼロとなるため、理論的には掛算器12の出力はゼロになるはずである。ところが、掛算器12は、オペアンプなどの各種素子を組み合わせて作るため、これらの素子の性質によりインダクタンス値信号Lpをゼロとしても掛算器からオフセット電圧(直流)が出力されてしまう場合がある。
このため、2相モードにおいて、加算器13から出力される磁束推定信号φに直流成分が重畳されてしまうことがある。一方コンパレータ4は、磁束推定信号のレベルとグランドレベルを比較しているため、磁束推定信号φがオフセットされると適切に動作することができない。そこで、加算器13とコンパレータ4の間に直流遮断フィルタを挿入し、加算器13で重畳された直流成分を取り除くと、より適切にコンパレータ4を動作させることができる。
加算器13とコンパレータ4の間に挿入した直流遮断フィルタは、制御回路47が3相モードで動作しているときでも取り付けたままでよい。これは、コンパレータ4に入力される磁束推定信号φは直流成分が取り除かれたものが望ましいため、コンパレータ4の入力側に直流遮断フィルタを設けても何等悪影響が無いのに加え、3相モードにおいて掛算器12の出力が素子の特性などにより直流成分を有していた場合にこれを除去できるためである。
In the present embodiment, the magnetic flux estimation signal φ output from the integrator 1 is input to the comparator 4 via the adder 13. However, if a DC cutoff filter is inserted between the adder 13 and the comparator 4, For this reason, the operation of the control circuit 47 can be further stabilized.
Since the signal output from the Lp signal setting circuit 15 is zero in the two-phase mode, the output of the multiplier 12 should theoretically be zero. However, since the multiplier 12 is formed by combining various elements such as an operational amplifier, an offset voltage (DC) may be output from the multiplier even if the inductance value signal Lp is zero due to the properties of these elements.
For this reason, in the two-phase mode, a DC component may be superimposed on the magnetic flux estimation signal φ output from the adder 13. On the other hand, since the comparator 4 compares the level of the magnetic flux estimation signal and the ground level, it cannot operate properly when the magnetic flux estimation signal φ is offset. Therefore, by inserting a DC cutoff filter between the adder 13 and the comparator 4 and removing the DC component superimposed by the adder 13, the comparator 4 can be operated more appropriately.
The DC cutoff filter inserted between the adder 13 and the comparator 4 may remain attached even when the control circuit 47 is operating in the three-phase mode. This is because it is desirable that the magnetic flux estimation signal φ input to the comparator 4 is from which the DC component has been removed. Therefore, there is no adverse effect even if a DC cutoff filter is provided on the input side of the comparator 4. This is because if the output of the multiplier 12 has a direct current component due to the characteristics of the element, this can be removed.

(第9の実施の形態の変形例1)
図25は、本変形例に係る制御回路49の構成を示した図である。制御回路49は、2相モードにおいて、Lp信号設定回路15の出力のみをゼロとし、Rp信号設定回路14からはモードに関わらず抵抗値信号Rpを出力するものであり、この他の回路の構成は制御回路47と同様である。このように、2相モードで抵抗値信号Rp信号を出力すると以下の理由により、制御回路47の始動直後の特性を向上させることができる。
(Modification 1 of 9th Embodiment)
FIG. 25 is a diagram showing the configuration of the control circuit 49 according to this modification. In the two-phase mode, the control circuit 49 sets only the output of the Lp signal setting circuit 15 to zero, and outputs the resistance value signal Rp from the Rp signal setting circuit 14 regardless of the mode. Configuration of other circuits Is similar to the control circuit 47. As described above, when the resistance value signal Rp signal is output in the two-phase mode, the characteristic immediately after the start of the control circuit 47 can be improved for the following reason.

直流遮断フィルタ2(図21)は、例えばハイパスフィルタと積分器を組み合わせるなどして構成されており、通常積分特性を有している。そのため、入力された信号に対するレスポンスに遅れを生じ、入力信号が急に変化しても即座に追従することができない。
そのため、制御回路47が始動した直後の所定の期間(約1秒程度)は直流遮断フィルタ2は直流成分を十分に遮断することができず、直流成分が積分器1に出力されてしまう。
ところで、加算器11は、差動増幅器8の出力から掛算器10の出力(差動増幅器8の直流成分)を減算している。即ち、掛算器10の出力が加算器11に入力されることにより、差動増幅器8の出力の直流成分が消去される。
一方、2相モードの際に、Rp信号設定回路14から掛算器10に抵抗値信号Rpが出力されていても、掛算器10の出力はもともと差動増幅器8の直流成分を消去するためのものなので、何等モータ5の運転には影響しない。即ち、差動増幅器8の出力から加算器11で直流成分が取り除かれ、更に直流遮断フィルタ2で直流成分を取り除くことになる。しかも加算器11での直流成分の消去はモータ5が始動した直後から行われる。
The DC cutoff filter 2 (FIG. 21) is configured by combining, for example, a high-pass filter and an integrator, and has normal integration characteristics. Therefore, the response to the input signal is delayed, and even if the input signal changes suddenly, it cannot immediately follow.
Therefore, the DC cutoff filter 2 cannot sufficiently cut off the DC component during a predetermined period (about 1 second) immediately after the control circuit 47 is started, and the DC component is output to the integrator 1.
The adder 11 subtracts the output of the multiplier 10 (DC component of the differential amplifier 8) from the output of the differential amplifier 8. That is, when the output of the multiplier 10 is input to the adder 11, the DC component of the output of the differential amplifier 8 is eliminated.
On the other hand, even when the resistance value signal Rp is output from the Rp signal setting circuit 14 to the multiplier 10 in the two-phase mode, the output of the multiplier 10 is originally for eliminating the DC component of the differential amplifier 8. Therefore, it does not affect the operation of the motor 5 at all. That is, the direct current component is removed from the output of the differential amplifier 8 by the adder 11, and further the direct current component is removed by the direct current cutoff filter 2. Moreover, the direct current component is erased by the adder 11 immediately after the motor 5 is started.

図26は、抵抗値信号Rpの出力の有無と直流遮断フィルタ2の出力の差を説明するための図である。
図26(a)は、差動増幅器8から出力される直流成分を示した図であって、縦軸は電圧を、横軸は時間を表している。制御回路47を時刻t1に始動すると、差動増幅器8から信号が出力され、当該信号には直流成分が含まれる。即ち、図に示したように、制御回路47を始動すると差動増幅器8から直流成分81がステップ状に現れる。
図26(b)は、Rp信号設定回路14の出力をゼロとし、掛算器10の出力をゼロとした場合に、直流遮断フィルタ2から出力される信号の直流成分を表した図であり、縦軸は電圧、横軸は時間を表している。時間軸の原点は図26(a)と揃えてある。
図26(b)に示したように、掛算器10の出力をゼロとすると、制御回路47が始動した直後に直流成分82が出力され、所定の時間を経て減衰される。
図26(c)は、Rp信号設定回路14から抵抗値信号Rpを出力する場合の直流遮断フィルタ2から出力される信号の直流成分を表した図である。縦軸は電圧、横軸は時間を表している。時間軸の原点は図26(a)と揃えてある。
図26(c)に示したように、この場合、直流遮断フィルタ2は、制御回路47が始動した直後から直流成分を遮断することができる。
以上のように、2相モードにおいてRp信号設定回路14から抵抗値信号Rpを出力することにより、制御回路47の始動直後における直流遮断フィルタ2からの直流成分の出力を抑制することができる。
このように本変形例では、始動直後の制御回路47の特性を向上させることができる。
FIG. 26 is a diagram for explaining the difference between the presence / absence of the output of the resistance value signal Rp and the output of the DC cutoff filter 2.
FIG. 26A is a diagram showing a DC component output from the differential amplifier 8, where the vertical axis represents voltage and the horizontal axis represents time. When the control circuit 47 is started at time t1, a signal is output from the differential amplifier 8, and the signal includes a DC component. That is, as shown in the figure, when the control circuit 47 is started, a DC component 81 appears from the differential amplifier 8 in a step shape.
FIG. 26B is a diagram showing the DC component of the signal output from the DC cutoff filter 2 when the output of the Rp signal setting circuit 14 is zero and the output of the multiplier 10 is zero. The axis represents voltage and the horizontal axis represents time. The origin of the time axis is aligned with FIG.
As shown in FIG. 26B, when the output of the multiplier 10 is set to zero, the direct current component 82 is output immediately after the control circuit 47 is started, and is attenuated after a predetermined time.
FIG. 26C is a diagram showing a DC component of a signal output from the DC cutoff filter 2 when the resistance value signal Rp is output from the Rp signal setting circuit 14. The vertical axis represents voltage and the horizontal axis represents time. The origin of the time axis is aligned with FIG.
As shown in FIG. 26 (c), in this case, the DC cutoff filter 2 can cut off the DC component immediately after the control circuit 47 is started.
As described above, by outputting the resistance value signal Rp from the Rp signal setting circuit 14 in the two-phase mode, the output of the DC component from the DC cutoff filter 2 immediately after the start of the control circuit 47 can be suppressed.
Thus, in this modification, the characteristics of the control circuit 47 immediately after starting can be improved.

(第9の実施の形態の変形例2)
第9の実施の形態の変形例1で説明したように、2相モードと3相モードとの切替えは8種類ある(図22)。このうち、2相モードから3相モードへの切替、即ち(3)及び(5)のモード切替時に加算器13(図21)から出力される磁束推定信号φが不安定になる場合があることが新たに分かった。
本変形例は、磁束推定信号φの安定性を高めるために、2相モードから3相モードへのモードを切替えるときにモータ巻線7U、7V、7Wにロータ6のトルクに影響を生じない程度の微小電流を所定時間(約1〜5秒程度)導通するものである。
(Modification 2 of the ninth embodiment)
As described in the first modification of the ninth embodiment, there are eight types of switching between the two-phase mode and the three-phase mode (FIG. 22). Of these, the magnetic flux estimation signal φ output from the adder 13 (FIG. 21) may become unstable when switching from the two-phase mode to the three-phase mode, that is, when switching between the modes (3) and (5). Newly understood.
In this modification, in order to increase the stability of the magnetic flux estimation signal φ, the motor windings 7U, 7V, and 7W do not affect the torque of the rotor 6 when the mode is switched from the two-phase mode to the three-phase mode. Is conducted for a predetermined time (about 1 to 5 seconds).

まず、2相モードから3相モードに切替える際に、モータ巻線7U、7V、7Wに微小電流を通電しなかった場合の磁束推定信号φなどの動作について説明する。
図27は、2相減速モードから休止時間を経て3相加速モードに切替えた場合の((5)のモード切替え)、差動増幅器8の信号の直流成分、磁束推定信号φ、W相の電流Iwの変化を示した図であり、横軸は時間を表している。マイクロコンピュータ30は、2相減速モードから3相加速モードに切替えるときに、トランジスタ21a、21b、21c、21d、21e、21fのショートを防ぐために2相モードと3相モードの間に所定の休止時間(10μ秒〜0.1秒程度)を設けている。
マイクロコンピュータ30が休止時間の後に3相モードでモータ5を駆動すると、差動増幅器8には、信号の直流成分の変動(オフセット)71が現れる。この変動はモータ5や回路素子の特性のばらつきに起因するものである。
直流遮断フィルタ2は積分作用があるため直流電圧の変動71をカットするのにある程度時間を要する。そのため、直流電圧の変動71が現れた直後はこれを十分にカットできず、そのため積分器1は直流成分を積分してしまう。その結果、磁束推定信号φが揺らいでしまう。この揺らいだ磁束推定信号φを元に3相モードでの運転を行うとモータ巻線7U、7V、7Wの通電位相を正しいタイミングで切替えられなくなり、加速動作をうまく行えない場合がある。
First, the operation of the magnetic flux estimation signal φ and the like when a minute current is not applied to the motor windings 7U, 7V, and 7W when switching from the two-phase mode to the three-phase mode will be described.
FIG. 27 shows the DC component of the signal of the differential amplifier 8, the magnetic flux estimation signal φ, the current of the W phase when switching from the two-phase deceleration mode to the three-phase acceleration mode after a pause time ((5) mode switching). It is the figure which showed the change of Iw, and the horizontal axis represents time. When the microcomputer 30 switches from the two-phase deceleration mode to the three-phase acceleration mode, the microcomputer 30 has a predetermined pause time between the two-phase mode and the three-phase mode in order to prevent the transistors 21a, 21b, 21c, 21d, 21e, and 21f from being short-circuited. (About 10 μs to 0.1 seconds).
When the microcomputer 30 drives the motor 5 in the three-phase mode after the pause time, a fluctuation (offset) 71 of the DC component of the signal appears in the differential amplifier 8. This variation is caused by variations in the characteristics of the motor 5 and circuit elements.
Since the DC cutoff filter 2 has an integration function, it takes some time to cut the fluctuation 71 of the DC voltage. For this reason, immediately after the fluctuation 71 of the DC voltage appears, it cannot be cut sufficiently, and the integrator 1 integrates the DC component. As a result, the magnetic flux estimation signal φ fluctuates. When the operation in the three-phase mode is performed based on the fluctuation magnetic flux estimation signal φ, the energization phases of the motor windings 7U, 7V, and 7W cannot be switched at the correct timing, and the acceleration operation may not be performed well.

