JP4990683B2 - Motor drive device - Google Patents
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Description
本発明は、例えばＤＣブラシレスモータをセンサ駆動とセンサレス駆動を切り替えて駆動するモータ駆動装置に関する。 The present invention relates to a motor driving device that drives, for example, a DC brushless motor by switching between sensor driving and sensorless driving.
例えばＤＣブラシレスモータに設けられるモータ駆動装置の駆動方式には、ホールセンサなどのロータ位置センサを使用するセンサ駆動方式と、モータコイルに生じる誘起電圧からロータ位置情報を生成するセンサレス駆動方式の２種類がある。 For example, there are two types of driving methods for a motor driving device provided in a DC brushless motor: a sensor driving method that uses a rotor position sensor such as a hall sensor and a sensorless driving method that generates rotor position information from an induced voltage generated in a motor coil. There is.
例えば、ハードディスクやＤＶＤなどの記憶装置は高密度化と小型化が進んでおりスピンドルモータの高精度化が要求されている。あるいはレーザープリンタのポリゴンミラーや各種ビデオ装置のスピンドルモータにおいても同様である。特に近年、ＦＤＢ（動圧軸受け）が急速に普及し軸受けの精度と剛性が高まったことから、モータの回転にさらなる高精度化が要求されており、高精度化する際センサに起因する誤差が無視できない状況となりつつある。センサにつきまとう様々な誤差要因、例えば取付け位置誤差・応答性・温度や電圧によるドリフト・偏芯誤差などが存在するため、センサの改善では限界があり、それらを解決するにはセンサレス駆動が適している。しかしながら、センサレス駆動は始動が困難、過負荷に対応できない、線速度一定運転などでの制御性が悪いといった課題がある。そこで、従来のセンサ付モータで始動や変速・減速時はセンサ駆動を行い、高精度が必要なときだけセンサレス駆動を行えば双方の欠点を補う理想的な駆動方式となる。高精度を実現するため、従来はエンコーダ付モータによるサーボシステムが用いられるが大型化し高価格であった。 For example, storage devices such as hard disks and DVDs have been increased in density and size, and high accuracy of the spindle motor is required. The same applies to polygon mirrors of laser printers and spindle motors of various video apparatuses. In particular, in recent years, FDB (dynamic pressure bearing) has been rapidly spread and the accuracy and rigidity of the bearing have been increased. Therefore, higher accuracy is required for the rotation of the motor. The situation cannot be ignored. There are various error factors associated with the sensor, such as mounting position error, responsiveness, drift due to temperature and voltage, eccentricity error, etc., so there are limitations in improving the sensor, and sensorless drive is suitable for solving these Yes. However, sensorless driving has problems such as difficulty in starting, inability to cope with overload, and poor controllability during constant linear speed operation. Therefore, if a conventional motor with a sensor performs sensor driving at the time of starting, shifting, and decelerating, and performing sensorless driving only when high accuracy is required, it becomes an ideal driving system that compensates for both disadvantages. In order to achieve high accuracy, a servo system using a motor with an encoder has been used in the past.
ここで３相ＤＣブラシレスモータを１２０°矩形波駆動するモータ駆動装置を例示して説明する。図９は、センサ駆動手段とセンサレス駆動手段を備え切り替え可能なブロック構成図である。モータにはロータ位置を検出するための３個のホールセンサＡ，Ｂ，Ｃが内蔵されていて１２０°位相差のセンサ信号を発生する。第１のデコーダ５１はセンサ信号から６０°ごとに切り替わる励磁シーケンスに応じて、対応する通電相を指定する励磁信号Ｓ１〜６を生成し、セレクタ５３、プリドライバ５４を経由しスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６よりなる３相ブリッジ回路を通じてモータコイル５５に通電する。このときモータ駆動回路はいわゆるセンサ駆動を行う。なお、電源やフライホイールダイオード・抵抗などは省略する。また、回転方向などの励磁制御回路や速度制御回路なども省略する。 Here, a motor driving apparatus that drives a three-phase DC brushless motor by 120 ° rectangular wave will be described as an example. FIG. 9 is a block configuration diagram that includes a sensor driving unit and a sensorless driving unit and is switchable. The motor has three Hall sensors A, B, and C for detecting the rotor position, and generates a sensor signal having a phase difference of 120 °. The first decoder 51 generates excitation signals S1 to 6 for designating a corresponding energized phase in accordance with an excitation sequence that switches every 60 ° from the sensor signal, and switches the switching elements Q1 to Q6 via the selector 53 and the pre-driver 54. The motor coil 55 is energized through a three-phase bridge circuit. At this time, the motor drive circuit performs so-called sensor drive. The power supply, flywheel diode, resistor, etc. are omitted. Further, an excitation control circuit such as a rotation direction and a speed control circuit are also omitted.
一方、モータコイル５５のＵ相、Ｖ相、Ｗ相及び中性点（ＣＯＭ）はゼロクロスコンパレータ５６に入力されゼロクロス信号が生成される。第２のデコーダ５２には６ステップで一巡するリングカウンタがあり現在の励磁シーケンスを記憶し、ゼロクロス信号によりトリガーされ歩進する。また第２のデコーダ５２は励磁シーケンスに応じて対応する通電相を指定する励磁信号Ｂ１〜Ｂ６を生成し、セレクタ５３、プリドライバ５４を経由し３相ブリッジ回路によりモータコイル５５に通電する。このときモータ駆動回路はいわゆるセンサレス駆動を行う。プリドライバ５４、３相ブリッジ回路は共用とし、セレクタ５３にてセンサ駆動とセンサレス駆動のいずれかを選択できる。 On the other hand, the U phase, V phase, W phase, and neutral point (COM) of the motor coil 55 are input to the zero cross comparator 56 to generate a zero cross signal. The second decoder 52 has a ring counter that makes a round in 6 steps, stores the current excitation sequence, and is stepped by being triggered by a zero cross signal. The second decoder 52 generates excitation signals B1 to B6 for designating corresponding energization phases according to the excitation sequence, and energizes the motor coil 55 via the selector 53 and the pre-driver 54 by a three-phase bridge circuit. At this time, the motor drive circuit performs so-called sensorless drive. The pre-driver 54 and the three-phase bridge circuit are shared, and the selector 53 can select either sensor driving or sensorless driving.
図９において、上位コントローラ５７はモータ駆動回路を制御するＤＳＰ（Digital Signal Processor）などである。ＨＡＬＬ−Ａ〜Ｃはホールセンサで、モータに内蔵されている。ホールセンサＡ〜Ｃはセンサ信号Ｈ１〜Ｈ３を発生し、第１のデコーダ５１に入力される。第１のデコーダ５１はセンサ信号Ｈ１〜３から励磁信号Ｓ１〜Ｓ６を生成し、上位コントローラ５７からの回転指令により回転パターンあるいは停止パターンを出力する。ゼロクロスコンパレータ５６は、中性点（ＣＯＭ）と、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相それぞれの誘起電圧を比較しゼロクロス点を検出しゼロクロス信号を出力する。ゼロクロスコンパレータ５６には、ゼロクロス点と励磁切り替え点の整合をとるための３０°遅延回路を含む。第２のデコーダ５２は励磁シーケンス記憶部を内蔵し、ゼロクロス信号から励磁信号Ｂ１〜Ｂ６を生成し、上位コントローラ５７からの回転指令により回転パターンあるいは停止パターンを出力する。図中、セレクタ５３は６ビットの２ｔｏ１セレクタで、駆動選択信号にてＳ１〜Ｓ６とＢ１〜Ｂ６のいずれかを選択しＦ１〜Ｆ６として出力する。図中、プリドライバ５４及び出力ブリッジＱ１〜Ｑ６は励磁信号Ｆ１−Ｆ６を電力増幅しモータコイル５５を駆動する。 In FIG. 9, a host controller 57 is a DSP (Digital Signal Processor) that controls a motor driving circuit. HALL-A to C are hall sensors and are built in the motor. The hall sensors A to C generate sensor signals H 1 to H 3 and input to the first decoder 51. The first decoder 51 generates excitation signals S1 to S6 from the sensor signals H1 to 3, and outputs a rotation pattern or a stop pattern according to a rotation command from the host controller 57. The zero cross comparator 56 compares the neutral point (COM) with the induced voltages of the U phase, V phase, and W phase, detects the zero cross point, and outputs a zero cross signal. The zero cross comparator 56 includes a 30 ° delay circuit for matching the zero cross point and the excitation switching point. The second decoder 52 includes an excitation sequence storage unit, generates excitation signals B1 to B6 from the zero cross signal, and outputs a rotation pattern or a stop pattern according to a rotation command from the host controller 57. In the figure, a selector 53 is a 6-bit 2to1 selector, and selects one of S1 to S6 and B1 to B6 by a drive selection signal and outputs it as F1 to F6. In the figure, a pre-driver 54 and output bridges Q1 to Q6 amplify the excitation signals F1-F6 to drive a motor coil 55.