符号72は、磁束推定信号φを表し、符号73は、磁束推定信号φの包絡線を表している。図に示したように磁束推定信号φは3相加速モードに切り替わると正負に大きく揺らぎ、その揺らぎはなかなか減衰しない。
一方、モータ巻線7U、7V、7Wへの電流の供給は次のように行われる。符号74はIwを表し、符号75はIwの包絡線を示している。図に示したようにマイクロコンピュータ30は、2相モードから3相モードに切替えるときに、一端Iw(Iu、Ivも)をゼロにしてモータ駆動回路17を休止した後、磁束推定信号φから生成したROT信号に同期してIwの振幅を徐々に大きくしていき、3相モードに移行する。
ところで、ROT信号はコンパレータ4が磁束推定信号φのレベルとグランドレベルを比較して生成するため、磁束推定信号φが揺らいでしまうとROT信号がロータ6の磁極の位置と一致せず、Iwは符号76で示した部分のように正しい相に通電されないこととなる。
磁束推定信号φの揺らぎが速やかに収束しないのは、変動71による磁束推定信号φの揺らぎが収まる前に3相加速モードの電流をモータ5に供給することが新たな磁束推定信号φの揺らぎを引き起こすためと思われる。
Reference numeral 72 represents the magnetic flux estimation signal φ, and reference numeral 73 represents the envelope of the magnetic flux estimation signal φ. As shown in the figure, when the magnetic flux estimation signal φ is switched to the three-phase acceleration mode, it fluctuates greatly in positive and negative directions, and the fluctuation does not readily attenuate.
On the other hand, current is supplied to the motor windings 7U, 7V, and 7W as follows. Reference numeral 74 represents Iw, and reference numeral 75 represents an envelope of Iw. As shown in the figure, when switching from the two-phase mode to the three-phase mode, the microcomputer 30 generates one from the magnetic flux estimation signal φ after suspending the motor drive circuit 17 with one end Iw (Iu and Iv also) set to zero. The amplitude of Iw is gradually increased in synchronization with the ROT signal, and the mode is shifted to the three-phase mode.
Incidentally, since the ROT signal is generated by the comparator 4 comparing the level of the magnetic flux estimation signal φ and the ground level, if the magnetic flux estimation signal φ fluctuates, the ROT signal does not coincide with the position of the magnetic pole of the rotor 6, and Iw is The correct phase is not energized as shown by the reference numeral 76.
The fluctuation of the magnetic flux estimation signal φ does not converge quickly because the current in the three-phase acceleration mode is supplied to the motor 5 before the fluctuation of the magnetic flux estimation signal φ due to the fluctuation 71 is settled. It seems to cause.

次に、2相モードから3相モードに切替える際に、モータ巻線7U、7V、7Wに微小電流を通電した場合の磁束推定信号φなどの動作について説明する。
図28は、この場合の差動増幅器8の直流成分、磁束推定信号φ、W相の電流Iwの変化を示した図である。
この例では、マイクロコンピュータ30は、2相減速モード(区間51)から3相加速モード(区間55)に切替える際に、一端、モータ駆動回路17がモータ5に供給する電流をオフにした後(区間52、時間は10μ秒〜0.1秒程度)、モータ5のトルクに影響を与えない程度の3相の微小電流を一定時間(1秒〜5秒程度)モータ5に供給する(区間53)。その後3相電流の電流値を徐々に大きくしていき(区間54)、3相モードに移行する(区間55)。
なお、3相加速モードでのIwの大きさは6[A]程度であり、3相微小電流の大きさは0.1〜0.5[A]程度である。
Next, the operation of the magnetic flux estimation signal φ and the like when a small current is applied to the motor windings 7U, 7V, and 7W when switching from the two-phase mode to the three-phase mode will be described.
FIG. 28 is a diagram showing changes in the DC component, the magnetic flux estimation signal φ, and the W-phase current Iw of the differential amplifier 8 in this case.
In this example, when the microcomputer 30 switches from the two-phase deceleration mode (section 51) to the three-phase acceleration mode (section 55), the microcomputer 30 once turns off the current supplied to the motor 5 by the motor drive circuit 17 ( (Section 52, time is about 10 μs to 0.1 seconds), and a three-phase minute current that does not affect the torque of the motor 5 is supplied to the motor 5 for a certain period (about 1 second to 5 seconds) (section 53). ). Thereafter, the current value of the three-phase current is gradually increased (section 54), and the mode is shifted to the three-phase mode (section 55).
In the three-phase acceleration mode, the magnitude of Iw is about 6 [A], and the magnitude of the three-phase minute current is about 0.1 to 0.5 [A].

マイクロコンピュータ30が3相微小電流の通電を開始すると、差動増幅器8が出力する信号の直流成分に変動58が生じる。すると、磁束推定信号φの揺らぎが生じるが(区間57)、これは相微小電流が通電されている間に速やかに収束する。
直流成分の変動58は、3相モードを開始した時点で生じるが、この例では、磁束推定信号φの変動が収束するまで大きな3相電流をモータ5に供給しないため、モータ巻線7U、7V、7Wに供給した電流による新たな磁束推定信号φの揺らぎが生じず、その結果、速やかに磁束推定信号φの揺らぎを収束させることができる。
When the microcomputer 30 starts energizing the three-phase minute current, a fluctuation 58 occurs in the DC component of the signal output from the differential amplifier 8. Then, although the fluctuation of the magnetic flux estimation signal φ occurs (section 57), this quickly converges while the phase minute current is being applied.
The DC component fluctuation 58 occurs when the three-phase mode is started. In this example, since a large three-phase current is not supplied to the motor 5 until the fluctuation of the magnetic flux estimation signal φ converges, the motor windings 7U and 7V are not supplied. Therefore, the fluctuation of the new magnetic flux estimation signal φ due to the current supplied to 7 W does not occur, and as a result, the fluctuation of the magnetic flux estimation signal φ can be quickly converged.

なお、以上では、2相減速モードから3相加速モードにモードを切替える場合について説明したが、2相加速モードから3相加速モードにモード切替える際にも、所定の休止時間の後、微小な3相電流をモータ5に供給することにより磁束推定信号φの揺らぎを速やかに収束させることができる。   In the above description, the case where the mode is switched from the two-phase deceleration mode to the three-phase acceleration mode has been described. However, even when the mode is switched from the two-phase acceleration mode to the three-phase acceleration mode, a small 3 By supplying the phase current to the motor 5, the fluctuation of the magnetic flux estimation signal φ can be quickly converged.

以上の本変形例では、2相モードから3相モードに移行する際の制御回路47の安定度を増大することができ、その結果、ロータ6を正常に加速することができる。   In the present modification described above, the stability of the control circuit 47 when shifting from the two-phase mode to the three-phase mode can be increased, and as a result, the rotor 6 can be normally accelerated.

(第9の実施の形態の変形例3)
本実施の形態は、磁束推定信号φをコンパレータ4に入力する前に直流遮断フィルタに通すと共に、当該直流遮断フィルタの遮断周波数をロータ6が低速回転しているときと高速回転しているときとで切替えるものである。
第9の実施の形態で述べたように制御回路47においてLp信号設定回路15の出力をゼロとしても掛算器12がオフセット電圧を出力してゼロとならず、その結果、加算器13が出力する磁束推定信号φに直流成分が重畳される場合がある。そこで、加算器13とコンパレータ4の間に直流遮断フィルタを挿入することにより、磁束推定信号φに重畳された直流成分を除去することができる。
ところで、制御回路47は、ロータ6の始動から定常回転まで磁束推定信号φによってモータ5をフィードバック制御するため、当該直流遮断フィルタは、回転周波数にして1[Hz]程度の小さい周波数の磁束推定信号φをも通過させる必要がある。
一方、直流遮断フィルタは例えばハイパスフィルタを用いて形成される。そのため、直流遮断フィルタ2と積分器1を組み合わせた回路の周波数特性は、後に説明するように遮断周波数を小さくするとゲインが大きくなってしまい、小さな直流ノイズをも増幅されてしまう場合がある。直流ノイズが直流遮断フィルタ2と積分器1を組み合わせた回路で増幅されるとコンパレータ4が正しくROT信号を出力することが困難となる。
そこで本変形例では、加算器13とコンパレータ4の間に直流遮断フィルタを挿入し、当該直流遮断フィルタの遮断周波数をロータ6の低速回転時と、高速回転時で切替えることにより、より適切な磁束推定信号φを生成することとした。
(Modification 3 of the ninth embodiment)
In this embodiment, the magnetic flux estimation signal φ is passed through the DC cutoff filter before being input to the comparator 4, and the cutoff frequency of the DC cutoff filter is when the rotor 6 is rotating at a low speed and when the rotor 6 is rotating at a high speed. This is what is switched.
As described in the ninth embodiment, even when the output of the Lp signal setting circuit 15 is set to zero in the control circuit 47, the multiplier 12 outputs an offset voltage and does not become zero. As a result, the adder 13 outputs. There is a case where a DC component is superimposed on the magnetic flux estimation signal φ. Therefore, by inserting a DC cutoff filter between the adder 13 and the comparator 4, the DC component superimposed on the magnetic flux estimation signal φ can be removed.
By the way, since the control circuit 47 feedback-controls the motor 5 with the magnetic flux estimation signal φ from the start of the rotor 6 to the steady rotation, the DC cutoff filter has a magnetic flux estimation signal with a small frequency of about 1 [Hz] as the rotational frequency. It is also necessary to pass φ.
On the other hand, the DC cutoff filter is formed using, for example, a high-pass filter. Therefore, the frequency characteristic of the circuit combining the DC cutoff filter 2 and the integrator 1 increases the gain when the cutoff frequency is reduced as will be described later, and a small DC noise may be amplified. When the DC noise is amplified by a circuit combining the DC cutoff filter 2 and the integrator 1, it becomes difficult for the comparator 4 to output the ROT signal correctly.
Therefore, in this modification, a more appropriate magnetic flux is obtained by inserting a DC cutoff filter between the adder 13 and the comparator 4 and switching the cutoff frequency of the DC cutoff filter between the low speed rotation and the high speed rotation of the rotor 6. The estimated signal φ is generated.

本変形例で使用する直流遮断フィルタは、ハイパスフィルタにより構成されている。そのため、直流遮断フィルタと積分器を組み合わせた回路の周波数特性(ゲイン−周波数特性)は、ハイパスフィルタの周波数特性と積分器の周波数特性を加算したものとなる。
以下に図29を用いてこれらの周波数特性について説明する。
図29(a)は、遮断周波数が可変であるハイパスフィルタで遮断周波数をf1及びf2とした場合の周波数特性を示した図である。
遮断周波数がf1のときは、曲線62で示したように、低周波側から周波数f1まで急激にゲインが増大し、周波数f1よりも大きい周波数ではゲインは所定の一定値で飽和する。
同様に遮断周波数がf2(f2>f1)の場合は、曲線61で示したように、低周波側から周波数f2まで急激にゲインが増大し、周波数f2よりも大きい周波数では、ゲインは所定の一定値で飽和する。
The direct current cutoff filter used in this modification is constituted by a high-pass filter. Therefore, the frequency characteristic (gain-frequency characteristic) of the circuit combining the DC cutoff filter and the integrator is obtained by adding the frequency characteristic of the high-pass filter and the frequency characteristic of the integrator.
The frequency characteristics will be described below with reference to FIG.
FIG. 29A is a diagram illustrating frequency characteristics when the cutoff frequencies are f1 and f2 in a high-pass filter having a variable cutoff frequency.
When the cut-off frequency is f1, as shown by the curve 62, the gain increases rapidly from the low frequency side to the frequency f1, and the gain is saturated at a predetermined constant value at a frequency higher than the frequency f1.
Similarly, when the cutoff frequency is f2 (f2> f1), as shown by the curve 61, the gain increases rapidly from the low frequency side to the frequency f2, and at a frequency higher than the frequency f2, the gain is a predetermined constant value. Saturates with value.

図29(b)は、積分器の周波数特性を示した図である。直線63で示したように積分器のゲインは周波数が大きくなるにつれて直線的に減少する。
図29(c)は、直流遮断フィルタと積分器を組み合わせた回路の周波数特性を示した図である。当該直流遮断フィルタは、当該ハイパスフィルタで形成したため、直流遮断フィルタと積分器を組み合わせた回路のゲインは当該ハイパスフィルタの周波数特性と当該積分器の周波数特性を加算したものとなる。
直流遮断フィルタと積分器を組み合わせた回路の周波数特性は、ハイパスフィルタの周波数特性が曲線61で表される場合は、曲線64のように遮断周波数f2でゲインが最大となり、ハイパスフィルタの周波数特性が曲線62で表される場合は曲線65のよう遮断周波数f1でゲインが最大になる。
図29(c)から分かるように、ハイパスフィルタの遮断周波数を小さくして直流遮断フィルタと積分器を組み合わせた回路の遮断周波数を小さくすると、直流遮断フィルタと積分器を組み合わせた回路は、低周波数の信号をより通過させることができるようになるが、ゲインはΔだけ増大する。
このように、直流遮断フィルタと積分器を組み合わせた回路の遮断周波数を小さくすると、低周波数の磁束推定信号φを通過させることができるが、ゲインが大きくなるためDCノイズ(ノイズの直流成分)をも増幅してしまう。
直流遮断フィルタと積分器を組み合わせた回路の遮断周波数を小さくすると、低周波数の磁束推定信号φを通過させることができるため、モータの始動時の運転は安定するが、直流ノイズが増幅されるため、モータを定常運転しているときに運転が不安定になる場合がある。一方、直流遮断フィルタと積分器を組み合わせた回路の遮断周波数を大きくすると、直流ノイズが増幅されないのでモータの定常運転は安定するが、低周波数の磁束推定信号φが通過しにくいため、モータ始動時の運転が不安定になる場合がある。
そのため、モータ5の始動時(低い周波数の磁束推定信号φを通過させる必要がある)と、ロータ6の回転数がある程度大きくなった時点でハイパスフィルタの遮断周波数を変更するのが望ましい。
FIG. 29B is a diagram showing the frequency characteristics of the integrator. As indicated by line 63, the gain of the integrator decreases linearly as the frequency increases.
FIG. 29C is a diagram illustrating frequency characteristics of a circuit in which a DC cutoff filter and an integrator are combined. Since the DC cutoff filter is formed of the high-pass filter, the gain of the circuit combining the DC cutoff filter and the integrator is the sum of the frequency characteristics of the high-pass filter and the frequency characteristics of the integrator.
The frequency characteristic of the circuit combining the DC cutoff filter and the integrator is such that when the frequency characteristic of the high-pass filter is represented by a curve 61, the gain is maximum at the cutoff frequency f2 as shown by the curve 64, and the frequency characteristic of the high-pass filter is When represented by the curve 62, the gain becomes maximum at the cutoff frequency f1 as shown by the curve 65.
As can be seen from FIG. 29 (c), when the cutoff frequency of the high-pass filter is reduced to reduce the cutoff frequency of the circuit combining the DC cutoff filter and the integrator, the circuit combining the DC cutoff filter and the integrator has a low frequency. , The gain increases by Δ.
Thus, if the cut-off frequency of the circuit combining the DC cut-off filter and the integrator is reduced, the low-frequency magnetic flux estimation signal φ can be passed, but since the gain is increased, DC noise (DC component of noise) is reduced. Will also amplify.
If the cut-off frequency of the circuit combining the DC cut-off filter and the integrator is reduced, the low-frequency magnetic flux estimation signal φ can be passed, so that the operation at the start of the motor is stabilized, but the DC noise is amplified. The operation may become unstable when the motor is in steady operation. On the other hand, if the cutoff frequency of the circuit combining the DC cutoff filter and integrator is increased, the DC noise will not be amplified and the steady operation of the motor will be stable, but the low frequency magnetic flux estimation signal φ will be difficult to pass. May become unstable.
Therefore, it is desirable to change the cutoff frequency of the high-pass filter when the motor 5 is started (it is necessary to pass a low-frequency magnetic flux estimation signal φ) and when the rotational speed of the rotor 6 increases to some extent.

図30は、本変形例に係る制御回路48の構成を示した図である。制御回路48は、第9の実施の形態の制御回路47に新たに直流遮断フィルタ28を加算器13とコンパレータ4の間に追加すると共に、更にマイクロコンピュータ30から遮断周波数変更信号が直流遮断フィルタ28と直流遮断フィルタ2に送信されるように構成したものである。制御回路47と対応する構成要素については同じ符号を付してある。なお、本実施の形態では、直流遮断フィルタ28と共に直流遮断フィルタ2についても遮断周波数を変更できるようにした。これは、ロータ6の回転数がある程度上昇したときに遮断周波数を大きくすることにより、直流成分が積分器1で積分されるのを抑制するためである。なお、直流遮断フィルタ28のみ遮断周波数を変更できるように構成しても良い。
直流遮断フィルタ28、2は共にハイパスフィルタで構成されている。積分器1に直流成分が入力されて積分されるのは好ましくないため、本変形例では直流遮断フィルタ2の遮断周波数を可変とすることとした。
マイクロコンピュータ30は、直流遮断フィルタ28、2の遮断周波数をモータ5の停止時から始動後の所定時間(例えば10秒間)の間はf1[Hz]に設定し、所定時間経過後は遮断周波数をf2(f1<f2)[Hz]に高めて設定する。
マイクロコンピュータ30は、遮断周波数変更信号をリセット側にして直流遮断フィルタ28、2に送信することによりこれらの遮断周波数をf1[Hz]に設定し、遮断周波数変更信号をセット側にして送信することにより、これらの遮断周波数をf2に設定することができる。即ち、マイクロコンピュータ30は、遮断周波数を切替える切替え手段を構成している。
本変形例では、f1=0.05[Hz]、f2=0.5[Hz]とした。
ゲインは周波数に比例するので、遮断周波数f1時のゲインは遮断周波数f2時のゲインの10倍となる。
FIG. 30 is a diagram showing a configuration of the control circuit 48 according to this modification. The control circuit 48 newly adds a DC cutoff filter 28 between the adder 13 and the comparator 4 to the control circuit 47 of the ninth embodiment, and further, a cutoff frequency change signal is sent from the microcomputer 30 to the DC cutoff filter 28. And is configured to be transmitted to the DC cutoff filter 2. Constituent elements corresponding to the control circuit 47 are denoted by the same reference numerals. In the present embodiment, the cutoff frequency of the DC cutoff filter 2 as well as the DC cutoff filter 28 can be changed. This is to prevent the DC component from being integrated by the integrator 1 by increasing the cutoff frequency when the rotational speed of the rotor 6 increases to some extent. Only the DC cutoff filter 28 may be configured to change the cutoff frequency.
The DC cutoff filters 28 and 2 are both high-pass filters. Since it is not preferable that a DC component is input to the integrator 1 for integration, the cutoff frequency of the DC cutoff filter 2 is made variable in this modification.
The microcomputer 30 sets the cut-off frequency of the DC cut-off filters 28 and 2 to f1 [Hz] for a predetermined time (for example, 10 seconds) after starting the motor 5 from when the motor 5 is stopped, and sets the cut-off frequency after the predetermined time has elapsed. f2 (f1 <f2) [Hz] is set higher.
The microcomputer 30 sets these cutoff frequencies to f1 [Hz] by setting the cutoff frequency change signal to the reset side and sending them to the DC cutoff filters 28 and 2 and sends the cutoff frequency change signal to the set side. Thus, these cutoff frequencies can be set to f2. That is, the microcomputer 30 constitutes switching means for switching the cutoff frequency.
In this modification, f1 = 0.05 [Hz] and f2 = 0.5 [Hz].
Since the gain is proportional to the frequency, the gain at the cutoff frequency f1 is 10 times the gain at the cutoff frequency f2.

以上のように構成された制御回路48は以下のように動作する。
モータ5が停止状態から始動する時に、マイクロコンピュータ30は、直流遮断フィルタ28、2に遮断周波数変更信号をリセット側にして出力し、これらの遮断周波数をf1=0.05[Hz]に設定する。
その後、マイクロコンピュータ30は、モータ駆動回路17を2相加速モードにて始動すると、これと同時にモータ5を始動してからの経過時間の計測を開始する。
マイクロコンピュータ30は、モータ5を始動してから10秒経過すると、遮断周波数変更信号をセット側にして直流遮断フィルタ28、2に出力し、これらの遮断周波数をf2=0.5[Hz]に設定する。
以降、第9の実施の形態と同様にしてモータ5を運転する。
The control circuit 48 configured as described above operates as follows.
When the motor 5 is started from a stopped state, the microcomputer 30 outputs a cutoff frequency change signal to the DC cutoff filters 28 and 2 on the reset side, and sets these cutoff frequencies to f1 = 0.05 [Hz]. .
Thereafter, when the microcomputer 30 starts the motor drive circuit 17 in the two-phase acceleration mode, the microcomputer 30 starts measuring the elapsed time since starting the motor 5 at the same time.
When 10 seconds have elapsed after the motor 5 is started, the microcomputer 30 sets the cutoff frequency change signal to the set side and outputs it to the DC cutoff filters 28 and 2, and sets these cutoff frequencies to f2 = 0.5 [Hz]. Set.
Thereafter, the motor 5 is operated in the same manner as in the ninth embodiment.

以上に説明した本変形例では直流遮断フィルタ28、2の遮断周波数を回転開始後の短時間(例えば10秒間)のみ小さく(例えば0.05[Hz])し、当該短時間経過後は遮断周波数を高め(例えば0.5[Hz])にしてモータ5を運転するため、モータ5の始動時及び定常回転時の磁極位置を推定する信号(磁束推定信号φ、ROT信号など)が安定し、モータの安定性が向上する。   In this modification described above, the cutoff frequency of the DC cutoff filters 28 and 2 is reduced (eg, 0.05 [Hz]) only for a short time (eg, 10 seconds) after the start of rotation, and the cutoff frequency is reached after the short time has elapsed. Since the motor 5 is operated at a high value (for example, 0.5 [Hz]), signals (magnetic flux estimation signal φ, ROT signal, etc.) for estimating the magnetic pole position at the start of the motor 5 and steady rotation are stable, Improves motor stability.

なお、本変形例では、マイクロコンピュータ30が、ロータ6の回転周波数が所定の値より大きいか又は小さいかをROT信号により検出し、回転周波数が所定の値以下の場合は、直流遮断フィルタ28、2の遮断周波数をf1[Hz]に設定し、回転周波数が所定の値よりも大きい場合は、遮断周波数をf2(f1<f2)[Hz]に設定するように構成することもできる。   In this modification, the microcomputer 30 detects whether the rotational frequency of the rotor 6 is larger or smaller than a predetermined value from the ROT signal. If the rotational frequency is equal to or lower than the predetermined value, the DC cutoff filter 28, When the cutoff frequency of 2 is set to f1 [Hz] and the rotational frequency is higher than a predetermined value, the cutoff frequency can be set to f2 (f1 <f2) [Hz].

以上第9の実施の形態、及び第9の実施の形態の第1の変形例ないし第3の変形例について説明したが、これは個別に実施することもできるし、任意に組み合わせて実施することもできる。   The ninth embodiment and the first to third modifications of the ninth embodiment have been described above. However, this can be performed individually or in any combination. You can also.

(第10の実施の形態)
本実施の形態では、第9の実施の形態で説明した制御回路47によってモータを制御する真空ポンプについて説明する。
本実施の形態では、真空ポンプの一例として磁気軸受式のターボ分子ポンプを用いて説明する。
図31は、ターボ分子ポンプ301のロータ軸303の軸線方向の断面図の一例を示した図である。
ケーシング316は、円筒形の形状を有しており、ターボ分子ポンプ301の外装体を形成している。
(Tenth embodiment)
In this embodiment, a vacuum pump that controls a motor by the control circuit 47 described in the ninth embodiment will be described.
In this embodiment, a magnetic bearing type turbo molecular pump will be described as an example of a vacuum pump.
FIG. 31 is a diagram showing an example of a sectional view in the axial direction of the rotor shaft 303 of the turbo molecular pump 301.
The casing 316 has a cylindrical shape and forms an exterior body of the turbo molecular pump 301.