モータ駆動回路の励磁シーケンスのタイミングチャートを図１０に示す。図１０において、各モータコイル（ＣＯＩＬ−Ｕ，Ｖ，Ｗ）５５のハイサイド期間はＶＤＤに接続され、ローサイド期間はＧＮＤに接続されている。指定のない期間はオープンとなる。ゼロクロス点はゼロクロスコンパレータ５６のゼロクロス検出タイミングである。ゼロクロス信号はゼロクロス点を３０°遅延したパルス信号で、立ち上がりにて励磁シーケンス記憶手段をトリガーする。各センサ信号Ｈ１〜Ｈ３はレベルにて励磁シーケンスを選択する。
上述したモータ駆動装置においてセンサ駆動とセンサレス駆動を切り替え可能な回路構成と動作について説明したが、以下の課題があるため実用化にならない。即ち、第１の課題は、センサ駆動からセンサレス駆動に切り替えるとき、ゼロクロス信号とセンサ信号と駆動選択信号の３者の位相関係によっては、励磁シーケンスが狂ってしまうことがある。励磁シーケンスがずれるとそれ以降センサレス駆動ができなくなる。 The circuit configuration and operation capable of switching between sensor driving and sensorless driving in the motor driving device described above have been described. However, since there are the following problems, it is not practical. That is, the first problem is that when switching from sensor driving to sensorless driving, the excitation sequence may be distorted depending on the three-phase relationship of the zero cross signal, the sensor signal, and the drive selection signal. If the excitation sequence is shifted, sensorless drive cannot be performed thereafter.
以下、具体例について、図１１及び図１２のタイミングチャートで説明する。励磁シーケンスが進みすぎる例について、図１１を参照して説明する。まず、センサ駆動においてセンサ信号が変化し、次いで駆動選択信号が立ち上がり、その後ゼロクロス信号が立ち上がる場合を示す。実際はセンサ信号の変化点とゼロクロス信号の立ち上りのタイミングは正確には一致せずわずかな位相ずれが発生する。図１１において、最初のＵ−Ｖ相励磁期間では、センサ駆動が選択されているため、センサＨ３が変化すると励磁シーケンスは進みＵ−Ｗ相励磁となる。続いて駆動選択信号が切り替わったので、センサレス駆動が選択される。この直後にゼロクロス信号が立ち上がるのでカウンタはトリガーされ、Ｕ−Ｗ相励磁は一瞬で完了し次のＶ−Ｗ相励磁となり、実際のシーケンスでは励磁シーケンスが１ステップ進みすぎてしまう。この状態が発生すると励磁シーケンスが狂うためモータは正常回転できなくなってしまう。 Hereinafter, a specific example will be described with reference to timing charts of FIGS. An example in which the excitation sequence proceeds excessively will be described with reference to FIG. First, the case where the sensor signal changes in the sensor drive, the drive selection signal rises, and then the zero cross signal rises is shown. Actually, the change point of the sensor signal and the rising timing of the zero cross signal do not exactly match, and a slight phase shift occurs. In FIG. 11, since the sensor drive is selected in the first U-V phase excitation period, when the sensor H3 changes, the excitation sequence advances and U-W phase excitation is performed. Subsequently, since the drive selection signal is switched, sensorless drive is selected. Immediately after this, the zero cross signal rises, the counter is triggered, U-W phase excitation is completed in an instant, and the next V-W phase excitation is performed. In the actual sequence, the excitation sequence advances one step too much. When this state occurs, the excitation sequence is incorrect and the motor cannot rotate normally.
次に励磁シーケンスが遅れる例について図１２を参照して説明する。先ずセンサ駆動においてゼロクロス信号が立ち上がり、次いで駆動選択信号が立ち上がり、その後センサ信号が変化した場合を示す。Ｕ−Ｖ相励磁期間は、センサ駆動が選択されているため、Ｕ−Ｗ相励磁に切り替えるゼロクロス信号は無視されＵ−Ｖ相励磁が出力される。続いて駆動選択信号が切り替わったので、センサレス駆動が選択される。しかしすでにゼロクロス信号は立ち上がっているので次のゼロクロス信号までトリガーされず、励磁シーケンスはＵ−Ｗ相励磁に進むことができずＵ−Ｖ相励磁のままとなり実際のシーケンスでは励磁シーケンスが１ステップ遅れてしまう。この状態が発生すると励磁シーケンスが狂うためモータは正常回転できなくなってしまう。 Next, an example in which the excitation sequence is delayed will be described with reference to FIG. First, the case where the zero cross signal rises in the sensor drive, the drive selection signal rises, and then the sensor signal changes is shown. Since sensor driving is selected during the U-V phase excitation period, the zero cross signal to be switched to the U-W phase excitation is ignored and the U-V phase excitation is output. Subsequently, since the drive selection signal is switched, sensorless drive is selected. However, since the zero-cross signal has already risen, it is not triggered until the next zero-cross signal, and the excitation sequence cannot proceed to the U-W phase excitation and remains in the U-V phase excitation. In the actual sequence, the excitation sequence is delayed by one step. End up. When this state occurs, the excitation sequence is incorrect and the motor cannot rotate normally.
さらにゼロクロス信号とセンサ信号と駆動選択信号のエッジが非常に近いか一致した場合は、どの信号が有効となるか不定となり、やはり励磁シーケンスがずれる可能性がある。以上をまとめると、ゼロクロス信号による励磁切り替えタイミングから、それに対応するセンサ信号による励磁切り替えタイミングまでの位相ずれ期間に、駆動選択信号がセンサ駆動からセンサレス駆動に変化すると励磁シーケンスがずれてしまう。なお、センサレス駆動からセンサ駆動に切り替える場合は同時に切り替わっても問題は発生しない。 Further, when the edges of the zero cross signal, the sensor signal, and the drive selection signal are very close or coincide, it becomes uncertain which signal is effective, and there is a possibility that the excitation sequence is shifted. In summary, when the drive selection signal changes from sensor driving to sensorless driving during the phase shift period from the excitation switching timing by the zero cross signal to the excitation switching timing by the corresponding sensor signal, the excitation sequence is shifted. In addition, when switching from sensorless driving to sensor driving, no problem occurs even when switching at the same time.
次に第２の課題について説明する。センサレス駆動では、必ず励磁シーケンスの記憶手段を備え仮想的ロータ位置情報を作り出し、それに基づいて励磁切り替えを行う。そしてモータコイル５５に発生する誘起電圧からゼロクロス点を検出して所定の遅延をかけたゼロクロス信号で、記憶手段をトリガーし励磁シーケンスを進める。モータ停止時やブレーキ時は誘起電圧が発生せず仮想的位置情報は、実際のロータ位置とは無関係に決められる。実際のロータ位置と異なる位置情報で励磁を行ってもモータは正常には回転しない。そこで通常、ロータ位置を検出する特別な検出手段を設け実際の位置に一致させる方法がとられる。あるいはロータを強制転流して誘起電圧を発生させロータ位置を検出する方法もとられる。それらの方法は回路が複雑化し、始動時に逆転やショックが発生するなどの欠点があり、特に過負荷時の始動は困難である。これに対してロータ位置センサ（ホールセンサ）が備わっている場合には、センサ駆動にて始動すれば上記欠点を回避できる。しかしながらモータ始動後、センサ駆動からセンサレス駆動に切り替える際、センサレス駆動手段はロータ位置を認識していないため、誤った励磁シーケンスが選択される場合が多く、モータが停止してしまうという問題がある。 Next, the second problem will be described. In sensorless driving, excitation sequence storage means is always provided to create virtual rotor position information, and excitation switching is performed based on the information. Then, the zero crossing point is detected from the induced voltage generated in the motor coil 55 and the storage means is triggered by the zero crossing signal with a predetermined delay applied to advance the excitation sequence. No induced voltage is generated when the motor is stopped or braked, and the virtual position information is determined independently of the actual rotor position. Even if excitation is performed with position information different from the actual rotor position, the motor does not rotate normally. Therefore, usually, a special detecting means for detecting the rotor position is provided to match the actual position. Alternatively, there is a method of detecting the rotor position by forcibly commutating the rotor to generate an induced voltage. These methods have the disadvantage that the circuit becomes complicated and reverse rotation or shock occurs at the time of starting, and it is particularly difficult to start at overload. On the other hand, when a rotor position sensor (Hall sensor) is provided, the above-mentioned drawback can be avoided by starting with sensor driving. However, when switching from sensor drive to sensorless drive after the motor is started, the sensorless drive means does not recognize the rotor position, so that an incorrect excitation sequence is often selected and the motor stops.