ケーシング316の中心には、ロータ軸303が設置されている。
紙面に向かってロータ軸303の上部と下部及び底部には、それぞれ磁気軸受部308、312、320が設けられている。ターボ分子ポンプ301が稼働しているときは、ロータ軸303は、磁気軸受部308、312によってラジアル方向(ロータ軸303の径方向)に磁気浮上し非接触で支持され、磁気軸受部320によってスラスト方向(ロータ軸303の軸方向)に磁気浮上し非接触で軸支される。
これらの磁気軸受部は、いわゆる5軸制御型の磁気軸受を構成しており、ロータ軸303、及びロータ軸303に固着したロータ311は、ロータ軸303の軸線周りに回転できるようになっている。
A rotor shaft 303 is installed at the center of the casing 316.
Magnetic bearing portions 308, 312, and 320 are provided at the upper, lower, and bottom portions of the rotor shaft 303 toward the paper surface, respectively. When the turbo molecular pump 301 is in operation, the rotor shaft 303 is magnetically levitated in the radial direction (the radial direction of the rotor shaft 303) by the magnetic bearing portions 308 and 312 and supported in a non-contact manner, and is thrust by the magnetic bearing portion 320. Magnetically levitated in the direction (axial direction of the rotor shaft 303) and supported in a non-contact manner.
These magnetic bearing portions constitute a so-called five-axis control type magnetic bearing, and the rotor shaft 303 and the rotor 311 fixed to the rotor shaft 303 can rotate around the axis of the rotor shaft 303. .

磁気軸受部308では、4つの電磁石がロータ軸303の周囲に、90°ごとに対向するように配置されている。ロータ軸303は、鉄などの高透磁率材により形成され、これらの電磁石の磁力により吸引されるようになっている。
変位センサ309は、ロータ軸303のラジアル方向の変位を検出するラジアルセンサである。制御装置325は、変位センサ309からの変位信号によってロータ軸303がラジアル方向に所定の位置から変位したことを検出すると、各電磁石の磁力を調節してロータ軸303を所定の位置に戻すように動作する。この電磁石の磁力の調節は、各電磁石の励磁電流をフィードバック制御することにより行われる。
In the magnetic bearing portion 308, four electromagnets are arranged around the rotor shaft 303 so as to face each other at 90 °. The rotor shaft 303 is formed of a high permeability material such as iron and is attracted by the magnetic force of these electromagnets.
The displacement sensor 309 is a radial sensor that detects the displacement of the rotor shaft 303 in the radial direction. When the control device 325 detects that the rotor shaft 303 is displaced from the predetermined position in the radial direction by the displacement signal from the displacement sensor 309, the control device 325 adjusts the magnetic force of each electromagnet so as to return the rotor shaft 303 to the predetermined position. Operate. The adjustment of the magnetic force of the electromagnet is performed by feedback controlling the excitation current of each electromagnet.

このように、制御装置325は変位センサ309の信号に基づいて磁気軸受部308をフィードバック制御し、これによってロータ軸303は、磁気軸受部308において電磁石から所定のクリアランスを隔ててラジアル方向に磁気浮上し、空間中に非接触で保持される。   In this manner, the control device 325 feedback-controls the magnetic bearing portion 308 based on the signal from the displacement sensor 309, whereby the rotor shaft 303 is magnetically levitated in the radial direction with a predetermined clearance from the electromagnet in the magnetic bearing portion 308. And is held in the space without contact.

磁気軸受部312の構成と作用は、磁気軸受部308と同様である。
磁気軸受部312では、ロータ軸303の周囲に、90°ごとに電磁石が4つ配置されており、これらの電磁石の磁力の吸引力により、ロータ軸303は、磁気軸受部312でラジアル方向に非接触で保持される。
変位センサ313は、ロータ軸303のラジアル方向の変位を検出するラジアルセンサである。
The configuration and operation of the magnetic bearing portion 312 are the same as those of the magnetic bearing portion 308.
In the magnetic bearing portion 312, four electromagnets are arranged around the rotor shaft 303 every 90 °, and the rotor shaft 303 is non-radially arranged in the radial direction by the magnetic bearing portion 312 due to the attractive force of the magnetic force of these electromagnets. Held in contact.
The displacement sensor 313 is a radial sensor that detects the displacement of the rotor shaft 303 in the radial direction.

制御装置325は、変位センサ313からロータ軸303がラジアル方向の変位信号を受信すると、この変位を修正してロータ軸303を所定の位置に保持するように電磁石の励磁電流をフィードバック制御する。
制御装置325は、変位センサ313の信号に基づいて磁気軸受部312をフィードバック制御し、これによってロータ軸303は、磁気軸受部312でラジアル方向に磁気浮上し、空間中に非接触で保持される。
When the rotor shaft 303 receives a radial displacement signal from the displacement sensor 313 from the displacement sensor 313, the control device 325 feedback-controls the excitation current of the electromagnet so that the displacement is corrected and the rotor shaft 303 is held at a predetermined position.
The control device 325 feedback-controls the magnetic bearing portion 312 based on the signal of the displacement sensor 313, whereby the rotor shaft 303 is magnetically levitated in the radial direction by the magnetic bearing portion 312 and is held in a non-contact manner in the space. .

ロータ軸303の下端に設けられた磁気軸受部320は、円板状の金属ディスク318、電磁石314、315、変位センサ317によって構成され、ロータ軸303をスラスト方向に保持する。
金属ディスク318は、鉄などの高透磁率材で構成されており、その中心においてロータ軸303に垂直に固定されている。金属ディスク318の上には電磁石314が設置され、下には電磁石315が設置されている。電磁石314は、磁力により金属ディスク318を上方に吸引し、電磁石315は、金属ディスク318を下方に吸引する。制御装置325は、この電磁石314、315が金属ディスク318に及ぼす磁力を適当に調節し、ロータ軸303をスラスト方向に磁気浮上させ、空間に非接触で保持するようになっている。
The magnetic bearing portion 320 provided at the lower end of the rotor shaft 303 includes a disk-shaped metal disk 318, electromagnets 314 and 315, and a displacement sensor 317, and holds the rotor shaft 303 in the thrust direction.
The metal disk 318 is made of a high magnetic permeability material such as iron, and is fixed perpendicularly to the rotor shaft 303 at the center thereof. An electromagnet 314 is installed on the metal disk 318 and an electromagnet 315 is installed below. The electromagnet 314 attracts the metal disk 318 upward by magnetic force, and the electromagnet 315 attracts the metal disk 318 downward. The control device 325 appropriately adjusts the magnetic force exerted by the electromagnets 314 and 315 on the metal disk 318 so that the rotor shaft 303 is magnetically levitated in the thrust direction and held in the space without contact.

変位センサ317は、ロータ軸303のスラスト方向の変位を検出するアキシャルセンサであって、検出した信号を制御装置325に送信する。制御装置325は、変位センサ317から受信した変位検出信号によりロータ軸303のスラスト方向の変位を検出する。
ロータ軸303がスラスト方向のどちらかに移動して所定の位置から変位した場合、制御装置325は、この変位を修正すように電磁石314、315の励磁電流をフィードバック制御して磁力を調節し、ロータ軸303を所定の位置に戻すように動作する。制御装置325の、このフィードバック制御により、ロータ軸303はスラスト方向に所定の位置で磁気浮上し、保持される。
以上に説明したように、ロータ軸303は、磁気軸受部308、312によりラジアル方向に保持され、磁気軸受部320によりスラスト方向に保持されるため、ロータ軸303は磁気浮上によりの軸線周りに非接触で軸支される。
The displacement sensor 317 is an axial sensor that detects the displacement of the rotor shaft 303 in the thrust direction, and transmits the detected signal to the control device 325. The control device 325 detects the displacement of the rotor shaft 303 in the thrust direction based on the displacement detection signal received from the displacement sensor 317.
When the rotor shaft 303 moves in one of the thrust directions and is displaced from a predetermined position, the control device 325 adjusts the magnetic force by feedback controlling the excitation current of the electromagnets 314 and 315 so as to correct this displacement, It operates to return the rotor shaft 303 to a predetermined position. By this feedback control of the control device 325, the rotor shaft 303 is magnetically levitated and held at a predetermined position in the thrust direction.
As described above, the rotor shaft 303 is held in the radial direction by the magnetic bearing portions 308 and 312 and is held in the thrust direction by the magnetic bearing portion 320. Therefore, the rotor shaft 303 is non-rotated around the axis due to magnetic levitation. It is supported by contact.

ロータ軸303の軸線方向に、磁気軸受部308の上には保護ベアリング306が、磁気軸受部312の下には保護ベアリング307がそれぞれ設けてある。
ロータ軸303は、磁気軸受部308、312、320により、磁気浮上し、空間中に非接触で保持されているが、ロータ軸303の軸線周りの振れが生じるなどして、ロータ軸303が保持位置から大きくずれる場合がある。保護ベアリング306、307は、このような場合に、ロータ軸303が磁気軸受部308、312、320の電磁石に接触したり、モータ部310で永久磁石が電磁石に接触するのを防ぐために設けられている。
ロータ軸303が所定の位置からある量以上移動すると、ロータ軸303は保護ベアリング306、307に接触し、ロータ軸303の移動は物理的に制限される。
In the axial direction of the rotor shaft 303, a protective bearing 306 is provided above the magnetic bearing portion 308, and a protective bearing 307 is provided below the magnetic bearing portion 312.
The rotor shaft 303 is magnetically levitated by the magnetic bearing portions 308, 312, and 320 and is held in a non-contact manner in the space. However, the rotor shaft 303 is held due to vibration around the axis of the rotor shaft 303. There may be a large deviation from the position. In such a case, the protective bearings 306 and 307 are provided to prevent the rotor shaft 303 from contacting the electromagnets of the magnetic bearing portions 308, 312, and 320 and the motor portion 310 from contacting the permanent magnets. Yes.
When the rotor shaft 303 moves a certain amount or more from a predetermined position, the rotor shaft 303 contacts the protective bearings 306 and 307, and the movement of the rotor shaft 303 is physically limited.

ロータ軸303には、磁気軸受部308、312の間にモータ部310が設けてある。モータ部310は、DCブラシレスモータで構成されており、後程図32を用いて詳細に説明する。モータ部310はトルクを発生し、ロータ軸303を回転させる。   The rotor shaft 303 is provided with a motor portion 310 between the magnetic bearing portions 308 and 312. The motor unit 310 is composed of a DC brushless motor, and will be described in detail later with reference to FIG. The motor unit 310 generates torque and rotates the rotor shaft 303.

ロータ311は、ボルト305によってロータ軸303に固定されており、ロータ軸303がモータ部310によって駆動され回転するとこれに伴ってロータ311も回転するようになっている。
ロータ311の吸気口324の側には、ロータ翼321が、ロータ軸303の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜して、ロータ311から放射状に複数段取り付けてある。ロータ翼321は、ロータ311に固着されており、ロータ311と共に高速回転するようになっている。
また、ケーシング316には、ステータ翼322が、ケーシング316の内側に向けて、ロータ翼321の段と互い違いに固定されてる。また、ステータ翼322はロータ軸303の軸線に垂直な平面から所定の角度をもって、ケーシング316に固定されている。
The rotor 311 is fixed to the rotor shaft 303 by bolts 305. When the rotor shaft 303 is driven and rotated by the motor unit 310, the rotor 311 also rotates accordingly.
The rotor blades 321 are attached to the rotor 311 on the air inlet 324 side by a predetermined angle from the plane perpendicular to the axis of the rotor shaft 303 and radially attached to the rotor 311. The rotor blades 321 are fixed to the rotor 311 and rotate at a high speed together with the rotor 311.
In addition, the stator blades 322 are fixed to the casing 316 alternately with the stage of the rotor blades 321 toward the inside of the casing 316. The stator blade 322 is fixed to the casing 316 at a predetermined angle from a plane perpendicular to the axis of the rotor shaft 303.

ロータ311の排気口319側の部分は外周面が円筒で形成されている。ロータ311の外周には、当該外周面から所定の間隙を隔てて円筒状のねじ溝スペーサ302が配設されている。ねじ溝スペーサ302は、例えばアルミなどで形成されている。ねじ溝スペーサ302とロータ311によりねじ溝ポンプ部が形成されている。
ねじ溝スペーサの内周面にはらせん状のねじ溝304が形成されており、ねじ溝304の深さは下段に行くほど小さくなっている。ロータ311が回転すると、ねじ溝304をガスが下段へ輸送されるが、ねじ溝304の深さが下段に行くに従って小さくなるため、ガスはねじ溝304中を輸送されるに従って圧縮されるようになっている。
The portion of the rotor 311 on the exhaust port 319 side has a cylindrical outer peripheral surface. A cylindrical thread groove spacer 302 is disposed on the outer periphery of the rotor 311 with a predetermined gap from the outer peripheral surface. The thread groove spacer 302 is made of, for example, aluminum. A thread groove pump part is formed by the thread groove spacer 302 and the rotor 311.
A spiral thread groove 304 is formed on the inner peripheral surface of the thread groove spacer, and the depth of the thread groove 304 decreases as it goes down. When the rotor 311 rotates, the gas is transported down the screw groove 304, but the depth of the screw groove 304 decreases as it goes down, so that the gas is compressed as it is transported through the screw groove 304. It has become.

制御装置325は、ターボ分子ポンプ1のコネクタに接続されており、磁気軸受部308、312、320やモータ部310の制御などを行っている。
制御装置325は、第9の実施の形態で示した制御回路47が格納されており、制御回路47がモータ部310を制御する。
吸気口324から吸引されたガスは、ロータ翼321とステータ翼322の作用により圧縮され、ねじ溝ポンプ部に送られる。
ねじ溝ポンプ部に送られたガスは、ねじ溝304中をガイドされながら下段へ輸送され、更に圧縮された後、排気口319から排出される。
The control device 325 is connected to the connector of the turbo molecular pump 1 and controls the magnetic bearing units 308, 312, 320 and the motor unit 310.
The control device 325 stores the control circuit 47 described in the ninth embodiment, and the control circuit 47 controls the motor unit 310.
The gas sucked from the intake port 324 is compressed by the action of the rotor blades 321 and the stator blades 322 and sent to the thread groove pump unit.
The gas sent to the thread groove pump section is transported to the lower stage while being guided through the thread groove 304, further compressed, and then discharged from the exhaust port 319.

図32は、モータ部310のX−X方向の断面(図31)を示した模式図である。モータ部310は、制御回路47のモータ5に相当する部分であり、モータ部310は、永久磁石が固着されたロータ軸303とその周囲に配設された電磁石(ステータコイル)から構成されたインナロータ型のモータにより構成されている。
モータ部10は、U相電磁石326e、326f、V相電磁石326c、326d及びW相電磁石326a、326bの各電磁石を有している。これら電磁石は60度ごとに同心状に、かつ同相の電磁石は互いに対向するように配設されており、各電磁石には各相に対応するモータ巻線7U、7V、7Wが巻いてある。これらの電磁石のコアは積層鋼板などによって構成されており、モータ巻線に電流が供給されると励磁されるようになっている。また、例えば、モータ巻線7Uに電流を流すとU相電磁石326eがN極になり、U相電磁石326fがS極になるといったように、モータ巻線7U、7V、7Wは、対向する各電磁石の極性が逆になるよう巻かれている。
FIG. 32 is a schematic diagram showing a cross section (FIG. 31) of the motor unit 310 in the XX direction. The motor unit 310 is a part corresponding to the motor 5 of the control circuit 47, and the motor unit 310 is composed of a rotor shaft 303 to which a permanent magnet is fixed and an electromagnet (stator coil) disposed around the rotor shaft 303. It is composed of a mold motor.
The motor unit 10 includes U-phase electromagnets 326e and 326f, V-phase electromagnets 326c and 326d, and W-phase electromagnets 326a and 326b. These electromagnets are arranged concentrically every 60 degrees and in-phase electromagnets are opposed to each other, and motor windings 7U, 7V, and 7W corresponding to the respective phases are wound around each electromagnet. The cores of these electromagnets are composed of laminated steel plates and the like, and are excited when current is supplied to the motor windings. Further, for example, when a current is passed through the motor winding 7U, the U-phase electromagnet 326e becomes the N pole and the U-phase electromagnet 326f becomes the S pole, so that the motor windings 7U, 7V, 7W It is wound so that the polarity of is reversed.

図32の例は、駆動電圧ベクトル1が出力されているところを表しており(モータ巻線7Uから7Vに電流が流れている)、電磁石326cと326eがS極となっている。出力される駆動電圧ベクトルが2→3→4→5→6と変化すると、S極となる電磁石が326e、326b→326b、326d→326d、326f→326f、326a→326a、326cと変化し(これらに対向する電磁石はそれぞれN極となる)、駆動電圧ベクトルが1から6まで一周すると、ロータ軸303上に生成される磁界はロータ軸303の回転方向に一周するようになっている。   The example of FIG. 32 shows that the drive voltage vector 1 is output (current flows from the motor winding 7U to 7V), and the electromagnets 326c and 326e are S poles. When the output drive voltage vector changes from 2 → 3 → 4 → 5 → 6, the S pole electromagnet changes from 326e, 326b → 326b, 326d → 326d, 326f → 326f, 326a → 326a, 326c (these When the driving voltage vector makes one round from 1 to 6, the magnetic field generated on the rotor shaft 303 makes one round in the rotation direction of the rotor shaft 303.

一方、ロータ軸303上には、2つの永久磁石328、239が固着してあり、電磁石の各電磁石に対向する面が、ロータ軸303の周方向の半周ごとにN極(永久磁石328)、及びS極(永久磁石329)となるようになっている。
図32に示したように、駆動電圧ベクトル1が出力されると電磁石326c、326eがS極、電磁石326d、326fがN極となり、かつ、永久磁石328は紙面上側、329は下側に位置している場合、永久磁石328は電磁石326c、326eに吸引され、永久磁石329は、電磁石326d、326fに吸引されるため、ロータ軸303に紙面に向かって時計方向のトルクを生じる。
このように、磁極328、329の位置を検出しながら、ロータ軸303にトルクを生じるように駆動電圧ベクトルを1→2→3→4→5→6と順次出力することによってロータ軸303を回転させることができる。なお、磁極328、329の位置の検出は、磁束推定信号φによって行う。
また、逆に、永久磁石328、329が図32で示した位置にあるときに、電磁石326c、326eをN極、電磁石326d、326fをS極にすると(即ち極性を反転すると)、ロータ軸303に反時計方向のトルクが生じ、ロータ軸303(時計方向に回転しているとする)にブレーキをかけることができる。
On the other hand, two permanent magnets 328 and 239 are fixed on the rotor shaft 303, and the surface of each electromagnet facing the electromagnet has N poles (permanent magnets 328) for each half circumference of the rotor shaft 303 in the circumferential direction. And an S pole (permanent magnet 329).
As shown in FIG. 32, when the drive voltage vector 1 is output, the electromagnets 326c and 326e become the S pole, the electromagnets 326d and 326f become the N pole, the permanent magnet 328 is located on the upper side of the page, and the 329 is located on the lower side. In this case, the permanent magnet 328 is attracted by the electromagnets 326c and 326e, and the permanent magnet 329 is attracted by the electromagnets 326d and 326f, so that the rotor shaft 303 generates a clockwise torque toward the paper surface.
In this manner, the rotor shaft 303 is rotated by sequentially outputting the drive voltage vector 1 → 2 → 3 → 4 → 5 → 6 so as to generate torque on the rotor shaft 303 while detecting the positions of the magnetic poles 328 and 329. Can be made. The positions of the magnetic poles 328 and 329 are detected by the magnetic flux estimation signal φ.
Conversely, when the permanent magnets 328 and 329 are at the positions shown in FIG. 32, the electromagnets 326c and 326e are set to the N pole and the electromagnets 326d and 326f are set to the S pole (that is, the polarity is reversed). Thus, a counterclockwise torque is generated, and the rotor shaft 303 (assuming rotating clockwise) can be braked.

以上のように構成されたターボ分子ポンプ301は、以下のように動作する。
停止状態から始動する場合は、制御装置325が磁気軸受部308、312、320を駆動してロータ軸303を磁気浮上した後、モータ部310モータ部310を2相加速モードにて駆動し、ロータ軸303を回転させる。
ロータ軸303の回転周波数がPLL回路をロックできる周波数(例えば30Hz)に達すると、制御装置325は、モータ部310の駆動を3相加速モードに切替えて、定常回転(例えば毎分3万回転)まで、ロータ軸303を加速する。そして、そのまま3相加速モードにてロータ軸303の回転を維持する。
ロータ軸303が回転するとターボ分子ポンプ301が接続されたチャンバ(被排気容器)内のガスは吸気口324から吸引されて、ロータ翼321及びステータ翼322の作用により圧縮される。
ロータ翼321及びステータ翼322で圧縮されたガスはねじ溝ポンプ部のねじ溝304を輸送されながら更に圧縮された後、排気口319から排出される。
ターボ分子ポンプ301を定常運転状態から停止する場合は、制御装置325は、ロータ軸303の回転を3相減速モードにて所定の回転周波数(例えば60[Hz]程度)まで減速した後、2相減速モードに切替えて更に減速して停止させる。制御装置325は、ロータ軸303の回転を停止した後、磁気軸受部308、312、320を停止する。
なお、以上は、2相加速モード→3相加速モード→3相減速モード→2相減速モードの順でターボ分子ポンプ301を運転したが、モードの切替えは第9の実施の形態で説明したように8種類ある。
The turbo molecular pump 301 configured as described above operates as follows.
When starting from the stop state, the control device 325 drives the magnetic bearing portions 308, 312, and 320 to magnetically float the rotor shaft 303, and then drives the motor portion 310 and the motor portion 310 in the two-phase acceleration mode. The shaft 303 is rotated.
When the rotation frequency of the rotor shaft 303 reaches a frequency (for example, 30 Hz) at which the PLL circuit can be locked, the control device 325 switches the drive of the motor unit 310 to the three-phase acceleration mode and performs steady rotation (for example, 30,000 rotations per minute). Until the rotor shaft 303 is accelerated. Then, the rotation of the rotor shaft 303 is maintained as it is in the three-phase acceleration mode.
When the rotor shaft 303 rotates, the gas in the chamber (exhaust vessel) to which the turbo molecular pump 301 is connected is sucked from the intake port 324 and compressed by the action of the rotor blade 321 and the stator blade 322.
The gas compressed by the rotor blades 321 and the stator blades 322 is further compressed while being transported through the thread groove 304 of the thread groove pump portion, and then discharged from the exhaust port 319.
When the turbo molecular pump 301 is stopped from the steady operation state, the control device 325 decelerates the rotation of the rotor shaft 303 to a predetermined rotation frequency (for example, about 60 [Hz]) in the three-phase deceleration mode, and then performs the two-phase operation. Switch to deceleration mode and further decelerate to stop. The control device 325 stops the magnetic bearing portions 308, 312, and 320 after stopping the rotation of the rotor shaft 303.
Although the turbo molecular pump 301 is operated in the order of the two-phase acceleration mode → the three-phase acceleration mode → the three-phase deceleration mode → the two-phase deceleration mode as described above, the mode switching is as described in the ninth embodiment. There are 8 types.

以上本実施の形態では、以下の効果を得ることができる。
2相加速モードでは、磁極328、329の初期位置に関わらずロータ軸3の回転をスタートさせることができるため、ロータ軸3の始動時に磁極328、329を直流制動する必要が無い。
PLL回路16がロックできない回転周波数に於いても磁束推定信号φにて磁極位置328、329を検出して界磁をフィードバック制御することができる。
以上の2点によりターボ分子ポンプ301の始動時間を短縮することができ、また起動の失敗を抑制することかできる。
また、ターボ分子ポンプ301が稼動中に、例えば外気突入などの外乱があってロータ軸3の回転周波数が大きく変化した場合でも、ロータ軸3を磁束推定信号φによって脱調せずに制御することができる。
As described above, in the present embodiment, the following effects can be obtained.
In the two-phase acceleration mode, the rotation of the rotor shaft 3 can be started regardless of the initial positions of the magnetic poles 328 and 329. Therefore, it is not necessary to DC brake the magnetic poles 328 and 329 when the rotor shaft 3 is started.
Even at a rotation frequency at which the PLL circuit 16 cannot be locked, the magnetic pole positions 328 and 329 can be detected by the magnetic flux estimation signal φ and the field can be feedback-controlled.
With the above two points, the startup time of the turbo molecular pump 301 can be shortened, and startup failure can be suppressed.
Further, even when the turbo molecular pump 301 is in operation and there is a disturbance such as an outside air entry and the rotation frequency of the rotor shaft 3 changes greatly, the rotor shaft 3 is controlled without being stepped out by the magnetic flux estimation signal φ. Can do.