最後に第３の課題について説明する。センサ駆動とセンサレス駆動の切り替えは上位コントローラで行うことになるが、切り替え制御は従来の回路には無い処理であらたに追加となる。処理内容は回転速度を読むなどのリアルタイム処理が必要でありコントローラの負担が大きい。始動時処理以外にも、過負荷状態の検出や瞬時ブレーキなど様々な場合にもセンサ駆動に切り替える必要があり上位コントローラの作業負担が増大するという問題が発生する。 Finally, the third problem will be described. Switching between sensor driving and sensorless driving is performed by the host controller, but switching control is newly added to processing that is not in the conventional circuit. The processing content requires real-time processing such as reading the rotation speed, which places a heavy burden on the controller. In addition to the start-up process, it is necessary to switch to sensor driving in various cases such as detection of an overload condition and instantaneous braking, which causes a problem that the work load of the host controller increases.
本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、第１にセンサ駆動からセンサレス駆動に切り替える際に励磁シーケンスが狂わないこと、第２にセンサ駆動からセンサレス駆動に切り替える際、駆動切替え手段が正確な励磁シーケンスを選択できること、第３にセンサ駆動とセンサレス駆動の切り替えに伴う上位コントローラの作業負担を軽減した、モータ駆動装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve these problems. The object of the present invention is to first prevent the excitation sequence from changing when switching from sensor drive to sensorless drive, and second to sensorless drive from sensor drive. When switching to, the drive switching means can select an accurate excitation sequence, and thirdly, to provide a motor drive device that reduces the work load of the host controller accompanying switching between sensor drive and sensorless drive.
本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
センサ駆動若しくはセンサレス駆動のいずれかを選択する駆動選択信号を出力しモータ駆動を制御するコントローラと、コントローラからの駆動選択信号に応じて、ロータ位置センサの検出信号に基づき励磁切替え信号を生成するセンサ駆動と、モータコイルに誘起される誘起電圧からゼロクロス信号を検出し、当該ゼロクロス信号に基づき励磁切替え信号を生成するセンサレス駆動とで相互に切り替える駆動切替え手段と、駆動切替え手段から出力される励磁切替え信号に基づき出力段を切り替えてモータコイルを励磁するモータ出力部を備え、コントローラは、モータを始動する際にセンサ駆動により立ち上げ、回転数が上がるとセンサレス駆動へ切り替える駆動選択信号を出力し、駆動切替え手段はセンサレス駆動が選択された後もセンサ駆動を続行し、センサ信号のエッジとそれに替わって基準となるゼロクロス信号のエッジ間で定義される移行期間を避けて励磁シーケンスをセンサレス駆動に切り替えることを特徴とする。
また、任意のタイミングで駆動切替え手段に入力される駆動選択信号をゼロクロス点に同期する同期センサ選択信号に変換する同期手段を備え、センサレス駆動を選択する駆動選択信号が同期手段へ入力されると、同期手段は少なくともセンサ信号のエッジとそれに替わって基準となるゼロクロス信号のエッジ間で定義される移行期間を回避してゼロクロス点に同期する同期センサ選択信号を出力し、駆動切替え手段はセンサ駆動からセンサレス駆動へ切り替えることを特徴とする。
また、ゼロクロス点が所定時間検出できないとアクティブになるゼロクロス検出判定手段を具備し、ゼロクロス検出判定手段がアクティブになるとセンサ駆動を選択する駆動選択信号を同期手段へ出力し、駆動切替え手段がセンサ駆動に切り替わることを特徴とする。
また、駆動切替え手段は、センサ駆動時はロータ位置情報を、センサレス駆動時は励磁シーケンスを記憶する記憶部を備えており、該記憶部はセンサ駆動が選択されているときはロータ位置情報による励磁シーケンス情報を随時記憶し続け、センサレス駆動に切り替えたとき記憶部に記憶された直前の励磁シーケンス情報から励磁シーケンスを開始することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention comprises the following arrangement.
A controller that outputs a drive selection signal for selecting either sensor drive or sensorless drive to control motor drive, and a sensor that generates an excitation switching signal based on the detection signal of the rotor position sensor in accordance with the drive selection signal from the controller Drive switching means for switching between driving and sensorless drive that detects the zero cross signal from the induced voltage induced in the motor coil and generates an excitation switching signal based on the zero cross signal, and excitation switching output from the drive switching means A motor output unit that excites the motor coil by switching the output stage based on the signal, the controller outputs a drive selection signal that is started by sensor drive when starting the motor, and switches to sensorless drive when the rotation speed increases, The drive switching means will remain in the safe state even after sensorless drive is selected. Continue the drive, avoiding the transition period defined between the edge of the edge and the zero-crossing signal that is in place on it the reference sensor signal and switches the excitation sequence for the sensorless drive.
In addition, a synchronization unit that converts a drive selection signal input to the drive switching unit at an arbitrary timing into a synchronous sensor selection signal that synchronizes with the zero cross point is provided, and when the drive selection signal that selects sensorless driving is input to the synchronization unit The synchronization means outputs a synchronous sensor selection signal that synchronizes with the zero cross point while avoiding the transition period defined between at least the edge of the sensor signal and the edge of the reference zero cross signal instead, and the drive switching means drives the sensor. Is switched to sensorless drive.
In addition, a zero-cross detection determination unit that becomes active when the zero-cross point cannot be detected for a predetermined time is provided. When the zero-cross detection determination unit becomes active, a drive selection signal for selecting sensor driving is output to the synchronization unit, and the drive switching unit performs sensor driving It is characterized by switching to.
The drive switching means includes a storage unit that stores rotor position information during sensor driving and an excitation sequence during sensorless driving, and the storage unit uses excitation based on rotor position information when sensor driving is selected. The sequence information is continuously stored as needed, and when switching to sensorless driving, the excitation sequence is started from the immediately preceding excitation sequence information stored in the storage unit.
上述したモータ駆動装置を用いれば、コントローラは、モータを始動する際にセンサ駆動により立ち上げ、回転数が上がるとセンサレス駆動へ切り替える駆動選択信号を出力し、駆動切替え手段はセンサレス駆動が選択された後もセンサ駆動を続行し、センサ信号のエッジとそれに替わって基準となるゼロクロス信号のエッジ間で定義される移行期間を避けて励磁シーケンスをセンサレス駆動に切り替える。これにより、センサ駆動からセンサレス駆動に切り替える際に励磁シーケンスが進んだり遅れたりすることなく適切なタイミングで励磁シーケンスを切り替えることができる。
特に、駆動切替え手段に入力されるゼロクロス点と非同期の駆動選択信号をゼロクロス点に同期する同期センサ選択信号に変換する同期手段を備え、センサレス駆動を選択する駆動選択信号が同期手段へ入力されると、同期手段は少なくともセンサ信号のエッジとそれに替わって基準となるゼロクロス信号のエッジ間で定義される移行期間を回避してゼロクロス点に同期する同期センサ選択信号を出力し、駆動切替え手段はセンサ駆動からセンサレス駆動へ切り替える。これによりセンサ駆動からセンサレス駆動への切り替えに際して励磁シーケンスがずれることがなく脱調を防ぐことができる。
また、ゼロクロス点が所定時間検出できないとアクティブになるゼロクロス検出判定手段を具備し、ゼロクロス検出判定手段がアクティブになるとセンサ駆動を選択する駆動選択信号を同期手段へ出力し、駆動切替え手段がセンサ駆動に切り替わる。このように、ゼロクロス検出判定手段はゼロクロス信号を検出していないとき、すなわち、モータ停止時、低速運転時、過負荷時或いはショートブレーキをかける際には駆動切替え手段にセンサ駆動選択信号を出力するので、センサ駆動とセンサレス駆動の切り替えに伴う上位コントローラの関与を少なくして作業負担を軽減することができる。
また、駆動切替え手段は、センサ駆動時はロータ位置情報を、センサレス駆動時は励磁シーケンスを記憶する記憶部を備えており、該記憶部はセンサ駆動が選択されているときはロータ位置情報による励磁シーケンス情報を随時記憶し続け、センサレス駆動に切り替えたとき記憶部に記憶された直前の励磁シーケンス情報から励磁シーケンスを開始する。これにより、センサ駆動からセンサレス駆動へ切り替えたとき、駆動切替え手段は正確な励磁シーケンスを継続できる。
したがって、センサ駆動からセンサレス駆動への切り替えを励磁シーケンスが狂うことなく自動化でき、小型・低価格で高精度なモータ駆動装置を提供できる。
If the motor driving apparatus described above is used, the controller starts up by sensor driving when starting the motor, and outputs a drive selection signal for switching to sensorless driving when the number of rotations increases, and the drive switching means selects sensorless driving. Thereafter, the sensor drive is continued, and the excitation sequence is switched to the sensorless drive while avoiding the transition period defined between the edge of the sensor signal and the edge of the reference zero-cross signal instead. Thereby, when switching from sensor drive to sensorless drive, the excitation sequence can be switched at an appropriate timing without the excitation sequence being advanced or delayed.