以上本実施の形態では、モータ部310は、ロータ軸3に固着した2個の永久磁石とその周囲に配設された6個の電磁石とから構成した(3相2極)が、これに限定するものではなく、その他の個数の永久磁石や電磁石から構成することもできる。
なお、起動時に永久磁石328、329を直流制動する際のロータ軸303の振動を、磁気軸受部308、312、320を用いずに保護ベアリング306、307を用いて機械的摩擦により減衰させることも考えられるが、磁気軸受部308、312、320を停止して直流制動する回路を構成する必要があり、また、保護ベアリング306、307の磨耗を招くので好ましくない。
また、本実施の形態では、制御装置325にモータ部310の制御回路として第9の実施の形態の制御回路47を装備したが、これに限定するものではなく、第1の実施の形態ないし第8の実施の形態及び第9の実施の形態の各変形例に係る制御装置(制御回路)を装備することもできる。まお、第3の実施の形態の制御回路143を用いる場合は、回転数センサ125をロータ軸103近傍に取り付ける。例えばロータ軸303の下端にターゲットとして永久磁石を取付け、これをホールセンサなどで検出するように構成することができる。
本実施の形態においては、磁気軸受式のターボ分子ポンプの例を挙げたが、軸受の方式はこれに限定されるものではなく、ころがり軸受やすべり軸受などの機械式軸受を用いたものでも良い。すべり軸受としては、気体や液体による静圧軸受や動圧軸受を用いても良い。
As described above, in the present embodiment, the motor unit 310 is composed of two permanent magnets fixed to the rotor shaft 3 and six electromagnets disposed around the permanent magnet (three-phase two-pole), but is not limited thereto. However, it may be composed of other numbers of permanent magnets or electromagnets.
In addition, the vibration of the rotor shaft 303 when the permanent magnets 328 and 329 are DC-brake at the time of activation may be attenuated by mechanical friction using the protective bearings 306 and 307 without using the magnetic bearing portions 308, 312, and 320. Although it is conceivable, it is necessary to configure a circuit for DC braking by stopping the magnetic bearing portions 308, 312, 320, and the protective bearings 306, 307 are worn, which is not preferable.
In the present embodiment, the control device 325 is equipped with the control circuit 47 of the ninth embodiment as the control circuit of the motor unit 310, but the present invention is not limited to this, and the first embodiment to the first embodiment. A control device (control circuit) according to each modification of the eighth embodiment and the ninth embodiment can also be provided. When the control circuit 143 according to the third embodiment is used, the rotational speed sensor 125 is attached in the vicinity of the rotor shaft 103. For example, a permanent magnet can be attached as a target to the lower end of the rotor shaft 303 and detected by a hall sensor or the like.
In this embodiment, an example of a magnetic bearing type turbo molecular pump is given, but the method of the bearing is not limited to this, and a mechanical type bearing such as a rolling bearing or a sliding bearing may be used. . As the slide bearing, a hydrostatic bearing or a hydrodynamic bearing using gas or liquid may be used.

(第11の実施の形態)
本実施の形態は、モータ5をアウタロータ型のモータで構成したものである。
以下に図33を用いてアウタロータ型のモータ5の構成の一例を説明する。なお、制御回路47の構成及び動作の説明は、第9の実施の形態と同様であるので省略する。
ロータ6は、永久磁石86、87、ヨーク88及び図示しないロータ軸などから構成されている。
ヨーク88は円筒形状に形成された鉄などであり、内周面に永久磁石86、87が固着されている。本実施の形態では、永久磁石は2極とし、それぞれ内周面側が永久磁石86はS極、永久磁石87はN極となっている。
一方、ステータはステータコア85、モータ巻線7U、7V、7Wなどから構成されている。ステータコア85には、120度ごとにU相、V相、W相の磁極が形成されており、それぞれの磁極にはモータ巻線7U、7V、7Wが巻かれている。
(Eleventh embodiment)
In the present embodiment, the motor 5 is constituted by an outer rotor type motor.
An example of the configuration of the outer rotor type motor 5 will be described below with reference to FIG. The description of the configuration and operation of the control circuit 47 is the same as in the ninth embodiment, and will not be repeated.
The rotor 6 includes permanent magnets 86 and 87, a yoke 88, a rotor shaft (not shown), and the like.
The yoke 88 is iron or the like formed in a cylindrical shape, and permanent magnets 86 and 87 are fixed to the inner peripheral surface. In the present embodiment, the permanent magnet has two poles, and on the inner peripheral surface side, the permanent magnet 86 has an S pole and the permanent magnet 87 has an N pole.
On the other hand, the stator includes a stator core 85, motor windings 7U, 7V, 7W, and the like. The stator core 85 has U-phase, V-phase, and W-phase magnetic poles formed every 120 degrees, and motor windings 7U, 7V, and 7W are wound around the magnetic poles.

このように構成されたモータ5は、以下のように動作する。
[2相モードの場合]
マイクロコンピュータ30(制御回路47、図11参照)は、コンパレータ4から出力されるROT信号に同期して、モータ駆動回路17のトランジスタ7b、7c、7e、7fをオンオフし、駆動電圧ベクトル3、5を交互にモータ巻線7U、7V、7Wに出力する。これによって、ロータ6は回転する。
なお、駆動電圧ベクトル3が出力されているときは電流はV→W方向に流れ、駆動電圧ベクトル5が出力されているときは電流はW→U方向に流れる。
マイクロコンピュータ30は、インダクタンス値信号Lp及び抵抗値信号Rpをゼロとして掛算器12及び掛算器10の出力をゼロとしている。
[3相モードの場合]
マイクロコンピュータ30は、PLL回路16から出力される12×fROT信号に同期してモータ駆動回路17のトランジスタ7a、7b、7c、7d、7e、7fをオンオフし、駆動電圧ベクトル1ないし駆動電圧ベクトル6を順次モータ巻線7U、7V、7Wに出力する。これによって、ロータ6は、回転する。
マイクロコンピュータ30は、Rp信号設定回路14及びLp信号設定回路にそれぞれ抵抗値信号Rp及びインダクタンス値信号Lpを出力させている。
The motor 5 configured as described above operates as follows.
[In 2-phase mode]
The microcomputer 30 (control circuit 47, see FIG. 11) turns on and off the transistors 7b, 7c, 7e and 7f of the motor drive circuit 17 in synchronization with the ROT signal output from the comparator 4, and drives the drive voltage vectors 3, 5 Are alternately output to the motor windings 7U, 7V, and 7W. As a result, the rotor 6 rotates.
When the drive voltage vector 3 is output, the current flows in the V → W direction, and when the drive voltage vector 5 is output, the current flows in the W → U direction.
The microcomputer 30 sets the output of the multiplier 12 and the multiplier 10 to zero by setting the inductance value signal Lp and the resistance value signal Rp to zero.
[Three-phase mode]
The microcomputer 30 turns on and off the transistors 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, and 7f of the motor drive circuit 17 in synchronization with the 12 × fROT signal output from the PLL circuit 16, and drives the drive voltage vector 1 to the drive voltage vector 6 Are sequentially output to the motor windings 7U, 7V, and 7W. Thereby, the rotor 6 rotates.
The microcomputer 30 causes the Rp signal setting circuit 14 and the Lp signal setting circuit to output a resistance value signal Rp and an inductance value signal Lp, respectively.

以上の例では、モータ5を第9の実施の形態の制御回路47によって駆動したが、第1の実施の形態ないし第8の実施の形態及び第9の実施の形態の各変形例に係る制御装置を用いて駆動することもできる。このうち第3の実施の形態に係る制御回路143によって駆動する場合は、回転速度センサ125(図5)をモータ5に設置する。
また、モータ5は、例えばステータコイルの極数が6及びロータ6の極数が6であるモータなど、他の形態の形態のモータとすることができる。
更に、本実施の形態のモータ5は、ラジアル方向にエアギャップのあるラジアルエアギャップ型のモータであるが、アキシャル方向(回転軸の方向)にエアギャップのあるアキシャルエアギャップ型のモータとしても良い。
In the above example, the motor 5 is driven by the control circuit 47 of the ninth embodiment. However, the control according to each modification of the first to eighth embodiments and the ninth embodiment. It can also be driven using a device. Among these, when driven by the control circuit 143 according to the third embodiment, the rotational speed sensor 125 (FIG. 5) is installed in the motor 5.
Further, the motor 5 can be a motor of another form, for example, a motor in which the number of poles of the stator coil is 6 and the number of poles of the rotor 6 is 6.
Further, the motor 5 of the present embodiment is a radial air gap type motor having an air gap in the radial direction, but may be an axial air gap type motor having an air gap in the axial direction (direction of the rotation shaft). .

本発明の第1の実施の形態に係るブラシレスモータの制御回路を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the control circuit of the brushless motor which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係るブラシレスモータの制御回路の波形図である。It is a wave form diagram of the control circuit of the brushless motor which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態に係るブラシレスモータの制御回路を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the control circuit of the brushless motor which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態に係るブラシレスモータの制御回路の波形図である。It is a wave form diagram of the control circuit of the brushless motor which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態に係るブラシレスモータの制御回路を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the control circuit of the brushless motor which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態に係るブラシレスモータの制御回路の波形図である。It is a wave form diagram of the control circuit of the brushless motor which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 位相差Yと、駆動電圧ベクトルと、位相遅れ量Dとの関係を表した表である。4 is a table showing the relationship between a phase difference Y, a drive voltage vector, and a phase delay amount D. ブラシレスモータの構造を示した図である。It is the figure which showed the structure of the brushless motor. 駆動電圧ベクトルを示した図である。It is the figure which showed the drive voltage vector. モータ巻線の抵抗値、インダクタンス及び接続ケーブルの抵抗値を示した図である。It is the figure which showed the resistance value of the motor winding, the inductance, and the resistance value of a connection cable. 第4の実施の形態の制御回路の構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the structure of the control circuit of 4th Embodiment. 同回路を用いてロータを回転させた場合のモータ巻線の電流、電圧、磁束推定信号φu−v、ROT信号等の波形を示した波形図である。It is a wave form diagram showing waveforms, such as a current of a motor winding at the time of rotating a rotor using the circuit, a voltage, magnetic flux presumption signal φu-v, and a ROT signal. 第5の実施の形態の制御回路の構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the structure of the control circuit of 5th Embodiment. 第6の実施の形態の制御回路の構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the structure of the control circuit of 6th Embodiment. 第7の実施の形態の制御回路の構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the structure of the control circuit of 7th Embodiment. 第8の実施の形態の制御回路の構成を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the structure of the control circuit of 8th Embodiment. 第8の実施の形態のモータ電圧等の関係を示したベクトル図である。It is the vector figure which showed the relationship of the motor voltage etc. of 8th Embodiment. 図17の各ベクトルを積分して得られたベクトルの関係を示したベクトル図である。FIG. 18 is a vector diagram showing the relationship of vectors obtained by integrating the vectors in FIG. 17. 第8の実施の形態でロータをフリーランした場合と駆動電流を供給した場合のROT信号のずれを示した図である。It is the figure which showed the shift | offset | difference of the ROT signal when the rotor is free-runned in the eighth embodiment and when the drive current is supplied. 従来のセンサレスブラシレスモータのロータの磁極位置検出のタイミングを示した図である。It is the figure which showed the timing of the magnetic pole position detection of the rotor of the conventional sensorless brushless motor. 第9の実施の形態に係る制御回路の構成を示した図である。It is the figure which showed the structure of the control circuit which concerns on 9th Embodiment. 本実施の形態における制御回路の動作モードとロータの回転周波数の関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the operation mode of the control circuit in this Embodiment, and the rotational frequency of a rotor. 駆動電圧ベクトルの番号及びモータ巻線に流す電流の方向及びスイッチングするトランジスタの関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the number of a drive voltage vector, the direction of the electric current sent through a motor winding, and the transistor to switch. 磁界によってロータを減速する仕組みを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the mechanism which decelerates a rotor with a magnetic field. 第9の実施の形態の変形例に係る制御回路の構成を示した図である。It is the figure which showed the structure of the control circuit which concerns on the modification of 9th Embodiment. (a)は、差動増幅器から出力される直流成分を示した図であり、(b)は、掛算器の出力をゼロとした場合の直流遮断フィルタから出力をされる直流成分を表した図であり、(c)は、掛算器から所定の信号を出力した場合の直流遮断フィルタから出力される直流成分を表した図である。(A) is the figure which showed the direct current component output from a differential amplifier, (b) is the figure showing the direct current component output from the direct current cutoff filter when the output of a multiplier is made into zero. (C) is a diagram showing a DC component output from the DC cutoff filter when a predetermined signal is output from the multiplier. 2相減速モードから休止時間を経て3相加速モードに切替えた場合の差動増幅器の信号の直流成分、磁束推定信号、W相の電流の変化を示した図である。It is the figure which showed the direct current component of the signal of a differential amplifier, the magnetic flux estimation signal, and the change of the electric current of a W phase at the time of switching from a two-phase deceleration mode to a three-phase acceleration mode through a rest time. 2相モードから3相モードに切替える際に、モータ巻線に微小電流を通電した場合の差動増幅器、磁束推定信号、W相の電流の変化を示した図である。It is the figure which showed the change of the differential amplifier, the magnetic flux estimation signal, and the electric current of W phase at the time of energizing a small current to a motor winding, when changing from 2 phase mode to 3 phase mode. (a)は、遮断周波数が可変であるハイパスフィルタで遮断周波数をf1及びf2とした場合の周波数特性を示した図であり、(b)は、積分器の周波数特性を示した図であり、(c)は、直流遮断フィルタと積分器を組み合わせた回路の周波数特性を示した図である。(A) is the figure which showed the frequency characteristic at the time of making cutoff frequency f1 and f2 with the high pass filter with which cutoff frequency is variable, (b) is the figure which showed the frequency characteristic of the integrator, (C) is the figure which showed the frequency characteristic of the circuit which combined the direct current | flow cutoff filter and the integrator. 第9の実施の形態の変形例3に係る制御回路の構成を示した図である。It is the figure which showed the structure of the control circuit which concerns on the modification 3 of 9th Embodiment. ターボ分子ポンプの断面図の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of sectional drawing of a turbo-molecular pump. モータ部の断面を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the cross section of the motor part. アウタロータ型のモータの構成の一例を示した図である。It is a figure showing an example of composition of an outer rotor type motor.