In particular, it comprises synchronization means for converting a drive selection signal that is asynchronous with the zero cross point input to the drive switching means into a synchronous sensor selection signal that is synchronized with the zero cross point, and a drive selection signal for selecting sensorless drive is input to the synchronization means. The synchronization means outputs a synchronization sensor selection signal that is synchronized with the zero cross point while avoiding a transition period defined between at least the edge of the sensor signal and the edge of the reference zero cross signal instead, and the drive switching means is a sensor. Switch from drive to sensorless drive. Thus, the step-out can be prevented without shifting the excitation sequence when switching from sensor driving to sensorless driving.
In addition, a zero-cross detection determination unit that becomes active when the zero-cross point cannot be detected for a predetermined time is provided. When the zero-cross detection determination unit becomes active, a drive selection signal for selecting sensor driving is output to the synchronization unit, and the drive switching unit performs sensor driving Switch to As described above, when the zero-cross detection determining means does not detect the zero-cross signal, that is, when the motor is stopped, during low-speed operation, during overload, or when the short brake is applied, the sensor drive selection signal is output to the drive switching means. Therefore, it is possible to reduce the work load by reducing the involvement of the host controller accompanying the switching between the sensor drive and the sensorless drive.
The drive switching means includes a storage unit that stores rotor position information during sensor driving and an excitation sequence during sensorless driving, and the storage unit uses excitation based on rotor position information when sensor driving is selected. The sequence information is continuously stored as needed, and when switching to the sensorless drive, the excitation sequence is started from the immediately preceding excitation sequence information stored in the storage unit. Thereby, when switching from sensor drive to sensorless drive, the drive switching means can continue an accurate excitation sequence.
Therefore, switching from sensor driving to sensorless driving can be automated without losing the excitation sequence, and a small, low-priced and highly accurate motor driving device can be provided.
以下、本発明に係るモータ駆動装置の最良の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。本願発明は永久磁石ロータと固定子を備えたブラシレスモータを駆動するモータ駆動装置に広く適用することができる。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, a preferred embodiment of a motor drive device according to the invention will be described with reference to the accompanying drawings. The present invention can be widely applied to a motor drive device that drives a brushless motor including a permanent magnet rotor and a stator.
以下では、３相ＤＣブラシレスモータを駆動するモータ駆動装置について説明する。
図１はモータ駆動装置の一例を示すブロック構成図である。
上位コントローラ（ＤＳＰ（Digital Signal Processor）など）１は、センサ駆動若しくはセンサレス駆動のいずれかを選択するセンサ指令を出力しモータ駆動を制御する。
デコーダ（駆動切替え手段）２は、上位コントローラ１からのセンサ指令に基づく駆動選択信号に応じて、センサ駆動とセンサレス駆動を相互に切り替える。具体的にはデコーダ２はセンサ信号Ｈ１〜Ｈ３を励磁信号Ｂ１〜Ｂ６に変換してセンサ駆動するセンサ駆動モードと、モータコイル３に誘起される誘起電圧に基づくゼロクロス信号により励磁シーケンスを進めるセンサレス駆動モードの双方を有し、プリセット入力によりいずれかを選択できる。一方、コントローラ１からのセンサ指令、或いはゼロクロス検出判定回路８からの判定出力はＯＲゲート５を経由して駆動選択信号が生成される。この駆動選択信号は同期手段（例えばＤ形フリップフロップ）６へ入力されると同期センサ選択信号が生成され、デコーダ２のプリセット端子へ入力される。また、ゼロクロス検出判定回路８がゼロクロス信号を検出しない場合は自動的にセンサ駆動に切り替わる。
モータ出力部であるプリドライバ４はデコーダ２から出力される励磁切替え信号に基づいて出力段のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を切り替えてモータコイル３を励磁したり、ショートブレーキをかけたりする。
Below, the motor drive device which drives a 3-phase DC brushless motor is demonstrated.
FIG. 1 is a block diagram showing an example of a motor drive device.
A host controller (DSP (Digital Signal Processor) or the like) 1 outputs a sensor command for selecting either sensor driving or sensorless driving to control motor driving.
The decoder (drive switching means) 2 switches between sensor drive and sensorless drive according to a drive selection signal based on a sensor command from the host controller 1. Specifically, the decoder 2 converts the sensor signals H1 to H3 into excitation signals B1 to B6 and sensor driving mode for driving the sensor, and sensorless driving that advances the excitation sequence by a zero cross signal based on the induced voltage induced in the motor coil 3. It has both modes, and either can be selected by preset input. On the other hand, a sensor selection command from the controller 1 or a determination output from the zero cross detection determination circuit 8 generates a drive selection signal via the OR gate 5. When this drive selection signal is input to the synchronization means (for example, D-type flip-flop) 6, a synchronization sensor selection signal is generated and input to the preset terminal of the decoder 2. In addition, when the zero-cross detection determination circuit 8 does not detect the zero-cross signal, it automatically switches to sensor driving.
The pre-driver 4 that is a motor output unit switches the switching elements Q1 to Q6 in the output stage based on the excitation switching signal output from the decoder 2 to excite the motor coil 3 or applies a short brake.
図１において、上位コントローラ（ＤＳＰ）１は、回転動作を指定する回転指令をＯＲゲート５及びプリドライバ４へ出力する。回転指令が非動作レベルのとき、即ち回転停止の場合はセンサ駆動が選択され、また本実施例ではプリドライバ４へのブレーキ指令を兼ねた構成となっており、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のロー側若しくはハイ側を短絡してショートブレーキがかかる。このように回転停止に加えてブレーキ動作時もセンサ駆動が選択される。本実施例ではプリドライバ４でブレーキ励磁（たとえばすべてのモータコイル３を短絡させる励磁パターン）が出力される。 In FIG. 1, a host controller (DSP) 1 outputs a rotation command designating a rotation operation to the OR gate 5 and the pre-driver 4. When the rotation command is at a non-operation level, that is, when the rotation is stopped, the sensor drive is selected. In this embodiment, the rotation command is also used as a brake command to the pre-driver 4, and the low side of the switching elements Q1 to Q6. Or short circuit is applied by shorting the high side. Thus, in addition to stopping the rotation, the sensor drive is also selected during the braking operation. In this embodiment, the pre-driver 4 outputs brake excitation (for example, an excitation pattern for short-circuiting all the motor coils 3).
また、上位コントローラ（ＤＳＰ）１はセンサ駆動を任意に指定するセンサ指令をＯＲゲート５へ出力する。ＯＲゲート５の出力信号は駆動選択信号として同期手段６へ入力される。同期手段６は駆動選択信号が入力されると、ゼロクロス点と同期をとった同期センサ選択信号を生成し、デコーダ２のプリセット端子に入力される。デコーダ２は同期センサ選択信号に応じて、センサ駆動若しくはセンサレス駆動を切り替える。 The host controller (DSP) 1 outputs a sensor command for arbitrarily designating sensor driving to the OR gate 5. The output signal of the OR gate 5 is input to the synchronization means 6 as a drive selection signal. When the drive selection signal is input, the synchronization unit 6 generates a synchronization sensor selection signal synchronized with the zero cross point, and inputs the synchronization sensor selection signal to the preset terminal of the decoder 2. The decoder 2 switches between sensor driving and sensorless driving according to the synchronous sensor selection signal.
デコーダ２がプリセット動作時はセンサ駆動となり、センサ信号Ｈ１〜Ｈ３が励磁出力Ｂ１〜Ｂ６に反映され、通常のセンサ駆動と同じ動作となる。また、デコーダ２がカウント動作時はセンサレス駆動となり、カウンタ入力部ＣＫのゼロクロス信号により励磁シーケンスが歩進しセンサレス駆動される。また、デコーダ２は６進リングカウンタ（記憶部）を内蔵しており、ロータ位置記憶部及び励磁シーケンス記憶部として機能する。デコーダ２は、後述するようにセンサコードをバイナリーコードに変換してカウンタに入力するデコードゲート９及びバイナリー出力を励磁信号に変換するエンコードゲート１０を含む（図５参照）。 When the decoder 2 is in the preset operation, the sensor is driven, and the sensor signals H1 to H3 are reflected in the excitation outputs B1 to B6, so that the operation is the same as the normal sensor drive. Further, when the decoder 2 performs a count operation, the sensorless driving is performed, and the excitation sequence is advanced by the zero cross signal of the counter input unit CK to perform the sensorless driving. The decoder 2 has a built-in hex ring counter (storage unit) and functions as a rotor position storage unit and an excitation sequence storage unit. As will be described later, the decoder 2 includes a decode gate 9 that converts a sensor code into a binary code and inputs it to a counter, and an encode gate 10 that converts a binary output into an excitation signal (see FIG. 5).
モータコイル３はゼロクロスコンパレータ７に接続されている。ゼロクロスコンパレータ７は各相モータコイルと中性点（ＣＯＭ）間に誘起される誘起電圧よりゼロクロス信号を出力する。ゼロクロス信号はデコーダ２のカウント入力部ＣＫに入力される。また、ゼロクロスコンパレータ７にて検出されたゼロクロス点は同期手段６のカウント入力部ＣＫに入力される。 The motor coil 3 is connected to a zero cross comparator 7. The zero cross comparator 7 outputs a zero cross signal from an induced voltage induced between each phase motor coil and a neutral point (COM). The zero cross signal is input to the count input unit CK of the decoder 2. Further, the zero cross point detected by the zero cross comparator 7 is input to the count input unit CK of the synchronization means 6.
モータ停止時は自動的にセンサ駆動が選択されているので、モータ始動時はホールセンサＡ，Ｂ，Ｃによるロータ位置情報が選択され通常のセンサ駆動が行われる。このときデコーダ２内の記憶部には上記センサによるロータ位置情報がプリセットされ続ける。モータ始動後、回転数が上昇するとゼロクロス検出が始まり、自動的にセンサレス駆動が選択される。 Since the sensor drive is automatically selected when the motor is stopped, the rotor position information by the Hall sensors A, B and C is selected and the normal sensor drive is performed when the motor is started. At this time, the rotor position information by the sensor continues to be preset in the storage unit in the decoder 2. After the motor starts, when the rotational speed increases, zero-cross detection starts and sensorless driving is automatically selected.
デコーダ２がセンサ駆動からセンサレス駆動へ切り替えるとき、記憶部に記憶されたロータ位置情報はホールセンサＡ，Ｂ，Ｃの検出信号に基づいているため、適正な励磁シーケンスが選択される。また、同期手段６はゼロクロス点と非同期で入力される駆動選択信号を、ゼロクロス点に同期する同期センサ選択信号に変換し後段のデコーダ２へ出力する。これにより、センサ駆動からセンサレス駆動への切り替えに際して励磁シーケンスがずれることがなく脱調しない。また、ショートブレーキ時はセンサ駆動が選択され、同期手段６は瞬時にセンサ駆動を指定する。ショートブレーキ時はゼロクロス検出が行えず通常のセンサレス駆動ではロータ位置を見失うが、本実施例ではショートブレーキ時にホールセンサＡ，Ｂ，Ｃによるロータ位置情報がプリセットされるため常にロータ位置を把握している。高速から低速に変速する際に瞬間的にショートブレーキをかけて減速する場合も、ブレーキ解除後ただちにセンサレス駆動に復帰できる。 When the decoder 2 switches from sensor drive to sensorless drive, the rotor position information stored in the storage unit is based on the detection signals of the Hall sensors A, B, and C, and therefore an appropriate excitation sequence is selected. The synchronizing means 6 converts the drive selection signal input asynchronously with the zero cross point into a synchronous sensor selection signal synchronized with the zero cross point, and outputs the same to the decoder 2 at the subsequent stage. As a result, the excitation sequence does not shift when switching from sensor drive to sensorless drive, and no step-out occurs. In short brake mode, sensor driving is selected, and the synchronization means 6 instantly specifies sensor driving. Zero cross detection cannot be performed during short brakes, and the rotor position is lost in normal sensorless drive. In this embodiment, however, the rotor position information by Hall sensors A, B, and C is preset during short brakes, so the rotor position is always grasped. Yes. When shifting from high speed to low speed by applying a short brake instantaneously, it is possible to return to sensorless driving immediately after releasing the brake.
ここで、センサ駆動からセンサレス駆動に切り替える切替えタイミング動作について説明する。具体的には、駆動選択信号を位相ずれ期間外の信号、例えばゼロクロス点に同期させて、センサ駆動からセンサレス駆動に切り替えるタイミングを位相ずれ期間外へシフトすることが考えられる。駆動選択信号をゼロクロス点に同期するように改善した同期手段６のブロック構成を図４に示す。 Here, the switching timing operation for switching from sensor driving to sensorless driving will be described. Specifically, it is conceivable to synchronize the drive selection signal with a signal outside the phase shift period, for example, the zero cross point, and to shift the timing for switching from sensor driving to sensorless drive to outside the phase shift period. FIG. 4 shows a block configuration of the synchronization means 6 improved so that the drive selection signal is synchronized with the zero cross point.
図４において、同期手段６には、Ｄ形フリップフロップ（以下Ｄ−ＦＦと表記）が用いられる。Ｄ−ＦＦのクロック入力部ＣＫにはゼロクロスコンパレータ７で検出されるゼロクロス点の検出信号が入力され、データ入力部ＤＡＴＡには、ＯＲゲート５から駆動選択信号が入力される。出力端子Ｑからは同期センサ選択信号が出力される。駆動選択信号がセンサレス駆動を選択した後、ゼロクロス信号の立ち上がりで、同期センサ選択信号はセンサレス駆動を指定する。また、ＲＥＳＥＴ（リセット）入力部にＯＲゲート５から駆動選択信号が入力され、センサ駆動を選択したときＤ−ＦＦがリセットされるようにすれば、センサ駆動を選択時は瞬時に出力Ｑがリセットされ、同期センサ選択信号も瞬時にセンサ駆動を指定する。 In FIG. 4, a D-type flip-flop (hereinafter referred to as “D-FF”) is used as the synchronization means 6. A zero cross point detection signal detected by the zero cross comparator 7 is input to the clock input section CK of the D-FF, and a drive selection signal is input from the OR gate 5 to the data input section DATA. A synchronous sensor selection signal is output from the output terminal Q. After the drive selection signal selects sensorless drive, the synchronous sensor selection signal specifies sensorless drive at the rising edge of the zero cross signal. Also, if a drive selection signal is input from the OR gate 5 to the RESET (reset) input section and the D-FF is reset when the sensor drive is selected, the output Q is instantly reset when the sensor drive is selected. The synchronous sensor selection signal also instantly designates sensor driving.
このようにデコーダ２に入力されるゼロクロス点と非同期の駆動選択信号をゼロクロス点に同期する同期センサ選択信号に変換する同期手段６を備え、センサレス駆動を選択する駆動選択信号が同期手段６へ入力されると、同期手段６は少なくともセンサ信号の立下りエッジとそれに替わって基準となるゼロクロス信号の立上りエッジ間で定義される移行期間を回避して同期センサ選択信号をデコーダ２へ出力する。このとき、励磁切り替えタイミングと同期センサ選択信号は３０°の位相差を持つことができ、励磁シーケンスが不用意にずれてしまうことを防止できる。 As described above, the synchronization means 6 for converting the drive selection signal that is asynchronous with the zero cross point input to the decoder 2 into the synchronous sensor selection signal synchronized with the zero cross point is provided, and the drive selection signal for selecting the sensorless drive is input to the synchronization means 6. Then, the synchronization means 6 outputs a synchronization sensor selection signal to the decoder 2 while avoiding a transition period defined at least between the falling edge of the sensor signal and the rising edge of the reference zero-cross signal instead. At this time, the excitation switching timing and the synchronous sensor selection signal can have a phase difference of 30 °, and the excitation sequence can be prevented from being inadvertently shifted.