符号の説明Explanation of symbols

1 積分器
2 直流遮断フィルタ
3U、3V、3W 接続ケーブル
4 コンパレータ
5 モータ
6 ロータ
7U、7V、7W モータ巻線
8 差動増幅器
9 差動増幅器
10 掛算器
11 加算器
12 掛算器
13 加算器
16 PLL回路
17 モータ駆動回路
19 駆動制御回路
22 ローパスフィルタ
23 ローパスフィルタ
24 ローパスフィルタ
25 ローパスフィルタ
26 サンプリング回路
28 直流遮断フィルタ
30 マイクロコンピュータ
101 積分器
102 直流遮断フィルタ
103 差動増幅器
104 コンパレータ
107U モータ巻線
107V モータ巻線
107W モータ巻線
108U 抵抗体
108V 抵抗体
108W 抵抗体
112 ロータ
115 モータ駆動回路
125 回転速度センサ
126 回転速度検出回路
127 PLL回路
128 記憶部
130 マイクロコンピュータ
301 ターボ分子ポンプ
302 ねじ溝スペーサ
303 ロータ軸
305 ボルト
306 保護ベアリング
307 保護ベアリング
308 磁気軸受部
309 変位センサ
310 モータ部
312 磁気軸受部
313 変位センサ
314 電磁石
315 電磁石
316 ケーシング
317 変位センサ
319 排気口
320 磁気軸受部
321 ロータ翼
322 ステータ翼
325 制御装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Integrator 2 DC interruption | blocking filter 3U, 3V, 3W Connection cable 4 Comparator 5 Motor 6 Rotor 7U, 7V, 7W Motor winding 8 Differential amplifier 9 Differential amplifier 10 Multiplier 11 Adder 12 Multiplier 13 Adder 16 PLL Circuit 17 Motor drive circuit 19 Drive control circuit 22 Low-pass filter 23 Low-pass filter 24 Low-pass filter 25 Low-pass filter 26 Sampling circuit 28 DC cutoff filter 30 Microcomputer 101 Integrator 102 DC cutoff filter 103 Differential amplifier 104 Comparator 107U Motor winding 107V Motor Winding 107W Motor winding 108U Resistor 108V Resistor 108W Resistor 112 Rotor 115 Motor drive circuit 125 Rotational speed sensor 126 Rotational speed detection circuit 127 PLL Path 128 Storage section 130 Microcomputer 301 Turbo molecular pump 302 Screw groove spacer 303 Rotor shaft 305 Bolt 306 Protective bearing 307 Protective bearing 308 Magnetic bearing section 309 Displacement sensor 310 Motor section 312 Magnetic bearing section 313 Displacement sensor 314 Electromagnet 315 Electromagnet 316 Casing 317 Displacement sensor 319 Exhaust port 320 Magnetic bearing portion 321 Rotor blade 322 Stator blade 325 Controller

Claims (14)