なお、Ｄ−ＦＦのクロック入力部ＣＫとデータ入力部ＤＡＴＡへ同時入力された場合は出力Ｑは不定となるが、例えデータ入力部ＤＡＴＡへ入力されず出力Ｑが切り替わらなかったとしても引き続き入力される次のゼロクロス点により出力Ｑは切り替わるので１サイクル遅れて切り替わるだけでモータは正常に回転できる。 Note that the output Q becomes indefinite when it is simultaneously input to the clock input unit CK and the data input unit DATA of the D-FF, but even if the output Q is not switched without being input to the data input unit DATA, it is continuously input. Since the output Q is switched at the next zero cross point, the motor can be rotated normally only by switching with a delay of one cycle.
以上のように同期センサ選択信号を生成してデコーダ２がセンサ駆動からセンサレス駆動に切り替えることで励磁シーケンスが狂わないことを、図２及び図３のタイミングチャートで説明する。
図２は図１１の励磁シーケンスが進みすぎる例の改善結果を示す。なお、各入力信号のタイミングはまったく同じとしてある。図２において、Ｕ−Ｖ励磁期間は、センサ駆動が選択されているため、センサ信号Ｈ３の変化によりＵ−Ｗ励磁に切り替わる。続いて駆動選択信号がセンサレス駆動へ切り替わるが同期センサ選択信号は出力されずセンサ駆動が継続する。この直後にゼロクロス信号が立ち上がるが、まだセンサ駆動が選択されているためカウンタ入力部ＣＫはトリガーされず、励磁シーケンスは進まない。その後、Ｄ−ＦＦより最初に検出されるゼロクロス点に同期して同期センサ選択信号が出力されると、デコーダ２はセンサレス駆動に切り替わりセンサレス駆動を行う。このように駆動切り替え直前までセンサ駆動の正しい励磁シーケンスを引き継いでいるため、センサレス駆動の励磁切り替えタイミングは位相ずれ期間分だけわずかに前後するだけで以後の回転動作に影響はない。
The timing chart of FIGS. 2 and 3 explains that the excitation sequence does not go wrong by generating the synchronous sensor selection signal as described above and the decoder 2 switching from sensor driving to sensorless driving.
FIG. 2 shows an improvement result of an example in which the excitation sequence of FIG. Note that the timing of each input signal is exactly the same. In FIG. 2, since the sensor drive is selected during the U-V excitation period, the U-V excitation period is switched to the U-W excitation by the change of the sensor signal H3. Subsequently, the drive selection signal is switched to the sensorless drive, but the synchronous sensor selection signal is not output and the sensor drive continues. Immediately after this, the zero cross signal rises, but since the sensor drive is still selected, the counter input unit CK is not triggered and the excitation sequence does not proceed. Thereafter, when a synchronous sensor selection signal is output in synchronization with the zero cross point detected first from the D-FF, the decoder 2 switches to sensorless driving and performs sensorless driving. As described above, since the correct excitation sequence of the sensor drive is inherited until immediately before the drive switching, the excitation switching timing of the sensorless drive is slightly changed by the phase shift period and does not affect the subsequent rotation operation.
次いで、図３は図１２の励磁シーケンスが遅れる例の改善結果を示す。Ｕ−Ｗ励磁に切り替えるゼロクロス信号が立ち上がるときは、センサ駆動が選択されているためＵ−Ｖ励磁が出力され続ける。続いて駆動選択信号がセンサレス駆動に切り替わるが同期センサ選択信号は出力されずセンサ駆動が継続する。直後にセンサ信号Ｈ３が切り替わるためＵ−Ｗ励磁に切り替わり、励磁シーケンスは正常に進む。その後、Ｄ−ＦＦより最初に検出されるゼロクロス点に同期して同期センサ選択信号が出力されると、デコーダ２はセンサレス駆動の励磁シーケンスに切り替えてセンサレス駆動を行う。図２と同様に励磁切り替えタイミングは位相ずれ期間分だけわずかに前後するが以後の回転動作に影響はない。なお、図示しないが、センサ信号とゼロクロス信号の出力タイミングが一致した場合も同期センサ選択信号が３０°遅れるため不定とはならず確実に駆動が切り替わる。 Next, FIG. 3 shows an improvement result of an example in which the excitation sequence of FIG. 12 is delayed. When the zero-cross signal for switching to U-W excitation rises, U-V excitation continues to be output because sensor driving is selected. Subsequently, the drive selection signal is switched to the sensorless drive, but the synchronous sensor selection signal is not output and the sensor drive continues. Immediately after that, since the sensor signal H3 is switched, it switches to U-W excitation, and the excitation sequence proceeds normally. Thereafter, when a synchronous sensor selection signal is output in synchronization with the zero-cross point detected first from the D-FF, the decoder 2 performs sensorless driving by switching to an excitation sequence of sensorless driving. As in FIG. 2, the excitation switching timing slightly fluctuates by the phase shift period, but does not affect the subsequent rotation operation. Although not shown, even when the output timings of the sensor signal and the zero cross signal coincide with each other, the synchronous sensor selection signal is delayed by 30 °, so that the driving is surely switched without being indefinite.
また、デコーダ２に設けられた励磁シーケンス記憶部は、センサレス駆動時はカウンタとして動作しているが、センサ駆動時は使われていない。したがってセンサ駆動時はカウンタとしてではなくメモリーとして使用し、センサ信号に基づいた励磁シーケンスを記憶することが可能である。センサ駆動時にセンサ信号に基づいた励磁シーケンスを記憶し続ければ、センサレス駆動に切り替わった際、すでに正しい励磁シーケンスが記憶されているので、あらためてロータ位置を検出する必要はなく、そのままゼロクロス信号により励磁シーケンスを進めてゆけばよい。つまり任意にセンサ駆動からセンサレス駆動に切り替えることが可能となる。センサ信号は１２０°位相差信号でそのままではバイナリーカウンタにはロードできないが、バイナリーコードにデコードすれば可能である。また一般的に、カウンタがプリセット中はロードデータ＝出力データとなり、カウンタは論理的には無いものと扱える。
従って、カウンタ出力が励磁信号に変換されモータを駆動できるように駆動回路を構成し、センサ駆動時にカウンタをプリセットし続ければ、カウンタは論理的にはないものとして扱えるので、通常のセンサ駆動回路と同様の動作となる。センサレス駆動に切り替えるときは、カウンタをロードモードからカウンタモードに切り替える。その際、直前のカウント値は保存される。従って励磁シーケンスは継続しモータは回転し続けることができる。このように、励磁シーケンス記憶部は、センサ駆動選択時は、ロータ位置センサによる励磁シーケンス情報を随時記憶させ、センサレス駆動に切り替わったときは記憶した直前の励磁シーケンスから励磁を開始する。
The excitation sequence storage unit provided in the decoder 2 operates as a counter during sensorless driving, but is not used during sensor driving. Therefore, when the sensor is driven, it can be used as a memory instead of a counter, and an excitation sequence based on the sensor signal can be stored. If you continue to memorize the excitation sequence based on the sensor signal when driving the sensor, it is not necessary to detect the rotor position again when switching to sensorless driving, so it is not necessary to detect the rotor position again, and the excitation sequence using the zero cross signal as it is Just go ahead. That is, it is possible to arbitrarily switch from sensor driving to sensorless driving. The sensor signal is a 120 ° phase difference signal that cannot be loaded into the binary counter as it is, but can be decoded by decoding into a binary code. In general, while the counter is preset, load data = output data, and the counter can be treated as having no logical value.
Therefore, if the drive circuit is configured so that the counter output is converted into an excitation signal and the motor can be driven, and the counter is kept preset when the sensor is driven, the counter can be treated as not logically. The operation is similar. When switching to sensorless driving, the counter is switched from the load mode to the counter mode. At that time, the previous count value is stored. Therefore, the excitation sequence continues and the motor can continue to rotate. As described above, the excitation sequence storage unit stores the excitation sequence information from the rotor position sensor at any time when sensor driving is selected, and starts excitation from the immediately preceding stored excitation sequence when switching to sensorless driving.
ここで図５のブロック図を参照して、ロータ位置センサ（ホールセンサＡ，Ｂ，Ｃ）によるロータ位置情報を励磁シーケンス記憶部に記憶するデコーダ２の構成例を説明する。
図５において、デコーダ２はセンサレス駆動時はカウンタとして動作し、センサ駆動時はプリセット動作を行ないセンサ信号Ｈ１〜Ｈ３がそのまま出力される。センサ駆動からセンサレス駆動に切り替わるときは、直前のカウント値（励磁シーケンス）を記憶する。即ち、励磁シーケンスをセンサ駆動とセンサレス駆動で共有する。よって、励磁シーケンスの継続性が保たれ、逐一セレクタを設けて切り替えなくても励磁切り替えが可能となる。
図５において、同期手段６はＤ−ＦＦで構成され、駆動選択信号をゼロクロス点に同期させて同期センサ選択信号を生成する。これにより、センサ駆動からセンサレス駆動へ移行する際の励磁シーケンスのずれを防止する。また、駆動選択信号がセンサ駆動を指定するときは、Ｄ−ＦＦをリセットし、センサレス駆動からセンサ駆動へ直ちに切り替わる。
Here, a configuration example of the decoder 2 that stores rotor position information obtained by the rotor position sensors (Hall sensors A, B, and C) in the excitation sequence storage unit will be described with reference to the block diagram of FIG.
In FIG. 5, the decoder 2 operates as a counter at the time of sensorless driving, performs a preset operation at the time of sensor driving, and outputs sensor signals H1 to H3 as they are. When switching from sensor driving to sensorless driving, the previous count value (excitation sequence) is stored. That is, the excitation sequence is shared between sensor driving and sensorless driving. Therefore, the continuity of the excitation sequence is maintained, and excitation switching can be performed without providing a selector one by one.
In FIG. 5, the synchronization means 6 is composed of a D-FF, and generates a synchronization sensor selection signal by synchronizing the drive selection signal with the zero cross point. This prevents a deviation in the excitation sequence when shifting from sensor driving to sensorless driving. When the drive selection signal specifies sensor drive, the D-FF is reset, and the sensorless drive is immediately switched to the sensor drive.
図５において、カウンタ入力部ＣＫはバイナリー６進リングカウンタのクロック入力部であり、ゼロクロス信号により歩進し、出力Ｑ１〜Ｑ３は２進コードで０〜５を出力する。６カウントすると０にリセットされリングカウント動作をする。駆動選択信号がセンサレス駆動を選択しているときはゼロクロス信号によりカウントアップする。センサ駆動選択時はカウント動作が禁止され、センサ信号Ｈ１〜Ｈ３をバイナリーにデコードしたＤ１〜Ｄ３がプリセットされ、出力Ｑ１〜Ｑ３にはＤ１〜３がそのまま出力される。 In FIG. 5, a counter input unit CK is a clock input unit of a binary hex ring counter, which is incremented by a zero cross signal, and outputs Q1 to Q3 output 0 to 5 in binary code. When 6 is counted, it is reset to 0 and the ring count operation is performed. When the drive selection signal selects sensorless drive, the count is incremented by the zero cross signal. When the sensor drive is selected, the count operation is prohibited, D1 to D3 obtained by binary decoding of the sensor signals H1 to H3 are preset, and D1 to D3 are output as they are to the outputs Q1 to Q3.
図５において、デコードゲート９はＨ１〜Ｈ３で与えられるセンサコードをバイナリーコードに変換しカウンタと整合をとるゲートである。図２のタイミングチャートに従い、Ｈ１＝２０、Ｈ２＝２１、Ｈ３＝２２とおき、励磁シーケンス番号を０〜５とすると、Ｕ−Ｖ励磁期間のＨ１〜Ｈ３の出力コードはバイナリーコード化すると”１０１”となり、つまり５と表せる。励磁番号は任意の励磁シーケンスから開始できるが、ここではＵ−Ｖ励磁を励磁シーケンス番号の０とする。よってＨ１〜Ｈ３の出力コードが”５”を表すとき、デコードゲート出力Ｄ１〜Ｄ３は”０”を出力させる。以下同様に、Ｈ１〜Ｈ３＝”１”のときＤ１〜Ｄ３＝”１”を出力する。Ｈ１〜Ｈ３＝”３”のときＤ１〜Ｄ３＝”２”を出力する。Ｈ１〜Ｈ３＝”２”のときＤ１〜Ｄ３＝”３”を出力する。Ｈ１〜Ｈ３＝”６”のときＤ１〜Ｄ３＝”４”を出力する。Ｈ１〜Ｈ３＝”４”のときＤ１〜Ｄ３＝”５”を出力する。 In FIG. 5, a decode gate 9 is a gate that converts a sensor code given by H1 to H3 into a binary code and matches it with a counter. According to the timing chart of FIG. 2, if H1 = 2 0 , H2 = 2 1 , H3 = 2 2 and the excitation sequence number is 0-5, the output codes of H1-H3 in the UV excitation period are binary coded. Then, it becomes “101”, that is, it can be expressed as 5. The excitation number can be started from an arbitrary excitation sequence. Here, UV excitation is assumed to be 0 of the excitation sequence number. Therefore, when the output codes of H1 to H3 represent “5”, the decode gate outputs D1 to D3 output “0”. Similarly, when H1 to H3 = "1", D1 to D3 = "1" are output. When H1 to H3 = "3", D1 to D3 = "2" are output. When H1 to H3 = "2", D1 to D3 = "3" are output. When H1 to H3 = "6", D1 to D3 = "4" are output. When H1 to H3 = "4", D1 to D3 = "5" are output.
図５において、エンコードゲート１０は出力Ｑ１〜Ｑ３で与えられる２進コードをセンサコードに復調し、さらに通電相を指定する励磁信号Ｂ１〜Ｂ６に変換するゲートである。図２のタイミングチャートに従うと、Ｑ１〜Ｑ３＝０のとき、Ｕ−Ｖ励磁を指定するコードを出力する。つまり励磁信号Ｂ１と励磁信号Ｂ４をＯＮとする。それにより図１のスイッチング素子Ｑ１がＯＮしＵ相をＶＤＤに、スイッチング素子Ｑ４がＯＮしＶ相をＧＮＤに接続する（Ｑ１〜Ｑ３＝０のとき、Ｕ−Ｖ励磁を指定する理由は前述のデコーダ２の論理に整合させるためである）。以下同様に、Ｑ１〜Ｑ３＝１のとき、Ｕ−Ｗ励磁を指定するコードを出力する。Ｑ１〜Ｑ３＝２のとき、Ｖ−Ｗ励磁を指定するコードを出力する。Ｑ１〜Ｑ３＝３のとき、Ｖ−Ｕ励磁を指定するコードを出力する。Ｑ１〜Ｑ３＝４のとき、Ｗ−Ｕ励磁を指定するコードを出力する。Ｑ１〜Ｑ３＝５のとき、Ｗ−Ｖ励磁を指定するコードを出力する。 In FIG. 5, an encode gate 10 is a gate that demodulates a binary code given by outputs Q1 to Q3 into a sensor code, and further converts it into excitation signals B1 to B6 that designate energized phases. According to the timing chart of FIG. 2, when Q1 to Q3 = 0, a code designating UV excitation is output. That is, the excitation signal B1 and the excitation signal B4 are turned on. As a result, the switching element Q1 in FIG. 1 is turned on and the U phase is connected to VDD, and the switching element Q4 is turned on and the V phase is connected to GND (when Q1 to Q3 = 0, the reason for designating the UV excitation is as described above. This is to match the logic of the decoder 2). Similarly, when Q1 to Q3 = 1, a code designating UW excitation is output. When Q1 to Q3 = 2, a code designating V-W excitation is output. When Q1 to Q3 = 3, a code designating VU excitation is output. When Q1 to Q3 = 4, a code designating WU excitation is output. When Q1 to Q3 = 5, a code designating WV excitation is output.
次に上位コントローラ１の監視負担を減らすために、図１においてＯＲゲート５とデコーダ２との間に、ゼロクロス検出をしているかどうか判定するゼロクロス検出判定手段８が接続されている。ゼロクロス検出判定手段８がゼロクロス判定の結果、ゼロクロスを検出していないときはセンサ駆動手段を選択する駆動選択信号を発生させる。そうすれば、ゼロクロス点を検出できない状況、すなわち停止時、低速時、過負荷時あるいはショートブレーキ時などには、自動的にセンサ駆動が選択され、上位コントローラ１はまったく関与しなくてすむ。もちろん上位コントローラ１がセンサ駆動を指令するときは任意にセンサ駆動に切り替え可能となっている。 Next, in order to reduce the monitoring burden on the host controller 1, a zero-cross detection determination unit 8 that determines whether or not zero-cross detection is performed is connected between the OR gate 5 and the decoder 2 in FIG. 1. As a result of the zero cross determination, the zero cross detection determination means 8 generates a drive selection signal for selecting the sensor drive means when no zero cross is detected. Then, in a situation where the zero cross point cannot be detected, that is, at the time of stop, low speed, overload or short brake, the sensor drive is automatically selected, and the host controller 1 does not need to be involved at all. Of course, when the host controller 1 commands the sensor drive, it can be arbitrarily switched to the sensor drive.