磁極を備えたロータと、
前記ロータを回転させるための複数のモータ巻線と、
前記複数のモータ巻線に電流を供給する電流供給手段と、
前記磁極による何れか少なくとも1つの前記モータ巻線の鎖交磁束を取得する磁束取得手段と、
前記磁束取得手段にて取得された鎖交磁束の変化から前記磁極の位置を取得する磁極位置取得手段と、を備え、
前記磁束取得手段は、前記モータ巻線の線間電圧から、少なくとも抵抗による電圧降下に基づく電圧を減算する電圧処理演算を行なう電圧処理演算手段と、前記電圧処理演算を行う際に、前記鎖交磁束を演算するための信号から重畳されている直流成分を取り除く直流遮断部と、を備え、
前記電流供給手段は、前記磁極位置取得手段にて取得された磁極の位置に基づいて、前記モータ巻線の電流を切り替えることを特徴とするセンサレスブラシレスモータの制御回路。
A rotor with magnetic poles;
A plurality of motor windings for rotating the rotor;
Current supply means for supplying current to the plurality of motor windings;
Magnetic flux acquisition means for acquiring an interlinkage magnetic flux of at least one of the motor windings by the magnetic pole;
Magnetic pole position acquisition means for acquiring the position of the magnetic pole from a change in the interlinkage magnetic flux acquired by the magnetic flux acquisition means,
The magnetic flux acquisition means includes a voltage processing calculation means for performing a voltage processing calculation for subtracting a voltage based on a voltage drop due to at least a resistance from a line voltage of the motor winding, and the interlinkage when performing the voltage processing calculation. and a DC blocking unit for removing a DC component superimposed from a signal for calculating a magnetic flux,
The control circuit for a sensorless brushless motor, wherein the current supply means switches a current of the motor winding based on the magnetic pole position acquired by the magnetic pole position acquisition means.
前記磁束取得手段は、
所定の2つの前記モータ巻線の線間電圧値を取得する第1の取得手段と、
所定の2つの前記モータ巻線の抵抗と前記電流供給手段を構成する電源装置と前記モータ巻線を接続するケーブルの抵抗との合成抵抗による電圧降下を取得する第2の取得手段と、
所定の2つの前記モータ巻線の電流の差に、所定の2つの前記モータ巻線のインダクタンスの値を乗算した値を取得する第3の取得手段と、
前記第1の取得手段にて取得した値から、前記第2の取得手段にて取得した値を減算した後、積分する積分値取得手段と、
前記積分値取得手段にて取得した値から前記第3の取得手段にて取得した値を減算する減算手段と、を備えたことを特徴とする請求項1記載のセンサレスブラシレスモータの制御回路。
The magnetic flux acquisition means includes
First acquisition means for acquiring a line voltage value between two predetermined motor windings;
Second acquisition means for acquiring a voltage drop due to a combined resistance of a resistance of two predetermined motor windings , a power supply device constituting the current supply means, and a resistance of a cable connecting the motor windings;
Third acquisition means for acquiring a value obtained by multiplying a difference between currents of two predetermined motor windings by an inductance value of the two predetermined motor windings;
An integral value acquisition means for integrating after subtracting the value acquired by the second acquisition means from the value acquired by the first acquisition means;
The sensorless brushless motor control circuit according to claim 1, further comprising: a subtracting unit that subtracts the value acquired by the third acquiring unit from the value acquired by the integrated value acquiring unit.
前記合成抵抗の値は、
所定の2つの前記モータ巻線に直流電流を供給する直流電流供給手段と、
前記線間電圧値を前記直流電流の電流値で除することにより前記合成抵抗の値を演算する第1の演算手段とを備えた合成抵抗値取得手段にて取得されることを特徴とする請求項2記載のセンサレスブラシレスモータの制御回路。
The value of the combined resistance is
DC current supply means for supplying a DC current to the two predetermined motor windings;
It is acquired by a combined resistance value acquisition means comprising a first calculation means for calculating the value of the combined resistance by dividing the line voltage value by the current value of the direct current. Item 3. A sensorless brushless motor control circuit according to Item 2.
前記インダクタンスは、
所定の2つの前記モータ巻線に高周波電流を供給する高周波電流供給手段と、
前記高周波電流を供給した際の前記2つのモータ巻線の線間電圧値を取得する線間電圧値取得手段と、
前記線間電圧値を前記高周波電流の電流値と、前記高周波電流の周波数及び所定の定数で除した値を取得する第2の演算手段と、を備えたインダクタンス取得手段にて取得されることを特徴とする請求項2記載のセンサレスブラシレスモータの制御回路。
The inductance is
High-frequency current supply means for supplying a high-frequency current to the two predetermined motor windings;
A line voltage value acquiring means for acquiring a line voltage value of the two motor windings when the high frequency current is supplied;
The line voltage value is obtained by an inductance obtaining means comprising: a current value of the high-frequency current; and a second computing means for obtaining a value obtained by dividing the line frequency value by the frequency of the high-frequency current and a predetermined constant. The sensorless brushless motor control circuit according to claim 2, wherein:
前記インダクタンスは、
オープンループで前記モータ巻線の電流を切り替えて前記ロータを回転させるロータ回転手段と、
前記モータ巻線の電流を切り替える前及び後で前記積分値取得手段にて取得された積分値をサンプリングするサンプリング手段と、
所定の2つの前記モータ巻線に供給する電流値のピーク値を取得する電流ピーク値取得手段と、
前記サンプリング手段にて取得した前記電流切り替え前後での前記積分値の差の絶対値を前記電流ピーク値取得手段にて取得した電流ピーク値で除する第3の演算手段と、を備えたインダクタンス取得手段にて取得されることを特徴とする請求項2記載のセンサレスブラシレスモータの制御回路。
The inductance is
Rotor rotating means for rotating the rotor by switching the current of the motor winding in an open loop;
Sampling means for sampling the integrated value acquired by the integrated value acquiring means before and after switching the current of the motor winding;
Current peak value acquisition means for acquiring a peak value of a current value supplied to two predetermined motor windings;
Inductance acquisition comprising: third arithmetic means for dividing the absolute value of the difference between the integrated values obtained before and after the current switching obtained by the sampling means by the current peak value obtained by the current peak value obtaining means The sensorless brushless motor control circuit according to claim 2, wherein the control circuit is acquired by means.
前記合成抵抗の仮定値と前記インダクタンスの仮定値を用いて所定の2つの前記モータ巻線の鎖交磁束を取得する仮定磁束取得手段と、
前記ロータ回転手段にて前記ロータを所定の角速度で回転させた際の所定の2つの前記モータ巻線の線間電圧値と、
前記モータ巻線の電流の供給を止めて前記ロータを前記所定の角速度でフリーランさせたときの所定の2つの前記モータ巻線の線間電圧と、
前記電流の供給を止めたときの前記仮定磁束取得手段にて得られた信号と、
前記電流の供給を再開したときの前記仮定磁束取得手段にて得られた信号の位相差と、
から前記合成抵抗の仮定値と前記インダクタンスの仮定値を補正する補正手段を備えたことを特徴とする請求項2記載のセンサレスブラシレスモータの制御回路。
Assumed magnetic flux acquisition means for acquiring interlinkage magnetic flux between two predetermined motor windings using the assumed value of the combined resistance and the assumed value of the inductance;
Line voltage values of two predetermined motor windings when the rotor is rotated at a predetermined angular velocity by the rotor rotating means;
A line voltage between two predetermined motor windings when the current of the motor winding is stopped and the rotor is free-runned at the predetermined angular velocity;
A signal obtained by the assumed magnetic flux acquisition means when the supply of the current is stopped;
The phase difference of the signal obtained by the assumed magnetic flux acquisition means when the supply of the current is resumed,
3. The sensorless brushless motor control circuit according to claim 2, further comprising correction means for correcting the assumed value of the combined resistance and the assumed value of the inductance.
磁極を備えたロータを回転させるための複数のモータ巻線のうち、該モータ巻線のインダクタンスによる電圧降下の位相と大きさが等しくなる所定の2相間の電圧差を、少なくとも抵抗による電圧降下に基づく電圧の減算と、積分とからなる演算処理をして磁束信号を取得する磁束信号取得手段と、
前記演算処理を行う際に、前記電圧差の信号に重畳される直流成分を取り除く直流遮断部と、
前記直流遮断部により重畳する直流成分を取り除かれた信号に基づき前記演算処理された磁束信号から、出力可能な駆動電圧ベクトルのうちの一部の駆動電圧ベクトルの駆動タイミングを取得する第1の駆動タイミング取得手段と、
前記第1の駆動タイミング取得手段にて取得した駆動タイミングに同期して前記一部の駆動電圧ベクトルを出力する第1の駆動電圧ベクトル出力手段と、
前記磁束信号取得手段にて取得した磁束信号から得たタイミングを逓倍することにより前記出力可能な駆動電圧ベクトルの駆動タイミングを取得する第2の駆動タイミング取得手段と、
前記第2の駆動タイミング取得手段にて取得した駆動タイミングに同期して前記出力可能な駆動電圧ベクトルを出力する第2の駆動電圧ベクトル出力手段と、
前記第1の駆動電圧ベクトル出力手段と、前記第2の駆動電圧ベクトル出力手段とを選択する選択手段と、
を具備したことを特徴とするセンサレスブラシレスモータの制御回路。
Among a plurality of motor windings for rotating a rotor provided with magnetic poles, a voltage difference between two predetermined phases having the same phase and magnitude as the voltage drop due to the inductance of the motor winding is at least a voltage drop due to resistance. and a subtraction of the voltage based, the processing consisting of integration, and the magnetic flux signal acquiring means for acquiring a magnetic flux signal,
When performing the arithmetic processing, a DC blocking unit that removes a DC component superimposed on the voltage difference signal; and
From the arithmetic processing magnetic flux signals on the basis of a signal from the removed DC component superimposed by the DC blocking portion, the first driving for obtaining the drive timing of the part of the drive voltage vector of the output possible driving voltage vector Timing acquisition means;
First drive voltage vector output means for outputting the partial drive voltage vector in synchronization with the drive timing acquired by the first drive timing acquisition means;
Second drive timing acquisition means for acquiring the drive timing of the output drive voltage vector by multiplying the timing obtained from the magnetic flux signal acquired by the magnetic flux signal acquisition means;
Second drive voltage vector output means for outputting the output drive voltage vector in synchronization with the drive timing acquired by the second drive timing acquisition means;
Selecting means for selecting the first drive voltage vector output means and the second drive voltage vector output means;
A control circuit for a sensorless brushless motor, comprising:
磁極を備えたロータを回転させるための複数のモータ巻線に電流を供給する電流供給手段と、
前記複数のモータ巻線のうち、該モータ巻線のインダクタンスによる電圧降下の位相と大きさが等しくなる所定の2つのモータ巻線の線間電圧を取得する線間電圧取得手段と、
前記線間電圧取得手段にて取得した線間電圧から、前記所定の2つの前記モータ巻線の抵抗と前記電流供給手段を構成する電源装置と前記モータ巻線を接続する接続ケーブルの抵抗との合成抵抗による電圧の変化を補正する抵抗分補正手段と、
前記抵抗分補正手段にて補正された前記線間電圧を積分して磁束信号を取得する磁束信号取得手段と、
前記磁束信号取得手段にて取得した磁束信号のうち、前記所定の2つのモータ巻線のリアクタンスによる変化分を補正するリアクタンス分補正手段と、
前記リアクタンス分補正手段にて補正された磁束信号から前記磁極の位置を取得する磁極位置取得手段と、
前記抵抗分補正手段と、前記リアクタンス分補正手段とのうち、少なくともリアクタンス分補正手段を無効にし、補正を行わないようにする補正無効手段と、を具備し、
前記ロータの回転数が所定の回転以下の場合は、
前記補正無効手段にて、少なくとも前記リアクタンス分補正手段を無効とし、前記電流供給手段は、前記磁極位置取得手段にて取得した磁極位置に基づいて前記所定の2つのモータ巻線に流す電流を切替える第1のモードにて前記2つのモータ巻線に電流を供給し、
前記ロータの回転数が所定の回転より大きい場合は、前記補正無効手段を用いずに、前記磁極位置取得手段にて取得した磁極位置に基づいて、前記モータ巻線の電流を切替える第2のモードにてモータ巻線に電流を供給することを特徴とするセンサレスブラシレスモータの制御回路。
Current supply means for supplying current to a plurality of motor windings for rotating a rotor having magnetic poles;
Among the plurality of motor windings, a line voltage acquisition means for acquiring a line voltage between two predetermined motor windings having the same phase and magnitude as the voltage drop due to the inductance of the motor windings;
From the line voltage acquired by the line voltage acquisition means, the resistance of the predetermined two motor windings, and the resistance of the connection cable connecting the motor winding and the power supply device constituting the current supply means Resistance correction means for correcting a change in voltage due to the combined resistance;
Magnetic flux signal acquisition means for integrating the line voltage corrected by the resistance correction means to acquire a magnetic flux signal;
Reactance correction means for correcting a change due to reactance of the two predetermined motor windings among the magnetic flux signals acquired by the magnetic flux signal acquisition means;
Magnetic pole position acquisition means for acquiring the position of the magnetic pole from the magnetic flux signal corrected by the reactance component correction means;
Among the resistance component correction unit and the reactance component correction unit, the correction component invalidation unit disables at least the reactance component correction unit and disables the correction.
When the rotation speed of the rotor is equal to or less than a predetermined rotation,
The correction invalidation means invalidates at least the reactance correction means, and the current supply means switches a current to flow through the predetermined two motor windings based on the magnetic pole position acquired by the magnetic pole position acquisition means. Supplying current to the two motor windings in a first mode;
A second mode for switching the current of the motor winding based on the magnetic pole position acquired by the magnetic pole position acquisition means without using the correction invalidation means when the rotational speed of the rotor is larger than a predetermined rotation A control circuit for a sensorless brushless motor, wherein current is supplied to the motor winding at.
前記電流供給手段は、前記第1のモードから前記第2のモードへモードを切替える場合に、所定の時間、前記複数のモータ巻線に所定の順序に従って微小電流を流すことを特徴とする請求項8に記載のセンサレスブラシレスモータの制御回路。
The current supply means allows a minute current to flow through the plurality of motor windings in a predetermined order for a predetermined time when the mode is switched from the first mode to the second mode. A control circuit for a sensorless brushless motor according to claim 8.
第1の遮断周波数と前記第1の遮断周波数より大きい周波数の第2の遮断周波数を切替え可能であって、前記磁束信号に重畳される直流成分を取り除く直流遮断手段と、
前記直流遮断手段の前記第1の遮断周波数と、前記第2の遮断周波数とを切替える切替え手段と、
を更に具備したことを特徴とする請求項8、又は請求項9に記載のセンサレスブラシレスモータの制御回路。
DC cut-off means capable of switching between a first cut-off frequency and a second cut-off frequency greater than the first cut-off frequency, and removing a direct-current component superimposed on the magnetic flux signal;
Switching means for switching between the first cutoff frequency and the second cutoff frequency of the DC cutoff means;
The sensorless brushless motor control circuit according to claim 8 or 9, further comprising:
前記切替え手段は、前記ロータが始動してから所定時間の間、前記直流遮断手段の遮断周波数を前記第1の遮断周波数とし、所定の時間が経過すると前記第2の遮断周波数に切替えることを特徴とする請求項10に記載のセンサレスブラシレスモータの制御回路。
The switching means sets the cut-off frequency of the DC cut-off means as the first cut-off frequency for a predetermined time after the rotor starts, and switches to the second cut-off frequency when a predetermined time elapses. The sensorless brushless motor control circuit according to claim 10.
磁極を備えたロータと、
前記ロータを回転させるための複数のモータ巻線と、からなるモータ部と、
前記複数のモータ巻線に電流を供給する電流供給手段と、
前記磁極による何れか少なくとも1つの前記モータ巻線の鎖交磁束を取得する磁束取得手段と、
前記磁束取得手段にて取得された鎖交磁束の変化から前記磁極の位置を取得する磁極位置取得手段と、
からなる制御部を備え、
前記磁束取得手段は、前記モータ巻線の線間電圧から、少なくとも抵抗による電圧降下に基づく電圧を減算する電圧処理演算を行なう電圧処理演算手段と、前記電圧処理演算を行う際に、前記鎖交磁束を演算するための信号から重畳されている直流成分を取り除く直流遮断部と、を備え、
前記電流供給手段は、前記磁極位置取得手段にて取得された磁極の位置に基づいて、前記モータ巻線の電流を切り替えることを特徴とするセンサレスブラシレスモータ装置。
A rotor with magnetic poles;
A motor unit comprising a plurality of motor windings for rotating the rotor;
Current supply means for supplying current to the plurality of motor windings;
Magnetic flux acquisition means for acquiring an interlinkage magnetic flux of at least one of the motor windings by the magnetic pole;
Magnetic pole position acquisition means for acquiring the position of the magnetic pole from the change in the interlinkage magnetic flux acquired by the magnetic flux acquisition means;
Comprising a control unit consisting of
The magnetic flux acquisition means includes a voltage processing calculation means for performing a voltage processing calculation for subtracting a voltage based on a voltage drop due to at least a resistance from a line voltage of the motor winding, and the interlinkage when performing the voltage processing calculation. and a DC blocking unit for removing a DC component superimposed from a signal for calculating a magnetic flux,
The sensorless brushless motor apparatus, wherein the current supply means switches the current of the motor winding based on the magnetic pole position acquired by the magnetic pole position acquisition means.
磁極を備えたロータと、
前記ロータを回転させるための複数のモータ巻線と、
前記複数のモータ巻線のうち、該モータ巻線のインダクタンスによる電圧降下の位相と大きさが等しくなるような所定の2相間の電圧差を、少なくとも抵抗による電圧降下に基づく電圧の減算と、積分とからなる演算処理をして磁束信号を取得する磁束信号取得手段と、
前記演算処理を行う際に、前記電圧差の信号に重畳される直流成分を取り除く直流遮断部と、
前記直流遮断部により重畳する直流成分を取り除かれた信号に基づき前記演算処理された磁束信号から、出力可能な駆動電圧ベクトルのうちの一部の駆動電圧ベクトルの駆動タイミングを取得する第1の駆動タイミング取得手段と、
前記第1の駆動タイミング取得手段にて取得した駆動タイミングに同期して前記一部の駆動電圧ベクトルを出力する第1の駆動電圧ベクトル出力手段と、
前記磁束信号取得手段にて取得した磁束信号から得たタイミングを逓倍することにより前記出力可能な駆動電圧ベクトルの駆動タイミングを取得する第2の駆動タイミング取得手段と、
前記第2の駆動タイミング取得手段にて取得した駆動タイミングに同期して前記出力可能な駆動電圧ベクトルを出力する第2の駆動電圧ベクトル出力手段と、
前記第1の駆動電圧ベクトル出力手段と、前記第2の駆動電圧ベクトル出力手段とを選択する選択手段と、
を具備したことを特徴とするセンサレスブラシレスモータ装置。
A rotor with magnetic poles;
A plurality of motor windings for rotating the rotor;
Among the plurality of motor windings, a voltage difference between two predetermined phases so that the phase and magnitude of the voltage drop due to the inductance of the motor winding are equal to each other , subtraction of voltage based on the voltage drop due to resistance, and integration and arithmetic processing consisting of a magnetic flux signal acquiring means for acquiring a magnetic flux signal,
When performing the arithmetic processing, a DC blocking unit that removes a DC component superimposed on the voltage difference signal; and
From the arithmetic processing magnetic flux signals on the basis of a signal from the removed DC component superimposed by the DC blocking portion, the first driving for obtaining the drive timing of the part of the drive voltage vector of the output possible driving voltage vector Timing acquisition means;
First drive voltage vector output means for outputting the partial drive voltage vector in synchronization with the drive timing acquired by the first drive timing acquisition means;
Second drive timing acquisition means for acquiring the drive timing of the output drive voltage vector by multiplying the timing obtained from the magnetic flux signal acquired by the magnetic flux signal acquisition means;
Second drive voltage vector output means for outputting the output drive voltage vector in synchronization with the drive timing acquired by the second drive timing acquisition means;
Selecting means for selecting the first drive voltage vector output means and the second drive voltage vector output means;
A sensorless brushless motor device comprising:
一端に吸気口が形成され、他端に排気口が形成された外装体と、
前記外装体の内部に磁気軸受又は機械式軸受にて回転自在に軸支されたロータと、
前記ロータを回転させるモータと、
前記外装体の内部に配設されたステータと、
を具備し、
前記モータは、請求項12または請求項13に記載のセンサレスブラシレスモータ装置によって構成されたことを特徴とする真空ポンプ装置。
An exterior body in which an air inlet is formed at one end and an air outlet is formed at the other end;
A rotor rotatably supported by a magnetic bearing or a mechanical bearing in the exterior body;
A motor for rotating the rotor;
A stator disposed in the exterior body;
Comprising
A vacuum pump device comprising the sensorless brushless motor device according to claim 12 or 13.
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