よって、ゼロクロス判定手段８は、ゼロクロス点を検出できないことを判定し、ゼロクロス点を検出できないとき自動的にセンサ駆動に切り替える。まず、ゼロクロス判定手段８の一例を説明する。通常の回転状態では１励磁周期内にゼロクロス点が一つ発生する。したがって励磁周期ごとにゼロクロス点の数を調べればゼロクロスを見失ったかどうか判定できる。 Therefore, the zero cross determination means 8 determines that the zero cross point cannot be detected, and automatically switches to sensor driving when the zero cross point cannot be detected. First, an example of the zero cross determination unit 8 will be described. In a normal rotation state, one zero cross point is generated within one excitation cycle. Therefore, if the number of zero cross points is examined for each excitation cycle, it can be determined whether the zero cross is lost.
図６のゼロクロス判定のタイミングチャートにおいて、仮にゼロクロス信号の励磁周期２で励磁しているものとすると、直前の励磁周期１を励磁周期とおいて、その時間内にゼロクロスがひとつもなければ未検出と判定する。励磁周期は周期ごとに若干時間が異なるので励磁周期１と励磁周期２とは厳密には時間が一致しないが、ゼロクロス点は励磁周期の中央付近で発生するためわずかな励磁周期の誤差は問題にはならない。 In the timing chart of the zero cross determination in FIG. 6, assuming that excitation is performed at the excitation cycle 2 of the zero cross signal, the immediately preceding excitation cycle 1 is set as the excitation cycle, and if there is no zero cross within that time, it is determined that no detection has occurred. judge. Excitation periods differ slightly from period to period, so excitation period 1 and excitation period 2 do not exactly coincide with each other, but the zero-cross point occurs near the center of the excitation period, so a slight excitation period error is a problem. Must not.
上記以外にもゼロクロス検出の判定方法があり、例えば一定時間を判定条件としてもよい。最低回転数における励磁周期を設定値とするタイマーを備え、励磁切り替えが発生するごとにタイマーを始動して、時間内にゼロクロス点あるいはゼロクロス信号が発生するか監視して判定するようにしてもよい。例えば図７において、リトリガラブルのワンショットマルチバイブレータ１１を使えば容易に実現できる。 Other than the above, there is a determination method of zero cross detection. For example, a certain time may be set as the determination condition. A timer having an excitation cycle at the minimum number of revolutions as a set value may be provided, and the timer may be started each time excitation switching occurs to determine whether a zero cross point or a zero cross signal is generated within the time. . For example, in FIG. 7, it can be easily realized by using a retriggerable one-shot multivibrator 11.
ワンショットマルチバイブレータ１１はゼロクロス信号が入力されると、トリガーされ一定時間出力する。ゼロクロス信号が連続的に入力している期間は、リトリガラブル動作により判定出力はＬが継続する。もしゼロクロス信号が途絶えると、判定出力はＨとなりゼロクロス検出が行われなかったことが判別できる。 The one-shot multivibrator 11 is triggered when a zero-cross signal is input and outputs it for a certain period of time. During the period in which the zero cross signal is continuously input, the determination output continues to be L by the retriggerable operation. If the zero cross signal is interrupted, the determination output becomes H and it can be determined that zero cross detection has not been performed.
次に、駆動選択信号の自動生成回路について図８のブロック構成図を参照して説明する。センサ駆動方法が選択されるのは、上記のゼロクロス未検出時のほか上位コントローラ１からのセンサ駆動指令時である。基本的には何か問題があった場合はセンサ駆動を選択するようにすればモータは回転できるので、上位コントローラ１やゼロクロス検出判定手段８からのセンサ駆動を選択する条件をＯＲゲート５にＯＲ接続する。条件は必要に応じていくつでも増加できる。例えば、モータ始動時やショートブレーキ時などに自動的にセンサ駆動を選択でき、また上位コントローラ１は任意のタイミングでセンサ駆動を指定できるようにする。 Next, an automatic drive selection signal generation circuit will be described with reference to the block diagram of FIG. The sensor driving method is selected not only when the zero cross is not detected but also when a sensor driving command is issued from the host controller 1. Basically, if there is any problem, the motor can be rotated by selecting the sensor drive. Therefore, the condition for selecting the sensor drive from the host controller 1 or the zero cross detection determination means 8 is ORed to the OR gate 5. Connecting. Conditions can be increased as many as needed. For example, sensor drive can be automatically selected at the time of motor start, short brake, etc., and the host controller 1 can designate sensor drive at an arbitrary timing.
図８において、センサ指令は上位コントローラ１からのセンサ駆動を指定する信号である。また回転指令は非動作時は回転停止指令であり、停止時にセンサ駆動を指定するものである。図中、ゼロクロス検出判定手段８は、ゼロクロス点あるいはゼロクロス信号を一定期間検出できないときアクティブとなる。一例として図７にワンショットマルチバイブレータ１１を挙げた。また、ＯＲゲート５は入力指令のひとつでもアクティブになると、センサ駆動を指定する駆動選択信号を後段の同期手段６へ出力する。センサ駆動を選択したとき同期手段６の出力Ｑがリセットされ、同期センサ選択信号も瞬時にセンサ駆動を指定する。
以上述べたように駆動切り替え動作の自動化は、ワンショットマルチバイブレータ１１及びＯＲゲート２を用いた極めて簡単な回路で実現できる。
In FIG. 8, the sensor command is a signal designating sensor driving from the host controller 1. The rotation command is a rotation stop command when not operating, and designates sensor driving when stopped. In the figure, the zero cross detection determining means 8 becomes active when a zero cross point or a zero cross signal cannot be detected for a certain period. As an example, a one-shot multivibrator 11 is shown in FIG. When one of the input commands becomes active, the OR gate 5 outputs a drive selection signal for designating sensor drive to the subsequent synchronization means 6. When sensor driving is selected, the output Q of the synchronizing means 6 is reset, and the synchronous sensor selection signal also instantly specifies sensor driving.
As described above, the drive switching operation can be automated by a very simple circuit using the one-shot multivibrator 11 and the OR gate 2.
１ 上位コントローラ
２ デコーダ
３ モータコイル
４ プリドライバ
５ ＯＲゲート
６ 同期手段
７ ゼロクロスコンパレータ
８ ゼロクロス検出判定手段
９ デコードゲート
１０ エンコードゲート
１１ ワンショットマルチバイブレータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 High-order controller 2 Decoder 3 Motor coil 4 Pre-driver 5 OR gate 6 Synchronizing means 7 Zero cross comparator 8 Zero cross detection judgment means 9 Decoding gate 10 Encoding gate 11 One shot multivibrator
Claims (4)
コントローラからの駆動選択信号に応じて、ロータ位置センサの検出信号に基づき励磁切替え信号を生成するセンサ駆動と、モータコイルに誘起される誘起電圧からゼロクロス信号を検出し、当該ゼロクロス信号に基づき励磁切替え信号を生成するセンサレス駆動とで相互に切り替える駆動切替え手段と、
駆動切替え手段から出力される励磁切替え信号に基づき出力段を切り替えてモータコイルを励磁するモータ出力部を備え、
コントローラは、モータを始動する際にセンサ駆動により立ち上げ、回転数が上がるとセンサレス駆動へ切り替える駆動選択信号を出力し、駆動切替え手段はセンサレス駆動が選択された後もセンサ駆動を続行し、センサ信号のエッジとそれに替わって基準となるゼロクロス信号のエッジ間で定義される移行期間を避けて励磁シーケンスをセンサレス駆動に切り替えるモータ駆動装置。 A controller that outputs a drive selection signal for selecting either sensor drive or sensorless drive and controls motor drive;
In response to the drive selection signal from the controller, the sensor drive that generates the excitation switching signal based on the detection signal of the rotor position sensor, and the zero cross signal is detected from the induced voltage induced in the motor coil, and the excitation switching is performed based on the zero cross signal. Drive switching means for switching between sensorless drive for generating signals;
A motor output unit for exciting the motor coil by switching the output stage based on the excitation switching signal output from the drive switching means,
The controller starts up by sensor drive when starting the motor, and outputs a drive selection signal for switching to sensorless drive when the rotational speed increases, and the drive switching means continues sensor drive even after sensorless drive is selected. A motor drive device that switches the excitation sequence to sensorless drive while avoiding the transition period defined between the signal edge and the reference zero-cross signal edge instead.
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